一种生活垃圾处理系统的制作方法

背景技术：
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传统的垃圾处理方式主要分为填埋、焚烧、堆肥、厌氧、热解几类。

卫生填埋处理方法的优点是处理费用低，方法简单，但防渗处理不好，容易造成对地下水资源的二次污染，更重要是的占用大量土地。

焚烧处理的优点是减量效果好（焚烧后体积减少90%以上，重量减少80%以上）。但是焚烧厂的建设和运行费用昂贵，对垃圾的热值要求高，产生的二恶英具有毒性，民众普遍反对。

堆肥处理是解决有机生物质垃圾的出路，可达到资源化的目的，但堆肥的效果取决于垃圾前分选工艺水平，不然长期使用易造成土壤板结和地下水质变坏。

厌氧发酵的优点是可以获得生物天然气能源和有机肥资源，技术成熟、不易产生臭气、环境友好，但对生活垃圾的预处理要求高。

热解是在一个封闭环境中，在高温、无氧或缺氧环境下，把废物完全转变成合成气和可回收的固体残留。烟气排放大幅减少、资源化效率高。但该方式的技术成熟度和经济效益是制约其发展的瓶颈。

从我国现在实际应用的工程案例来看，绝大部分生活垃圾的处理方式以填埋和焚烧为主。其中垃圾焚烧发电发展较迅速，全国已经建成和在建垃圾焚烧发电项目近300个。垃圾焚烧发电厂普遍的做法是将混合生活垃圾堆放在垃圾卸料坑中3到5天，使部分水分从垃圾中渗滤出来，然后将生活垃圾投入垃圾焚烧炉进行焚烧。

我国的的城市生活垃圾的一个显著特点是含税水率高（50~60%），有机生物质含量高(45~65%)。虽然城市生活垃圾的整体地位热值在不断提高，垃圾焚烧炉也通过技术改进、辅助手段逐步适用了中国城市生活垃圾的特性。但生活垃圾中的有机生物质对生活垃圾焚烧系统仍然是一个不利因素。经过对北京、深圳、广州、杭州、西安、重庆等地的城市生活垃圾进行分析，可以得出如下结论：

1. 城市生活垃圾中塑料是垃圾热量的主要来源，占比约50%；、

2. 城市生活垃圾中厨余垃圾（即有机生物质）平均含量约54%，但热量贡献不到15%；

3. 以上城市典型垃圾平均低位热值5600kJ/kg左右，每吨混合生活垃圾的发电量约310kwh（以发电效率20%计），若将1吨混合生活垃圾中的有机生物质剥离出去，剩下的组分的质量约占原来混合垃圾的质量的一半，但热量占混合垃圾热量的85%以上），又由于剩下组分的热值增加（约为10000kJ/kg以上），发电效率增加，其发电量也为310kwh左右（以发电效率提高3个百分点，23%计）。即将厨余垃圾分选出去并不影响焚烧发电量。

4. 如果采用机械分选处理，在垃圾中转站进行分类，则直接进入填埋场填埋的垃圾约为12%左右。需要压缩转运到焚烧发电厂的的垃圾质量只有30%左右（这部分可燃垃圾压缩前约占总体积的60%以上）； 如果在垃圾焚烧发电厂进行机械分选，则进入焚烧炉的垃圾质量只有50%左右。

5. 1吨混合生活垃圾中分选出来的厨余垃圾经厌氧发酵可以获得60m³左右沼气和100kg左右的有机肥。

现有垃圾焚烧发电厂绝大部分都是直接将生活垃圾焚烧；少数垃圾焚烧发电厂对生活垃圾进行简单的预处理，也主要是经过磁选选出里面的金属，或者是为了满足焚烧炉对垃圾尺寸的要求而将生活垃圾进行破碎。

而现有的生活垃圾厌氧发酵处理方式，虽然强调将生活垃圾经过分选，实现生活垃圾的综合处理和资源化利用，但工艺流程长、系统复杂，项目成功率低。

技术实现要素：

为了优化现有城市生活垃圾焚烧发电系统的不足，本发明的目的在于依托现有生活垃圾焚烧发电系统，通过厌氧发酵手段，在不降低现有垃圾焚烧发电经济效益的同时，实现生活垃圾中的有机生物质的资源化和能源化。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种生活垃圾处理系统，系统包括垃圾机械分选单元、焚烧发电单元和厌氧发酵单元。生活垃圾经过机械分选单元处理后，被分成三部分物料，第一部分是可回收物料，主要是金属和高品质的塑料两种物料；第二部分是有机生物质，主要是瓜果、饭菜等高水分生物质；第三部分是其它剩余组分，主要是纸塑、尿不湿、织物、竹木、渣土、砂石以及其它物料。第一部分物料占生活垃圾总量的5%~8%（湿基状态下），直接回收循环利用，第二部分物料占生活垃圾总量的45%~55%（湿基状态下），通过机械分选，使其中的非生物质组分（以塑料和砂石作为计量指标）含量低于5%（湿基状态下），然后进入厌氧发酵单元；第三部分物料占生活垃圾总量的40%~50%（湿基状态下），直接送入垃圾焚烧发电单元。

其中所述的机械分选单元由垃圾给料、破袋、磁选、滚筒筛分、风选、转盘筛分、涡电流分选、破碎除杂、制浆除杂工序组成；

其中所述的厌氧发酵单元由水解酸化、厌氧发酵、沼气净化、压缩沼气、沼气脱碳、压缩CO₂、沼渣脱水、制肥、污水处理工序组成；

其中所述的焚烧发电单元为现有的循环流化床或炉排炉焚烧发电系统；

其中所述的转盘筛分、破碎除杂、制浆除杂工序为顺序连接，转盘筛分主要去除生物质中的大块的塑料袋、尿不湿以及砖块等，破碎除杂主要将物料破碎到10mm以下，同时除去里面90%以上的塑料和织物，制浆除杂主要通过加水将破碎后的生物质制成浆液，同时除去里面80%以上的砂石和剩余的细小塑料片以及其它杂物。

其中所述的水解酸化工序中通入一定量的厌氧发酵产生的沼液和焚烧发电单元产生的蒸汽，同时将沼气脱碳生成的二氧化碳通入水解酸化罐的底部，对水解酸化浆液进行搅拌传质，加速水解酸化过程，提高后续厌氧发酵甲烷产量。反应条件为：停留时间24~48小时，反应温度35±1℃，PH3.5~5，每立方浆液通入0.1~0.2m3 二氧化碳压缩气体。

其中所述的厌氧发酵工序中采用压缩沼气对厌氧发酵罐内的浆液进行气动搅拌，沼气压力为0.4~0.6MPa，压缩沼气通过均布在厌氧发酵罐底部的喷嘴，按照设定的程序间断喷射，厌氧发酵罐内浆液含固率8%~15%，停留时间20~25天，反应温度35±1℃，PH6.5~7.2。

其中所述的沼气净化工序主要对沼气进行除尘、脱硫和脱水。

本发明的有益效果在于：(1)本发明根据我国生活垃圾的特性变化，将生活垃圾分成三类物料，可实现生活垃圾处理处置的最大资源化效益；（2）本发明将近50%的高含水量的生物质分选出来，使进入垃圾焚烧炉的垃圾的热值增加，虽然焚烧的垃圾总量减少，但焚烧发电总量并未减少；（3）生物质经过厌氧发酵处理获得清洁的生物天然气和有机肥，不但获得额外的新能源，还能减少温室气体排放；（4）部分可回收的金属和高品质的废旧塑料得到了高值利用，而不是简单地通过焚烧而获得能量；（5）本发明将沼气脱碳产生的二氧化碳通入水解酸化浆液，不但起到搅拌作用，也有利于缩短水解酸化时间和提高后续厌氧发酵甲烷产量。

附图说明

图1 一种生活垃圾处理系统图，其中三个主单元为机械分选单元；厌氧发酵单元；焚烧发电单元；厌氧发酵单元又分为水解酸化、厌氧发酵、沼气净化、压缩沼气、沼气脱碳、压缩CO2、沼渣脱水、制肥、污水处理。

图2 生活垃圾机械分选单元图，包括垃圾给料、破袋、磁选、滚筒筛分、转盘筛分、风选、涡电流分选、破碎除杂、制浆除杂。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步详述：

实施例1

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种生活垃圾处理系统，系统包括垃圾机械分选单元、焚烧发电单元和厌氧发酵单元。

机械分选单元由垃圾给料、破袋、磁选、滚筒筛分、风选、转盘筛分、涡电流分选、破碎除杂、制浆除杂工序组成；厌氧发酵单元由水解酸化、厌氧发酵、沼气净化、沼气脱碳、沼渣脱水、制肥、污水处理工序组成。

生活垃圾经过垃圾给料和破袋后，垃圾袋中的生活垃圾被分散开来。然后通过磁选选出其中的铁质金属，经过滚筒筛的筛分（滚筒筛的空隙为60mm）后，垃圾被筛分为60mm以上的筛上物和60mm以下的筛下物，筛上物经过分选被分成高品质的塑料、生物质和其它物料；筛下物进入转盘筛分进一步去除里面大块其它物料，转盘筛下的物质以生物质为主。转盘筛分后的筛下生物质与风选出的生物质混合后进入涡电流分选，选出里面的铜和铝类金属，然后进入破碎除杂工序，生物质被破碎成10mm以下的物料，同时进一步去除里面90%以上的塑料和织物；破碎后的生物质经由螺旋送入制浆除杂工序，生物质被制成含固率为10%的浆液，在浆液制取过程中，去除底部沉积的砂石和浆液表面悬浮的小塑料片及纤维等。

通过上述机械分选单元处理后，被分成三部分物料，第一部分是可回收物料，主要是金属和高品质的塑料两种物料；第二部分是有机生物质，主要是瓜果、饭菜等高水分生物质；第三部分是其它剩余组分，主要是纸塑、尿不湿、织物、竹木、渣土、砂石以及其它物料。第一部分物料占生活垃圾总量的5%~8%（湿基状态下），直接回收循环利用，第二部分物料占生活垃圾总量的45%~55%（湿基状态下），通过机械分选，使其中的非生物质组分（以塑料和砂石作为计量指标）含量低于5%（湿基状态下），然后进入厌氧发酵单元；第三部分物料占生活垃圾总量的40%~50%（湿基状态下），直接送入垃圾焚烧发电单元。

生物质浆液通过泵输送到水解酸化工序，在水解酸化过程中通入一定量的厌氧发酵产生的沼液和焚烧发电单元产生的蒸汽，同时将沼气脱碳生成的二氧化碳通入水解酸化罐的底部，对水解酸化浆液进行搅拌传质，加速水解酸化过程，提高后续厌氧发酵甲烷产量。反应条件为：停留时间36小时，反应温度35±1℃，PH3.5~5，每立方浆液通入0.1~0.2m3 二氧化碳压缩气体。

经过水解酸化的浆液经过泵输送到厌氧发酵罐中，采用压力为0.4~0.6MPa的压缩沼气对厌氧发酵罐内的浆液进行气动搅拌，厌氧发酵罐内浆液含固率10 %，停留时间20天，反应温度35±1℃，PH6.5~7.2。

在20天的厌氧发酵时间内，新鲜的浆液不断地补充，同时发酵好的浆液也不断地排出，排出的浆液经过沼渣脱水后，沼液部分回流到水解酸化池、部分进入污水处理系统，沼渣则制成有机肥。

厌氧发酵产生的沼气经过净化后，部分沼气经压缩后用于厌氧发酵的气体搅拌。部分进入沼气脱碳工序，被提纯成生物天然气，脱出来的以CO2位主要成分份废气则直接通入水解酸化浆液中。