本发明涉及固体废弃物资源化处理技术，具体地指一种多元废弃物无害化处理方法及其系统。
背景技术：
污水处理厂在运行过程中，污泥产量巨大，同时污水中大部分有害物质存留在污泥中，如何彻底解决污泥造成的污染已成为迫在眉睫的问题。传统的污泥处理方法主要有填埋、焚烧、排海、农用等，但这些传统的处理方法存在很多弊端：污泥填埋，需要占用大量土地，且污泥中含有的有毒物质渗出将影响水土资源；焚烧污泥，由于污泥中含有大量有害物质，而燃烧过程中不可避免的会产生大量的有害物质，如：氮氧化物、二氧化硫及二噁英等物质，从而对生态环境造成了二次污染，严重影响公众身体健康；污泥排海，若污泥处理不当直接排海，会对海洋中的鱼类等生物资源造成严重的污染，破坏海洋生态环境；污泥农用，把污泥制成有机肥料作为产品出售，但污泥中含有较多有毒有害物质，其产品会污染农作物，因此难以产业化推广。
另外，相较于污泥焚烧，现有的污泥热解技术是在无氧环境条件下对污泥进行加热，使污泥中的有机物进行热裂解和热化学分解反应，生成热解气、热解液和热解炭，由于在封闭无氧条件下加热，无污染气体排放；大部分重金属颗粒残留在热解炭中，减轻了对环境的污染，热解液和热解气可作为热解本身的能源供应，热解炭可用作污水、废气处理的吸附剂，运行成本明显低于焚烧，但是热解过程中会产生焦油，会对生产和人体健康产生巨大的危害，且焦油在燃烧时容易产生炭黑，这会让使设备受到严重的损坏，例如：有一种污泥回转窑热解工艺，其焦油产量较多，容易堵塞管道、腐蚀设备等，经常停车检修，并且后端需要复杂的油水分离及净化装置，导致投资大大增加。现有污泥裂解气化设备主要有外热卧式反应器和流化床工艺，然而由于污泥含水量非常高，即使是从污水处理厂脱水后的湿污泥含水率也高达80％，因此这种含水量较高的污泥处理工艺在运行过程中存在诸多弊端，直接采用湿污泥作为原料，在反应器中容易发生板结、粘壁等现象，导致设备难以连续运行，并且污泥转化效率不高；而采用干污泥作为原料，前期污泥干燥预处理需要消耗大量的能耗。
由此可见，上述现有污泥处理方法要么不能满足污泥处理的技术要求，要么不能解决污泥对环境及人类造成危害的问题，因此，对污泥处理利用新技术的研发具有很重要的现实意义。
技术实现要素：
本发明的目的就是要提供一种多元废弃物无害化处理方法及其系统，该方法能将废弃物快速干化处理后转化成气化原料，实现无害化利用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多元废弃物无害化处理方法，包括以下步骤：
1)预处理：将有机流体废弃物进行预处理，制成初步干燥的滤饼；
2)干化制粉：将所述滤饼与热载气在负压条件下进行紊流加热与旋流干燥相结合的干化处理，干化温度为40～500℃，并同时利用旋转刀具对所述滤饼沿热载气流相反方向进行逆向切割撞击，使得滤饼被快速干化且破碎成粉体废弃物；
3)气固分离：进行气固分离处理，分离出所述粉体废弃物和尾气；
4)气化及废渣无害化处理：将所述粉体废弃物与另外的固体废弃物进行协同气化处理，在高温、氧化环境下将粉体废弃物与固体废弃物中的有机质快速转化生成合成气，同时，有害灰分将迅速在气化熔渣中一起熔融，实现废渣的无害化处理；
5)回收热量及合成气无害化处理：将所述合成气充分燃烧回收热量，同时合成气中有害成分燃烧去除，合成气燃烧后产生的烟气经净化处理后达标排放；
6)尾气无害化处理：将步骤3)产生的尾气进行除尘处理后用作热载气循环回用于步骤2)中，实现尾气零排放；或将尾气直接燃烧转化成无害烟气；
7)废水处理：将步骤6)产生的废水进行净化处理，得到的净化水应用到步骤4)中对气化熔渣进行激冷处理，同时产生的污泥送入步骤1)中循环处理。
进一步地，所述步骤1)中，有机流体废弃物为污泥、餐厨垃圾、畜禽粪便、水体藻类中的一种或多种混合；所述滤饼含水率为40％～60％。
进一步地，所述步骤2)中，干化温度为40℃～90℃，干化压力为-0.01～-0.08MPa，干化时间≤20s；干化后的粉体废弃物粒径为0.5～2mm，含水率为5～15％。
进一步地，所述步骤2)中，干化温度为50℃～80℃，干化压力为-0.04～-0.06MPa。
进一步地，当所述步骤2)中干化温度为90～500℃时，所述步骤5)中将尾气直接燃烧转化成无害烟气。
进一步地，所述步骤2)中，利用步骤6)回收的热量加热循环气作为热载气；所述步骤2)中，外界余热、燃烧热、电加热、电磁加热、太阳能或地热能加热循环气作为热载气，加热后的循环气温度为200℃～400℃。
进一步地，所述步骤4)中，先将粉体废弃物进行造粒处理制成粒状废弃物，再与另外的固体废弃物进行协同气化处理；所述固体废弃物为城市垃圾、废木材、秸秆、生物质颗粒中的一种或多种。
进一步地，所述步骤5)中，取部分净化后的烟气用作热载气循环回用于步骤2)中。
一种多元废弃物无害化处理系统，包括干化制粉装置、气固分离装置、熔渣式气化装置、除渣装置、燃烧炉、喷淋洗涤装置、余热回收装置、净化装置、以及废水处理装置；所述干化制粉装置上设置有用于供经过预处理后制成的滤饼进入的进料口、用于供热载气进入的气体进口、以及用于供粉体废弃物与热载气的混合气输出的混合料出口，所述干化制粉装置的混合料出口与气固分离装置的混合料进口连接，所述气固分离装置上还设置有用于供粉体废弃物输出的粉体出口、以及用于供尾气排出的尾气出口；所述气固分离装置的粉体出口与熔渣式气化装置的第一进口连接，所述熔渣式气化装置上还设置有用于供固体废弃物进入的第二进口、用于供熔渣排出的排渣口、以及用于供合成气排出的排气口；所述熔渣式气化装置的排渣口与除渣装置的进渣口连接，所述除渣装置上设置有用于供渣料排出的出渣口、用于供冷水进入的进水口、以及用于供热水输出的出水口；所述熔渣式气化装置的排气口与所述燃烧炉连接，所述燃烧炉与所述余热回收装置的高温进气口连接，所述余热回收装置的低温出气口与净化装置的进气口连接，所述净化装置的净化气出口与外界输送管系相连，所述净化装置的废水出口与废水处理装置的第一废水进口连接，所述废水处理装置的净化水出口与除渣装置的进水口连接，所述废水处理装置的污泥液出口与干化制粉装置的进料口连接；所述尾气出口与所述喷淋洗涤装置连接，所述喷淋洗涤装置的出气口与所述余热回收装置的低温进气口连接，所述余热回收装置的高温出气口与干化制粉装置的气体进口连接。
进一步地，所述喷淋装置的含尘废水出口与废水处理装置的第二废水进口连接。
进一步地，所述气固分离装置的粉体出口与熔渣式气化装置的第一进口之间的管路上设置有用于输送粉体废弃物的输送装置，所述熔渣式气化装置的第二进口处设置有用于输送固体废弃物的给料装置。
进一步地，所述气固分离装置的粉体出口与熔渣式气化装置的第一进口之间的管路上设置有用于对粉体废弃物进行造粒的造粒装置。
进一步地，所述干化制粉装置包括壳体和设置在壳体内腔下部的旋流板，所述旋流板的上方设置有可高速旋转的破碎刀具，所述进料口位于破碎刀具的上方，所述气体进口位于旋流板的下方。
进一步地，所述旋流板包括与壳体内壁固定的环形斜板、以及设置在环形斜板内圈的实心平板，所述环形斜板上沿其环向设置有若干个用于供热载气喷出的通孔。
进一步地，所述气体进口与干化制粉装置的底部外壁圆周相切布置，所述混合料出口与干化制粉装置的顶部外壁圆周相切布置。
作为上述多元废弃物无害化处理系统的一种变形，另一种多元废弃物无害化处理系统，包括干化制粉装置、气固分离装置、熔渣式气化装置、除渣装置、燃烧炉、余热回收装置、净化装置、以及废水处理装置；所述干化制粉装置上设置有用于供经过预处理后制成的滤饼进入的进料口、用于供热载气进入的气体进口、以及用于供粉体废弃物与热载气的混合气输出的混合料出口，所述干化制粉装置的混合料出口与气固分离装置的混合料进口连接，所述气固分离装置上还设置有用于供粉体废弃物输出的粉体出口、以及用于供尾气排出的尾气出口；所述气固分离装置的粉体出口与熔渣式气化装置的第一进口连接，所述熔渣式气化装置上还设置有用于供固体废弃物进入的第二进口、用于供熔渣排出的排渣口、以及用于供合成气排出的排气口；所述熔渣式气化装置的排渣口与除渣装置的进渣口连接，所述除渣装置上设置有用于供渣料排出的出渣口、用于供冷水进入的进水口、以及用于供热水输出的出水口；所述熔渣式气化装置的排气口与所述燃烧炉连接，所述燃烧炉与所述余热回收装置的高温进气口连接，所述余热回收装置的低温出气口与净化装置的进气口连接，所述净化装置的净化气出口与外界输送管系相连，所述净化装置的废水出口与废水处理装置的第一废水进口连接，所述废水处理装置的净化水出口与除渣装置的进水口连接，所述废水处理装置的污泥液出口与干化制粉装置的进料口连接；所述尾气出口与所述燃烧炉连接，所述净化装置的净化气出口与所述余热回收装置的低温进气口连接，所述余热回收装置的高温出气口与干化制粉装置的气体进口连接。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
其一，本发明对有机废液等废弃物料采用低温负压干化技术进行快速干化处理，能快速地将流体状废弃物制成粉体废弃物料，使其能作为熔渣式气化炉的一种原料，能实现多元物料的协同气化燃烧，高效实现废弃物无公害化处理。
其二，本发明系统对多元物料采用高温熔渣式气化与合成气直接燃烧相结合的处理方式，能保证所有有害灰分完全熔融无害化，且气化燃烧相结合的处理方式能从源头上减少有害物质的产生，还能将各种有害组分充分燃烧反应，烟气中完全不含有害成分，从而避免了传统废弃物焚烧工艺非常复杂的烟气净化工艺，大幅降低了烟气净化难度。
其三，本发明系统能实现多元废弃物的集约处理，有害金属物质都能被高温熔融，彻底实现了多元废弃物的无害化处理。
其四，本发明系统利用处理工艺自身的低温余热来作为低温负压干化工艺的热量来源，能实现能源高低品位的结合及自给，剩余热能能提供周边的热用户，因而非常适合城市垃圾、污泥、农林废弃物的就地处理、就地消纳，也非常适合小规模分布式系统商业模式的利用。
其五，本发明采用分布式集约化，废水、废渣、废泥能一体化集约处理，实现该系统分布式布置，实现了废弃物的就地取材、就地消化，不产生二次污染物，极大地提高了系统的环保性；本发明综合考虑环境保护、卫生安全及经济效益等多方面因素，提供了一种将废弃物处理与废弃物能源化完美结合的技术方案，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例1的多元废弃物无害化处理系统的结构示意图。
图2为实施例1的工作流程示意图。
图3为实施例2的多元废弃物无害化处理系统的结构示意图。
图4为实施例2的工作流程示意图。
图5为实施例3的工作流程示意图。
图6为图1中干化制粉装置的结构示意图。
图7为图6中沿A-A方向的剖视结构示意图。
图8为图6中沿B-B方向的剖视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
实施例1
如图1所示的多元废弃物无害化处理系统，包括干化制粉装置1、气固分离装置2、熔渣式气化装置3、除渣装置4、燃烧炉12、喷淋洗涤装置11、余热回收装置5、净化装置6、以及废水处理装置7；干化制粉装置1上设置有用于供经过预处理后制成的滤饼进入的进料口1.1、用于供热载气进入的气体进口1.2、以及用于供粉体废弃物与热载气的混合气输出的混合料出口1.3，干化制粉装置1的混合料出口1.3与气固分离装置2的混合料进口2.1连接，气固分离装置2上还设置有用于供粉体废弃物输出的粉体出口2.2、以及用于供尾气排出的尾气出口2.3；气固分离装置2的粉体出口2.2与熔渣式气化装置3的第一进口3.1连接，熔渣式气化装置3上还设置有用于供固体废弃物进入的第二进口3.2、用于供熔渣排出的排渣口3.3、以及用于供合成气排出的排气口3.4；熔渣式气化装置3的排渣口3.3与除渣装置4的进渣口4.1连接，除渣装置4上设置有用于供渣料排出的出渣口4.2、用于供冷水进入的进水口4.3、以及用于供热水输出的出水口4.4；熔渣式气化装置3的排气口3.4与燃烧炉12连接，燃烧炉12与余热回收装置5的高温进气口5.1连接，余热回收装置5的低温出气口5.2与净化装置6的进气口6.1连接，净化装置6的净化气出口6.2与外界输送管系相连，净化装置6的废水出口6.3与废水处理装置7的第一废水进口7.1连接，废水处理装置7的净化水出口7.2与除渣装置4的进水口4.3连接，废水处理装置7的污泥液出口7.3与干化制粉装置1的进料口1.1连接；尾气出口2.3与喷淋洗涤装置11连接，喷淋洗涤装置11的出气口与余热回收装置5的低温进气口5.3连接，余热回收装置5的高温出气口5.4与干化制粉装置1的气体进口1.2连接；喷淋洗涤装置11的含尘废水出口11.3与废水处理装置7的第二废水进口7.4连接。气固分离装置2的粉体出口2.2与熔渣式气化装置3的第一进口3.1之间的管路上设置有用于输送粉体废弃物的输送装置13，熔渣式气化装置3的第二进口3.2处设置有用于输送固体废弃物的给料装置14。气固分离装置2的粉体出口2.2与熔渣式气化装置3的第一进口3.1之间的管路上设置有用于对粉体废弃物进行造粒的造粒装置。
上述方案中，结合图6～图8所示，干化制粉装置1包括壳体1.4和设置在壳体1.4内腔下部的旋流板1.5，旋流板1.5的上方设置有可高速旋转的破碎刀具1.6，进料口1.1位于破碎刀具1.6的上方，气体进口1.2位于旋流板1.5的下方。旋流板1.5包括与壳体1.4内壁固定的环形斜板1.51、以及设置在环形斜板1.51内圈的实心平板1.52，环形斜板1.51上沿其环向设置有若干个用于供热载气喷出的通孔1.53。气体进口1.2与干化制粉装置1的底部外壁圆周相切布置，混合料出口1.3与干化制粉装置1的顶部外壁圆周相切布置。所述干化制粉装置1的底部设置有用于驱动破碎刀具1.6旋转的驱动电机1.7。
干化制粉装置1的工作过程如下：1)将含水滤饼送入干化制粉装置1内，滤饼首先从上至下被热风进行紊流加热，随后进入干化制粉装置1的底部旋流段中，在底部旋流区间内气流推动滤饼形成正旋向的物料旋流，同时，滤饼能被逆向高速旋转的破碎刀具1.6切割撞击而破碎成粒径≤2mm的粉体废弃物，粉体废弃物随热的气流上升并形成紊流，在紊流段能进行剧烈的传热交换，控制整个系统负压在-0.001～-0.08Mpa，优选-0.04～-0.06MPa(表压)，降低了粉体废弃物内部细胞水分的蒸发分压力，使得内部水分能快速逸出粉体废弃物而逐步干燥，能在30s内形成干燥的粉体废弃物颗粒。其中，循环气体进入干化制粉装置1形成的旋流方向与破碎刀具1.6旋转方向相反；2)干燥的粉体废弃物颗粒随后进入干化制粉装置1的顶部旋流段中，粉体废弃物随气流进行旋流干燥，能在顶部空间停留，进行更进一步的换热干燥，完成粉体废弃物干燥过程，并且干化制粉装置1的顶部旋流段能对粉体颗粒进行初步的物料分离，使得大颗粒物料直接掉入干化制粉装置1底部的旋流段内被破碎刀具1.6再次破碎，而粒径达到小于设定粒径(2mm)的颗粒料会直接逸出干化制粉装置1进入后续气固分离装置2中。
采用图1所述系统进行的多元废弃物(有机流体废弃物与固体废弃物)无害化处理方法，如图2所示，其具体步骤如下：
1)预处理：将含水率为97％～98％的有机废滤液(含水污泥)经污泥调理、深度脱水处理成含水率为40～60％的滤饼；除有机废滤液外，餐厨垃圾、畜禽粪便、水体藻类中的一种或多种混合物也适用。
2)干化制粉：滤饼随后进入干化制粉装置1进行低温负压干化工艺，低温负压干化是采用紊流加热与旋流干燥相结合的干燥方式，以200℃～400℃的高温循环废气作为热源，在干化制粉装置1内形成高速旋流气体，且其内采用破碎刀具1.6(旋转刀片)以逆向切割方式形成紊流，能快速将含水40～60％的滤饼物料降低至含水率15％以下的粉体废弃物，干化温度50℃～80℃的工作区间温度，配合调节系统的负压在-0.001～-0.08MPa(表压)内，能有效破坏生物细胞壁释放胞内水，对含水率20～80％的热敏性高的、含胞内水的、难脱水的物料在20秒内快速干燥至5～15％的含水率，干燥效率非常高。干化后的粉体废弃物粒径为0.5～2mm。
3)气固分离：利用气固分离装置2进行气固分离，分离出粉体废弃物和尾气(废气)，低温负压干化生产的含有机质的粉体废弃物与尾气分离后，粉体废弃物送入粉体加压输送单元，粉体废弃物通过加压输送后送入气化炉内，而尾气则进入喷淋洗涤装置进行除尘处理，由于是在50℃～80℃的工作区间温度内进行低温干化，污泥等有机废滤液中的有害气体成分没有析出，通过喷淋洗涤将废气中的固体粉尘喷淋冷却，随污水一起进入污水处理系统。
4)气化及废渣无害化处理：将城市垃圾、废木材、秸秆、生物质颗粒等可燃固体废弃物直接送入熔渣式气化炉入口，固体废弃物经气化炉给料系统从气化炉的上部送入气化炉内，进行高温气化，而粉体废弃物则是通过粉体输送系统从烧嘴喷入气化炉熔渣区，在高温熔渣区进行气化反应，实现粉体废弃物直接喷入高温熔融区，并与熔渣进行强烈的紊流混合，在高温、氧化环境下将粉体颗粒中的有机质进行快速转化，而有害灰分将迅速在熔渣中一起熔融，熔渣随后排入渣池内进行激冷处理，得到玻璃态熔渣，实现有害废渣的无害化处理。同时，也可以将粉体废弃物通过造粒机制成燃料颗粒，燃料颗粒具有均一性的特点，非常适合颗粒物料给料系统的输送。在应用过程中，粉体废弃物是以粉体物料直接喷入气化炉，还是制成干化颗粒取决于污泥、有机废滤液处理工艺过程与后续原料利用系统之间的距离，距离长，造粒便于输送、转运、储存等。
本工艺的高温熔渣式气化技术在工艺上规避了二噁英类污染物质的产生条件，系统的高温是臭味和病菌的克星，可以将硫化氢、氨类物质彻底分解，将有害病菌全部杀死，特别是对重金属的稳定化，所以气化技术具有天然优势，系统的高温将废弃物中的重金属牢牢地锁在流化的硅酸盐晶体结构中，该晶体异常稳定，在酸碱环境下试验均不会溢出，而在高温贫氧下，有机物被气化成一氧化碳、氢气、烷类等可燃气体。
5)回收热量及合成气无害化处理：气化后生产的合成气随后进入燃烧炉燃烧，充分释放合成气的热量，并对合成气中有害成分进行高温燃烧处理，烟气中不含苯酚、二噁英等，并进行余热回收及烟气净化处理，达标的烟气可以直接对外排放，实现固定废弃物的无公害化处理。
6)尾气无害化处理：步骤5)回收的热能可以用来加热除尘后的尾气用作热载气供步骤2)的低温负压干化工艺循环回用，实现系统的自身循环；也可以将尾气送入燃煤锅炉这种燃烧炉内，实现余热回收。另外，净化处理后的烟气能直接排放，也可以抽取一部分烟气再循环进入余热回收单元来回收热能，通过烟气的循环使得系统的热能被用于有机滤液的低温负压干化处理。
7)废水处理：烟气净化处理工艺中产生的污水收集到污水处理装置，随同低温负压干化过程中产生的含有颗粒物的污水一起送入废水处理装置，处理后产生的污泥能再次被低温负压干化，而污水在废水处理装置中被处理为中水，可用于熔渣气化炉产生的熔渣的激冷水使用。
其中，步骤2)中，采用低温负压干化工艺，低温负压干化是采用紊流加热与旋流干燥相结合的干燥方式，低温负压干化的温度范围在40℃～90℃，优选为50℃～80℃；负压的范围是-0.01～-0.08MPa，优选为-0.04～-0.06MPa；低温负压干化工艺的干化热源还可以采用太阳能、地热能、电厂余热能等。
步骤4)中，高温气化能对有害灰分进行钝化处理，熔渣式气化炉可采用固定床熔渣气化、流化床熔渣气化、等离子熔渣气化、气流床气化等多种熔渣气化方式。本实施例优选采用固定床熔渣气化方式。
步骤6)中，采用烟气再次循环来作为低温负压干化的热载气，充分利用系统自身余热，能实现能量的自身平衡，甚至在纯含水98％的有机废滤液也能实现能量自身平衡使用，充分满足分布式能源系统的要求。
实施例2
如图3所示的多元废弃物无害化处理系统，其与实施1中系统的区别是，省去了喷淋洗涤装置，且所述尾气出口2.3与燃烧炉12连接，所述净化装置6的净化气出口6.2与所述余热回收装置5的低温进气口5.3连接，所述余热回收装置5的高温出气口5.4与干化制粉装置1的气体进口1.2连接。
采用上述图3系统进行的多元废弃物无害化处理方法，步骤与实施例1相比，如图4所示，区别在于，本实施例中，低温负压干化工艺的干化温度范围在90℃～500℃之间，该温度范围内是为了最大限度提高干化温度，提高干化效率，对大规模生产时，能极大地提高干化的生产效率。
在本实施中，90℃～500℃之间的负压干化生产的含有机质的粉体废弃物与尾气分离后，粉体废弃物送入粉体加压输送单元，粉体废弃物通过加压输送后送入气化炉内，而尾气由于干化温度较高，虽然干化温度高提高了干化速率，但是干化过程中必然会使得有机废滤液中的不稳定的有机质部分分解，以及使得有机废滤液中有害组分，如NH3、H2S、醇类等物质大量析出，为传统干化工艺带来了极其困难的废气处理问题，本发明充分结合整体工艺系统的优势，将含有有害物质的尾气直接通入后续的燃烧炉系统中进行燃烧，将有害废气在燃烧炉内通过高温燃烧转化成无害化的烟气。
实施例3
实施例3的多元废弃物无害化处理系统结构与实施1一样。
实施例3的工作过程与实施例1相比，如图5所示，区别在于本实施例中的燃烧炉可以是传统的电站燃煤锅炉，有机废滤液干化后送入气化炉气化，气化后产生的合成气送入电站燃煤锅炉内与煤(粉)一起燃烧，在高温下生成无害化的烟气，干化废弃物放出的热能能在燃煤锅炉内被转化为高温(540℃以上)高参数的蒸汽进行蒸汽发电，通过这种与燃煤锅炉耦合式发电的方式，能极大的提高有机废弃物燃烧热能的发电效率，一般耦合式的发电效率能达到40％以上，而废弃物焚烧的发电效率由于蒸汽参数低，仅能达到20％～30％范围内。