垃圾與污泥碳化臭氣零排放處理方法與流程

本發明涉及到垃圾“臭氣”處理技術領域，具體地說，是一種垃圾與污泥碳化臭氣零排放處理方法。

背景技術：

隨著全球經濟和工業化的快速發展，城市規模的不斷擴大，城市生活垃圾產生總量與日俱增，在工業化處理城市生活垃圾的的過程中,為達到減量化和完整處理垃圾，都是以焚燒和填埋二種方式進行處理。帶來了無法根除的隱患：臭氣污染問題。

由于人們對大氣污染環境意識加強，對垃圾產生的臭氣污染，要求治理呼聲越來越高，目前，世界各國最常見的對垃圾為臭氣源頭的處理方式，只有填埋和焚燒二種主流方式；高溫堆肥、RDF衍生燃料等輔助方式，臭氣問題也同樣未徹底解決！

高溫堆肥

堆肥法是利用自然界廣泛存在的細菌、放線菌、真菌等微生物的新陳代謝作用機理，在適宜的溫度、濕度條件下進行自我增生、繁殖、代謝，從而將有機脂、纖維質類降解，消除垃圾減量。

“堆肥技術”適合處理易腐爛、可降解類有機質垃圾。將其成轉化為可用的有機肥料，減小環境污染，殺滅垃圾中的一定量病菌，具有無害化和資源化的“特征”。但微生物對生存環境有一定的要求，如：溫度、PH值、有機物含量、通風供氧情況，碳、氮、氨比例及自然氣候等諸多條件的影響。而且發酵處理周期長、占地面積大。此過程中無法去除硫酸根離子等，反而使土壤板結，污染土地，發酵中產生揮發性硫化氫大量“臭氣”污染大氣，嚴重危害人類的身體健康。

衛生填埋

衛生填埋是將垃圾運送到選定好的場所進行填埋。填埋法具有技術成熟、操作簡單、投資和運營成本低、處理量大、適用于所有類型垃圾等諸多優點，是目前采用最多的處理方式。

但是，填埋的垃圾并沒有進行前期無害化處理，大量的細菌、病毒、重金屬污染。其垃圾堆放地滲漏液還會長久污染地下水資源，所以，這種方法潛在危害極大，會給子孫后代帶來無窮的后患。垃圾填埋場周圍幾公里散發的“臭氣”無法解決；目前，填埋法隨著我國“土十條”的頒布而被永久停止。

焚燒法

該工藝是一種高溫熱處理技術，就是將城市生活垃圾作為固體燃料，投入到焚燒爐中與煤、或石油、或天燃氣混合燃燒，在高溫條件下，空氣中的氧氣與垃圾中的可燃物質發生氧化還原反應釋放熱量，使其垃圾減量為固態爐渣、飛灰。混合復雜“臭氣”也無法有效處理排放。

垃圾焚燒法可縮小垃圾的體積，一般焚燒處理后可減容80％-90％，減容效果相當顯著。占地面積較小、選址靈活，靠市區較近、減少垃圾運輸費用，處理周期短。同時，可以回收垃圾焚燒的熱能用來發電，余氣用來取暖，變廢為寶，資源化程度高。

缺點是：①焚燒的尾氣含有大量的顆粒物、硫氧化物SOx、氮氧化物NOx、重金屬、二噁英等多種“臭氣”污染物無法有效處理，②由于無分選工藝，完全混合焚燒，殘渣含大量重金屬而無法無害處置，存在二次污染問題。

二噁英是一種毒性十分大的一類有機化合物，萬分之一甚至億分之一克的二噁英就會給健康帶來嚴重的危害。國際癌癥研究中心已將其列為人類一級致癌物。二噁英除了具有致癌毒性以外，還具有生殖毒性和遺傳毒性，直接危害子孫后代的健康。并且，自然界的微生物和水解作用對二噁英的分子結構影響較小，環境中的二噁英很難自然降解消除，只能1200-1500℃高溫裂解。因此二噁英污染是關系到人類存亡的重大問題，必須嚴格加以控制。

RDF衍生燃料

RDF是垃圾衍生燃料簡稱(RDF)。RDF具有熱值高、燃燒穩定、易于運輸、易于儲存、二次污染低和二惡英類物質排放量低等特點，廣泛應于各類燃燒煤質鍋爐應用中。

該工藝是把垃圾中的可燃物(橡膠、塑料、木材及其它有機物質)通過破碎、干燥、成型等過程，制成用于干燥工程、水泥制造、供熱工程和發電工程等領域。但是這種燃料也有缺點，因燃料中含有大量的塑料及橡膠制品，在燃燒過程中產生大量殘碳灰、焦油、混合“臭氣”且極易產生二噁英，也會帶來如衛生填埋和焚燒發所帶來的問題。

綜合以上論述，我們可以看到，世界各國最常見的垃圾處理方式有填埋和焚燒二種，不僅在無害化方面沒有達到人們要求，而且還產生大量重金屬有害殘渣和混合臭氣污染。垃圾焚燒法，盡管它回收了垃圾焚燒時產生的熱能發電，余氣用來取暖，但只是輔助燃料。有研究表明，城市垃圾熱值的利用率僅為15％-20％，其中相當部分有價值的資源在焚燒中變成廢氣而排放，而且二噁英排放一直超標排放，給環境帶來更多負面影響。

針對世界各國對的垃圾臭氣源頭處理，都存在這樣或那樣的不足及應用的局限性，本發明提供一種對生活垃圾混合污泥碳化過程中臭氣零排放的處理方法，以實現生活垃圾處理中“臭氣”無害化零排放。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供：一種垃圾與污泥碳化臭氣零排放處理方法，該方法基于干法脫酸脫焦技術，能夠分類逐級有效地進行臭氣去除，實現達標排放。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種垃圾與污泥碳化臭氣零排放處理方法，其關鍵在于：包括以下六道工序；

第一步為干法脫酸脫焦工序，將堿性石灰干粉與垃圾污泥混合隔氧加熱碳化后，排出的高溫混合臭氣按比例混合，并進入旋風高速混合反應塔中進行中和除酸、吸附焦油、初步脫臭、降溫；

第二步為布袋除塵工序，將反應后混合氣體中合成的酸鈣顆粒、焦油粒、粉塵進行排出，剩下弱酸性無塵臭氣；

第三步為強制冷凝工序，將弱酸性無塵臭氣在不接觸冷媒的熱交換中，以足夠熱當量冷媒進行熱交換，將臭氣降至一定溫度；

第四步為自潔循環水洗與生物菌噬濾床工序，將冷凝后的無塵臭氣進行水洗凈塵、脫酸，并滯留一段時間由菌噬體分秘膠原體吸附；

第五步為臭氧紫外光解工序，將菌噬吸附后排放的凈化氣中遺漏的異味分子體，經紫外光強烈瞬時照射，擊碎并氧化遺漏逃逸出的異味分子體；

第六步為活性炭吸附工序，將紫外光解后任逃逸的殘余異味有機分子、以及前幾道工序產生的全部二氧化碳氣體，通過活性炭進行徹底吸附。

進一步的，在干法脫酸脫焦工序中，通過雙螺旋高速反應塔旋轉空氣流，讓石灰干粉與混合臭氣充分接觸反應，并對混合氣體進行降溫冷卻。

通過上述手段，最大限度讓石灰干粉在高溫、高濕環境與混合臭氣接觸反應，并充分利用氣流高速旋轉碰撞讓石灰干粉增大與混合臭氣的表面接觸機會，讓第一步酸堿達到最大限度中合，由于又在逐步降溫過程中，粉塵最大限度與焦油附著，酸堿反應后生成合成碳酸鈣、硫酸鈣等大、小粉塵顆粒，后經脈沖反吹布袋除塵器去除各類粉塵。

進一步的，在強制冷凝工序中，所述的冷媒選用水，換熱媒介選用不銹鋼加散熱翅片，并以不銹鋼耐壓基數及取材厚薄決定熱交換常數，從而以此依據換算冷凝換熱總量、所需時間和需水量，進行熱交換后將無塵臭氣的溫度降至30℃度。

進一步的，在自潔循環水洗與生物菌噬濾床工序中，所需滯留時間至少為30秒。

該步工序中，將冷凝至30℃度左右的無塵臭氣，再次進行水洗凈塵、脫酸，基本反應式為：惡臭氣體+O₂^微生物細胞代謝物+CO₂+H₂O。然而由于惡臭氣體成分不同，其分解產物不同，不同種類的微生物，分解代謝的產物也不一樣。因此，無塵臭氣必須滯留30秒以上，以保證菌噬體分秘的膠原體能夠盡量吸附臭氣。

進一步的，在臭氧紫外光解工序中，所述異味分子體為臭氣中未被破壞的各類長碳鏈體、短碳鏈體、單分子體、小孢子、單細胞等異味分子體。

進一步的，在活性炭吸附工序中，所述活性炭為具有多層透氣結構箱體，且顆粒為多腔結構，腔徑0.5～1.7nm，由活躍的C_12-18碳顆粒組成。

本發明的顯著效果是：本發明創新的應用了干法脫酸、脫焦技術，放棄了傳統噴淋法脫酸、脫焦、脫塵產生大量廢水，浪費資源的工藝技術，再加上成熟的旋風和布代除塵技術、生物濾床技術、紫外光解氧化技術以及活性炭吸附等除臭技術進行綜合逐級臭氣去除，最終實現了排放出的氣體達到和超越國家標準，且實現了整個生產過程的零排放。

附圖說明

圖1是本發明的方法流程框圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式以及工作原理作進一步詳細說明。

如圖1所示，一種垃圾與污泥碳化臭氣零排放處理方法，包括以下六道工序；

污泥與粉碎至5mm內的生活垃圾篩下物混合，造粒后進行隔氧加熱碳化，固體物碳化成生物質可燃炭。該混合物在隔氧加熱碳化過程中，由于富含植物纖維、淀粉、糖、各有機酸脂、絮凝劑酯等物質，在隔氧高溫熱風環境中形成大量粉塵和焦油，除植物纖維自身C、H、O有一部份氧化還原放熱外，淀粉、糖、酸、脂等之前經發酵己產生大量臭氣，此時旋窯內缺氧高溫熱輻射，促使各類有機物、無機物因熱輻射效應發生二次化學反應，再次形成含有各種有機、無機酸、揮發油酸、水的混合臭氣，因此需要進行脫酸、脫焦。

首先進入第一步：干法脫酸脫焦工序，即將堿性石灰干粉與垃圾污泥混合隔氧加熱碳化后，排出的高溫、濕混合臭氣按比例混合，進入單螺旋高速反應塔中進行中和除酸、吸附焦油、初步脫臭、降溫，實現一級臭氣處理，并排除反應生成的粉塵；

由于是隔氧熱輻射烘制，高溫惡臭混合氣體中含大量酸、氨氮、CO2、H₂O等等。基本反應式：

硝酸氨類：Ca(OH)₂+2NH₄O₃＝NH₃+H₂O+Ca(NO₃)₂，

(NH₄)SO₄+Ca(OH)₂＝2NH+2H₂O+CaSO₄。

二氧化硫類：SO₂+CaCO₃＝CaSO₄+2H₂O；

熱交換反應類：Ca(HCO₃)₂＝CaCO₃+CO₂+H₂O。

第二步為布袋除塵工序，本例中為了保證出成效過與脫酸脫焦的徹底性，在此先經雙螺旋高速反應塔將熱空氣高速旋轉，讓石灰干粉與混合臭氣更加充分接觸反應，充分利用高速旋轉碰撞，讓石灰粉增大與混合臭氣的表面接觸機會，讓酸堿達到最大限度中和。由于又引入空氣流進行降溫，粉塵最大限度與焦油附著后反應生成合成碳酸鈣、硫酸鈣等大、小粉塵顆粒，因此經雙螺旋旋風可除塵去除粗顆粒物，然后經布袋除塵器的脈沖反吹作用去除微塵顆粒物，排出的顆粒物經由排渣系統排出，并進行資源再利用作為制磚原料，剩下弱酸性無塵臭氣，實現了第一級臭氣處理；

第三步為強制冷凝工序，將中和脫酸后的弱酸性無塵臭氣在不接觸冷媒的熱交換中，按出風口的排放氣體量及溫度，進行計算，以水為冷媒、以不銹鋼加散熱翅片為換熱媒介，以在不銹鋼耐壓基數及取材厚薄決定熱交換常數，以此依據換算足夠換熱當量的趐片展開面積，在乘以水冷凝此換熱總量所需時間和需水量進行熱交換，將其臭氣溫度降至30度左右，惡臭蒸汽因降溫冷凝產生極少量冷凝臭水，經專用污水凈化系統處理后無害排放，或用于免燒制磚用水，實現第二級臭氣處理；

第四步為自潔循環水洗與生物菌噬濾床工序，將冷凝至30度的無塵臭氣，首先進行水洗凈塵、脫酸，實現第三級臭氣處理，長期脫酸后溶液PH在4-6之間時，該溶液經加堿中和、凈化處理后循環利用；接著進行生物菌噬濾床部分，即將無塵臭氣滯留30秒以上實現菌噬體分秘膠原體吸附，實現第四級臭氣處理。在此過程中，臭氣按照反應式-惡臭+O₂^微生物細胞代謝物+CO₂+H₂O-進行反應，菌噬體分秘膠原體吸附之后，經其箱內微生物菌群、蟲群進行自我循環代謝，一段時間后蟲群代謝物沉積超標探測儀報警時，自動控制噴淋進行水洗，洗下含有蟲群各種代謝物混合溶液，代謝物經菌群自我繁殖修復又循環使用。

在具體實施時，由于惡臭氣體成分不同，其分解產物不同，不同種類的微生物，分解代謝的產物也不一樣。對于不含氮的有機物質如苯酚、羧酸、甲醛等，其最終產物為二氧化碳和水；對于硫類惡臭成分，在好氧條件下被氧化分解為硫酸根離子和硫；對于像胺類這樣的含氮惡臭物質經氨化作用放出NH₃，NH₃可被亞硝化細菌氧化為亞硝酸根離子，再進一步被硝化細菌氧化為硝酸根離子，最終生成H₂O、CO₂，即實現第四級臭氣處理。

能量代謝方式：

第五步為臭氧紫外光解工序，將菌噬吸附后排出的凈化氣體中未被吸附的長碳鏈、短碳鏈、單細胞異味分子體等，引入高能紫外光強烈瞬時照射，擊碎并氧化遺漏逃逸出的異味分子體，實現第五級臭氣處理。TiO₂反應產生的臭氧，OH(羥基自由基)對惡臭氣體(硫化氫、氨氣、硫醇)進行協同分解氧化反應，同時，惡臭氣體分子鏈在紫外線作用下結構斷全鏈，使其轉化為“無臭味”的小分子化合物或礦化、生成水和CO₂；光解反應方式：

有機廢氣→溦波+光解+O₂→O-+O*(活性氧)O+O₂→CO₂+H₂O；

第六步為活性炭吸附工序，以上五項工序最終產物都有H₂O、CO₂產生，還有可能逃逸的小分子體等異味體，采用由多腔活躍的C_12-18碳顆粒構成的多層透氣活性炭結構箱體，將CO₂和殘余異味體有機物徹底吸附，實現第六級臭氣處理。而活性炭吸附CO₂的最佳腔經為0.5～1.7nm。

本實施例中，所述活性炭在吸附飽和之后還采用脫附處理，然后將該活性炭循環使用三次以節約成本，之后不再使用時作浮法鍋爐爐燃料使用為碳化爐提供熱量，其碳灰又可作為肥料進行資源化利用，從而實現了本方案對臭氣處理的零排放。

本發明創新的應用了干法脫酸、脫焦技術，放棄了傳統噴淋法脫酸、脫焦、脫塵產生大量廢水，浪費資源的工藝技術，再加上成熟的旋風和布代除塵技術、生物濾床技術、紫外光催氧化技術以及活性炭吸附等除臭技術進行組合臭氣去除，實現了六級臭氣處理，并最終實現了排放出的氣體達到國家標準，且實現了整個過程的固、液、氣全零排放。