一種垃圾資源化處理的系統及方法與流程

本發明屬于固體廢棄物資源化處理領域，具體涉及一種垃圾資源化處理的系統及方法。

背景技術：

生活垃圾常用的處理方式有填埋、焚燒和堆肥，其中填埋、堆肥已陷入占用大量用地、產品銷路不暢、資源化水平低的困境，而焚燒雖然能達到減容減量和資源化利用的目的，其處理卻始終無法擺脫二噁英污染的問題。垃圾熱解處理是目前公認的相對于垃圾焚燒更好的處理方式，不僅能夠清潔實現垃圾的減量化處理，環境友好性強，而且可獲得價值更高的油、氣和固體炭，從原理上避免了二噁英的生成，同時大部分的重金屬在熱解過程中融入灰渣，減少了排放量。

污泥厭氧消化技術是利用兼性菌和厭氧細菌將污泥中的可生物降解的有機物分解成二氧化碳、甲烷和水等。具有二次污染小、資源化水平高等特點。

現有技術中，一些垃圾焚燒工藝，廠區內污水進行處理后得到的污泥大量堆積，對環境造成巨大危害。一些單獨的垃圾熱解工藝，雖然二噁英含量很低，污泥產量也巨大，難以有效利用，工業化推廣困難。

技術實現要素：

本發明的目的是針對垃圾熱解工藝中能耗較大、熱解水產量高、處理成本大等問題，以及污泥厭氧消化工藝中沼氣難以利用，運行成本高等問題，提供一種清潔、高效的垃圾與污泥資源化處理的工藝。

本發明首先提供了一種垃圾資源化處理的系統，所述系統包括：

蓄熱式旋轉床，具有原料入口、燃氣入口、煙氣出口、熱解水出口、熱解油氣混合物出口、熱解炭出口；

污水處理站，具有熱解水入口、凈化水出口和污泥出口，所述熱解水入口與所述蓄熱式旋轉床的熱解水出口相連；以及

厭氧消化裝置，具有污泥入口、液渣出口、沼氣出口，所述污泥入口與所述污水處理站的污泥出口相連，所述沼氣出口與所述蓄熱式旋轉床的燃氣入口相連。

在本發明的一些實施例中，所述系統還包括：

油氣分離裝置，具有熱解油氣混合物入口、焦油出口、氣體出口，所述熱解油氣混合物入口與所述蓄熱式旋轉床的熱解油氣混合物出口相連；

凈化裝置，具有氣體入口、燃料氣出口，所述氣體入口與所述油氣分離裝置的氣體出口相連。

在本發明的一些實施例中，所述系統還包括熄焦裝置，所述熄焦裝置具有熱解炭入口、灰渣出口、熄焦水入口，所述熱解炭入口與所述蓄熱式旋轉床的熱解炭出口相連。

在本發明的一些實施例中，所述蓄熱式旋轉床包括干燥區和熱解區；所述熱解水出口布置于所述干燥區末端的側壁，所述熱解油氣混合物出口布置于所述熱解區末端的頂部。

此外，本發明還提供了一種利用上述系統處理垃圾的方法，所述方法包括如下步驟：

準備垃圾；

將所述垃圾送入所述蓄熱式旋轉床內進行熱解，制得熱解水；

將所述熱解水送入所述污水處理站，采用活性污泥法對所述熱解水進行處理，制得污泥；

將所述污泥送入所述厭氧消化裝置進行厭氧消化處理，制得沼氣；以及

將所述沼氣作為燃氣通入所述蓄熱式旋轉床。

在本發明的一些實施例中，所述污泥熱解時還會產生熱解油氣混合物，將所述熱解油氣混合物進行油氣分離后再凈化，制得燃料氣和焦油。

在本發明的一些實施例中，所述污泥厭氧消化處理后還會產生液渣，用所述液渣制備有機肥料。

在本發明的一些實施例中，在30℃-40℃的溫度下對所述污泥進行厭氧消化處理。

在本發明的一些實施例中，所述垃圾的平均粒徑≤100mm。

在本發明的一些實施例中，在750℃-950℃的溫度下熱解所述垃圾。

本發明采用蓄熱式旋轉床對預處理后的垃圾進行熱解，并利用污泥厭氧消化將沼氣供旋轉床內蓄熱式輻射管加熱使用，整個工藝成本低、無二噁英產生，環保效益好，并且解決了污水處理中的污泥問題。實現了垃圾及污泥的“無害化、減量化、資源化”。

此外，本發明的工藝簡單、運行成本低、資源化水平高、二次污染小，且易于實現工業化和規模化。

附圖說明

圖1為本發明實施例中的一種垃圾資源化處理的系統的結構示意圖；

圖2為本發明實施例中的一種利用上述系統處理垃圾的工藝流程圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發明的方案以及其各個方面的優點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發明的限制。

參見圖1，本發明提供的垃圾資源化處理的系統包括：分選裝置1、破碎裝置2、蓄熱式旋轉床3、油氣分離裝置4、凈化裝置5、污水處理站6、厭氧消化裝置7、熄焦裝置8。

分選裝置1和破碎裝置2是垃圾的預處理裝置，可根據垃圾原料的具體性質，選擇是否在系統中布置。

蓄熱式旋轉床3具有原料入口、燃氣入口、煙氣出口、熱解水出口、熱解油氣混合物出口、熱解炭出口。蓄熱式旋轉床3的原料入口與破碎裝置2的出料口相連。蓄熱式旋轉床3用于對垃圾進行熱解處理，制備熱解油氣和熱解炭。

蓄熱式旋轉床3包括干燥區和熱解區。熱解水出口布置于干燥區末端的側壁，以便在熱解水剛產生時就進行收集，降低系統能耗；熱解油氣混合物出口布置于熱解區末端的頂部，以便得到高品質的熱解油氣；熱解炭出口布置于熱解區末端的底部，以便出料。

油氣分離裝置4具有熱解油氣混合物入口、焦油出口、氣體出口，熱解油氣混合物入口與蓄熱式旋轉床3的熱解油氣混合物出口相連。油氣分離裝置4用于分離熱解油和燃料氣，以提高產品的經濟效益。

凈化裝置5具有氣體入口、燃料氣出口，氣體入口與油氣分離裝置4的氣體出口相連。凈化裝置5用于除去燃料氣中的雜質，以獲得熱值較高的燃料氣，提高產品的經濟效益。

當然，熱解油氣混合物也可另作他用，諸如，將其作為燃料直接進行燃燒。因此，系統也可不包括油氣分離裝置4和凈化裝置5。

污水處理站6具有熱解水入口、凈化水出口和污泥出口，熱解水入口與蓄熱式旋轉床3的熱解水出口相連。污水處理站6用于處理熱解水，本發明采用活性污泥法處理污水，活性污泥法是一種污水的好氧生物處理法，能有效處理污水。

厭氧消化裝置7具有污泥入口、液渣出口、沼氣出口，污泥入口與污水處理站6的污泥出口相連，沼氣出口與蓄熱式旋轉床3的燃氣入口相連。厭氧消化裝置7用于處理從污水處理站6排出的污泥。

污泥經過厭氧消化后產生沼氣，本發明將厭氧消化裝置7產生的沼氣直接作為原料送回蓄熱式旋轉床3中燃燒，不僅降低了運行成本，還提高了整個工藝的環保性，增加了經濟效益，有利于工業化推廣。

熄焦裝置8具有熱解炭入口、灰渣出口、熄焦水入口，熱解炭入口與蓄熱式旋轉床的熱解炭出口相連。熄焦裝置8用于冷卻熱解炭，當然，熱解炭也可采用其他方式進行處理。

圖2為本發明實施例中的一種處理垃圾的工藝流程圖，包括如下步驟：

準備垃圾；

將垃圾送入蓄熱式旋轉床3內進行熱解，制得熱解水；

將熱解水送入污水處理站6，采用活性污泥法對熱解水進行處理，制得污泥；

將污泥送入厭氧消化裝置7進行厭氧消化處理，制得沼氣；以及

將沼氣作為燃氣通入蓄熱式旋轉床3。

同前所述，污泥熱解時還會產生熱解油氣混合物，將熱解油氣混合物進行油氣分離后再凈化，制備燃料氣和焦油。獲得的燃料氣和焦油熱值較高，其中，焦油可以作為鍋爐燃料油使用。

污泥厭氧消化處理后還會產生液渣，液渣中含有大量的礦物元素，可用液渣制備有機肥料，提高產品的經濟效益。

進入蓄熱式旋轉床3的垃圾的平均粒徑最好≤100mm，粒徑太大，垃圾的熱解效果不好。

同前所述，本發明采用活性污泥法對熱解水進行處理，后續的污泥采用厭氧消化處理，制備沼氣。經過大量實驗發現，污泥厭氧消化的溫度最好在30℃-40℃之間，太高或太低，厭氧消化的效果不好，制得的沼氣少。

由于垃圾經過分選和破碎后就直接進行熱解了，因此最好將蓄熱式旋轉床3干燥區的溫度設置得高一些，以便能有效的除去垃圾中的水分，提高后續熱解效果。優選地，將蓄熱式旋轉床3干燥區的蓄熱式輻射管的溫度設置為450℃-750℃。

垃圾的成分很多，優選地，將蓄熱式旋轉床3熱解區的蓄熱式輻射管的溫度設置為750℃-950℃。在此溫度下，垃圾能被完全熱解。當然，也可根據垃圾的原料成分，適當地調整熱解溫度。

本發明制得的熱解炭大部分為無機物殘渣，經過熄焦處理后，可直接送至填埋場進行處理。

上述系統中各裝置的有益效果和上述利用該系統處理垃圾的方法的有益效果有部分重疊，為了更加簡潔，并未過多敘述。

本發明實現了垃圾熱解和污泥厭氧消化的高效結合，不僅降低了運行成本，還提高了整個工藝的環保性，增加了經濟效益，且易于工業化推廣。

下面參考具體實施例，對本發明進行說明。下述實施例中所取工藝條件數值均為示例性的，其可取數值范圍如前述發明內容中所示。下述實施例所用的檢測方法均為本行業常規的檢測方法。

實施例1

本實施例采用圖1所示的系統及圖2所示的工藝路線對垃圾進行處理。所用垃圾的含水率為37％，其具體成分如表1所示，具體處理流程如下：

將含水率37％的垃圾送入分選裝置1，去除玻璃、金屬等無機物，再進入破碎設備2，選取平均粒徑小于100mm的垃圾原料。將垃圾原料送入蓄熱式旋轉床3，在干燥區蓄熱式輻射管的溫度為600℃，熱解區蓄熱式輻射管的溫度為750℃。垃圾在旋蓄熱式旋轉床3中依次經過干燥、熱解制氣等過程，最后得到的熱解水從蓄熱式旋轉床3干燥區末端爐膛側壁(熱解水出口)流至污水處理站6處理，熱解油氣混合物在蓄熱式旋轉床3熱解區的末端頂部(熱解油氣混合物出口)排出，進入油氣分離裝置4，將其分離為燃料氣和焦油，焦油儲存待用，燃料氣進一步凈化后儲存；熱解炭在旋轉床末端底部(熱解炭出口)通過螺旋輸送裝置排出，送至熄焦裝置8中處理后，直接運至填埋場進行處置。污水處理站6得到的污泥送入厭氧消化裝置7進行處理。其中，污泥厭氧消化的溫度為40℃。將污泥厭氧消化產生的沼氣送入旋轉床蓄熱式輻射管，作為可燃氣使用。

最終制得的焦油產率為5％，焦油熱值為8500kcal/kg；燃料氣產率為37％，熱值為4500kcal/Nm³。

實施例2

本實施例采用圖1所示的系統及圖2所示的工藝路線對垃圾進行處理。所用垃圾的含水率為33％，其具體成分如表1所示，具體處理流程如下：

將含水率33％的垃圾送入分選裝置1，去除玻璃、金屬等無機物，再進入破碎設備2，選取平均粒徑小于100mm的垃圾原料。將垃圾原料送入蓄熱式旋轉床3，在干燥區蓄熱式輻射管的溫度為550℃，熱解區蓄熱式輻射管的溫度為950℃。垃圾在旋蓄熱式旋轉床3中依次經過干燥、熱解制氣等過程，最后得到的熱解水從蓄熱式旋轉床3干燥區末端爐膛側壁(熱解水出口)流至污水處理站6處理，熱解油氣混合物在蓄熱式旋轉床3熱解區的末端頂部(熱解油氣混合物出口)排出，進入油氣分離裝置4，將其分離為燃料氣和焦油，焦油儲存待用，燃料氣進一步凈化后儲存；熱解炭在旋轉床末端底部(熱解炭出口)通過螺旋輸送裝置排出，送至熄焦裝置8中處理后，直接運至填埋場進行處置。污水處理站6得到的污泥送入厭氧消化裝置7進行處理。其中，污泥厭氧消化的溫度為30℃。將污泥厭氧消化產生的沼氣送入旋轉床蓄熱式輻射管，作為可燃氣使用。

最終制得的焦油產率為6％，焦油熱值為8300kcal/kg；燃料氣產率為39％，熱值為4200kcal/Nm³。

表1垃圾各組分百分含量(wt％)

從上述實施例可知，本發明制得的焦油和燃料氣的熱值很高，經濟效益高。上述實施例中，由污泥厭氧消化制得的沼氣的產率較高，說明本發明將垃圾熱解和污泥厭氧消化進行結合處理垃圾的方案是可行的。

此外，上述實施例制備的焦油的產率很低，不會對設備的管道造成損害，降低了生產成本。

綜上，本發明采用蓄熱式旋轉床對預處理后的垃圾進行熱解，并利用污泥厭氧消化將沼氣供旋轉床內蓄熱式輻射管加熱使用，整個工藝成本低、無二噁英產生，環保效益好，并且解決了污水處理中的污泥問題。實現了垃圾及污泥的“無害化、減量化、資源化”，易于實現工業化和規模化。

此外，本發明的工藝簡單、運行成本低、資源化水平高、二次污染小，且易于實現工業化和規模化。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

最后應說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。