CN103722002B - 基于厌氧消化和水热碳化的生活垃圾综合处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种城市生活垃圾减量化、能源化和资源化处理方法，公开了一种基于厌氧消化和水热碳化的生活垃圾综合处理方法，包括浆液化处理、厌氧消化、水热碳化和脱水干燥处理步骤。本发明将生活垃圾和厨余垃圾减量化、能源化和资源化处理，资源回收利用程度高、运行成本低、清洁环保，能确保垃圾中的病原微生物被完全杀灭，使得恶臭物质转化分解，具有较好的经济价值和社会价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种城市生活垃圾减量化、能源化和资源化处理方法，尤其涉及了一种基于厌氧消化和水热碳化的生活垃圾综合处理方法。
背景技术
随着国家城镇化工作的推进和居民生活水平的提高，我国城市生活垃圾的产生量日益猛增；据统计，至2010年，全国城市生活垃圾年产生量已接近1.6亿吨。然而，由于长期以来我国城市生活垃圾处理技术较为落后，配套设施建设投入不足，导致大多数生活垃圾未能得到安全有效的处理处置，城市生活垃圾随意堆放和由此引发的二次污染问题已经凸显出来，并引起了社会的广泛关注。
当前，我国城市生活垃圾的处理处置主要采用填埋和焚烧等技术。填埋处置占用有限的土地资源，同时也难以避免向空气、地表水、地下水以及土壤环境中排放污染物，许多国家和地区对这一处置方式的二次污染防治要求日趋严格，处理成本也随之增加。焚烧具有减量化彻底、并可部分回收能源等优点。但是，由于垃圾焚烧过程将产生有毒有害气体，而这些气体的有效清除和净化又需要大量的设施投入和较高的运行费用，因而该技术正面临着“运行成本高和公众可接受性差”两大挑战。
发明内容
本发明针对现有技术中填埋处理占用土地资源、焚烧处理运行成本高的缺点，提供了一种基于厌氧消化和水热碳化的生活垃圾综合处理方法。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
基于厌氧消化和水热碳化的生活垃圾综合处理方法，包括如下步骤：
（1）浆液化处理：将生活垃圾输送至搅拌池中，注水后搅拌、浆液化处理0.5～1h，获得含水率为80～90%的浆液；
（2）厌氧消化：将浆液泵入厌氧消化池进行厌氧消化，产生的沼气通入沼气锅炉燃烧以产生高温蒸汽，消化剩余物输送到预热罐预热处理1～3h，预热处理温度为40～70℃；
（3）水热碳化：将预热处理后物料注入到水热碳化罐，180～350℃条件下水热碳化处理0.5～6h；
（4）脱水干燥：水热碳化处理后的物料经过机械脱水处理后，获得半干态水热炭，半干态水热炭经过热干化装置进行干燥处理，获得干态水热炭。
浆液化处理后的生活垃圾，经过厌氧消化，垃圾中的有机物转化为沼气而实现生活垃圾减量化，产生的沼渣经过水热碳化处理，获得水热炭，能够直接作为肥料还田利用，也能作为生产有机肥料的骨料或生产吸附剂的原料。水热炭化处理生活垃圾，与传统的垃圾处理方法相比，发生了脱水、缩聚、芳构化等反应，碳化后的污泥中的碳元素以稳定的形式存在，不易分解而减少碳排放量；水热碳化反应是一种放热过程，可为水热碳化处理提供了一部分能量，能耗低，此方法设备简单，操作方便，应用规模可调性强，生活垃圾处理后的终产物水热炭表面含有丰富的含氧、含氮官能团，是一种廉价原料，能应用于多种领域。
作为优选，步骤（1）浆液化处理后，将浆液输送至格栅以分离出物料中的块状物，然后再输送到除沙装置中分离出无机杂物。浆液中筛分出块状物和无机物，保证反应正常进行。
作为优选，步骤（2）厌氧消化的温度控制为32～38℃或55～58℃。厌氧消化温度根据菌株的最适温度灵活选择，保证厌氧发酵速率。
作为优选，步骤（2）中产生的沼气先通入脱硫装置处理后再通入沼气锅炉。沼气中的含有一定量的硫化氢，硫化氢是一种酸性气体，沼气燃烧前脱硫能避免硫化氢对环境、设备、管道以及仪表的污染和腐蚀。
作为优选，步骤（2）沼气锅炉产生蒸汽输送到厌氧消化池、水热碳化罐和热干化装置的热交换装置中。沼气锅炉产生的蒸汽输送到换热装置，能为厌氧消化池、水热碳化罐、热干化装置提供能源，降低生活垃圾处理的能耗。
作为优选，步骤（3）中，水热碳化罐的装料量为60%～80%。
作为优选，步骤（3）中，加入柠檬酸或乙酸调节水热碳化罐内物料pH值为5.0～6.2。酸性条件下，可增加污泥中重金属的溶出量和提高水热碳的产量。
作为优选，步骤（3）和步骤（4）之间还包括降压闪蒸处理，产生的闪蒸蒸汽回收利用于步骤（2）中的预热处理。闪蒸蒸汽用于预热处理，降低整个处理工艺的能耗，降低处理成本。
作为优选，步骤（4）中半干态水热炭的含水率为40%～60%。
作为优选，步骤（4）中机械脱水的脱水液回流步骤（1）中的搅拌池中。将脱水液引回至搅拌池，能降低整个生活垃圾处理工艺的水消耗，节约资源，降低处理成本。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
1）资源化程度高：本发明集成了厌氧消化和水热碳化两种技术对生活垃圾进行资源化处理，最终将生活垃圾转化成具有较高能量密度的沼气和具有较高农艺学价值的水热炭；所获得的水热炭具有与生物炭相类似的理化性质，既可直接作为肥料还田利用，也可以用作生产有机肥的骨料或生产吸附剂的原料。
2）运行成本低：本发明在水热碳化处理工序前增加了厌氧消化处理工序，并对厌氧消化工艺进行了优化，可将垃圾中的一半左右的有机物转化为沼气而实现减量化，大幅度减少了后续的水热碳化、机械脱水、热干化等作业工序的物料处理量和能耗，因而显著降低运行成本；另一方面，本发明通过燃烧厌氧消化所产生的沼气为厌氧消化、水热碳化、热干化等耗能工序提供热量，较少需要甚至不需要补充外源燃料，因而进一步降低了工艺系统的运行成本。
3）清洁环保，环境效益显著：生活垃圾经厌氧消化和水热碳化两道工序处理后，垃圾中的病原微生物被完全灭绝，恶臭物质得以转化分解；另一方面，所生成的水热炭中还含有较为丰富的有机碳，并以稳定的形式存在，其作为肥料或肥料生产的配料使用，可增加土壤中稳定性有机炭的含量，因而可提高土壤碳汇潜力，缓解温室效应。
附图说明
图1是本发明的基于厌氧消化和水热碳化的生活垃圾综合处理方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
基于厌氧消化和水热碳化的生活垃圾综合处理方法，如图1所示，包括
（1）浆液化处理：将生活垃圾输送至搅拌池中，注水后搅拌、浆液化处理0.5h，随后输送至格栅以分离出物料中的橡胶、塑料等大块物，然后再输送到除沙装置中分离出细小沙粒、玻璃等杂物，获得含水率为80%的浆液；
（2）厌氧消化：将浆液泵入厌氧消化池进行厌氧消化，厌氧消化的温度控制为32℃，产生的沼气先通入脱硫装置处理后，再通入沼气锅炉燃烧以产生高温蒸汽，消化剩余物输送预热罐预热处理1h，预热处理温度为70℃；
（3）水热碳化：将预热处理后物料注入到水热碳化罐，加入柠檬酸调节水热碳化罐内物料pH值为5.0，180℃水热碳化处理6h，处理后的物料输送到降压闪蒸罐，其中，产生的闪蒸蒸汽回收，用于步骤（2）中的预热处理；
（4）脱水干燥：闪蒸处理后的物料经过机械脱水处理后，获得汗水率为40%的半干态水热炭，产生的脱水液输送至储液池中，一部分脱水液回用于步骤（1）中的搅拌池中，多余脱水液用作液态肥还田利用，半干态水热炭再经过热干化装置进行干燥处理，获得干态水热炭，用于生产有机肥的骨料。
实施例2
基于厌氧消化和水热碳化的生活垃圾综合处理方法，如图1所示，包括
（1）浆液化处理：将生活垃圾输送至搅拌池中，注水后搅拌、浆液化处理1h，随后输送至格栅以分离出物料中的橡胶、塑料等大块物，然后再输送到除沙装置中分离出细小沙粒、玻璃等杂物，获得含水率为90%的浆液；
（2）厌氧消化：将浆液泵入厌氧消化池进行厌氧消化，厌氧消化的温度控制为38℃，产生的沼气先通入脱硫装置处理后，再通入沼气锅炉燃烧以产生高温蒸汽，消化剩余物输送预热罐预热处理3h，预热处理温度为40℃；
（3）水热碳化：将预热处理后物料注入到水热碳化罐，加入乙酸调节水热碳化罐内物料pH值为6.2，350℃水热碳化处理0.5h，处理后的物料输送到降压闪蒸罐，其中，产生的闪蒸蒸汽回收，用于步骤（2）中的预热处理；
（4）脱水干燥：闪蒸处理后的物料经过机械脱水处理后，获得汗水率为60%的半干态水热炭，产生的脱水液输送至储液池中，一部分脱水液回用于步骤（1）中的搅拌池中，多余脱水液用作液态肥还田利用，半干态水热炭不经过干燥处理，直接作为废料还田利用。
实施例3
基于厌氧消化和水热碳化的生活垃圾综合处理方法，如图1所示，包括
（1）浆液化处理：将生活垃圾输送至搅拌池中，注水后搅拌、浆液化处理0.8h，随后输送至格栅以分离出物料中的橡胶、塑料等大块物，然后再输送到除沙装置中分离出细小沙粒、玻璃等杂物，获得含水率为83%的浆液；
（2）厌氧消化：将浆液泵入厌氧消化池进行厌氧消化，厌氧消化的温度控制为55℃，产生的沼气先通入脱硫装置处理后，再通入沼气锅炉燃烧以产生高温蒸汽，消化剩余物输送预热罐预热处理1.5h，预热处理温度为60℃；
（3）水热碳化：将预热处理后物料注入到水热碳化罐，加入柠檬酸和乙酸调节水热碳化罐内物料pH值为5.8，200℃水热碳化处理5h，处理后的物料输送到降压闪蒸罐，其中，产生的闪蒸蒸汽回收，用于步骤（2）中的预热处理；
（4）脱水干燥：闪蒸处理后的物料经过机械脱水处理后，获得汗水率为47%的半干态水热炭，产生的脱水液输送至储液池中，一部分脱水液回用于步骤（1）中的搅拌池中，多余脱水液用作液态肥还田利用，半干态水热炭再经过热干化装置进行干燥处理，获得干态水热炭，用于生产吸附剂原料。
实施例4
基于厌氧消化和水热碳化的生活垃圾综合处理方法，如图1所示，包括
（1）浆液化处理：将生活垃圾输送至搅拌池中，注水后搅拌、浆液化处理0.8h，随后输送至格栅以分离出物料中的橡胶、塑料等大块物，然后再输送到除沙装置中分离出细小沙粒、玻璃等杂物，获得含水率为86%的浆液；
（2）厌氧消化：将浆液泵入厌氧消化池进行厌氧消化，厌氧消化的温度控制为58℃，产生的沼气先通入脱硫装置处理后，再通入沼气锅炉燃烧以产生高温蒸汽，消化剩余物输送预热罐预热处理2h，预热处理温度为55℃；
（3）水热碳化：将预热处理后物料注入到水热碳化罐，260℃水热碳化处理3h，处理后的物料输送到降压闪蒸罐，其中，产生的闪蒸蒸汽回收，用于步骤（2）中的预热处理；
（4）脱水干燥：闪蒸处理后的物料经过机械脱水处理后，获得汗水率为54%的半干态水热炭，产生的脱水液输送至储液池中，一部分脱水液回用于步骤（1）中的搅拌池中，多余脱水液用作液态肥还田利用，半干态水热炭再经过热干化装置进行干燥处理，获得干态水热炭，用做肥料还田利用。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
Claims (9)
1.基于厌氧消化和水热碳化的生活垃圾综合处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)浆液化处理：将生活垃圾输送至搅拌池中，注水后搅拌、浆液化处理0.5～1h，获得含水率为80～90％的浆液；
(2)厌氧消化：将浆液泵入厌氧消化池进行厌氧消化，产生的沼气通入沼气锅炉燃烧以产生高温蒸汽，消化剩余物输送到预热罐预热处理1～3h，预热处理温度为40～70℃；
(3)水热碳化：将预热处理后的物料注入到水热碳化罐，180～350℃条件下水热碳化处理0.5～6h；
(4)脱水干燥：水热碳化处理后的物料经过机械脱水处理后，获得半干态水热炭，半干态水热炭经过热干化装置进行干燥处理，获得干态水热炭；
步骤(3)中加入柠檬酸或乙酸调节水热碳化罐内物料pH值为5.0～6.2。
2.根据权利要求1所述的基于厌氧消化和水热碳化的生活垃圾综合处理方法，其特征在于：步骤(1)浆液化处理后，将浆液输送至格栅以分离出物料中的块状物，然后再输送到除沙装置中分离出无机杂物。
3.根据权利要求1所述的基于厌氧消化和水热碳化的生活垃圾综合处理方法，其特征在于：步骤(2)厌氧消化的温度控制为32～38℃或55～58℃。
4.根据权利要求1所述的基于厌氧消化和水热碳化的生活垃圾综合处理方法，其特征在于：步骤(2)中产生的沼气先通入脱硫装置处理后再通入沼气锅炉。
5.根据权利要求1所述的基于厌氧消化和水热碳化的生活垃圾综合处理方法，其特征在于：步骤(2)沼气锅炉产生蒸汽输送到厌氧消化池、水热碳化罐和热干化装置的热交换装置中。
6.根据权利要求1所述的基于厌氧消化和水热碳化的生活垃圾综合处理方法，其特征在于：步骤(3)中，水热碳化罐的装料量为60％～80％。
7.根据权利要求1所述的基于厌氧消化和水热碳化的生活垃圾综合处理方法，其特征在于：步骤(3)和步骤(4)之间还包括降压闪蒸处理，产生的闪蒸蒸汽回收利用于步骤(2)中的预热处理。
8.根据权利要求1所述的基于厌氧消化和水热碳化的生活垃圾综合处理方法，其特征在于：步骤(4)中半干态水热炭的含水率为40％～60％。
9.根据权利要求1所述的基于厌氧消化和水热碳化的生活垃圾综合处理方法，其特征在于：步骤(4)中机械脱水的脱水液回流步骤(1)中的搅拌池中。
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