城鎮生活垃圾資源化處理方法研究

郭 旭，郝粼波，張 波

（城市建設研究院，北京 100120）

1 城鎮生活垃圾資源化處理技術簡介

基于我國生活垃圾的特性，結合發達國家處理生活垃圾的經驗，提出針對城鎮生活垃圾的處理技術路線，即“前分選+有機物厭氧+無機物制磚+可燃物熱解氣化+塑料造?！本C合處理技術路線，其工藝流程如圖1所示。

2 工藝流程說明

2.1 前處理清潔暫存系統

1）運用生物制劑氣化快速消除生活垃圾卸料儲坑內堆體異味，確保24 h無蚊蠅。

2）運用負壓技術將暫存間氣體導入生物濾池，最后進入凈化塔處理。

3）垃圾滲瀝液進入厭氧處理系統，加入甲烷菌劑生產甲烷。

2.2 分選系統

第一級機械分選系統中，垃圾經初級分選系統后，大件無機干擾物及細小渣土被預分選機選出集中，剩余垃圾通過綜合分選機分為篩下、篩上2個部分物質；篩上物質通過比重分選系統進一步分為塑料、可燃物成分；篩下物通過二級分選系統，進一步分離出沙石等無機物質，有機物質進入后續厭氧處理系統。分選工藝流程見圖2。

垃圾的成分隨地域、季節和天氣變化較大，通過自動監測系統能實時監測成分變化并自動調整分選的滾筒速度、風力大小等設備工作參數從而保證分選徹底。

2.3 可燃物熱解氣化產燃氣系統

生活垃圾的熱解氣化技術，是指將可氣化生活垃圾放入熱解氣化爐中，在高溫、缺氧的條件下，經過一段時間熱解氣化反應，使生活垃圾中有機類組分得到充分的熱解氣化，在熱解氣化過程中有機物大分子態裂解成小分子態可燃氣體，剩余物為熔融爐渣，各類細菌病原菌被徹底殺滅的工藝過程，見圖3。熱解氣化工藝步驟如下：①垃圾中的樹葉、木質物、蔬菜葉、塑料橡膠包裝物、廢紙、布等有機可燃物，從爐頂部加入熱解氣化爐中，在下降的過程中與溫度在80～120℃的熱解燃氣接觸，在1～2 h內不斷脫去附著水，水變成蒸汽和熱解燃氣一起排出爐外，垃圾逐步變干燥。②干燥后的垃圾可燃物，在部分反應層上升過來的溫度高達200～450℃的灼熱燃氣的烘烤下，發生干餾反應，生成烷類、一氧化碳、焦油等可燃氣體和水蒸氣，塑料橡膠等物質中的氯元素生成氯化氫氣體，硫元素生成氣體，以上所有氣體一起從爐體上部排出。③經過干餾后的垃圾，主要殘留物是焦炭和少數黏土等不可燃物，在1 100～1 200℃高溫下，通過水蒸氣的作用，發生氧化還原反應產生一氧化碳、氫等可燃氣體，從爐體中部排出。④垃圾可燃物氣化完成變成含少量固定碳的無機熔渣，通過特制出渣機構從反應爐底部排除。

2.4 有機組分厭氧系統

生活垃圾綜合分選后，有機組分首先進行破碎，然后經調配除砂分選除去垃圾中的渣石，之后送分離成漿罐進一步破碎漿化并進一步分離出其中的雜質，而后送均質調節系統調配至適宜的含固率，并實現預增溫。調配好的物料由螺桿泵均衡地投配入厭氧發酵反應器，供料方式為序批式。厭氧進料裝置流量計、電動閥、輸料泵等設置在厭氧系統進料泵房內。反應器配有溫度檢測裝置、全方位立體攪拌系統、全方位立體增溫保溫系統、防浮渣結蓋系統、排砂放空系統、取樣裝置、進出料系統等厭氧過程參數控制必要的裝置，實現系統高效穩定運行。

厭氧反應器運行過程中產生的沉砂通過排砂管送沉砂緩存池暫存后排入沼渣沼液暫存罐。物料厭氧發酵后的產物有消化液和沼氣。消化液進入沼液沼渣暫存罐進行暫存后送制磚系統利用。厭氧反應器產生的沼氣經脫硫預處理后可作為建材制造系統氣源。

2.5 無機物燒結磚處理系統

前分選系統篩分得到的無機物與磚瓦石塊、熱解氣體產生的爐渣、污水處理廠的污泥等，結合城市建筑垃圾經破碎篩分后的原料，與垃圾處理廠的生產廢水一起，按一定的比例混合可制成燒結磚。其能源來自熱解氣化與厭氧產生的可燃氣體，使城鎮固體廢物得到了充分利用。工藝流程見圖4。

1）原料儲備及處理。生產線采用破碎后的建筑垃圾以及分選系統選出的渣土等為原料。為了使原料充分混合均化，生產工藝采用細碎顎式破碎機、錘式破碎機、細碎對輥機三級破碎，初破后控制在20 mm，錘式破碎機破碎后粒徑應小于3 mm，通過細碎對輥機粒度小于1.5 mm?；旌狭掀扑楹筮M入雙軸攪拌機攪拌。

2）陳化。原料經過處理后含有一定的水分，進入陳化庫進行72 h陳化，一方面使原料充分均化可增加原料的塑性；另一方面，對生產的連續性起到調節和緩沖作用。陳化后的原料用多斗挖掘機、帶式輸送機運送到成型車間。

3）成型。成型車間由箱式供料機供料，物料經過攪拌擠出機、細碎對輥機再進入雙級真空擠磚機擠出成型。主機選用高真空度、高擠出壓力的成型設備。坯體經人工碼放在干燥車上。碼好的干燥車通過擺渡車——液壓頂車機將其送入隧道干燥室。

4）干燥焙燒。生產線采用二次碼燒生產工藝，該生產工藝機械化、自動化程度高、技術先進、工藝合理、工人勞動強度低、產品質量好，代表了我國磚瓦工業的先進水平。干燥室的熱源來自隧道窯。熱的干燥介質（熱空氣和熱煙氣）從頂部進入干燥室，濕氣體從干燥室底部排出。為了確保干燥坯體的質量，在干燥室中的熱氣體由旋轉式送風器來進行攪拌和送入熱空氣，這樣可防止熱空氣的分層，使干燥室中的溫度分布更均勻。此外，該干燥室配備有濕度和溫度監測系統。將干燥好的磚坯由人工按預定形式碼到隧道窯窯車上。隧道窯的焙燒使用沼氣、熱解氣外燃焙燒或粉煤灰與煤矸石、煤粉等內燃料。該焙燒窯為大斷面窯型，吊頂結構，產量大，斷面溫差小，保溫性能好，利于生產調節和控制。

2.6 回收塑料造粒系統

從生活垃圾中分選出來的PE薄膜類塑料的再生造粒主要可分為以下5個處理段（見圖5）。

1）破碎段。PE薄膜類塑料廢塑料投料后，經過人工排出異物同時配加磁選，在破碎前將不適物排除。根據薄膜類物料的破碎特性，采用高速單軸破碎機。為了達到更好的破碎效果及易于后續工藝的處理，本工段采用機內噴水濕式破碎方式；在破碎的同時，實現了PE膜與附著物的初步分離。

2）清洗段。為了除去薄膜的附著物及獲得高質量的塑料再生產品，本工段設置二級高速清洗系統。第一級高速清洗設置在破碎后，意在分離薄膜與附著物，使后續的比重分離機實現更好的分離效果。第二級高速清洗設置在比重分離后，目的是使經過比重分離后的PE薄膜類再次進行清洗，在除去異物的同時，減輕來自生活垃圾的臭味。通過二級高速清洗，使PE薄膜得到有效清洗，在確保再生塑料粒子高純度、高質量的同時，減少粒子中的臭味。

3）分選段。主要有破碎前的異物除去和比重分離過程。比重分離采用多軸異速轉軸，根據物料的特性調整工況，最大限度分離PE薄膜與異物，包括與PS、PVC等異質塑料的分離，確保物料的純度，也使后續工藝可以順利運行。

4）脫水干燥段。高速清洗后的PE薄膜，由于比表面積大，離心式脫水機很難達到有效的脫水效果。故本工段采用以脫水為主，干燥為輔為原則，采用壓榨式脫水機對PE薄膜中進行最大限度的脫水，然后用干燥機對其進行干燥。通過脫水與干燥的有效組合，實現脫水、干燥的最佳效果。

5）造粒段。為了確保塑料造粒系統產品穩定性，采用2級造粒工藝，2級都配置單螺桿擠出機。一級擠出采用二級排氣，可保證粒子質量；采用水環切粒和連續換網技術，可保證產量。

3 工程應用案例介紹

河南鄭州新密市項目采用“生活垃圾綜合分選+濕式中溫厭氧發酵+塑料造粒系統+熱解氣化系統+建材制造系統”相結合的綜合處理方式。即原生垃圾分選后，回收鐵質金屬等可資源循環利用的成分，塑料進入塑料造粒系統；有機物含量較高的物料經預處理后通過進一步的去除雜質，進入厭氧發酵系統；垃圾中的可燃物進入熱解氣化系統，為制磚系統提供熱源；渣土、磚石瓦塊等連同污泥和破碎后的建筑垃圾進入制磚系統生產建材產品。在該生活垃圾處理廠，垃圾中的各個組分達到了物盡其用，完全的“零填埋”。

新密項目位于新密市來集鎮馬溝村，占地36 810 m2。該項目生活垃圾處理規模為400 t/d，污泥處理規模為100 t/d，建筑垃圾破碎處理規模為1 000 t/d，日總處理規模1 500 t/d。項目沼氣產量約為13 800 m3/d，熱解氣產量約為198 378 m3/d，燒結建材磚產品產量約為1.2億塊/a。

該項目總投資約1.8億元，運營成本37.41元/t，主要產品包括塑料再生粒子、燒結磚、燃氣及副產品焦油、回收金屬等。在適當考慮垃圾處理補貼費后，項目在運營期內年平均利潤近1 500萬元/a，所得稅后財務內部收益率達9.69%。

4 結論和展望

城鎮生活垃圾資源化處理技術，具有投資適中、處理處置結構合理、“減量化、資源化、無害化”程度較高，處理成本低，占地小、經濟效益明顯等特點，解決了由單一處理技術處理生活垃圾的局限性，對于大多數城鎮而言有著廣泛的適用性，推廣價值較高，有廣泛的應用前景。