一种采用机械生物法预处理城乡生活垃圾的方法与流程

本发明涉及的是环保技术领域，具体涉及一种采用机械破碎、生物干化、机械挤压等核心技术进行城乡生活垃圾机械生物法预处理工艺。

背景技术：

随着我国城市化进程的发展和新常态经济转型下新城乡建设，来自城市和乡镇的生活垃圾给我国带来严峻的社会、环境压力，目前国内生活垃圾处置主要以卫生填埋、焚烧发电为主，其发展趋势和适用条件及范围也逐渐日益明确化。

卫生填埋作为生活垃圾的主流方法，随着环保法律法规的规范化、城市化进程的发展、废水废气处理的长期性影响等多重因素，采用填埋方式处置的生活垃圾总量呈逐年下降的趋势，随着生活垃圾处置和协同处置工艺技术的进步，和生活垃圾收集运输管理体系的完善，卫生填埋作为生活垃圾终端处置必不可少的环节将成为其他处置工艺技术手段的补充。

采用生活垃圾焚烧方式进行生活垃圾的处置，直接受到生活垃圾品质的制约。作为垃圾焚烧处置的公论，以进入焚烧炉垃圾为基准测算，从理论计算角度分析低位收到基热值在800kcal/kg以下的生活垃圾无法形成自身稳定燃烧；实际工厂运行低位收到基热值在860kcal/kg以上的生活垃圾可稳定燃烧但无法实现烟气排放的合规达标；低位收到基热值在1200kcal/kg以上的生活垃圾可自身实现维持燃烧稳定在850℃以上；低位收到基热值在1400kcal/kg以上的生活垃圾进行热、电的回收利用才是就经济价值的。与发达国家完善的垃圾分类管理体系建设相比，我国的城乡生活垃圾由于建造和运营等诸多因素的影响，生活垃圾收集基本处于混合收集模式为主，水分高、灰分大、热值低、有价资源回收比例低等特点，制约了生活垃圾焚烧处置的进一步发展。

在我国生活垃圾焚烧发电行业，采用生活垃圾堆酵技术，通过5～10天的储坑储存，利用生活垃圾自身的重力堆积、微生物对易腐有机物的降解过程、厌氧和兼性微生物分解大组织有机分子形成胶粒破壁等作用，滴沥出组织水分和其他液态化合物，通过减少进入焚烧炉垃圾的水分含量，有效的提高其入炉低位热值，提高燃烧的热利用效率。

基于此，设计一种采用机械生物法预处理城乡生活垃圾的方法还是很有必要的。

技术实现要素：

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种采用机械生物法预处理城乡生活垃圾的方法，从根本上实现提升干化后垃圾的热值、消除或减轻预处理过程的二次污染物排放水平，通过与焚烧系统有机衔接，实现预处理过程的清洁化、并完成垃圾品质的提升，实现资源化、减量化、无害化利用。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种采用机械生物法预处理城乡生活垃圾的方法，包括以下工艺流程：生活垃圾接受类别甄别→生活垃圾收运→机械破碎→生物干化→机械挤压脱水→成品贮存及转运。

其具体步骤为：

(1)生活垃圾接受类别甄别：配套城乡生活垃圾压缩中转系统建设的前置生活垃圾分类管理体系的建设完善，形成对本方法可处置生活垃圾接受类别的甄别工作。本方法适用于对城乡生活垃圾、商业垃圾、餐饮垃圾、园林垃圾、少量混杂在生活垃圾中的混合垃圾、微量混杂在生活垃圾中的建筑垃圾（<0.5%）等；

(2)生活垃圾收运：采用压缩垃圾运输车或现有垃圾运输车辆改装密封车辆进行生活垃圾的到厂运输，垃圾卸车大厅采用与进出大门连锁的负压抽取装置，进行垃圾卸料过程中异味的定向控制。在静压控制在-5~-30pa的卸车大厅内，生活垃圾通过卸车进入垃圾储库；完成卸车后锁风阀门关闭，车辆退出卸车大厅大门后负压抽取装置延时关闭；

(3)机械破碎：采用行车配置的液压抓斗在生活垃圾储库内进行垃圾的中转倒运，通过回转剪切式低速破碎机进行生活垃圾的破碎、破袋，破碎粒度控制在90%<200mm，破碎机设置不可破碎物吐料装置，通过定期收集转运另行处置（作为路基材料、水泥工业替代原料等），也可在破碎机下游设置永磁除铁装置，对生活垃圾中的铁质组分进行资源化回收利用；

(4)生物干化：在储坑内通过抓斗的周期性翻垛和储坑底部设置布风管道、稳流鹅卵石垫层周期性鼓风进行干化供氧，采用渗滤液回喷控制垃圾料堆的温度、湿度，利用料堆温度监控实现对储坑的通风、料堆的翻垛、底部鼓风作业的控制，通过以上工艺措施保证微生物在生活垃圾料堆上的快速定向生长，形成以好氧、兼性微生物作用为主导的微生物菌落活动，利用微生物的营腐生物活动，促进生活垃圾高内在水组分的快速脱水，改变生活垃圾中水分的赋存方式，提高后继挤压的脱水效能；

(5)机械挤压脱水：经过5～10天生物改性作用的垃圾经抓斗送入液压脱水机进行挤压脱水处理后打散，通过板式喂料送入干垃圾储坑。形成水分含量在40%以下的干化垃圾，可作为水泥窑或炉排炉的替代燃料进行焚烧处置；

(6)成品贮存及转运：完成机械生物法的成品贮存在成品垃圾储存储库中，该储库即可与生活垃圾生物干化储库联合设置或采用隔墙隔断，也可独立布置；成品干化垃圾的转运通过液压抓斗起升送入垃圾转运仓，既可通过运输车辆，也可由转运设施，送入水泥窑协同处置或进入炉排炉进行焚烧处置。在装运装置落料进料段可设置永磁除铁装置，对生活垃圾中的铁质组分进行资源化回收利用。通过本发明完成预处理的干化生活垃圾适用于水泥窑协同焚烧处置或炉排炉焚烧处置。

生活垃圾生物干化过程，通过破碎、倒运等操作达到合理的粒度级配和孔隙结构满足生物干化过程中通风供氧排湿需求，并利用破碎过程完成因生活垃圾收集、生活垃圾转运带入包装袋的破袋工作。进入破碎机的生活垃圾为来自各转运点的原生态生活垃圾在接收储坑内进行简单混合后，依据对起重机抓斗的工作制度及时或在临近班次内送入破碎机进行破袋破碎工作。原生态生活垃圾在接收储坑内应按照日产日清模式处置。破碎机采用剪切式机械，破碎粒度<200mm；破碎机破碎仓设置大块反吐保护装置，防止极少量掺混入生活垃圾的大体积硬块损伤破碎机剪切刃；除运输生活垃圾外，在生物干化处理过程中作为调整垃圾干化过程的其他废物（如园林废物、农业废物、食品加工废物等），均通过抓斗、破碎装置进入储坑，并主要依靠转运和翻垛过程完成与生活垃圾的混合；完成破碎的生活垃圾通过输送设备送入生活垃圾生物干化储库，在输送设备上方设置永磁除铁装置，进行铁质金属回收。完成破碎的垃圾在储坑内通过起重机抓斗的布料、翻垛形成松散状料堆；在操作上定期利用抓斗的翻垛倒换，维持垃圾料堆内必要的空隙结构，稳定不同龄期料堆的通风，并通过不同龄期生活垃圾在倒运过程中的混合。

经过破碎后的生活垃圾，经输送设备送入生活垃圾储坑进行生物干化过程，生物干化采用好氧发酵为主、兼性发酵为辅方式进行高水分易分解组分的脱水处理。通过利用生物发酵改变易腐组分水分赋存方式，降低组织间水含量。生活营腐过程中微生物释放的化学热一方面维持微生物生长适应温度，另一方面则通过汽化垃圾料堆部分水分，并通过穿透料层的空气完成供氧并携带走部分水蒸气。为保证生物干化的效率，生物干化料堆表面温度30～50℃，采用周期性鼓风、翻垛、渗滤液回喷综合控制料堆的温度、湿度和氧气含量。

生物干化过程中采用多种通风方式维持生活垃圾料堆的温度、供氧、排湿。在生活垃圾储坑旁设置鼓风机，风管伸入储坑底部通过布风管道分流设置成阵列配风，上方采用300～1000mm鹅卵石层稳流，依据操作控制要求，可间歇或连续鼓风作业，进行好氧发酵或兼性发酵脱除水分。此外，通过生活垃圾储库上方的抓斗定期进行翻垛作业，一方面调整生活垃圾料堆的孔隙发育程度利用通风透气，通过自然混合掺入方式引入新鲜空气，另一方面则是通过翻倒的过程实现不同龄期垃圾的混合保证菌种的着床和在体积范围内的均衡，保证生物干化的效果。在具体的供风制度上，采用抓斗翻垛为主、强制通风为辅模式操作维持好氧发酵为主、兼性发酵为辅的生物干化工艺模式。在整个生活垃圾储存库房内维持负压操作进行低强度的车间内空气置换，通过车间除臭系统引风的作用在车间内形成由下至上的定向风，实现在垃圾生物干化区域内形成水蒸气的定向流动，协助生活垃圾料堆中水分以水蒸气的形成排出。减少对生物干化过程的温度干扰，生物干化鼓风风源就近取风，风机出风口温度恒定在25～35℃，以微生物适应的风温来减少对微生物反应活性的扰动。

基于生物干化预处理后挤压机械脱水的机械生物联合预处理工艺，其发酵过程的温度其突出特点在于，采用料堆表面非接触式温度传感器监测料堆温度，在具体的操作控制上通过料位监控和表面温度监控联用的方式进行料堆内部温度的诊断控制；在温度稳定控制的措施上利用周期性鼓风、翻垛、渗滤液回喷综合控制等多种措施进行料堆温度整体控制。

通过5～10天的生物干化进行脱水的生活垃圾，基本完成易腐组分的分解和水分的游离过程，部分水分经重力分流进入渗滤液收集系统，部分以游离水或组织间水的方式残余在生活垃圾中。本发明采用好氧生化过程进行改变水分赋存方式并少量脱水，在腐熟控制温度过程中完成杀灭部分有害菌后，通过机械脱水方式进行剩余游离水分的脱除。通过机械脱水方式进行最终水分的脱除。可进入挤压脱水的生活垃圾处理对象是按照权利要求1～6进行预处理的原生态生活垃圾或直接来自2～8年的矿化垃圾，此部分具有较高游离水分含量的次生垃圾，通过机械挤压作业进一步降低垃圾中的水分；挤压机采用液压驱动，挤压最大25mpa，正常工作压力5～15mpa。生活垃圾可以是连续，也可以是间歇加入挤压机，形成足够的施压料层高度后，挤压机进行三维方向的挤压，挤压出的渗滤液通过挤压机附设的污水收集装置进行收集，部分回用作为生活干化的活性菌种回喷到新鲜原生态生活垃圾堆进行菌种着床和料堆温度、湿度控制使用。经过挤压脱水的生活垃圾形成水分在40%以下的干化生活垃圾因挤压力形成大块，通过打散机打散后经输送机送入干化垃圾储库。

来自生活垃圾接受大厅车辆清洗、生活垃圾储坑渗滤液收集、挤压机渗滤液收集系统、废气处理污水池的渗滤液污水收集起来，统一进入渗滤液处理系统进行无害化处置。

来自生活垃圾接受大厅、生活垃圾储坑、生活垃圾破碎工段、生活垃圾挤压工段、干化生活垃圾储存、转运、计量等处的废气通过负压抽取系统，按照3～5次/小时的换气频度，通过不同区域的抽气风管道阀门控制维持定向流动，通过气流的合理布置减少含恶臭气体的外溢风险，也有助于通过生活垃圾储坑的定向气体流动促进水分的蒸腾作用。完成收集的含恶臭气体，如预处理车间位于水泥窑或其他工业窑炉旁，可就近作为助燃空气经汇风箱、增压风机送入热工窑炉进行焚烧处置。作为备用可配置除臭装置保证气体的达标排放。

本发明的有益效果：通过本机械生物法预处理生产的产品适用于水泥窑协同焚烧处置或炉排炉焚烧处置。本发明通过与焚烧系统有机衔接，实现预处理过程的无害化、清洁化，并完成垃圾品质的提升，实现资源化、减量化、无害化利用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明的工艺流程框架示意图（图中实心箭头为物料，虚线箭头为含尘气体、垃圾渗滤液）；

图2为本发明的工艺流程设备示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参照图1-2，本具体实施方式采用以下技术方案：一种采用机械生物法预处理城乡生活垃圾的方法，包括以下工艺流程：生活垃圾接受类别甄别→生活垃圾收运→机械破碎→生物干化→机械挤压脱水→成品贮存及转运。

本具体实施方式基于对现有生活垃圾堆酵技术进行生物干化处理改良并配合机械挤压脱水工序改善成品脱水效果的改良型机械生物法生活垃圾预处理工艺，以受控的好氧、兼性微生物过程降低垃圾组分水分含量，并抑制垃圾生物干化过程中的恶臭气体排放，生物干化过程中产生渗滤液通过定向收集、喷淋回用、污水处理实现清洁排放，通过将机械、生物等工序过程有机组合起来，从根本上实现提升干化后垃圾的热值、消除或减轻预处理过程的二次污染物排放水平，通过与焚烧系统有机衔接，实现预处理过程的无害化、清洁化、并完成垃圾品质的提升，实现资源化、减量化、无害化利用。

实施例1：应用于工程项目实施的采用机械生物法预处理城乡生活垃圾，制备供某水泥企业协同处置用干化生活垃圾。

来自厂外的生活垃圾运输车辆运载原生态城乡生活垃圾到厂后，通过电控卷帘门进入卸车大厅，大厅内配置的除臭风管通过控制阀门组04启动负压抽取，维持卸车大厅形成稳定的负压。进门卷帘门关闭后通往生活垃圾接收储坑的电动门开启，启动生活垃圾卸料工作。生活垃圾完成卸车后，通往储坑的电动门关闭，在卸车大厅内进行车辆的外观清洁处理，采用空压机02提供的压缩空气，利用双流体雾化清洁喷枪03完成车辆的清洗，形成的污水排入渗滤液收集沟渠，汇入渗滤液收集池。

堆积在生活垃圾接受储坑内的原生态城乡生活垃圾由桥式起重机05配置的液压抓斗05-1进行抓取，送入位于储坑旁的破碎钢仓，破碎钢仓下方设置剪切式破碎机06，破碎机的破碎粒度控制为90%通过<200mm。剪切式破碎机和破碎钢仓之间设置检修用闸阀，作为设备维护的切断阀门。破碎后的生活垃圾通过胶带输送机07送入生活垃圾好氧发酵储坑。在胶带输送机上方设置永磁除铁器08进行废铁的回收利用，搜集所得的废铁通过溜子进入废铁收集中转箱，定期进行资源化回收。

破碎后的生活垃圾在生活垃圾好氧发酵储坑需要储存5～10天。1天龄期主要通过与储坑内的不同垃圾进行翻倒找平，形成生活垃圾料堆，利用混入的不同龄期的生活垃圾带入的菌落、在底部鹅软石层上部的生物菌层、渗滤液回喷引入的优势生物菌种进行好氧菌落、兼性菌落的快速着床。随着料堆温度在微生物生长过程中的升温，开始通过定期鼓入空气，利用布置在有氧发酵储坑上方车间内的鼓风机机组12鼓入储坑内的空气，经过在储坑底部呈阵列式布置的供风管道上规则分布的排风口进行沿储坑投影方向的给风均布，在排风口设置防堵罩，并敷设厚度200～1200mm的鹅软石层进行风的均布。利用桥式起重机05配置的液压抓斗05-1对料堆进行定期的翻垛，保证料堆不同深度的物料达到基本均衡的生物发酵反应过程，以保证生活垃圾整体的供氧效果。在料堆温度的控制上，同步采用定期的渗滤液回喷，来自渗滤液收集池的浓浆泵11通过管道阀组分流部分或全部渗滤液进入渗滤液回喷控制阀组及喷枪10，喷入生活垃圾料堆表面。利用微生物发酵反应释放的反应热进行生活垃圾料堆的升温和水分的蒸发处理。通过对生活垃圾料堆的供风、保湿作业，促进生活垃圾易腐组分在好氧微生物和兼性微生物的共同作用下，快速脱水。实现所有可生物降解组分的燃烧特性和粒度分布的改变，通过降低生活垃圾的含水率，提高生活垃圾的热值。

完成活垃圾易腐组分的快速脱水后的生活垃圾，由桥式起重机05配置的液压抓斗05-1进行抓取，送入位于好氧发酵储坑旁的脱水钢仓。脱水钢仓与生活垃圾液压挤压脱水机13之间设置检修用闸阀。进入生活垃圾液压挤压脱水机通过压力60～200bar的液压装置，进行生活垃圾的挤压。储存在生活垃圾各组分之间的外在水和部分组织间水分在液压机械挤压作用下排出，通过液压机附设的渗滤液收集沟槽汇入渗滤液收集系统。挤压脱水后的生活垃圾为长度不规则的柱形物质，推入下料钢仓，利用设置在下料钢仓中部的垃圾打散机14进行打散，打散后的生活垃圾通过板式喂料机送入脱水垃圾储坑。

生活垃圾成品在脱水垃圾储坑进行临时堆存，其性状为水分含量在25～40%的干化生活垃圾，呈碎片状或条状，粒度控制在200×160mm以下的不规则片状。可作为炉排炉、水泥窑焚烧用替代燃料使用。本实施方式设置在水泥厂内。通过桥式起重机05配置的液压抓斗05-1进行抓取，送入喂料钢仓，在喂料钢仓下方设置双轴螺旋给料机16、皮带秤17，通过给料计量后由管状胶带输送机18送入水泥生产线进行焚烧处置。

来自生活垃圾接收储坑、生活垃圾好氧干化储坑、脱水垃圾储坑、剪切破碎机06、胶带输送机07、渗滤液收集池、液压挤压脱水机13、打散机14、板链喂料机15、双轴螺旋给料机16、皮带秤17、管状胶带输送机18等主机设备及相应的生产维护通道区域内的含恶臭气体，通过管道控制阀组04进行不同支路的风量比例分配，维持不同功能区域按照2～8次/h的换气次数进行微负压控制。在风路的设置上，通过合理配置抽风点形成空气的定向流动，保证预处理车间的密封效果，减少恶臭逸散风险。来自不同支路的含臭空气经过汇风箱19进入离心风机20。离心风机采用至少一用一备方式保证除臭系统抽取的连续性。含臭风送入水泥窑焚烧或专门的除臭系统进行清洁化处置。

来自生活垃圾卸车大厅、生活垃圾接收储坑、生活垃圾好氧干化储坑、脱水垃圾储坑、液压挤压脱水机13和除臭风管冷凝水等处的污水通过沟渠、管道流入渗滤液调节池。经过设置在液位下的浓浆泵11，部分作为好氧干化工艺回用的渗滤液通过渗滤液回喷控制阀组及喷枪10回喷进入生活垃圾好氧干化储坑，剩余的生活垃圾渗滤液送入附设的渗滤液处理车间进行污水处理后回用。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。