与气化工艺配套的多类别固体废弃物混配干化方法与流程

本发明属于固体废弃物综合处置技术领域，具体涉及一种与气化工艺配套的多类别固体废弃物混配干化方法。

背景技术：

垃圾气化技术是指采用气化的方法，在高温状态下，将垃圾气化熔融和分解，垃圾中的有机组分转化为合成气(主要为co和h2)，无机物则转化为玻璃体的灰渣。垃圾气化技术具有效率高、安全、无二次污染等特点。主流的垃圾气化技术包括热分选气化技术和等离子气化技术。近年来，国内学者在等离子反应器内流场特征、有害/可利用元素迁移规律、玻璃体物理化学稳定性等诸多基础课题上取得了实质性的研究进展。然而，由于国内目前大部分生活垃圾还没有实现分类收集，垃圾热值低，含水率高，垃圾品质不稳定，导致目前国内已建的等离子垃圾气化装置难以长周期稳定运行，这严重制约了等离子垃圾气化技术的发展及实践应用。

现有技术中，目前，降低生活垃圾含水率、提高垃圾热值的方法主要包括生物干化、挤压脱水和设备干燥，例如申请号为201410569692.1的中国发明专利公开了一种高含水率有机固废的连续生物干化方法及设备，申请号为201820039316.5的中国实用新型专利公开了一种基于两级挤压技术的餐厨垃圾预处理系统，申请号为201510590629.0的中国发明专利公开了一种与垃圾焚烧系统配套的垃圾预处理和高效资源化工艺。挤压脱水和设备干燥的方式不仅需要投建挤压设备及干燥设备，且受到固体废弃物来源不一、成分复杂等客观因素影响，设备检修率高，难以长时间稳定运行。生物干化采用生物反应堆工艺，将固体废弃物堆高，靠生物降解、辅助通风及自然沥水，降低固体废气物的含水率。生物干化虽然成本低廉，运行管理简单，但是，一般的生物干化需要15-20天的时间，经生物干化后的固体废弃物(尤其是生活垃圾)的含水率能够降低至30％-60％，干化周期过长，干化效率有限。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供与一种气化工艺配套的多类别固体废弃物混配干化方法，以解决现有技术中存在的生物干化周期长、干化效率低的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种与气化工艺配套的多类别固体废弃物混配干化方法，包括以下步骤：

分层堆放发酵：从下至上依次平铺堆积农林废弃物、生活垃圾、工业固体废弃物、生活垃圾及高热值吸附物，形成农林废弃物堆积层、第一生活垃圾堆积层、工业固废堆积层、第二生活垃圾堆积层及高热值吸附层，其中第一生活垃圾堆积层与所述第二生活垃圾堆积层的厚度和占总堆积层高的1/2～2/3，自然堆放3天～10天，形成分层堆放产物；

混合生物干化：将分层堆放发酵完成的分层堆放产物充分混合后，进行生物干化作业；其中，生物干化作业过程中，间歇曝气，间歇翻堆，生物干化5天～10天，得到混配固废衍生物。

优选地，步骤“分层堆放发酵”中，总堆积层高为1.5m～2.5m。

优选地，步骤“分层堆放发酵”中，农林废弃物经粉碎成1cm～5cm的寸节，农林废弃物堆积层的厚度为0.2m～0.5m。

优选地，步骤“分层堆放发酵”中，工业固体废弃物包括粉煤灰、冶金矿渣、化工废弃物及脱硫石膏中的至少一个，所述工业固废堆积层的厚度为0.05m～0.2m。

优选地，步骤“分层堆放发酵”中，高热值吸附物包括低品质煤、含油污泥、焦炭、废油品、木本泥炭、木炭、活性炭中的至少一个。

优选地，步骤“分层堆放发酵”中，高热值吸附物的加入量根据混配固废衍生物的热值计算所得。

优选地，步骤“混合生物干化”中，将分层堆放发酵完成的分层堆放产物充分混合的过程中，向分层堆放产物混配加入氮肥。

优选地，氮肥的加入量为工业固体废弃物重量的10％～20％。

由上述技术方案可知，本发明提供了一种与气化工艺配套的多类别固体废弃物混配干化方法，其有益效果是：首先将多种类别的固体废弃物(包括农林废弃物、工业固体废弃物、生活垃圾及高热值吸附物)分层堆放发酵，然后进一步进行混合生物干化，具有多个方面的有益效果。其一，将不同含水率、不同热值的固体废弃物进行混合干化，进而得到含水率及热值稳定性较好的混配固废衍生物，将有利于提高固体废弃物气化设备的运行稳定性，延长固体废弃物气化设备的运行周期。其二，将多种类别的固体废弃物混配，最终制备可用于气化的混配固废衍生物，不仅消纳了大量的生活垃圾，同时消纳了难以处置的工业固体废弃物(包括粉煤灰、冶金矿渣、化工废弃物及脱硫石膏等目前存量比较大的固体废弃物)，有助于减缓工业固体废弃物处置压力。其三，分层堆放发酵过程中，农林废弃物(尤其是作物秸秆)被铺设于发酵堆的最底层，形成农林废弃物堆积层，一方面，由上层生活垃圾发酵产生的渗滤液经由所述农林废弃物堆积层，渗滤液中含有的部分大分子有机物质及小颗粒的污泥灯被农林废弃物的表面及孔道捕集截留，提高生活垃圾中有机组分的回收利用率，降低渗滤液中cod、固体颗粒物等含量，降低渗滤液处置难度及处置成本；另一方面，热值较高的农林废弃物混合至混配固废衍生物，有利于提高混配固废衍生物的热值，降低高热值吸附物的加入量。其四，分层堆放发酵过程中，工业固体废弃物夹放在所述第一生活垃圾堆积层及所述第二生活垃圾堆积层之间，一方面，使工业固体废弃物吸附部分有机组分，提高其可处理性能，另一方面，利用工业固体废弃物较高的蓄热能力，可以稳定发酵堆的堆芯温度。同时，发明人意外的发现，在混合生物干化步骤中，工业固体废弃物的加入能够有效加速生活垃圾的干化速率，缩短生活垃圾的干化周期，这可能与工业固体废弃物中含有的部分物质的催化性能有关。其五，分层堆放发酵过程中，高热值吸附物(低品质煤、含油污泥、焦炭、废油品、木本泥炭、木炭、活性炭等)覆盖于最上层，一方面，调节混配固废衍生物的热值，另一方面，利用高热值吸附物的物理吸附性能，捕集吸附部分产生臭味的有机或无机分子，辅助净化生活垃圾发酵过程在产生的恶臭气体。

附图说明

图1是分层堆放发酵过程中各类型固体废弃物的分布图。

图中：农林废弃物堆积层10、第一生活垃圾堆积层20、工业固废堆积层30、第二生活垃圾堆积层40、高热值吸附层50。

具体实施方式

以下结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。

请参看图1，一具体实施方式中，一种与气化工艺配套的多类别固体废弃物混配干化方法，包括以下步骤：

分层堆放发酵：从下至上依次平铺堆积农林废弃物、生活垃圾、工业固体废弃物、生活垃圾及高热值吸附物，形成农林废弃物堆积层10、第一生活垃圾堆积层20、工业固废堆积层30、第二生活垃圾堆积层40及高热值吸附层50，其中第一生活垃圾堆积层20与所述第二生活垃圾堆积层40的厚度和占总堆积层高的1/2～2/3，自然堆放3天～10天，形成分层堆放产物。

混合生物干化：将分层堆放发酵完成的分层堆放产物充分混合后，进行生物干化作业；其中，生物干化作业过程中，间歇曝气，间歇翻堆，生物干化5天～10天，得到混配固废衍生物。

例如，将农林废弃物(尤其是作物秸秆类废弃物)铡碎，筛选其中1cm～5cm长的寸节，首先堆放在发酵池的池底，堆放高度为0.2m～0.5m，形成农林废弃物堆积层10。将生活垃圾铺设在农林废弃物堆积层10上方，铺设厚度为0.5m～1.0m，形成第一生活垃圾堆积层20。将工业固体废弃物，包括但不限于粉煤灰、冶金矿渣、化工废弃物及脱硫石膏中的至少一个铺设在第一生活垃圾堆积层20上，铺设厚度为0.05m～0.2m，形成工业固废堆积层30。在所述工业固废堆积层30上再铺设生活垃圾，厚度0.5m～1.0m，形成第二生活垃圾堆积层40。将需要量的高热值吸附物，包括但不限于低品质煤、含油污泥、焦炭、废油品、木本泥炭、木炭、活性炭中的至少一个，铺设在所述第二生活垃圾堆积层40上，形成高热值吸附层50。

将分层铺设好的固体废气物发酵堆自然堆放3天～10天，作为优选，以第一生活垃圾堆积层20和第二生活垃圾堆积层40中的含水率降低10％～15％为停止分层堆放发酵的节点。分层堆放发酵完成后，将得到的分层堆放产物充分翻倒，使各类型的固体废弃物混合均匀，并进行生物干化。生物干化过程中，采用间歇曝气的方式向发酵堆内通入热空气，以加速干化，缩短干化周期。例如，通风周期为通风10mim～30min，停止30min～120min，并间隔1天～2天进行一次翻堆。

其中，工业废弃物的总重量为生活垃圾总重量的1/5～1/4。高热值吸附物的加入量根据混配固废衍生物的热值计算所得，也就是说，根据实际需要，计算高热值吸附物的添加量，进而保证最终得到的混配固废衍生物的低位热值大于等于8000kj/kg。

在其中一个优选的实施方式中，农林废弃物堆积层10、第一生活垃圾堆积层20、工业固废堆积层30、第二生活垃圾堆积层40及高热值吸附层50的厚度总和，即总堆积层高为1.5m～2.5m，以提高堆积发酵效率。

采用上述实施方式，具有多方面的有益效果。其一，将不同含水率、不同热值的固体废弃物进行混合干化，进而得到含水率及热值稳定性较好的混配固废衍生物，将有利于提高固体废弃物气化设备的运行稳定性，延长固体废弃物气化设备的运行周期。其二，将多种类别的固体废弃物混配，最终制备可用于气化的混配固废衍生物，不仅消纳了大量的生活垃圾，同时消纳了难以处置的工业固体废弃物(包括粉煤灰、冶金矿渣、化工废弃物及脱硫石膏等目前存量比较大的固体废弃物)，有助于减缓工业固体废弃物处置压力。其三，分层堆放发酵过程中，农林废弃物(尤其是作物秸秆)被铺设于发酵堆的最底层，形成农林废弃物堆积层10，一方面，由上层生活垃圾发酵产生的渗滤液经由所述农林废弃物堆积层10，渗滤液中含有的部分大分子有机物质及小颗粒的污泥灯被农林废弃物的表面及孔道捕集截留，提高生活垃圾中有机组分的回收利用率，降低渗滤液中cod、固体颗粒物等含量，降低渗滤液处置难度及处置成本；另一方面，热值较高的农林废弃物混合至混配固废衍生物，有利于提高混配固废衍生物的热值，降低高热值吸附物的加入量。其四，分层堆放发酵过程中，工业固体废弃物夹放在所述第一生活垃圾堆积层20及所述第二生活垃圾堆积层40之间，一方面，使工业固体废弃物吸附部分有机组分，提高其可处理性能，另一方面，利用工业固体废弃物较高的蓄热能力，可以稳定发酵堆的堆芯温度。同时，在混合生物干化步骤中，工业固体废弃物的加入能够有效加速生活垃圾的干化速率，缩短生活垃圾的干化周期，这可能与工业固体废弃物中含有的部分物质的催化性能有关。其五，分层堆放发酵过程中，高热值吸附物(低品质煤、含油污泥、焦炭、废油品、木本泥炭、木炭、活性炭等)覆盖于最上层，一方面，调节混配固废衍生物的热值，另一方面，利用高热值吸附物的物理吸附性能，捕集吸附部分产生臭味的有机或无机分子，辅助净化生活垃圾发酵过程在产生的恶臭气体。

在其中一个优选的实施方式中，步骤“混合生物干化”中，将分层堆放发酵完成的分层堆放产物充分混合的过程中，向分层堆放产物混配加入氮肥，包括但不限于尿素、硫酸铵、氯化铵、碳酸铵、氨水中的至少一个。氮肥的加入量为工业固体废弃物重量的10％～20％。实验证明，向层堆放产物混配加入氮肥能够进一步加速生活垃圾的干化速率，缩短生活垃圾的干化周期。

以下通过具体实施例，进一步说明本发明的技术方案及技术效果。

对比例一

设置对照组1，将生活垃圾直接进行生物干化，期间向生物干化堆内间歇曝气，通风20mim，停止60min，并间隔一天进行翻堆，以渗滤液及恶臭气体排放量显著减少为停止指标，检测生活垃圾初始热值(h0，下同)、初始含水率(φ0，下同)、干化后的热值(h1，下同)、干化后的含水率(φ1，下同)，检测垃圾渗滤液中不溶物的含量(w)、cod含量，记录干化总时长(t)。

对比例二

设置对照组2，将生活垃圾与玉米秸秆粉碎物混合后直接进行生物干化，期间向生物干化堆内间歇曝气，通风20mim，停止60min，并间隔一天进行翻堆，以渗滤液及恶臭气体排放量显著减少为停止指标，检测生活垃圾初始热值、初始含水率、干化后的热值、干化后的含水率，检测垃圾渗滤液中不溶物的含量、cod含量，记录干化总时长。

对比例三

设置对照组3，将生活垃圾、工业固体废弃物(冶金矿渣)与玉米秸秆粉碎物混合后直接进行生物干化，期间向生物干化堆内间歇曝气，通风20mim，停止60min，并间隔一天进行翻堆，以渗滤液及恶臭气体排放量显著减少为停止指标，检测生活垃圾初始热值、初始含水率、干化后的热值、干化后的含水率，检测垃圾渗滤液中不溶物的含量、cod含量，记录干化总时长。

实施例一

将玉米秸秆、冶金矿渣、低品质煤及生活垃圾按照如下方式堆积：玉米秸秆粉碎物在底层，铺设厚度20cm，玉米秸秆上铺设生活垃圾，铺设厚度50cm；生活垃圾上铺设冶金矿渣，铺设厚度5cm；冶金矿渣上铺设生活垃圾，铺设厚度50cm；生活垃圾上继续铺设低品质煤粉，铺设厚度5cm。铺设完成后，自然发酵3天。然后将各层充分混合，进行生物干化，期间向生物干化堆内间歇曝气，通风20mim，停止60min，并间隔一天进行翻堆，以渗滤液及恶臭气体排放量显著减少为停止指标。检测以下指标：生活垃圾初始含水率、初始热值；自然发酵后的生活垃圾层的含水率(φ2，下同)、生活垃圾层的热值(h2，下同)；生物干化结束后的干化后的热值、干化后的含水率，检测垃圾渗滤液中不溶物的含量、cod含量，并记录干化总时长。

实施例二

将麦草(稻草)秸秆、粉煤灰、活性炭颗粒及生活垃圾按照如下方式堆积：麦草(稻草)秸秆粉碎物在底层，铺设厚度30cm，麦草(稻草)秸秆上铺设生活垃圾，铺设厚度70cm；生活垃圾上铺设粉煤灰，铺设厚度20cm；粉煤灰上铺设生活垃圾，铺设厚度70cm；生活垃圾上继续铺设活性炭颗粒，铺设厚度1cm。铺设完成后，自然发酵5天。然后将各层充分混合，进行生物干化，期间向生物干化堆内间歇曝气，通风20mim，停止60min，并间隔一天进行翻堆，以渗滤液及恶臭气体排放量显著减少为停止指标。检测以下指标：生活垃圾初始含水率、初始热值；自然发酵后的生活垃圾层的含水率(φ2，下同)、生活垃圾层的热值(h2，下同)；生物干化结束后的干化后的热值、干化后的含水率，检测垃圾渗滤液中不溶物的含量、cod含量，并记录干化总时长。

实施例三

将玉米秸秆、粉煤灰和冶金矿渣的混合物、低品质煤及生活垃圾按照如下方式堆积：玉米秸秆粉碎物在底层，铺设厚度50cm，玉米秸秆上铺设生活垃圾，铺设厚度100cm；生活垃圾上铺设粉煤灰和冶金矿渣的混合物，铺设厚度10cm；粉煤灰和冶金矿渣的混合物上铺设生活垃圾，铺设厚度70cm；生活垃圾上继续铺设低品质煤，铺设厚度3cm。铺设完成后，自然发酵10天。然后将各层充分混合，进行生物干化，期间向生物干化堆内间歇曝气，通风20mim，停止60min，并间隔一天进行翻堆，以渗滤液及恶臭气体排放量显著减少为停止指标。检测以下指标：生活垃圾初始含水率、初始热值；自然发酵后的生活垃圾层的含水率(φ2，下同)、生活垃圾层的热值(h2，下同)；生物干化结束后的干化后的热值、干化后的含水率，检测垃圾渗滤液中不溶物的含量、cod含量，并记录干化总时长。

实施例四

将玉米秸秆、化工废弃物、低品质煤及生活垃圾按照如下方式堆积：玉米秸秆粉碎物在底层，铺设厚度30cm，玉米秸秆上铺设生活垃圾，铺设厚度50cm；生活垃圾上铺设化工废弃物，铺设厚度10cm；化工废弃物上铺设生活垃圾，铺设厚度50cm；生活垃圾上继续铺设低品质煤，铺设厚度10cm。铺设完成后，自然发酵5天。然后将各层充分混合，进行生物干化，期间向生物干化堆内间歇曝气，通风20mim，停止60min，并间隔一天进行翻堆，以渗滤液及恶臭气体排放量显著减少为停止指标。检测以下指标：生活垃圾初始含水率、初始热值；自然发酵后的生活垃圾层的含水率(φ2，下同)、生活垃圾层的热值(h2，下同)；生物干化结束后的干化后的热值、干化后的含水率，检测垃圾渗滤液中不溶物的含量、cod含量，并记录干化总时长。

实施例五

将玉米秸秆、冶金废渣、低品质煤及生活垃圾按照如下方式堆积：玉米秸秆粉碎物在底层，铺设厚度30cm，玉米秸秆上铺设生活垃圾，铺设厚度80cm；生活垃圾上铺设化工废弃物，铺设厚度5cm；化工废弃物上铺设生活垃圾，铺设厚度80cm；生活垃圾上继续铺设低品质煤，铺设厚度5cm。铺设完成后，自然发酵5天。然后将各层充分混合，并混合加入冶金废渣总重量10％的硫酸铵，进行生物干化，期间向生物干化堆内间歇曝气，通风20mim，停止60min，并间隔一天进行翻堆，以渗滤液及恶臭气体排放量显著减少为停止指标。检测以下指标：生活垃圾初始含水率、初始热值；自然发酵后的生活垃圾层的含水率(φ2，下同)、生活垃圾层的热值(h2，下同)；生物干化结束后的干化后的热值、干化后的含水率，检测垃圾渗滤液中不溶物的含量、cod含量，并记录干化总时长。

实施例六

将玉米秸秆、冶金废渣、低品质煤及生活垃圾按照如下方式堆积：玉米秸秆粉碎物在底层，铺设厚度30cm，玉米秸秆上铺设生活垃圾，铺设厚度80cm；生活垃圾上铺设化工废弃物，铺设厚度5cm；化工废弃物上铺设生活垃圾，铺设厚度80cm；生活垃圾上继续铺设低品质煤，铺设厚度5cm。铺设完成后，自然发酵5天。然后将各层充分混合，并混合加入冶金废渣总重量20％的尿素，进行生物干化，期间向生物干化堆内间歇曝气，通风20mim，停止60min，并间隔一天进行翻堆，以渗滤液及恶臭气体排放量显著减少为停止指标。检测以下指标：生活垃圾初始含水率、初始热值；自然发酵后的生活垃圾层的含水率(φ2，下同)、生活垃圾层的热值(h2，下同)；生物干化结束后的干化后的热值、干化后的含水率，检测垃圾渗滤液中不溶物的含量、cod含量，并记录干化总时长。

表1记录了对比例一至三、实施例一至六的检测结果数据。

表1各对比例、实施例的检测结果统计

其中，/表示未检测该项或不存在该项，含水率数据经四舍五入取整，cod数据经取整。

由对比例一至三、实施例一至六的检测结果数据分析，可以看出：

首先，经生物发酵后，生活垃圾的含水率显著下降，热值显著提高，而经过分层堆积发酵后再经过混合生物发酵，不仅消纳了大量的难处理的工业固体废弃物(经测算，以每天处理500t生活垃圾的气化装置为例，可额外消耗2-5万吨工业废气固体物)，且得到低位热值较高的混配固废衍生物，由于混配固废衍生物的热值可以通过加入高热值吸附物和低热值的工业固体废弃物进行调节，所以得到的混配固废衍生物的热值相对稳定，能够供给垃圾气化装置(尤其是等离子气化装置)稳定运行。

第二，经过分层堆积发酵后再经过混合生物发酵后，所产生的渗滤液中的cod组分及固体不溶物的含量显著降低，从而有效地降低了渗滤液的处理难度和处理成本。

第三，经过分层堆积发酵后再经过混合生物发酵，所需的生物干化总时间显著缩短，添加了工业固体废弃物的对比例三及实施例一至六的结果显示，工业固体废弃物与生活垃圾进行混配，能够现有缩短生物干化的周期。实施例五和实施例六显示，氮肥的加入能够进一步促进生物干化速率，缩短生物干化周期。这可能与工业固体废气物中的某些组分与氮肥中的某些组分的催化作用有关。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。