郭 旭，郝粼波，張 波

（城市建設(shè)研究院，北京 100120）

1 城鎮(zhèn)生活垃圾資源化處理技術(shù)簡介

基于我國生活垃圾的特性，結(jié)合發(fā)達(dá)國家處理生活垃圾的經(jīng)驗(yàn)，提出針對城鎮(zhèn)生活垃圾的處理技術(shù)路線，即“前分選+有機(jī)物厭氧+無機(jī)物制磚+可燃物熱解氣化+塑料造?！本C合處理技術(shù)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(tǒng)

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

2）運(yùn)用負(fù)壓技術(shù)將暫存間氣體導(dǎo)入生物濾池，最后進(jìn)入凈化塔處理。

3）垃圾滲瀝液進(jìn)入?yún)捬跆幚硐到y(tǒng)，加入甲烷菌劑生產(chǎn)甲烷。

2.2 分選系統(tǒng)

第一級機(jī)械分選系統(tǒng)中，垃圾經(jīng)初級分選系統(tǒng)后，大件無機(jī)干擾物及細(xì)小渣土被預(yù)分選機(jī)選出集中，剩余垃圾通過綜合分選機(jī)分為篩下、篩上2個(gè)部分物質(zhì)；篩上物質(zhì)通過比重分選系統(tǒng)進(jìn)一步分為塑料、可燃物成分；篩下物通過二級分選系統(tǒng)，進(jìn)一步分離出沙石等無機(jī)物質(zhì)，有機(jī)物質(zhì)進(jìn)入后續(xù)厭氧處理系統(tǒng)。分選工藝流程見圖2。

垃圾的成分隨地域、季節(jié)和天氣變化較大，通過自動監(jiān)測系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測成分變化并自動調(diào)整分選的滾筒速度、風(fēng)力大小等設(shè)備工作參數(shù)從而保證分選徹底。

2.3 可燃物熱解氣化產(chǎn)燃?xì)庀到y(tǒng)

生活垃圾的熱解氣化技術(shù)，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(jīng)過一段時(shí)間熱解氣化反應(yīng)，使生活垃圾中有機(jī)類組分得到充分的熱解氣化，在熱解氣化過程中有機(jī)物大分子態(tài)裂解成小分子態(tài)可燃?xì)怏w，剩余物為熔融爐渣，各類細(xì)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(zhì)物、蔬菜葉、塑料橡膠包裝物、廢紙、布等有機(jī)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?xì)饨佑|，在1～2 h內(nèi)不斷脫去附著水，水變成蒸汽和熱解燃?xì)庖黄鹋懦鰻t外，垃圾逐步變干燥。②干燥后的垃圾可燃物，在部分反應(yīng)層上升過來的溫度高達(dá)200～450℃的灼熱燃?xì)獾暮婵鞠?，發(fā)生干餾反應(yīng)，生成烷類、一氧化碳、焦油等可燃?xì)怏w和水蒸氣，塑料橡膠等物質(zhì)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(jīng)過干餾后的垃圾，主要?dú)埩粑锸墙固亢蜕贁?shù)黏土等不可燃物，在1 100～1 200℃高溫下，通過水蒸氣的作用，發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生一氧化碳、氫等可燃?xì)怏w，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(jī)熔渣，通過特制出渣機(jī)構(gòu)從反應(yīng)爐底部排除。

2.4 有機(jī)組分厭氧系統(tǒng)

生活垃圾綜合分選后，有機(jī)組分首先進(jìn)行破碎，然后經(jīng)調(diào)配除砂分選除去垃圾中的渣石，之后送分離成漿罐進(jìn)一步破碎漿化并進(jìn)一步分離出其中的雜質(zhì)，而后送均質(zhì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)配至適宜的含固率，并實(shí)現(xiàn)預(yù)增溫。調(diào)配好的物料由螺桿泵均衡地投配入?yún)捬醢l(fā)酵反應(yīng)器，供料方式為序批式。厭氧進(jìn)料裝置流量計(jì)、電動閥、輸料泵等設(shè)置在厭氧系統(tǒng)進(jìn)料泵房內(nèi)。反應(yīng)器配有溫度檢測裝置、全方位立體攪拌系統(tǒng)、全方位立體增溫保溫系統(tǒng)、防浮渣結(jié)蓋系統(tǒng)、排砂放空系統(tǒng)、取樣裝置、進(jìn)出料系統(tǒng)等厭氧過程參數(shù)控制必要的裝置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行。

厭氧反應(yīng)器運(yùn)行過程中產(chǎn)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(fā)酵后的產(chǎn)物有消化液和沼氣。消化液進(jìn)入沼液沼渣暫存罐進(jìn)行暫存后送制磚系統(tǒng)利用。厭氧反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣經(jīng)脫硫預(yù)處理后可作為建材制造系統(tǒng)氣源。

2.5 無機(jī)物燒結(jié)磚處理系統(tǒng)

前分選系統(tǒng)篩分得到的無機(jī)物與磚瓦石塊、熱解氣體產(chǎn)生的爐渣、污水處理廠的污泥等，結(jié)合城市建筑垃圾經(jīng)破碎篩分后的原料，與垃圾處理廠的生產(chǎn)廢水一起，按一定的比例混合可制成燒結(jié)磚。其能源來自熱解氣化與厭氧產(chǎn)生的可燃?xì)怏w，使城鎮(zhèn)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(chǎn)線采用破碎后的建筑垃圾以及分選系統(tǒng)選出的渣土等為原料。為了使原料充分混合均化，生產(chǎn)工藝采用細(xì)碎顎式破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)、細(xì)碎對輥機(jī)三級破碎，初破后控制在20 mm，錘式破碎機(jī)破碎后粒徑應(yīng)小于3 mm，通過細(xì)碎對輥機(jī)粒度小于1.5 mm。混合料破碎后進(jìn)入雙軸攪拌機(jī)攪拌。

2）陳化。原料經(jīng)過處理后含有一定的水分，進(jìn)入陳化庫進(jìn)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(chǎn)的連續(xù)性起到調(diào)節(jié)和緩沖作用。陳化后的原料用多斗挖掘機(jī)、帶式輸送機(jī)運(yùn)送到成型車間。

3）成型。成型車間由箱式供料機(jī)供料，物料經(jīng)過攪拌擠出機(jī)、細(xì)碎對輥機(jī)再進(jìn)入雙級真空擠磚機(jī)擠出成型。主機(jī)選用高真空度、高擠出壓力的成型設(shè)備。坯體經(jīng)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(jī)將其送入隧道干燥室。

4）干燥焙燒。生產(chǎn)線采用二次碼燒生產(chǎn)工藝，該生產(chǎn)工藝機(jī)械化、自動化程度高、技術(shù)先進(jìn)、工藝合理、工人勞動強(qiáng)度低、產(chǎn)品質(zhì)量好，代表了我國磚瓦工業(yè)的先進(jìn)水平。干燥室的熱源來自隧道窯。熱的干燥介質(zhì)（熱空氣和熱煙氣）從頂部進(jìn)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(zhì)量，在干燥室中的熱氣體由旋轉(zhuǎn)式送風(fēng)器來進(jìn)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(jiān)測系統(tǒng)。將干燥好的磚坯由人工按預(yù)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(nèi)燃料。該焙燒窯為大斷面窯型，吊頂結(jié)構(gòu)，產(chǎn)量大，斷面溫差小，保溫性能好，利于生產(chǎn)調(diào)節(jié)和控制。

2.6 回收塑料造粒系統(tǒng)

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(gè)處理段（見圖5）。

1）破碎段。PE薄膜類塑料廢塑料投料后，經(jīng)過人工排出異物同時(shí)配加磁選，在破碎前將不適物排除。根據(jù)薄膜類物料的破碎特性，采用高速單軸破碎機(jī)。為了達(dá)到更好的破碎效果及易于后續(xù)工藝的處理，本工段采用機(jī)內(nèi)噴水濕式破碎方式；在破碎的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)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(zhì)量的塑料再生產(chǎn)品，本工段設(shè)置二級高速清洗系統(tǒng)。第一級高速清洗設(shè)置在破碎后，意在分離薄膜與附著物，使后續(xù)的比重分離機(jī)實(shí)現(xiàn)更好的分離效果。第二級高速清洗設(shè)置在比重分離后，目的是使經(jīng)過比重分離后的PE薄膜類再次進(jìn)行清洗，在除去異物的同時(shí)，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(zhì)量的同時(shí)，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(zhuǎn)軸，根據(jù)物料的特性調(diào)整工況，最大限度分離PE薄膜與異物，包括與PS、PVC等異質(zhì)塑料的分離，確保物料的純度，也使后續(xù)工藝可以順利運(yùn)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(jī)很難達(dá)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(jī)對PE薄膜中進(jìn)行最大限度的脫水，然后用干燥機(jī)對其進(jìn)行干燥。通過脫水與干燥的有效組合，實(shí)現(xiàn)脫水、干燥的最佳效果。

5）造粒段。為了確保塑料造粒系統(tǒng)產(chǎn)品穩(wěn)定性，采用2級造粒工藝，2級都配置單螺桿擠出機(jī)。一級擠出采用二級排氣，可保證粒子質(zhì)量；采用水環(huán)切粒和連續(xù)換網(wǎng)技術(shù)，可保證產(chǎn)量。

3 工程應(yīng)用案例介紹

河南鄭州新密市項(xiàng)目采用“生活垃圾綜合分選+濕式中溫厭氧發(fā)酵+塑料造粒系統(tǒng)+熱解氣化系統(tǒng)+建材制造系統(tǒng)”相結(jié)合的綜合處理方式。即原生垃圾分選后，回收鐵質(zhì)金屬等可資源循環(huán)利用的成分，塑料進(jìn)入塑料造粒系統(tǒng)；有機(jī)物含量較高的物料經(jīng)預(yù)處理后通過進(jìn)一步的去除雜質(zhì)，進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵系統(tǒng)；垃圾中的可燃物進(jìn)入熱解氣化系統(tǒng)，為制磚系統(tǒng)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(jìn)入制磚系統(tǒng)生產(chǎn)建材產(chǎn)品。在該生活垃圾處理廠，垃圾中的各個(gè)組分達(dá)到了物盡其用，完全的“零填埋”。

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

該項(xiàng)目總投資約1.8億元，運(yùn)營成本37.41元/t，主要產(chǎn)品包括塑料再生粒子、燒結(jié)磚、燃?xì)饧案碑a(chǎn)品焦油、回收金屬等。在適當(dāng)考慮垃圾處理補(bǔ)貼費(fèi)后，項(xiàng)目在運(yùn)營期內(nèi)年平均利潤近1 500萬元/a，所得稅后財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率達(dá)9.69%。

4 結(jié)論和展望

城鎮(zhèn)生活垃圾資源化處理技術(shù)，具有投資適中、處理處置結(jié)構(gòu)合理、“減量化、資源化、無害化”程度較高，處理成本低，占地小、經(jīng)濟(jì)效益明顯等特點(diǎn)，解決了由單一處理技術(shù)處理生活垃圾的局限性，對于大多數(shù)城鎮(zhèn)而言有著廣泛的適用性，推廣價(jià)值較高，有廣泛的應(yīng)用前景。