城镇生活垃圾资源化处理方法研究

郭 旭，郝粼波，张 波

（城市建设研究院，北京 100120）

1 城镇生活垃圾资源化处理技术简介

基于我国生活垃圾的特性，结合发达国家处理生活垃圾的经验，提出针对城镇生活垃圾的处理技术路线，即“前分选+有机物厌氧+无机物制砖+可燃物热解气化+塑料造粒”综合处理技术路线，其工艺流程如图1所示。

2 工艺流程说明

2.1 前处理清洁暂存系统

1）运用生物制剂气化快速消除生活垃圾卸料储坑内堆体异味，确保24 h无蚊蝇。

2）运用负压技术将暂存间气体导入生物滤池，最后进入净化塔处理。

3）垃圾渗沥液进入厌氧处理系统，加入甲烷菌剂生产甲烷。

2.2 分选系统

第一级机械分选系统中，垃圾经初级分选系统后，大件无机干扰物及细小渣土被预分选机选出集中，剩余垃圾通过综合分选机分为筛下、筛上2个部分物质；筛上物质通过比重分选系统进一步分为塑料、可燃物成分；筛下物通过二级分选系统，进一步分离出沙石等无机物质，有机物质进入后续厌氧处理系统。分选工艺流程见图2。

垃圾的成分随地域、季节和天气变化较大，通过自动监测系统能实时监测成分变化并自动调整分选的滚筒速度、风力大小等设备工作参数从而保证分选彻底。

2.3 可燃物热解气化产燃气系统

生活垃圾的热解气化技术，是指将可气化生活垃圾放入热解气化炉中，在高温、缺氧的条件下，经过一段时间热解气化反应，使生活垃圾中有机类组分得到充分的热解气化，在热解气化过程中有机物大分子态裂解成小分子态可燃气体，剩余物为熔融炉渣，各类细菌病原菌被彻底杀灭的工艺过程，见图3。热解气化工艺步骤如下：①垃圾中的树叶、木质物、蔬菜叶、塑料橡胶包装物、废纸、布等有机可燃物，从炉顶部加入热解气化炉中，在下降的过程中与温度在80～120℃的热解燃气接触，在1～2 h内不断脱去附着水，水变成蒸汽和热解燃气一起排出炉外，垃圾逐步变干燥。②干燥后的垃圾可燃物，在部分反应层上升过来的温度高达200～450℃的灼热燃气的烘烤下，发生干馏反应，生成烷类、一氧化碳、焦油等可燃气体和水蒸气，塑料橡胶等物质中的氯元素生成氯化氢气体，硫元素生成气体，以上所有气体一起从炉体上部排出。③经过干馏后的垃圾，主要残留物是焦炭和少数黏土等不可燃物，在1 100～1 200℃高温下，通过水蒸气的作用，发生氧化还原反应产生一氧化碳、氢等可燃气体，从炉体中部排出。④垃圾可燃物气化完成变成含少量固定碳的无机熔渣，通过特制出渣机构从反应炉底部排除。

2.4 有机组分厌氧系统

生活垃圾综合分选后，有机组分首先进行破碎，然后经调配除砂分选除去垃圾中的渣石，之后送分离成浆罐进一步破碎浆化并进一步分离出其中的杂质，而后送均质调节系统调配至适宜的含固率，并实现预增温。调配好的物料由螺杆泵均衡地投配入厌氧发酵反应器，供料方式为序批式。厌氧进料装置流量计、电动阀、输料泵等设置在厌氧系统进料泵房内。反应器配有温度检测装置、全方位立体搅拌系统、全方位立体增温保温系统、防浮渣结盖系统、排砂放空系统、取样装置、进出料系统等厌氧过程参数控制必要的装置，实现系统高效稳定运行。

厌氧反应器运行过程中产生的沉砂通过排砂管送沉砂缓存池暂存后排入沼渣沼液暂存罐。物料厌氧发酵后的产物有消化液和沼气。消化液进入沼液沼渣暂存罐进行暂存后送制砖系统利用。厌氧反应器产生的沼气经脱硫预处理后可作为建材制造系统气源。

2.5 无机物烧结砖处理系统

前分选系统筛分得到的无机物与砖瓦石块、热解气体产生的炉渣、污水处理厂的污泥等，结合城市建筑垃圾经破碎筛分后的原料，与垃圾处理厂的生产废水一起，按一定的比例混合可制成烧结砖。其能源来自热解气化与厌氧产生的可燃气体，使城镇固体废物得到了充分利用。工艺流程见图4。

1）原料储备及处理。生产线采用破碎后的建筑垃圾以及分选系统选出的渣土等为原料。为了使原料充分混合均化，生产工艺采用细碎颚式破碎机、锤式破碎机、细碎对辊机三级破碎，初破后控制在20 mm，锤式破碎机破碎后粒径应小于3 mm，通过细碎对辊机粒度小于1.5 mm。混合料破碎后进入双轴搅拌机搅拌。

2）陈化。原料经过处理后含有一定的水分，进入陈化库进行72 h陈化，一方面使原料充分均化可增加原料的塑性；另一方面，对生产的连续性起到调节和缓冲作用。陈化后的原料用多斗挖掘机、带式输送机运送到成型车间。

3）成型。成型车间由箱式供料机供料，物料经过搅拌挤出机、细碎对辊机再进入双级真空挤砖机挤出成型。主机选用高真空度、高挤出压力的成型设备。坯体经人工码放在干燥车上。码好的干燥车通过摆渡车——液压顶车机将其送入隧道干燥室。

4）干燥焙烧。生产线采用二次码烧生产工艺，该生产工艺机械化、自动化程度高、技术先进、工艺合理、工人劳动强度低、产品质量好，代表了我国砖瓦工业的先进水平。干燥室的热源来自隧道窑。热的干燥介质（热空气和热烟气）从顶部进入干燥室，湿气体从干燥室底部排出。为了确保干燥坯体的质量，在干燥室中的热气体由旋转式送风器来进行搅拌和送入热空气，这样可防止热空气的分层，使干燥室中的温度分布更均匀。此外，该干燥室配备有湿度和温度监测系统。将干燥好的砖坯由人工按预定形式码到隧道窑窑车上。隧道窑的焙烧使用沼气、热解气外燃焙烧或粉煤灰与煤矸石、煤粉等内燃料。该焙烧窑为大断面窑型，吊顶结构，产量大，断面温差小，保温性能好，利于生产调节和控制。

2.6 回收塑料造粒系统

从生活垃圾中分选出来的PE薄膜类塑料的再生造粒主要可分为以下5个处理段（见图5）。

1）破碎段。PE薄膜类塑料废塑料投料后，经过人工排出异物同时配加磁选，在破碎前将不适物排除。根据薄膜类物料的破碎特性，采用高速单轴破碎机。为了达到更好的破碎效果及易于后续工艺的处理，本工段采用机内喷水湿式破碎方式；在破碎的同时，实现了PE膜与附着物的初步分离。

2）清洗段。为了除去薄膜的附着物及获得高质量的塑料再生产品，本工段设置二级高速清洗系统。第一级高速清洗设置在破碎后，意在分离薄膜与附着物，使后续的比重分离机实现更好的分离效果。第二级高速清洗设置在比重分离后，目的是使经过比重分离后的PE薄膜类再次进行清洗，在除去异物的同时，减轻来自生活垃圾的臭味。通过二级高速清洗，使PE薄膜得到有效清洗，在确保再生塑料粒子高纯度、高质量的同时，减少粒子中的臭味。

3）分选段。主要有破碎前的异物除去和比重分离过程。比重分离采用多轴异速转轴，根据物料的特性调整工况，最大限度分离PE薄膜与异物，包括与PS、PVC等异质塑料的分离，确保物料的纯度，也使后续工艺可以顺利运行。

4）脱水干燥段。高速清洗后的PE薄膜，由于比表面积大，离心式脱水机很难达到有效的脱水效果。故本工段采用以脱水为主，干燥为辅为原则，采用压榨式脱水机对PE薄膜中进行最大限度的脱水，然后用干燥机对其进行干燥。通过脱水与干燥的有效组合，实现脱水、干燥的最佳效果。

5）造粒段。为了确保塑料造粒系统产品稳定性，采用2级造粒工艺，2级都配置单螺杆挤出机。一级挤出采用二级排气，可保证粒子质量；采用水环切粒和连续换网技术，可保证产量。

3 工程应用案例介绍

河南郑州新密市项目采用“生活垃圾综合分选+湿式中温厌氧发酵+塑料造粒系统+热解气化系统+建材制造系统”相结合的综合处理方式。即原生垃圾分选后，回收铁质金属等可资源循环利用的成分，塑料进入塑料造粒系统；有机物含量较高的物料经预处理后通过进一步的去除杂质，进入厌氧发酵系统；垃圾中的可燃物进入热解气化系统，为制砖系统提供热源；渣土、砖石瓦块等连同污泥和破碎后的建筑垃圾进入制砖系统生产建材产品。在该生活垃圾处理厂，垃圾中的各个组分达到了物尽其用，完全的“零填埋”。

新密项目位于新密市来集镇马沟村，占地36 810 m2。该项目生活垃圾处理规模为400 t/d，污泥处理规模为100 t/d，建筑垃圾破碎处理规模为1 000 t/d，日总处理规模1 500 t/d。项目沼气产量约为13 800 m3/d，热解气产量约为198 378 m3/d，烧结建材砖产品产量约为1.2亿块/a。

该项目总投资约1.8亿元，运营成本37.41元/t，主要产品包括塑料再生粒子、烧结砖、燃气及副产品焦油、回收金属等。在适当考虑垃圾处理补贴费后，项目在运营期内年平均利润近1 500万元/a，所得税后财务内部收益率达9.69%。

4 结论和展望

城镇生活垃圾资源化处理技术，具有投资适中、处理处置结构合理、“减量化、资源化、无害化”程度较高，处理成本低，占地小、经济效益明显等特点，解决了由单一处理技术处理生活垃圾的局限性，对于大多数城镇而言有着广泛的适用性，推广价值较高，有广泛的应用前景。