專利名稱：一種城鎮(zhèn)小區(qū)生活垃圾和污水綜合處理系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種城鎮(zhèn)小區(qū)生活垃圾和污水處理，更具體地說涉及利用生活垃圾 氣化技術(shù)和超臨界水氧化技術(shù)對城鎮(zhèn)小區(qū)產(chǎn)生的生活垃圾和生活污水進行綜合處理的系 統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
21世紀，人類進入知識經(jīng)濟、循環(huán)經(jīng)濟時代。世界各國正把“發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟”和“建 立循環(huán)型社會”作為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，循環(huán)經(jīng)濟要求以廢舊物資“減量化，無害 化，資源化，再使用，再循環(huán)”為社會經(jīng)濟活動的行為準則。 城市生活垃圾處理技術(shù)的現(xiàn)狀 1、填埋
所謂衛(wèi)生填埋，就是能對滲濾液和填埋氣體進行控制的填埋方式。大多數(shù)填埋場的 設(shè)計、建設(shè)和運營仍存在很多問題，表現(xiàn)在
(1)設(shè)計理念比較落后，土地填埋利用率不高，占用了大量土地資源，大部分生活垃圾 填埋場缺乏有效的基礎(chǔ)和邊坡防滲措施，由于生活垃圾的含水率往往高達50% 60%，同時 由于缺乏有效的雨污水分流措施，缺乏壓實和覆蓋，導(dǎo)致滲濾液產(chǎn)量大、濃度高，沒有有效 處理，地下水污染地表水的污染事故不斷出現(xiàn)；
(2)生活垃圾中可以實現(xiàn)資源回收的部分被一并填埋，即使考慮填埋氣的回收利用， 混合垃圾填埋的資源化水平仍很低；
(3)分期建設(shè)沒有得到很好的實施，運行粗放，沒有分區(qū)分單元，大面積、大厚度填埋 較為普遍，大多沒有能夠在填埋作業(yè)過程中做到按照標準壓實、覆蓋；
(4)填埋氣體處理與利用系統(tǒng)剛剛開始發(fā)展，多為敞開式排放或通過豎井排放，絕大 部分填埋場的填埋氣仍處于無組織排放狀態(tài)，沒有有效利用，不僅引起了溫室效應(yīng)，而且也 是產(chǎn)生惡臭的主要原因。2、堆肥
高溫堆肥可以使生活垃圾中的有機成分成為可供施用的農(nóng)田肥料，同時消除其環(huán)境污 染，殺滅垃圾中的病菌，具有無害化和資源化特征。但我國的堆肥廠主要處理混合生活垃 圾，其局限性主要表現(xiàn)在
(1)由于我國目前還沒有開展普遍的生活垃圾分類收集，因此入廠垃圾中含有石塊、 金屬、玻璃、塑料等多種不可降解組分，這些廢棄物必須分揀出來，另行處理，分選工藝復(fù) 雜，費用很高；
(2)即使采用了分選工藝，生活垃圾中的不利于堆肥處理的組分也不能完全剔除，許 多有毒、有害物質(zhì)會進入堆肥，如農(nóng)田長期大量使用堆肥，可能會造成潛在污染，特別是一 些重金屬在土壤中富集將隨食物鏈進入人體。3、焚燒
垃圾焚燒與填埋處理相比，具有占地小、處理時間短、減量化顯著、無害化較徹底以及 可回收垃圾焚燒余熱等優(yōu)點，在發(fā)達國家得到越來越廣泛應(yīng)用。但焚燒混合垃圾有以下缺陷
(1)我國生活垃圾含水率高，熱值低，需要更多的輔助燃料，此外生活垃圾中灰土含量 多也會影響焚燒效果，最終導(dǎo)致焚燒成本上升。我國目前除少數(shù)經(jīng)濟較發(fā)達的城市外，其它 城市的混合生活垃圾熱值低，含渣量高，不適宜焚燒；
(2)另一方面，由于我國混合垃圾中廚余垃圾較多，含鹽量較高，對煙氣中氯化物貢獻 較大，HCl會腐蝕焚燒爐，也增加了煙氣處理的難度和污染控制成本。焚燒產(chǎn)生的二噁英問 題，難以解決。生活垃圾氣化是將生活垃圾中有機成分在還原性氣氛下與氣化劑反應(yīng)生成 燃氣的過程。整個氣化過程分為熱解階段、氧化階段和還原階段。在熱解過程中，高分子有 機物受熱后分解為低碳鏈的有機化合物，其中一部分揮發(fā)分在常溫下以氣態(tài)形式存在，也 有一部分發(fā)生脫水聚合反應(yīng)生成焦油。熱解階段產(chǎn)生的揮發(fā)分會與通入氣化反應(yīng)器的氧氣 發(fā)生氣化燃燒反應(yīng)，在此階段中，生活垃圾氣化反應(yīng)體系的溫度迅速升高。物料通過氧化區(qū) 以后便進入還原階段，熱解和氧化階段產(chǎn)生的CO2和未參加反應(yīng)的固定碳進一步反應(yīng)形成 CO,同時也伴隨著H2O和C02、CO反應(yīng)形成CH4等其他物質(zhì)的反應(yīng)。氣化產(chǎn)生的合成氣不僅 可以用來發(fā)電供暖，還可以用于生產(chǎn)化工原料。與填埋、焚燒、堆肥等生活垃圾處理方法相比，氣化法具有資源利用靈活、效益高 和環(huán)境污染小等特點，更符合廢棄物處理的資源化、無害化和減量化原則。城鎮(zhèn)小區(qū)生活污水處理現(xiàn)狀
城鎮(zhèn)小區(qū)產(chǎn)生的生活污水包括洗滌用水、廚房用水、沖廁水等，如何對其進行有效處理 一直都是很難解決的問題。過去常用的化糞池沉淀和厭氧發(fā)酵，雖然對懸浮物質(zhì)和寄生蟲 卵有一定的去除作用，但B0D5的去除率很低，且不具備脫氮除磷功能，已不能滿足水污染 防治和水環(huán)境保護的需要。超臨界水氧化技術(shù)(Supercritical Water Oxidation，簡稱SCW0)是一種新興的 有機廢物和廢水處理技術(shù)。該技術(shù)在20世紀80年代中期由美國學(xué)者Modell提出，成為繼 光催化、濕式催化氧化技術(shù)之后國內(nèi)外專家的研究熱點。SCWO是在水的超臨界狀態(tài)下，有機 物在超臨界水中與氧化劑發(fā)生強烈氧化反應(yīng)的過程，整個過程中由于超臨界水可與有機物 和氧氣、空氣等以任意比例互溶，氣液兩相界面消失成為均一的單相體系，使本來發(fā)生的多 相反應(yīng)轉(zhuǎn)化為單相反應(yīng)，反應(yīng)不會因相間轉(zhuǎn)移而受到限制，從而加快了反應(yīng)速率，一般只需 幾秒至幾分鐘即可將有機物徹底氧化分解，去除率可達99. 99%以上。從理論上講，SCffO技 術(shù)適用于處理任何含有機污染物的廢物高濃度的有機廢液、有機蒸汽、有機固體、有機廢 水、污泥、懸浮有機溶液或吸附了有機物的無機物，在很短的時間內(nèi)將難降解的、危險的有 機物中的碳氫組成徹底轉(zhuǎn)化為CO2和H2O,將氮轉(zhuǎn)化為N2或N2O等無害物質(zhì)，將的磷、氯、硫 等元素氧化，以無機鹽的形式從超臨界水中沉積下來，實現(xiàn)有機有毒污染物的無害化。與傳 統(tǒng)處理生活、工業(yè)廢物的各種技術(shù)相比，SCWO法具有以下突出的優(yōu)點
(1)有機組分在適當(dāng)?shù)臏囟取毫ο履鼙煌耆纸獬蒀02、H2O,N2, SO/—等無機組分，分 解率可達99. 99%以上，無中間產(chǎn)物，無二次污染；
(2)適用范圍廣，可用于處理各種有毒難降解有機物；
(3)氧化反應(yīng)為均相反應(yīng)，反應(yīng)速率快，停留時間短；
(4) 反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在有機物含量>3%時，可依靠反應(yīng)自身的氧化放熱來維持反應(yīng)的進行；
(5)無機組分和鹽類在超臨界水中的溶解度極低，使反應(yīng)過程中的分離變得容易。綜合以上分析，隨著城市生活垃圾氣化技術(shù)和超臨界水氧化技術(shù)的成熟，可以將 城鎮(zhèn)生活垃圾和生活污水利用上述兩種技術(shù)進行綜合處理，實現(xiàn)廢舊物資的“減量化，無 害化，資源化，再使用，再循環(huán)”
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種節(jié)能環(huán)保的，能夠?qū)⒊擎?zhèn)小區(qū)生 活垃圾和生活廢水得到綜合處理的系統(tǒng)和方法。采用該方法可使治理過程中的能量和水資 源得到循環(huán)利用。實現(xiàn)本發(fā)明的一個技術(shù)方案是一種城鎮(zhèn)小區(qū)生活垃圾和生活污水綜合處理系 統(tǒng)，由生活垃圾預(yù)處理及分選系統(tǒng)、超臨界水氧化系統(tǒng)、氣化系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)組成；
所述生活垃圾預(yù)處理及分選系統(tǒng)，用于儲存生活垃圾，并將生活垃圾分選及粉碎，分選 出其中的金屬、玻璃、電池等回收利用，將滲浙液、廚余液送入超臨界水氧化系統(tǒng)，可燃物粉 碎后經(jīng)加料裝置送往氣化系統(tǒng)；
所述超臨界水氧化系統(tǒng)，用于接收城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)輸入的沖廁水和洗滌廢水、生活垃圾 預(yù)處理及分選系統(tǒng)的滲浙液和廚余液，以及氣化系統(tǒng)輸出的洗焦廢水，并對這些輸入廢水 進行超臨界水氧化處理，產(chǎn)生無機鹽和高溫蒸汽，高溫蒸汽經(jīng)過換熱器換熱后，一部分蒸汽 輸入氣化系統(tǒng)，一部分蒸汽驅(qū)動蒸汽輪機，換熱后的排水輸出至洗焦裝置、發(fā)電系統(tǒng)或城鎮(zhèn) 供熱供水系統(tǒng)；
所述氣化系統(tǒng)，用于接收生活垃圾預(yù)處理及分選系統(tǒng)輸送的可燃物和臭氣、超臨界水 氧化過程產(chǎn)生的高溫蒸汽，將可燃物進行氣化，產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵和洗焦裝置后輸出凈化 后的合成氣，驅(qū)動燃氣輪機，洗焦裝置產(chǎn)生的洗焦廢水送入超臨界水氧化系統(tǒng)處理；
所述發(fā)電系統(tǒng)，接收氣化系統(tǒng)的氣化合成氣驅(qū)動燃氣輪機進而驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電能， 接收超臨界水氧化系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫蒸汽驅(qū)動蒸汽輪機進而驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電能，產(chǎn)生的電 能輸送至氣化系統(tǒng)、超臨界水氧化系統(tǒng)加熱或小區(qū)居民供電系統(tǒng)。實現(xiàn)本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是一種城鎮(zhèn)小區(qū)生活垃圾和生活污水綜合處理方 法，包括
1)將從小區(qū)收集來的生活垃圾送入分選系統(tǒng)，通過人工和機械分選，將生活垃圾分為 四類可回收物、可燃物、廚余、灰土，可回收物作回收處理；
2)將垃圾堆放和分選過程中產(chǎn)生的垃圾滲浙液集中收集后用泵輸送到超臨界水氧化 系統(tǒng)處理；
3)將小區(qū)居民的洗滌廢水、沖廁污水分別用高壓柱塞泵輸入超臨界水氧化裝置處理， 對超臨界水氧化反應(yīng)后排出的高溫高壓汽氣混合物進行換熱，換熱后的排水用于沖洗廁 所、洗焦和發(fā)電，換熱過程產(chǎn)生的高溫蒸汽分別通入氣化爐和發(fā)電系統(tǒng)；
4)將垃圾堆放過程中產(chǎn)生的臭氣連同由超臨界水氧化裝置產(chǎn)生的高溫蒸汽作為氣化 劑輸送入氣化爐，可燃物粉碎后由加料裝置送入氣化爐進行氣化處理，氣化爐產(chǎn)生的氣化 合成氣經(jīng)除塵、洗焦后進入發(fā)電系統(tǒng)；洗焦過程中產(chǎn)生的洗焦廢水輸入超臨界水氧化裝置 處理；5)氣化合成氣驅(qū)動燃氣輪機進而驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，高溫蒸汽驅(qū)動蒸汽輪機進而驅(qū)動發(fā) 電機發(fā)電，產(chǎn)生的電能用于氣化系統(tǒng)和超臨界水氧化系統(tǒng)加熱及小區(qū)居民用電。本發(fā)明將生活垃圾氣化系統(tǒng)和超臨界水氧化系統(tǒng)有機的結(jié)合到一起，使生活垃圾 和生活污水得到綜合處理。生活污水、生活垃圾處理過程中產(chǎn)生的垃圾滲浙液、洗焦廢水和 廚余液進入超臨界水氧化系統(tǒng)處理，不僅使用于氣化的生活垃圾熱值大大提高，而且水氧 化系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫蒸汽又可作為氣化系統(tǒng)的氣化劑，處理后的排水可回收用于沖洗廁所、 洗焦、發(fā)電。實現(xiàn)了廢舊物資的“減量化，無害化，資源化，再使用，再循環(huán)”。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1
如圖1所示，一種城鎮(zhèn)小區(qū)生活垃圾和生活污水綜合處理系統(tǒng)，由生活垃圾預(yù)處理及 分選系統(tǒng)、超臨界水氧化系統(tǒng)、氣化系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)組成；
生活垃圾預(yù)處理及分選系統(tǒng)，用于儲存生活垃圾，并將生活垃圾分選及粉碎，分選出其 中的金屬、玻璃、電池等回收利用，將滲浙液、廚余液用泵送入超臨界水氧化系統(tǒng)，可燃物粉 碎后經(jīng)加料裝置送往氣化系統(tǒng)；
超臨界水氧化系統(tǒng)，用于接收城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)輸入的沖廁水和洗滌廢水、生活垃圾預(yù)處 理及分選系統(tǒng)的滲浙液和廚余液，以及氣化系統(tǒng)輸出的洗焦廢水，并對這些輸入的廢水進 行超臨界水氧化處理，產(chǎn)生無機鹽和高溫蒸汽，高溫蒸汽經(jīng)過換熱器換熱后，一部分蒸汽作 為氣化劑輸入氣化系統(tǒng)，一部分蒸汽用于驅(qū)動蒸汽輪機；換熱后的排水輸出至洗焦裝置、發(fā) 電系統(tǒng)或城鎮(zhèn)供熱供水系統(tǒng)；
氣化系統(tǒng)，用于接收生活垃圾預(yù)處理及分選系統(tǒng)輸送的可燃物和臭氣、超臨界水氧化 過程產(chǎn)生的高溫蒸汽，將可燃物進行氣化，產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵和洗焦裝置后輸出凈化后的 合成氣，氣化合成氣驅(qū)動燃氣輪機，洗焦裝置產(chǎn)生的洗焦廢水用泵送入超臨界水氧化系統(tǒng) 處理；
發(fā)電系統(tǒng)，接收氣化系統(tǒng)的氣化合成氣驅(qū)動燃氣輪機進而驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電能，接收 超臨界水氧化系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫蒸汽驅(qū)動蒸汽輪機進而驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電能，產(chǎn)生的電能輸 送至氣化系統(tǒng)、超臨界水氧化系統(tǒng)加熱或小區(qū)居民供電系統(tǒng)。綜合處理方法如下
將從小區(qū)收集來的生活垃圾送入分選系統(tǒng)，通過人工和機械分選，將生活垃圾分為四 類可回收物(金屬、玻璃、電池等)、可燃物(碎紙、塑料、橡膠等)、廚余、灰土?？苫厥瘴镒骰?收處理，灰土可制成建材或固化處理，將廚余及垃圾滲濾液進行超臨界水氧化系統(tǒng)處理。將垃圾堆放和分選過程中產(chǎn)生的垃圾滲浙液集中收集后用泵輸送到超臨界水氧 化系統(tǒng)處理。將垃圾堆放過程中產(chǎn)生的臭氣連同由超臨界水氧化裝置產(chǎn)生的高溫蒸汽作為氣 化劑輸送入氣化爐，可燃物經(jīng)破碎后由加料裝置送入氣化爐作氣化處理。氣化爐產(chǎn)生的氣化合成氣經(jīng)除塵、洗焦后進入發(fā)電系統(tǒng)。洗焦過程產(chǎn)生的洗焦廢水輸入超臨界水氧化裝置處理。將小區(qū)居民的洗滌廢水、沖廁污水分別用高壓柱塞泵輸入超臨界水氧化裝置進行 處理，對超臨界水氧化反應(yīng)后排出的高溫高壓汽氣混合物進行換熱，換熱后的排水用于沖 洗廁所、洗焦和發(fā)電，換熱過程產(chǎn)生的蒸汽分別通入氣化爐和發(fā)電系統(tǒng)。發(fā)電系統(tǒng)接收氣化系統(tǒng)的氣化合成氣驅(qū)動燃氣輪機進而驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，并且接 收超臨界水氧化系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫蒸汽驅(qū)動蒸汽輪機進而驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。產(chǎn)生的電能又可 用于氣化系統(tǒng)和超臨界水氧化系統(tǒng)加熱及小區(qū)居民用電。
權(quán)利要求
1.一種城鎮(zhèn)小區(qū)生活垃圾和生活污水綜合處理裝置，其特征在于，該裝置由生活垃圾 預(yù)處理及分選系統(tǒng)、超臨界水氧化系統(tǒng)、氣化系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)組成；所述生活垃圾預(yù)處理及分選系統(tǒng)，用于儲存生活垃圾，并將生活垃圾分選及粉碎，分選 出其中的金屬、玻璃、電池回收利用，將滲浙液、廚余液送入超臨界水氧化系統(tǒng)，可燃物粉碎 后經(jīng)加料裝置送往氣化系統(tǒng)；所述超臨界水氧化系統(tǒng)，用于接收城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)輸入的沖廁水和洗滌廢水、生活垃圾 預(yù)處理及分選系統(tǒng)的滲浙液和廚余液，以及氣化系統(tǒng)輸出的洗焦廢水，并對這些輸入的廢 水進行超臨界水氧化處理，產(chǎn)生無機鹽和高溫蒸汽，高溫蒸汽經(jīng)過換熱器換熱后，一部分蒸 汽作為氣化劑輸入氣化系統(tǒng)，一部分蒸汽用于驅(qū)動蒸汽輪機，換熱后的排水輸出至洗焦裝 置、發(fā)電系統(tǒng)或城鎮(zhèn)供熱供水系統(tǒng)；所述氣化系統(tǒng)，用于接收生活垃圾預(yù)處理及分選系統(tǒng)輸送的可燃物和臭氣、超臨界水 氧化過程產(chǎn)生的高溫蒸汽，將可燃物進行氣化，產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵和洗焦裝置后輸出凈化 后的合成氣，氣化合成氣驅(qū)動燃氣輪機，洗焦裝置產(chǎn)生的洗焦廢水送入超臨界水氧化系統(tǒng) 處理；所述發(fā)電系統(tǒng)，接收氣化系統(tǒng)的氣化合成氣驅(qū)動燃氣輪機進而驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電能， 接收超臨界水氧化系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫蒸汽驅(qū)動蒸汽輪機進而驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電能，產(chǎn)生的電 能輸送至氣化系統(tǒng)、超臨界水氧化系統(tǒng)加熱或小區(qū)居民供電系統(tǒng)。
2.一種城鎮(zhèn)小區(qū)生活垃圾和生活污水綜合處理方法，其特征在于，該方法包括1)將從小區(qū)收集來的生活垃圾送入分選系統(tǒng)，通過人工和機械分選，將生活垃圾分為 四類可回收物、可燃物、廚余液、灰土，可回收物作回收處理；2)將垃圾堆放和分選過程中產(chǎn)生的垃圾滲浙液集中收集后用泵輸送到超臨界水氧化 系統(tǒng)處理；3)將小區(qū)居民的洗滌廢水、沖廁污水分別用高壓柱塞泵輸入超臨界水氧化裝置進行處 理，對超臨界水氧化反應(yīng)后排出的高溫高壓汽氣混合物進行換熱，換熱后的排水用于沖洗 廁所、洗焦和發(fā)電，換熱過程產(chǎn)生的高溫蒸汽分別通入氣化爐和發(fā)電系統(tǒng)；4)將垃圾堆放過程中產(chǎn)生的臭氣連同由超臨界水氧化裝置產(chǎn)生的高溫蒸汽作為氣化 劑輸送入氣化爐，可燃物粉碎后由加料裝置送入氣化爐進行氣化處理，氣化爐產(chǎn)生的氣化 合成氣經(jīng)除塵、洗焦后進入發(fā)電系統(tǒng)；洗焦過程中產(chǎn)生的洗焦廢水輸入超臨界水氧化裝置 進行處理；5)氣化合成氣驅(qū)動燃氣輪機進而驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，高溫蒸汽驅(qū)動蒸汽輪機進而驅(qū)動發(fā) 電機發(fā)電，產(chǎn)生的電能用于氣化系統(tǒng)和超臨界水氧化系統(tǒng)加熱及小區(qū)居民用電。
全文摘要
一種城鎮(zhèn)小區(qū)生活垃圾和生活污水綜合處理裝置，由生活垃圾預(yù)處理及分選系統(tǒng)、超臨界水氧化系統(tǒng)、氣化系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)組成；所述生活垃圾預(yù)處理及分選系統(tǒng)，用于儲存生活垃圾，并將生活垃圾分選及粉碎，送往氣化系統(tǒng)；所述超臨界水氧化系統(tǒng)，用于對輸入的廢水進行超臨界水氧化處理，產(chǎn)生無機鹽和高溫蒸汽；所述氣化系統(tǒng)，用于接收生活垃圾預(yù)處理及分選系統(tǒng)輸送的可燃物和臭氣、超臨界水氧化過程產(chǎn)生的高溫蒸汽，將可燃物進行氣化，產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵和洗焦裝置后輸出凈化后的合成氣，氣化合成氣驅(qū)動燃氣輪機，洗焦裝置產(chǎn)生的洗焦廢水送入超臨界水氧化系統(tǒng)處理，所述發(fā)電系統(tǒng)，接收氣化系統(tǒng)的氣化合成氣驅(qū)動燃氣輪機進而驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電能。
文檔編號C02F1/72GK102101122SQ20101057494
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者廖傳華, 朱躍釗, 王重慶, 許艷梅, 陳海軍, 馬雷 申請人:南京工業(yè)大學(xué)