生活垃圾智能分选装备研发及有机组分转化科技示范

水利、环境和公共设施管理业

生活垃圾智能分选装备研发及有机组分转化科技示范

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

针对城市垃圾产量高、成分复杂、有机组分含量高的特点，开发基于四分法的垃圾分类成套设备，对于推进北京市垃圾分类工作的有效开展具有重要的作用。而随着分类推进，厨余垃圾分出量急剧增加，对厨余垃圾的运输与处理设施提出了迫切的需求，因此厨余垃圾的就地高附加值资源化可有效缓解厨余垃圾处理压力。因此本项目重点开展了城市垃圾分选、厨余垃圾就地高附加值资源化转化和其他垃圾的高附加值转化研究，以期解决垃圾分类不完善与资源化技术单一等问题。 本研究针对城市特性与组分，结合生活垃圾分类管理条例的要求，开发了基于机械筛分、风选、磁选、瓶选等模块的四分法生活垃圾分选系统，最佳分选工艺参数为垃圾初步筛分长度为600mm，分选筛孔直径为63mm，风选吸料风速为15m/s左右；混合垃圾可分选为厨余垃圾、可回收物（玻璃、金属、塑料瓶）、有害垃圾（日光灯管、电池）和其他垃圾，成套设备处理能力为 40 t/d 成套化装备，在约四万人的混合垃圾分选站示范工程的分出率>99%，并在北京市7 个垃圾转运站推广应用。 基于厨余垃圾开展了固液协同处理技术研究与应用，开展了分散式厨余垃圾养殖黑水虻生物蛋白研究，探索了最佳工艺条件为温度25-30℃、pH6-8、养殖时间5-7天、通风量约为89m??/h，并设计制备了单体为50kg/L的成套化转化设备，厨余垃圾转化为黑水虻生物蛋白和虫砂有机肥的转化率分别是20%和35%，该工艺在海淀区万科西山庭院社区和苏州桥西社区得到成功应用。 厨余垃圾固液协同水热炭化的最佳工艺参数为炭化温度为210℃，炭化时间为12~16 h，厨余垃圾水热炭产率为73%左右。温度对水热炭化反应的影响程度强于恒温时间，并强于含水率的影响。温度过高虽然能够提高水热炭的碳化程度却也会导致水热炭产率显著下降，延长炭化恒温时间有助于水热炭产率和碳化程度的提高；厨余垃圾复杂组分的相互作用机制促进了水热炭化向固相转化；制备了处理规模为400 kg/d水热炭化设备，并在北京四季青有机资源再生中心开展了中试验证。 基于其他垃圾中的有机组分或厨余垃圾，研究了低温催化热解制备生物炭技术与设备，通过两步法制备了磺化碳材料基三金属盐催化剂，该催化剂对有机组分制备生物炭的最佳工艺参数为190℃、催化剂添加量10wt.%、热解时间2.5h，其热解产品生物炭与500℃热解产品的性能相近；试制了2000L/d的低碳催化炭化装置，并在北京四季青有机资源再生中心开展实验验证，通过对口罩、枯枝落叶、餐厨垃圾等物料热解的能耗分析结果表明，其可实现节能30%以上。 垃圾热解产品水热炭和生物炭对沙化土壤中改良的应用结果表明，添加水热炭提高了54%沙土的持水能力和400%的电导率；炭化液施加提高了黑麦草79%植株鲜重的增加及248%叶绿素含量；催化热解生物炭产品提升了北京市怀柔区和北京市昌平区贫瘠土壤的有机质含量和全氮磷钾和速效氮磷钾的含量，提高了小白菜、油菜和芝麻菜的农作物产量。产品在北京市海淀区和怀柔区以及河北的成功推广应用为我国生活垃圾资源化定向转化生物炭及土壤改良应用提供新出路。 本项目研究了源头垃圾分选，并探索了有机垃圾高效转化为生物炭、水热炭和生物蛋白等多条资源化的技术路径，形成了可复制推广的垃圾分类自动化和高附加值转化的垃圾处理资源化新模式。