一种园林固废与建筑固废协同处理的方法与装置

技术领域

本发明属于园林固废与建筑固废处理技术领域，尤其涉及一种园林固废与建筑固废协同处理的方法与装置。

背景技术

随着经济社会快速发展，人们对生活水平和质量的要求越来越高，我国城市化进程迅速加快，城市房屋建设规模日益扩大，工程新建量、改建量、扩建量以及工程拆除量不断增加，导致大量建筑垃圾不断产生，给人们的生活造成了诸多不便。城市化进程及城市更新过程中，会产生大量的废弃建筑淤泥渣土、固体废物。这些建筑废物是城市垃圾的主要组成部分，约占城市垃圾总量的30％-40％。建筑垃圾堆放与填埋不仅大量侵占土地，而且污染水体、大气和土壤，严重影响市容和环境卫生。除此之外，清运和堆放过程中的渣土遗撒和粉尘、灰砂的飞扬对城市空气造成二次污染，直接或间接地影响空气质量。我国建筑垃圾处理率仅5％左右，与发达国家90％～95％处理水平有相当大的差距。

另一方面，随着城市发展与生活水平的提高，绿化养护、植物修剪及加工作业的过程中，所产生的枯枝、落叶、花败等园林废弃物产生量巨大。传统的园林废弃物处理方式为填埋、焚烧、扔弃，传统的处理方式已经不能够满足现阶段规模化处理的要求和低碳处置的目标。绿化废弃物堆肥技术以枯枝落叶、花败草屑等为堆肥原料，在满足微生物生长繁殖的基本条件下，在一段时间的好氧发酵后，有机质通过降解转化为腐殖质或有机营养物，得到最终腐熟的堆肥产品完成资源化利用；但由于落叶中纤维素含量较高且难降解，导致其堆肥周期一般较长，使大规模进行落叶堆肥处理受到限制。总体看来，绿化废弃物堆肥工艺存在升温迟缓、周期长、堆肥产物品质较差、易发生恶臭、营养流失等问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有园林固废与建筑固废单独处理成本高，产物资源化利用途径受限、处理周期长等不足，而提供一种园林固废与建筑固废协同处理的方法与装置。

本发明针对目前园林固废与建筑固废处理现状，开发两种固体废弃物协同处置并转化为高附值产品技术，不仅可以减少园林绿化的处理成本，还可同时实现建筑废弃物资源化，极大地节约资源，实现低碳处置目标，将产生显著的社会效益、经济效益与环境效益。

具体地，本发明提供了一种园林固废与建筑固废协同处理的方法，该方法包括：

S1、园林固废首先进行分选，得到树叶与树枝；树叶进行压榨，得到压榨液与压榨渣；

S2、建筑固废进行分选，得到木质组份与无机组份；

S3、树枝与木质组份混合破碎后和S1所得压榨渣混合进行热解炭化处理，得到生物炭；生物炭与S1所得压榨液混合，并利用热烟气余热进行加热，促进有机质腐熟与微生物生长，得到负载改性生物炭；

S4、无机组分进行破碎后，经磁选得到的含铁组分回收利用；磁选后的残余物料进行筛分，得到≥1mm的颗粒料用作建筑材料原料；得到<1mm细灰土与负载改性生物炭混合得到改性营养土。

进一步的，步骤S3中，热解温度为600℃～800℃；热解时间为30～60min；热解产生的可燃气作为热解过程的燃料使用，实现系统能源自供。优选的，生物炭与压榨液的重量混合比为1:(0.5～2)。

进一步的，步骤S3中，烟气尾气用于加热压榨液负载改性生物炭，促进有机质腐熟与微生物生长，最后净化处理实现达标排放。

进一步的，所述步骤S4中，细灰土与负载改性生物炭混合比为(2～5):1；混合改性后得到改性营养土适用于土壤修复、矿山复绿、绿化用土等用途。

此外，本发明还提供了一种园林固废与建筑固废协同处理的装置，包括：分选装置1#、输送装置1#、破碎装置1#、输送装置2#、压榨脱水装置、输送装置3#、输送装置4#、热解装置、燃烧装置、冷却装置、输送装置5#、生物炭负载装置、输送装置6#、输送装置7#、净化排放装置、分选装置2#、破碎装置2#、输送装置8#、输送装置9#、磁选装置、筛分装置、输送装置10#、输送装置11#、输送装置12#、输送装置13#、混合改性装置。

其设备连接顺序如下：

分选装置1#树枝出口与输送装置1#入口相连；输送装置1#出口与破碎装置相连；破碎装置出口与输送装置4#相连；输送装置4#出口与热解装置相连；热解装置出口与冷却装置相连；冷却装置出口与输送装置5#入口相连；输送装置5#出口与生物炭负载装置入口相连；生物炭负载装置出口与输送装置13#入口相连；输送装置13#出口与混合改性装置入口相连；

分选装置1#树叶出口与输送装置2#入口相连；输送装置2#出口与压榨脱水装置入口相连；压榨脱水装置出口与输送装置6#入口相连；输送装置6#出口与生物炭负载装置入口相连；

分选装置2#的木质组份出口与输送装置8#入口相连，输送装置8#出口与破碎装置1#入口相连；分选装置2#的无机组份出口与破碎装置2#入口相连；破碎装置2#出口与输送装置9#入口相连；输送装置9#出口与磁选装置入口相连；

磁选装置含铁组份出口与输送装置10#入口相连；磁选后残余物料出口与筛分装置入口相连；筛分装置≥1mm颗粒料出口与输送装置11#入口相连；筛分装置<1mm细灰土出口与输送装置12#入口相连；输送装置12#出口与混合改性装置入口相连。

进一步地，本发明提供的一种园林固废与建筑固废协同处理的装置还包括热解装置热解气出口与燃烧装置燃料入口相连，燃烧装置热烟气用于热解装置加热热源；热解装置烟气尾气出口与生物炭负载装置入口相连；生物炭负载装置烟气出口与输送装置7#入口相连；输送装置7#出口与净化排放装置相连。

进一步地，所述分选装置1#为常规带粗破碎系统的风选装置。

进一步地，所述输送装置1#、输送装置2#、输送装置3#、输送装置8#、输送装置9#、输送装置10#、输送装置11#为皮带输送机。

进一步地，所述输送装置4#、输送装置5#、输送装置12#、输送装置13#为螺旋输送机、皮带输送机或刮板输送机。

进一步地，所述破碎装置1#为剪切式破碎机。

进一步地，所述压榨脱水装置为螺旋挤压机、高压脱水机。

进一步地，所述热解装置为间接加热滚筒式热解炉。

进一步地，所述燃烧装置为煤气或天然气燃烧炉。

进一步地，所述冷却装置为间接冷却回转筒，冷却介质为冷水或冷空气。

进一步地，所述生物炭负载装置为带搅拌装置的混合罐或滚筒混合机。

进一步地，所述输送装置6#为水泵。

进一步地，所述输送装置7#为烟气引风机。

进一步地，所述净化排放装置为普通烟气尾气净化系统。

进一步地，所述分选装置2#为重力分选装置或人工分选装置。

进一步地，所述破碎装置2#鄂式破碎机或锤式破碎机或复合破碎机。

进一步地，所述磁选装置为普通铁磁选装置。

进一步地，所述筛分装置为振动筛或滚筒筛。

进一步地，所述混合改性装置螺带混合机或滚筒混合机。

本发明的一个发明点在于，解决园林废弃物中木质素回收成本高、周期长的问题。现有技术将园林废弃物进行堆肥，然而木质素在堆肥过程难降解，或者需要额外的试剂、较长的周期才能降解，因此，本发明将压榨后获得富含有机质的压榨液用于与生物炭混合改性，以木质素为主的残渣通过与树枝混合热解制备生物炭的方式，实现园林废弃物的高效资源化利用。

本发明的另外一个发明点在于，解决建筑废弃物中细小灰土的回收问题，目前建筑废弃物中，<1mm的灰土难以利用，多数以填埋为主，填埋不符合绿色发展要求，这已经严重制约了建筑废弃物资源化利用发展。本发明将将<1mm的灰土与改性生物炭进一步混合制改性营养土，可实现园林废弃物与建筑废弃物的高效协同处置，不仅解决了灰土回收问题，而且也提升了营养土的品质。

本发明的第三个发明点在于，园林固废与建筑固废协同组合的方式。这包括：1)将树叶和树枝分开，树叶压榨取汁备用，树叶压榨渣与树枝，以及建筑固废中的木质性原料进行热解形成生物炭；2)生物炭与园林树叶压榨汁混合，利用热解烟气共热，实现促进有机质腐熟与微生物生长，得到负载改性生物炭；3)负载改性生物炭结合建筑细灰，进一步改善生物炭的细度，得到改性营养土。整个过程中前后步骤相互关联，物料在系统中得到充分的回收、利用，没有任何浪费，形成了闭环。

本发明采用的热解炉为间接加热方式，其中，热解炭化段温度为600～800℃且物料停留时间为30～60min，可得品质较好的生物炭孔隙结构和官能团分布。将生物炭与树压榨液混合，利用烟气尾气余热加热进行腐熟，可行到菌落分布和肥效的改性生物炭。

本发明充分体现循环经济与清洁生产理念，具有良好的经济效益与环境效益，有益效果包括：

(1)利用园林废弃物与建筑废弃物作为主要原料，通过协同处理生产高品质改性营养土，可解决园林树枝快速减量化以及树叶堆肥难腐熟、建筑细灰土难以利用等难题。

(2)将建筑废弃物中的木质组份与树枝混合热解制备生物炭，无机组份中≥1mm的部分用于建材原料，<1mm的部分用于与生物炭改性制备营养土，所得营养土中碳、氮、磷及钾等有效元素含量高，可用于土壤改良、矿山复绿或绿化种植土；可促进植物生长、涵养水源、固化重金属、增强植物抗病性、降低养护成本的效果，从而实现资源的循环利用，营造出良好的土壤生态小环境。

(3)利用树叶压榨液与多孔生物炭充分混合，明显提高混合物有机质含量，经腐熟后具有良好微生物群落和肥效，提高了营养土的品质。由于生物碳具有相对粗糙的颗粒和较大的比表面积，为微生物提供一个良好的微环境。羧基结构是生物炭的典型结构，其可以吸附与保留较多的阳离子，提高吸附压榨液所得多孔生物炭CEC值，保留更多的养分，增强产品品质。具有高孔隙度的生物炭可以为异养型好氧微生物提供栖息地和避难所，保护微生物群落，避免其与其他类型的微生物相互竞争，增加和保证异养型好氧微生物的数量；而且，生物炭中还含有丰富的营养元素，尤其是磷，可以满足异养型好氧微生物繁殖所需的大量ATP的形成，调节其养分平衡，为后续与建筑固废细灰土混合作为营养土奠定良好基础。

(4)新工艺充分实现园林废弃物与建筑废弃物协同无害化、减量化与资源化，废弃物零排放，工艺控制过程简便，具有良好的社会效益、经济效益与环境效益。

附图说明

图1为本发明提供的一种园林固废与建筑固废协同处理装置的示意图；

图2为本发明提供的一种园林固废与建筑固废协同处理的工艺流程图。

附图标记说明

1.分选装置1#、2.输送装置1#、3.破碎装置1#、4.输送装置2#、5.压榨脱水装置、6.输送装置3#、7.输送装置4#、8.热解装置、9.燃烧装置、10.冷却装置、11.输送装置5#、12.生物炭负载装置、13.输送装置6#、14.输送装置7#、15.净化排放装置、16.分选装置2#、17.破碎装置2#、18.输送装置8#、19.输送装置9#、20.磁选装置、21.筛分装置、22.输送装置10#、23.输送装置11#、24.输送装置12#、25.输送装置13#、26混合改性装置。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。

实施例1

如图1所示，实施例中所采用的园林固废与建筑固废协同处理装置，包括：1、分选装置1#，2、输送装置1#，3、破碎装置1#，4、输送装置2#，5、压榨脱水装置，6、输送装置3#，7、输送装置4#，8、热解装置，9、燃烧装置，10、冷却装置，11、输送装置5#，12、生物炭负载装置，13、输送装置6#，14、输送装置7#，15、净化排放装置，16、分选装置2#，17、破碎装置2#，18、输送装置8#，19、输送装置9#，20、磁选装置，21、筛分装置，22、输送装置10#，23、输送装置11#，24、输送装置12#，25、输送装置13#，26、混合改性装置。

分选装置1#树枝出口与输送装置1#入口相连；输送装置1#出口与破碎装置相连；破碎装置出口与输送装置4#相连；输送装置4#出口与热解装置相连；热解装置出口与冷却装置相连；冷却装置出口与输送装置5#入口相连；输送装置5#出口与生物炭负载装置入口相连；生物炭负载装置出口与输送装置13#入口相连；输送装置13#出口与混合改性装置入口相连；

分选装置1#树叶出口与输送装置2#入口相连；输送装置2#出口与压榨脱水装置入口相连；压榨脱水装置出口与输送装置6#入口相连；输送装置6#出口与生物炭负载装置入口相连；

分选装置2#的木质组份出口与输送装置8#入口相连，输送装置8#出口与破碎装置1#入口相连；分选装置2#的无机组份出口与破碎装置2#入口相连；破碎装置2#出口与输送装置9#入口相连；输送装置9#出口与磁选装置入口相连；

磁选装置含铁组份出口与输送装置10#入口相连；磁选后残余物料出口与筛分装置入口相连；筛分装置≥1mm颗粒料出口与输送装置11#入口相连；筛分装置<1mm细灰土出口与输送装置12#入口相连；输送装置12#出口与混合改性装置入口相连。

优选地，热解装置热解气出口与燃烧装置燃料入口相连，燃烧装置热烟气用于热解装置加热热源；热解装置烟气尾气出口与生物炭负载装置入口相连；生物炭负载装置烟气出口与输送装置7#入口相连；输送装置7#出口与净化排放装置。

如图1和图2所示，园林固废经分选装置1#破碎风选，得到树枝颗粒与树叶，其中，树枝经输送装置1#输送进入破碎装置1#进行破碎处理；破碎后的物料经输送装置4#输送进入热解装置进行热解处理；热解温度为600℃～800℃、热解时间为30～60min；热解装置热解气在燃烧装置燃烧，热烟气用于热解装置加热热源；热解装置烟气尾气引入生物炭负载装置中，用于生物炭与树叶压榨液混合熟化改性，最后经净化排放装置处理达标后排放。

热解装置产生的红热生物炭直接进入冷却装置冷却，冷却后物料由输送装置5#输送进入生物炭负载装置。分选装置1#得到的树叶由输送装置2#输送进入压榨脱水装置，得到压榨渣与压榨液。压榨渣经输送装置3#输送进入破碎装置1#中与树枝等进行混合细破碎。压榨液由输送装置6#输送进入生物炭负载装置，用于生物炭混合改性处理。生物炭与压榨液的重量混合比为1:(0.5～2)。

建筑固废经分选装置2#分选，得到木质组份与无机组份。木质组份由输送装置8#输送进入破碎装置1#中与树枝及压榨渣混合细破碎，用于后续热解炭处理。分选得到的无机组份进入破碎装置2#中破碎，破碎物料由输送装置9#输送；首先由磁选装置选出含铁物料，由输送装置10#输送至料场；磁选后残余物料由筛分装置筛分，≥1mm颗粒料由输送装置11#输送至料场，用作建筑材料原料；筛分装置产生的<1mm细灰土由输送装置12#输送进入混合改性装置，与负载压榨液的生物炭混合改性，细灰土与负载改性生物炭混合比为(2～5):1；混合改性后得到改性营养土。

实施例2

一种园林固废与建筑固废协同处理的方法，该方法包括：

S1、园林固废首先进行分选，得到树叶与树枝；树叶进行压榨，得到压榨液与压榨渣；

S2、建筑固废进行分选，得到木质组份与无机组份；

S3、树枝与木质组份混合破碎后和S1所得压榨渣混合进行热解炭化处理，热解温度为650℃；热解时间为30min；得到生物炭；生物炭与S1所得压榨液混合，生物炭与压榨液的重量混合比为1:1，并利用热烟气余热进行加热，促进有机质腐熟与微生物生长，得到负载改性生物炭；

S4、建筑固废的无机组分进行破碎后，经磁选得到的含铁组分回收利用；磁选后的残余物料进行筛分，得到≥1mm的颗粒料用作建筑材料原料；得到<1mm细灰土与负载改性生物炭混合得到改性营养土，细灰土与负载改性生物炭混合比为4:1。

应用效果：所得改性生物炭，为热解炭、灰土与树叶压榨有机液耦合改性产品，相比单纯的热解碳，具有更加完善的孔隙结构和更加丰富的表面官能团，同时还负载营养成分和微生菌群，土壤固碳减排能力明显提升。

将所得的改性生物炭应用于酸性贫瘠土壤改良，可以改良土壤品质，避免土壤无机碳损失>15％，碳排放减少10％以上，作物产量增加>10％；应用于矿山复绿用土，有利于先锋固土的草本和灌木根系均衡生长，具有极佳的生态价值。

实施例3

一种园林固废与建筑固废协同处理的方法，该方法包括：

S1、园林固废首先进行分选，得到树叶与树枝；树叶进行压榨，得到压榨液与压榨渣；

S2、建筑固废进行分选，得到木质组份与无机组份；

S3、树枝与木质组份混合破碎后和S1所得压榨渣混合进行热解炭化处理，热解温度为750℃；热解时间为30min；得到生物炭；生物炭与S1所得压榨液混合，生物炭与压榨液的重量混合比为1:2，并利用热烟气余热进行加热，促进有机质腐熟与微生物生长，得到负载改性生物炭；

S4、建筑固废的无机组分进行破碎后，经磁选得到的含铁组分回收利用；磁选后的残余物料进行筛分，得到≥1mm的颗粒料用作建筑材料原料；得到<1mm细灰土与负载改性生物炭混合得到改性营养土，细灰土与负载改性生物炭混合比为3:1。

应用效果：将所得改性生物炭应用于重金属污染土壤修复，与常规生物炭修复材料相比，由于功能微生物诱导下的热解炭与灰土中的碱性官能团协同作用，极大促进铜、锌、铬、铅、镉、锰等金属向更稳定的残渣态转化，重金属钝化/固化效率提高20％以上。

对比例1

在实施例2的基础上，不进行树叶树枝区分，即直接将园林固废与建筑木质组分混合后热解，发现：由于树叶树枝不进行区分，树叶含水率高，在热解过程中能量消耗增加；另一方面，树叶未经压榨，就不能获得富含有机质与氮磷等营养元素的液体，也就无法进行生物炭的改性，不能提高其品质，树叶无法实现分质资源化利用。

对比例2

在实施例2的基础上，建筑固废中的无机组分不进行磁选，即直接按粒度划分后归入建筑材料或者归入营养土，发现这样会使建筑灰土中钢丝、钢片等进入建筑材料，一方面浪费了高价值的含铁原料，另一方面影响其作为建筑材料使用。同时，不磁选就进入土壤中，不但浪费高价值的含铁原料，而且影响土壤品质以及土壤改良效果。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。