CN1302699A - 城市生活垃圾、粪便、污水资源化综合处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用生物分解技术对城市生活垃圾、粪便、污水进行资源化综合处理的方法和装置。其方法的主要流程为:首先将垃圾粉碎后与粪便、污水按比例混合,再送到生物分解池进行生物分解,分解后产生的气体,沉淀泥浆和液体分别进行处理后生成甲烷、优质生物固体有机肥和高效的生物液体肥料。本发明将城市生活垃圾、粪便、污水一次性转化为有用资源,成本低,无污染。本发明的处理装置结构简单、易于实施、造价低。

Description

城市生活垃圾、粪便、污水资源化综合处理方法及装置

本发明涉及环保技术领域，特别涉及采用生物分解技术对城市生活垃圾、粪便、污水资源化综合处理方法及实现该方法的装置。

传统的城市生活垃圾和粪便处理，大多采用填埋，焚烧、发酵的方法。这些处理方法由于不能对处理过程中产生的物质进行完全的回收，因此这些物质作为废弃物被排放到自然环境中，一方面浪费了大量的可再生资源，同时对水源、大气及处理现场的周边环境和空气造成严重的污染。特别是垃圾填埋处理法，在造成环境污染的同时还需占用大量的土地资源。另外垃圾和污水需要分别处理，设备庞大，投资高。

本发明的目的是提供一种将城市生活垃圾、粪便、污水转化为再生资源、不产生废弃物、不污染环境、成本低的资源化综合处理方法及实现该方法的装置。

为实现上述目的，本发明的处理方法是：首先对经过分类收集的生活垃圾(已将有用的材料如玻璃、金属和塑料和需专门回收处理的废弃物如旧电池等剔除)颗粒大小进行筛选，将选出的大块垃圾粉碎再将其与粪便、污水按一定比例在混合池内混合。将混合后的浆体用泥浆泵抽到生物分解池进行生物分解。分解后产生的气体送气体处理单元进行气体处理；分解后的沉淀泥浆进行液固分离、干燥、成型；分解后的液体进行过滤。

所述的气体处理包括脱硫处理和二氧化碳分离处理。

本发明的处理装置是：包括前处理单元和后处理单元及它们之间连接的一个生物分解池。

所述的生物分解池包括池体、该池体之上的密封池盖，该密封池盖与池体上沿之间有紧固螺丝，在该密封盖上有管状进料口及与其垂直相通的排气口和出水口。

所述的前处理单元包括：搅笼式垃圾分选机，其第一出口与粉碎机连接，其第二出口和粉碎机的出口都与螺旋输送管相连，它的出口连接到混合池，该混合池还与粪便储存池和污水管和泥浆泵的入口连接。

所述的后处理单元包括产气处理单元，泥渣处理单元和污水处理单元，它们分别与所述的生物分解池的排气口、进出料口和出水口连接。

所述的产气处理单元包括依次用管道连接有脱硫塔，二氧化碳分离塔及与其一个出口依次连接的所体压缩机和高压气体储存罐，与其另一出口依次连接的脱水机和粉体储存储罐。

所述的泥渣处理单元包括设置在所述的生物分解池出料口内的泥渣机及与其依次连接的液固分离机、高温干燥机、颗粒成型机。

所述的污水处理单元包括污水泵及其与出口连接的液体过滤池。

由于生活垃圾、粪便、污水组成的被处理系的成份较复杂，如采用有氧生物分解，其中有些有机物不能完全分解，且分解物回收难度较大。因此本发明采用了无氧生物分解技术。被处理系的主要成份包括脂肪物质、糖类物质、纤维物质、半纤维物质、淀粉类物质、乙酸盐、甲酸盐、醇类物质、醋酸盐、铵盐等。参加生物分解的主要微生物有20多个属100多种，起主要作用的是产气菌和非产气菌两大类，且绝大多数为厌氧菌。被处理系的生物分解过程主要分以下四阶段：

1、水解阶段：非产气菌将纤维素、淀粉等碳水化合物水解成单糖或二糖，糖类再被分解成丙酮酸；将蛋白质分解成多肽和氨基酸，再经脱氨形成有机酸和氨；将脂肪水解成甘油和脂肪酸，脂肪酸进一步被降解为各种低级有机酸、二氧化碳和水。至此大分子固态有机质转化为液态小分子化合物。

2、产酸阶段：在液化基础上，产氢产乙酸细菌群将上阶段的液化物质分解为更简单的小分子化合物，包括乙酸、丙酸、丁酸和醇。其中乙酸所占比例为80％，是生物分解过程中的主要中间产物。

3、甲烷阶段：产甲烷菌利用上述两阶段产生的合成基质形成甲烷。其中约30％甲烷来自氢的氧化和二氧化碳的还原，70％甲烷来自乙酸盐，主要化学反应式如下：

(1)．由挥发酸形成甲烷：

(2)．由醇与二氧化碳形成甲烷

(3)．由氢还原二氧化碳为甲烷

4、微生物在经过一个生长高峰期后，由于营养的减少，开始大量死亡。这些微生物的尸体和纤维质分解后的残留物沉积到生物分解池的底部，形成大量的有机质和腐殖质。在生物分解过程中，由于产甲烷菌主要利用氢，碳和水，因此未被利用的氮、磷、钾、及铁、锌、锰、钴、钙等元素，被至留在残渣和残液中。在生物分解过程中产生的氨、氨基酸、生长素、维生素、和抗菌素等物质，有一部分在生物生长过程中被微生物吸收利用，但大部分被水溶解留在残液中。至使生物分解后的残渣和残液，含有丰富的植物易吸收的营养物质。

综上所述，生活垃圾、粪便、污水经过本发明的无氧生物分解后生成了四类物质，即：甲烷、二氧化碳、含有丰富的植物易吸收的营养物质的残渣和残液。

实验证明，经过处理后的混合气体中甲烷含量达到90％以上，上述混合气体经加压后储存，作为清洁能源待用。被分离后的二氧化碳，可作为化工原料使用。

被处理系被生物分解后，残留的残渣中含有30％-50％的有机质、10％-20％的腐殖质、0.83％-1.58％的全氮、0.42％-0.66％的全磷、0.65％-1.30％的全钾及铁、锌、锰、钴、钙等，多种微量元素(其中钙是构成细胞壁的重要元素；铁是合成叶绿素不可缺少的组分；锌对作物体内的水解、蛋白质合成有重要作用，锰可促进氮肥的利用率。)，因此，生物分解残渣可加工成优质生物有机肥。

试验证明，使用上述生物有机肥与常用有机肥比较，玉米增产8％-12％；小麦增产11％-16％，水稻增主7％-13％；棉花增产8％-15％。

被处理系被生物分解后的残液含有19种氨基酸，其中苏氨酸48.2毫克/升、颉苯氨酸78.6毫克/升、异亮氨酸65.0毫克/升、亮氨酸93.7毫克/升、苯丙氨酸59.1毫克/升、赖氨酸77.0毫克/升、组氨酸15.0毫克/升、精氨酸54.8毫克/升。并含有较高浓度的氨、氨态氮、生长激素、B族维生素和抗菌素。

氨(NH₃)和氨态氮是土壤氮素的来源，水解能生成铵离子(NH⁺ ₄)。铵离子具有很强的防治作物病虫害的能力。生长激素、B族维生素和抗菌素对作物的生长发育，增强作物抗病能力有良好作用。因此，生物分解的残液经加工后可作为生物液体肥使用。

试验证明，使用上述生物液体肥与使用化肥比较，水稻增产7％，大蒜增产8％，番茄增产36％。增产效果较好，且成本低，无污染，是绿色农业不可缺少的液体肥；是化肥、化学浓药的首选代用品。

从上面的分析和数据中可知本发明的特点如下：

方法科学合理、工艺过程易于实现，由于采用生物分解技术和综合处理的方式，能源消耗少，处理成本低。又由于生物分解过程是在完全封闭的条件下进行的，生物分解过程中产生的物质和残留物，均被回收并转化成再生资源。处理过程中无排放物，从而有效的解决了环境污染问题，同时又创造了经济价值，节约了可利用资源，增强了社会可持继发展的能力。

本发明的处理装置能够完全实现本发明的方法，其结构简单、投资较少、易于实施。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明处理方法的流程图；

图2是本实用新型的配置原理图；

图3是生物分解池剖面图；

图4是粪便存储池的剖面图；

图5是混合池的剖面图；

图6是搅笼式垃圾分选机示意图；

图7是脱硫塔示意图；

图8二氧化碳分离塔示意图；

图9高温干燥机示意图。

如图1所示，本发明处理方法的工艺流程为：

1、分选：首先将固体垃圾在搅笼式垃圾分选机上分选，将直径大于0.5cm的固体垃圾选出。

2、粉碎：将选出的大块垃圾送入粉碎机粉碎。

3、混合：将粉碎后的垃圾会同分选的直径小于0.5cm垃圾一起送入混合池，同时粪便B被送入混合池并加生活污水与固体垃圾混合。为使垃圾、粪便和污水更充分的分解，应使它们的混合比应为1∶1∶17。

4、生物分解：充分混合后的垃圾、粪便和污水被送入生物分解池进行生物分解。当生物分解池装填到总容积的95％即可将分解池密封。生物分解池在密闭状态下经1500小时以上时间的生物分解后，垃圾、粪便和污水即被完全分解。在高纬度地区需增加分解时间。在低纬度地区生物分解时间不要低于1500小时。垃圾、粪便、污水在分解过程中生物分解池内的温度应保持在摄氏5℃以上。

5、脱硫：垃圾、粪便和污水在生物分解过程中会产生大量的混合气体，其中甲烷占50％-70％，二氧化碳占50％-30％，还有少量的硫化氢、氢气和一氧化碳气体。将这些混合气体通过管道送至脱硫塔经5次脱硫后，混合气体中的硫化氢含量降至5-10毫克/立方米。

6、二氧化碳分离：考虑到二氧化碳属温室气体，为防止其对大气产生不良影响，将脱硫后的混合气体通过管道送至二氧化碳分离塔进行分离。混合气体中的二氧化碳气体与分离塔内的氢氧化钡液体充分反应后生成碳酸钡沉淀。混合气体中的二氧化碳被分离后其甲烷含量可达到90％以上，经气体压缩机加压后送到高压气体储存罐作为高清洁能源待用。

7、液固分离：完全分解后的垃圾、粪便和污水的残渣经清渣机送至液固分离机分离。

8、干燥：脱水后的残渣进行高温干燥。

9、成型：高温干燥后被送入颗粒成型机，制成直径为0.25cm的球型颗粒，是优质生物有机肥。

10、过滤：完全分解后的垃圾、粪便和污水的残液送至液体过滤池中过滤，经液固分离机分离的残液也被送入液体过滤池中过滤。经过滤后的残液中由于含有大量的氨基酸，氨和氨态氮及生长激素，维生素、抗菌素，因此是优质高效的生物液体肥料。至此城市生活垃圾、粪便和污水被完全转化成可再利用资源。

参见图2，本发明包括搅笼式垃圾分选机1，其第一出口与粉碎机3连接，其第二出口和粉碎机3的出口都与螺旋输送管2相连，它的出口连接到混合池5，该混合池还与粪便储存池4和污水管01和混浆泵6的入口连接。

在生物分解池8后连接产气处理单元，泥渣处理单元和污水处理单元，它们分别与所述的生物分解池的排气口24、进出料口23连接。

所述的产气处理单元包括依次用管道连接有脱硫塔7，二氧化碳分离塔11及与其一个出口依次连接的气体压缩机14和高压气体储存罐16，与其另一出口依次连接的脱水机15和粉体储存储罐17。

所述的泥渣处理单元包括设置在所述的生物分解池8出料口23内的泥渣机9及与其依次连接的液固分离机12、高温干燥机18、颗粒成型机19。

所述的污水处理单元包括污水泵10及其与出口连接的液体过滤池13。

如图3所示，所述的生物分解池包括池体20、该池体20之上的密封池盖22，该密封池盖22与池体20上沿之间有紧固螺丝21，在该密封盖22上有管状进料口23，及与其垂直相通的排气口24和出水口。

所述的生物分解池的池体20为钢筋混凝土，在其内外表面都有保温防渗层25。

参见图4，它是粪便存储地4的剖面示意图。它由混凝地池体26及其上口的钢制密封盖28构成。它们之间用螺钉27紧固。在池盖28上有进料口29、泥浆泵30，在池体26的内外表面均有防渗层。

参见图5，它是混合池5的剖面示意图。它也是由混凝土池体32和其上口的钢制密封盖34构成，两者由螺钉33紧固。在池盖34上有垃圾进料口35，粪便进料口36，搅拌器37，进水口38，大型泥浆泵39。在池体的内外表面均有防渗层40。

参见图6，所示出的搅笼式垃圾分选机1包括：送料器变速箱41、送料器42、进料口43、外壳44、出料器变速箱45、分选搅笼46、搅笼传动杆47、搅笼传动杆变速箱48、出料器49、小块垃圾出料口50和大块垃圾出料口51。

如图7所示，本发明的脱硫塔7主要由钢制外壳55及其内的多层脱硫剂隔板53构成，在外壳的上下各有出气口52和进气口53。

参见图8，本发明的二氧化碳分离塔11包括钢制外壳61及其上端的反应液进口56和排气口57；其下端的进气口60和生成物排出口62。在外壳61内的下部有反应隔板59及其上的氢氧化钙反应液58。

参见图9，本发明的高温干燥机18包括位于下部的气体燃烧室66、在气体燃烧室66的上面是送料器65及外壳67、送料器变速箱63、进料口64、活性碳气体除味器68、排气口69、燃烧气体进气口70和出料口71。

本发明的工作过程为：垃圾粪便被运到处理现场、粪便被送入粪便存储池4，固体垃圾经搅笼式垃圾分选机1将直径大于0.5cm的固体垃圾送入粉碎机3粉碎后会同分选后的垃圾一起经螺旋输送管2送入混合池5，同时粪便被送入混合池5并加生活污水与固体垃圾混合，为使垃圾、粪便和污水更充分的分解，垃圾、粪便、污水的混合比应为1∶1∶17。充分混合后的垃圾、粪便和污水通过大型泥浆泵6和管道被送入生物分解池8进行生物分解，当生物分解池8装填到总容积的95％即可将分解池8密封。生物分解池8在次真空状态下经1500小时以上时间的生物分解后，垃圾、粪便和污水即完全分解。垃圾、粪便、污水在分解过程中生物分解池内的温度应保持在摄氏5度以上。垃圾、粪便和污水在生物分解过程中会产生大量的混合气体，其中甲烷占(50％-70％)，二氧化碳占(50％-30％)还有少量的硫化氢、氢气和一氧化碳气体，将这些混合气体通过管道送至脱硫塔7经5次脱硫后，混合气体中的硫化氢含量降至5-10毫克/立方米。考虑到二氧化碳属温室气体，为防止其对大气产生不良影响，将脱硫后的混合气体通过管道送至二氧化碳分离塔11，混合气体中的二氧化碳气体与塔内的氢氧化钡液体充分反应后生成碳酸钡沉淀。混合气体中的二氧化碳被分离后其甲烷含量可达到90％以上，经气体压缩机14加压后送到高压气体储存罐16作为高清洁能源待用。完全分解后的垃圾、粪便和污水的残渣和残液经清渣机9和污水泵10分别送至液固分离机12和液体过滤池13，经液固分离机12分离的残液也被送入液体过滤池13中过滤，经过滤后的残液中由于含有大量的氨基酸，氨和氨态氮及生长激素，维生素、抗菌素，因此是优质高效的生物液体肥料。脱水后的残渣经过高温干燥机18干燥后被送入颗粒成型机19，制成直径为0.25cm的球型颗粒，由于残渣中含有大量的有机质、腐殖质、氮、磷、钾等营养成分，及铁、锌、锰、钴等多种微量元素，因此是优质生物有机肥。至此城市生活垃圾、粪便和污水被完全转化成可再利用资源。

Claims (10)

1、一种城市垃圾、粪便、污水资源化综合处理方法，其特征在于：首先将垃圾分选粉碎，再将其按一定比例与粪便、污水进行混合，其混合体用泥浆泵抽到生物分解池中进行生物分解，分解后产生的气体送气体处理单元进行气体处理；分解后的沉淀泥浆进行液固分离、干燥、固体成型；分解后的液体过滤。

2、根据权利要求1所述的城市垃圾、粪便、污水资源化综合处理方法，其特征在于：将所述的垃圾粉碎成0.5cm以下的粒度；所述的垃圾、粪便、污水的混合比例为1∶1∶17：所述的生物分解在气密性的专用分解池内进行，其环境温度在5℃以上，其分解时间在1500小时以上。

3、根据权利要求1所述的城市垃圾、粪便、污水资源化综合处理方法，其特征在于：所述的气体处理包括脱硫处理和二氧化碳分离处理。

4、一种城市生活垃圾、粪便、污水综合资源化综合处理装置，包括前处理单元和后处理单元，其特征在于：在所述的前处理单元和后处理单元之间连接一个生物分解池(8)。

5、根据权利要求4所述的城市生活垃圾、粪便、污水资源化综合处理装置，其特征在于：所述的生物分解池包括池体(20)、该池体(20)之上的密封池盖(22)，该密封池盖(22)与池体(20)上沿之间有紧固螺丝(21)，在该密封盖(22)上有管状进出料口(23)，及与其垂直相通的排气口(24)，该池体(20)为钢筋混凝土，在其内外表面都有保温防渗层(25)。

6、根据权利要求4所述的城市生活垃圾、粪便、污水资源化综合处理装置，其特征在于：所述的前处理单元包括：搅笼式垃圾分选机(1)，其第一出口与粉碎机(3)连接，其第二出口和粉碎机(3)的出口都与螺旋输送管(2)相连，它的出口连接到混合池(5)，该混合池还与粪便储存池(4)和污水管(01)和泥浆泵(6)的入口连接。

7、根据权利要求4所述的城市生活垃圾、粪便、污水资源化综合处理装置，其特征在于：所述的后处理单元包括产气处理单元，泥渣处理单元和污水处理单元，它们分别与所述的生物分解池的排气口(24)、进出料口(23)连接。

8、根据权利要求7所述的城市生活垃圾、粪便、污水资源化综合处理装置，其特征在于：所述的产气处理单元包括依次用管道连接的脱硫塔(7)，二氧化碳分离塔(11)及与其一个出口依次连接的气体压缩机(14)和高压气体储存罐(16)，与其另一出口依次连接的脱水机(15)和粉体储存罐(17)。

9、根据权利要求7所述的城市生活垃圾、粪便、污水资源化综合处理装置，其特征在于：所述的泥渣处理单元包括设置在所述的生物分解池(8)出料口(23)内的泥渣机(9)及与其依次连接的液固分离机(12)、高温干燥机(18)、颗粒成型机(19)。

10、根据权利要求7所述的城市生活垃圾、粪便、污水资源化综合处理装置，其特征在于：所述的污水处理单元包括污水泵(10)及与其出口连接的液体过滤池(13)。

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