CN1994596B - 生活垃圾生态循环资源化联合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的生活垃圾生态循环资源化处理的联合装置。它采用计算机集中监控生活垃圾资源化处理的全过程，在分选出废塑料、废金属等可再生物品后，将可腐垃圾送入特制的巨型高效发酵装置产沼气发电后生产肥料，剩余垃圾生产建筑材料，同时配置自动化的植物工厂、禽畜厂(含屠宰加工厂)和养鱼厂等农牧渔生产装置优化融合于一体，组成的高效生态循环资源化联合装置，真正实现了城市生活垃圾处理生态化、资源化、无害化、减量化、效益化。本装置达到了投资省、效益高、占地少、无污染、适合全世界任何城市应用，最终实现城市生活垃圾生态循环资源化，同时促进农业可持续发展，具有十分明显的经济效益、优良的环境效益和长远的社会效益。

Description

生活垃圾生态循环资源化联合装置

(一)、技术领域

本发明涉及一种用计算机集中监控生活垃圾资源化处理全过程、从垃圾中分选出废塑料、废金属等可再生物后、将可腐垃圾送入巨型高效发酵装置产沼气发电后生产肥料，将剩余的砂石等无机垃圾生产建筑材料等；同时配置自动化植物工厂、禽畜厂和养鱼厂等农牧渔产业的先进生产装置优化融合于一体、真正实现城市生活垃圾生态循环资源化的高效益无污染可持续发展农业的处理技术。

(二)、背景技术

世界上现有的城市生活垃圾处理方法主要是填埋，少量是堆肥与焚烧。由著名的清华大学聂永丰教授主编、由化学工业出版社出版的国家“九五”重点图书《三废处理工程技术手册——固体废物卷》，集中反映了世界上现有的各种城市生活垃圾处理技术，近几年发展成功的最有代表性的是将堆肥、焚烧、填埋三种方法结合起来的“三合一”技术，而这项技术仍然没有彻底实现“无害化、减量化、资源化”。现有的这些方法备有利弊，且均会产生对环境不同程度的二次污染、技术含量较低、产业化效益不高。

特别是全世界大量使用的填埋法弊端多多、隐患最大，由于垃圾填埋场都是露天的，则垃圾填埋场长期受雨水作用会延绵不断地产生含大量有机物、重金属和病源微生物的渗滤液和沼气(俗称填埋气LFG)、氨、硫化氢、二氧化硫、甲硫醇等等多种有害气体，势必严重污染环境和长期存在不安全隐患；尽管世界各国政府一致提倡开发利用垃圾填埋场的沼气，由于露天填埋场的沼气产气速率低、收集效率低、又投资高；若欲再将填埋的垃圾作资源化处理，须另外建设一些配套的肥料与建材等工厂，如此再将填埋场的垃圾挖掘和运送到资源化工厂处理又需投入大量费用和生产成本。总而言之，现有垃圾填埋场的资源化技术存在效率低、能耗大、效益差、污染严重、又不断占用大量宝贵的土地等严重缺陷。

(三)、发明内容

本发明提供一种功效特别显著的新型高效率的生活垃圾生态循环彻底资源化的联合处理技术，由计算机自动监控完成生态循环资源化处理的全部流程、采用配套的皮带输送机、磁选机、旋风分离机等设备完成破袋、粉碎和分选，回收其中的废钢铁、废塑料等可再生物品后，将可腐有机垃圾送到关键性的新发明装置——一个独特的具有自动监控各项运行参数的巨大竖立蛋壳型的高效发酵装置(由垃圾提升输送机和高效发酵塔两部分组成)；由特制配套专用的垃圾提升输送机将垃圾提升到高效发酵塔(每个高效发酵塔容量约5000-10000米³)顶部的进料螺旋输送机加入塔内的全部机械过程自动化程度高、由塔底多个螺旋输送机将完成发酵后的垃圾连续不断地送出高效发酵塔、发酵后的垃圾由车辆送往垃圾造肥车间；在高效发酵装置中垃圾发酵产生大量的沼气可发电供热，热电联产将极大提高燃气发电厂和整个联合装置的效率；垃圾造肥后的剩余废渣全部用于生产绿色建筑材料；另外，本联合装置配套的自动化植物工厂、自动化禽畜厂(含屠宰加工厂)、自动化养鱼厂生产后排放的可腐废弃物全部将送去生产有机复合肥料；城市的生活污水(动物粪便)和本工程中的污水均可送入发酵装置一起处理生产有机复合肥料，多余部分将经过污水处理站处理达标后排放；而养鸡厂的鸡粪用于喂鱼，禽畜厂动物排出的二氧化碳送入自动化植物工厂作为植物的一种肥源，燃气发电厂的余热供垃圾发酵、植物工厂、建材厂等作为辅助能源使用，从而实现了整个联合装置生态循环资源化的生产过程，同时将垃圾填埋场逐步改造成环境优良的具有常规产业上百倍经济效益的现代化自动化的农牧渔工厂，这将产生既有明显的经济效益，又有优良的环境效益和长远的社会效益。

本技术将生活垃圾处理过程中的“废气、废水、废渣”全部循环处理和利用、无三废排放、无污染、真正实现城市生活垃圾彻底“无害化、资源化、减量化”的处理目标，使城市生活垃圾处理工程真正实现一次征地后可无限循环使用的崭新水平，实现了人类彻底消灭生活垃圾和垃圾填埋场的理想境界，它既能极大地节省了宝贵的土地资源，又产生了上百倍的土地效益，并建立起一个具有明显经济效益和长远环境效益的新兴产业。

本发明的任务是按此原则性工艺流程实现的：由计算机自动监控对城市生活垃圾进行生态循环资源化处理的全流程，城市生活垃圾经过垃圾综合资源化厂处理后，自动分拣回收其中废塑料、废钢铁等可利用的物品后，生产有机复合肥和绿色建材；利用城市生活污水厂的粪便污水与垃圾混合一起发酵，处理垃圾的同时也净化了污水；垃圾发酵产生大量沼气送往燃气发电厂，发电后一部分余热将送回高效发酵装置内促进垃圾的发酵过程，另一部分余热可送往自动化植物工厂促进植物生长，也可将余热供建材厂养护混凝土产品；本联合装置配套的自动化植物工厂、自动化禽畜厂(含屠宰加工厂)、自动化养鱼厂的全部可腐废弃物，均送去生产有机复合肥或高蛋白饲料，而养鸡厂的鸡粪可直接喂鱼，禽畜厂里动物产生的二氧化碳可送入自动化植物工厂作为一种肥源；以上处理垃圾后剩余的石头、玻璃等废渣全部用于生产符合环保的绿色建材。

本发明实现垃圾生态循环资源化的高效综合处理——沼气发电+堆肥+建材+废塑料等再利用+高效的生态化自动化农牧渔业＝简称“五合一”技术，真正彻底实现垃圾处理的生态化、资源化、无害化、减量化、效益化。它既能彻底治理城市新生的混装垃圾，又能逐步消灭城市历史垃圾山和垃圾填埋场；它既有效地保护环境，又节省大量宝贵的土地和创造上百倍的土地效益造福社会；它既生产宝贵的电力、有机复合肥料、绿色建材，又生产绿色农牧渔产品，获得一流的经济效益。采用本发明时，流程简单、实施容易、立体化布置、自动化操作、彻底资源化、无污染、占地少、投资省、效率高、回收快。

本项生活垃圾生态循环资源化联合装置中的垃圾提升输送机和高效发酵塔组成的高效发酵装置是实现本发明的关键设备，对它们的构造分别叙述如下：

1.垃圾提升输送机：主要由井架和垃圾料斗两部分组成。比高效发酵塔更高一些的钢结构井架依附于高效发酵塔，在井架顶部的承重梁上设有起重的卷扬机完成对垃圾料斗的升降过程；料斗是一个密闭的钢结构箱体，其顶部设有一个进料口，其底部设有一个电动的螺旋输送机，由程序控制将垃圾均匀送出料斗和自动开关出料口的电动转门。

2.高效发酵塔：用钢筋混凝土或复合钢板构成的竖立蛋壳状的巨型容器，可以容纳大量的生活垃圾和污水(一般情况下，每个高效发酵塔容量约5000-10000米³，工程实施中将按建设规模设置其容量和数量)。高效发酵塔顶部配置两个进料螺旋输送机，其底部设置几个出料螺旋输送机，每个高效发酵塔又配置了一套本发明的垃圾提升输送机，其中两台垃圾料斗轮流不停地将垃圾从地面提升到高效发酵塔顶部，设有升降限位安全装置的料斗按设定程序自动完成提升、匀速自动卸料进入加料螺旋输送机后连续送入高效发酵塔内，经高效发酵塔内的垃圾锥形布料器均匀分布之；在高效发酵塔的圆锥形底部设有多个出料螺旋输送机，可将发酵后的垃圾按计划送出高效发酵塔；在高效发酵塔内的顶部设有几个喷水圈；在高效发酵塔的顶上面设有起重钢架、电动葫芦和设有升降限位安全装置的料斗，作为垃圾提升输送机检修时的备用料斗；在高效发酵塔的内部设置均匀布置的竖向多孔管系，其中一些管子可将沼气收集后送往燃气发电厂，而另一些管子是将沼气发电后余热送回高效发酵塔内促进垃圾的发酵过程；高效发酵塔中垃圾进料时的动态情况和垃圾发酵反应中的水分、温度、湿度、PH值等参数变化状况，均由计算机进行集中监控在最佳状态，保证塔内的生化反应始终处于最高效率；在高效发酵塔的锥形底部又设置排水管和污水泵将塔底污水和生活污水送往发酵塔顶进入塔内再处理；在高效发酵塔中设置了检修人员安全通道。

在工程应用中，本发明联合装置中新发明的高效发酵装置结构新颖而功效显著，高效发酵装置具有自动化、大容量、立体化储存和连续不断吐故纳新，又能高效率发酵产沼气，本发明联合装置可将生活垃圾处理过程中的“废气、废水、废渣”循环处理和利用、无三废排放、无环境污染、使生活垃圾处理彻底实现“生态化、无害化、资源化、减量化、效益化”处理目标；本技术使生活垃圾处理全部工厂化，实现一次征地后可无限循环使用，极大地节省和保护了宝贵的国土资源，最终实现彻底消灭城市生活垃圾和贻害无穷的垃圾填埋场。由此，将城市生活垃圾处理技术创造性地发展到崭新的水平。由于本发明联合装置配置了世界最先进的燃气发电机组、垃圾造肥工厂、现代化农、牧、渔工厂和绿色建材厂等成套生产装置，可使整个联合装置达到世界垃圾产业前所未有的高效益，进而可以迅速建立起一个具有明显环境效益和经济效益的新兴产业。综上所述，本装置集中吸取了现代工业多种产业的技术精华，且作了独特的创新和发展，其主要特点是：

a.本装置采用计算机集中监控生活垃圾处理的全流程，城市生活垃圾先经过一套有效的机械分选，自动回收可再生利用的废塑料、废金属等物品后，将可腐垃圾送入高效发酵装置中产生大量沼气供燃气发电厂和生产有机复合肥料、剩余的无机废渣生产绿色建材，同时配置了现代化农牧渔工厂等多种先进生产装置，创新和融合世界先进技术于一体的城市生活垃圾生态循环资源化处理的高效联合装置，真正实现了生活垃圾“生态化、无害化、资源化、减量化、效益化”处理目标，可以实现彻底消灭城市生活垃圾和贻害无穷的垃圾填埋场。

b.本联合装置除了采用新型的高效发酵装置之外，还采用一些市场选购配套先进又成熟的磁选机、皮带输送机、车辆、计算机等设备和沼气发电机组、垃圾造肥生产线、建材生产线等成套装置；不仅能加快工程建设进度，而且能在全世界市场上通过竞标的方式挑选价廉的又先进可靠的成套设备，从而确保联合装置工程建设的高速度和达到世界一流水平。

c.本装置采用本发明的垃圾提升输送机和高效发酵塔具有高效率物料储运装置，这个装置适用于任何气象和地形条件的城市，无论是沿海平原城市或内地山区丘陵地带的城市均可使用，创造性地发明了自动程序化完成大高度塔型仓储的物料提升——料斗电动门的开与关——料斗内物料的出料——水平送料——进库后的均匀布料——送出仓库一系列动作。这项垃圾的立体化储运装置可以明显地节约工程的用地。

d.在工程中采用本装置从垃圾库开始到高效发酵塔的设备，一般均以两台以上并联方式布置，这将有利于生产操作的灵活性，可以不停机地检修任何一台机械设备，从而保证垃圾处理工厂的连续不停地稳定生产。

采用本发明联合装置处理垃圾时，其流程简单、实施容易、自动化操作、彻底资源化、无污染、占地少、效益高、投资省、回收快，实现了城市生活垃圾处理工厂化、立体化、自动化、真正实现了生态化、“无害化、资源化、减量化”和效益化，既节省工程投资又明显减少工程用地，极大地保护了宝贵的土地资源。由此，开创了城市生活垃圾处理工程一次征地后，可以无限循环使用的崭新局面，还可以彻底消灭垃圾和垃圾填埋场，并建立起一个具有明显环境效益和经济效益的新兴产业。

(四)、附图说明

图-1是本发明一种具体的生活垃圾生态循环资源化联合装置原则工艺流程图。

图-2是本发明一种联合装置阶梯型楼层结构的立面示意图。

图-3是本发明一种高效发酵装置平面布置图。

图-4是本发明图-3高效发酵装置立面剖视图。

图-5是本发明一种垃圾提升输送机料斗立面剖视图。

图-6是本发明图-3高效发酵装置的B-B剖视图。

(五)、具体实施方式

参照以上附图，对附图中编号含义的注释和结合实施《生活垃圾生态循环资源化联合装置》的详细描述如下：

图-1：

自动化植物工厂(1)、自动化禽畜厂(含屠宰加工厂)(2)、自动化养鱼工厂(3)、污水处理站(4)、燃气发电厂(5)、垃圾填埋场(6)、垃圾综合资源化厂(7)。

图-2：阶梯型楼层结构的联合装置(8)由可自动跟踪太阳光角度并进行调节的反射百叶窗(8-1)、自动化植物工厂(1)、自动化禽畜厂(含屠宰加工厂)(2)、自动化养鱼工厂(3)、垃圾综合资源化厂(7)所组成。

图-3：进料仓(9)、高效发酵塔(10)、进料螺旋输送机(11)、垃圾提升输送机(12)

图-4：操作检修室(13)、进料螺旋输送机支架(14)、进料螺旋输送机(11)、起重钢架(15)、电动葫芦(16)、锥形布料器(17)、收集沼气管系(18)、污水喷淋管(19)、高效发酵塔简体(20)、加热管系(21)、备用垃圾料斗(22)、隧道型检修人员安全通道(23)、皮带输送机(24)、出料螺旋输送机(25)、垃圾料斗(26)、垃圾提升输送机(27)所组成。

图-5：钢索转鼓(28)、电动机(29)、钢索(30)、电缆(31)、承重横梁(32)、起重横担(33)、进料口(34)、隔板(35)、料斗箱体(36)、电动推杆(37)、出料螺旋输送机(38)、电动门(39)、变速机构(40)。

图-6：一对左右滑轮(41)、1#垃圾料斗(42)、垃圾提升输送机井架(43)、钢索(44)、2#垃圾料斗(45)。

结合以上附图的说明如下：

一种由计算机自动监控城市生活垃圾生态循环综合资源化处理的全过程，包括自动化植物工厂(1)、自动化禽畜厂(含屠宰加工厂)(2)、自动化养鱼厂(3)、污水处理站(4)、燃气发电厂(5)、垃圾填埋场(6)、垃圾综合资源化厂(7)等所组成生态循环资源化处理的全部生产过程。本联合装置按阶梯型楼层结构装置(8)的形式立体化设置，可以达到工程用地最小化，能源消化最低化和生产效率最高化，彻底实现垃圾资源化处理。

本项新发明的设备——垃圾提升输送机(12)，以及电动葫芦(16)和备用垃圾料斗(22)，可以确保每一个高效发酵塔连续不停的进出料。

城市生活垃圾送往垃圾综合资源化厂(7)经分选出废塑料、废金属等可再生物品后，将可腐垃圾、城市生活(粪便)污水、农牧渔工厂下脚料和动物粪便等废弃物一起送往垃圾综合资源化厂(7)的高效发酵塔(10)内一起发酵处理，发酵后生产有机复合肥料；发酵时产生大量的沼气经过净化储存后再送入燃气发电厂(7)发电上网；燃气发电时产生的烟气余热可送往自动化植物工厂(1)、禽畜厂(含屠宰加工厂)(2)、自动化养鱼厂(3)、垃圾综合资源化厂(7)等处再利用；禽畜厂(含屠宰加工厂)(2)产生的二氧化碳和沼气净化分离后的二氧化碳(CO₂)均可用于自动化植物工厂(1)促进各种绿色植物生长；最终将垃圾处理后剩余的石头、玻璃等固体废弃物生产出混凝土砌块等环保型建材。

分选出合格的有机垃圾进入垃圾提升输送机(12)提升到高效发酵塔(10)的顶部，两个提升机料斗(42)和(45)可按设定程序自动完成开门与匀速卸料进入进料螺旋输送机(11)不停地送入高效发酵塔(10)内，垃圾经锥形布料器(17)均匀分布之，在高效发酵塔的圆锥形底部设有多个并列的出料螺旋输送机(25)可将高效发酵塔中的垃圾按照计划送出高效发酵塔(10)，由皮带输送机(24)将发酵后垃圾生产有机复合肥；由污水泵将来自城市生活污水厂的粪便污水送入高效发酵塔内(10)顶部的污水喷淋管(19)均匀地布入塔内，垃圾由于微生物作用进行发酵生化处理的同时也净化了污水；高效发酵塔(10)内部设置竖向均匀布置的收集沼气管系(18)，其中一些管子将沼气收集后送往燃气发电厂(5)，而另一些管子是将燃气发电厂余热送回高效发酵塔(10)内的加热管系(21)促进垃圾的发酵过程；高效发酵塔(10)进料时的动态情况由监视器传送到中央控制室，且由计算机对高效发酵塔(10)内垃圾发酵反应中的温度、湿度、PH值、水位等参数变化状况进行自动监控在最佳状态；在高效发酵塔(10)的锥形底部设置一些排水管，用污水泵不断地将垃圾渗滤液抽出后送入高效发酵塔(10)顶部进入再循环使用；当垃圾提升输送机发生故障时，高效发酵塔(10)顶部的起重钢架(15)上的电动葫芦(16)可将备用垃圾料斗(22)输送垃圾进入高效发酵塔(10)内，作为垃圾提升输送机(12)检修时的备用提升机，从而保证高效发酵塔(10)和整个垃圾资源化联合装置生产过程连续稳定进行。

垃圾提升输送机(12)由垃圾提升输送机的井架(43)和一对垃圾料斗(42)(45)两部分组成，井架(43)顶部的钢索转鼓(28)、电动机(29)、钢索(30)、电缆(31)、承重横梁(32)和变速机构(40)组成垃圾提升输送机(12)。

两个垃圾料斗(42)(45)均由起重横担(33)、进料口(34)、隔板(35)、料斗箱体(36)、电动推杆(37)、出料螺旋输送机(38)、电动门(39)所组成。当垃圾通过进料口(34)装满料斗箱体(36)后，垃圾料斗按照设定的程序进行工作：第一提升机料斗垂直提升——到达高效发酵塔(10)顶部的设定高度自动停止——电动门(39)开门——出料螺旋输送机(38)开始卸料——卸料完毕后出料螺旋输送机(38)停机——电动门(39)关闭——第一提升机料斗垂直下降到地面后重新装垃圾的过程，也是第二提升机料斗开始上升自动重复刚才第一提升机料斗的全部工作过程。如此两台垃圾提升输送机周而复始的不停顿地循环进行工作，保证对高效发酵塔(10)的进料不停顿地进行。

井架(43)的顶部有一对滑轮(41)上的一根钢索(44)连接着1#垃圾料斗(42)和2#垃圾料斗(45)，当1#垃圾料斗(42)装满垃圾上升时，料斗2#垃圾料斗(45)就会同步下降，这样两个料斗相互连接的重量平衡作用，可以明显减少料斗提升时的动力消耗。

如建造一个处理量500吨垃圾/日的生态循环资源化工厂，总投资约15,000万元人民币，占地120亩，年产值可达8,876万元，成本3,620万元，利润3,958万元，投资回报率超过25％，3-5年内可收回投资；沼气发电不仅可以实现装置能源的自给自足，多余的电能外供，且彻底消除了原来垃圾填埋场废气和废水任意排放的严重污染，100％地实现了世界《京都议定书》对温室气体减排量的规定。运用这项新技术，不仅可以真正实现生活垃圾的生态循环资源化处理，而且可逐步将城市历史的大型垃圾填埋场和历史的垃圾堆改造成现代化生态农业园区，从而获得超常的经济效益、最佳的环境效益和长远的社会效益。

Claims (2)

1.一种由计算机集中监控城市生活垃圾生态循环资源化处理联合装置，包括配有垃圾综合资源化厂、自动化植物工厂、自动化禽畜厂、自动化养鱼厂的先进技术优化融合于一体的城市生活垃圾生态循环资源化处理的高效联合装置，由自动化植物工厂(1)、自动化禽畜厂(2)、自动化养鱼厂(3)、污水处理站(4)、燃气发电厂(5)、垃圾填埋场或垃圾山(6)、垃圾综合资源化厂(7)所组成，其特征在于：

(a).本联合装置采用计算机集中自动监控生活垃圾生态循环资源化处理，即自动完成垃圾综合资源化厂的垃圾分选、回收废塑料、废金属、发酵、产沼气、发电、生产有机复合肥和建材以及植物工厂、禽畜厂、养鱼厂全部生产过程；

(b).本联合装置采用了关键装置——由垃圾提升输送机(12)和高效发酵塔(10)组成的高效发酵装置在计算机监控下实现生活垃圾大容量储存过程的自动化提升、水平输送、均匀布料、出料，实现了对高效发酵塔(10)内生化反应的温度、湿度、pH值、水位参数变化状况自动监控在最佳发酵状态的多种功能；

(c).高效发酵塔(10)是由钢筋混凝土或钢板复合材料构成的高效发酵塔筒体(20)、进料仓和操作检修室(13)、进料螺旋输送机支架(14)、进料螺旋输送机(11)、起重钢架(15)、电动葫芦(16)、锥形布料器(17)、收集沼气管系(18)、污水喷淋管(19)、加热管系(21)、备用垃圾料斗(22)、隧道型检修人员安全通道(23)、皮带输送机(24)、多个出料螺旋输送机(25)、垃圾料斗(26)、垃圾提升输送机(27)所组成；

(d)一套垃圾提升输送机(12)是在钢筋混凝土结构或钢结构的井架(43)顶部由钢索转鼓(28)、电动机(29)、第一钢索(30)、电缆(31)、承重横梁(32)、电动机与变速机构(40)、一对左右滑轮(41)、起重横担(33)、进料口(34)、隔板(35)、料斗箱体(36)、电动推杆(37)、出料螺旋输送机(38)、电动门(39)、1#垃圾料斗(42)、第二钢索(44)、2#垃圾料斗(45)所组成；

(e)本联合装置除了采用高效发酵装置之外，其余成套设备均采用市场上现有成熟的最先进的设备，建成世界一流水平的垃圾生态循环资源化联合装置。

2.按权利要求1所述的装置，其特征是本联合装置的主体为阶梯型楼层结构(8)由自动化植物工厂(1)、自动化禽畜厂(2)、自动化养鱼厂(4)、垃圾综合资源化厂(7)联合所组成，阶梯型楼层朝阳的墙上设置一种可自动跟踪太阳光角度并进行调节的反射百叶窗(8-1)，从而使得建筑物的深处也可得到自然采光而节约能源。

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