一種生活垃圾一體化堆肥系統及其堆肥方法與流程
2023-06-01 19:56:31 1
本發明涉及生活垃圾的再利用技術，尤其是利用生活垃圾生產有機肥的方法。
背景技術：
生活垃圾是指在日常生活中或者為日常生活提供服務的活動中產生的固體廢物以及法律、行政法規規定視為生活垃圾的固體廢物。生活垃圾可分成四類，即可回收垃圾、餐廚垃圾、有害垃圾和其他垃圾。可回收垃圾包括金屬、塑料和玻璃等，這部分垃圾經過加工後可回收為有用資源；餐廚垃圾包括剩菜剩飯、骨頭、菜根菜葉等食品類廢物，這部分垃圾經過處理後可以生產有機肥；有害垃圾包括廢電池、廢日光管、廢水銀溫度計和過期藥品等，這部分垃圾中含有重金屬，在堆放以及處理過程中容易造成水體和土壤環境汙染，是垃圾處理和綜合利用包括生產有機肥過程中亟需解決去除的難題。
目前利用生活垃圾堆肥的方法大致包括三個步驟，一是利用水洗法對生活垃圾進行分選；二是利用植物去除生活垃圾衝洗液中的重金屬；三是去除生活垃圾堆肥過程中產生的臭氣。在堆肥過程中，大都沒有正規的堆肥倉，在已有公開的堆肥倉中，有以下兩個專利：
中國專利2017100249874公開了一種新型生活垃圾堆肥倉，包括控制倉，堆肥倉以及滲濾液處理井。該裝置結構複雜，耗電大，由於沒有重金屬處理措施，僅適合於對農村地區生活垃圾進行堆肥處理，所以不能大面積推廣使用。
中國專利2010105133406公開了一種生活垃圾堆肥倉，它實際上就是一個密封的堆肥倉，堆肥倉下部設有水槽，通過太陽能給水槽加熱促進堆肥倉內的垃圾發酵。該裝置無法實現垃圾中重金屬的去除。
因此，急需一種結構簡單、成本低，可以同時對生活垃圾進行分選、去除重金屬和除臭氣的堆肥系統。
同樣的，目前也沒有一套完整的、可操作性的利用生活垃圾堆肥的方法，公開的已有技術中，大都是針對去除生活垃圾中的重金屬進行去除，與本發明去除方法有關的技術是有利用植物去除生活垃圾中的重金屬，實施時，需要在衝洗液中加入化學試劑或者在植物莖葉上噴灑一些修復劑，比如：
中國專利200910069577.7針對淋洗液中的重金屬進行去除，方法是在淋洗液中添加edta，再用植物將淋洗液中的重金屬富集轉移到植物中，從而將淋洗液中的重金屬去除。該發明專利雖然對淋洗液中重金屬進行了有效去除，但仍然存在富集到植物中的重金屬如何才能被去除的難題。
中國專利申請號201510226856.5公開了「環草隆在強化草坪草提取生活垃圾堆肥重金屬方面的應用」它分別使用環草隆和edta，利用植物的富集作用去除重金屬的方法；其去除原理和專利200910069577.7一樣，同樣存在富集到植物中的重金屬如何才能被去除的難題。
中國專利申請號201510226896.x「氯吡硫磷在強化草坪草提取生活垃圾堆肥重金屬方面的應用」中介紹了添加氯吡硫磷對堆肥進行淋洗，並利用高羊茅對淋洗液中重金屬進行富集，雖然有助於重金屬從堆肥中去除，但均因為添加氯吡硫磷導致產生二次汙染並且造成植物中重金屬收集和去除的技術難題。
上述三個專利在對植物中重金屬去除時，由於添加了化學試劑導致衝洗液無法循環使用，提高了成本。
技術實現要素：
為了克服現有生活垃圾堆肥倉結構複雜、分選不徹底對有機肥肥質的不良影響以及耗電量大、成本高的技術缺陷，本發明提供一種生活垃圾一體化堆肥系統。利用該系統生產有機肥，不但根除了垃圾中的重金屬，而且使得衝洗水可以循環使用，在保證肥質的前提下提高了效率。
本發明同時提供利用該系統生產有機肥的方法。
為達到上述目的，本發明採取的技術方案是：
一種生活垃圾一體化堆肥系統，其特徵在於，它包括垃圾分選和重金屬去除裝置、堆肥倉和臭氣去除裝置，其中：
所述的垃圾分選和重金屬去除裝置包括一個水渠，按照用途分，水渠分為三段，水渠第一段為垃圾的衝洗段，水渠第二段為衝洗液重金屬的去除段，水渠第三段為衝洗液的沉澱段，要求水渠第三段的直徑小於水渠第一二段直徑、深度大於水渠第一二段深度，適於衝洗液沉澱；在水渠第一段設有一個具有過濾作用的轉籠，在轉籠末端的水渠處向下挖設一個凹槽作為沉澱槽，凹槽的出水端設有第一格柵，第一格柵剛好處於水渠第一段和水渠第二段之間；在水渠第二段的水域中種植有水葫蘆；在水渠第二段和水渠第三段之間設有第二格柵；在水渠第三段的末端上部設有出水口；
所述的堆肥倉是一個密封倉，密封倉的頂部設有抽氣管，抽氣管插入臭氣去除裝置中；
所述的臭氣去除裝置是在土渠底部鋪設有一層礫石，礫石層上回填有土壤，土壤中種植有草坪。
通過上述系統生產有機肥的方法是：
第一步：生活垃圾的分選
將生活垃圾從轉籠一端投入，隨著水流的衝擊和轉籠在水渠中的轉動，生活垃圾中的可溶解性的有機物質溶於水，不溶解的物質隨著水流衝入沉澱槽，在沉澱槽中密度大於水的物質包括石塊等沉降到沉澱槽中，每隔一段時間通過提升設備將不溶解性固體物質取出，而漂浮在沉澱槽水面上的物質被第一格柵過濾下來，通過清渣設備從第一格柵處將懸浮物質取出；這樣生活垃圾在水渠第一段得到分選；
第二步：利用水生植物對生活垃圾衝洗水中重金屬的去除
通過格柵的垃圾衝洗水進入水渠第二段，由於水渠第二段水域種植有水葫蘆，在水葫蘆生長的過程中將垃圾衝洗液中的重金屬吸收富集到水葫蘆根系中，慢慢轉移到莖葉中，定期對水葫蘆進行收割，將重金屬從垃圾衝洗液中去除，同時垃圾衝洗液中含有大量的有機物質，可以為水葫蘆提供生長的營養物質，包括氮磷化合物；
第三步：衝洗液的沉澱和回收
經過去除重金屬的衝洗液流入寬度變窄但深度變深的水渠第三段，水流速度變慢，但沉降時間加長，使溶解在水中的物質沉降到溝渠底部，每隔一段時間通過刮泥裝置將渠底泥集中起來儲存到堆肥倉，用於堆肥；經過沉澱後的衝洗水再循環流回到垃圾衝洗的起始端再利用；
第四步：生活垃圾堆肥過程中臭氣的去除
生活垃圾在堆肥過程產生的臭氣通過抽氣方式通到臭氣去除裝置，臭氣排入到礫石層，臭氣在礫石層中穿過並通過上層土壤進行過濾、吸附，在土壤中生長的大量微生物對臭氣進行淨化，淨化後的臭氣被轉化或者分解成被草坪根系吸收的營養物質，從而被草坪利用，達到除臭效果。
本發明的優點是：
1、本發明專利採用水衝洗—重力複選—衝洗水重複循環利用相結合的方法，使生活垃圾生產有機肥具有低成本、分選徹底、節省水資源的優勢。
2、本發明還利用水生植物對垃圾衝洗液中營養物質的吸收生長的同時，將垃圾衝洗液中的重金屬轉移、富集去除，克服了現有技術向衝洗液中加入化學試劑或者向植物上噴灑修復劑帶來的技術缺陷。
3、本發明專利利用土壤—微生物—植物系統對垃圾堆肥過程中的臭氣進行去除。生活垃圾堆肥是在密閉廠房內進行的，產生的臭氣通過抽氣方式通入到土壤-微生物-植物系統中。土壤-微生物-植物系統是在室外空地上建設的，建設步驟：先將上層土壤挖出，然後鋪上一層礫石，再將土壤回填鋪到礫石上面，再在壤層種植草坪。垃圾堆肥過程中產生的臭氣通過抽氣管道排入到礫石層，臭氣在礫石層中穿過並通過上層土壤進行過濾、吸附，同時，在土壤中大量生長的微生物對臭氣進行淨化，從而轉化或者分解成能被草坪根系吸收的營養物質，達到除臭效果，該方法具有運行成本低、操作簡單、除臭效果好、節省費用的特點。
4、長期以來，本領域技術人員在面對利用生活垃圾生產有機肥的課題時，一直致力於探求怎麼去除衝洗液中重金屬來提高肥質，很少有人關注在整個工序過程中的成本、生產效率以及操作的可行性問題。本發明人打破常規思維，從堆肥的裝置著手，將垃圾分選、重金屬去除以及臭氣消除做為一個整體考慮，提供一套一體化堆肥系統，從系統的技術方案可以看出，整個系統結構簡單，操作便利，不但適應於工廠產業化，而且在農村也可以大面積推廣；從生產工序可以看出，在徹底去除衝洗水中的重金屬時使得衝洗水也得到了循環利用，在淨化臭氣同時也將臭氣轉化或者分解成被草坪根系吸收的營養物質，從而在提高肥質和生產效率的同時降低了成本，取得了意想不到的積極效果，符合專利法第22條第3款規定的創造性。
附圖說明
圖1是本發明系統實施例的主視圖；
圖2是圖1中水渠第一段的立體示意圖；
圖3是圖1中水渠第二段的立體示意圖；
圖4是圖1中臭氣去除裝置的剖面示意圖。
圖中：1-水渠第一段，2-水渠第二段，3-水渠第三段，4-堆肥倉，5-臭氣去除裝置，6-轉籠，7-沉澱槽，8-第一格柵，9-水葫蘆，10-第二格柵，11-出水口，12-礫石層，13-土壤層，14-草坪，15-抽氣管。
具體實施方式
下面以青島某生活垃圾處理有限公司生產有機肥為例，介紹本發明專利的具體實施過程。
圖1是本發明系統實施例的主視圖，從圖中可以看出，總體上包括垃圾分選和重金屬去除裝置、堆肥倉4和臭氣去除裝置5，其中：
所述的垃圾分選和重金屬去除裝置包括一個水渠，按照用途分，水渠分為三段，水渠第一段1為垃圾的衝洗段，水渠第二段2為衝洗液重金屬的去除段，水渠第三段3為衝洗液的沉澱段，要求水渠第三段的直徑小於第一二段直徑、深度大於第一二段深度，適於衝洗液沉澱；在水渠第一段設有一個具有過濾作用的轉籠6，在轉籠6末端的水渠處向下挖設一個凹槽作為沉澱槽7，沉澱槽7的出水端設有第一格柵8，第一格柵8剛好處於水渠第一段1和水渠第二段2之間；在水渠第二段2的水域中種植有水葫蘆9；在水渠第二段2和第三段之間3設有第二格柵10；在水渠第三段的末端上部設有出水口11。
所述的堆肥倉4是一個密封倉，密封倉的頂部設有抽氣管15，抽氣管15插入臭氣去除裝置中。
所述的臭氣去除裝置5是在土渠底部鋪設有一層礫石層12，礫石層上回填有土壤層13，土壤中種植有草坪14。
通過上述系統進行堆肥的方法是：
第一步生活垃圾的分選(見圖2)
將生活垃圾裝入具有過濾了作用的轉籠6裡，通過籠軸帶動轉籠6旋轉，生活垃圾在轉籠6裡面上下翻滾，並在水的衝擊下朝水渠另一側移動，在此過程中，不溶解性的物體如碎石塊、碎玻璃、磚塊等且密度大於水的物體最後沉降到水渠末端的沉渣槽7，懸浮在水體表面的塑料、泡沫、木塊等被第一格柵8過濾下來，每隔一段時間從水體表面移走，進行再加工利用。水渠中的水流速度為3m/s，每天處理生活垃圾總重量為500噸，密度大於水且不溶解垃圾的重量為120噸，密度小於水的懸浮垃圾的重量為80噸，有機成分作為沉降淤泥的生活垃圾量為300噸。
第二步垃圾衝洗液中重金屬的去除(見圖3)
對垃圾衝洗液中的營養成分進行測定，發現其中含總氮為2.5％、有機磷(以p2o5計)含量為3.1％、鉀(以k2o計)含量為0.3％，具備了植物生長的營養條件。在水渠第二段2水中種植水生植物水葫蘆9，水葫蘆9吸收垃圾衝洗液中的營養物質而生長，在生長過程中將垃圾衝洗液中重金屬吸收、轉移到水葫蘆9的莖葉部，通過收割水葫蘆9的方式，將重金屬從垃圾衝洗液中去除，為避免由於水流衝擊作用導致水葫蘆9流失，在水渠第二段2末端設置第二格柵10。水葫蘆去除重金屬的效果是通過測定未用水葫蘆處理和用水葫蘆處理兩種情況下，垃圾衝洗液中重金屬濃度來判斷，重金屬離子包括鉛、鉻和砷，其濃度測定通過原子吸收分光光度法完成，結果如表1所示。
表1微生物燃料電池方法去除該公司垃圾中重金屬的結果
第三步：衝洗液的沉澱和回收(見圖1)
經過去除重金屬的衝洗液流入寬度變窄但深度變深的水渠第三段3，水流速度變慢，但沉降時間加長，使溶解在水中的物質沉降到溝渠底部，每隔一段時間通過刮泥裝置將渠底泥集中起來儲存到堆肥倉4，用於堆肥；經過沉澱後的衝洗水再循環流回到垃圾衝洗的起始端再利用；
第四步：生活垃圾淤泥堆肥過程中臭氣的去除(見圖4)
本實施例利用土壤-微生物-植物系統去除垃圾淤泥堆肥過程中產生的臭氣，具體建設方案：在堆肥倉4外面的空地上挖出長為150m，寬為45m，深度為0.8m的溝渠，在溝渠底部鋪設深度為0.2m的礫石層12，礫石粒徑為4-5cm，礫石層12上面覆蓋厚度為0.6m的土壤層13，在土壤層13種植草坪14，溝渠一端布10條pvc抽氣管15，與礫石層12連接，直徑均為0.3m，長度為均2m，堆肥過程中產生的臭氣通過抽氣管15進入礫石層12，在礫石層12中進行過濾擴散，然後進入土壤層13，在土壤層13的過濾、吸附以及土壤層13中微生物的代謝作用下臭氣被去除而轉化到土壤中成為營養物質，被土壤中種植的草坪14的根系吸收，從而將垃圾堆肥過程中產生的臭氣徹底去除，去除效果如表2所示。
表2土壤-微生物-植物系統去除垃圾淤泥堆肥過程中產生的臭氣結果