城市汙物處理系統的製作方法
2023-05-23 18:25:21
專利名稱：城市汙物處理系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及汙物處理技術領域，尤其是涉及一種城市汙物處理系統。
背景技術：
中國的城市汙物處理工業正處於重大的成長和發展之中，到2010年中國已有超過1500所的汙水處理工廠，幾乎每年都有100所的新工廠落成。垃圾處理工廠可以對城市的固體廢物進行處理，目前對固體廢物通常採用直接高溫焚化或堆填的方式；而汙水處理工廠可以對城市汙水進行處理，處理後生成充斥固體物質的生化汙泥及濃鹽水，然後將生化汙泥進行堆填，將濃鹽水排入地表水中。然而，現有的城市汙物處理方案存在諸多不足之處，例如高溫焚化對汙物處理設備的要求較高，導致汙物處理成本較高，且焚化易於對大氣造成汙染，且其產生的大量溫室氣體，加速了地球的變暖；堆填區也日趨不勝負荷，且堆填區通常距離城市很遠，長距離運輸汙物易於造成空氣汙染，由於堆填區通常位於地層的淺表面中，堆填區產生的大量溫室氣體也排放至大氣中，也會導致地球變暖；隨著汙水處理廠的增多，濃鹽水的數量不斷上漲以及國家對汙水排洩標準日益嚴格地管制，將濃鹽水直接排入地表水，在實際操作中難度越來越大，已不可能持續下去。
實用新型內容本實用新型實施例提供了一種城市汙物處理系統，實現了一種既環保又有效的新型汙物處理方案，能夠顯著降低汙物處理過程中溫室氣體的排放量，將有機物內所含的碳成分隔離。為達到上述目的，本實用新型實施例的技術方案是這樣實現的本實用新型實施例提供了一種城市汙物處理系統，包括一泥漿化系統，至少一個高壓注射泵，至少一個注射井，所述泥漿化系統包含至少一個混合容器，在混合容器中將汙物料混合成可注射泥漿，所述汙物料包含液體和固體的混合物，或者，所述汙物料包含液體；所述注射井，從地面延伸至目標註射地層，所述注射井具有中空結構，所述目標註射地層的地質結構有孔隙並具有滲透性，所述目標註射地層的上層地層具有不可滲透性的地質結構；所述泥漿化系統的輸出端連接至所述高壓注射泵的輸入端，所述高壓注射泵的輸出端連接至所述注射井頂部的注射口。由上述可見，本實用新型的技術方案提供了一種新型的城市汙物處理方案，將汙物料混合製造出可注射的泥漿，可注射泥漿被高壓注射泵通過注射井注入地下深處的目標註射地層，具有孔隙和滲透性的目標註射地層能夠接收並容納可注射的泥漿，由地底的天然高溫對可注射泥漿加熱消毒，殺死泥漿中的病原體，並將有機物體以生物分解為液態的二氧化碳和氣態的甲烷，液態的二氧化碳溶入地層流體之中，而氣態的甲烷則可以存儲起來以回收使用。本技術方案在進行汙物處理時，避免了現有高溫焚化汙物所帶來的過高的成本消耗以及汙染，也不再依賴於堆填區，避免了將汙物長距離運輸至堆填區所帶來的汙染，且不會對淺表層的地下水造成影響，保證了飲用水源的安全性。本方案不但能夠顯著降低汙物處理過程中溫室氣體的排放量，且能夠將有機物內所含的碳成分隔離，是一種既環保又有很大經濟效益的汙物處理方案。
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實用新型實施例一提供的一種城市汙物處理系統結構示意圖；圖2為本實用新型實施例二提供的一種城市汙物處理系統結構示意圖；圖3(a)為本實用新型實施例二提供的出射口部分處於水平狀態時的一種示意圖；圖3(b)為本實用新型實施例二提供出射口部分處於水平狀態時的又一種示意圖；圖3(c)為本實用新型實施例二提供出射口部分處於傾斜狀態時的一種示意圖；圖3(d)為本實用新型實施例二提供出射口部分處於傾斜狀態時的又一種示意圖；圖4為本實用新型實施例二提供的又一種城市汙物處理系統結構示意圖；圖5為本實用新型實施例三提供的一種城市汙物處理系統結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本實用新型的附圖，對本實用新型的技術方案進行清楚、完整地描述， 顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。實施例一實施例一提供了一種城市汙物處理系統，參見圖1，所述系統包括泥漿化系統 Al，至少一個高壓注射泵A3，至少一個注射井A4，所述泥漿化系統Al包含至少一個混合容器，在混合容器中將汙物料混合成可注射泥漿，所述汙物料包含液體和固體的混合物，或者，所述汙物料包含液體；所述注射井A4，從地面延伸至目標註射地層A5，所述注射井A4具有中空結構，所述目標註射地層的地質結構有孔隙並具有滲透性，所述目標註射地層的上層地層A7具有不可滲透性的地質結構；所述泥漿化系統的輸出端連接至所述高壓注射泵的輸入端，所述高壓注射泵的輸出端連接至所述注射井頂部的注射口 A41。上述的汙物料可以包括下述的至少一種或多種的組合直接來自城市居民汙物(如已消化或半消化馬桶汙物)、直接來自工廠企業的汙水汙泥、汙水處理工廠排放的濃鹽水、鹹水淡化過程中所過濾出來的鹽分和礦物質，已消化或未經消化的城市衛生汙泥、生化汙泥等。上述可注射泥漿可以為易於使用泵將其泵入注射井中的泥漿，可注射泥漿沿著注射井(如圖1中向下的虛線箭頭所示)被注射至目標註射地層中，並在目標註射地層中向四面擴散(如圖ι中實線箭頭所示)。上層地層A7為緊鄰目標註射地層且位於目標註射地層上方的地層，在上層地層A7上方還可以具有地表地層A8，該地表地層中存儲有飲用水源，通過上層地層A7能夠將飲用水源和注入地層深處的泥漿進行隔離。由上述可見，本實用新型的技術方案提供了一種新型的城市汙物處理方案，將汙物料混合製造出可注射的泥漿，可注射泥漿被高壓注射泵通過注射井注入地下深處的目標註射地層，具有孔隙和滲透性的目標註射地層能夠接收並容納可注射的泥漿，由地底的天然高溫對可注射泥漿加熱消毒，殺死泥漿中的病原體，並將有機物體以生物分解為液態的二氧化碳和氣態的甲烷，液態的二氧化碳溶入地層流體之中，而氣態的甲烷則可以存儲起來以回收使用。本技術方案在進行汙物處理時，避免了現有高溫焚化汙物所帶來的過高的成本消耗以及汙染，也不再依賴於堆填區，避免了將汙物長距離運輸至堆填區所帶來的汙染，且不會對淺表層的地下水造成影響，保證了飲用水源的安全性。本方案不但能夠顯著降低汙物處理過程中溫室氣體的排放量，且能夠將有機物內所含的碳成分隔離，是一種既環保又有很大經濟效益的汙物處理方案。實施例二實施例二提供了一種城市汙物處理系統，參見圖2，所述系統包括泥漿化系統 Al，至少一個高壓注射泵A3，至少一個注射井A4，進一步的，該系統還可以包括一轉運系統 A2，至少一個監視井(或稱之為生產井)A6，其中，所述泥漿化系統的輸出端連接至所述轉運系統的輸入端，所述轉運系統的輸出端與所述高壓注射泵的輸入端相連接。所述泥漿化系統Al中包含一個或多個混合容器，該混合容器用於存儲以及混合汙物料。在混合容器中通過攪拌或抓撥等方式將汙物料混合或攪拌成可注射泥漿，該汙物料包含液體和固體的混合物，或者，所述汙物料包含液體。在此，為了形成可注射的泥漿，考慮所混合的汙物料中需要包括液體物質。上述的汙物料可以包括下述的至少一種或多種的組合直接來自城市居民汙物(如已消化或半消化馬桶汙物)、直接來自工廠企業的汙水汙泥、汙水處理工廠排放的濃鹽水、鹹水淡化過程中所過濾出來的鹽分和礦物質，已消化或未經消化的城市衛生汙泥、生化汙泥等。一種方式下，所述混合容器可以為專門設置的獨立容器，如容量範圍為10立方米至100立方米的容器，該容器由鋼製成，或者，該容器由玻璃纖維製成，或者，該容器同時採用鋼和玻璃纖維製成，這種方式可以根據需要製造得到所需形狀和尺寸的混合容器，混合容器的設置不依賴於外部的環境，且有利於提高混合容器的安全性和穩定性；另一種方式下，混合容器由具有隔離層的坑洞形成，如容量大於10立方米的坑洞，所述坑洞為從地面向下挖掘形成，即該坑洞是低於地表面的，所述隔離層由鋼、水泥、塑膠或玻璃纖維中的一種或多種製成，這種方式能夠大大降低混合容器的成本，便於實際的操作。在混合容器中可以設置螺旋鑽或攪拌槳，或同時設置有螺旋鑽和攪拌槳等部件， 用於以機械的方式混合汙物料；或者，在混合容器中可以設置有潛水泵和管道，用於以流體循環的方式混合汙物料。上述混合容器也可以稱之為攪拌槽或攪拌坑，在此，不對本系統中各個部件的具體名稱進行限定。上述混合而成的可注射泥漿為可以被注入目標註射地層中的泥漿，如可注射泥漿可以為易於使用泵將其泵入注射井中的泥漿。所述混合容器所形成的可注射泥漿的一種典型密度為1. 0至1. 25gm/cm.上述轉運系統A2可以包括轉運泵和轉運管道，當泥漿化系統與高壓注射泵之間的距離較遠時，轉運系統將可注射泥漿運送至高壓注射泵。可以理解，對泥漿化系統與高壓注射泵之間的距離較近的場景，該轉運系統不是必需的，這種場景下，通過直接將泥漿化系統與高壓注射泵相連接，即可將可注射泥漿運送至高壓注射泵。轉運泵的功率和轉運管道的尺寸可以被設計為能夠將可注射泥漿以每分鐘0. 1 至5立方米的速度移動，即可注射泥漿的流動率可以為每分鐘0. 1至5立方米。該轉運泵可以設置在混合容器內部，從而使系統的結構更加緊湊；該轉運泵也可以設置在混合容器外部，以避免工作時與混合容器互相影響。上述高壓注射泵A3，用於增加可注射泥漿的壓力，使可注射泥漿的壓力達到足夠大，從而能夠使可注射泥漿通過注射井注入地層深處。該高壓注射泵的尺寸和所形成的壓力可以被設計為足以使可注射泥漿的流動率達到每分鐘0. 1至5立方米，從而滿足將可注射泥漿注入目標註射地層所需的泵動壓力。該高壓注射泵可以採用正排量泵，或者該高壓注射泵也可以採用離心泵。上述泥漿化系統的輸出端連接至所述高壓注射泵的輸入端，上述高壓注射泵的輸出端連接至所述注射井頂部的注射口 A41。上述注射井A4，從地面延伸至目標註射地層A5，即注射井能夠穿越任何存儲有飲用水源的地表層(A8)達到地層深處，注射井可以延伸至地下100米或5000米位置處。所述注射井A4具有中空結構，該中空結構具有由多個同心鋼套管構成的管道層和貼附在所述鋼套管外部的密封層，所述密封層由水泥形成。將水泥注入鋼套管之間的空隙中形成密封層，以利用密封層對管道層中的鋼套管進行固定，從而避免了在利用高壓向注射井中注入可注射泥漿時，以及高壓的可注射泥漿在注射井中移動時，注射井發生移動或斷裂，保證可注射泥漿成功注入目標註射層，避免可注射泥漿洩露所造成的汙染。可以根據需要，在注射井外部再設置一層或多層鋼管道並澆鑄水泥，用於進一步固定注射井。 所述注射井具有位於目標註射地層的出射口部分A42，可注射泥漿從出射口部分 A42流出，出射口部分A42的開口可以為穿孔或者溝槽，該穿孔或者溝槽的尺寸設計應該保證不會影響可注射泥漿的流動率。 進一步的，所述出射口部分A42在目標註射地層中處於水平狀態或者傾斜狀態， 從而有利於可注射泥漿注入目標註射地層，參見圖3(a)至圖3(d)。圖3(a)顯示了出射口部分處於水平狀態時的一種示意圖，圖3(b)顯示了出射口部分處於水平狀態時的又一種示意圖，圖3(c)顯示了出射口部分處於傾斜狀態時的一種示意圖，圖3(d)顯示了出射口部分處於傾斜狀態時的又一種示意圖。傾斜狀態下，出射口部分所傾斜的具體角度可以根據需要進行設置。目標註射地層A5的地質結構有孔隙並具有滲透性，示例性的，目標註射地層的地質結構為有孔隙並具有滲透性的砂巖，深度在100米至10000米之間；或者，該目標註射地層的地質結構為有裂縫的碳酸鹽或有裂縫的頁巖。目標註射地層A5的上層地層A7具有不可滲透性的地質結構，即目標註射地層的上方被一層較不具有滲透性的地質所覆蓋，示例性的，上層地層A7可以為無裂痕的頁巖、鹽或粉沙巖。可注射泥漿沿著注射井(如圖1中虛線箭頭所示的方向)被注射至目標註射地層中，並在目標註射地層中向四面擴散(如圖1中實線箭頭所示)。在地下深處(如地面下方 500米以下)，泥漿被地底的天然高溫加熱，利用高溫對可注射泥漿消毒，殺死其中的任何病原體，並將有機物以生物分解成二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)。在地下的高壓作用下，二氧化碳處於液體狀態並溶入現有的地層流體之中，解決了由於向地表大氣中排放二氧化碳而導致地球變暖的問題。而甲烷以氣體狀態聚集起來，可長期在地層中存儲，以備日後採集並回收使用。由上可見，本技術方案不但是一種環保高效的汙物處理系統，還是一種有效碳隔離系統。監視井(或稱之為生產井)A6也可以具有中空結構。一種方式下，監視井從地面延伸至目標註射地層，從而可以對目標註射地層進行監測，並可以對目標註射地層中所生成的甲烷等氣體進行回收使用(如圖2中向上的虛線箭頭所示)；另一種方式下，參見圖4，監視井A6'僅從地面延伸至所述目標註射地層的上層地層，從而能夠對上層地層進行監測， 若監測發現可注射泥漿向上漫延進入上層地層或者即將穿透上層地層，則可以及時採用補救措施，以避免可注射泥漿對地表層中的可飲用水源等造成汙染。由上述可見，本實用新型的技術方案提供了一種新型的城市汙物處理方案，將汙物料混合製造出可注射的泥漿，可注射泥漿被高壓注射泵通過注射井注入地下深處的目標註射地層，具有孔隙和滲透性的目標註射地層能夠接收並容納可注射的泥漿，由地底的天然高溫對可注射泥漿加熱消毒，殺死泥漿中的病原體，並將有機物體以生物分解為液態的二氧化碳和氣態的甲烷，液態的二氧化碳溶入地層流體之中，而氣態的甲烷則可以存儲起來以回收使用。本技術方案在進行汙物處理時，避免了現有高溫焚化汙物所帶來的過高的成本消耗以及汙染，也不再依賴於堆填區，避免了將汙物長距離運輸至堆填區所帶來的空氣汙染， 且不會對淺表層的地下水造成影響，保證了飲用水源的安全性。本方案不但能夠顯著降低汙物處理過程中溫室氣體的排放量，且能夠將有機物內所含的碳成分隔離，是一種既環保又有很大經濟效益的汙物處理方案。實施例三在實施例三中，結合圖5，主要以本城市汙物處理系統的一次汙物處理過程為例， 來說明本系統中各個組成部分的具體工作方式。首先，汙物料被送入泥漿化系統Al的混合容器中，用機械方法或者流體循環方法對汙物料進行混合製造出可以泵動的可注射泥漿。該混合過程可以持續執行，所生成的可注射泥漿的典型密度為1. 0至1. 25gm/cm。然後，可注射泥漿從泥漿化系統Al輸出端的管道被排出，沿此管道向高壓注射泵 A3傳輸。在傳輸過程中，還可以設置一包括轉運泵和轉運管道的轉運系統A2，轉運管道的出口與高壓注射泵的輸入端相連接。轉運系統A2用於協助可注射泥漿的傳輸，以及，將壓力增加至高壓注射泵所需的最高輸入壓力值。傳輸可注射泥漿的典型的輸送流率可以為每分鐘0. 1至5立方米，典型的輸送壓力為Ibar至IObar之間。其次，高壓注射泵A3以大約每分鐘0. 1至5立方米的流動率操作運行，並且可以在其輸出端產生1至IOOMPa的壓力，可注射泥漿以較低的壓力進入高壓注射泵，以較高的壓力從高壓注射泵中泵出來。高壓注射泵的輸出端經由管道與注射井A4頂部的注射口 A41 相連接。高壓注射泵可以設置在靠近注射點(或注射井)附近的位置，如高壓注射泵設置在與注射井相鄰數米之內的位置，或者，高壓注射泵可以設置在遠離注射點(或注射井)的位置，如高壓注射泵設置在與注射井相隔100米甚至1公裡之外的位置。注射井A4可以延伸至地下深處100米至5000米的位置，注射井的主體可以由一層或多層的同心鋼套管構成，並在外部用水泥層固定。可注射泥漿順著鋼管向下流入注射井內達到注射井的出射口部分A42，然後流入目標註射地層中。圖5中所示的出射口部分處於一種傾斜的狀態，以便於可注射泥漿流入目標註射地層中並在該地質結構中擴散。目標註射地層需要具有足夠的孔隙度，例如10%至30%的孔隙度，以及足夠的滲透性以便能夠接收所注入的泥漿。在地下深處(如地面下方500米以下)，泥漿被地底的天然高溫加熱，利用高溫對可注射泥漿消毒，殺死其中的任何病原體，並將有機物以生物分解成二氧化碳和甲烷。在地下的高壓作用下，二氧化碳處於液體狀態並溶入現有的地層流體之中，解決了由於向地表大氣中排放二氧化碳而導致地球變暖的問題。而甲烷以氣體狀態聚集起來，可長期在地層中存儲，以備日後採集並回收使用。監視井A6從地面延伸至目標註射地層，從而可以對目標註射地層進行監測，並可以對目標註射地層中所生成的甲烷等氣體進行回收使用(如圖5中向上的虛線箭頭所示)； 監視井A6'僅從地面延伸至所述目標註射地層的上層地層，從而能夠對上層地層進行監測，若監測發現可注射泥漿向上漫延進入上層地層或者即將穿透上層地層，則可以及時採用補救措施，以避免可注射泥漿對地表層中的可飲用水源等造成汙染。由上可見，本技術方案不但是一種環保高效的汙物處理系統，還是一種有效的碳隔離系統。利用本技術方案來處理城市汙物，比現有的堆填、堆肥或焚燒等方法更加有效和環保。可以使大量的城市得以在其城市區域或鄰近區域處理本地的汙物，避免了將汙物長距離運輸至堆填區所帶來的空氣汙染，且使地下水源的安全性更加有保障。本方案能夠顯著降低汙物處理過程中溫室氣體的排放量，且能夠將有機物內所含的碳成分隔離，是一種既環保又有很大經濟效益的汙物處理方案。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型保護的範圍之內。
權利要求1.一種城市汙物處理系統，其特徵在於，所述系統包括一泥漿化系統，至少一個高壓注射泵，至少一個注射井，所述泥漿化系統包含至少一個混合容器，在混合容器中將汙物料混合成可注射泥漿， 所述汙物料包含液體和固體的混合物，或者，所述汙物料包含液體；所述注射井，從地面延伸至目標註射地層，所述注射井具有中空結構，所述目標註射地層的地質結構有孔隙並具有滲透性，所述目標註射地層的上層地層具有不可滲透性的地質結構；所述泥漿化系統的輸出端連接至所述高壓注射泵的輸入端，所述高壓注射泵的輸出端連接至所述注射井頂部的注射口。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述系統還包括一轉運系統，所述轉運系統包括轉運泵和轉運管道，所述泥漿化系統的輸出端連接至所述高壓注射泵的輸入端具體為所述泥漿化系統的輸出端連接至所述轉運系統的輸入端，所述轉運系統的輸出端與所述高壓注射泵的輸入端相連接。
3.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述混合容器為由鋼和/或玻璃纖維製造而成的獨立容器，或者，所述混合容器由具有隔離層的坑洞形成，所述坑洞為從地面向下挖掘形成，所述隔離層由鋼、水泥、塑膠或玻璃纖維中的一種或多種製成。
4.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述混合容器中設置有螺旋鑽和/或攪拌槳，用於以機械方式混合汙物料；或者，所述混合容器中設置有潛水泵和管道，用於以流體循環方式混合汙物料。
5.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述注射井的中空結構具有由多個同心鋼套管構成的管道層和貼附在所述鋼套管外部的密封層，所述密封層由水泥形成；所述注射井具有位於目標註射地層的出射口部分，所述出射口部分在目標註射地層中處於水平狀態或者傾斜狀態。
6.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述系統還包括至少一個監視井，所述監視井具有中空結構；所述監視井從地面延伸至目標註射地層，或者，所述監視井僅從地面延伸至所述目標註射地層的上層地層。
7.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述高壓注射泵為正排量泵或者離心泵；所述轉運泵設置在混合容器內部或者所述轉運泵設置在混合容器外部。
8.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述混合容器的容量範圍為10立方米至100立方米；所述混合容器所形成的可注射泥漿的密度為1. 0至1. 25gm/cm。
9.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述高壓注射泵使可注射泥漿在注射井中的流動率達到每分鐘0. 1至5立方米；所述轉運泵使可注射泥漿在轉運管道中的流動率達到每分鐘0. 1至5立方米；所述目標註射地層的孔隙度為10%至30%。
10.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述目標註射地層的地質結構為有孔隙並具有滲透性的砂巖；或者，所述目標註射地層的地質結構為有裂縫的碳酸鹽或有裂縫的頁巖。
專利摘要本實用新型公開了一種城市汙物處理系統，實現了一種既環保又有效的新型汙物處理方案，能夠顯著降低汙物處理過程中溫室氣體的排放量，將有機物內所含的碳成分隔離。本實用新型提供的城市汙物處理系統包括泥漿化系統，至少一個高壓注射泵，至少一個注射井，該泥漿化系統包含至少一個混合容器，在混合容器中將汙物料混合成可注射泥漿；該注射井，從地面延伸至目標註射地層，所述注射井具有中空結構，所述目標註射地層的地質結構有孔隙並具有滲透性，所述目標註射地層的上層地層具有不可滲透性的地質結構；泥漿化系統的輸出端連接至所述高壓注射泵的輸入端，高壓注射泵的輸出端連接至所述注射井頂部的注射口。
文檔編號B01F3/12GK202207703SQ20112025020
公開日2012年5月2日 申請日期2011年7月15日 優先權日2011年7月15日
發明者S·布魯諾 麥可 申請人:地理環境科技有限責任公司