CN101844144A - 全封闭垃圾排放输送自动化与综合利用的方法和器械 - Google Patents

Abstract

一种全封闭垃圾排放输送自动化与综合利用的方法和器械。其涉及城乡居民和单位生活生产垃圾全封闭清理、排放、收集、运输自动化、无袋化和综合利用的方法及机械装置、容器和设施领域。其方法是把丢进桶的垃圾通过自动打浆液体化垃圾桶1-2把垃圾按一定比例的水打浆，利用管道3汇到集中池4，由水泵5a和运输车5b输送到饲养场6、沼气发酵池7，沼气经净化车间8、沼气回收管道9回收。沼渣经消毒车间10、沼渣脱水11制造有机肥料、燃料和排入农作物排灌地12。污水经净化车间13净化排放。控制中心14***调配。由此实现全封闭垃圾清理、收集、集中、运输自动化和综合循环利用，彻底消除塑料等高分子材料垃圾污染的目的。

Description

全封闭垃圾排放输送自动化与综合利用的方法和器械

1、发明领域

本发明涉及全封闭式城市、乡村居民和单位生活、生产垃圾排放、清理、收集、运输自动化、无袋化和综合利用的新方法及其机械装置、容器和设施。

2、发明背景

随着经济的发展、城市化进程的加快和人民生活水平的提高，垃圾的排放量迅速增加。全世界每年新增垃圾100亿吨，垃圾泛滥成灾。到目前为止，世界各个城市的垃圾的收集、包装主要采用塑料袋和其他有机高分子材料，然后由人工定期清理、包装、收集、集中运输、车辆转运等方式，尽管在一定程度上有利卫生，但是在耗费大量的人力、能源和有效资源，例如每家的垃圾和街道的垃圾桶要靠人工定时清理，把垃圾包装后带到指定的收集地点，费时耗力，同时产生大量的由垃圾的包装材料形成的生物不可分解的有机高分子材料污染。由于塑料的耐老化和抗自然分解能力极强，在自然环境中难于分解，这部分废物进入自然后形成比垃圾本身更为严重污染。实际上大部分人类生产和生活产生的垃圾大部分本身是生物可分解的有机物，由于近代塑料产品的应用，塑料等有机高分子材料给人类的生产、生活带来方便的同时造成近代塑料等高分子材料的污染迅速增加。实际上生产、生活中使用后产生的有机高分子材料等生物不可分解废物一般都可以通过分类回收和循环利用的。可是，由于使用塑料等生物难于分解的有机高分子材料通过生产、生活垃圾的包装等与垃圾混合，使本身可以分解的生产、生活垃圾成分复杂化。生物可分解垃圾往往都是易腐、易臭的，使用塑料等高分子材料对垃圾进行包装，尽管暂时消除人类生产、生活产生的垃圾对环境形成的污染，但是它也因此产生许多带污染物的废弃有机高分子材料。这部分材料与生活垃圾等易腐物质混合后不容易分类，不容易分解，处理产生困难，利用价值低，从而形成严重的二次污染。世界各国主要采用袋装垃圾的收集方法实质上是在表面上消除了生活垃圾对城市和居住地的污染，确切地说是污染物的转移，这类垃圾并没有被自然所消化，由于所使用的大量的塑料等生物难于降解的高分子材料作为包装导致这样的垃圾污染在环境中长期存在并且不断积累，加重自然环境的污染。使人类生活所依赖的自然环境严重污染而不堪重负。

目前，解决这类垃圾问题的主要方法只能是将垃圾减容、减量、和有限度的资源化、能源化及无害化处理。目前主要有填埋、堆肥及焚烧处理三种方法。实际上除了少部分堆肥外，其他大部分方法只是污染源形式的转移或转化，并没有从根本上彻底消灭这样的污染。垃圾的填埋只是污染物的转移，垃圾填埋一方面处理埋掉了可利用物，另一方面填埋场地占用土地，由于填埋场地的特殊要求，场地的选择越来越困难，运输、填埋、管理等费用也不断提高。填埋场占地面积大，同时存在严重的二次污染，例如垃圾渗出液会污染地下水及土壤，垃圾堆放产生的臭气严重影响场地周边的空气质量，另外，垃圾发酵产生的甲烷气体既是火灾及***隐患，排放到大气中又会产生温室效应。而且填埋场处理能力有限，服务期满后仍需投资建设新的填埋场，进一步占用土地资源。堆肥处理不能处理不可腐烂的有机物和无机物，由于垃圾的袋装化形成大量的塑料等高分子材料废弃物不能被微生物分解，这些废弃物必须分捡出来，另行处理，因此减容、减量及无害化程度低；堆肥周期长，占地面积大，卫生条件差；堆肥处理后产生的肥料肥效低、成本高，与化肥比销售困难，经济效益差。焚烧处理对垃圾低位热值有一定要求，不是任何垃圾都可以焚烧的。垃圾中可利用资源被销毁，是一种浪费资源的处理方法，即使回收热能也只能做到废物一次性再生的目的，无法实现资源的多次循环利用。焚烧产生的大量烟气，带走的热能又是一种很大的损失、产生的烟气必须净化，净化技术难度大、运行成本高。焚烧产生的残渣还必须消化。还有，焚烧设备一次性投资大，运行成本高。

通过中国专利检索和国际专利检索，目前有许多专利技术对垃圾的处理提出了不同的方法。但是，大多数专利都是建立在目前的垃圾的收集和运输现状基础上。现有的厨房、食物垃圾处理器(例如专利号03227859.4，01126974X，US7360729，US7337996，US6007006等美国专利和专利号为200520060921.3，200420080885.2，9622682.8，025406.7，0228364.7等中国专利)提出的大多是安装在洗菜池底下，防止垃圾堵塞下水道等为目的，简单地，或只是为了排放的方便把食品废料切碎用水简单地冲入或排入下水道。这样一是造成部分可利用资源的浪费，同时制造新的污染源、增加城市污水负荷、并且浪费水源。此外，使用不方便，因为首先要把垃圾人工切小，然后送入机口，费工费力，特别是遇到骨头等硬物容易卡机。美国专利US7108788提出在现场把厨余垃圾磨小与生活废水混合然后再进行现场固、液分离生产沼气、废水排放入下水道的现场处理利用垃圾方法，其占地面积大、工艺过程复杂、运行成本高、家庭和工厂难于容纳、不容易实施和增加城市污水处理负荷等缺点。英国有人提出采用真空管道吸引方法排放垃圾，把垃圾放进指定的容器内然后由真空管道完成输送的目的，但是其仍然排除不了靠人工清理垃圾桶和包装的过程，运行成本高，管道容易堵塞。

那么，我们是否能够实现只要把垃圾丢进家庭和工厂的垃圾桶就可以完成整个自动清理、收集、输送和排放过程而完全不费人工？如何改变目前使用的垃圾排放、收集、运输的传统方法，实现垃圾排放自动化、无袋化，消除由于人类生产、生活产生的生物可以降解、易腐、易臭垃圾的污染的同时、达到使生产、生活垃圾的清理、排放、集中、运输自动化，完全排除有机高分子材料产生的污染和浪费。超越垃圾转移、控制和销毁垃圾的传统法，提供有力的措施，既方便人类的生产、生活，又可以科学地处理、利用垃圾并取得一定效益就成为本发明的主要目的。

3、发明内容

本发明专利提供一种全封闭的垃圾清理、排放、收集、集中和运输自动化和综合利用的新方法以及实现本发明方法的机械装置(多功能机械打浆垃圾桶)和设施。本发明专利的具体内容就是把垃圾直接丢进垃圾本发明设计的打浆垃圾桶，待累积一定量后，通过多功能机械打浆垃圾桶把垃圾按照一定的比例的水打浆使其液浆具备流动性，利用管道完成排放、输送的目的，从而改变目前传统的垃圾排放、收集、运输和存储方式、在根本上消除塑料等有机高分子材料袋装垃圾，达到全封闭的垃圾清理、收集、集中和运输自动化的基础上实现综合循环利用从而彻底消除垃圾污染的目的。

实际上，人类生活、生产产生的垃圾大部份是生物可降解的有机物，他们是可以通过生物降解和循环利用的。问题在于为了人类生产、生活的便利和垃圾收集、运输和存放的方便大量使用塑料等生物不可以降解的有机高分子材料对垃圾进行包装导致垃圾失去可利用价值或增加垃圾循环利用的困难和生物分解困难从而产生新的二次污染。

城市家庭生活和生产垃圾主要成分可以分为生物可以降解垃圾和生物不可降解垃圾两种，生物可以降解的垃圾一般有蔬菜下脚料、骨头、食品废物、纸、木头、草、纺织物等，生物不可降解垃圾一般为玻璃、金属、橡胶与塑料等。生物不可降解垃圾中大部分材料是可以通过分类进行循环利用的。正常生活、生产垃圾通常含水在50％---80％。一般含水80％以上的细小颗粒液态混合体都具有流动性。因此，本发明是在垃圾分类的基础上，将生物可降解的固体垃圾按照一定的含水比例进行打浆液化或流体化，由设在家庭、工厂和街道的全自动打浆液化或流体化垃圾桶，将人类生产、生活产生的有机生物可降解的固体垃圾按照一定比例的含水量转化成为可以流动的液体或流体等垃圾浆，采用管道、水泵加压和槽车等完成对垃圾全封闭的排放、收集、存储和输送，首先实现垃圾排放无袋化、自动化。这样从源头上消除塑料等生物不可降解的有机高分子材料通过生产和生活垃圾的包装等途径流入自然环境造成污染，同时取得成分单一、可利用价值高的液态垃圾浆进行循环利用，使街道、住家和工厂生活、生产形成的固体垃圾资源化。从而达到垃圾资源化、可持续发展和综合利用的目的。

本专利的具体实施方案和工艺流程是：

1、将生产、生活产生的垃圾直接放进本发明设计的多功能机械打浆垃圾桶存放，待累积一定量后，由垃圾桶自动按照一定的含水比例把固体垃圾打浆液体化或者流体化。

2、通过管道将液态或流体化后的垃圾浆输送到氧化集中池。

3、根据垃圾浆的成分和利用价值，用水泵或液体运输车把液体化或流体化垃圾浆输送至：

a、养殖场，消毒后用作动物饲料。b、甲烷发酵池生产甲烷(沼气)。

4、产生的甲烷(沼气)经过脱硫、除二氧化碳等净化气体成为燃料等能源。

5、甲烷(沼气)生产后形成的产物沼液：

a、消毒后作为有机肥料用于农业灌溉。b、进一步脱水成为沼渣。

6、沼渣脱水产物加工成为：

a、有机肥料。b、炭化生产燃料。

7、甲烷(沼气)生产后的废水：

a、消毒后用于农业灌溉。b、净化后排放。

8、整个流程通过区域管理中心实现联机达到***自动化管理和资源合理调配。

本发明专利提供的垃圾打浆液化或流体化装置是一种兼自动化功能、机械功能和容器功能为一体的多功能机械打浆垃圾桶。该垃圾桶主要由201桶体、垃圾存放腔和主机外壳、202自动清洁喷淋孔、203安全断电和感应开盖器、204中央控制主版和连机信息交换终端***、205定时开关、206顶盖、207自动进水阀、208旋转刀片、209带放射锯齿和锯齿孔的磨盘、210水泵增压叶浆、211桶壁和附于其上的隔声材料、212重力压电水量自动配比***、213脚踏开盖器、214降低噪声、减震器、215驱动电机和转动方向、216自动排放阀、217螺旋垃圾浆底仓、218犁形阻挡板、月牙刀片、电加热器和防卡机装置、219上层刀片和下层刀片组成。

其功能主要是存放垃圾、打浆和实现的垃圾浆自动排放和输送。其主要工作原理是把生产、生活产生的蔬菜下脚料、根茎、骨头、果核、食品废物、草、树枝、纤维、布等垃圾直接投入多功能机械打浆垃圾桶、待累积一定量后，通过重力压电感应器和中央控制主版按照设定的比例启动自动进水阀加入一定比例的水，目的在于减少水资源的浪费、降低城市污水负荷和提高垃圾浆液的浓度。然后启动电机带动刀具旋转对垃圾进行切削的同时形成强大的离心力把骨头、根茎等硬度大和个体大的固体垃圾带向犁形阻挡板、月牙刀片、在进一步切削的同时把骨头等硬度大的固体垃圾卡在犁形阻挡板、月牙刀片与带放射锯齿和锯齿孔的磨盘之间形成向下的压力，通过旋转的带放射锯齿和锯齿孔的磨盘进行磨削形成垃圾浆，通过调节犁形阻挡板的弹性和电机旋转方向达到防止卡机和自动排除卡机的作用，形成的垃圾液浆在水泵增压叶桨形成的压力驱动下进入设有放射锯齿的磨盘边缘的锯齿孔，垃圾纤维等通过安装在放射锯齿和锯齿孔的磨盘上、下的刀片进一部剪切形成垃圾浆排入螺旋垃圾浆底仓，然后通过中央控制主版启动自动排放阀，垃圾浆在水泵增压叶浆的驱动下进入排放管道。为了达到自动、安全、清洁和方便的目的，本发明多功能机械打浆垃圾桶设有自动清洁喷淋孔、安全断电和感应开盖器、顶盖、脚踏开盖器、中央控制主版、定时开关。为了垃圾浆排放的畅通性和打浆垃圾桶整体空间布局的合理性，本发明设计螺旋底垃圾浆液仓。

为了减少产生的噪音，本多功能机械打浆垃圾桶桶壁上附有隔声材料和降低噪声、减震器。为了适应户外和寒冷地区使用，本发明多功能机械打浆垃圾桶设有自动加热***。为了***和区域管理和集中调配，本发明多功能机械打浆垃圾桶设有自动、定时启动***和联机信息交换***。

经过多功能机械打浆垃圾桶流体化的垃圾浆通过管道汇集到氧化集中池，然后由水泵或液体运输车按照垃圾浆的成分、可利用价值和独立住宅、居民区、工厂的场地不同输送到下面相关的处理设施进行分别处理。

对于有机食品垃圾浆经过消毒灭菌后作为饲料进入养殖业的蛋白生产和循环利用。

对没有饲料价值的垃圾浆送往沼气池进行甲烷的生产，在消除温室气体的同时生产有效可利用能源。沼渣采用重力脱水，干燥、生产有机肥料。也可以进一步加工、碳化成为有机碳等燃料。排出的废水可以消毒后直接作为农业灌溉或采用活性炭净化排放。本发明提供的重力脱水装置是由多块滤布和过滤材料与金属网、支架制造的弧形装置连接构筑成为的大型圆柱和集水池组成。用水泵将沼渣灌入园柱体内，利用重力通过滤布和过滤材料自然过滤、压实和自然干燥。然后，拆卸开滤布和过滤材料与金属网、支架制造的弧形装置取出脱水后的沼渣，干燥成为有机肥或炭化成为燃料。本重力脱水装置结构简单、使用方便、运行成本低和工程投入少。

工艺流程中综合利用的设施和器械要素可以根据垃圾浆的成分、用途和场地独立组合以适应独立住宅、居民区、街道、工厂、商业以及不同人口聚集地提供的不同使用条件。

对于独立居民住宅和人口比较稀的居民小区的垃圾可以打浆液化后直接排入小型住宅沼气生产池，沼液经过消毒后作为花园、公园和道路草地、花卉和树木的肥料灌溉。

本发明专利达到的技术效益在于：

a、直接将大型的瓜、果、骨头、果核等垃圾投入垃圾桶，待累积一定量后，由多功能机械打浆垃圾桶自动完成在一定的含水比例下打浆液化，通过管道自动排放进入户外集中池，完成垃圾收集，彻底排除垃圾袋包装和人工收集过程，实现城市固体垃圾的清理、收集、运输和存储全部自动化、全封闭。在干净卫生的同时大幅度降低人工成本、方便使用者。与此同时实现了垃圾的资源化利用，从中取得社会效益、环境效益和经济效益。

b、实现自动按比例配水的垃圾打浆液体方法，即在一定比例下添加适量的水、防止水源浪费和增加城市污水负荷，节约水资源，减少废水排放。因此本专利提供的方法同样可以在缺水的地区使用，而且不会增加城市供水和废水的负荷。

c、通过信息交换终端和管理***实现区域生产管理。根据消化设施的处理能力通过信息交换终端***和中央控制***与管理中心的信息交换实现区域生产能力的合理调配。

d、设置自动加热***，适应户外，户内和不同气候、气温和季节等环境下工作。

e、收集的垃圾生物可分解有机物成分含量高，纯度高，可利用价值高。

f、收集和运输，成本底，方便，容易实施，节能。

g、管道输送垃圾封闭性强不会因为泻漏带来市容污染、其密封性好，无臭、无味，不易被老鼠、蟑螂等动物所侵而导致疾病的扩散和传播，同时减少因为垃圾的收集和运输造成交通拥挤。

h、完全排除塑料等有机高分子材料以包装材料等途径进入垃圾，彻底消除有机高分子材料对环境产生的污染。使垃圾成分达到单一的生物可分解的有机液体，在自然条件下可以完全自然消化和净化。

4、附图说明

图1是垃圾液化或流体化和垃圾综合利用流程图。图中，1是设在家庭和工厂的多功能机械打浆垃圾桶。2是设在街道上的多功能机械打浆垃圾桶。3是连接家庭、工厂和街道的全自动垃圾液化或流体化垃圾桶的管道。4、是好氧和液化或流体化垃圾收集、集中槽。5a是水泵。5b是运输糟车。6是饲养场。7是厌氧沼气(甲烷)发酵池。8是沼气(甲烷)脱硫、脱二氧化碳净化车间。9是沼气(甲烷)回收管道。10是沼气池产物消毒车间。11是重力脱水器。12是农作物排灌地。13是污水处理车间。14是管理中心。

图2是多功能机械打浆垃圾桶的结构图。图中201桶体、垃圾存放腔和主机外壳。202是自动清洗、喷淋孔。203是安全断电和感应开盖器。204中央控制主版和信息交换终端。205定时启动开关。206顶盖。207自动进水阀。208磨盘上的旋转刀片。209带放射锯齿和锯齿孔的磨盘。210水泵增压叶浆。211桶壁和附于其上的隔声材料。212重力压电水量自动配比***。213脚踏开盖器。214降低噪声、减震器。215驱动电机和转动方向。216自动排放阀。217螺旋垃圾浆底仓。218犁形阻挡板、月牙刀片、防止卡机装置和电加热器。219上层刀片和下层刀片。

图3是独立住宅垃圾打浆液化、甲烷生产和产物利用模式图。图中，301是设在家庭的多功能机械打浆垃圾桶。303是连接家庭多功能机械打浆垃圾桶与甲烷发酵生产池的管道。307是厌氧沼气(甲烷)发酵池。308脱硫、脱二氧化碳净化是沼气(甲烷)。312是花园、草地和树木等作物排灌地。314是家用供热发生器。

5、实施例

实施例1、首先将垃圾投入多功能机械打浆垃圾桶1-2、待累积一定量后，多功能机械打浆垃圾桶自动按设定的比例与水混合、通过搅拌切削和研磨形成可流动物质并通过连接各个垃圾桶的管道3排放、集中、输送到汇集池4。为节约用水，参入垃圾的水可以是生活、生产废水，减轻城市污水量，也可是自来水，但用量很少。因为垃圾的含水率50-80％，其垃圾浆本身就有一定的流动性，加少量水实际上是为了增加流动性，满足管道输送的条件。具体操作是将各种垃圾，例如骨头、土豆、木头、南瓜、纸、纤维、牧草等通过感应或脚踏打开设在街道、家庭和工厂的直桶式多功能液化或流体化垃圾桶201内，盖上顶盖206，电源自动接通，按照区域控制中心14的指令和个人的指令启动定时器，在指定和设定的时间多功能机械打浆垃圾桶自动开启，重力压电水量自动配比***212自动感应，把信号传给中央控制主版204，在中央控制主版的控制下启动自动进水阀207自动调配水量和比例，启动驱动电机215，通过旋转刀片208切削和形成的离心力将骨头、木头等硬度大不容易切削的垃圾推向犁形阻挡板、月牙刀片218，并卡在犁形阻挡板218与放射锯齿和锯齿孔的磨盘209之间、通过旋转的放射锯齿和锯齿孔的磨盘磨成为小的颗粒，难磨的纤维等通过磨盘锯齿孔和上、下层刀片219二次剪切形成垃圾浆，在水泵增压叶桨210的驱动下在垃圾桶内的垃圾浆形成向下的驱动力、通过螺旋垃圾浆底仓217、在中央控制主版204的控制下开启自动排放阀216，进入连接垃圾桶之间的输送管道流向设在城市小区的氧化集中池4。然后由机械车辆5b、水泵5a和管道输送至沼气池7和养殖场6。完成打浆后多功能机械打浆垃圾桶自动开启少量水清洗***除臭。

生产的沼气经过脱硫、脱二氧化碳8等净化后作为能源利用。沼气发酵后的残留物(沼液)经储肥池贮存、消毒10后，直接由管道、罐车运输到田间12、公园进行喷灌。沼气生产后的沼液可以还田，剩余的沼液实行固液分离11，脱水后的沼渣制成有机固体肥料、炭化燃料，清液按工艺要求部分循环回流入沼气池，部分经灭菌处理后直接用于农业排灌和经过活性炭过滤(自然处理、氧化沟、氧化塘、人工湿地)深度处理后排放。***由中央控制中心进行生产资源和设施的容量、生产能力合理调配。

实施例2

小型居民住宅直接排灌型：图3是独立居住区垃圾液化、甲烷生产和产物利用模式图。将各种生活垃圾投入设置在住宅或住宅区内的多功能机械打浆垃圾桶301，通过多功能机械打浆垃圾桶301将垃圾打浆液化或流体化后通过管道303汇集到甲烷(沼气)发酵池307，生产获得的甲烷(沼气)经过净化器308净化后作为燃料。沼渣、沼液经过消毒后由管道引入花园312直接排灌。

实施例3

养殖和蛋白质再生产；将各种生活区的厨余垃圾和食品加工后的残余物投入设置在住宅或工厂内的多功能机械打浆垃圾桶1，通过多功能机械打浆垃圾桶1将垃圾打浆液化或流体化，通过管道汇集到消毒池10，经过灭菌净化后作为饲料供养殖6和生态自然净化。

Claims (3)

1.一种全封闭垃圾排放输送自动化与综合利用的方法和器械其特征是由把垃圾按含水比例打浆液化、形成具备流动性的垃圾浆采用管道输送及综合利用的工艺流程和实现工艺流程的多功能机械打浆垃圾桶1---2，管道3，集中池4，水泵5a和运输糟车5b，饲养场6、沼气(甲烷)发酵池7，沼气净化车间8、沼气回收管道9，沼渣消毒车间10、沼渣脱水设备11、农作物排灌地12、污水处理车间13和中央管理控制中心14组成。

2.按照权利要求一所述的多功能机械打浆垃圾桶其特征在于该垃圾桶是带机械装置和自动化装置的多功能垃圾存储容器。该容器是由201桶体、垃圾存放腔和主机外壳、202自动清洁喷淋孔、203安全断电和感应开盖器、204中央控制主版和联机信息交换终端***、205定时开关、206顶盖、207自动进水阀、208旋转刀片、209带放射锯齿和锯齿孔的磨盘、210水泵增压叶浆、211桶壁和附于其上的隔声材料、212重力压电水量自动配比***、213脚踏开盖器、214降低噪声、减震器、215驱动电机和转动方向、216自动排放阀、217螺旋垃圾浆底仓、218犁形阻挡板、月牙刀片、电加热器和防卡机装置、219上层刀片和下层刀片组成。

3.按照权利要求一所述的工艺流程其综合利用的设施和器械要素可以根据垃圾浆的成分、用途和场地独立组合以适应独立住宅、居民区、街道、工厂、商业及不同人口聚集地提供的不同使用条件。

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