一种生活垃圾一体化堆肥系统及其堆肥方法与流程

本发明涉及生活垃圾的再利用技术，尤其是利用生活垃圾生产有机肥的方法。

背景技术：

生活垃圾是指在日常生活中或者为日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定视为生活垃圾的固体废物。生活垃圾可分成四类，即可回收垃圾、餐厨垃圾、有害垃圾和其他垃圾。可回收垃圾包括金属、塑料和玻璃等，这部分垃圾经过加工后可回收为有用资源；餐厨垃圾包括剩菜剩饭、骨头、菜根菜叶等食品类废物，这部分垃圾经过处理后可以生产有机肥；有害垃圾包括废电池、废日光管、废水银温度计和过期药品等，这部分垃圾中含有重金属，在堆放以及处理过程中容易造成水体和土壤环境污染，是垃圾处理和综合利用包括生产有机肥过程中亟需解决去除的难题。

目前利用生活垃圾堆肥的方法大致包括三个步骤，一是利用水洗法对生活垃圾进行分选；二是利用植物去除生活垃圾冲洗液中的重金属；三是去除生活垃圾堆肥过程中产生的臭气。在堆肥过程中，大都没有正规的堆肥仓，在已有公开的堆肥仓中，有以下两个专利：

中国专利2017100249874公开了一种新型生活垃圾堆肥仓，包括控制仓，堆肥仓以及渗滤液处理井。该装置结构复杂，耗电大，由于没有重金属处理措施，仅适合于对农村地区生活垃圾进行堆肥处理，所以不能大面积推广使用。

中国专利2010105133406公开了一种生活垃圾堆肥仓，它实际上就是一个密封的堆肥仓，堆肥仓下部设有水槽，通过太阳能给水槽加热促进堆肥仓内的垃圾发酵。该装置无法实现垃圾中重金属的去除。

因此，急需一种结构简单、成本低，可以同时对生活垃圾进行分选、去除重金属和除臭气的堆肥系统。

同样的，目前也没有一套完整的、可操作性的利用生活垃圾堆肥的方法，公开的已有技术中，大都是针对去除生活垃圾中的重金属进行去除，与本发明去除方法有关的技术是有利用植物去除生活垃圾中的重金属，实施时，需要在冲洗液中加入化学试剂或者在植物茎叶上喷洒一些修复剂，比如：

中国专利200910069577.7针对淋洗液中的重金属进行去除，方法是在淋洗液中添加edta，再用植物将淋洗液中的重金属富集转移到植物中，从而将淋洗液中的重金属去除。该发明专利虽然对淋洗液中重金属进行了有效去除，但仍然存在富集到植物中的重金属如何才能被去除的难题。

中国专利申请号201510226856.5公开了“环草隆在强化草坪草提取生活垃圾堆肥重金属方面的应用”它分别使用环草隆和edta，利用植物的富集作用去除重金属的方法；其去除原理和专利200910069577.7一样，同样存在富集到植物中的重金属如何才能被去除的难题。

中国专利申请号201510226896.x“氯吡硫磷在强化草坪草提取生活垃圾堆肥重金属方面的应用”中介绍了添加氯吡硫磷对堆肥进行淋洗，并利用高羊茅对淋洗液中重金属进行富集，虽然有助于重金属从堆肥中去除，但均因为添加氯吡硫磷导致产生二次污染并且造成植物中重金属收集和去除的技术难题。

上述三个专利在对植物中重金属去除时，由于添加了化学试剂导致冲洗液无法循环使用，提高了成本。

技术实现要素：

为了克服现有生活垃圾堆肥仓结构复杂、分选不彻底对有机肥肥质的不良影响以及耗电量大、成本高的技术缺陷，本发明提供一种生活垃圾一体化堆肥系统。利用该系统生产有机肥，不但根除了垃圾中的重金属，而且使得冲洗水可以循环使用，在保证肥质的前提下提高了效率。

本发明同时提供利用该系统生产有机肥的方法。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种生活垃圾一体化堆肥系统，其特征在于，它包括垃圾分选和重金属去除装置、堆肥仓和臭气去除装置，其中：

所述的垃圾分选和重金属去除装置包括一个水渠，按照用途分，水渠分为三段，水渠第一段为垃圾的冲洗段，水渠第二段为冲洗液重金属的去除段，水渠第三段为冲洗液的沉淀段，要求水渠第三段的直径小于水渠第一二段直径、深度大于水渠第一二段深度，适于冲洗液沉淀；在水渠第一段设有一个具有过滤作用的转笼，在转笼末端的水渠处向下挖设一个凹槽作为沉淀槽，凹槽的出水端设有第一格栅，第一格栅刚好处于水渠第一段和水渠第二段之间；在水渠第二段的水域中种植有水葫芦；在水渠第二段和水渠第三段之间设有第二格栅；在水渠第三段的末端上部设有出水口；

所述的堆肥仓是一个密封仓，密封仓的顶部设有抽气管，抽气管插入臭气去除装置中；

所述的臭气去除装置是在土渠底部铺设有一层砾石，砾石层上回填有土壤，土壤中种植有草坪。

通过上述系统生产有机肥的方法是：

第一步：生活垃圾的分选

将生活垃圾从转笼一端投入，随着水流的冲击和转笼在水渠中的转动，生活垃圾中的可溶解性的有机物质溶于水，不溶解的物质随着水流冲入沉淀槽，在沉淀槽中密度大于水的物质包括石块等沉降到沉淀槽中，每隔一段时间通过提升设备将不溶解性固体物质取出，而漂浮在沉淀槽水面上的物质被第一格栅过滤下来，通过清渣设备从第一格栅处将悬浮物质取出；这样生活垃圾在水渠第一段得到分选；

第二步：利用水生植物对生活垃圾冲洗水中重金属的去除

通过格栅的垃圾冲洗水进入水渠第二段，由于水渠第二段水域种植有水葫芦，在水葫芦生长的过程中将垃圾冲洗液中的重金属吸收富集到水葫芦根系中，慢慢转移到茎叶中，定期对水葫芦进行收割，将重金属从垃圾冲洗液中去除，同时垃圾冲洗液中含有大量的有机物质，可以为水葫芦提供生长的营养物质，包括氮磷化合物；

第三步：冲洗液的沉淀和回收

经过去除重金属的冲洗液流入宽度变窄但深度变深的水渠第三段，水流速度变慢，但沉降时间加长，使溶解在水中的物质沉降到沟渠底部，每隔一段时间通过刮泥装置将渠底泥集中起来储存到堆肥仓，用于堆肥；经过沉淀后的冲洗水再循环流回到垃圾冲洗的起始端再利用；

第四步：生活垃圾堆肥过程中臭气的去除

生活垃圾在堆肥过程产生的臭气通过抽气方式通到臭气去除装置，臭气排入到砾石层，臭气在砾石层中穿过并通过上层土壤进行过滤、吸附，在土壤中生长的大量微生物对臭气进行净化，净化后的臭气被转化或者分解成被草坪根系吸收的营养物质，从而被草坪利用，达到除臭效果。

本发明的优点是：

1、本发明专利采用水冲洗—重力复选—冲洗水重复循环利用相结合的方法，使生活垃圾生产有机肥具有低成本、分选彻底、节省水资源的优势。

2、本发明还利用水生植物对垃圾冲洗液中营养物质的吸收生长的同时，将垃圾冲洗液中的重金属转移、富集去除，克服了现有技术向冲洗液中加入化学试剂或者向植物上喷洒修复剂带来的技术缺陷。

3、本发明专利利用土壤—微生物—植物系统对垃圾堆肥过程中的臭气进行去除。生活垃圾堆肥是在密闭厂房内进行的，产生的臭气通过抽气方式通入到土壤-微生物-植物系统中。土壤-微生物-植物系统是在室外空地上建设的，建设步骤：先将上层土壤挖出，然后铺上一层砾石，再将土壤回填铺到砾石上面，再在壤层种植草坪。垃圾堆肥过程中产生的臭气通过抽气管道排入到砾石层，臭气在砾石层中穿过并通过上层土壤进行过滤、吸附，同时，在土壤中大量生长的微生物对臭气进行净化，从而转化或者分解成能被草坪根系吸收的营养物质，达到除臭效果，该方法具有运行成本低、操作简单、除臭效果好、节省费用的特点。

4、长期以来，本领域技术人员在面对利用生活垃圾生产有机肥的课题时，一直致力于探求怎么去除冲洗液中重金属来提高肥质，很少有人关注在整个工序过程中的成本、生产效率以及操作的可行性问题。本发明人打破常规思维，从堆肥的装置着手，将垃圾分选、重金属去除以及臭气消除做为一个整体考虑，提供一套一体化堆肥系统，从系统的技术方案可以看出，整个系统结构简单，操作便利，不但适应于工厂产业化，而且在农村也可以大面积推广；从生产工序可以看出，在彻底去除冲洗水中的重金属时使得冲洗水也得到了循环利用，在净化臭气同时也将臭气转化或者分解成被草坪根系吸收的营养物质，从而在提高肥质和生产效率的同时降低了成本，取得了意想不到的积极效果，符合专利法第22条第3款规定的创造性。

附图说明

图1是本发明系统实施例的主视图；

图2是图1中水渠第一段的立体示意图；

图3是图1中水渠第二段的立体示意图；

图4是图1中臭气去除装置的剖面示意图。

图中：1-水渠第一段，2-水渠第二段，3-水渠第三段，4-堆肥仓，5-臭气去除装置，6-转笼，7-沉淀槽，8-第一格栅，9-水葫芦，10-第二格栅，11-出水口，12-砾石层，13-土壤层，14-草坪，15-抽气管。

具体实施方式

下面以青岛某生活垃圾处理有限公司生产有机肥为例，介绍本发明专利的具体实施过程。

图1是本发明系统实施例的主视图，从图中可以看出，总体上包括垃圾分选和重金属去除装置、堆肥仓4和臭气去除装置5，其中：

所述的垃圾分选和重金属去除装置包括一个水渠，按照用途分，水渠分为三段，水渠第一段1为垃圾的冲洗段，水渠第二段2为冲洗液重金属的去除段，水渠第三段3为冲洗液的沉淀段，要求水渠第三段的直径小于第一二段直径、深度大于第一二段深度，适于冲洗液沉淀；在水渠第一段设有一个具有过滤作用的转笼6，在转笼6末端的水渠处向下挖设一个凹槽作为沉淀槽7，沉淀槽7的出水端设有第一格栅8，第一格栅8刚好处于水渠第一段1和水渠第二段2之间；在水渠第二段2的水域中种植有水葫芦9；在水渠第二段2和第三段之间3设有第二格栅10；在水渠第三段的末端上部设有出水口11。

所述的堆肥仓4是一个密封仓，密封仓的顶部设有抽气管15，抽气管15插入臭气去除装置中。

所述的臭气去除装置5是在土渠底部铺设有一层砾石层12，砾石层上回填有土壤层13，土壤中种植有草坪14。

通过上述系统进行堆肥的方法是：

第一步生活垃圾的分选(见图2)

将生活垃圾装入具有过滤了作用的转笼6里，通过笼轴带动转笼6旋转，生活垃圾在转笼6里面上下翻滚，并在水的冲击下朝水渠另一侧移动，在此过程中，不溶解性的物体如碎石块、碎玻璃、砖块等且密度大于水的物体最后沉降到水渠末端的沉渣槽7，悬浮在水体表面的塑料、泡沫、木块等被第一格栅8过滤下来，每隔一段时间从水体表面移走，进行再加工利用。水渠中的水流速度为3m/s，每天处理生活垃圾总重量为500吨，密度大于水且不溶解垃圾的重量为120吨，密度小于水的悬浮垃圾的重量为80吨，有机成分作为沉降淤泥的生活垃圾量为300吨。

第二步垃圾冲洗液中重金属的去除(见图3)

对垃圾冲洗液中的营养成分进行测定，发现其中含总氮为2.5％、有机磷(以p2o5计)含量为3.1％、钾(以k2o计)含量为0.3％，具备了植物生长的营养条件。在水渠第二段2水中种植水生植物水葫芦9，水葫芦9吸收垃圾冲洗液中的营养物质而生长，在生长过程中将垃圾冲洗液中重金属吸收、转移到水葫芦9的茎叶部，通过收割水葫芦9的方式，将重金属从垃圾冲洗液中去除，为避免由于水流冲击作用导致水葫芦9流失，在水渠第二段2末端设置第二格栅10。水葫芦去除重金属的效果是通过测定未用水葫芦处理和用水葫芦处理两种情况下，垃圾冲洗液中重金属浓度来判断，重金属离子包括铅、铬和砷，其浓度测定通过原子吸收分光光度法完成，结果如表1所示。

表1微生物燃料电池方法去除该公司垃圾中重金属的结果

第三步：冲洗液的沉淀和回收(见图1)

经过去除重金属的冲洗液流入宽度变窄但深度变深的水渠第三段3，水流速度变慢，但沉降时间加长，使溶解在水中的物质沉降到沟渠底部，每隔一段时间通过刮泥装置将渠底泥集中起来储存到堆肥仓4，用于堆肥；经过沉淀后的冲洗水再循环流回到垃圾冲洗的起始端再利用；

第四步：生活垃圾淤泥堆肥过程中臭气的去除(见图4)

本实施例利用土壤-微生物-植物系统去除垃圾淤泥堆肥过程中产生的臭气，具体建设方案：在堆肥仓4外面的空地上挖出长为150m，宽为45m，深度为0.8m的沟渠，在沟渠底部铺设深度为0.2m的砾石层12，砾石粒径为4-5cm，砾石层12上面覆盖厚度为0.6m的土壤层13，在土壤层13种植草坪14，沟渠一端布10条pvc抽气管15，与砾石层12连接，直径均为0.3m，长度为均2m，堆肥过程中产生的臭气通过抽气管15进入砾石层12，在砾石层12中进行过滤扩散，然后进入土壤层13，在土壤层13的过滤、吸附以及土壤层13中微生物的代谢作用下臭气被去除而转化到土壤中成为营养物质，被土壤中种植的草坪14的根系吸收，从而将垃圾堆肥过程中产生的臭气彻底去除，去除效果如表2所示。

表2土壤-微生物-植物系统去除垃圾淤泥堆肥过程中产生的臭气结果