处理乡镇垃圾和污水的系统及方法与流程

本发明属于固废资源化利用领域，具体涉及一种处理乡镇垃圾和污水的系统及方法。

背景技术：

乡镇垃圾包括乡镇用户日常产生的生活垃圾，包括常规的厨余垃圾、塑料、纸张、炉渣、废铁、建筑垃圾等，具有成分复杂、种类多等特点，易腐烂，易生有害细菌，散发臭味等环境污染。

目前、县级以下乡镇及村庄个体等分类意识差，导致影响尾端处置，例如生活垃圾进行尾端焚烧时热值低垃圾，对整体效益有很大影响。生活垃圾填埋处置时容易产生渗滤液，导致夏季时渗滤液产生量急剧增加，增加填埋场运营成本，影响填埋场作业环境。

乡镇垃圾产生量约为0.8～1.2kg/人·d，一般县级城市人口10万以下，乡镇垃圾产生量在100t/d，相比常规生活垃圾焚烧发电项目，没有规模化效益。

乡镇污水包括乡镇用于日常产生的生活污水，乡镇污水产生量为120-180l/人·d，多数地区因未设置排水管网，输送距离远，未得到有效处理，就地乱排现象。乡镇污水很大程度上没有规模化效益。

因此，规模化地处理乡镇垃圾和污水亟待探究。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种处理乡镇垃圾和污水的系统及方法，采用该系统可以实现乡镇垃圾和污水的资源化和减量化处理，从而从根本上解决了乡镇环境差的问题。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理乡镇垃圾和污水的系统。根据本发明的实施例，所述系统包括：

乡镇垃圾预处理装置，所述乡镇垃圾预处理装置具有乡镇垃圾入口、有机垃圾出口和无机垃圾出口；

乡镇污水过滤装置，所述乡镇污水过滤装置具有乡镇污水入口、固体杂质出口和分离液出口；

浮选酸化装置，所述浮选酸化装置具有有机垃圾入口、分离液入口、轻质物入口、有机液出口和重质物出口，所述有机垃圾入口与所述有机垃圾出口相连，所述分离液入口与所述分离液出口相连；

厌氧发酵装置，所述厌氧发酵装置具有有机液入口、沼气出口和沼渣出口，所述有机液入口与所述有机液出口相连；

脱水装置，所述脱水装置具有沼渣入口、脱水渣出口和污水出口，所述沼渣入口与所述沼渣出口相连；

翻堆装置，所述翻堆装置具有脱水渣入口和有机肥出口，所述脱水渣入口与所述脱水渣出口相连。

根据本发明实施例的处理乡镇垃圾和污水的系统通过将乡镇垃圾预处理后分离的有机垃圾与乡镇污水过滤后的分离液混合进行浮选酸化处理，有效弥补了乡镇垃圾含水率低、流动性差和搅拌困难等问题，而不再需要额外补给水，实现有机垃圾和分离液混合物中轻质物、有机液和重质物的高效分离，并且高效分离的有机液再进行厌氧发酵处理，沼气产率高，而发酵过程中产生的沼渣进行脱水后用于生产有机肥，即将乡镇垃圾和污水中的有机物转化为沼气和有机肥，变废为宝。由此，采用该系统可以实现乡镇垃圾和污水的资源化和减量化处理，从而从根本上解决了乡镇环境差的问题。

另外，根据本发明上述实施例的处理乡镇垃圾和污水的系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述乡镇垃圾预处理装置包括依次相连的破碎装置、磁选装置和筛分装置。由此，可以有效回收乡镇垃圾中的金属以及分离出无机杂质。

在本发明的一些实施例中，上述系统进一步包括：破碎分选装置，所述破碎分选装置具有轻质物入口、无机杂质出口和有机物出口，所述轻质物入口与所述轻质物出口相连。由此，可以有效分离出其中的有机物，该部分有机物可以回收利用，实现废物的资源化利用。

在本发明的一些实施例中，上述系统进一步包括：燃烧锅炉，所述燃烧锅炉具有冷凝水入口、沼气入口、燃烧烟气出口和蒸汽出口，所述沼气入口和所述沼气出口相连，所述蒸汽出口与所述厌氧发酵装置相连。由此，可以实现系统热源的自给，降低了整体运行成本。

在本发明的一些实施例中，上述系统进一步包括：净化装置，所述净化装置具有污水入口和达标水出口，所述污水入口与所述污水出口相连。

在本发明的再一个方面，本发明提出了一种处理乡镇垃圾和污水的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

(1)将乡镇垃圾供给至所述乡镇垃圾预处理装置进行预处理，以便得到有机垃圾和无机垃圾；

(2)将乡镇污水供给至所述乡镇污水过滤装置进行过滤，以便得到固体杂质和分离液；

(3)将所述有机垃圾和所述分离液供给至所述浮选酸化装置进行浮选酸化处理，以便得到轻质物、有机液和重质物；

(4)将所述有机液供给至所述厌氧发酵装置进行厌氧发酵处理，以便得到沼气和沼渣；

(5)将所述沼渣供给至所述脱水装置进行脱水处理，以便得到脱水渣和污水；

(6)将所述脱水渣供给至所述翻堆装置进行堆肥处理，以便得到有机肥。

根据本发明实施例的处理乡镇垃圾和污水的方法通过将乡镇垃圾预处理后分离的有机垃圾与乡镇污水过滤后的分离液混合进行浮选酸化处理，有效弥补了乡镇垃圾含水率低、流动性差和搅拌困难等问题，而不再需要额外补给水，实现有机垃圾和分离液混合物中轻质物、有机液和重质物的高效分离，并且高效分离的有机液再进行厌氧发酵处理，沼气产率高，而发酵过程中产生的沼渣进行脱水后用于生产有机肥，即将乡镇垃圾和污水中的有机物转化为沼气和有机肥，变废为宝。由此，采用该系统可以实现乡镇垃圾和污水的资源化和减量化处理，从而从根本上解决了乡镇环境差的问题。

另外，根据本发明上述实施例的处理乡镇垃圾和污水的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，上述方法进一步包括：(7)将步骤(3)得到的所述轻质物供给至破碎分选装置进行分选，以便得到无机杂质和有机物。由此，可以有效分离出其中的有机物，该部分有机物可以回收利用，实现废物的资源化利用。

在本发明的一些实施例中，上述方法进一步包括：(8)将步骤(4)得到的所述沼气供给至燃烧锅炉进行燃烧与冷凝水进行换热，以便得到燃烧烟气和蒸汽，并将所述蒸汽返回至步骤(4)中对所述厌氧发酵装置进行间接加热。由此，可以实现系统热源的自给，降低了整体运行成本。

在本发明的一些实施例中，上述方法进一步包括：(9)将步骤(5)得到的污水供给至净化装置进行净化处理，以便得到达标水。

在本发明的一些实施例中，在步骤(4)中，所述厌氧发酵的温度为35～39摄氏度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的处理乡镇垃圾的系统结构示意图；

图2是根据本发明再一个实施例的处理乡镇垃圾的系统结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的处理乡镇垃圾的方法流程示意图；

图4是根据本发明再一个实施例的处理乡镇垃圾的方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理乡镇垃圾和污水的系统。根据本发明的实施例，参考图1，该系统包括：乡镇垃圾预处理装置100、乡镇污水过滤装置200、浮选酸化装置300、厌氧发酵装置400、脱水装置500和翻堆装置600。

根据本发明的实施例，乡镇垃圾预处理装置100具有乡镇垃圾入口101、有机垃圾出口102和无机垃圾出口103，且适于对乡镇垃圾进行预处理，以便得到有机垃圾和无机垃圾。优选的，乡镇垃圾预处理装置包括依次相连的破碎装置、磁选装置和筛分装置，具体的，乡镇垃圾经板式给料机(处理能力为5～30t/h)供给至破袋机进行破袋，然后供给至破碎装置(对辊破碎机)进行破碎处理，得到粒径50mm左右的垃圾颗粒，再经输送装置(螺旋输送机或皮带输送机)输送至磁选装置进行磁选分离，使得垃圾中的铁质物被分离回收，剩余垃圾再供给至筛分装置(振动筛，筛孔为40～50mm)进行筛分，垃圾中的无机物如砖块石头等大颗粒无机垃圾从筛上分离后进行填埋，而垃圾中含有有机物的小颗粒有机垃圾在筛下分离。

根据本发明的实施例，乡镇污水过滤装置200具有乡镇污水入口201、固体杂质出口202和分离液出口203，且适于对乡镇污水进行过滤处理，以便分离得到分离液以及含有瓶盖塑料袋等的固体杂质。具体的，乡镇污水过滤装置内具有粗格栅(格栅筛孔大小为1～2mm)，乡镇污水经过滤装置被其中的粗格栅分离。

根据本发明的实施例，浮选酸化装置300具有有机垃圾入口301、分离液入口302、轻质物入口303、有机液出口304和重质物出口305，有机垃圾入口301与有机垃圾出口102相连，分离液入口302与分离液出口203相连，且适于将上述得到的有机垃圾和分离液进行浮选酸化处理，以便分离得到含有纸张、塑料等的轻质物以及含有小颗粒建筑垃圾如沙土玻璃渣等的重质物和比重位于轻质物和重质物之间的含有有机物的有机液。发明人发现，通过将乡镇垃圾预处理后分离的有机垃圾与乡镇污水过滤后的分离液混合进行浮选酸化处理，有效弥补了乡镇垃圾含水率低、流动性差和搅拌困难等问题，而不再需要额外补给水，实现有机垃圾和分离液混合物中轻质物、有机液和重质物的高效分离，从而为后续垃圾的资源化和减量化提供保障。具体的，该浮选酸化装置为立式搅拌装置，其罐体为圆柱形钢制罐体，停留时间为0.5～1d，乡镇垃圾预处理装置中得到的有机垃圾经螺旋输送机送至浮选酸化装置，乡镇污水过滤装置中得到的分离液经螺杆泵或潜污泵送至浮选酸化装置，并且有机垃圾和分离液的质量比为(0.8～1)：1。由此，可以显著提高轻质物、重质物和有机液的分离效率。

根据本发明的实施例，厌氧发酵装置400具有有机液入口401、沼气出口402和沼渣出口403，有机液入口401与有机液出口304相连，且适于将上述分离得到的有机液进行厌氧发酵，以便得到沼气和沼渣。具体的，该厌氧发酵装置为立式搅拌装置，其罐体为圆柱形钢制罐体，停留时间为25～30d，有机液中含水率为90～95wt％，将上述得到的有机液经柱塞泵或螺杆泵供给至厌氧发酵装置中，并且厌氧发酵过程的温度为35～39摄氏度。由此，通过将乡镇垃圾和乡镇污水处理后的有机液进行厌氧发酵处理，具有很高的产气率，从而提高其经济价值。

根据本发明的实施例，脱水装置500具有沼渣入口501、脱水渣出口502和污水出口503，沼渣入口501与沼渣出口403相连，且适于对上述得到的沼渣进行脱水处理，以便得到脱水渣(水含量为70～80wt％)和污水。具体的，将上述得到的沼渣经螺杆泵供给至脱水装置，并且该脱水装置为离心脱水机或板框脱水机。

根据本发明的实施例，翻堆装置600具有脱水渣入口601和有机肥出口602，脱水渣入口601与脱水渣出口502相连，且使用对上述得到的脱水渣进行堆肥，以便得到有机肥，该有机肥可以用于农田园林施肥等。

根据本发明实施例的处理乡镇垃圾和污水的系统通过将乡镇垃圾预处理后分离的有机垃圾与乡镇污水过滤后的分离液混合进行浮选酸化处理，有效弥补了乡镇垃圾含水率低、流动性差和搅拌困难等问题，而不再需要额外补给水，实现有机垃圾和分离液混合物中轻质物、有机液和重质物的高效分离，并且高效分离的有机液再进行厌氧发酵处理，沼气产率高，而发酵过程中产生的沼渣进行脱水后用于生产有机肥，即将乡镇垃圾和污水中的有机物转化为沼气和有机肥，变废为宝。由此，采用该系统可以实现乡镇垃圾和污水的资源化和减量化处理，从而从根本上解决了乡镇环境差的问题。

进一步的，参考图2，上述处理乡镇垃圾和污水的系统还包括：破碎分选装置700、燃烧锅炉800和净化装置900。

根据本发明的实施例，破碎分选装置700具有轻质物入口701、无机杂质出口702和有机物出口703，轻质物入口701和轻质物出口303相连，且对上述分离得到的轻质物进行破碎分选，以便分离无机杂质和有机物。具体的，该破碎分选装置为离心分选机，通过高速离心分离方式分离出含有塑料和纸张等的有机物回用于其原生产工序，而分离得到的无机杂质填埋。

根据本发明的实施例，燃烧锅炉800具有冷凝水入口801、沼气入口802、燃烧烟气出口803和蒸汽出口804，沼气入口802和沼气出口402相连，蒸汽出口804与厌氧发酵装置400相连，且适于将上述厌氧发酵处理产生的沼气供给至燃烧锅炉中进行燃烧对冷凝水进行加热，得到燃烧烟气和蒸汽，蒸汽供给至厌氧发酵装置中提供热源。由此，可以实现系统热源的自给，降低了整体运行成本。

根据本发明的实施例，净化装置900具有污水入口901和达标水出口902，污水入口901与污水出口503相连，且适于对上述脱水过程得到的污水进行净化，得到达标水。具体的，净化装置为活性炭吸附装置、超滤装置或纳滤装置。

如上所述，根据本发明实施例的处理乡镇垃圾和污水的系统可具有选自下列的优点至少之一：

(1)根据本发明实施例的处理乡镇垃圾和污水的系统可以分离乡镇垃圾的无机杂质、有机质、金属、重质物、轻质物等，达到“高效分离，资源化回收”的目的。

(2)根据本发明实施例的处理乡镇垃圾和污水的系统通过高效分离后的有机液采用厌氧发酵具有很高的产气率，不需要额外补充稀释水，采用乡镇污水进行稀释，达到乡镇垃圾及污水的互补作用。

(3)根据本发明实施例的处理乡镇垃圾和污水的系统将有机质很好的转化为沼气等清洁能源，能源回收效率高，系统中不需要额外补充热源，降低整体运行成本。

(4)根据本发明实施例的处理乡镇垃圾和污水的系统将垃圾通过翻堆后产生有机肥，用于农田、园林施肥等，资源化和减量化程度高，很好的达到生态循环的目的。

在本发明的再一个方面，本发明公开了一种处理乡镇垃圾和污水的方法。根据本发明的实施例，参考图3，该方法包括：

s100：将乡镇垃圾供给至乡镇垃圾预处理装置进行预处理

该步骤中，将乡镇垃圾供给至乡镇垃圾预处理装置进行预处理，以便得到有机垃圾和无机垃圾。优选的，乡镇垃圾预处理装置包括依次相连的破碎装置、磁选装置和筛分装置，具体的，乡镇垃圾经板式给料机(处理能力为5～30t/h)供给至破袋机进行破袋，然后供给至破碎装置(对辊破碎机)进行破碎处理，得到粒径50mm左右的垃圾颗粒，再经输送装置(螺旋输送机或皮带输送机)输送至磁选装置进行磁选分离，使得垃圾中的铁质物被分离回收，剩余垃圾再供给至筛分装置(振动筛，筛孔为40～50mm)进行筛分，垃圾中的无机物砖块石头等大颗粒无机垃圾从筛上分离后进行填埋，而垃圾中含有有机物的下颗粒有机垃圾在筛下分离。

s200：将乡镇污水供给至乡镇污水过滤装置进行过滤

该步骤中，将乡镇污水供给至乡镇污水过滤装置进行过滤，以便分离得到分离液以及含有瓶盖塑料袋等的固体杂质。具体的，乡镇污水过滤装置内具有粗格栅(格栅筛孔大小为1～2mm)，乡镇污水经过滤装置被其中的粗格栅分离。

s300：将有机垃圾和分离液供给至浮选酸化装置进行浮选酸化处理

该步骤中，将上述得到的有机垃圾和分离液供给至浮选酸化装置进行浮选酸化处理，以便分离得到含有纸张、塑料等的轻质物以及含有小颗粒建筑垃圾如沙土玻璃渣等的重质物和比重位于轻质物和重质物之间的含有有机物的有机液。发明人发现，通过将乡镇垃圾预处理后分离的有机垃圾与乡镇污水过滤后的分离液混合进行浮选酸化处理，有效弥补了乡镇垃圾含水率低、流动性差和搅拌困难等问题，而不再需要额外补给水，实现有机垃圾和分离液混合物中轻质物、有机液和重质物的高效分离，从而为后续垃圾的资源化和减量化提供保障。具体的，该浮选酸化装置为立式搅拌装置，其罐体为圆柱形钢制罐体，停留时间为0.5～1d，乡镇垃圾预处理装置中得到的有机垃圾经螺旋输送机送至浮选酸化装置，乡镇污水过滤装置中得到的分离液经螺杆泵或潜污泵送至浮选酸化装置，并且有机垃圾和分离液的质量比为(0.8～1)：1。由此，可以显著提高轻质物、重质物和有机液的分离效率。

s400：将有机液供给至厌氧发酵装置进行厌氧发酵处理

该步骤中，将上述分离得到的有机液供给至厌氧发酵装置进行厌氧发酵，以便得到沼气和沼渣。具体的，该厌氧发酵装置为立式搅拌装置，其罐体为圆柱形钢制罐体，停留时间为25～30d，有机液中含水率为90～95wt％，将上述得到的有机液经柱塞泵或螺杆泵供给至厌氧发酵装置中，并且厌氧发酵过程的温度为35～39摄氏度。由此，通过将乡镇垃圾和乡镇污水处理后的有机液进行厌氧发酵处理，具有很高的产气率，从而提高其经济价值。

s500：将沼渣供给至脱水装置进行脱水处理

该步骤中，将上述得到的沼渣供给至脱水装置进行脱水处理，以便得到脱水渣(水含量为70～80wt％)和污水。具体的，将上述得到的沼渣经螺杆泵供给至脱水装置，并且该脱水装置为离心脱水机或板框脱水机。

s600：将脱水渣供给至翻堆装置进行堆肥处理

该步骤中，将上述得到的脱水渣进行供给至翻堆装置堆肥，以便得到有机肥，该有机肥可以用于农田园林施肥等。

根据本发明实施例的处理乡镇垃圾和污水的方法通过将乡镇垃圾预处理后分离的有机垃圾与乡镇污水过滤后的分离液混合进行浮选酸化处理，有效弥补了乡镇垃圾含水率低、流动性差和搅拌困难等问题，而不再需要额外补给水，实现有机垃圾和分离液混合物中轻质物、有机液和重质物的高效分离，并且高效分离的有机液再进行厌氧发酵处理，沼气产率高，而发酵过程中产生的沼渣进行脱水后用于生产有机肥，即将乡镇垃圾和污水中的有机物转化为沼气和有机肥，变废为宝。由此，采用该系统可以实现乡镇垃圾和污水的资源化和减量化处理，从而从根本上解决了乡镇环境差的问题。

进一步的，参考图4，上述处理乡镇垃圾和污水的方法还包括：

s700：将步骤s300得到的轻质物供给至破碎分选装置进行分选

该步骤中，将步骤s300得到的轻质物供给至破碎分选装置进行破碎分选，以便分离无机杂质和有机物。具体的，该破碎分选装置为离心分选机，通过高速离心分离方式分离出含有塑料和纸张等的有机物回用于其原生产工序，而分离得到的无机杂质填埋。

s800：将步骤s400得到的沼气供给至燃烧锅炉进行燃烧与冷凝水进行换热，并将蒸汽返回至步骤s400

该步骤中，将上述步骤s400厌氧发酵处理产生的沼气供给至燃烧锅炉中进行燃烧对冷凝水进行加热，得到燃烧烟气和蒸汽，蒸汽供给至厌氧发酵装置作为间接热源保持厌氧发酵装置内适宜的厌氧发酵温度。由此，可以实现系统热源的自给，降低了整体运行成本。

s900：将步骤s500得到的污水供给至净化装置进行净化处理

该步骤中，将上述步骤s500脱水过程得到的污水供给至净化装置进行净化，得到达标水。具体的，净化装置为活性炭吸附装置、超滤装置或纳滤装置。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例

采用本发明实施例的乡镇垃圾和污水处理系统，具体实施流程如下：

100吨/天规模的乡镇垃圾处理项目，乡镇垃圾经板式给料机(处理能力为5～30t/h)供给至破袋机进行破袋，然后供给至对辊破碎机进行破碎处理，得到粒径50mm左右的垃圾颗粒，再经螺旋输送机输送至磁选装置进行磁选分离，使得垃圾中的铁质物被分离回收，剩余垃圾再供给至振动筛，筛孔为40～50mm进行筛分，垃圾中的无机物如砖块石头等大颗粒无机垃圾从筛上分离后进行填埋(除去无机杂质20吨/天)，而垃圾中含有有机物的小颗粒有机垃圾在筛下分离，乡镇污水过滤装置内具有粗格栅(格栅筛孔大小为1～2mm)，乡镇污水(乡镇污水量为100吨/天)经过滤装置被其中的粗格栅分离，分离得到的分离液与有机垃圾供给至浮选酸化罐中，浮选后除去重物质5吨/天，轻物质5吨/天，有机液通过螺杆泵输送至厌氧发酵罐，进入厌氧发酵罐的有机液总量为170吨/天，厌氧发酵装置内的温度保持在35±2℃，进行发酵后产生沼气通过管道输送至锅炉燃烧，沼气的收率为30～40m³/吨有机液，其中，沼气含量为55～60v％的甲烷、35～40v％的二氧化碳等；发酵后产生的沼渣通过螺杆泵输送至压滤装置脱水，进入压滤装置的沼渣量为162吨/天，通过压滤装置分离后的沼渣量为16吨/天，翻堆装置翻堆后的有机肥产生量为10吨/天，污水产生量为146吨/天。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。