專利名稱：村鎮(zhèn)污水與垃圾集約處理與資源化綠色工程的制作方法
村鎮(zhèn)污水與垃圾集約處理與資源化綠色工程
本發(fā)明屬于環(huán)境工程和農村生態(tài)環(huán)境建設工程，也是生物熱能供應工程。 我國正迅速走向農村城鎮(zhèn)化甚至城市化的階段，由于農村人口和面積均大大超過當
前城市的人口和面積，對村鎮(zhèn)污水與垃圾的處理與資源化日趨迫切和嚴重，從長遠看，其
重要性將超越城市環(huán)保的重要性。
近年國內外都關心村鎮(zhèn)環(huán)境保護，并提出了許多解決辦法，但是這些方法都存在一
些缺點。
新加坡將建第一條"綠色通道"，將垃圾焚燒后的灰燼鋪于柏油路下。這些灰燼得到 了處理，但其成份——其中的磷、鉀等元素，未能再循環(huán)，有了綠色，卻中止了肥料循環(huán)。
內蒙古鄂爾多斯市東勝區(qū)建成了垃圾聯(lián)合厭氧發(fā)酵生產線，它能將垃圾和污水廠的 污泥一起處理，最后形成固液態(tài)肥料和沼氣。此技術綜合利用了城市固態(tài)和半固態(tài)廢棄物， 但人工分揀機械化生產線上的塑料纖維類，磁選金屬物，風吹破玻璃，余下的進入垃圾發(fā) 酵大罐。這處理過程復雜，投資大，處理能力有限，且污水問題未能解決，顯然不適用于 廣大農村。
奧林匹克森林公園構建了源分離及生活廢物資源化循環(huán)利用的實用工程系統(tǒng)，解決 了污水處理達標和廢物的肥化處理、有機肥應用等技術措施，符合廢物資源化和節(jié)能減排 等環(huán)保理念。這是首次在公園建立生活排污源分離與就地資源化閉路循環(huán)系統(tǒng)。但這技術 只有在奧運會配套，工程不計投資，只要生態(tài)和國際影響的示范工程中使用，顯然不適用 于廣大農村。其由清華大學開發(fā)有源分離即單獨收集尿液、負壓分離大便的負壓源分離系 統(tǒng)，是任何農村所無法實施(無力投資)的陽春白雪，奧運會是此"曇花"唯一機遇。
湖北省恩施州生態(tài)家園戶用沼氣池項目于近日獲聯(lián)合國批準，成功注冊為清潔發(fā)展 機制(CDM)項目。這項目由中國農科院農業(yè)環(huán)境與持續(xù)發(fā)展研究所主持開發(fā)的項目，預 計可在io年內為3.3萬農戶帶來6000萬元的直接經(jīng)濟效益。該技術以每戶沼氣池建設為 重點，實現(xiàn)"一池三改"模式，把沼氣池建設同改廚、改圈、改廁結合起來，減少農戶人、 豬糞便及污水的甲垸排放，并將甲烷供農戶生活用能(熱)。該技術充分考慮農村環(huán)境保 護的特點，但沒有集約化的優(yōu)點，因此它單項工程數(shù)與農戶數(shù)等同，眾多工程的人力物力 投資巨大，也有美中不足。
上述技術均見諸近日報導，可見，對廢水廢物處理至今尚無集約化的十全十美的方 法，更無普遍適用于廣大農村的方法。
本發(fā)明博采迄今為止的城市污水和垃圾處理方法之所長，結合農村污水和垃圾富含 有機質而它們又是生物處理與利用對象的特點，及污染源點多分散又不宜高度集中處理， 必須節(jié)省初期投資和管理費用的農村特點，提出村鎮(zhèn)污水與垃圾的集約處理與資源化系統(tǒng) 工程(以下簡稱治污工程)，這是在農村建設環(huán)境友好型和資源節(jié)約型社會，使三農快速 現(xiàn)代化的利民技術。治污工程可以是相鄰幾村共用，亦可一鎮(zhèn)、幾鎮(zhèn)共用，每個工程的處理能力由服務區(qū) 內污水和垃圾的總量而定。
工程的位置選擇要由當?shù)氐匦?、夏季主導風向、村鎮(zhèn)分布、道路等等而定。在理想情 況下，工程位置選在服務區(qū)較中間的位置，在低洼區(qū)(以利污水聚集和垃圾運輸方便，但 應避開洪水區(qū))，在夏季主導風向的下風位置(以使居民完全不受污染空氣的影響，但在 村莊密集的地區(qū)難考慮)。說明書附

圖1是工程選址的示意圖。圖中100、卯、80為地形 等高線。圖幅內為寬緩的山谷。3個發(fā)酵地位于谷中。它們坡下方為污水土地處理區(qū)(如 虛線圈出的范圍)。發(fā)酵池上坡或周圍為幾個村莊(圖中斜線塊狀圖)，它們接收各村莊運 來的垃圾和污水。正常情況下由兩個發(fā)酵池產生甲烷(另一個備用)，由池頂?shù)募瘹庹旨?甲烷，再由管路送到各戶，供燒水、做飯和煮詞料，冬天燒土暖氣供熱等。我國除兩廣外， 冬季的氣溫很低，不利或不能供甲烷菌的高速繁殖所需的溫度，這時可由自產的甲烷氣為 發(fā)酵池加溫。即使在兩廣，自然氣溫也不一定是適合甲烷菌生長的最佳溫度。所以以自產 甲烷調節(jié)發(fā)酵池溫度，在任何氣候和地區(qū)也是必要的。垃圾和污水在甲垸菌的嫌氧發(fā)酵下， 產出甲烷，并作高溫無菌化處理。在有機物分解殆盡后，由池底的螺旋運輸機將發(fā)酵后的 殘渣排出，這時，原垃圾和污泥已無菌化，且顯著減量，可由人工揀撿分類主要為塑料 殘品、金屬殘體和少量建材垃圾、泥砂等。前兩類可回收利用，后兩類可直接去鋪路填溝。 此外，半污水中還有少量泥質。對此可在出池口建沉淀池，將它沉積集中，此沉淀泥富含 鉀和磷以及鈣，是很好的肥料，可直接施用于果木等。若污泥中有重金屬或放射性則將它 摻入制磚土中，讓它們固化于磚體中。這過程有害成份被"稀釋"。若成品磚中放射性仍 超標，這超標磚可深埋于新建公路的路基下，必要時上面再鋪鉛板。
經(jīng)嫌氧處理后的污水，自流進入土地處理區(qū)。這時的污水在土地表面緩慢流動或滲 入地下滲流，最后流滲入低端的跌水溝。這過程，污水經(jīng)好氧處理，過濾和植物根系的吸 收， 一般已凈化成合格的灌溉用水。在啟用的頭l-2年，要經(jīng)常測水質，看它是否合乎農 用水或排放標準，必要時加以再處理。掌握水質正常和規(guī)律后，可改為抽樣檢測。
土地處理區(qū)的植物群落的人工選擇和培育基本要求是全為沼生或濕地植物，要草本 和木本搭配，盡可能全為多年生草本和常綠木本，且都是根系發(fā)育的品種。在冬季寒冷地 區(qū)(我國幾乎所有省區(qū))可建太陽能大型溫室(土地處理溫室)，在不耗礦物能和電能的 條件下，維持冬季的高溫或恒溫。在極寒冷的亞寒帶也可考慮以甲垸補溫。經(jīng)嫌氧處理后 的污水，若其中重金屬等超標，且好氧處理過程也不能使水質達標時，可選擇對該種重金 屬有很強吸附、吸收作用的植物，混栽于土地處理溫室區(qū)，以它們消除或降低重金屬。
產甲垸屬是個龐大的屬，它的各種、亞種的產CH4能力不同，對垃圾和污水的適應性 也不同，為此，應從眾多甲垸種屬中符選出產CH4能力強并且當?shù)乩臀勰噙m合它高速 繁殖的菌株，測定它(們)的最佳培養(yǎng)溫度，將發(fā)酵池的溫度調控，以達到該菌株的最佳 生長條件，并高產CH4。必要時以專用發(fā)酵罐培養(yǎng)種子液，定期將對數(shù)生長期的菌液噴酒 于發(fā)酵池，使這最佳菌株在發(fā)酵池中總處于優(yōu)勢菌落。
整個治污工程都是生物處理，這種環(huán)境工程技術對有機物為主的廢棄物和污水是很成 熟的、有效的，因而不存在顛覆性風險。生物處理的缺點是，它受季節(jié)的影響大，即使在冬暖夏熱的兩廣，其在冬天的處理效果也不佳；在其它冬冷的地區(qū)，生物處理效果近于零 (因微生物停止活動，植物的生理活動也極慢)。這是生物處理未能普及的根本原因。
本發(fā)明將太陽能有機農產品禽畜品高產多用大型溫室技術引入治污工程，將此技術的 原理與治污工程實踐相結合，從而使生物處理工藝完全擺脫季節(jié)影響，并且實現(xiàn)處理環(huán)境 的溫度最優(yōu)化，從而達到最高效的治污效果。具體方法是將發(fā)酵池建成東西延長，正南 立面，朝南緩坡的有頂棚建筑，南立面用PMMA加強陽光采集，使冬季的陽光從日出到 日落全部采集到發(fā)酵池內，造成四季常溫的發(fā)酵環(huán)境。將土地處理區(qū)建成太陽能大型溫室， 其南立面也以PMMA加強陽光采集，造成一個四季常溫的植物生長環(huán)境。
治污工程的處理對象中，生活垃圾相對很少，而污水量相對很大，在進入發(fā)酵池時， 新進入的常溫(低溫)污水常使池內發(fā)酵環(huán)境降溫，從而使產甲烷菌的活動受低溫影響。 這就需要提前給污水加溫，加溫到與發(fā)酵所需的溫度(一般為30°C±)。為此，來自污水 源的污水先進入污水加溫盤，污水在此盤上以薄層水緩慢流過，起部分好氧發(fā)酵和曝氣的 作用，但主要是接受加溫過程。熱源是PMMA采集的陽光。加溫盤類似于太陽能大型溫 室，它立面朝正南，頂棚為向正南傾斜的平面，立面和頂棚面均由PMMA加強冬季采光， (它在夏季拒光，可免溫度過高)。加溫盤另一熱源為甲烷鍋爐提供的暖氣，暖氣管鋪設 于其底部。這暖氣管供熱主要用于污水量過大，流經(jīng)加溫盤后水溫達不到要求時補溫；在 夜間無陽光、溫度達不到時也可以此加溫。加溫盤要盡可能大些，特別是長些，使污水以 極其薄的水層較長時間在盤上加溫，既使水加溫又起部分發(fā)酵的作用。加溫盤的下游方向
與發(fā)酵池相連，加熱后的薄層水可單獨流入一個發(fā)酵池。盤上設刮板，盤下有底啟式排料 門，當盤上固體、半固體較多時，可用刮板將它們排入發(fā)酵池。
每個發(fā)酵池都有螺旋式運輸機，當發(fā)酵池在發(fā)酵過程，啟動螺旋式運輸機，它起攪拌 作用。當發(fā)酵池排料門開啟時，它將嫌氧發(fā)酵后的殘渣推出發(fā)酵池，經(jīng)嫌氧處理的半污水 也排出、流經(jīng)排出口外的長形沉淀池，將污泥渣留于沉淀池，半清水進入土地處理溫室。
治污工程的整個工藝都是生物處理，因此它對垃圾和污水的處理是最全面徹底的。甲 烷菌在活動過程中要消耗大量的氮，磷、鉀和微量元素；其發(fā)酵剩下的污泥(沉淀物)也 含氮、磷、鈣和微量元素，它們可作為有機肥料送住果園。經(jīng)嫌氧發(fā)酵處理的半清水的有 機質和礦物肥料在土地處理溫室為植物所吸收、吸附，和為土壤所過濾和吸附。
經(jīng)溫室土地處理后的清水，在下游有跌水曝氣壩，對清水作最后的凈化。
經(jīng)凈化的清水，可達到排放或農業(yè)灌溉用水標準。水可供種植、養(yǎng)殖用，也可供居民 洗滌用水和沖廁用水。
治污工程完全不用電，也很少用動力，所用動力機械全部采用甲烷發(fā)動機，它們包括 提升水位的水泵、運輸攪拌的螺旋運輸機、刮板機以及運料(甲垸)汽車。固定設備排放 的C02，可用管道送往土地處理溫室和普通用途的太陽能大型溫室，作為氣肥促使植物增
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農村的固體廢棄物比它排放的污水要少得多，而污水中有機質含量又不高，所以農村 治污工程所產生的甲烷氣量主要將消耗在工程自用設備上，余下的甲垸是不足以供給居民 生活用熱的。為此要擴大甲垸產量，這當然得加大治污工程的產氣能力，就要增加造甲垸的原料。甲垸原料可收購當?shù)氐慕斩挼绒r業(yè)廢棄物，也可擴大土地處理溫室的面積，以其 產出的草木植物為原料。當以這兩種植物體為原料造甲烷時，可將發(fā)酵罐培養(yǎng)出的、正值
對數(shù)生長期的優(yōu)質甲垸菌液體接入，然后進入發(fā)酵池發(fā)酵。顯然只要當?shù)鼐用裼脽岷蜕a 需要，可將甲垸生產能力進一步擴大，這時的治污工程已成為生物能源工廠，處理垃圾和 污水只是其附帶功能。
甲垸除直接供農戶外，還可以用它燒鍋爐，鍋爐產生的蒸汽，可供前述加溫盤用，也 可以蒸汽的方式用管道輸往各農戶和工廠。不過，甲垸燃燒也產生C02。在有豐富風能資 源地區(qū)，建議首選風力電鍋爐。甲垸還是重要的化工原料，可供給有機化工廠生產許多化 工產品。
說明書附圖中，圖1為農村治污工程平面布置圖。圖中，l為村鎮(zhèn)位置(范圍)。2為 輸污水管道。3為加溫盤。4為發(fā)酵池。5為沉降池。6為土地處理大型溫室。7為跌水曝 氣壩。
圖2為治污工程流程圖。圖中，l為垃圾和污水源。2為垃圾運送路徑。3為污水輸送 管道。4為污水分配管。5為加溫盤。6為集水槽。7為排水排污物下開排料門。8為發(fā)酵 池。9為池蓋及其頂?shù)募瘹夤艿?。IO為集氣管。11為自用供氣管(供螺旋式輸送機等)。 12為供用戶送氣管。13為垃圾投放口。 14為殘渣排放口 (可開關，可排放經(jīng)嫌氧菌發(fā)酵 后的殘渣和半清水。殘渣用池中的螺旋輸送機排出)。15為污泥沉淀池。16為半清水進土 地處理大型溫室的進水口。 17為太陽能土地處理大型溫室。18跌水曝氣壩。19為集清水 槽。20為排水口。 21為供用戶排水口 (或接排水管)。22為加溫盤正南立面的PMMA采 光板。23為發(fā)酵池正南面立面的PMMA采光板。24為太陽能土地處理大型溫室的正南立 面的PMMA墻面。
圖3為甲烷鍋爐。其中l(wèi)為搪瓷大鍋。2為甲垸噴嘴。3為儲熱耐火磚。4為輸送甲烷 管。5為熱電耦。6為地面保溫層。7為水位器。8為保溫鍋蓋。9為輸蒸氣管。
權利要求
1、村鎮(zhèn)垃圾和污水集約處理與資源化綠色工程，其特征在于a、將垃圾和污水一起處理；b、以生物方法處理；c、以發(fā)酵池嫌氧發(fā)酵和土地處理好氧處理；d、四季不耗礦物能源，不用電；e、不用任何化學藥劑；f、篩選優(yōu)秀甲烷菌種，培養(yǎng)后拌入原料植物體；g、充分利用垃圾和污水中的有機、無機成份；h、主要產品為甲烷，可供工藝自用，農戶用和工業(yè)用，可按需生產；i、經(jīng)處理水可達排放或農業(yè)灌溉用水標準；j、除用垃圾和污泥外，還可利用任何植物作原料；k、一次投資小，且長期有效；l、所需勞力少，運營成本低，管理簡單；m、適用于各種地理和氣候條件；n、沒有二次污染，綠色工藝和產品。
2、 根據(jù)權利要求1所述特征，污水經(jīng)預熱(在加溫盤加熱到30°C±)后進入發(fā)酵池。
3、 根據(jù)權利要求1所述特征，經(jīng)加溫的污水進入發(fā)酵池與垃圾一起嫌氧發(fā)酵，產出甲垸。
4、 根據(jù)權利要求l所述特征，發(fā)酵池內設螺旋運輸機，起攪拌或排料作用。
5、 根據(jù)權利要求l所述特征，垃圾經(jīng)發(fā)酵減量后再將殘渣分揀和分別利用。
6、 根據(jù)權利要求1所述特征，經(jīng)嫌氧的產甲烷菌作用后的半清水進入土地處理大型 溫室的氧化處理和植物處理，達到排放或農業(yè)灌溉用水的標準。
7、 根據(jù)權利要求1所述特征，加溫盤、發(fā)酵池和在大型溫室均以它們的正南方的立 面，以PMMA板材加強采光。
8、 根據(jù)權利要求l所述特征，冬天加溫盤、發(fā)酵池和大型溫室均為周圍閉合，上面 加蓋的封閉環(huán)境。
9、 根據(jù)權利要求1所述特征，可按需供曱垸，甲烷量很大時，可擴大工程規(guī)模，直 至成為生物燃料工廠。
10、 根據(jù)權利要求1所述特征，除利用垃圾和污泥外，還可用秸稈等植物體作原料。
全文摘要
村鎮(zhèn)垃圾和污水的集約處理與資源化綠色工程是完全不用礦物能和電能的環(huán)境工程方法，它以嫌氧發(fā)酵制取甲烷(沼氣)，使垃圾和污泥中的有機質分解殆盡，獲得清潔、高發(fā)熱量的沼氣，它可供民用或工業(yè)用，或處理工藝中自用。它使污水經(jīng)歷好氧環(huán)境、嫌氧發(fā)酵及土地處理和曝氣，從而達到排放或養(yǎng)殖、種植水質。它引入太陽能有機農產品禽畜品高產多用大型溫室技術的原理，克服季節(jié)對生物處理的制約，使整個處理過程的微生物和植物處于最佳溫度條件，四季和任何地理條件均能高效產出甲烷，凈化水質。農業(yè)環(huán)境總是具有點多，面廣和量少、分散的特點，城市環(huán)境處理方法對三農完全不適用，而本技術可在省投資，長有效條件下集約、優(yōu)化解決。
文檔編號C02F9/14GK101525208SQ20091011973
公開日2009年9月9日 申請日期2009年3月26日 優(yōu)先權日2009年3月26日
發(fā)明者楊嘉昱, 鄭惠生, 鐘顯亮, 鐘顯昭 申請人:鐘顯亮