城市生活垃圾资源化、无害化自动分选系统及其设备

摘要

本发明属于一种城市生活垃圾资源化、无害化自动分选系统，该分选系统包括以下设备：隔栅，溜槽，上料输送机，由水洗滚筒筛、破袋滚筒筛和分选滚筒筛组成的三级的滚筒筛，柔性物输送机，筛下皮带机，涡流分选机，主皮带，主水箱，由两级的网格输送机、两级的指挑机、一级的风机和一级的网带输送机组成的后置水箱，双层振动筛，强磁辊筒，弹跳机，密度分选机。与现有技术相比，本发明通过将各种处理装置的合理配置，将它们组成一条流水式的生产线，大大提高了生产效率，降低了生产成本，具有自动化、生态化的特点，本发明有利于对垃圾的资源化、无害化处理，为进一步转化、利用垃圾中的可利用成分提供原材料，而且在分选过程中将垃圾中的有害成分去除，避免对环境和人体造成危害，被广泛应用于环保领域上。

说明书

技术领域

本发明属于一种处理垃圾的系统及其设备，特别是涉及一种城市生活垃圾资源化、无害化自动分选系统及其设备。

背景技术

城市生活垃圾的资源化、无害化处理，对于改善人民群众生活环境、减少资源浪费、发展循环经济，都具有十分重要的意义。

近年来，世界各国越来越重视生活垃圾理的资源化利用。而综合分选利用技术，是垃圾资源化的主要手段。然而，目前国内的生活垃圾综合分选技术，总是或多或少地存在一些的问题。人工分选存在卫生条件难保障、污染难解决的问题；干式机械分选+人工分选方法虽然分选精度高、减少了人与垃圾接触的机会，但是仍然无法避免垃圾产生的灰尘与废液污染；已有的湿法机械分选技术虽然一定程度上避免了灰尘污染，却存在结构过于简单、分选效率和分选精度较低的问题，且防污措施不完善，容易产生水污染问题。因此，寻找一种高效率、系统化、自动化、高精度、低成本、生态化的生活垃圾分选技术，正成为世界各国解决生活垃圾问题的一种迫切需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种城市生活垃圾资源化、无害化自动分选系统及其设备，它将城市中收集回来的成分多样、属性复杂、大小不一、干湿混合的城市生活垃圾进行分选。

本发明是这样实现的：一种城市生活垃圾资源化、无害化自动分选系统，该分选系统包括以下设备：隔栅，溜槽，上料输送机，由水洗滚筒筛、破袋滚筒筛和分选滚筒筛组成的三级的滚筒筛，柔性物输送机，筛下皮带机，涡流分选机，主皮带，主水箱，由两级的网格输送机、两级的指挑机、一级的风机和一级的网带输送机组成的后置水箱，双层振动筛，强磁辊筒，弹跳机，密度分选机，所述水选滚筒筛分选出泥沙，柔性物输送机分选出柔性条状物，分选滚筒筛分选出大块物，风机分选出轻大块物、泡沫材料和塑料瓶，大块物分选筛分选出填埋物和有机物，涡流分选机分选出有色金属和黑色金属，主水箱分选出重物和泥沙，副水箱分选出中重物和泥沙，网格输送机分选出轻物，指挑机分选出柔性块状物，网带输送机分选出有机物，磁性辊筒分选出磁性物和非磁性物，双层振动筛分选出小块物、中块物、黑色金属和玻璃，弹跳机或密度分选机分选出有机物和填埋物。

系统中的溜槽由储存与输送垃圾的槽体、隔开大件垃圾的隔栅、闸门、转向装置组成，所述槽体倾斜架设于天然的坡地上，槽体的横截面呈“U”形，槽体的横截面大小由上而下可以逐渐收缩，槽体分进料段、储料段和出料段，隔栅设置在进料段的进口处，闸门设置在储料段与出料段之间，闸门的前面设置有使垃圾供应能在两条生产线之间切换的转向装置。

系统中的柔性物输送机包括滚筒装置和设置于滚筒装置中心的输送装置组成，所述输送装置上设置有拨条和用于切断柔性物的切刀，输送装置由输送带、驱动输送带的传动轮和输送带上安装的若干拨条组成，切刀固定于输送带头部的侧面。

系统中的网格输送带，由至少两条传动链和平行的传动链链条上连接的若干网格组件组成，网格组件前后相互叠合组成，网格组件由旋轴和固定于旋轴上的若干纵向杆组成。

系统中的副水箱，包括水箱，水箱内部横向面设置有一挡板，沿水箱的底部架设有一台将中重物输出的输送机，输送机由头段和尾段组成呈V形，头段位于水箱的底部，尾段位于水箱的斜面上，所述头段与尾段的夹角成100～140°。

系统中的指挑机由针状的挑杆、传动带和传动轮组成，挑杆固定在传动带上，挑杆的头端固定在传动带上，尾端设置有圆珠体，挑杆为直叉形、直针形、弯叉形、短钩形，传动带由五个传动轮传动，其中的两个传动轮与传动带传动连接形成挑杆向上，其中的两个传动轮与传动带传动连接形成挑杆向右或向左，其中的两个传动轮与传动带传动连接形成挑杆向下。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过将各种处理装置的合理配置，将它们组成一条流水式的生产线，大大提高了生产效率，降低了生产成本，达到对垃圾的资源化、无害化处理，为进一步转化、利用垃圾中的可利用成分提供原材料，而且在分选过程中将垃圾中的有害成分去除，避免对环境和人体造成危害。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明溜槽的结构示意图；

图3为本发明柔性物输送机的结构示意图；

图4为本发明网格输送机的结构示意图；

图5为本发明副水箱的结构示意图；

图6为本发明指挑机的结构示意图。

注：图1中虚线框内为后置水箱。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，对本发明作详细描述：

首先对本发明的系统进行详细描述，如图1所示，该分选系统包括以下设备：隔栅，溜槽，上料输送机，由水洗滚筒筛、破袋滚筒筛和分选滚筒筛组成的三级的滚筒筛，柔性物输送机，筛下皮带机，涡流分选机，主皮带，主水箱，由两级的网格输送机、两级的指挑机、一级的风机和一级的网带输送机组成的后置水箱，双层振动筛，强磁辊筒，弹跳机，密度分选机，所述水选滚筒筛分选出泥沙，柔性物输送机分选出柔性条状物，分选滚筒筛分选出大块物，风机分选出轻大块物、泡沫材料和塑料瓶，大块物分选筛分选出填埋物和有机物，涡流分选机分选出有色金属和黑色金属，主水箱分选出重物和泥沙，副水箱分选出中重物和泥沙，网格输送机分选出轻物，指挑机分选出柔性块状物，网带输送机分选出有机物，磁性辊筒分选出磁性物和非磁性物，双层振动筛分选出小块物、中块物、黑色金属和玻璃，弹跳机或密度分选机分选出有机物和填埋物。

从收集站运送来的生活垃圾，直接从预处理溜槽上方倾倒，超大件的家具、家电、树木残体、大件包装箱等被溜槽上方的隔栅隔住，隔栅为方圆形或多边形孔，直径或宽度为500mm～1200mm，大于此尺度的垃圾无法进入溜槽。隔栅上的超大件垃圾用机械手进行清理，保持隔栅的疏通。超大件垃圾还可以通过简单的人工拆解、分拣，分出可利用物与填埋物。

垃圾进入封闭的预处理溜槽后，经过喷撒生物液消毒、除尘，臭氧消毒、除臭，紫外线杀菌等多道预处理工序，顺着倾斜的溜槽滑至底部，经过溜槽底部的分流轨道，进入上料输送机。

一道预处理溜槽可容纳200～1000t的生活垃圾，具有输送和暂存生活垃圾的功能。根据实际需要，可以增加溜槽的数量，以容纳更多的垃圾。

上料输送机的出料端离地较高，连接一级水洗滚筒筛。成分复杂、大小不一、干湿混合的城市生活垃圾被上料输送机带进一级水洗滚筒筛，滚筒筛的筛孔内径只有6-15mm，只有一般的粉尘、泥沙等可以通过，而且滚筒中配置了轴向喷水管，可以沿途喷淋生物溶液，粉尘、泥沙与水流混成泥沙浆水，透过筛孔落入滚筒下方的接泥斗，然后通过下方管道送至污水治理系统进行净化处理。

一级滚筒筛内壁上还置有许多破袋刀，袋装垃圾在滚筒中翻滚，不断与破袋刀发生碰撞，垃圾袋破裂后散落在滚筒内，并被倾斜的带有螺旋内纹的滚筒带向出口。

一级滚筒中还置有轴向设置的柔性条块物输送装置，能够将翻滚中落下的柔性长条物、柔性块状物“捕获”，并带向柔性条块物出口，柔性条块物主要有包装绳、棉被、布条、塑料带、草木残体等，此类垃圾含有较高热值，可用作进一步生产RDF衍生料或破碎作为胶合板的原材料。

经过生物溶液喷淋的垃圾，粉尘与有害细菌大大降低，利于进一步分选利用，保护环境。

从一级滚筒出口出来的垃圾，通过“U”形溜槽进入二级滚筒筛，二级滚筒筛内同样配有破袋刀和柔性条块物输出装置(可以不设置喷水管)。垃圾在此进一步被破袋，柔性条块物进一步被分出。二级滚筒的筛孔内径为40-200mm之间，小于此内径的垃圾透过筛孔落在滚筒下方的筛下皮带机上；大于此内径的垃圾将被旋转的滚筒带向出口。

从二级滚筒出来的垃圾，通过“U”形溜槽进入三级滚筒筛，三级滚筒筛可以不设置柔性长条物收集与输送装置和喷水管。内壁有许多破袋刀，筛孔较大，内径为200mm～400mm，小于此内径的垃圾透过筛孔落在滚筒下方的筛下皮带机上；大于此内径的垃圾从滚筒出口落入出口下方的大块物分选带，此类垃圾落入大块物分选带之前，被置于三级滚筒筛出口一侧的风机横向吹风，密度较小的大块物(如泡沫塑料块等)落入主皮带，密度较大的大块物落入大块物分选带。

落在大块物分选带上的垃圾，被进一步分类成有机物和填埋物。大块有机物被送进挤碎机挤碎成小块，然后送进发酵池进行发酵，作为制作生物有机肥的原材料；填埋物被送进填埋场。

位于二级、三级滚筒下方的筛下皮带机，将从滚筒筛上滤下的粒径位于10-300mm间的垃圾接收，并带向主皮带。在筛下皮带的出料端、主动辊内设置涡流分选装置，垃圾被进一步分类成，有色金属(铝、铜等)、黑色金属(铁或含铁物质)以及其他垃圾。由于垃圾成分和属性较为复杂，其他垃圾中仍然可能会含有较重的铁、铜材料或电池。

从筛下皮带机分出来的其他垃圾落在主皮带上，与三级滚筒出口经风机风力选出的大块轻物质一起，被主皮带送进主水箱。

主水箱安装有喷水和冲散垃圾功能的多套喷水管，当垃圾从主皮带跌落，添加了生物菌种的水流以倾斜向上的角度将下落中的垃圾打散，然后跌落水面，之后又被倾斜向下的水流冲击，漂浮的垃圾又被压入水中，多股交错水流将垃圾充分打散，并由于密度不同而分布在不同的水层：玻璃、砖头、石头、剩余的金属、废旧电池等重物由于密度较大，沉于水下，并被横向于水流方向的一级网带输送机从水箱底部带出；中重物、有机块状物、有机颗粒、布料、棉絮等在水流作用下，呈悬浮或半漂浮状向下游移动；塑料瓶、塑料膜、泡沫塑料等呈漂浮状向下游移动。

添加了生物菌种的水流对垃圾具有消毒、杀菌的作用，避免对环境和人体的危害。

被网带输送机从水底带出的重物，被输送带出料端的强磁辊筒进一步分类：(1)磁性物质(黑色金属、带铁皮的电池等)落入下方的双层振动筛，然后被分成黑色金属、中块物(大号电池为主)、小块物(小号电池为主)3类物质；(2)非磁性物质落入另一个双层振动筛上，然后被分类成砖石玻璃和中块物(石块、纸皮大号电池)、小块物(石块、纸皮小号电池)3类物质。砖石玻璃可以进一步破碎，用于作为制作环保砖的原材料。垃圾中剩余的污泥、细沙经过长时间的沉淀可能会将主水箱淤塞，因此需要定期通过主水箱底部的排泥管进行排泥，泥浆水被管道输送到污水处理系统进行处理。

主水箱中的中重物、悬浮物、漂浮物在水流作用下继续向前漂移，进入副水箱，密度较大的中重物发生沉淀，并被置于水箱底部的横向于水流方向的二级网带输送机送出水箱，送至弹跳机分选，被分成有机物和填埋物。有机物可进一步被挤碎并送进发酵池发酵，作为生产生物有机肥的原材料。不能被挤碎的杂质一般为废旧皮带、橡胶、鞋子等不可腐有机物，可以和前述滚筒中分出的柔性条块物一起，破碎后生产RDF衍生料或制造胶合板。

水流中的飘浮垃圾和剩余的悬浮垃圾继续顺流而下，进入后置水箱。后置水箱较主水箱和副水箱长，水中梯度式布置有一级网格输送机、二级网格输送机、一级指挑机、二级指挑机和三级网带输送机。

从主水箱过来的水流，全部都从上游流过水平(或倾斜)放置的横向网格输送机，水中的飘浮垃圾和粒径大于20mm的块状悬浮物，均被两架输送机先后截获，送出水箱外。在输送机的出料口下方均设有风机，受风力作用，网格输送机上的泡沫塑料、塑料瓶和部分塑料膜被分离出来；输送机上余下的物质被送进密度分选机，进一步被分成有机物和填埋物。有机物可以进一步进行破碎，送到发酵池发酵，作为生物有机肥的原材料。

含有剩余垃圾的水流继续流向下游，先后经过两级指挑机。至此，水中“漏网”的柔性块状物、条状物(主要为布料、棉絮、塑料膜等)几乎完全被分离出来。柔性块状物可以进一步送去清洗和脱水，然后打包作进一步利用(生产RDF衍生料或制作胶合板)。清洗和脱水过程产生的污水被管道输送至污水处理系统进行净化处理。

在后置水箱末段，仅有少量粒径小于20mm的悬浮物和漂浮物未被分离。水箱末段设有风力装置，风力装置设有横向于水面的输风管。在风力作用下，飘浮于水面的小颗粒物被聚拢并吹出水箱，落入收集槽中。

最后，剩余的悬浮物在相对静止的后置水箱末段发生沉淀，并被纵向于水向倾斜放置的网带输送机从水下送出，这部分垃圾几乎都是有机物。滤去水分后可以直接送去发酵池，也可以不过滤水分，而直接作为沼气池原料。

整个分选体统共有23个出口，分成9种可利用物，1种填埋物、4种有害物，2种可人工分拣物。

分选过程中产生的不可利用物均被送进填埋场进行卫生填埋，废电池等有害物被送进无害化处理中心或进行安全填埋。

分选过程中产生的污水或泥浆水全部被送进污水处理系统进行净化处理，该系统是一种复合人工湿地污水处理系统，处理后的污水能够达到国家二级排放标准，可以直接排放或作为回用水继续利用于垃圾分选过程，实现循环利用、节约资源、保护环境。

本发明全部采用中央控制系统进行控制，连接生产与监控系统，安全性与自动化程度高，各机械装置之间配合默契、协调、高效，基本上不需要工人直接接触垃圾。

本发明的方法可将原生垃圾进行除尘、除臭、消毒；可将原生垃圾进行破袋，破袋效率达到95％；可将破袋后的垃圾进行科学分类，将垃圾分类成可腐有机物、不可腐有机物、黑色金属、有色金属、塑料、砖石玻璃、柔性条块物、少大件垃圾、泥沙、废电池和填埋物等十多种物质，自动破袋率达到95％，自动分选率达100％，平均分辨率达85％。

下面对本发明系统中的主要设备进行详细描述：

如图2所示，溜槽主要由槽体、隔栅3、闸门9、转向装置10组成，还包括有自动感应封闭门、机械手、护栏、支柱、顶篷、护板等。

槽体架设于地质条件较好的地基4(坡地)上，利用了自然条件，减少了占地空间。所选的坡地垂直高度一般为18米，倾斜角度为45°，地基4山体应采取防滑坡措施。

槽体分为三段，进料段、储料段和出料段。运输车2运来的垃圾从进料口1倾倒进储料段中，在重力的作用下，垃圾8顺着槽体下滑并储存在储料段中，生产时经出料段输出垃圾8。由于在进料口1处放置有隔栅3，垃圾8中的大块物被阻隔。进料段可以设置多个进料口，以同时倾倒垃圾。在进料口1设置有自动感应封闭门，当垃圾车靠近时，门自动打开；泻料完毕，车开走门自动关上，防止臭气溢出和蚊蝇进入而造成二次污染。

在出料段之前设置有一闸门9，以控制垃圾的流量。闸门9在螺旋轴的旋转下，在垂直方向上升或下降。闸门9的下边缘与槽底7表面配合接触。闸门的前面设置有使垃圾供应能在两条生产线之间切换的转向装置10，转向装置10的旋转角度为120°。

槽体的采用高强度、防腐蚀、防渗漏的钢筋混凝土结构，并架设在若干深入地基的钢筋混凝土柱子上。槽体的截面形状为“U”字型，由于槽体的内壁无菱角，因此不易积累垃圾。槽体的底面采用大块的防腐蚀、防磨擦的瓷砖或人造大理石铺成，瓷砖光滑的表面有利于垃圾顺利滑落。

槽体的“U”形截面一般采取由上而下逐渐收缩的形式，这样垃圾在出料段收拢，以集中将垃圾排出。当然槽体的横截面大小由上而下可以放大或不变。

槽体的两边设置有护栏6，护栏6的高度由上而下逐渐增高，以防止垃圾掉出槽体外。护栏6连接有若干支柱5，支柱5用坚固的钢支架或铁支架制成。支柱5架设有防止雨水进入槽体的拱形顶篷12。支柱5上安装有透明的护板。护板与顶篷12相连，使整条槽体成为密封或半密封状态，防止环境污染。

进料口1的机械抓手将被隔栅3分隔的大件垃圾移到填埋物收集池。出料口11的机械手用于削除可能堵塞在出料口的垃圾或疏通槽体。机械手固定在龙门架上。槽体的两边护栏6可架设供修理或清洁用的检修通道。检测通道设有自来水管和出水口，以备清洗槽体通道。

如图3所示，柔性物输送机，由滚筒装置、输送装置和滚筒支架23组成。滚筒装置倾斜2～15°架设于滚筒支架23上，滚筒的中间设置有保护架21，保护架21的中间设置有输送装置。输送装置与保护架2轴向平行，保护架21与滚筒14轴向平行。

滚筒装置的周边安装有两个承托环15，一个齿环16。两个承托环15分别在滚筒14的上下两端，齿轮环16在滚筒14的中间。承托环15安装在滚筒支架23上，以支承整个滚筒14，并由齿轮环16带动滚筒14转动。输送装置的末端下方设置有长条物垃圾收集器24，滚筒装置出口的下方设置有块状物垃圾收集器17。

输送装置由链条输送带18、一个驱动链轮、两个从动链轮、拨条19和切刀20组成。拨条19固定在链条输送带18的链板上，拨条19的数量以20个为宜。驱动链轮和从动链轮传动链条输送带18转动，其中的一个从动链轮位于链条输送带18的中间。切刀20设在链条输送带18的头部侧面，为单向利刃式，刀刃朝向链条输送带18的输送方向。

柔性物输送机的工作原理如下：由动力源驱动滚筒装置中的齿轮环16，使滚筒14转动。垃圾从倾斜的较高一端进入，随着滚筒14的转动，垃圾从底部带到中部或顶部。这时在重力的作用下掉落到输送装置中的链条输送带18中，其中垃圾中的长条物由拨条19截获且带动到输送装置的尾端，拨条19翻转向下时，长条物22落入长条物收集装置24。而垃圾中的块状物25无法搭挂到链条输送带18上或拨条19上，自然落至滚筒14底部，从滚筒14出口落下到块状物收集装置17。在这过程中，为了防止柔性长条物22缠挂住链条输送带18或拨条19，引起机器故障。在链条输送带18上设置有切刀20，将长条物22切断。使机器顺利运行。

如图4所示的网格输送机，闭合的环状链条27安装上耙形的网格组件28，每一节链安装一个网格组件28，而且前一个网格组件28的尾端叠放在后一个网格组件28的头端(呈“多米诺骨牌”状)，形成一个输送平面。

由若干网格组件28通过旋轴安装在两条链条27中间，并且首尾叠放，在输送平面上形成具有很多方格的输送带。这种结构的好处是在输送物料的同时，能筛选出一些小件物料。网格组件28之间不存在死角，前后网格组件28总是处于一种活动状态，因此不会在上下两层之间形成垃圾积累或堵塞。

网格组件28由一支旋轴和四支纵向杆组成。纵向杆垂直固定在旋轴上，形成耙形状。网格组件28的纵向杆前端上面开设有上缺口，其后端下面开设有下缺口。前后纵向杆叠放时，前一纵向杆的后端叠放在后一纵向杆的上缺口上。

如图5所示，副水箱的作用是分离比重在1～2的中重物(轻物的比重小于1)。它设置在主水箱的下一道工序中。

水箱33由四周焊接的钢板组成。水箱33右边设计成阶梯形状，阶梯形状有利于轻重物的分离。水箱33的底部设计成一定角度的V形状。

水箱33内部的横截面处设置有一挡板，挡板使轻物31局限于水箱33的一侧。水流顺流而下，物料只在水流方向移动，使轻物31不被输送机带出。这样中重物32输出水面时就不会与轻物重新混杂。

水箱1的底部架设一输送机30，该输送机30与底部相似形状，其角度为130°，符合实际的要求。

水箱1的长度为150米，宽度为12米，高度(深度)为15米。由于高度直接影响到输送机30的布置角度和机身长度，因此深度最好在15米左右。既不影响输送机的长度，也不影响中重物32与轻物31的分离。

如图6所示，指挑机主要由挑杆35、传动带36和传动轮37组成。

传动带36为皮带，传动轮37为皮带轮。皮带轮固定设置在水槽的壁面上，一共有5个，其中一个为主动轮，主动轮应安装在左边远离水槽的位置，其余4个为从动轮。主动轮与从动轮的组合，使皮带至少形成2个挑杆35垂直朝下的平面：下面的两个从动轮与皮带形成挑杆朝下平面，以保证挑杆与水槽足够的接触深度与宽度，提高挑杆从污水中挑出柔性物的效率；左边的主动轮和中间的从动轮与皮带形成挑杆朝下平面，以保证挑杆垂直向下，柔性物顺利脱离。另外，左边的主动轮和右边的从动轮与皮带形成挑杆朝上平面；右边的两个从动轮与皮带形成挑杆朝右平面；左边的从动轮和下边的从动轮与皮带形成挑杆朝左平面。

皮带带动挑杆35逆向移动于污水流动方向，当挑杆35运动到水槽下面时，挑杆35挑起柔性物38。当挑杆35运动到收集装置39的上方时，挑杆35垂直向下。此时含水的柔性物38在重力的作用下，脱离挑杆，落入柔性物收集装置39(溜槽或网格输送带)。

由于挑杆35为直叉状、直针状、弯叉状或短钩状，其末端为光滑圆珠形的圆珠体，可防止柔性物被带到水平上方时，被锐利的尖端刺破，使柔性物被挂在挑杆上，防止柔性物不能顺利落入收集装置。挑杆用坚固、防水的金属或非金属材料制成，使能挑起较重的柔性物。

针状挑杆35间隔地安装在皮带上，相邻两列针状挑杆，疏密度、精细度和形状可以不同；而在同一列挑杆中，其疏密度、精细度和形状也可以不同，有利于小块柔性物的挑取。