CN109293407A - 一种厨余垃圾快速制肥装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于一种厨余垃圾快速制肥装置及方法，属于厨余垃圾处理领域。该装置包括三级主反应器、红外辐射保温单元、热风供给单元和冷凝水渗滤液回流单元。该方法首先通过红外辐射和热风耦合控温方式实现厨余垃圾快速脱水，高效减容减重，替代调理剂使用，降低成本。脱水后垃圾在堆肥过程分阶段控制，在高温发酵阶段通过热辅助方式提高生物活性，加速发酵过程，并结合后期腐熟阶段，有效缩短反应周期，最大限度实现有机物降解腐熟，优化生物处理工艺提高出料品质。此外反应器还配有热泵对各级出气进行热量回收，为堆肥过程进行余热湿气供给，并配以冷凝水渗滤液回流喷淋，维持堆体湿度，减少二次处理成本，实现厨余垃圾快速堆肥资源化利用。

Description

一种厨余垃圾快速制肥装置及方法
技术领域
本发明属于厨余垃圾处理领域，涉及一种厨余垃圾快速制肥装置及方法。本方法无需添加调理剂，将生物堆肥过程进行分阶段控制，控制物料在不同阶段的反应温度和停留时间，实现厨余垃圾快速降解发酵的高效生物处理装置和技术方法。
背景技术
随着我国经济的持续发展以及人们生活水平的不断提高，城市生活垃圾产量也逐年增加，其中厨余垃圾高达50％-60％，其高含水率和高有机质等特性也造成了填埋或焚烧过程中一系列问题，各地区正在寻求一种非常经济、节能、环保的厨余垃圾减量化和资源化技术方法。
堆肥处理方法在厨余垃圾处理方向受到广泛关注，反应过程中微生物依靠厨余垃圾中的有机质进行好氧发酵活动，促进有机物降解腐熟，最终实现减量化，产物可用于植物肥料。目前堆肥处理工艺中，需添加大量调理剂进行水分及堆体结构调节，如中国专利201610024921.0公开的一种秸秆稻草厨余堆肥方法，以秸秆或稻草为调理剂，且须轧成小段(10mm)，添加量超过一半，预处理过程繁琐，人工成本较高。中国专利201711210159.6公开一种农用有机废弃物高效堆肥方法，采用传统方式，添加农作物秸秆，反应周期高达90多天(堆肥反应30-36天，后期消化降解60-80天)，由此可见传统方式存在反应周期长，效率低的问题，无法有效应对持续产生的大量厨余垃圾。为提高堆肥效率，缩短堆肥周期，高温堆肥方式也受到广泛认可，如中国专利201710518000.4公开一种畜禽粪便超高温堆肥方法，首先使用调理剂调节含水率，接种有机物料腐熟菌剂，通过外加热方式使堆体温度升至80-85℃，该方式可有效促进有机物腐熟，有效缩短堆肥反应周期，然而传统加热方式受传质传热效率限制，加热能量消耗较高，严重影响其推广应用。
市场上仍缺乏一种快速高效的堆肥反应器，可有效减少调理剂添加，同时提高堆体腐熟速率，缩短生物处理周期，减少外界能量消耗，实现生物堆肥处理工艺优化，提高堆肥处理效率。
发明内容
本发明旨在解决现有技术存在的问题，提供了一种厨余垃圾快速制肥方法及装置。
本发明的技术方案：
一种厨余垃圾快速制肥装置，该装置包括三级主反应器、红外辐射保温单元、热风供给单元和冷凝水渗滤液回流单元。
所述的三级主反应器包括三个反应器主体3，三个反应器主体3在竖直方向上平行布置，自上而下分别为一级反应器，二级反应器和三级反应器，一级反应器、二级反应器的出料口12分别与二级反应器、三级反应器的进料口1相连；每个反应器主体3均采用保温材料包覆保温，内设双螺旋物料混合推进装置4，用于将厨余垃圾推送至出料口12的过程中进行充分混合；出料口12和进料口1设置旋转隔板，用于控制进出料；
所述的红外辐射保温单元包括红外温度控制器6、热电偶和红外加热灯管5，三者均设置于反应器主体3顶部，热电偶的探头用于测量反应器的内温度，红外温度控制器6通过控制红外加热灯管5来调控反应器主体3内的温度；
所述的热风供给单元包括风机、通气管道、流量计和热泵；通气管道均匀铺于各级反应器底部，一级反应器中的通气管道依次与外部的第一流量计9、第一热泵8、第一风机7相连，一级反应器上端的出气口与第一热泵8相连；二级反应器中通气管道依次与外部的第二流量计15、第二热泵14、第二风机13相连，第二风机13还与第一热泵8相连，二级反应器上端的出气口与第二热泵14相连；三级反应器中通气管道依次与外部的第三流量计17、第三风机16相连，第三风机16还分别与外部空气、第二热泵14相通；流量计用于控制通入各级反应器的通风量；热泵一方面用于加热待进入反应器的空气，另一方面对于反应后的饱和湿度的热出气进行降温放热，并由下一级反应器的风机引入下一级反应器；
所述的冷凝水渗滤液回流单元包括蒸发水冷凝回流板2、集水槽11、水泵10和喷头，两个蒸发水冷凝回流板2安装于一级反应器的顶部，并与集水槽11相连；一级反应器底部设置渗滤液出口，渗滤液出口上安装滤网并与集水槽11相连；喷头设置于二级反应器和三级反应器的内部顶端，均通过水泵10与集水槽11相连；蒸发水冷凝回流板2滴下的冷凝水以及反应中的渗滤液集于集水槽11，并通过水泵10喷淋于二级反应器、三级反应器。
所述的双螺旋物料混合推进装置4的推进方向相反，在正向螺旋装置末端设有翻板机构；正向螺旋装置和反向螺旋装置通过螺旋驱动机械结构相连实现同步运行，其速度通过变频装置控制。各级反应器中反向双螺旋中的叶片之间增置横向和纵向的搅拌叶片或搅拌杆，其间距为0.1～1.0米，其疏密程度根据反应器尺寸和物料特性进行调整。
一种厨余垃圾快速制肥方法，步骤如下：
(一)一级反应器处理
一级反应器实现厨余垃圾初步脱水，使厨余垃圾呈良好的固态，替代调理剂的使用。向一级反应器内装填厨余垃圾，控制红外加热的温度为80-100℃，通风量为5-10m3/h，进气温度维持在80-100℃，停留时间为24h；厨余垃圾每小时搅拌一次，通过红外辐射及热风耦合方式实现厨余垃圾的快速脱水，使厨余垃圾含水率降至55％-60％；脱水过程中产生的蒸汽在一级反应器顶部冷凝，并与底部渗滤液混合进入集水槽11，一级反应器脱水处理后，厨余垃圾进入二级反应器。
(二)二级反应器处理
二级反应器用于厨余垃圾高温发酵，促进有机物降解，杀灭病原菌。二级反应器首次运行前加入嗜高温微生物，同时一级反应器饱和湿度出气经热泵换热后进入二级反应器，二级反应器反应过程中，红外辐射温度控制在60-80℃，通风量控制在1-5m3/h，进气温度为60-80℃，每12h混匀搅拌一次；3-4天后当二级反应器中的厨余垃圾超过容积3/4后进行出料，进入三级反应器。反应过程中为维持厨余垃圾含水率55％以上，在厨余垃圾混合搅拌过程中，从集水槽11中引入冷凝水和渗滤液的混合液进行喷淋。后期连续运行过程中，二级反应器出料留有1/6-1/8，用于嗜高温微生物的接种启动。
(三)三级反应器处理
三级反应器进行厨余垃圾腐熟，实现有机物进一步分解，形成植物所需营养成分。二级反应器出气热泵换热后进入三级反应器，并补以新鲜空气，维持厨余垃圾温度30-40℃，通风量控制在1-5m3/h，每天混匀搅拌一次，同时在混匀搅拌过程中从集水槽11中引入冷凝水和渗滤液的混合液进行喷淋，维持堆体含水率55％以上。停留6-8天后，三级反应器出料即为厨余垃圾成熟堆肥产品。
所述的嗜高温微生物来源于污水处理厂的脱水污泥，经过不断高温驯化获得。
本发明针对厨余垃圾堆肥处理中，需添加调理剂进行含水率及孔隙率调节的问题，提出厨余垃圾初步脱水，以红外辐射和热风耦合的方式降低物料含水率，改善物料孔隙，热泵回收出气热能，为堆肥过程提供饱和湿空气。同时堆肥过程进行分阶段控制，以热辅助方式维持堆体高温，提高生物代谢活性，加速有机物降解，同时在低温期补以低温热风，维持生物生长必要温度，保证腐殖质类物质形成。
本发明的有益效果：(1)分段控制厨余垃圾堆肥处理装置具有结构简单，操作灵活，处理效率高等优点。首先将厨余垃圾初步脱水，快速减容减重，可实现厨余垃圾每天连续处理，后期堆肥分阶段控制，并以热耦合方式加速反应进程，配以不同停留时间进行分段控制，实现半连续操作，缩短处理周期，有效提高处理效率；(2)反应器内部通过红外辐射和热风耦合方式进行物料对流辐射加热，代替传统传导传热，更有效提高传热效率，实现堆体快速升温；(3)另外各级反应器高温出气进行余热回收后，变低温饱和湿气进入下一级反应器，减少堆体水分丢失，并避免出气能量浪费，并根据反应阶段配比不同通气量，利于各阶段反应进程，优化了厨余垃圾堆肥处理过程；(3)一级反应器冷凝水和渗滤液喷淋回流进入二三级反应器，为堆体进行补水，避免厨余中有机成分丢失，同时避免了过程中废水的二次污染及处理成本，实现厨余垃圾完全堆肥资源化利用。
附图说明
图1是厨余垃圾快速制肥装置示意图。
图中：1进料口；2蒸发水冷凝回流板；3反应器主体；4双螺旋物料混合推进装置；5红外加热灯管；6红外温度控制器；7第一风机；8第一热泵；9第一流量计；10水泵；11集水槽；12出料口；13第二风机；14第二热泵；15第二流量计；16第三风机；17第三流量计。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施例。
一种厨余垃圾快速制肥装置，该装置包括三级主反应器、红外辐射保温单元、热风供给单元和冷凝水渗滤液回流单元。
所述的三级主反应器包括三个反应器主体3，三个反应器主体3在竖直方向上平行布置，自上而下分别为一级反应器，二级反应器和三级反应器，一级、二级反应器的出料口12分别与二级、三级反应器的进料口1相连；每个反应器主体3均采用保温材料包覆保温，内设双螺旋物料混合推进装置4，用于将厨余垃圾推送至出料口12的过程中进行充分混合；出料口12和进料口1设置旋转隔板，用于控制进出料；
所述的红外辐射保温单元包括红外温度控制器6、热电偶和红外加热灯管5，三者均设置于反应器主体3顶部，热电偶的探头测量反应器内温度，红外温度控制器6通过控制红外加热灯管5来调控反应器主体3内的温度；
所述的热风供给单元包括风机、通气管道、流量计和热泵；通气管道均匀铺于反应器底部，一级反应器中的通气管道依次与外部的第一流量计9、第一热泵8、第一风机7相连，一级反应器上端的出气口与第一热泵8相连；二级反应器中通气管道依次与外部的第二流量计15、第二热泵14、第二风机13相连，第二风机13还与第一热泵8相连，二级反应器上端的出气口与第二热泵14相连；三级反应器中通气管道依次与外部的第三流量计17、第三风机16相连，第三风机16还分别与外部空气、第二热泵14相通；流量计用于控制通入各级反应器的通风量；热泵一方面用于加热待进入反应器的空气，另一方面对于反应后的饱和湿度的热出气进行降温放热，并由下一级反应器的风机引入下一级反应器；
所述的冷凝水渗滤液回流单元包括蒸发水冷凝回流板2、集水槽11、水泵10和喷头，两个蒸发水冷凝回流板2安装于一级反应器的顶部，并与集水槽11相连；一级反应器底部设置渗滤液出口，渗滤液出口上安装滤网并与集水槽11相连；喷头设置于二级反应器和三级反应器的内部顶端，均通过水泵10与集水槽11相连；蒸发水冷凝回流板2滴下的冷凝水以及反应中的渗滤液集于集水槽11，并通过水泵10喷淋于二三级反应器。
所述的双螺旋物料混合推进装置4的推进方向相反，在正向螺旋装置末端设有翻板机构；正向螺旋装置和反向螺旋装置通过螺旋驱动机械结构相连实现同步运行，其速度通过变频装置控制。各级反应器中反向双螺旋中的叶片之间增置横向和纵向的搅拌叶片或搅拌杆，其间距为0.1～1.0米，其疏密程度根据反应器尺寸和物料特性进行调整。
一种厨余垃圾快速制肥方法，步骤如下：
(一)一级反应器处理
一级反应器实现厨余垃圾初步脱水，使厨余垃圾呈良好的固态，替代调理剂的使用。向一级反应器内装填厨余垃圾，控制红外加热的温度为80-100℃，通风量为5-10m3/h，进气温度维持在80-100℃，停留时间为24h；厨余垃圾每小时搅拌一次，通过红外辐射及热风耦合方式实现厨余垃圾的快速脱水，使厨余垃圾含水率降至55％-60％；脱水过程中产生的蒸汽在一级反应器顶部冷凝，并与底部渗滤液混合进入集水槽11，一级反应器脱水处理后，厨余垃圾进入二级反应器。
(二)二级反应器处理
二级反应器用于厨余垃圾高温发酵，促进有机物降解，杀灭病原菌。二级反应器首次运行前加入嗜高温微生物，同时一级反应器饱和湿度出气经热泵换热后进入二级反应器，二级反应器反应过程中，红外辐射温度控制在60-80℃，通风量控制在1-5m3/h，进气温度为60-80℃，每12h混匀搅拌一次；3-4天后当二级反应器中的厨余垃圾超过容积3/4后进行出料，进入三级反应器。反应过程中为维持厨余垃圾含水率55％以上，在厨余垃圾混合搅拌过程中，从集水槽11中引入冷凝水和渗滤液的混合液进行喷淋。后期连续运行过程中，二级反应器出料留有1/6-1/8，用于嗜高温微生物的接种启动。
(三)三级反应器处理
三级反应器进行厨余垃圾腐熟，实现有机物进一步分解，形成植物所需营养成分。二级反应器出气热泵换热后进入三级反应器，并补以新鲜空气，维持厨余垃圾温度30-40℃，通风量控制在1-5m3/h，每天混匀搅拌一次，同时在混匀搅拌过程中从集水槽11中引入冷凝水和渗滤液的混合液进行喷淋，维持堆体含水率55％以上。停留6-8天后，三级反应器出料即为厨余垃圾成熟堆肥产品。
所述的嗜高温微生物来源于污水处理厂的脱水污泥，经过不断高温驯化获得。

Claims (4)

1.一种厨余垃圾快速制肥装置，其特征在于，该装置包括三级主反应器、红外辐射保温单元、热风供给单元和冷凝水渗滤液回流单元；
所述的三级主反应器包括三个反应器主体(3)，三个反应器主体(3)在竖直方向上平行布置，自上而下分别为一级反应器，二级反应器和三级反应器，一级反应器、二级反应器的出料口(12)分别与二级反应器、三级反应器的进料口(1)相连；每个反应器主体(3)均采用保温材料包覆保温，内设双螺旋物料混合推进装置(4)，用于将厨余垃圾推送至出料口(12)的过程中进行充分混合；出料口(12)和进料口(1)设置旋转隔板，用于控制进出料；
所述的红外辐射保温单元包括红外温度控制器(6)、热电偶和红外加热灯管(5)，三者均设置于反应器主体(3)顶部，热电偶的探头用于测量反应器内的温度，红外温度控制器(6)通过控制红外加热灯管(5)来调控反应器主体(3)内的温度；
所述的热风供给单元包括风机、通气管道、流量计和热泵；通气管道均匀铺于各级反应器底部，一级反应器中的通气管道依次与外部的第一流量计(9)、第一热泵(8)、第一风机(7)相连，一级反应器上端的出气口与第一热泵(8)相连；二级反应器中通气管道依次与外部的第二流量计(15)、第二热泵(14)、第二风机(13)相连，第二风机(13)还与第一热泵(8)相连，二级反应器上端的出气口与第二热泵(14)相连；三级反应器中通气管道依次与外部的第三流量计(17)、第三风机(16)相连，第三风机(16)还分别与外部空气、第二热泵(14)相通；流量计用于控制通入各级反应器的通风量；热泵一方面用于加热待进入反应器的空气，另一方面对于反应后的饱和湿度的热出气进行降温放热，并由下一级反应器的风机引入下一级反应器；
所述的冷凝水渗滤液回流单元包括蒸发水冷凝回流板(2)、集水槽(11)、水泵(10)和喷头，两个蒸发水冷凝回流板(2)安装于一级反应器的顶部，并与集水槽(11)相连；一级反应器底部设置渗滤液出口，渗滤液出口上安装滤网并与集水槽(11)相连；喷头设置于二级反应器和三级反应器的内部顶端，均通过水泵(10)与集水槽(11)相连；蒸发水冷凝回流板(2)滴下的冷凝水以及反应中的渗滤液集于集水槽(11)，并通过水泵(10)喷淋于二级反应器、三级反应器。
2.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾快速制肥装置，其特征在于，所述的双螺旋物料混合推进装置(4)的推进方向相反，在正向螺旋装置末端设有翻板机构；正向螺旋装置和反向螺旋装置通过螺旋驱动机械结构相连实现同步运行，其速度通过变频装置控制；各级反应器中反向双螺旋中的叶片之间增置横向和纵向的搅拌叶片或搅拌杆，其间距为0.1～1.0米，其疏密程度根据反应器尺寸和物料特性进行调整。
3.采用权利要求1或2所述的一种厨余垃圾快速制肥装置的制肥方法，其特征在于，步骤如下：
(一)一级反应器处理
向一级反应器内装填厨余垃圾，控制红外加热的温度为80-100℃，通风量为5-10m3/h，进气温度维持在80-100℃，停留时间为24h；厨余垃圾每小时搅拌一次，通过红外辐射及热风耦合方式实现厨余垃圾的快速脱水，使厨余垃圾含水率降至55％-60％；脱水过程中产生的蒸汽在一级反应器顶部冷凝，并与底部渗滤液混合进入集水槽(11)，一级反应器脱水处理后，厨余垃圾进入二级反应器；
(二)二级反应器处理
二级反应器首次运行前加入嗜高温微生物，同时一级反应器饱和湿度出气经热泵换热后进入二级反应器，二级反应器反应过程中，红外辐射温度控制在60-80℃，通风量控制在1-5m3/h，进气温度为60-80℃，每12h混匀搅拌一次；3-4天后当二级反应器中的厨余垃圾超过容积3/4后进行出料，进入三级反应器；反应过程中为维持厨余垃圾含水率55％以上，在厨余垃圾混合搅拌过程中，从集水槽(11)中引入冷凝水和渗滤液的混合液进行喷淋；后期连续运行过程中，二级反应器出料留有1/6-1/8，用于嗜高温微生物的接种启动；
(三)三级反应器处理
二级反应器出气热泵换热后进入三级反应器，并补以新鲜空气，维持厨余垃圾温度30-40℃，通风量控制在1-5m3/h，每天混匀搅拌一次，同时在混匀搅拌过程中从集水槽(11)中引入冷凝水和渗滤液的混合液进行喷淋，维持堆体含水率55％以上；停留6-8天后，三级反应器出料即为厨余垃圾成熟堆肥产品。
4.根据权利要求3所述的一种厨余垃圾快速制肥方法，其特征在于，所述的嗜高温微生物来源于污水处理厂的脱水污泥，经过不断高温驯化获得。
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