CN100340530C - 垃圾生化好氧处理装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种垃圾生化好氧处理装置在垃圾堆旁设置风机及其控制方法，在风机的出风口连接通风管道，通风管道的出风口置于垃圾堆内，在垃圾堆内设置气体含量测量仪和温度测量仪，气体含量测量仪和温度测量仪的测定结果输入一个控制器的数据输入端，该控制器的控制端与风机的开关相连接。上述气体含量测量仪是氧含量测量仪或二氧化碳含量测量仪。本发明降低了垃圾堆肥臭味、加速生化好氧反应，降低了垃圾二次污染程度、达到减量化、稳定化；提高了垃圾的热值，减少了焚烧厂能耗、降低了垃圾处理系统费用。

Description

垃圾生化好氧处理装置及其控制方法

(一)技术领域

本发明涉及一种对垃圾、粪便、污泥等有机残余物进行生化好氧(或称堆肥)处理的装置及其方法。

(二)背景技术

垃圾、粪便、污泥在堆肥时，绝大部分有机物在降解过程中先是在厌氧状态下进行的。不仅反应速度慢，还产生严重的气味污染。传统的堆肥过程中通常采用收集废气、生物过滤的方法来减少气味物质的排放。生物过滤器或池内装有植物性填料，如树枝、干草和/或熟化了的堆肥。臭气通过填料，气味中的气味物质被吸附在湿润的填料表层，在有氧条件下微生物降解气味物质。具有处理速度慢、时间长的问题。中国发明专利(申请号01120522，公开号1397528)提出利用温度测量来控制堆肥过程。但是用温度信号来控制通风量有很大局限性，因为温度无法直接体现堆肥中的生化耗氧情况。

(三)发明内容

本发明提出一种垃圾生化好氧处理装置及其控制方法，解决降低垃圾堆肥臭味、加速生化好氧反应的问题；还解决降低垃圾二次污染程度、达到减量化、稳定化的问题；并解决提高垃圾的热值，减少焚烧厂能耗、降低垃圾处理系统费用的问题。

本发明的技术方案：这种垃圾生化好氧处理装置，其特征在于：

(1)、在垃圾堆旁设置风机，在风机的出风口连接通风管道，通风管道的出风口置于垃圾堆内；

(2)、在垃圾堆内设置气体含量测量仪和温度测量仪，气体含量测量仪和温度测量仪的测定结果输入一个控制器；

(3)、上述控制器中进一步包括存储器、计时器、中央处理器、输入设备、输出设备；

(4)、上述控制器将气体含量测量仪和温度测量仪的测定信号经中央处理器计算，并与预先设定值进行比较，确定风机的开、闭，并输出风机开闭信号；

(5)、上述控制器的输出端与风机的开关相连接。

上述气体含量测量仪是氧含量测量仪或二氧化碳含量测量仪。

上述垃圾堆是一个以上时，分别设置风机或共用一个风机，通往每个垃圾堆的通风管道上有一截止阀。

上述风机是一个以上时，分别设置控制器或共用一个控制器。

上述风机与压差控制器连接。

这种垃圾生化好氧处理装置的控制方法，其特征在于有以下步骤：

步骤(1)、启动风机，控制器开始计时；

步骤(2)、将最大氧饱和度O1max、最小氧饱和度O1min、垃圾总量、垃圾含水量数据和控制程序存入控制器的存储器中，O1min的选值范围是0.1-0.9；

步骤(3)、读取气体含量测量仪氧饱和度实侧值O1、温度测量仪的实测值T1；

步骤(4)、若O1＜O1min，则启动风机或打开通风阀门；若O1≥O1max，则停止风机或关闭通风阀门。

在步骤(4)后还可以有以下步骤：

步骤(5)、若O1min＜O1＜O1max，并无外界终止指令，有外界更改输入值指令，则返回步骤(1)；

步骤(6)、若O1min＜O1＜O1max，并无外界终止指令，也无外界更改输入值指令，则返回步骤(3)；

步骤(7)、若O1min＜O1＜O1max，有外界终止指令，则停止风机或关闭通风阀门。

当用于垃圾干燥时，垃圾生化好氧处理装置的控制方法，其特征在于有以下步骤：

步骤(a)、启动风机，控制器开始计时；

步骤(b)、将最小设定温度T1min、最大设定温度T1max、垃圾总量、垃圾含水量、启动温度Ts、垃圾堆温度变化ΔT1、时间段Δt数据和控制程序存入控制器的存储器中；

步骤(c)、读取温度测量仪的温度实测值T1；

步骤(d)、若T1＞Ts否，则返回步骤(c)；

步骤(e)、若T1＝T1max，则启动风机或打开通风阀门；

步骤(f)、读取气体含量测量仪的实侧值O1、温度测量仪的实测值T1；

步骤(g)、若T1＜T1max-ΔT1否，则返回步骤(f)；

步骤(h)、若T1＜T1max-ΔT1是，则停止风机或关闭通风阀门。

在步骤(h)后还可以有以下步骤：

步骤(i)、若无外界终止指令，有外界更改输入值指令，则返回步骤(a)；

步骤(j)、若无外界终止指令，也无外界更改输入值指令，则返回步骤(c)；

步骤(k)、若有外界终止指令，则停止风机或关闭通风阀门。

上述启动温度Ts的取值范围是30-90℃。

本发明从根本上解决了人们长期以来无法直接根据堆肥中氧的真实含量来确定操作的问题，并将系统成本降至最低。具有如下有益效果：

1、通过通风控制使反应速度与反应温度同时实现最大，将发酵时间缩短约60％，因此使堆肥占地面积最小。

2、与常规方法比，系统更稳定，更经济；

3、将气味产生降至最低，与常规方法比减少90％以上，因此不需要特殊的厂房和密闭的料仓。

4、通过通风控制一方面确保系统的好氧条件，同时又避免了盲目通风，因此将系统的通风能耗降到最小，大大降低运行成本，与常规方法比可节省运行投资50％以上。

5、采用小功率通风，使得通风分布更均匀，堆肥过程中仅需一次翻堆，因此不需昂贵的翻堆专门设备，并使翻堆能耗降至最小，并显著改善堆肥质量。

本发明通过对垃圾堆含氧量、温度的监测以及对通风量的控制，在整个生化好氧过程中，保证垃圾堆中有氧状态，避免厌氧带来的反应速度下降和臭气产生。通过控制通风量，实现系统有氧状态下对温度的控制和对蒸发水量(湿度变化)的控制。本发明在以最快速度实现垃圾中有机物最大程度降解为过程目的时，系统保持最快的反应速度，臭味产生降至最小，水分蒸发量控制在最小。在以通过生物反应放热来最快蒸发垃圾中水分来干燥垃圾为目的时，在保持系统始终有氧的条件下，根据系统温度的变化控制通风量，风被垃圾堆中释放的热能而升温，同时将集中的水分蒸发，达到快速干燥的效果。本发明可避免堆肥供氧不足产生臭气，缩短了垃圾处理时间。避免堆肥过量通风，消耗过多能耗，避免有机物反应不完全，带出的半产物过多、垃圾堆温度下降。

本发明始终保持堆肥的空隙中有足够的氧气存在，从而保证垃圾与气体接触的表面处于好氧状态。避免供氧不足，把臭气产生控制到最小。本发明通过控制垃圾堆的通风量、温度、湿度，控制垃圾堆的好氧处理过程。除了能将垃圾废物控制生产肥料外，还可以通过好氧处理，使垃圾残余物的可生化降解部分被生物氧化，从而最大程度地降低了垃圾将来在填埋后的产气能力及渗出水的污染程度，起到减量化、稳定化的作用。本发明可以使高水分的垃圾在生物氧化中产生热量，并可使水分蒸发。通过控制，实现对垃圾的干燥功能，从而提高垃圾的热值，有利于进一步的焚烧处理。即使对有焚烧厂的地区，生物处理部分垃圾可减少昂贵的焚烧厂的设计规模，缓冲在焚烧厂维修期间处理不了的垃圾，从而使整个地区的垃圾处理系统的费用降低。通过对堆肥过程中氧气含量、温度及湿度变化全面控制和优化。可以对垃圾堆的通风量、温度的控制，并对湿度的变化、垃圾量的变化作出计算和预测。适用于垃圾堆肥和垃圾干燥的生化好氧处理。

(四)附图说明

图1是垃圾生化好氧处理装置实施例一的示意图；

图2是垃圾生化好氧处理装置实施例二的示意图；

图3是垃圾生化好氧处理装置的控制方法的原理图。

图4是垃圾生化好氧处理装置的控制方法一的流程图；

图5是垃圾生化好氧处理装置的控制方法二的流程图。

图中：1-垃圾堆、2-通风管道、3-风机、4-温度测量仪、5-氧含量测量仪、41-温度测量仪探头、51-氧含量测量仪探头、6-控制器、7-截止阀、8-压差控制器。

(五)具体实施方案

实施例一是单个垃圾堆的垃圾生化好氧处理装置，如图1所示，控制方法如图2、3、4所示，这是一个典型的生化好氧处理过程中的垃圾堆的控制系统。在垃圾堆旁设置风机3，在风机的出风口连接通风管道2，通风管道的出风口置于垃圾堆内，在垃圾堆内设置氧含量测量仪5的探头51和温度测量仪4的探头41，氧含量测量仪和温度测量仪的数据输入一个控制器的数据输入端，上述控制器6中进一部包括存储器、计时器、中央处理器、输入设备、输出设备；控制器将气体含量测量仪和温度测量仪的测定信号经控制器的中央处理器计算，并与预先设定值进行比较，确定风机的开、闭，并输出风机开闭信号；控制器的输出端与风机的开关相连接。

气体含量测量仪可以采用氧含量测量仪或二氧化碳含量测量仪。氧含量测定可用二氧化碳的测定来替代，因为消耗氧的结果是气体中二氧化碳的增加。设气体中实测二氧化碳的体积百分数(以干气体为基准)为CO₂1，则以上公式中氧的饱和度O1则表达为O1＝(20-CO₂1)/20。

风机3可以是向垃圾堆送风，也可以从垃圾堆中抽风。根据温度和氧气测量结果，通过控制器，按以上介绍的方法来停、开风机。其特点是每一个垃圾堆配备一个风机，控制灵活、节能，避免过长的管道带来的漏风或阻力增加，风机马达转速不需控制。

实施例二是多个垃圾堆的垃圾生化好氧处理装置，如图2所示，控制方法如图2、3、4所示，垃圾堆是一个以上时，通往每个垃圾堆的通风管道上有一截止阀，多个垃圾堆共用一个风机，为简化，图中仅表达了3个垃圾堆A、B、C。在垃圾堆1中安置温度测量仪探头41和氧含量测量仪探头51。每堆中测量温度信号、氧气含量数据输送给控制器6，控制器6决定截止阀7A、7B、7C的开闭。风机3的总通风量由压差控制器8采用压差控制，即风机两侧的风道测压、压差保持恒定。同样，氧含量可用二氧化碳含量代替。此时，控制器可是一个总控制器，也可做成多个单独的控制器，控制器包括存储器、计时器、中央处理器、输入设备、输出设备，可选用市售计算机。

图3是采用氧气含量、温度测量的堆肥控制原理图。

氧的饱和度O1定义如下：O1＝垃圾堆中干气体含氧体积百分数/环境中干空气含氧的体积百分数。当O1＝1时，垃圾堆中没有进行生化反应，没耗氧。

T1和O1测定值传输给控制器进行数据处理。向控制器给定或输入一边界值，即允许最小氧饱和度O1min，取值范围0.1-0.9(多数情况下0.5-0.9)。当系统测定值O1＜O1min时：控制器启动风机。

向控制器给定或输入另一边界值，即允许最大氧饱和度O1max，O1max＞O1min。当O1测定值达到O1max时：控制器停止风机运行。

O1min、O1max可以是预先给定，也可以在运行中调节。如果希望垃圾堆温度增加，则适当调小O1min和O1max值，如果希望垃圾堆温度降低，则调高O1min和O1max值。

由于堆肥过程中绝大多数情况下离开垃圾堆的气体含饱和水蒸气，所以单位时间垃圾堆的蒸发水份量为温度T1相对应的饱和含水量和通风量的函数。

定义W(T1)为T1温度下气体的饱和含水量，W(T环境)为环境温度T环境下气体的饱和含水量，单位均为g水/Nm3干气体。通风机流速为Q(风机)单位为Nm3/min，则单位时间垃圾堆蒸发的水份Q(水)为：

Q(水)＝K₁×Q(风机)×[W(T1)-W(T环境)]

K₁为针对一具体系统，通过试验来确定。

通过以上公式可以计算不同温度下单位时间的水蒸发量。

垃圾中生化可降解有机物通过生物氧化得到降解，同时放出热量，单位时间生化可降解有机物的减少量Q(干垃圾)及发热量Q(热)与氧气消耗量呈正比。

Q(干垃圾)＝K₂×Q(风机)×(1-O1)

K₂为针对一具体系统通过试验确定的常数，单位为g/Nm³

Q(热)＝K₃×Q(风机)×(1-O1)

K₃为针对一具体系统通过试验确定的常数，单位为KJ/Nm³

以上关系式给出不同参数单位时间内的变化。

在已知前一时刻时垃圾的重量、含水量情况下，根据计算的蒸发水量Q(水)、垃圾减少量Q(垃圾)，从而可预测、调节垃圾在某一时刻的含水率。

原始垃圾首先按以上所述的根据氧含量控制风机的方法，完成系统初始升温阶段(一般1-3天)。

设定干燥启动温度：Ts取值范围30-90℃。

向控制器给定或输入

Δt设定时间段(min)

ΔT1垃圾堆温度变化(℃)，取值小于T(启动)

当系统温度T1大于T(启动)时，启动以下自控过程控制实现速度最大化：

设定一变量T1max，控制器记录此时温度为T1max。如果此时风机处于停的状态，自动启动风机，由于水份不断蒸发，系统温度T1过一段时间后会开始下降，当下降到T1＜T1max-ΔT1时，系统停止通风，氧气含量开始下降。

当下降到O1min时，系统远离控制并运行一个时间段Δt之后，控制器将测量温度记录为T1max，然后自动启动风机，重复以上过程。控制器通过计算Q(水)，Q(干垃圾)，可通过上述方法的计算来预测出干垃圾的减少量，已蒸发的含水量，垃圾此时的含水量。

参见图4，垃圾生化好氧处理装置的控制方法步骤：

(1)、启动风机，控制器开始计时；

(2)、将预先设定的O1min、O1max、垃圾总量、垃圾含水量数据和控制程序存入控制器的存储器中；

(3)、读取气体含量测量仪的实侧值O1、温度测量仪的实测值T1；

(4)、若O1＜O1min，则启动风机或打开通风阀门；若O1≥O1max，则停止风机或关闭通风阀门。

(5)、若O1min＜O1＜O1max，并无外界终止指令，有外界更改输入值指令，则返回第(1)步骤；

(6)、若O1min＜O1＜O1max，并无外界终止指令，也无外界更改输入值指令，则返回第(3)步骤；

(7)、若O1min＜O1＜O1max，有外界终止指令，则停止风机或关闭通风阀门。

参见图5，其垃圾生物干燥控制方法可有以下步骤：

(a)、启动风机，控制器开始计时；

(b)、将预先设定的T1min、T1max、垃圾总量、垃圾含水量、启动温度Ts、垃圾堆温度变化ΔT1、时间段Δt数据和控制程序存入控制器的存储器中；

(c)、读取温度测量仪的实测值T1；

(d)、若T1＞Ts否，则返回步骤(c)；

(e)、若T1＝T1max，则启动风机或打开通风阀门；

(f)、读取气体含量测量仪的实侧值O1、温度测量仪的实测值T1；

(g)、若T1＜T1max-ΔT1否，则返回步骤(f)；

(h)、若T1＜T1max-ΔT1是，则停止风机或关闭通风阀门；

(i)、若无外界终止指令，有外界更改输入值指令，则返回步骤(a)；

(j)、若无外界终止指令，也无外界更改输入值指令，则返回步骤(c)；

(k)、若有外界终止指令，则停止风机或关闭通风阀门。

Claims (10)

1.一种垃圾生化好氧处理装置，其特征在于：

(1)、在垃圾堆旁设置风机，在风机的出风口连接通风管道，通风管道的出风口置于垃圾堆内；

(2)、在垃圾堆内设置气体含量测量仪和温度测量仪，气体含量测量仪和温度测量仪的测定结果输入一个控制器；

(3)、上述控制器中进一步包括存储器、计时器、中央处理器、输入设备、输出设备；

(4)、上述控制器将气体含量测量仪和温度测量仪的测定信号经中央处理器计算，并与预先设定值进行比较，确定风机的开、闭，并输出风机开闭信号；

(5)、上述控制器的输出端与风机的开关相连接。

2.根据权利要求1所述的垃圾生化好氧处理装置，其特征在于：上述气体含量测量仪是氧含量测量仪或二氧化碳含量测量仪。

3.根据权利要求1或2所述的垃圾生化好氧处理装置，其特征在于：上述垃圾堆是一个以上时，分别设置风机或共用一个风机，通往每个垃圾堆的通风管道上有一截止阀。

4.根据权利要求3所述的垃圾生化好氧处理装置，其特征在于：上述风机是一个以上时，分别设置控制器或共用一个控制器。

5.根据权利要求4所述的垃圾生化好氧处理装置，其特征在于：上述风机与压差控制器连接。

6.根据权利要求1或5的垃圾生化好氧处理装置的控制方法，其特征在于有以下步骤：

步骤(1)、启动风机，控制器开始计时；

步骤(2)、将最大氧饱和度O1max、最小氧饱和度O1min、垃圾总量、垃圾含水量数据和控制程序存入控制器的存储器中，O1min的选值范围是0.1-0.9；

步骤(3)、读取气体含量测量仪氧饱和度实侧值O1、温度测量仪的实测值T1；

步骤(4)、若O1＜O1min，则启动风机或打开通风阀门；若O1≥O1max，则停止风机或关闭通风阀门。

7.根据权利要求6的垃圾生化好氧处理装置的控制方法，其特征在于：在步骤(4)后还有以下步骤：

步骤(5)、若O1min＜O1＜O1max，并无外界终止指令，有外界更改输入值指令，则返回步骤(1)；

步骤(6)、若O1min＜O1＜O1max，并无外界终止指令，也无外界更改输入值指令，则返回步骤(3)；

步骤(7)、若O1min＜O1＜O1max，有外界终止指令，则停止风机或关闭通风阀门。

8.根据权利要求1或5的垃圾生化好氧处理装置的控制方法，其特征在于有以下步骤；

步骤(a)、启动风机，控制器开始计时；

步骤(b)、将最小设定温度T1min、最大设定温度T1max、垃圾总量、垃圾含水量、启动温度Ts、垃圾堆温度变化ΔT1、时间段Δt数据和控制程序存入控制器的存储器中；

步骤(c)、读取温度测量仪的温度实测值T1；

步骤(d)、若T1＞Ts否，则返回步骤(c)；

步骤(e)、若T1＝T1max，则启动风机或打开通风阀门；

步骤(f)、读取气体含量测量仪的实侧值O1、温度测量仪的实测值T1；

步骤(g)、若T1＜T1max-ΔT1否，则返回步骤(f)；

步骤(h)、若T1＜T1max-ΔT1是，则停止风机或关闭通风阀门。

9.根据权利要求8的垃圾生化好氧处理装置的控制方法，其特征在于：在步骤(h)后还有以下步骤：

步骤(i)、若无外界终止指令，有外界更改输入值指令，则返回步骤(a)；

步骤(j)、若无外界终止指令，也无外界更改输入值指令，则返回步骤(c)；

步骤(k)、若有外界终止指令，则停止风机或关闭通风阀门。

10.根据权利要求8的垃圾生化好氧处理装置的控制方法，其特征在于：上述启动温度Ts的取值范围是30-90℃。

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