CN102153389B - 固体废弃物好氧高温堆肥模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体废弃物好氧高温堆肥模拟装置，包括堆肥通气控制系统和堆肥桶组件；堆肥桶组件包括外层桶(3)和套装在外层桶(3)内腔中的内层桶(4)，在外层桶(3)的侧壁顶部和内层桶(4)的侧壁顶部之间设置密封件(6)；外层桶(3)与内层桶(4)围合所形成的空腔(5)与至少一个的导气管(7)相连通；在内层桶(4)的表面设置通气小孔(41)；堆肥通气控制系统包括相连通的气流计(8)和气泵(9)，所述气流计(8)与每个导气管(7)均相连通；时间控制器(10)与气泵(9)信号相连。该装置能多处理多重复地用于固体废弃物好氧高温堆肥模拟试验。

Description

固体废弃物好氧高温堆肥模拟装置

技术领域

本发明涉及一种固体废弃物好氧高温堆肥模拟装置，适用于小规模的多处理多重复堆肥试验研究。

背景技术

好氧高温堆肥技术是目前国内外广泛应用的一种生活垃圾、禽畜粪便、污泥、农作物秸秆等有机固体废弃物的无害化、资源化处理利用技术。但在堆肥技术的优化及其堆肥过程相关机理的研究中，需要进行各种不同处理的堆肥试验，例如不同调理剂对堆肥过程中氮素损失的影响试验，不同堆肥发酵促进菌剂对堆肥腐熟进程的影响试验，不同堆肥工艺参数如通气强度、频度、翻堆次数等对堆肥过程中温室气体释放的影响试验，不同堆肥物料对重金属钝化作用、不同微生物菌剂对畜禽粪中抗生素降解效果试验等等，由于现场堆肥试验需要占用较大空间，常常因受到场地限制而难以实施多处理多重复的试验研究，同时由于堆肥物料体积大，在翻堆过程中很难混合均匀，因此取样的代表性较差。为此，许多研究者采用室内模拟堆肥试验进行相关研究，例如，单婕等(2008)采用1000mL烧杯做反应器，用恒温箱控制65℃温度条件下来研究有效微生物EM和两种调理剂稻草、蚯蚓粪在奶牛粪堆肥中保氮和除臭的效应(单婕与邵孝侯，奶牛粪高温堆肥保氮与除臭技术实验研究.环境科学与技术，2008.31(12)：47-50)；沈颖等以500mL烧杯作为堆肥容器，用恒温水浴锅维持堆温的条件下研究不同温度、初始含水率、时间对猪粪中土霉素、四环素和金霉素生物降解的影响，并考察了此过程中微生物群落的变化(沈颖 魏源送 郑嘉熹方云 陈立平.猪粪中四环素类抗生素残留物的生物降解.过程工程学报，2009(5)：962-968)，显然，这类模拟试验虽然只需少量堆肥物料，可以实施各种试验处理并设置较多的重复，但因物料少只能在人为控制的温度下进行堆肥发酵，因而难以模拟堆肥的自然升温过程，所以试验结果的代表性不足。也有许多研究者通过设计模拟试验装置的方法来完成堆肥试验研究。目前较多的堆肥装置大多设有加热器、机械支架、自动翻转设备等，设计复杂，例如，发明专利02139893.3中所公开的一种外热式堆肥装置，包括四周设有双层侧壁，内外侧壁间具有恒温热水保温层的堆肥仓、由电机和搅拌机构构成的搅拌装置，和通风装置等部件；张华等设计的HC-01深槽式螺旋搅拌堆肥装置由大行走车、搅拌小车、搅拌螺旋、液压系统、电控系统及发酵槽组成(张华 李秀金，蔡璐平 庞云芝.HC-01深槽式螺旋搅拌堆肥装置的研制.农机化研究，2008(3)：222-224)，由于这些堆肥装置不仅造价较高，而且占地面积相对较大，因此也不便在实验室条件下同时进行多处理多重复设计的堆肥试验。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种体积小、设计简单、无需外源加热、造价低廉、适合多处理多重复试验用的固体废弃物好氧高温堆肥模拟试验装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种固体废弃物好氧高温堆肥模拟装置，包括堆肥通气控制系统和堆肥桶组件；

堆肥桶组件包括外层桶和套装在外层桶内腔中的内层桶，外层桶和内层桶均为有底无顶的桶体，在外层桶的侧壁顶部和内层桶的侧壁顶部之间设置密封件；外层桶与内层桶围合所形成的空腔与至少一个的导气管相连通；在内层桶的表面设置通气小孔，在外层桶的外表面设置保温层；

堆肥通气控制系统包括相连通的气流计和气泵，气流计与每个导气管均相连通；时间控制器与气泵信号相连。

作为本发明的固体废弃物好氧高温堆肥模拟装置的改进：在内层桶的顶部设置桶盖，在桶盖内设置贯穿桶盖的排气导管连接口，排气导管连接口与内层桶的内腔相连通。

作为本发明的固体废弃物好氧高温堆肥模拟装置的进一步改进：在保温层的外表面设置外层包覆层。

作为本发明的固体废弃物好氧高温堆肥模拟装置的进一步改进：外层桶的中心轴线与内层桶的中心轴线相重合，外层桶的内壁与内层桶的外壁之间的间距为1～3cm。

作为本发明的固体废弃物好氧高温堆肥模拟装置的进一步改进：通气小孔的孔径为0.5～1cm。

在本发明中，堆肥通气控制系统能够对堆肥过程中的通气量和通气时间进行定量化调节，从而保证堆肥化过程能在堆肥桶组件这个较小的容器内完成。本发明所设结构的堆肥桶组件，使得内层桶内的堆肥物料在堆肥过程中能够有充足的氧气供应，并能够减少桶内热量损失，保持堆肥温度。堆肥桶组件中的保温层具有保温作用，能够减少堆肥物料的热量损失，保持堆肥温度，即有利于堆肥温度的升高；内层桶的侧壁和底部所设置的若干通气小孔，能够保证进入缓冲空气层(即外层桶内壁与内层桶外壁围合所形成的空腔)的空气比较均匀地进入到内层桶内的堆肥物料中。即缓冲空气层可以对通入的空气起到缓冲和预热的作用。

在外层桶的内壁顶部和内层桶的外壁顶部之间设置密封件，从而使外层桶的底部、外层桶的侧壁内表面、内层桶的底部、内层桶的侧壁外表面围合所形成一个空腔作为缓冲空气层，外界空气由气泵的作用经导气管进入该空腔，经空腔缓冲后通过分布于内层桶的底部及侧壁上的通气小孔进入堆肥物料中，空腔的其他部位封闭紧密，空腔内的缓冲空气不会发生漏气现象。

堆肥通气控制系统中的时间控制器用来设定气泵的启动时间和控制气泵的运行时间长短，气泵用来为堆肥环境通气，从而提供好氧高温堆肥过程中所需要的氧气。每一个导气管均与气流计相连通，可以对通过不同导气管进入堆肥桶组件内的通气量进行调节，以保证各处通气条件符合试验设计的要求。即，气流计用来控制进入堆肥桶组件内的气流量大小。

在本发明中，保温层可由海绵、泡沫、泥土、沙、稻草等至少1种材料组成。

本发明的固体废弃物好氧高温堆肥模拟装置，结构简单、占地面积小，无需加热与搅拌装置，成本低廉；只需少量的堆肥物料就能实现与规模化堆肥同步的升温过程，因而，对现场堆肥过程且具有良好模拟效果(其本质为将现场堆肥的中心部分搬回实验室)；具体如下：

1、现场堆肥生产中，由于堆肥物料数量大常常以数吨计，而且成分复杂、结构不均，堆肥前各种物料组分难以精确定量，采用人工翻堆或机械翻堆也仍难以充分混匀，同时堆体的不同部位温差较大，因此堆肥过程中取样的代表性较差。本发明所需的堆肥物料用量少，数kg即可，因而有利于对各组分进行精确定量，同时少量物料可以在堆肥前充分混合均匀，进而有利于提高取样的均一性。

2、现有技术所存在的“不便同时进行多处理并多重复设计试验”的缺陷在于现场堆肥试验占地面积大，实验场地所限无法实施多处理多重复试验；而现有堆肥装置结构复杂、造价高、有的需要加热与搅拌装置，因而能耗大，且需要较大的占地面积，较难在一次试验中同时实施多个处理并设置多个重复。本发明的堆肥模拟装置体积小，在3m²的空间就能同时进行8～10只堆肥桶的试验，而且设计简单、无需外源加热与搅拌装置、造价低廉，运行成本低。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明的固体废弃物好氧高温堆肥模拟装置的剖视结构示意图；

图2是图1中的内层桶4的仰视示意图；

图3是实验1的堆肥过程温度变化趋势图；

图4是实验2的堆肥过程温度变化趋势图；

图5是对比实验1的堆肥过程温度变化趋势图；

图6是对比实验2的堆肥过程温度变化趋势图。

具体实施方式

实施例1、图1～图2结合给出了一种固体废弃物好氧高温堆肥模拟装置，包括堆肥通气控制系统和堆肥桶组件。

堆肥桶组件包括外层桶3和套装在外层桶3内腔中的内层桶4，外层桶3的中心轴线与内层桶4的中心轴线相重合，外层桶3的内壁与内层桶4的外壁之间的间距为1～3cm。外层桶3与内层桶4均为有底无顶的桶体。在内层桶4的顶部设置可开启的桶盖11，具体为：在内层桶4内侧壁的顶部设置内螺纹，在桶盖11上设置与该内螺纹相吻合的外螺纹；依靠内螺纹与外螺纹的连接，桶盖11与内层桶4的顶部实现相连。在桶盖11内设置贯穿桶盖11的排气导管连接口12，排气导管连接口12与内层桶4的内腔相连通。

在外层桶3的侧壁顶部和内层桶4的侧壁顶部之间设置密封件6(例如为保温泡沫材料)；因此外层桶3与内层桶4围合所形成的空腔5为一个相对密封的空间，即，外层桶3的底部、外层桶3的侧壁内表面、内层桶4的底部、内层桶4的侧壁外表面围合所形成一个空腔5作为缓冲空气层。

在内层桶4的侧壁和内层桶4的底部分别设置若干个通气小孔41，通气小孔的孔径为0.5～1cm。在外层桶3的外部套装筒状的外层包覆层1(例如为筒状编织袋、塑胶布等)，在外层桶3与外层包覆层1之间的间隙内填充海绵等保温材料作为保温层2，保温层2的厚度为3～5cm。当然，如果能将保温层2牢固地固定在外层桶3的外表面，外层包覆层1也可取消不用。

以外层桶3的中心轴线为中心轴，对称设置若干个的导气管7(例如为2个或3个)，导气管7的内径为1cm左右；每个导气管7的出口端均与空腔5密封的相连通，即，导气管7与外层桶3的侧壁之间为密封相连；该导气管7靠近外层桶3的底部。每个导气管7的进口端依次穿越保温层2和外层包覆层1后位于堆肥桶组件的外部。

堆肥通气控制系统包括相连通的气流计8和气泵9，每个导气管7的进口端分别与一个气流计8的出口端相连通；时间控制器10与气泵9信号相连。

本发明的固体废弃物好氧高温堆肥模拟装置实际使用时，时间控制器10设定好每天需要通气的时间，然后与电源相接，从而控制气泵9的启动与停歇的时间。打开桶盖11，将混合处理好的物料装入内层桶4的内腔中；然后合上桶盖11。经时间控制器10启动的气泵9将新鲜空气输送到气流计8，通过气流计8调节气流量的大小后通过导气管7进入空气层(空腔5)内，空气层(空腔5)内的空气被内层桶4内的堆体物料发酵所产生的温度自然加热后，从通气小孔41进入内层桶4内的堆体物料中，为堆体物料的发酵提供所需氧气。发酵所产生的气体能从排气导管连接口12排出；利用排气导管连接口12可收集发酵所产生的气体，用于进行发酵气体成分的检测。

利用本发明的固体废弃物好氧高温堆肥模拟装置及按照上述使用方法进行了如下实验：此时，内层桶4的内径为28cm，高33cm；

实验1、按渣质量比3∶1的猪粪与菇混合物料7.5kg，并添加1％(重量比)的发酵菌剂，调节含水量至60％，经充分拌匀后装入内层桶4内，设置时间控制器10为每隔两小时通气四小时(即，通气4小时，停2小时交替进行)；调节气流计8使每个导气管7的通气量为4L/min，三个导气管7的总通气量为12L/min。结果显示，应用本装置，堆置48小时后，堆肥温度由室温23℃升高至50℃左右，持续时间7天堆肥温度＞55℃，达到禽畜粪便无害化卫生标准(GB 7959-87)要求，堆肥过程温度变化趋势如图3所示。堆制28天以后，堆肥物料成黑褐色、无臭味，堆肥取样并测得浸提液处理后种子发芽指数达114％(发芽指数GI＝(处理发芽率×处理根长)/(空白发芽率×空白根长)×100％：黄国锋 吴启堂 孟庆强 黄焕忠.猪粪堆肥化处理的物质变化及腐熟度评价.华南农业大学学报(自然科版)，2002，23(3)：1-4)。

实验2、按质量比3∶1的猪粪与菇渣混合物料7.5kg，并添加1％发酵菌剂，调节含水量至55％，经充分拌匀后装入内层桶4内，将导气管7的数量改成2个，调节气流计8使每个导气管7的通气量为4L/min，两个导气管7的总通气量为8L/min。堆肥每隔5天进行一次翻堆混匀处理，物料过干时，喷洒水分，从而使堆肥在处理期的前10天内一直保持含水率在55％左右。结果显示，应用本发明装置，堆肥温度在16h内迅速从室温15℃升高至53.9℃，最高温度可达63℃，持续6天堆肥温度＞55℃以上，达到禽畜粪便无害化卫生标准(GB 7959-87)要求，堆肥温度变化趋势如图4所示。堆制20天以后，堆肥物料成黑褐色、无臭味，取样测得堆肥浸提液处理的种子发芽指数达为98％，含水率下降为38％。

上述2个实验表明，采用本发明的堆肥模拟装置，进行有机固体废弃物堆肥试验可以达到常规堆肥的升温规律。

对比实验：

对比实验1、本现场堆肥试验在某堆肥厂进行，按质量比3∶1的猪粪与菇渣混合物料1000kg，并添加1％发酵菌剂，调节含水量至60％左右，采用静态堆垛式堆制，堆温变化曲线如图5所示。

对比实验2、以质量比约为3∶1的猪粪与菇渣混合物料，添加1％的发酵菌剂，并调节水分含量至60％左右，在180L的强制通风静态堆肥反应器，进行堆肥试验。堆肥反应器PVC板制成的长方体型密闭反应系统，反应器的长×宽×高为50cm×50cm×75cm，反应器设有进料口、进气口、排水口、排气口、测温孔、排水槽等.堆肥过程中采用通气量为100L/min鼓风机实行间歇式机械通风，每隔4h通风一次，每次通风时间为10min.测得堆温变化曲线如图6所示。

由于堆温是直观反映堆肥过程物料的物理、化学、生物学过程的综合指标，比较上述实验结果可见，采用本发明堆肥模拟装置的进行堆肥的堆温变化趋势与常规现场堆肥或大型堆肥反应器的堆温变化趋势一致，说明本发明堆肥模拟装置具有良好的模拟效果。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (4)

1.固体废弃物好氧高温堆肥模拟装置，其特征是：包括堆肥通气控制系统和堆肥桶组件；

所述堆肥桶组件包括外层桶(3)和套装在外层桶(3)内腔中的内层桶(4)，所述外层桶(3)和内层桶(4)均为有底无顶的桶体，在外层桶(3)的侧壁顶部和内层桶(4)的侧壁顶部之间设置密封件(6)；所述外层桶(3)与内层桶(4)围合所形成的空腔(5)与至少一个的导气管(7)相连通；在内层桶(4)的表面设置通气小孔(41)，在所述外层桶(3)的外表面设置保温层(2)；

在内层桶(4)的顶部设置可开启的桶盖(11)，在所述桶盖(11)内设置贯穿桶盖(11)的排气导管连接口(12)，所述排气导管连接口(12)与内层桶(4)的内腔相连通；

所述堆肥通气控制系统包括相连通的气流计(8)和气泵(9)，所述气流计(8)与每个导气管(7)均相连通；时间控制器(10)与气泵(9)信号相连。

2.根据权利要求1所述的固体废弃物好氧高温堆肥模拟装置，其特征是：在所述保温层(2)的外表面设置外层包覆层(1)。

3.根据权利要求2所述的固体废弃物好氧高温堆肥模拟装置，其特征是：所述外层桶(3)的中心轴线与内层桶(4)的中心轴线相重合，所述外层桶(3)的内壁与内层桶(4)的外壁之间的间距为1～3cm。

4.根据权利要求3所述的固体废弃物好氧高温堆肥模拟装置，其特征是：所述通气小孔(41)的孔径为0.5～1cm。

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