CN103524168A - 温控式双层圆筒形好氧堆肥反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温控式双层圆筒形好氧堆肥反应器，包括小圆筒（2）和大圆筒（1）等，小圆筒（2）同轴心的被置于大圆筒（1）的内腔中；大圆筒（1）的大顶盖（11）上设有外通气管路插口（14）等；在小圆筒（2）的小顶盖（21）上设有内通气管路插口（24）等；在小圆筒（2）的内腔中设置用于放置物料的隔层（3），隔层（3）上设有隔层通气管路插口（31）等；通气管路（4）的下端穿过上述插口后位于隔层（3）下方的小圆筒（2）的内腔中；通气管路（3）的下端连接有布气管道（8）；通气管路（4）的上端（41）用于与通风机相连接。其能用于清淤底泥、生物质废料等的高温腐熟堆肥，实现固废的生态化处理。

Description

温控式双层圆筒形好氧堆肥反应器

技术领域

本发明属于固废生物质资源利用技术领域，特别涉及一种温控式双层圆筒形好氧堆肥反应器，具体涉及一种能够均匀布气、保温的双层堆肥反应器装置。 

背景技术

随着人口数量的增加、工农业发展和城市化进程的加快，河湖负荷逐年增加，导致水体和底泥中的污染物不断累积，湖泊富营养化程度日趋严重。底泥既是河湖中污染物的蓄积库,又是内污染源，即使控制了外源污染，底泥中蓄积的污染物也会向上层水体释放，从而影响水质，因此，底泥疏浚成为控制河湖污染的有力措施。然而，清淤底泥即使堆放三年，表面似乎干燥，但其内部仍含有大量水，无承载力，呈流塑状和再溶性，运输中渗漏，雨水冲刷造成二次甚至多次污染十分严重。例如太湖月亮湾地区目前已清出近200万立方底泥，长期堆放露天而占用大量土地，造成二次污染，成为了棘手问题。国内1998年起就禁止底泥以抛海和与垃圾混合燃烧的方式处理底泥，要求底泥不能对周围环境和地下水造成二次污染。 

与污泥及工业废渣等城市固废相比，河湖清淤底泥排放量大，理化性质与土壤接近，污染物成分简单且含量低，不仅含有大量的氮磷钾等营养元素，且有机质含量高。因而，可以作为林地、城市绿地、农田等土壤利用，是底泥处置的较为经济的方法。美国近年对五大湖区进行疏浚产生大量底泥，最终处置也是土地回用。国内利用疏浚底泥与无机肥料（化肥）以2:8加工成复混肥，具有较好肥效。农业废弃物和河湖底泥都是典型的固体废物。底泥粘度较大，水分含量较高，不能直接农用，需要合理处理改善其理化性质。农业废弃物产生源点多且量大、成分复杂、布局分散、不利收集，因而底泥与农业废弃物的一并资源化处置成为近年来关注的热点。20世纪90年代，日本等发达国家采用“发酵仓工艺”对底泥进行处理，达到了较高的效率。在高温、多湿条件下，经过发酵腐熟、微生物分解而制成的一种有机肥料，可以增加土壤有机质含量的同时改善土壤理化性质。而且高温堆肥对于促进农作物茎秆、人畜粪尿、杂草等堆积物的腐熟，以及杀灭其中的病菌、虫卵和杂草种子等，具有一定的作用。但是在高温堆肥中，尤其是小试堆肥过程中，如何保温和布气均匀是一个难点。 

目前现有的一种污泥好氧堆肥反应器，由进出空气控制系统、搅拌系统、单层发酵罐体系统、加热控温系统构成。该反应器也是一种污泥好氧堆肥反应器，特别适合用于高含水率污泥好氧堆肥反应。该反应器由于采用了加热系统，因此导致能耗较大。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种温控式双层圆筒形好氧堆肥反应器，采用本发明的反应器能实现底泥与农业废弃物高温腐熟时达到合理控温和布气均匀的目的；可以充分利用高温腐熟堆体中的有益微生物和堆肥过程中产生的热量，有力地减少热量的散失。 

为了解决上述技术问题，本发明提供一种温控式双层圆筒形好氧堆肥反应器，反应器包括各自带有底部的小圆筒和大圆筒，小圆筒同轴心的被置于大圆筒的内腔中； 

大圆筒的顶部设有大顶盖（为可开启型），大顶盖上分别设有外通气管路插口、外排气口、外温度计插口和外取样口，在大圆筒的侧壁上设有外排水口，外排水口靠近大圆筒的底部； 

小圆筒的顶部设有小顶盖（为可开启型），小顶盖上分别设有与外通气管路插口、外排气口、外温度计插口和外取样口相一一对应的内通气管路插口、内排气口、内温度计插口和内取样口；在小圆筒的侧壁上设有内排水口，内排水口靠近小圆筒的底部； 

在小圆筒的内腔中设置隔层（为可拆除式的），隔层用于放置物料，隔层上分别设有隔层通气管路插口和隔层通气小孔； 

备注：隔层与小圆筒的内腔相吻合，即隔层的外圈与小圆筒的内壁相贴合； 

通气管路的下端依次穿过外通气管路插口、内通气管路插口、隔层通气管路插口后位于隔层下方的小圆筒的内腔中；通气管路的下端连接有布气管道，布气管道上开有面朝小圆筒的底部或面朝小圆筒的侧壁的布气小孔； 

通气管路的上端用于与通风机相连接。 

作为本发明的温控式双层圆筒形好氧堆肥反应器的改进：在隔层的上表面设置筛网；物料被置于筛网之上；筛网的作用是避免隔层上的通气小孔被物料堵塞；在筛网上设有筛网通气管路插口； 

通气管路的下端依次穿过外通气管路插口、内通气管路插口）、筛网通气管路插口、隔层通气管路插口后位于隔层下方的小圆筒的内腔中。 

作为本发明的温控式双层圆筒形好氧堆肥反应器的进一步改进： 

在隔层的底部设置用于支撑隔层的隔层支撑垫； 

在小圆筒的底部设置用于支撑小圆筒的小圆筒支撑垫； 

在大圆筒的底部设置用于支撑大圆筒的大圆筒支撑垫。 

作为本发明的温控式双层圆筒形好氧堆肥反应器的进一步改进： 

在大圆筒的内表面和小圆筒的外表面所围合形成的空腔内设置用于保温的填充物，填充物为棉花或海绵。 

作为本发明的温控式双层圆筒形好氧堆肥反应器的进一步改进： 

所述布气管道呈E字形，所述E字形的3个横向且相互平行的支道上均开有面朝小圆筒底部或面朝小圆筒的侧壁的布气小孔。 

在本发明中，所述布气管道上开有布气小孔；能实现通过通气管路将空气从上一直传递至隔层底下。 

在本发明中，小圆筒依靠若干个均匀排列的小圆筒支撑垫被固定在大圆筒的内腔中。 

在本发明中设置筛网的作用是：避免隔层上的通气小孔被物料堵塞。 

本发明的好氧堆肥反应器能用于清淤底泥、生物质废料等的高温腐熟堆肥，实现固废的生态化处理。 

本发明具有以下技术特点： 

1）、在大圆筒的内表面和小圆筒的外表面所围合形成的空腔内设置填充物，有利于保温措施的实施。 

2）、除了排水口以外，将排气口、通气口（即通气管路插口）等设在盖子（包括大圆筒的大顶盖、小圆筒的小顶盖）上，既减少了制作成本，又能够减少温度的扩散，有利于保温措施的实施。 

3）、布气管道呈E字形，且E字形的3个横向且相互平行的支道上均开有面朝小圆筒底部的或面朝小圆筒侧壁的布气小孔；能实现通过通气管路将空气从上一直传递至隔层底下，从而保证布气均匀，还能保证布气小孔不被堆肥时所产生的滤液堵塞。 

本发明的显著优点和效果如下： 

1.较好的保温措施。空腔之间的填充物有效地阻隔了高温腐熟堆体热量的散失，充分利用了物料高温腐熟堆体产生的热量。同时，反应器上的排气口、通气口等都开在顶盖上，既降低了反应器的造价，又也利于保温。 

还避免使用加热系统，从而降低能耗，节省成本。 

2.布气均匀，避免了布气小孔的堵塞。 

3、隔层支撑垫不仅起到支撑隔层的作用，还能起到使布气更均匀的作用。 

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为温控式双层圆筒形好氧堆肥反应器的剖视结构示意图； 

图2是图1中A-A剖的剖面结构示意图； 

图3是图1中的隔层3的结构示意图； 

图4是图1中的布气管道8的仰视结构示意图； 

图5是实施例1的温度变化曲线图； 

图6是对比例1的温度变化曲线图； 

图7是对比例2的温度变化曲线图； 

图8是对比例3的温度变化曲线图； 

图9是对比例4的温度变化曲线图。 

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 

实施例1、一种温控式双层圆筒形好氧堆肥反应器，反应器包括各自带有底部的小圆筒2和大圆筒1，小圆筒2同轴心的被置于大圆筒1的内腔中。 

大圆筒1的顶部设有大顶盖11（大顶盖11通过螺钉与大圆筒1相连，从而实现大顶盖11为可开启型顶盖），大顶盖11上分别设有外通气管路插口14、外排气口12、外温度计插口15和外取样口13，在大圆筒1的侧壁上设有外排水口16，外排水口16靠近大圆筒1的底部。 

小圆筒2的顶部设有小顶盖21（小顶盖21通过螺钉与小圆筒2相连，从而实现小顶盖21为可开启型顶盖），小顶盖21上分别设有与外通气管路插口14、外排气口12、外温度计插口15和外取样口13相一一对应的内通气管路插口24、内排气口22、内温度计插口25和内取样口23；在小圆筒2的侧壁上设有靠近小圆筒2底部的内排水口26。 

在大圆筒1的内表面和小圆筒2的外表面所围合形成的空腔内设置用于保温的填充物，填充物可选用棉花或海绵。 

在小圆筒2的内腔中设置隔层3（为可拆除式的），在隔层3的上表面设置筛网9；物料被置于筛网9之上；隔层3上分别设有隔层通气管路插口31和若干个的隔层通气小孔32；筛网9的作用是避免隔层3上的隔层通气小孔32被物料堵塞。在筛网9上设有筛网通气管路插口91。 

在隔层3的底部设置用于支撑隔层3的隔层支撑垫5（该隔层支撑垫5的另一端与小圆筒2的底部固定相连）；在小圆筒2的底部设置用于支撑小圆筒2的小圆筒支撑垫6（小圆筒支撑垫6的另一端被嵌入大圆筒1底部的固定凹槽内，从而实现固定相连），在大圆筒1的底部设置用于支撑大圆筒1的大圆筒支撑垫7。 

通气管路4的上端41用于与通风机相连接。通气管路4的下端依次穿过外通气管路插口14、内通气管路插口24、、筛网通气管路插口91、隔层通气管路插口31后位于隔层3下方的小圆筒2的内腔中；通气管路4的下端连接有布气管道8（通气管路4与布气管道8相连通），该整个布气管道8位于隔层3下方的小圆筒2的内腔中；整个布气管道8与通气管路4相垂直；该布气管道8 呈E字形，E字形的3个横向且相互平行的支道81上均开有若干个的面朝小圆筒2底部的布气小孔82。 

实验1、实施例1所述的温控式双层圆筒形好氧堆肥反应器的具体尺寸如下： 

上述大圆筒1、小圆筒2的壁厚均为15mm。 

大圆筒1内腔的高度为760mm，内径（直径）为760mm；大顶盖11的直径为850mm，外通气管路插口14的直径为50mm、外排气口12的直径为32mm、外温度计插口15的直径为50mm和外取样口13的直径为100mm。 

小圆筒2内腔的高度为530mm，内径为530mm，小顶盖21的直径为560mm。内通气管路插口24直径为50mm、内排气口22的直径为32mm、内温度计插口25的直径为50mm和内取样口23的直径为100mm。 

隔层3的厚度为20mm，直径为530mm，隔层3上布满着直径为4mm的隔层通气小孔32，相邻的隔层通气小孔32之间的间距为15mm（孔心间距，下同）；隔层通气管路插口31的孔径为50mm，隔层通气管路插口31与相邻的隔层通气小孔32之间的间距为40mm。 

通气管路4的长度为815mm，内径为40mm，支道81的内径为25mm，布气小孔82的直径为8mm，相邻的布气小孔82之间的间距为50mm。 

筛网9的筛密度为12目，筛网通气管路插口91的直径为50mm 

设置一个温度计，该温度计的检测端依次穿过外温度计插口15、内温度计插口25后位于小圆筒2的内腔中，温度计的检测端插入物料中。 

实验材料为：河流清淤底泥（含水率约为67.52%）、农作物秸秆（含水率约为3.35%）、泥炭（含水率约为24.58%），堆肥比例如表1所述： 

表1各物料之间的比例 

实验中，物料总质量为15kg，按上述比例调配。反应器的填充率为50%（即，物料占小圆筒2内腔容积的1/2）。通气量为25L/min，通气时间为30min，每12h通气一次，堆肥周期为40天。反应器所处的外界环境温度为23-27℃左右。即，通入气体的温度为23-27℃ 

堆肥周期到后，依次通过外取样口13和内取样口23获取堆肥40天后的物料。 

在堆肥过程中，所产生的气体依次通过内排气口22、外排气口12被排出至整个反应器 的外部；所产生的液体依次通过内排水口26、外排水口16被排出至整个反应器的外部。 

经温度计的检测，物料的温度变化如图5所示。 

根据图5，我们得知：在堆肥第6天时，物料温度达到60℃左右，并持续了9天，其后温度逐渐下降，并维持在47℃左右直到堆肥周期结束。 

堆肥前后土壤理化性质变化情况如表2所示。 

表2 

结果表明，堆肥后，物料颜色为褐色，没有污泥的臭味，种子发芽试验结果良好，证明该反应器堆肥效果良好。 

对比例1、将上述项目1～4利用背景技术告知的“好氧堆肥反应器”进行堆肥处理，堆肥时的工艺参数基本等同于实验1。 

堆肥前后土壤理化性质变化情况如表3所示。 

表3 

温度变化曲线如图6，其中在第8天的时候达到了60℃左右，并持续了6天，其后维持在44℃左右。 

最终所得的结论为：该反应器堆肥效果较好，但是保温效果、包括堆肥后基质的理化性质不如本发明。 

对比例2、取消整个布气管道8，其余同实施例1。采用该装置依照实验1所述的方法进行堆肥处理。 

堆肥前后土壤理化性质变化情况如表4所示。 

表4 

温度变化曲线如图7，其中在第7天的时候达到了60℃左右，并持续了7天，其后维持在45℃左右。 

最终所得的结论为：该堆肥过程，由于布气不均匀，堆肥后的基质稍微有恶臭，说明堆肥不完全。 

对比例3、缩短通气管路4的长度，从而使整个布气管道8位于隔层3上方的小圆筒2的内腔中；其余同实施例1。采用该装置依照实验1所述的方法进行堆肥处理。 

堆肥前后土壤理化性质变化情况如表5所示。 

表5 

温度变化曲线如图8，其中在第7天的时候达到了60℃左右，并持续了7天，其后维持在46℃左右。 

最终所得的结论为：该反应器能够较好的保温，但是由于布气管道8位于隔层3上方的小圆筒2的内腔中，以至于加大了通风动力，并且布气不均匀，所以堆肥效果最差。 

对比例4、将支道81的布气小孔82由“面朝小圆筒2底部”开设更改成“面朝小圆筒2顶部”开设，其余同实施例1。采用该装置依照实验1所述的方法进行堆肥处理。 

堆肥前后土壤理化性质变化情况如表6所示。 

表6 

根据图9，我们得知：在堆肥第6天时，物料温度达到60℃左右，并持续了9天，其后温度逐渐下降，并维持在47℃左右直到堆肥周期结束。 

最终所得的结论为：该反应过程与本发明结果较相近，但是在堆肥结束后，布气管道里有掉落的物料及滤液，因此有被堵塞的可能。 

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 (5)

1.温控式双层圆筒形好氧堆肥反应器，其特征在于：反应器包括各自带有底部的小圆筒（2）和大圆筒（1），所述小圆筒（2）同轴心的被置于大圆筒（1）的内腔中；

所述大圆筒（1）的顶部设有大顶盖（11），所述大顶盖（11）上分别设有外通气管路插口（14）、外排气口（12）、外温度计插口（15）和外取样口（13），在大圆筒（1）的侧壁上设有外排水口（16），所述外排水口（16）靠近大圆筒（1）的底部；

所述小圆筒（2）的顶部设有小顶盖（21），所述小顶盖（21）上分别设有与外通气管路插口（14）、外排气口（12）、外温度计插口（15）和外取样口（13）相一一对应的内通气管路插口（24）、内排气口（22）、内温度计插口（25）和内取样口（23）；在小圆筒（2）的侧壁上设有内排水口（26），所述内排水口（26）靠近小圆筒（2）的底部；

在所述小圆筒（2）的内腔中设置隔层（3），所述隔层（3）用于放置物料，所述隔层（3）上分别设有隔层通气管路插口（31）和隔层通气小孔（32）；

通气管路（4）的下端依次穿过外通气管路插口（14）、内通气管路插口（24）、隔层通气管路插口（31）后位于隔层（3）下方的小圆筒（2）的内腔中；所述通气管路（3）的下端连接有布气管道（8），所述布气管道（8）上开有面朝小圆筒（2）的底部或面朝小圆筒（2）的侧壁的布气小孔（82）；

通气管路（4）的上端（41）用于与通风机相连接。

2.根据权利要求1所述的温控式双层圆筒形好氧堆肥反应器，其特征在于：

在隔层（3）的上表面设置筛网（9）；物料被置于筛网（9）之上；所述筛网（9）的作用是避免隔层（3）上的通气小孔（32）被物料堵塞；在所述筛网（9）上设有筛网通气管路插口（91）；

通气管路（4）的下端依次穿过外通气管路插口（14）、内通气管路插口（24）、筛网通气管路插口（91）、隔层通气管路插口（31）后位于隔层（3）下方的小圆筒（2）的内腔中。

3.根据权利要求2所述的温控式双层圆筒形好氧堆肥反应器，其特征在于：

在隔层（3）的底部设置用于支撑隔层（3）的隔层支撑垫（5）；

在小圆筒（2）的底部设置用于支撑小圆筒（2）的小圆筒支撑垫（6）；

在大圆筒（1）的底部设置用于支撑大圆筒（1）的大圆筒支撑垫（7）。

4.根据权利要求1、2或3所述的温控式双层圆筒形好氧堆肥反应器，其特征在于：

在大圆筒（1）的内表面和小圆筒（2）的外表面所围合形成的空腔内设置用于保温的填充物，所述填充物为棉花或海绵。

5.根据权利要求4所述的温控式双层圆筒形好氧堆肥反应器，其特征在于：

所述布气管道（8）呈E字形，所述E字形的3个横向且相互平行的支道（81）上均开有面朝小圆筒（2）底部或面朝小圆筒（2）的侧壁的布气小孔（82）。

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