CN104003767B - 一种具有快速干燥能力的餐厨垃圾好氧发酵设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种具有快速干燥能力的餐厨垃圾好氧发酵设备由带搅拌功能的反应腔体、冷却水循环与冷凝水收集系统、空气加热及带有除臭功能的通风系统、水浴加热及保温系统和带有远程监管的智能控制系统组成。反应腔体内装有温度/湿度传感器和氧浓度传感器，用于监测腔内的温度、湿度和氧浓度；水浴腔内装有加热器和温度传感器，能及时对反应腔体供热，水浴腔外为保温隔热夹层，用于腔体的保温；空气加热及通风系统在处理过程中可确保反应腔内的氧浓度；冷却水循环与冷凝水收集系统可以及时地将反应腔内的水汽导出；尾气除臭系统可以防止气体对环境的二次污染；设备由PLC智能控制系统控制运行。本发明设备结构简单，运行能耗低，处理效果好。

Description

一种具有快速干燥能力的餐厨垃圾好氧发酵设备

技术领域

本发明属于有机固体废弃物处理与资源化技术的领域，特别适用于餐厨垃圾等有机垃圾的处理与处置。

背景技术

餐厨垃圾主要来源于餐饮服务业、家庭和企事业单位食堂等产生的食物加工下脚料（厨余）和食用残余 （泔脚）。随着我们国家经济的飞速发展，城镇化进程的逐渐加快，在全国范围内餐厨垃圾的产量大幅度上升，在国内的大型，特大型城市中如北京，上海，深圳等，餐厨垃圾的日产量已达数千吨，全国餐厨垃圾的年产量达到千万吨。随着城镇化进程的持续推进，食品安全与环境安全越来越受到重视，餐厨垃圾用作养殖原料的传统出路正在萎缩。当前城市的餐厨垃圾的处理处置方式以垃圾填埋为主，餐厨垃圾进填埋场除了占用有限的库容外，还会增加后续渗滤液处理系统的负荷，在收集、运输和填埋处理过程中容易产生对环境产生二次污染，会对卫生安全造成隐患。如回收容器摆放地环境脏乱，孳生和招引蚊、蝇、鼠、蟑螂等害虫，易传染疾病，危害人民的身体健康；垃圾收集转运站附近容易产生难闻气味，引起人们感官上的反感；由于餐厨垃圾含水量较高的特性，在运输的过程中易发生餐厨垃圾外漏和倾洒，严重影响市容、市貌和交通；最主要的是城市餐饮企业的垃圾多被养殖户收集，作为养殖饲料直接使用，垃圾未经处理进入人类食物链，危及人民群众的身体健康；而对于远离都市的自然景区所配套的餐饮企业来说，因其运输距离远转运周期长，其所产生的餐厨垃圾在景区收集暂存的时间比一般餐饮企业要长，对景区环境的潜在危害更大。餐厨垃圾是日常生活中产生的最为普遍的废弃物，属于生活垃圾，其主要成分包括淀粉类食物、植物纤维、动物蛋白和脂肪类等有机物，具有含水率高，油脂、盐份含量高，易腐烂发臭，不利于普通垃圾车运输等特点。对于旅游风景区等特殊区域所产生的餐厨垃圾在运输转移过程中非常容易对超高要求的环境质量产生危害。目前餐厨垃圾的处理技术主要包括填埋、焚烧、饲料化处理、厌氧发酵和好氧堆肥等，其中较有潜力的是厌氧发酵和好氧堆肥，但这两种方法处理周期较长，难以满足餐厨垃圾日产日清的要求。因此，在此背景下提出了一种能将餐厨垃圾就地处理且具有连续处理能力的餐厨垃圾好氧发酵设备的发明。

发明内容

本发明的目的在于开发一种具有快速干燥能力的餐厨垃圾好氧发酵设备。该设备具结构简单、占地面小、易加工、智能化、运行费用低、管理方便的特点，适合于小型化、商品化和定型化。

本发明提出的一种具有快速干燥能力的餐厨垃圾好氧发酵设备由带搅拌的反应腔体、冷却水循环与冷凝水收集系统、空气加热及带有除臭功能的通风系统、水浴加热及保温系统和带有远程监管的智能控制系统组成，能够实现连续投料处理、间歇出料且出料产品达到有机肥标准的效果。

所述的一种具有快速干燥能力的餐厨垃圾好氧发酵设备的反应腔体内安装转动轴，转动轴上安装有搅拌桨，通过减速机的带动能够实现对反应堆体进行翻堆复氧。

所述的一种具有快速干燥能力的餐厨垃圾好氧发酵设备的水浴腔内安装有加热器和温度传感器，能及时对反应腔体均匀快速供热；水浴腔体上还预留了外接热水源的进出口用于外置热水对水浴的循环补充；水浴腔外为保温隔热夹层，用于腔体的保温，保温隔热层将反应腔体包裹在其中。

所述的一种具有快速干燥能力的餐厨垃圾好氧发酵设备的空气加热及具有除臭功能通风系统在处理过程中可确保反应腔内的氧浓度，当堆体的微生物生命代谢活动非常旺盛时，单纯翻堆的复氧速率可能跟不上微生物的耗氧速率，因此需要有风机对堆体进行强制通风，空气加热器能使进入反应腔体的空气温度与堆体的发酵温度保持一致，能确保微生物的活性；尾气除臭系统可以避免在强制通风和降解过程中所产生的恶臭气体对环境的二次污染。

所述的一种具有快速干燥能力的餐厨垃圾好氧发酵设备的冷却水循环与冷凝水收集系统可以及时地将反应腔内的水汽导出，与反应腔体内的湿度传感器相结合，能确保反应腔体内的湿度始终处于微生物最适的湿度值，从而确保微生物的高效降解速率。

所述的一种具有快速干燥能力的餐厨垃圾好氧发酵设备的运行由PLC智能控制系统控制，该控制系统由温度/湿度传感器、氧浓度传感器、信号变送器、人机对话界面、远程监控服务器和PLC模块组成：通过将预先编写好的控制运行程序导入到PLC模块时，控制系统便能对全套设备的各机电设备进行有效的管控，并能将各机电设备的运行状态和发酵过程中的各类设备参数输送到人机对话界面和远程监控服务器；将远程监控服务接入因特网后便可以通过手机、平板和电脑等终端设备实现对发酵设备的远程实时监管。

本发明提出的一种具有快速干燥能力的餐厨垃圾好氧发酵设备的工作过程如下：

第一步：打开投料门，投入经过沥水的餐厨垃圾湿料，投料可根据需要随时、实时投加；

第二步：关闭投料门，启动智能控制系统的自动运行按钮；

第三步：在运行过程中，根据餐厨垃圾的产生情况实时投加湿料，并可通过手机和电脑等终端随时、实时访问发酵设备，了解发酵设备的运行情况；

第四步：根据预设的运行周期或实际需要，适量清掏发酵产品用于绿化施肥。

本发明的优点如下：

1、本发明设备能保证每天投入的餐厨垃圾中所含的水分在24h内排出，保证反应腔内物料的含水率稳定保持在20%-40%之间，使余下的有机物得以继续发酵腐熟。从而实现餐厨垃圾的连续处理；

2、本发明水浴加热和保温隔热夹层的组合措施，能最大限度地保护微生物的发酵产热，降低运行成本；

3、本发明创造性地使用了由湿度控制的冷凝水冷却收集的方法，能始终确保反应腔体内的湿度维持在其最适的湿度，从而确保高效的降解速率；

4、本发明创造性地引入了基于物联网技术的PLC智能监控系统，除了能对设备实现无人智能自动运行外，还能利用手机、平板和电脑等终端服务器随时访问设备的服务器，掌握发酵设备在运转过程中各机电设备的工作情况了发酵过程中的实时参数，实现了整套发酵设备和全发酵过程的数字化。

附图说明

附图1是本发明所述的一种具有快速干燥能力的餐厨垃圾好氧发酵设备俯视图暨系统组装示意图。

附图2是本发明所述的一种具有快速干燥能力的餐厨垃圾好氧发酵设备的A-A剖视图。

附图3是本发明所述的一种具有快速干燥能力的餐厨垃圾好氧发酵设备的B-B剖视图。

附图标记：1.减速机， 2.转轴， 3.搅拌桨，4.保温夹层，5.水浴受体，6.加热棒安装孔，7.水浴腔体补水孔， 8.水浴腔体出水孔， 9.进料口/清掏口，10.进风口， 11.出风口， 12.冷却水进水口，13.冷却水出水口，14.冷凝水汇集出口，15.风机，16.空气加热器，17.尾气除臭装置， 18.冷却水水泵，19.冷却水箱， 20.热水冷却塔， 21.冷却水箱液位计，22.冷却水箱温度传感器，23.热水箱/热水器，24.排污沟，25.反应腔体，26.空气布气管，27.空气管固定支架，28.加热器，29.冷却水管，30.冷凝水收集管，31.水浴温度传感器，32.温度/湿度传感器， 33.氧浓度传感器，34.智能PLC控制系统，35.信号发射装置，36.远程服务器。

具体实施方式

第一步：发酵设备在现场安装完毕后应先通水通电，将水浴腔体5和冷却水箱19以及热水箱/热水器23充满水，然后在智能控制系统34的人机对话界面上将自动运行的按钮按下；

第二步：打开进料口9，将沥去水分的餐厨垃圾的湿料投入反应腔体25，投料完毕后关闭进料口9，此步骤可根据实际需求每日重复进行，进料口可以开在顶部也可以开在侧面；

第三步：在智能控制系统34的控制下，整套发酵设备系统开始对餐厨垃圾进行好氧发酵降解，所有机电设备按既定程序运转，具体程序如下：

（1）由减速机1带动转轴2进行旋转，转轴2上的搅拌桨3对餐厨垃圾堆体进行翻堆复氧；

（2）反应腔体25内安装的温度/湿度传感器32将腔体内的温度和温度实时传送到PLC智能控制系统34，当反应腔体内的温度达不到设备设定的要求时，PLC智能控制系统34将自动启用水浴5进行加热，主要的加热方式有两种，一种是启用水浴腔体内的加热器28，使水浴内的水温达到设备设定的要求，当水浴的水温达到所设定的温度时，水浴腔体内的加热器28便停止工作，另一种加热方式是开启热水箱/热水器23的补水阀门，使热水箱/热水器23的热水通过水浴腔体补水口7进入水浴腔体5，水浴腔体5内富余的水将通过水浴出水口8回到热水箱/热水器23进行加热，如此循环往复直至水浴腔体内的温度传感器31检测到水温达到设备设定的要求后停止；

（3））反应腔体25内安装的氧浓度传感器33要检测到腔体内的氧浓度低于空气中的氧浓度时，PLC智能控制系统34将自动启用空气加热通风系统，具体是启用空气加热器16和风机（空气泵）15，将经过加热的空气通过设备上的进风口10进入设备，并最终通过斜向下开孔的空气布气管26将热空气吹向餐厨垃圾的堆体表面，直至腔体内的氧浓度传感器33检测到腔体内的氧浓度回归正常值时PLC控制系统再停止风机（空气泵）15和空气加热器16，反应腔体内25内的气体通过出风口11进入尾气除臭装置17，最终排向环境或引到下水道检查井；

（4）随着发酵反应的进行，反应腔体25内的湿度将持续升高，当高到设备设定值时，反应腔体25内的温度/湿度传感器32将信号传送给PLC智能控制系统34，PLC智能控制系统34将启用冷却水泵18，冷却水将通过冷却水进水口12进入腔体内的冷却水管29，在冷却水管29内与管外的热蒸气进行的换热，使热蒸汽冷凝后水珠并附着在冷却水管29的外壁，当水珠长水滴后落入位于正下方冷凝水收集管30，并最终通过冷凝水出水口14排入地沟24，而经过换热升温后的冷却水通过冷却水出水口13离开冷却水管29，再通过冷却水箱19上方的冷却水塔20与环境换热降温后进入冷却水箱19，如此循环往复直至反应腔体内的湿度降低到设备设定值为止；

（5）冷却水系统在运行过程中，冷却水箱内的水温会因为与反应腔体内的热蒸汽进行换热而升温，当冷却水箱19内的温度传感器22检测到冷却水箱内的水温升高到设备设定值时，PLC智能控制系统34将自动对冷却水箱19补充常温自来水，直至水箱内的温度降低到设备设定值为止；

（6）当冷却水箱19内的液位计21检测到水箱内的液位低于水泵的工作液位时，如果冷却水泵18正在工作，PLC智能控制系统34将自动关闭正在运行的冷却水泵18，并同时对冷却水箱19进行补水，直至冷却水箱19内的水位达到水泵的工作液位时，PLC智能控制系统34综合其他参数后再根据设备设定要求对冷却水泵18的启停下达进一步的指令，如果冷却水泵18没有工作，PLC智能控制系统34将自动对冷却水箱19补充常温自来水，直至水箱的水位达到冷却水泵18所要求的工作液位；

（7）在发酵设备的运行过程中，PLC智能控制系统34将实时接收设备内的各个传感器所传送的信号，并根据这些信号对发酵设备内的各个机电设备进行调度管控，同时PLC智能控制系统34通过信号发射装置35将各类信号和机电设备的停运信息实时传送到远程服务器36，有关人员便可借助手机、平板和电脑等终端设备随时访问远程服务器，从而实时掌握发酵设备的实时运行情况，从而实现对发酵设备的数字化管理。

Claims (2)

1.一种具有快速干燥能力的餐厨垃圾好氧发酵设备，其特征在于由带搅拌的反应腔体、冷却水循环与冷凝水收集系统、空气加热及带有除臭功能的通风系统、水浴加热及保温系统和带有远程监管的智能控制系统组成；

反应腔体内安装有温度/湿度传感器和氧浓度传感器，用于监测设备运行过程中的理化参数；水浴腔内安装有加热器和温度传感器，根据反应腔体内的实际温度需求及时对反应腔体供热；水浴腔外为保温隔热夹层，用于腔体的保温；空气加热及通风系统在处理过程中确保反应腔内足够的氧浓度；冷却水循环与冷凝水收集系统及时地将反应腔内的水汽冷凝后导出；尾气除臭系统防止腔体内的恶臭气体对环境的二次污染；设备由PLC智能控制系统控制运行；

冷却水循环与冷凝水收集系统安装于反应腔体的正上方，从上向下分别为开有进料口/出料清掏口的顶部、一排水平等间距安装的冷却水管和一排位于冷却水管正下方的具有一定倾角的冷凝水收集管，其中：

（1）冷却水管采用镜面不锈钢圆管或方管的光滑材料，使用方管时使其对角线垂直向下；

（2）冷却水管的连续方式是串联或并联，冷却水的来源为冷却水箱或自来水，采用冷却水箱时配套带有液位保护的水泵，并在冷却水箱内安装温度传感器和冷却水箱自动补水电磁/电动阀门，当冷却水箱的水温升高或水量不足时，自动补水电磁/电动阀门将开启补水直至水箱的水温达到系统预设值和安全水位时再自动关闭；

（3）冷凝水收集管为向上凹的半管，管的中心线应与上方的冷却水管的中心线一致，冷凝水收集半管的管径不小于冷却水管，冷凝水收集管在反应腔体外合并到一主管，并将冷凝水排入市政污水管网或污水处理设施；

（4）进料口开在顶部或开在侧面；

空气加热及带有除臭功能的通风系统由空气加热器、风机、布气管道和尾气除臭装置组成，空气加热器与风机联动，同步启动或停止，布气管道固定安装于反应腔体内临近减速机一侧的内壁，其安装高度为略高于半圆柱内的1/2半径处，布气管面向堆体一侧开有斜向下的吹气孔，用于向堆体表面强制吹热气，既确保反应过程中反应腔体内具有足够的氧气供好氧微生物进行生命代谢活动，又能带走反应腔体内的部分蒸汽；在另一端的轴承面的略低于冷凝水收集管的位置设有出气孔，该出气孔直接引到下水道的检查井，或连接到填充有颗粒活性炭吸附材料的除臭装置，用于尾气的除臭处理；

水浴加热及保温系统由水浴加热腔体和保温隔热夹层组成，水浴的热水来源有外供热水和内置加热装置两种，水浴腔体内安装有液位计和温度传感器，当水浴腔体内的液位不足时系统将自动对水浴补水，当水浴的水温下降时，系统将自动补充热水或开启加热装置直至水温达到系统的预设值；水浴腔外为保温隔热夹层，保温隔热夹层除包裹水浴腔外还包裹了反应腔体的上部空间，能对整个反应腔体和水浴起到良好的保温作用，能提高供热效率降低运行能耗；

发酵设备及各子系统的控制均由PLC智能监控系统控制运行，该系统由各行程开关、温度传感器、信号变送器、人机对话界面、远程监控服务器和PLC模块组成，通过将预先编写好的控制运行程序导入到PLC模块时，控制系统便能对全套设备的各机电设备进行有效的管控，并能将各机电设备的运行状态和发酵过程中的各类设备参数输送到人机对话界面和远程监控服务器；将远程监控服务接入因特网后便能够通过手机、平板和电脑终端设备实现对发酵设备的远程实时监管；

在智能控制系统的控制下，整套发酵设备系统开始对餐厨垃圾进行好氧发酵降解，所有机电设备按既定程序运转，具体程序如下：（1）由减速机带动转轴进行旋转，转轴上的搅拌桨对餐厨垃圾堆体进行翻堆复氧；（2）反应腔体内安装的温度/湿度传感器将腔体内的温度和温度实时传送到PLC智能控制系统，当反应腔体内的温度达不到设备设定的要求时，PLC智能控制系统将自动启用水浴进行加热，主要的加热方式有两种，一种是启用水浴腔体内的加热器，使水浴内的水温达到设备设定的要求，当水浴的水温达到所设定的温度时，水浴腔体内的加热器便停止工作，另一种加热方式是开启热水箱/热水器的补水阀门，使热水箱/热水器的热水通过水浴腔体补水口进入水浴腔体，水浴腔体内富余的水将通过水浴出水口回到热水箱/热水器进行加热，如此循环往复直至水浴腔体内的温度传感器检测到水温达到设备设定的要求后停止；（3）反应腔体内安装的氧浓度传感器要检测到腔体内的氧浓度低于空气中的氧浓度时，PLC智能控制系统将自动启用空气加热通风系统，具体是启用空气加热器和风机，将经过加热的空气通过设备上的进风口进入设备，并最终通过斜向下开孔的空气布气管将热空气吹向餐厨垃圾的堆体表面，直至腔体内的氧浓度传感器检测到腔体内的氧浓度回归正常值时PLC控制系统再停止风机和空气加热器，反应腔体内的气体通过出风口进入尾气除臭装置，最终排向环境或引到下水道检查井；（4）随着发酵反应的进行，反应腔体内的湿度将持续升高，当高到设备设定值时，反应腔体内的温度/湿度传感器将信号传送给PLC智能控制系统，PLC智能控制系统将启用冷却水泵，冷却水将通过冷却水进水口进入腔体内的冷却水管，在冷却水管内与管外的热蒸气进行的换热，使热蒸汽冷凝后水珠并附着在冷却水管的外壁，当水珠长水滴后落入位于正下方冷凝水收集管，并最终通过冷凝水出水口排入地沟，而经过换热升温后的冷却水通过冷却水出水口离开冷却水管，再通过冷却水箱上方的冷却水塔与环境换热降温后进入冷却水箱，如此循环往复直至反应腔体内的湿度降低到设备设定值为止；（5）冷却水系统在运行过程中，冷却水箱内的水温会因为与反应腔体内的热蒸汽进行换热而升温，当冷却水箱内的温度传感器检测到冷却水箱内的水温升高到设备设定值时，PLC智能控制系统将自动对冷却水箱补充常温自来水，直至水箱内的温度降低到设备设定值为止；（6）当冷却水箱内的液位计检测到水箱内的液位低于水泵的工作液位时，如果冷却水泵正在工作，PLC智能控制系统将自动关闭正在运行的冷却水泵，并同时对冷却水箱进行补水，直至冷却水箱内的水位达到水泵的工作液位时，PLC智能控制系统综合其他参数后再根据设备设定要求对冷却水泵的启停下达进一步的指令，如果冷却水泵没有工作，PLC智能控制系统将自动对冷却水箱补充常温自来水，直至水箱的水位达到冷却水泵所要求的工作液位；（7）在发酵设备的运行过程中，PLC智能控制系统将实时接收设备内的各个传感器所传送的信号，并根据这些信号对发酵设备内的各个机电设备进行调度管控，同时PLC智能控制系统通过信号发射装置将各类信号和机电设备的停运信息实时传送到远程服务器，有关人员便借助手机、平板和电脑终端设备随时访问远程服务器，从而实时掌握发酵设备的实时运行情况，从而实现对发酵设备的数字化管理。

2.根据权利要求1所述的一种具有快速干燥能力的餐厨垃圾好氧发酵设备，其特征在于带有搅拌功能的反应腔体，腔体的结构为卧式的圆柱形，圆柱的柱心位置安装有搅拌转轴，转轴上安装有左右相错的搅拌桨，转轴由安装在腔体外侧的减速机带动。

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