CN1041351A - 采用液体废物制作堆肥的方法 - Google Patents

Abstract

一种由液态废物制作堆肥的方法；即将废物置于密闭容器内，加入含碳的生物可分解物质，利用扩散工具施加机械能搅拌并有控制地送入空气，使其转化成高粘度悬胶分散体；然后通过有氧沤制成堆肥。该机械能的施加是通过一种特殊设计的扩散工具，使之产生空穴或吸出效应。由于在处理过程中空气进入材料最细的空隙中，使沤制过程很快开始，并在有氧条件下加速完成，因此，在较短时间内获得可直接用作有机肥料的堆肥。

Description

本发明涉及由液态废物，尤其是含有动物和/或人的排泄物，如稀粪，污水，污泥等废物制作堆肥的方法及实施这种方法的设备。

含有动物和/或人排泄物的废物与固体物质如稻草，泥土，树叶或土壤混合在一起，以固体形式或其它的液体形式作为粪肥。自古以来就用在农业生产中肥沃田地。由于一方面大规模集中畜牧业饲养法，另一方面人类生活方式在发生变化，尤其是居住在城填内和周围的人口高度集中，当今这类可以利用的废物不仅主要是液体状态而且其数量是非常大的。

这种大量的液体废物，假如用在农田中用，就会导致土壤越来越过于肥沃。这就意味着植物要接受过剩的营养物，在植物生长周期内，它们本身不能充分吸收而且在土壤中也不能储存这些过剩营养物。稀薄状态的废物具有这样的结果-混合肥料中的沉淀物朝着一端沉淀，即，未被植物吸收的物质渗透土壤并滤除，在此过程中，主要的硝酸盐和少量元素由植物根部进入下层土壤的较深区域，并污染了下层土壤水。同样情况也用于污泥，即来自沉淀设备的剩余物以液体形式呈现，并经常含有有害物质，如重金属，过氧化物等物质，因此，它们不能直接用作肥料，而且必须置于专门的储存槽中。

此外，由于许多土壤的贫瘠或荒芜，这些液体废物转化成堆肥或腐殖土，以形成植物所需的营养物只在某些范围内是可能的，在形成腐殖土的过程中，需氧微生物通过生物方法逐渐分解固体有机物质并将它们转化成腐殖土。为了在有氧气的条件下，发生腐殖化作用，对微生物的分解来说，一定的水分含量是必不可少的，而且必须充分通风，也就是说必须给土壤供给氧气，而且碳-氮（C/N）比率对需氧微生物进行腐殖化必须是有利的。

根据这一背景，本发明对这类液体废料尽可能快速和有效地转化成堆肥或腐殖土的可行性工作提出建议，使它们以微生物分离形式为肥料施加在田地里。

本发明解决了这个问题，在制作期间，通过在密闭容器内搅拌加入的含有碳（如己切断状态的稻草，木条之类）的生物可分解物质的液体废料;搅拌时采用一个或多个扩散工具施加机械能，并可控制地送进空气量。这种方法将废料转化成高粘度的悬胶分散体;然后通过需氧沤制方法转化成堆肥。

施加机械能的最有效方法是使搅拌工具产生空穴现象或抽吸效应，并将空气直接送入液体已被搅动起来的区域内，控制该区域内保持有限的局部真空状态。为了达到最佳效果，供给的空气导入保持真空的空穴内，并保持在一定限度内，以便维持现存的真空度。

可以将少量含有微生物的生物物质如堆肥加入液体废料中，经搅拌以后，可方便地将该物质通入一个中间容器，然后输送至沤制场地。

最好分阶段实施沤制，即预沤，主沤和后沤。对于预沤，材料被分层放置：在每两层搅拌过的废料之间是一层含有碳（如稻草，木条之类）的生物可分解材料。这种材料约占液体废料的1至3%。

本发明的基本原理是自然条件总是对地球上的居住区域具有决定性影响，而且永远试图保持有机物质和生物物质的循环;在这些循环过程中物质的结构是经常变化的。在自然界中这种变化主要是由风、水和温度变化所产生的高能量输入而产生的，但是由于某种运动顺序和物质迁移而产生的;时间对这种变化不是重要因素。其结果是自古以来仍然在靠近河岸区域，产生良好的富腐殖土和黑土层，如黄土。本发明的目标是在一定的时间周期内，自然生物转化过程产生一定废物，以便能够在加速转化的意义上来影响这种过程。

按照本发明，首先利用一种扩散工具，将待处理的液体进行非常充分地混合;这样，一方面通过扩散工具本身的机械作用，另一方面通过摩擦作用将固体组分的尺寸大大地减少。同时，在一有限的空间内利用人们已熟悉的在旋涡中形成空穴或者空心结构的原理造成一种强烈的机械能输入。利用转速约为1800转/分、线速度约为38-44米/秒的扩散工具，就会在固体颗粒区域的液流内产生涡流和强化空穴现象。当液流在高速下沿着固体流动，并由于该固体表面的不平度，从表面偏离时就会产生空穴现象。在此部位就会出现压力降;由于产生压力降的结果，在此部位上液体蒸发，相当于在给定温度下的相应蒸汽压力。但是这是一种高度不稳定现象。当这些在压力减少区内形成的充满液体蒸汽的气泡破裂时，具有一种释放很大作用力的内向爆炸，这种爆炸力就作用在此部位的固体表面，这就会导致该固体表面的局部腐蚀。

根据本发明，加入含有碳即所谓碳载体的生物可分解物质就可以在第一部位上获得可以控制C/N比率的能力。在第二部位上，由于施加机械能，由氢桥断裂释放的氢离子提供了碳原子，利用这种碳原子进入新的组合;这就避免了作用于表面的腐蚀现象。此外，还存在水合效应，即各水分子层的积聚或者与水形成的新组合，由于采用了本发明的扩散过程，这种现象在乾物质中可观察到明显的增加。

本发明的另一主要特征是，通过向最大抽吸区域内有控制地导入空气，以使空穴或涡流效应稳定化。吸入的空气并形成气泡的量必须使其不能多到破坏真空的程度，也就是其压力必须保持在大气压以下。空气的送入是本发明方法的一个基本要素。一方面，这样形成的微孔对需氧微生物提供了很好的浸蚀点，并在随后沤制处理的速度和效率方面都具有有利的效果。另一方面，在空气中不仅含有氧气而且含有氮气，这就会在化学变化之后强化了所形成的堆肥的肥沃效果。

本发明方法的另一优点是，通过扩散，使液体废料形成一种带触变性能的大量高粘度产物，这种产物不仅保持了在扩散之后立即能够泵送，而且在一个中间容器中时效24小时以后也能泵送，能方便地按层放置，以便沤制处理，这种产物是轻轻倒入中间容器的，并在那里分离掉少量水分，由于经扩散的产物含有细密分布的气窝，所以立即开始沤制处理，该处理过程是在有氧气条件下加速进行的，使堆肥在大约7至8周较短的时间后就可以作为肥料使用。

本发明的一个主题也是一种用于扩散该液体废料的设备，在一密闭容器内，采用至少一个固定在驱动轴上并绕轴转动的扩散工具;该扩散工具要设计成绕着其周边具有若干个相互紧靠着布置的搅拌装置的叉形盘，而且至少其中一部分要伸出于圆盘平面的外面;在扩散工具的区域内有一个导入空气装置。

该扩散工具的直径约等于容器直径的一半，这就在扩散工具与容器侧壁之间留下一个环形空间，在此空间内设置一块档板，该档板可以绕着一个平行于扩散工具轴的轴线回转，并可以固定在相对于液体旋转流动的任何位置上。

为了适应工作要求，该搅拌装置要设计成使其各个齿伸出于圆盘周边的外面，而且不仅具有近似径向于转动轴线转动的切削刃，其对圆盘平面呈一α角向外倾斜;而且最好具有一个终止于靠近圆盘平面内的一个面朝后尖部的双曲线表面，各搅拌器的外边缘是在切削刃的外端与朝后的尖部之间形成，为了达到最好效果它是一连续曲线。

在该圆盘的周边可以在各个搅拌装置之间没有开口，这些开口的最佳形状是大致与圆盘的周边相似所形成的槽。

为了取得最好效果，沿着圆盘的周边，要设置空气排出口，利用一个轴向通过空心驱动轴的空气通道通向空气排出口。该空气排出口最好是沿着圆盘周边的周边以规则的间隔设置。

一种合适的结构设计还包括一个与扩散圆盘尺寸一样并与它同心放置在离开上述圆盘一较短距离的盖盘，以使两个圆盘之间的空间便于空气的内流。

可以将两个或多个扩散工具相对地一个位于另一个上方地安装在驱动轴上;它们可以具有不同直径。

这样设计的扩散工具为实施本发明方法提供了一种良好的装置，也就是利用机械能和在一个细密分布的通道中导入空气使液体废料扩散。

带有按指定转动方向旋转的切削刃的搅拌装置的设计产生一种促使固体颗粒减小达到胶体扩散状态的流体旋涡，该旋涡可以通过以一个位于另一个上方安装的几个扩散工具进一步强化。

同时，已经以切断形式加入的碳载体（如稻草）是顺着液流带进的并减小成非常细的颗粒，但这些细颗粒主要保留在主反应区域内，由于搅拌器的齿形设计和齿形表面的双曲线轮廓形，一个流坑就在带有朝后尖部的直切削刃的后面形成，而且此处出现了空穴或旋涡效应。此外，如同在旋涡中那样，来自转动液体质量的离心力发挥作用，而这种作用是由作为本发明一部分的挡板或折流板进一步加强，而这种挡板在扩散工具旋转条件下可以回转至该循环流中。当回转中心部位的流动相对于外面滞后时，则抽吸效应会得到进一步增强。由于空气排出开口是沿着圆盘的周边安排的，而特别是通过在圆盘本身与盖盘之间形成的循环空隙，有可能将通过真空吸入的空气在一定控制条件下导入吸力最大也就是挡板后面的质量区域中。

构成本发明的方法和设备不仅可以用于处理液体废料，如粪浆，污水之类的废物，在加速下产生堆肥，而且还能应用于来自沉淀池中的污泥，水果和蔬菜工业的废物，以及由水果汁制备中带有固体组分的多水渣滓中。

下面将参照附图对本发明的一个实施例进行详细描述，其中：

图1表示本发明方法的示意义图;

图2是一个适用于液体扩散的容器纵向截面剖视图;

图3是沿图2中容器的Ⅲ-Ⅲ线切取的横向截面剖视图;

图4是一个扩散工具的局部俯视图;

图5是由图4中Ⅴ-Ⅴ方向观察的视图;

图6是沿图4中Ⅵ-Ⅵ线切取的截面剖视图;

图7是沿图4中Ⅶ-Ⅶ线切取的局部纵向截面剖视图;

图1以示意图形式显示本发明方法的总体配置和实施该方法所需设备。

容器1用以贮存待处理液体的第一部分。仅为了说明该方法的可变能力，该容器1是用分室3和3来表示，用以表明在这种型式的容器中即可贮存粪浆4（分室2）也可贮存沉淀污泥5（分室3）。虚线4′和断开线5′表示将粪浆4或沉淀污泥5输送到扩散装置6中去。

靠近容器1是一个贮存仓7，用于贮存含碳（如稻草8）和生物量（如堆肥9）的生物可分解物质。线8′表示将这些物质输送到扩散装置6内的传送装置。

将待处理的液体连同少量稻草8或其它碳栽体一起送入扩散装置6（下面还将进行详细描述）中，其中还有适当的生物量9，通过利用机械能进行细密地扩散，并有控制地送入空气;其物理和化学结构发生变化，从而产生出一种高粘度的触变性液体。然后将这种液体从扩散装置6中抽出（管路10），泵入一个或多个中间贮存容器11中。在这里对该液体进行24小时以内较短的自然时效，则导致少量水分12在中间容器11底部分离出来，而盖在上面的物质13更为固体化。尽管如此，在时效过程之后，仍可利用合适的设备直接将该物质泵入沤制区域内。

在图1的右边部分，显示出物质13的后处理工序，顺着管路系统13′首先到达一个预沤场所A，在那里放置在一个实体、不透水的并在侧向没有排水沟15的地面14上，各层以一层压一层形式组成排的物质16。在物质13的各层之间铺设一层稻草或其它碳载体，其铺设量要使其碳载体的总添加量约为流体量的1至3%，该流体量是指在扩散装置中和在沤制中的总和。

在经过7至10天的预沤之后，将物质13输送至一个主沤区域13内，并重新铺设好以便发生微生物的主反应过程。在60°至70℃温度条件下，大部分水分蒸发，因此，为了保持物质湿润并维持其水合过程必须对该物质喷射水份。中间容器11底部收集起来的水可用于这一目的;管路12′用以表示在水合过程中的这一步骤。最后将该材料由主沤场所B输送到一个后沤场所C，在那里一直保持完全沤熟以备使用。

为了保护物质13不受气候影响，使其在沤制过程中（尤其在预沤过程A和主沤过程B）不受降雨量和强烈日光照射，在沤制区域的上方设置一棚顶17。

在此沤制过程中，原来的液体材料减少达97%，主要是由于其水份损失造成的。在沤制过程中总的分解时间约为7至8周。在沤制之后，我们着手将这些废物转化成高值腐殖土产品，可以直接用作肥料。

在图2和图3中以长度方向和横向上的放大比例显示该扩散装置;图4至图7显示扩散工具的具体细节。

首先，该扩散装置6包括一个放置在支架22上的扩散容器21;在容器21的上部是加料器开孔23，该开孔可以用盖子24盖住。容器21的下部呈圆锥形逐渐变细;该容器具有一个倾斜的底部25，通向排出口开孔26，开孔26也可以用一个盖子27盖住。该容器的下部同样也可以采用曲线形的，例如采用椭圆形的，并将排出口开孔设置在其中央部位。

驱动轴28在扩散容器21的中心轴线上垂直向下安置;驱动轴的上端由容器伸出通入轴承护罩29内。一齿轮箱30容纳有传动齿轮，通过该齿轮将来自驱动马达31（例如-电动机）的动力传送至轴28。

该实施例中所示，两个结构相同的扩散工具（40）和以一个置于另一个上方地安装在驱动轴28上;下面将借助图4至图7更详细地描述该扩散工具。该驱动轴是空心的并且有一中央空气通道32，该通道32在其上端开口通向一空气进入口，并在每个扩散工具的平面具有导入各自扩散工具40内的水平支路。该空气进入口33装有一个可调管嘴，该可调管嘴是通过由于扩散工具40的转动产生减压来调节送入该装置的空气量。

安装在容器21圆筒部分内的扩散工具40的直径约为容器21最大直径的一半，因此，在扩散工具40的外周边与容器21的侧壁之间保持一个环形空间。在此空间内装有一个铰接的挡板（折流板）。该挡板由一个安装在轴37上的翼板36构成;轴37是容器21本体上设置的轴承38（上部）和39（下部）内进行回转。

每个扩散工具40是由（下）溶解器圆盘41和一个与它平行并同心设置的（上）盖圆盘42构成。特别是从图7中可以看出，两个圆盘41和42是通过一个环形法兰43在其中心部位固定，该环形法兰本身固定在驱动轴28上。两个圆盘41和42是通过合适的紧固件，如螺栓45安装在环形法兰43上，并在凸缘55的缺口部分内两圆盘之间留有一间隙44。该支通道34将来自空气通道32的空气导入圆盘41和42之间的间隙44中。

围绕着溶解圆盘41的圆周边上排列有彼此紧靠着的多个搅拌器46。按最简单形式，这些搅拌器是在制造溶解器圆盘41的圆盘坯料上冲切制成伸出片47所构成的。在该伸出片47旋转方向（箭头48）的前缘上具有一个直的切削刃边49;其后缘51是由伸出片的尖部50开始沿着一圆孤线前进并终止于一个朝后的尖部52上。在每个搅拌器46之间并在其邻近处是一个槽形开口53，该开口与溶解器圆盘41的圆周边大致相切。

搅拌器46是由起初平的伸出片47通过将它们弯曲成与圆盘41呈β角（图6），然后再在径向上扭转一个α角（图5）制成的;这两个角度都是20°左右。这样做的结果是，在切削刃边49和朝后的尖部52之间形成一个喇叭口凹入部分54，这种凹入部分就促使朝后的尖部52和槽53的区域内产生一种抽吸空心。

为了实施本发明方法，通过加料器开孔23向扩散容器21内注入液体，其注入量最多到达图2所示水位高度。将盖子24上之后，使安装在驱动轴28上的扩散工具40起动，按图3中箭头48所指方向转动。在此阶段，挡板35的翼板36一直处于图3中所显示的大致切向位置。当一到达所要求的旋转速度时，就通过加料器开孔23或利用其它合适的装置将碳载体（例如已切断的稻草）加入到容器中。

以大约40米/秒的高线速度和搅拌器46的特殊设计形状相结合，以便在终止于尖部52的喇叭口区域内产生一抽吸空心效应;这种效应导致在溶解器圆盘41的这一区域内产生压力降。然后空气就通过与空气进入口33相连通的空气通道32和支路通道34，经过溶解器圆盘41和盖子圆盘42之间的间隙44，沿着盖圆盘42的外边缘56吸入。吸入的空气量可以利用一个装在空气进入口33内的管嘴进行精确地控制。这样，不仅有可能将空气按控制的数量直接送入液体内最强烈作用区域，而且能计量空气的配给量，以致不破坏由抽出效应在此区域内所产生的真空。

当这一步骤一完成，位于轴37上端的杠杆就回转，这样，翼板36就旋转到位置b处（图3），这时该翼板36就靠着容器的侧壁，并通过循环流体的作用对着侧壁压紧。当快速运动的液流越过一个溢流堰时，该溢流堰造成一种液体总质量的过度旋转运动和相对于流动方向的涡流效应，使快速运动液流受到破坏，增大了挡板35后面的压力降。由于扩散工具40采用双盘结构，则吸入的空气就可以正好导入真空度最高的部位上，也就是相对于旋转方向在挡板35的后面。

当经过几分钟处理之后，将驱动系统断电，而且该容器内的包含成分-液体肥料，用这种方法转化成具有触变性能的近乎胶态分散体，可以通过排出口26抽出，按图1所描述的步骤进一步进行处理。

为了加速沤制过程的开始，可以用同样的方法加入生物量，如堆肥。

Claims (20)

1、一种由液体状态的废物，尤其含有动物和/或人的排泄物，如稀粪，污水，污泥等废物制作堆肥的方法，其特征在于：该液体废物是通过在一个密闭容器内与加入的含有碳如己经切断形式的稻草，木条之类的生物可分解物质一起处理转化成一种高粘度的悬胶分散体，其处理方法是利用一个或多个扩散工具施加机械能进行搅拌，并在可控制条件下输入空气，然后将这样形成的分散体通过一种有氧沤制过程转化成堆肥。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：其中该机械能是借助由扩散工具所产生的空穴或抽吸效应施加的，并将空气直接送入液体已被搅拌起来的区域内，如此控制以致在该区域内保持有限的局部真空。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于：由于存在真空，空气是利用抽吸送入的，为了保持真空度该抽吸是有限制的。

4、如权利要求1至3的任一项所述方法，其特征在于：将含有需氧微生物的少量生物量如堆肥加在液体废料中。

5、如权利要求1至4的任一项所述方法，其特征在于：经扩散的废料贮存在一个存贮容器（11）内，之后把它排出以备沤制处理。

6、如权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于：该沤制过程是分几个阶段实施的，其中将待处理的堆肥物（13）由一个预沤场地（A）经过一个主沤场地（B）输送到后沤场地（C）。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于：在预沤场地（A）中将材料按层堆起，在每两层经扩散的废物层之间分布一层含有碳如稻草、木条之类的生物可分解物质。

8、如权利要求1至7任何一项所述的方法，其特征在于：所加进的含碳生物可分解物质的量约为液体废物总量的1至3%。

9、一种用于如权利要求1至8所述的液体废物扩散设备，该设备至少带有一个安装在驱动轴（28）上并绕着一个在密封容器（21）内的轴线旋转的扩散工具（40），其特征在于：该扩散工具（40）设计成一个圆盘（41），围绕着圆盘的周边设置多个彼此紧靠着的搅拌装置（46），每个搅拌装置至少一部分是圆盘（41）平面的伸出部分，并且在扩散工具（40）的区域内设有用作空气进入口的装置。

10、如权利要求9所述的设备，其特征在于：该扩散工具（40）的直径与该容器直径的比例约为1∶2。

11、如权利要求9至10所述的设备，其特征在于：在扩散工具（40）与容器（21）侧壁之间的环形空间内设有一个挡板，该挡板可以绕着平行于扩散工具（40）的回转轴线的一个轴线进行回转，并固定在对液体的旋转流动形成一个挡板（35）的位置上。

12、如权利要求9所述的设备，其特征在于：搅拌装置（46）是由圆盘的周边向外伸出的齿（47）构成的，并带有切削刃边（49）;该刃边是在圆盘（41）回转轴线的大致径向向外伸出的，并与该圆盘的平面成一α角，该搅拌装置还具有最好是双曲面，该表面终止于一个大致处于圆盘平面的面朝后的尖部（52）。

13、如权利要求12所述的设备，其特征在于：该搅拌装置（46）的外边缘（51）是在切削刃边（49）的外端（50）与面朝后的尖部（52）之间以连续曲线形成的。

14、如权利要求12或13所述的设备，其特征在于：开口（53）是设置在圆盘（41）的圆周边上的各个搅拌装置（46）之间。

15、如权利要求14所述的设备，其特征在于：开口（53）是槽形的，该槽形开口大致与圆盘（41）的圆周边相切。

16、如权利要求12至15的任一项所述设备，其特征在于：沿着圆盘（41）的圆周上设有空气排出口，该空气排出口通过由空心驱动轴（28）轴向形成的空气通道（32）与外面的空气相连通。

17、如权利要求16所述的设备，其特征在于：该排出口是沿着圆盘（41）的圆周有规律地分布的。

18、如权利要求16或17所述的设备，其特征在于：在距圆盘（41）一较短的距离处，安装有一个与该圆盘相同心、并与它相平行的大致等直径的盖子圆盘（42），并在这两个圆盘之间所形成的间隙（44）用作空气进入口。

19、如权利要求9至18任何一项所述的设备，其特征在于：在驱动轴（28）上以一个置于另一个上方并相互间隔一定距离地安装着两个或多个扩散工具（40）。

20、如权利要求19所述的设备，其特征在于：所述扩散工具（40）具有不同直径。

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