CN105057313A - 全机械驱动混杂餐厨垃圾干式预处理装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全机械驱动混杂餐厨垃圾干式预处理装置及其方法，该装置包括有机质和杂物分离单元、有机质破碎单元、固液分离单元和生物质能源原料提取单元；装置采用整体化设计，可实现整个预处理过程在一体化装置内进行，整套系统将除杂放在首位，有效避免了杂物对后续预处理的干扰；通过输送带运行方向的改变和钢球碾压的设计，实现混杂餐厨垃圾的一体化分阶段处理和分离；通过可摆动破碎刀的设计，实现各种软硬不同的有机质成分的高效破碎；利用活塞挤压固液分离装置，实现卸料、挤压、固液分离、排渣多阶段一体化连续操作。整套装置实施干式处理运行，避免了湿法处理步骤繁琐、不易控制处理效果、易产生污水等二次污染的弊端。

Description

全机械驱动混杂餐厨垃圾干式预处理装置及其方法

技术领域：

本发明涉及有机废弃物处理和清洁能源开发领域，具体涉及一种全机械驱动混杂餐厨垃圾干式预处理装置及其方法。

背景技术：

餐厨垃圾的存在给目前城市生活垃圾的主要处理手段(填埋和焚烧)带来很大的压力。例如，较高的有机质含量导致在填埋过程中产生大量会污染地下水和土壤圈的渗滤液以及无序排放的温室气体甲烷；较高的水分含量导致焚烧处理时需要添加大量额外的辅助燃料。餐厨垃圾的特点为：水分含量高，水分含量≥70％；有机质含量高，干物质中有机质含量≥90％；油脂含量高，干物质中油脂含量约30％。针对以上特点，对餐厨垃圾进行资源化和能源化综合利用已经成为一种发展趋势。针对高水分含量和高有机质含量，可以选择沼气发酵处理方式，在处理垃圾的同时能获得以甲烷为主的清洁可再生能源，当对沼渣进行适当加工后，还能获得有机肥料或饲料。针对高油脂含量，可以将餐厨垃圾中的油脂进行分离回收，用于生产生物柴油或用作油脂化工原料。

我国餐厨垃圾中除了各种形状和尺寸的厨房下脚料和餐后剩菜剩饭以外，还混杂有诸如塑料袋、捆扎条、外卖饭盒、瓶子、一次性筷子等杂物，要实现其资源化和能源化综合利用，必须突破以高效除杂和破碎为关键环节的预处理技术与装备瓶颈。现有技术概括为：

1、先除杂后破碎，将除杂放在工序前段，对后续预处理提供保障，其除杂方式主要采用人工除杂、机械除杂和水力除杂。人工除杂有成本高、占地大、效率低、效果差、受主观因素影响、工作环境难以保障等弊端，不符合现代化生产要求；在机械除杂和水力除杂方面，专利CN102974450B(一种处理餐厨垃圾的转鼓分离系统)利用部分浸没在滤液内的转鼓分离器对餐厨垃圾中的杂物和易腐物质进行分离，其问题在于将餐厨垃圾置于水中，利用水相的密度和流动性进行杂物的分离，不但会产生污水等二次污染问题，而且难以有效控制杂物的分离效果；其转鼓分离器内部设置棘爪结构，描述是用以破袋，但以该专利单纯的滚筒结构是无法将大量钩挂的塑料等软物送出的，从而导致装置无法长期连续运行。专利CN102327890A(餐厨垃圾分选系统)，通过一洗油槽将油水和渣料分离，再由一破袋输送机将由塑料袋包裹的垃圾散开，经滚筒筛分机筛分为细料和粗料后，细料和粗料分别通过打浆机和破碎机打成浆状物后落入平流池中，由平流池将浆料分成轻型和重型。该方法同样会产生污水等二次污染问题，且在破碎步骤前并未有效分离塑料袋和软性物，从而极易在破碎设备内部钩挂缠绕，影响系统正常运行。

2、先破碎后除杂，其除杂方式主要采用筛选配合水力分选。由于我国餐厨垃圾成分复杂，实际操作中难以有效避免塑料袋和软性物对破袋刀和破碎装置的钩挂和缠绕问题，且容易造成刀具磨损；破碎后仍为组分复杂的混合物，筛选根本无法有效分离，若结合水力分选则不可避免的产生污水等二次污染问题，且步骤繁琐、难以控制杂物分离效果。如专利CN102688882B、CN102688879B、CN103611614A、CN103418605A、CN103586109A、CN202779149U等。

目前餐厨垃圾在以除杂、破碎为核心的预处理技术方面，大部分应用湿式水力分选作为主导或辅助工艺，不但步骤繁琐、不易控制处理效果，而且产生污水等二次污染；现有处理系统各步骤之间连贯性差，连接、输送、传递等过程容易出现堵塞、架桥、卡机、残留等问题，影响处理效率和系统运行稳定性；现有破碎装置大部分是刚性刀具直接装配在驱动轴上，餐厨垃圾中的塑料袋和软性物极易钩挂和缠绕在刀具和轴上，阻碍装置正常运行。

发明内容：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种全机械驱动混杂餐厨垃圾干式预处理装置及其方法，实现全机械化杂物分离、破碎、搅拌和固液分离等全套系统干式处理运行，由混杂餐厨垃圾中自动化高效提取生物质能源(主要为生物柴油和生物燃气)制备所需原料。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种全机械驱动混杂餐厨垃圾干式预处理装置，该装置包括有机质和杂物分离单元、有机质破碎单元、固液分离单元和生物质能源原料(油脂和易腐有机废弃物)提取单元：

所述有机质和杂物分离单元，包括筒体、顶盖、进料器、滚筒筛、输送带，还包括筒体外设置的滚筒筛驱动装置、输送带驱动装置和杂物收集箱；所述筒体是有机质和杂物分离单元的外壳，顶盖将筒体顶部封闭，筒体与顶盖共同形成有机质和杂物分离单元运行空间；所述滚筒筛是有机质和杂物分离单元的主要功能部件，位于有机质和杂物分离单元运行空间内部，滚筒筛两端开口，沿水平方向设置，滚筒筛开口的两端分别为进料端和排杂端，进料端与设在筒体外部的进料器连接，排杂端设置一输送带；所述输送带水平安装在滚筒筛排杂端的中部，平行于滚筒筛中轴线，输送带一端伸入滚筒筛内部，另一端设于滚筒筛外部并延伸到筒体外，输送带驱动装置驱动输送带将由有机质和杂物分离单元分离出的杂物(主要是餐厨垃圾中的塑料袋、软性杂物和瓶罐盒类等)送至筒体外设置的杂物收集箱；所述杂物收集箱设在输送带延伸至筒体外部的一端的下方，用来接收输送带运来的杂物(主要是餐厨垃圾中的塑料袋、软性杂物和瓶罐盒类等)。所述滚筒筛驱动装置，其作用是为滚筒筛提供动力，使滚筒筛绕中轴做圆周运动；所述输送带驱动装置，其作用是为输送带提供运行动力，并通过改变输送带驱动装置的电机运行方向，改变输送带的运行方向，辅助有机质和杂物分离单元实现处理和排杂两阶段的运行效果。

所述有机质破碎单元，位于筒体内滚筒筛的下方，其主要功能部件为破碎搅拌器；所述破碎搅拌器由水平安装在筒体内的圆筒、挡板、安装在圆筒表面的破碎刀以及破碎搅拌器驱动装置组成；所述圆筒与挡板共同作用，对内部的餐厨有机质形成挤压，减小了待破碎有机质的厚度，提高破碎效率和效果；圆筒两端通过驱动轴连接破碎搅拌器驱动装置，从而获得驱动力来执行有机质破碎操作；所述破碎刀由破碎刀固定端和破碎刀自由端组成，破碎刀固定端固定在圆筒表面，减小了破碎刀的长度，提高了其刚度和有效利用率；破碎刀自由端非固定，破碎刀固定端和破碎刀自由端通过销轴转动连接，破碎刀自由端长度在5～20cm，在破碎搅拌器驱动装置带动圆筒做圆周运动过程中，破碎刀不但能够由破碎刀固定端带动破碎刀自由端做切割运动，而且破碎刀自由端还能够以销轴为中心摆动，最大摆动幅度为前后90°，对硬度较大的物质进行敲打破碎，有效破碎成分复杂的餐厨有机质，避免破碎搅拌器卡死的问题发生，保障破碎装置的运行效率和稳定性；

所述固液分离单元，由活塞外壳、活塞、活塞杆、活塞驱动装置、闸门、导轨、闸门驱动装置组成；所述活塞外壳为固液分离单元提供封闭的运行空间；所述活塞处于活塞外壳内部，由驱动端密封头、驱动端封板、推料端密封头和推料端封板共同形成其密封的两端，中间主体部分为长筒体，活塞的推料端与活塞外壳、闸门共同围合形成破碎物料收集处理腔，破碎物料收集处理腔分为卸料段和挤压固液分离段两个功能区段，卸料段与筒体底部连接，承接有机质破碎单元，挤压固液分离段的活塞外壳壁上分布有直径在0.2～2mm的滤孔；活塞驱动端通过活塞杆连接活塞驱动装置，由活塞驱动装置驱动活塞进行往复运动，实现“封闭有机质破碎单元底部、卸料、挤压和排渣”四重作用：所述活塞是一个长筒体，可以在活塞外壳内往复活动，有机质破碎单元运行时，为了保证破碎和搅拌充分，将活塞定位于有机质破碎单元的正下方，此时卸料段12a的空间由活塞13占据，封闭破碎单元下方出口，实现封闭有机质破碎单元底部的作用；当破碎完成后，将活塞向远离闸门方向移动，让出卸料段12a的空间，直至完全打开有机质破碎单元底部出口，破碎后的有机质由于重力作用卸入破碎物料收集处理腔的卸料段，实现卸料作用；卸料完成后，活塞向前运动，推动有机质向前朝闸门方向移动，进入破碎物料收集处理腔的挤压固液分离段，挤压固液分离段的活塞外壳壁上分布有直径在0.2～2mm的滤孔，通过活塞的持续向前推动，活塞推料端与闸门之间空间(挤压固液分离段)持续压缩(此过程闸门是关闭的)，从而实现挤压排液的作用，有机质中的水分通过滤孔滤除；当活塞向前运行至与闸门之间的空间压缩到一定程度，有机质中的液体成分基本被压出，则闸门打开，活塞继续向前推，将分离液体成分后的有机质固体成分由闸门推出，此为排渣作用。通过上述“封闭有机质破碎单元底部、卸料、挤压和排渣”四重作用，从而实现固液分离单元的有机质固液分离处理。

所述生物质能源原料(油脂和易腐有机废弃物)提取单元，包括位于固液分离单元的下方的油液分离器和厌氧发酵原料调配池；所述油液分离器，用于承接由破碎物料收集处理腔的挤压固液分离段滤孔分离出的有机质液体成分，通过静置或气浮，实现油相和水相(含有机质)的分离处理；所述厌氧发酵原料调配池，位于固液分离单元的下方，承接固液分离单元闸门处由活塞推出的有机质固体成分，以及由油液分离器分离得到的水相部分，混合调配作为厌氧发酵原料。

所述滚筒筛主要由滚筒筛筒体、破袋刀、托料杆组成；所述滚筒筛筒体由数条圆钢(或圆管钢)沿圆周排列组成，两相邻圆钢之间的间隙≤6cm，优选地，所述滚筒筛筒体两相邻圆钢之间的间隙为2～4cm；所述滚筒筛内表面间隔放置有钢球，钢球的数量与滚筒筛进料端和排杂端之间的的长度成正比，钢球直径比滚筒筛表面两相邻圆钢之间的间隙大2～10cm，优选地，钢球直径比滚筒筛表面两相邻圆钢之间的间隙大3～6cm；所述破袋刀和托料杆安装在滚筒筛内部圆钢表面，破袋刀长度为5～20cm，优选地，所述破袋刀长度8～15cm；托料杆长度为滚筒筛直径的1/5～2/5；破袋刀/托料杆沿滚筒筛中轴方向间隔设置，两相邻托料杆/破袋刀沿滚筒筛中轴方向的间距大于钢球直径，从而使钢球在滚动过程中不会被较大幅度的托起(顶起)，而是贴着滚筒筛内表面滚动，故不会对滚动筛筒体形成冲击破坏，也不会破坏玻璃瓶罐等。

本发明还提供一种全机械驱动混杂餐厨垃圾干式预处理方法，利用上述装置，对未经任何源头分选的混杂餐厨垃圾进行处理，包括以下步骤：

a、进行有机质和杂物的分离：混杂餐厨垃圾由进料器进入有机质和杂物分离单元的滚筒筛内，在滚筒筛绕其驱动轴转动的过程中，餐厨垃圾中的有机质成分被滚筒筛内的钢球碾烂至尺寸小于滚筒筛表面圆钢之间的间隙时，漏出滚筒筛进入滚筒筛下方的有机质破碎单元；塑料袋和软性杂物钩挂在破袋刀和托料杆上，在破袋刀和托料杆随滚筒筛运行到输送带上方时，其钩挂的塑料袋和软性杂物以及托起的瓶罐盒、较大餐厨有机质等物质滑落到输送带上；在对有机物质进行初步破碎处理的处理阶段，驱动装置控制输送带的运行方向指向滚筒筛内部，掉落至输送带上的物料仍被送回滚筒筛内部；在将杂物和餐厨有机质有效分离的排杂阶段，驱动装置控制输送带的运行方向指向滚筒筛外部，由滚筒筛内破袋刀和托料杆上掉落至输送带上的物质将会被送出滚筒筛；

b、有机质破碎和搅拌：经步骤a除杂和初步破碎后得到的有机质成分进入有机质破碎单元，进行进一步的切割破碎搅拌混合处理；有机质破碎单元运行时，将活塞定位于有机质破碎单元的正下方，封闭有机质破碎单元下方出口；

c、固液分离：当破碎完成后，将活塞向远离闸门方向移动，直至完全打开有机质破碎单元底部出口，经步骤b处理得到的破碎后的有机质进入固液分离单元的破碎物料收集处理腔的卸料段，卸料完成后，活塞向前朝接近闸门的方向运动，推动有机质向前进入破碎物料收集处理腔的挤压固液分离段，有机质受到挤压，其中的汁液由破碎物料收集处理腔表面的滤孔被挤出，进入生物质能源原料提取单元的油水分离器进行分层；当活塞向前运行至有机质中的液体成分被压出，则打开闸门，活塞继续向前推，将分离液体成分后的有机质固体成分由闸门推出破碎物料收集处理腔(排渣)，进入厌氧发酵原料调配池；

d、生物质能源原料(主要是油脂和易腐有机废弃物)提取：固液分离后的液体部分经生物质能源原料提取单元的油水分离器分层，得到的上层油脂作为生物柴油和油脂化工品原料，下层有机质汁液泵入厌氧发酵原料调配池，与步骤c得到的有机质固体成分混合后，作为制备生物燃气的原料。

具体来说，步骤a中，混杂餐厨垃圾由进料器进入滚筒筛内，在滚筒筛转动过程中，破袋刀撕扯餐厨垃圾中的塑料袋包，释放内部包裹的餐厨垃圾；钢球在滚筒筛内部随筛体滚动，对餐厨垃圾进行碾压，其中的有机质成分逐渐被碾烂至尺寸小于滚筒筛表面圆钢之间的间隙时，即会漏出滚筒筛进入下方的有机质破碎单元；塑料袋和软性杂物钩挂在破袋刀和托料杆上，而绝大部分瓶罐盒等杂物的尺寸大于滚筒筛表面间隙，不会由滚筒筛表面间隙漏出，在破袋刀和托料杆随滚筒筛运行到输送带上方时，其钩挂的塑料袋和软性杂物以及托起的瓶罐盒、较大餐厨有机质等物质会由于自身重力滑落到输送带上，在对有机物质进行初步破碎处理的处理阶段，设置在滚筒筛排杂端的输送带的运行方向指向滚筒筛内部，故在该阶段掉落至输送带上的物料仍会被送回滚筒筛内部，从而使得较大餐厨有机质被钢球持续碾压处理和漏出滚筒筛，在将杂物和餐厨有机质有效分离的排杂阶段，输送带的运行方向变为指向滚筒筛外部，由滚筒筛内破袋刀和托料杆上掉落至输送带上的物质(主要是餐厨垃圾中的塑料袋、软性杂物和瓶罐盒类等杂物)将会被送出滚筒筛至杂物收集箱。

本发明具有如下有益效果：

本发明装置采用整体化设计，可实现整个预处理过程(除杂、破碎和固液分离)在一体化装置内进行，可利用PLC和限位开关联合实现自动化控制，进一步减少人工，提高系统运行效率和稳定性；整套系统将除杂放在首位，有效避免了杂物对后续预处理的干扰；通过输送带运行方向的改变和钢球碾压的设计，实现混杂餐厨垃圾的一体化分阶段处理和分离；筛上筛下两步式破碎方式，实现餐厨有机质的有效预处理；通过可摆动破碎刀的设计，实现各种软硬不同的有机质成分的高效破碎；利用创新的活塞挤压固液分离装置，实现卸料、挤压、固液分离、排渣多阶段一体化连续操作。整套装置实施干式处理运行，不引入外来水源，避免了湿法处理步骤繁琐、不易控制处理效果、易产生污水等二次污染的弊端。

附图说明：

图1是本发明的工艺流程示意图；

图2是本发明装置整体主视图；

图3是本发明装置A-A剖视图；

图4是本发明装置的有机质和杂物分离单元示意图

图5是本发明装置实施步骤c之卸料示意图；

图6是本发明装置实施步骤c之挤压示意图；

图7是本发明装置实施步骤c之排渣示意图；

其中，1、筒体，1a、有机质破碎单元，2、顶盖，3、滚筒筛，3a、破袋刀，3b、托料杆，3c、钢球，3d、圆钢，4、滚筒筛驱动装置，5、进料器，6、输送带，7、输送带驱动装置，8、杂物收集箱，9、破碎搅拌器，9a、圆筒，9b、破碎刀固定端，9c、破碎刀自由端，9d、销轴，10、破碎搅拌器驱动装置，11、挡板，12、活塞外壳，12a、卸料段，12b、挤压固液分离段，13、活塞，13a、驱动端密封头，13b、驱动端封板1，13c、推料端密封头，13d、推料端封板，14、活塞驱动装置，15、闸门，16、导轨，17、闸门驱动装置，18、滤孔，19、活塞杆，20、油液分离器，21、厌氧发酵原料调配池。

具体实施方式：

以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

如图2和图3所示，一种全机械驱动混杂餐厨垃圾干式预处理装置，该装置包括有机质和杂物分离单元、有机质破碎单元1a、固液分离单元和生物质能源原料(油脂和易腐有机废弃物)提取单元；

如图4所示，所述有机质和杂物分离单元，包括筒体1、顶盖2、进料器5、滚筒筛3、输送带6，还包括筒体外设置的滚筒筛驱动装置4、输送带驱动装置7和杂物收集箱8；所述筒体1是有机质和杂物分离单元的外壳，顶盖2将筒体1顶部封闭，筒体1与顶盖2共同形成有机质和杂物分离单元运行空间；所述滚筒筛3是有机质和杂物分离单元的主要功能部件，位于有机质和杂物分离单元运行空间内部，滚筒筛3两端开口，沿水平方向设置,，滚筒筛开口的两端分别为进料端和排杂端，进料端与设在筒体外部的进料器5连接，排杂端设置一输送带；进料器5为待处理餐厨垃圾进入本发明装置的通道，连通滚筒筛进料端和筒体外部；所述滚筒筛3主要由滚筒筛筒体、破袋刀3a和托料杆3b组成；所述滚筒筛筒体由数条圆钢(或圆管钢)3d沿圆周排列组成，两相邻圆钢3d之间的间隙≤6cm，优选地，所述滚筒筛筒体两相邻圆钢3d之间的间隙为2～4cm；所述滚筒筛3内表面间隔放置有钢球3c，钢球3c的数量与滚筒筛3进料端和排杂端之间的长度成正比，钢球3c直径比滚筒筛表面两相邻圆钢之间的间隙大2～10cm，所述破袋刀3a和托料杆3b安装在滚筒筛3内部圆钢3d表面，破袋刀3a长度为5～20cm；托料杆3b长度为滚筒筛3直径的1/5～2/5；破袋刀3a/托料杆3b沿滚筒筛3中轴方向间隔设置，两相邻破袋刀3a/托料杆3b沿滚筒筛中轴方向的间距大于钢球3c直径，从而使钢球3c在滚动过程中不会被较大幅度的托起(顶起)，而是贴着滚筒筛3内表面滚动，故不会对滚动筛筒体形成冲击破坏，也不会破坏玻璃瓶罐等；所述输送带6水平安装在滚筒筛排杂端的中部，平行于滚筒筛3中轴线，输送带一端伸入滚筒筛3内部，另一部分位于滚筒筛3外部并延伸到筒体1外，输送带驱动装置7驱动输送带6将由有机质和杂物分离单元分离出的杂物(主要是餐厨垃圾中的塑料袋、软性杂物和瓶罐盒类等)送至筒体1外设置的杂物收集箱8；所述杂物收集箱8设在输送带6延伸至筒体1外部一端的下方，用来接收输送带6运来的杂物(主要是餐厨垃圾中的塑料袋、软性杂物和瓶罐盒类等)。所述滚筒筛驱动装置4，其作用是为滚筒筛3提供动力，使滚筒筛3绕中轴做圆周运动；所述输送带驱动装置7，其作用是为输送带6提供运行动力，并通过改变输送带驱动装置7的电机运行方向，改变输送带6的运行方向，辅助有机质和杂物分离单元实现处理和排杂两阶段的运行效果。

所述有机质破碎单元1a，位于筒体1内滚筒筛3的下方，其主要功能部件为破碎搅拌器9；所述破碎搅拌器9由水平安装在筒体1内的圆筒9a、挡板11、安装在圆筒9a表面的破碎刀以及破碎搅拌器驱动装置10组成；所述圆筒9a与挡板11共同作用，对内部的餐厨有机质形成挤压，减小了待破碎有机质的厚度，提高破碎效率和效果；圆筒9a两端通过驱动轴连接破碎搅拌器驱动装置10，从而获得驱动力来执行有机质破碎操作；所述破碎刀由破碎刀固定端9b和破碎刀自由端9c组成，破碎刀固定端9b固定在圆筒表面，减小了破碎刀的长度，提高了其刚度和有效利用率；破碎刀自由端9c非固定，破碎刀固定端9b和破碎刀自由端9c通过销轴9d转动连接，破碎刀自由端9c长度在5～20cm，在破碎搅拌器驱动装置10带动圆筒9a做圆周运动过程中，破碎刀不但能够由破碎刀固定端9b带动破碎刀自由端9c做切割运动，而且破碎刀自由端9c还能够以销轴9d为中心摆动，最大摆动幅度为前后90°，对硬度较大的物质进行敲打破碎，有效破碎成分复杂的餐厨有机质，避免破碎搅拌器卡死的问题发生，保障破碎装置的运行效率和稳定性。

所述固液分离单元，主要由活塞外壳12、活塞13、活塞杆19、活塞驱动装置14、闸门15、导轨16、闸门驱动装置17组成；所述活塞外壳12为固液分离单元提供封闭的运行空间；所述活塞13处于活塞外壳12内部，由驱动端密封头13a、驱动端封板13b、推料端密封头13c和推料端封板13d共同形成其密封的两端，中间主体部分为长筒体，活塞13的推料端(13c和13d)与活塞外壳12、闸门15共同围合形成破碎物料收集处理腔，破碎物料收集处理腔分为卸料段12a和挤压固液分离段12b两个功能区段，卸料段12a与筒体1底部连接，承接有机质破碎单元1a，挤压固液分离段12b的活塞外壳12壁上分布有直径在0.2～2mm的滤孔18，用于滤除挤压固液分离出的液体成分；活塞驱动端通过活塞杆19连接活塞驱动装置14，由活塞驱动装置14驱动活塞13进行往复运动，实现“封闭有机质破碎单元底部、卸料、挤压和排渣”四重作用：所述活塞13是一个长筒体，可以在活塞外壳12内往复活动的，有机质破碎单元1a运行时，为了保证破碎和搅拌充分，将活塞13定位于有机质破碎单元1a的正下方，此时卸料段12a的空间由活塞13占据，实现封闭有机质破碎单元1a下方出口的作用；当破碎完成后，将活塞13向远离闸门15的方向运动，退出卸料段12a的空间，直至完全打开有机质破碎单元1a底部出口，破碎后的有机质由于重力作用卸入破碎物料收集处理腔的卸料段12a，实现卸料作用；卸料完成后，活塞13向前朝着闸门15的方向运动，推动有机质向前进入破碎物料收集处理腔的挤压固液分离段12b，推动过程中，活塞13的推料端(13c和13d)与闸门15之间的空间不断缩小(此过程闸门15是关闭的)，对挤压固液分离段12b内的有机质形成挤压，有机质中的液体组分被挤出，通过活塞外壳12壁上的滤孔18滤除，从而实现固液分离作用；当活塞13向前运行至与闸门15之间的空间压缩到一定程度，有机质中的液体成分完全被压出，则闸门15打开，活塞13继续向前推，将分离液体成分后的有机质固体成分由闸门15打开的出口推出，此为排渣作用。通过固液分离单元“封闭有机质破碎单元底部、卸料、挤压、排渣”的四重功能和操作，实现有机质的固液分离处理。

所述生物质能源原料(油脂和易腐有机废弃物)提取单元，包括位于固液分离单元下方的油液分离器20和厌氧发酵原料调配池21；所述油液分离器20，用于承接由破碎物料收集处理腔的挤压固液分离段12a滤孔18分离出的有机质液体成分，通过静置或气浮，实现油相和水相(含有机质)的分离处理；所述厌氧发酵原料调配池21，承接固液分离单元闸门15处由活塞13推出的有机质固体成分，以及由油液分离器20分离得到的水相部分，混合调配作为厌氧发酵原料。

工作时，如图1所示，包括以下步骤：

a、进行有机质和杂物的分离；混杂餐厨垃圾由进料器5进入有机质和杂物分离单元的滚筒筛3内，在滚筒筛绕其驱动轴转动的过程中，餐厨垃圾中的有机质成分被滚筒筛3内的钢球3c逐渐碾烂至尺寸小于滚筒筛3表面圆钢3d之间的间隙时，漏出滚筒筛3进入滚筒筛3下方的有机质破碎单元1a；塑料袋和软性杂物钩挂在破袋刀3a和托料杆3b上，破袋刀3a用于撕扯餐厨垃圾中的塑料袋包，释放内部包裹的餐厨垃圾；在破袋刀3a和托料杆3b随滚筒筛3运行到输送带6上方时，其钩挂的塑料袋和软性杂物以及托起的瓶罐盒、较大餐厨有机质等物质会由于自身重力滑落到输送带6上；在对有机物质进行初步破碎处理的处理阶段，驱动装置控制输送带6的运行方向指向滚筒筛3内部，掉落至输送带6上的物料仍会被送回滚筒筛3内部，使较大餐厨有机质经钢球3c多次碾压变小，从滚筒筛3表面间隙落出；在将杂物和餐厨有机质有效分离的排杂阶段，驱动装置控制输送带6的运行方向变为指向滚筒筛3外部，由滚筒筛3内破袋刀3a和托料杆3b上掉落至输送带6上的物质(主要是餐厨垃圾中的塑料袋、软性杂物和瓶罐盒类等杂物)将会被送出滚筒筛3至杂物收集箱8，从而完成有机质和杂物的分离；

b、有机质破碎和搅拌；经步骤a除杂和初步破碎后得到的有机质成分进入有机质破碎单元1a，进行进一步的切割破碎搅拌混合处理；有机质破碎单元1a运行时，将活塞定位于有机质破碎单元1a的正下方，封闭有机质破碎单元1a下方出口；

c、固液分离；,如图2，5-7所示，当破碎完成后，将活塞13向远离闸门方向移动，直至完全打开有机质破碎单元1a底部出口，经步骤b处理得到的破碎后的有机质进入固液分离单元的破碎物料收集处理腔的卸料段12a，卸料完成后，活塞向前朝着闸门方向运动，推动有机质向前进入破碎物料收集处理腔的挤压固液分离段12b，有机质受到挤压，其中的汁液由破碎物料收集处理腔表面的滤孔18被挤出，进入生物质能源原料提取单元的油水分离器19进行分层；当活塞向前运行至有机质中的液体成分被完全压出，闸门15沿导轨16向上打开，活塞13继续向前推，将分离液体成分后的有机质固体成分由闸门15推出破碎物料收集处理腔(排渣)，进入厌氧发酵原料调配池20；然后活塞13退回到等待卸料的封闭有机质破碎单元1a的位置。活塞13在执行步骤c过程中，除卸料(使步骤b的物料由有机质破碎单元1a进入破碎物料收集处理腔的卸料段12a)阶段活塞13不封闭有机质破碎单元1a外，其它阶段(封闭有机质破碎单元底部(即等待卸料)、挤压、固液分离、排渣)均封闭有机质破碎单元1a，使步骤b和步骤c得以同时进行，提高了整套系统的运行效率。

d、生物质能源原料(主要是油脂和易腐有机废弃物)提取：固液分离后的液体部分经生物质能源原料提取单元的油液分离器20分层，得到的上层油脂可作为生物柴油和油脂化工品原料，下层有机质汁液泵入厌氧发酵原料调配池21，与步骤c得到的有机质固体成分混合后，作为制备生物燃气的原料。

Claims (5)

1.一种全机械驱动混杂餐厨垃圾干式预处理装置，其特征在于，该装置包括有机质和杂物分离单元、有机质破碎单元、固液分离单元和生物质能源原料提取单元：

所述有机质和杂物分离单元，包括筒体、顶盖、进料器、滚筒筛、输送带，还包括筒体外设置的滚筒筛驱动装置、输送带驱动装置和杂物收集箱，所述筒体是有机质和杂物分离单元的外壳，顶盖将筒体顶部封闭，筒体与顶盖共同形成有机质和杂物分离单元运行空间；

所述滚筒筛位于有机质和杂物分离单元运行空间内部，滚筒筛两端开口，沿水平方向设置，滚筒筛开口的两端分别为进料端和排杂端，进料端与设在筒体外部的进料器连接，排杂端设置一输送带；所述输送带水平安装在滚筒筛排杂端的中部，平行于滚筒筛中轴线，输送带一端伸入滚筒筛内部，另一端设于滚筒筛外部并延伸到筒体外，输送带驱动装置驱动输送带将由有机质和杂物分离单元分离出的杂物送至筒体外设置的杂物收集箱；所述杂物收集箱设在输送带延伸至筒体外部的一端的下方；所述滚筒筛驱动装置，为滚筒筛提供动力，使滚筒筛绕中轴做圆周运动；所述输送带驱动装置，为输送带提供运行动力，并通过改变输送带驱动装置的电机运行方向，改变输送带的运行方向，辅助有机质和杂物分离单元实现处理和排杂两阶段的运行效果；

所述有机质破碎单元，位于筒体内滚筒筛的下方，其主要功能部件为破碎搅拌器；所述破碎搅拌器由水平安装在筒体内的圆筒、挡板、安装在圆筒表面的破碎刀以及破碎搅拌器驱动装置组成；圆筒两端通过驱动轴连接破碎搅拌器驱动装置，所述破碎刀由破碎刀固定端和破碎刀自由端组成，破碎刀固定端固定在圆筒表面；破碎刀自由端非固定，破碎刀固定端和破碎刀自由端通过销轴转动连接；

所述固液分离单元，由活塞外壳、活塞、活塞杆、活塞驱动装置、闸门、导轨、闸门驱动装置组成；所述活塞外壳为固液分离单元提供封闭的运行空间；所述活塞处于活塞外壳内部，由驱动端密封头、驱动端封板、推料端密封头和推料端封板共同形成其密封的两端，中间主体部分为长筒体，活塞的推料端与活塞外壳、闸门共同围合形成破碎物料收集处理腔，破碎物料收集处理腔分为卸料段和挤压固液分离段两个功能区段；卸料段与筒体底部连接，承接有机质破碎单元，挤压固液分离段的活塞外壳壁上分布有直径在0.2～2mm的滤孔；活塞驱动端通过活塞杆连接活塞驱动装置，由活塞驱动装置驱动活塞进行往复运动，实现“封闭有机质破碎单元底部、卸料、挤压和排渣”四重作用；

所述生物质能源原料提取单元，包括位于固液分离单元的下方的油液分离器和厌氧发酵原料调配池。

2.根据权利要求1所述的全机械驱动混杂餐厨垃圾干式预处理装置，其特征在于，所述滚筒筛由滚筒筛筒体、破袋刀、托料杆组成；所述滚筒筛筒体由数条圆钢沿圆周排列组成，两相邻圆钢之间的间隙≤6cm，所述滚筒筛内表面间隔放置有钢球，钢球的数量与滚筒筛进料端和排杂端之间的长度成正比，钢球直径比滚筒筛表面两相邻圆钢之间的间隙大2～10cm，所述破袋刀和托料杆安装在滚筒筛内部圆钢表面，破袋刀长度为5～20cm，托料杆长度为滚筒筛直径的1/5～2/5；破袋刀/托料杆沿滚筒筛中轴方向间隔设置，两相邻托料杆/破袋刀沿滚筒筛中轴方向的间距大于钢球直径。

3.根据权利要求1所述的全机械驱动混杂餐厨垃圾干式预处理装置，其特征在于，所述滚筒筛筒体两相邻圆钢之间的间隙为2～4cm；钢球直径比滚筒筛表面两相邻圆钢之间的间隙大3～6cm；所述破袋刀长度8～15cm。

4.根据权利要求1所述的全机械驱动混杂餐厨垃圾干式预处理装置，其特征在于，所述有机质破碎单元的破碎刀自由端长度5～20cm，破碎刀自由端以销轴为中心摆动，最大摆动幅度为前后90°。

5.一种全机械驱动混杂餐厨垃圾干式预处理方法，其特征在于，利用权利要求1-4中任一权利要求所述的装置，对未经任何源头分选的混杂餐厨垃圾进行处理，包括以下步骤：

a、混杂餐厨垃圾由进料器进入有机质和杂物分离单元的滚筒筛内，在滚筒筛绕其驱动轴转动的过程中，餐厨垃圾中的有机质成分被滚筒筛内的钢球碾烂至尺寸小于滚筒筛表面圆钢之间的间隙时，漏出滚筒筛进入滚筒筛下方的有机质破碎单元；塑料袋和软性杂物钩挂在破袋刀和托料杆上，在破袋刀和托料杆随滚筒筛运行到输送带上方时，其钩挂的塑料袋和软性杂物以及托起的瓶罐盒、较大餐厨有机质等物质滑落到输送带上；在对有机物质进行初步破碎处理的处理阶段，驱动装置控制输送带的运行方向指向滚筒筛内部，掉落至输送带上的物料仍被送回滚筒筛内部；在将杂物和餐厨有机质有效分离的排杂阶段，驱动装置控制输送带的运行方向指向滚筒筛外部，由滚筒筛内破袋刀和托料杆上掉落至输送带上的物质将会被送出滚筒筛；

b、经步骤a除杂和初步破碎后得到的有机质成分进入有机质破碎单元，进行进一步的切割破碎搅拌混合处理；有机质破碎单元运行时，将活塞定位于有机质破碎单元的正下方，封闭有机质破碎单元下方出口；

c、当破碎完成后，将活塞向远离闸门方向移动，直至完全打开有机质破碎单元底部出口，经步骤b处理得到的破碎后的有机质进入固液分离单元的破碎物料收集处理腔的卸料段，卸料完成后，活塞向前朝接近闸门的方向运动，推动有机质向前进入破碎物料收集处理腔的挤压固液分离段，有机质受到挤压，其中的汁液由破碎物料收集处理腔表面的滤孔被挤出，进入生物质能源原料提取单元的油水分离器进行分层；当活塞向前运行至有机质中的液体成分被压出，则打开闸门，活塞继续向前推，将分离液体成分后的有机质固体成分由闸门推出破碎物料收集处理腔，进入厌氧发酵原料调配池；

d、固液分离后的液体部分经生物质能源原料提取单元的油水分离器分层，得到的上层油脂作为生物柴油和油脂化工品原料，下层有机质汁液泵入厌氧发酵原料调配池，与步骤c得到的有机质固体成分混合后，作为制备生物燃气的原料。