CN105732145A - 一种膜覆盖好氧堆肥反应器试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种膜覆盖好氧堆肥反应器试验装置，它包括膜系统、罐体、布气筛、传感器组、第一压力传感器、直角弯管、第二压力传感器、滤液收集器、进气口、布气系统和PLC控制系统。膜系统通过镂空不锈钢圈与罐体顶部连接。位于罐体内的下部设置有布气筛；位于布气筛的上方，在罐体侧壁上间隔设置有三个传感器组。在罐体一侧壁顶端设置有第一压力传感器；罐体底部一侧设置有第二压力传感器。罐体底部中心位置处经管道与滤液收集器连接，在管道上设置有进气口，进气口通过管路与布气系统连接。布气系统、各传感器组和各压力传感器均与PLC控制系统电连接，并由PLC控制系统控制布气系统工作。本发明的试验装置布局紧凑、操作便捷以及智能监控。

Description

一种膜覆盖好氧堆肥反应器试验装置

技术领域

本发明涉及一种试验装置，特别是关于一种在有机固体废弃物处置和资源化利用技术领域中使用的膜覆盖好氧堆肥反应器试验装置。

背景技术

目前，我国畜禽粪便年排放量约为20亿吨，且呈现上升趋势，而我国对于畜禽粪便的有效处理和资源化利用率还相对较低，与此同时，我国年秸秆产量大约在7到9亿吨，其中大约有20％以上的秸秆没有得到合理利用。《全国农业可持续发展规划(2015-2030)》明确提出要实现农业可持续发展，到2030年全国基本实现农业废弃物趋于零排放。

好氧堆肥是指畜禽粪便、污泥、以及生活厨余垃圾等有机固体废弃物在通风供氧状态下由微生物的分解作用从而使得被分解成稳定的腐熟的无害的有机肥的过程。好氧堆肥工艺技术正在快速发展，在工厂化好氧堆肥技术模式方面，多采用静态垛强制通风、定时翻堆方式，其弊病在于供氧有可能不均匀，堆体发酵程度不一，而翻堆一方面会造成堆体热量的散失，另一方面会造成有害气体的逸散，且耗能也比较大。

近年来，有关膜覆盖好氧堆肥模式逐渐成为研究的热点，该模式是在静态垛堆肥模式基础上采用了一种渗透性良好的膜材料覆盖在堆体表面，利用“正压力”使得膜鼓起来，使得堆体内氧气分布均匀，从而使得堆体发酵均匀，同时这种模式可以很好的减少堆体内热量散失，减少有害气体排放，减少翻堆次数，降低曝气量与曝气频率，从而在某种程度上可有效降低好氧堆肥过程能耗与温室气体排放。但是，关于膜覆盖好氧堆肥机理和机制尚缺乏系统研究，如果采用工厂化堆肥模式不仅需大量工程量较大的规模性试验，同时易受环境等因素影响，效率低，成本较大，周期较长。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种膜覆盖好氧堆肥反应器试验装置，其布局紧凑、操作便捷以及智能监控。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种膜覆盖好氧堆肥反应器试验装置，其特征在于：它包括膜系统、罐体、布气筛、传感器组、第一压力传感器、直角弯管、第二压力传感器、滤液收集器、进气口、布气系统和PLC控制系统；所述膜系统与所述罐体顶部固定连接并在两者之间设置有镂空不锈钢圈，位于所述罐体内的下部设置有所述布气筛；位于所述布气筛的上方，在所述罐体侧壁上间隔设置有三个所述传感器组，各所述传感器组均与所述导管一端连接，所述导管另一端穿过所述罐体侧壁伸到所述罐体内的中心区域；在所述罐体一侧壁顶端设置有所述第一压力传感器，所述第一压力传感器与所述直角弯管一端连接，所述直角弯管另一端穿过所述罐体侧壁伸到所述膜系统中心区域下面；所述罐体底部一侧设置有所述第二压力传感器，所述第二压力传感器与导管一端连接，导管另一端穿过所述罐体侧壁伸到所述罐体内的底部；所述罐体底部中心位置处经管道与所述滤液收集器连接，在管道上设置有所述进气口，所述进气口通过管路与所述布气系统连接；所述布气系统、各所述传感器组和各所述压力传感器均与所述PLC控制系统电连接，将采集到的数据均传输到所述PLC控制系统上，并由所述PLC控制系统控制所述布气系统工作。

优选地，每一所述传感器组均由温度传感器、氧浓度传感器和第三压力传感器构成；第一水平导管一端与所述温度传感器连接，所述第一水平导管另一端穿过所述罐体侧壁伸到所述罐体中心区域；第二水平导管与所述第一水平导管水平对称设置，在所述第二水平导管一端设置有所述氧浓度传感器，所述第二水平导管另一端穿过所述罐体侧壁伸到所述罐体中心区域；在所述温度传感器上部设置有所述第三压力传感器，所述第三压力传感器与倾斜导管一端连接，所述倾斜导管另一端穿过所述罐体侧壁伸到所述罐体中心区域。

优选地，各所述导管、各所述水平导管、所述倾斜导管和所述直角弯管上都均匀设置有若干小孔。

优选地，所述布气筛上均匀设置有小孔和一层细密的过滤网，所述布气筛下部与所述罐体底部之间形成圆底气体缓冲区。

优选地，在所述布气筛上部，所述罐体侧壁上设置有出料口，所述出料口采用钢卡进行固定；在与所述传感器组位于同一水平面的所述罐体侧壁上均设置有取样口，所述取样口也采用钢卡进行固定。

优选地，所述滤液收集器上设置有渗滤液聚集视窗。

优选地，所述罐体采用304不锈钢材料并且镜面抛光；所述罐体为双层不锈钢保温结构，双层不锈钢保温结构中间填充聚氨酯发泡；在所述罐体底部还设置有三点釜式结构，所述三点釜式结构固定在移动平台上，所述移动平台下面设置有双向万向轮。

优选地，所述膜系统由Gore膜和不锈钢钢圈构成；所述Gore膜和所述不锈钢钢圈紧密贴合，所述不锈钢铁圈上设置有提手。

优选地，所述布气系统包括气泵、气囊和流量计；所述气泵的输出端与所述气囊入口端连接，所述气囊的出口端通过管路与所述进气口连接，在所述气囊和所述进气口中间管路上设置有所述流量计，所述流量计、所述气泵与所述PLC控制系统电连接；所述PLC控制系统向所述气泵传输控制信号；所述流量计向所述PLC控制系统传输数据。

优选地，所述PLC控制系统包括电控柜、控制器和触摸屏；所述电控柜为前后两层，前层与后层均可设置有开门；所述触摸屏设置在所述电控柜前层；所述控制器向所述布气系统中的所述气泵传输控制信号，控制所述气泵的工作状态。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用膜覆盖好氧堆肥反应器试验装置，提高了试验效率，降低了试验成本。2、本发明采用了多梯度氧浓度传感器、温度传感器和压力传感器的监测系统，可有效监测和分析空间梯度的差异性。3、本发明的布气系统采用微流量气流计和无级变频控制，且气囊的缓冲作用可使进入发酵罐体的气流精确平稳，降低外部气流对罐体内发酵影响。4、本发明设有PLC控制系统，可对发酵情况进行实时智能化监测、反馈和控制。5、本发明实现了发酵罐体、布气系统和PLC控制系统的一体化优化，具有布局紧凑和操作便捷的特点。

附图说明

图1是本发明膜覆盖好氧堆肥试验装置的结构示意图；

图2是图1的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1、图2所示，本发明提供一种膜覆盖好氧堆肥反应器试验装置，其包括膜系统1、罐体2、螺栓3、布气筛4、传感器组、第一压力传感器5、直角弯管6、第二压力传感器7、滤液收集器8、进气口9、布气系统10和PLC控制系统11。膜系统1与罐体2顶部之间设置有镂空不锈钢圈，并通过螺栓3与罐体2固定连接，方便拆卸又保证良好的密封性。位于罐体2内的下部设置有布气筛4，用于气体均匀进入堆体。位于布气筛4的上方，在罐体2侧壁上间隔设置有三个传感器组，各传感器组均与导管一端连接，导管另一端穿过罐体2侧壁伸到罐体2内的中心区域，用于监测罐体2内的温度、压力和氧浓度。在罐体2一侧壁顶端设置有第一压力传感器5，第一压力传感器5与直角弯管6一端连接，直角弯管6另一端穿过罐体2侧壁伸到膜系统1中心区域下面，用于监测膜系统1下面的气体压力。罐体2底部一侧设置有第二压力传感器7，第二压力传感器7与导管一端连接，导管另一端穿过罐体2侧壁伸到罐体2内的底部，用于监测罐体2底部的气体压力。在罐体2底部中心位置处经管道与滤液收集器8连接，用于收集罐体内的液体，在管道上设置有进气口9，进气口9通过管路与布气系统10连接，根据通风状况随时进气。布气系统10、各传感器组和各压力传感器均与PLC控制系统11电连接，将采集到的数据均传输到PLC控制系统11上，并由PLC控制系统11控制布气系统10工作。

上述实施例中，每一传感器组均由温度传感器12、氧浓度传感器13和第三压力传感器14构成。第一水平导管15一端与温度传感器12连接，第一水平导管15另一端穿过罐体2侧壁伸到罐体2中心区域，用于监测罐体2内的温度。第二水平导管16与第一水平导管15水平对称设置，在第二水平导管16一端设置有氧浓度传感器13，第二水平导管16另一端穿过罐体2侧壁伸到罐体2中心区域，用于监测罐体2内的氧浓度。在温度传感器12上部设置有第三压力传感器14，第三压力传感器14与倾斜导管17一端连接，倾斜导管17另一端穿过罐体2侧壁伸到罐体2中心区域，用于监测罐体2内气体的压力，倾斜导管17对罐体2内的上升气流起引导作用。其中，倾斜导管17的倾斜角度优选为11°。

上述各实施例中，各导管、各水平导管、直角弯管6和倾斜导管17上都均匀设置有若干小孔。

上述各实施例中，布气筛4上均匀设置有小孔和一层细密的过滤网，用于气体均匀进入堆体并且过滤其他杂质，布气筛4下部与罐体2底部之间形成圆底气体缓冲区18。

上述各实施例中，在布气筛4上部，罐体2侧壁上设置有出料口19，出料口19采用密闭性良好的钢卡进行固定，用于堆肥试验结束之后方便清理物料。在与各传感器位于同一水平面的罐体2侧壁上均设置有取样口20，取样口20也采用密闭性良好的钢卡进行固定，方便拆卸取样。

上述各实施例中，滤液收集器8上设置有渗滤液聚集视窗21，用于观察滤液收集情况，并可根据需要随时排出液体。

上述各实施例中，罐体2采用304不锈钢材料并且镜面抛光。罐体2为双层不锈钢保温结构，双层不锈钢保温结构中间填充聚氨酯发泡22，用于对罐体2进行保温。在罐体2底部还设置有三点釜式结构23，用于对罐体2起到支撑作用；三点釜式结构23固定在移动平台24上，移动平台24下部设置有双向万向轮25，通过双向万向轮25使整个试验装置可以进行移动或固定。

上述各实施例中，膜系统1由Gore膜和不锈钢钢圈构成。Gore膜和不锈钢钢圈紧密贴合，不锈钢铁圈上设置有提手，方便膜系统1的拆卸和移动。Gore膜的材料是膨体聚四氟乙烯，具有良好的防水透湿功能，Gore膜具有选择性渗透特性，适当通气可在膜系统1下和罐体2内形成“正压力”，可有效模拟实际膜覆盖堆肥模式工况。

上述各实施例中，布气系统10包括气泵26、气囊27和流量计28，气泵26的输出端与气囊27入口端连接，气囊27的出口端通过管路与进气口9连接，在气囊27和进气口9中间管路上设置有流量计28。气泵26、流量计28与PLC控制系统11电连接，PLC控制系统11向气泵26传输控制信号，进而控制气泵26的鼓风量和鼓风频率，可实现通气流量以及通气频率无级调控。其中，气泵26作为曝气装置，采用了超静音设计，避免了在曝气装置工作过程中的噪音产生。气囊27对气流有缓冲与稳定作用，流量计28向PLC控制系统11传输数据，实现实时监测通入气体流量，并根据需求精确控制进气量。

上述各实施例中，PLC控制系统11包括电控柜、控制器和触摸屏。电控柜为前后两层，前层与后层均可设置有开门，前层与后层的开门均便于检查和维修。触摸屏设置在电控柜前层，用于显示罐体内各种实时监测参数以及设置相应的参数。控制器用于接收各传感器传输至的数据以及布气系统10中流量计28传输至的流量数据，并对数据处理、存储，同时向布气系统10中的气泵26传输控制信号，控制气泵26的工作状态。

综上所述，基于本发明的试验装置，在进行膜覆盖好氧堆肥反应器试验时，其步骤如下：

1)选取好氧堆肥试验所需主料及辅料，进行原料配比与均匀混合；

2)原料混合完成后，取下膜，将初始原料由罐体顶部给料，加料至距离罐体顶端5-10cm；

3)将膜固定到罐体顶部，启动电源，通过触摸屏，根据试验需求对工艺参数(温度、氧浓度、压力)和控制模式(通风时间、通风速率、供氧区间、温度区间、压力区间、数据采集周期等)进行设置；

4)设置完成后，开始进行试验，整个装置进入运行模式，在试验过程中，根据实时温度、氧浓度和压力等监测数据以及试验需要，随时通过触摸屏调整工艺方案，根据试验需要也可以随时在取样口20进行取样；

5)试验结束后，在PLC控制系统11上导出试验数据，从出料口19清理剩余物料。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种膜覆盖好氧堆肥反应器试验装置，其特征在于：它包括膜系统、罐体、布气筛、传感器组、第一压力传感器、直角弯管、第二压力传感器、滤液收集器、进气口、布气系统和PLC控制系统；所述膜系统与所述罐体顶部固定连接并在两者之间设置有镂空不锈钢圈，位于所述罐体内的下部设置有所述布气筛；位于所述布气筛的上方，在所述罐体侧壁上间隔设置有三个所述传感器组，各所述传感器组均与所述导管一端连接，所述导管另一端穿过所述罐体侧壁伸到所述罐体内的中心区域；在所述罐体一侧壁顶端设置有所述第一压力传感器，所述第一压力传感器与所述直角弯管一端连接，所述直角弯管另一端穿过所述罐体侧壁伸到所述膜系统中心区域下面；所述罐体底部一侧设置有所述第二压力传感器，所述第二压力传感器与导管一端连接，导管另一端穿过所述罐体侧壁伸到所述罐体内的底部；所述罐体底部中心位置处经管道与所述滤液收集器连接，在管道上设置有所述进气口，所述进气口通过管路与所述布气系统连接；所述布气系统、各所述传感器组和各所述压力传感器均与所述PLC控制系统电连接，将采集到的数据均传输到所述PLC控制系统上，并由所述PLC控制系统控制所述布气系统工作。

2.如权利要求1所述的一种膜覆盖好氧堆肥反应器试验装置，其特征在于：每一所述传感器组均由温度传感器、氧浓度传感器和第三压力传感器构成；第一水平导管一端与所述温度传感器连接，所述第一水平导管另一端穿过所述罐体侧壁伸到所述罐体中心区域；第二水平导管与所述第一水平导管水平对称设置，在所述第二水平导管一端设置有所述氧浓度传感器，所述第二水平导管另一端穿过所述罐体侧壁伸到所述罐体中心区域；在所述温度传感器上部设置有所述第三压力传感器，所述第三压力传感器与倾斜导管一端连接，所述倾斜导管另一端穿过所述罐体侧壁伸到所述罐体中心区域。

3.如权利要求2所述的一种膜覆盖好氧堆肥反应器试验装置，其特征在于：各所述导管、各所述水平导管、所述倾斜导管和所述直角弯管上都均匀设置有若干小孔。

4.如权利要求1所述的一种膜覆盖好氧堆肥反应器试验装置，其特征在于：所述布气筛上均匀设置有小孔和一层细密的过滤网，所述布气筛下部与所述罐体底部之间形成圆底气体缓冲区。

5.如权利要求1所述的一种膜覆盖好氧堆肥反应器试验装置，其特征在于：在所述布气筛上部，所述罐体侧壁上设置有出料口，所述出料口采用钢卡进行固定；在与所述传感器组位于同一水平面的所述罐体侧壁上均设置有取样口，所述取样口也采用钢卡进行固定。

6.如权利要求1所述的一种膜覆盖好氧堆肥反应器试验装置，其特征在于：所述滤液收集器上设置有渗滤液聚集视窗。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种膜覆盖好氧堆肥反应器试验装置，其特征在于：所述罐体采用304不锈钢材料并且镜面抛光；所述罐体为双层不锈钢保温结构，双层不锈钢保温结构中间填充聚氨酯发泡；在所述罐体底部还设置有三点釜式结构，所述三点釜式结构固定在移动平台上，所述移动平台下面设置有双向万向轮。

8.如权利要求1-6任一项所述的一种膜覆盖好氧堆肥反应器试验装置，其特征在于：所述膜系统由Gore膜和不锈钢钢圈构成；所述Gore膜和所述不锈钢钢圈紧密贴合，所述不锈钢铁圈上设置有提手。

9.如权利要求1-6任一项所述的一种膜覆盖好氧堆肥反应器试验装置，其特征在于：所述布气系统包括气泵、气囊和流量计；所述气泵的输出端与所述气囊入口端连接，所述气囊的出口端通过管路与所述进气口连接，在所述气囊和所述进气口中间管路上设置有所述流量计，所述流量计、所述气泵与所述PLC控制系统电连接；所述PLC控制系统向所述气泵传输控制信号；所述流量计向所述PLC控制系统传输数据。

10.如权利要求1-6所述的一种膜覆盖好氧堆肥反应器试验装置，其特征在于：所述PLC控制系统包括电控柜、控制器和触摸屏；所述电控柜为前后两层，前层与后层均可设置有开门；所述触摸屏设置在所述电控柜前层；所述控制器向所述布气系统中的所述气泵传输控制信号，控制所述气泵的工作状态。