CN1062254C - 立体多层型多目的发酵装置 - Google Patents
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Abstract
本发明多层多目的发酵装置具有：发酵槽2、发酵槽2的顶部设置的排气口3，以及设在发酵槽下方的熟化槽4，设在发酵槽4的下方的预发酵槽6。发酵槽2具有在圆周方向可旋转的支承构件21，搅拌构件30，该搅拌构件30可拆卸地连接于上述支承构件，并具有对发酵装置底面呈水平的、可以回转的多枚搅拌叶片32，发酵槽还具有设于搅拌构件下方的气体吸入部40、可以自由开关的移送用开口部50、以及设于发酵槽顶部的过滤构件60。本发明可以解决有效利用土地，以及发酵过程中排出臭气、及排水等问题。
Description
本发明涉及立体多层型多目的发酵装置。特别是涉及一种立体多层型多目的发酵装置，该装置用于将粪尿等有机性污泥及脱水污泥、食品残渣、可燃垃圾等有机废弃物及有机废液复合化，作为肥料重新利用。
一般而言，粪尿等有机污泥含有95％以上的高含水率。这种含有高含水率的有机性污泥的复合化处理方法有：通过固液分离以活性污泥法处理液体的方法；或不进行固液分离，而将锯末投入其中进行水分调整、使之发酵的方法等。但是，以活性污泥法仅处理液体的方法中，具有氮元素、磷酸等处理不充分，以及设置处理设备需要费用等问题。又一方面，将锯末等投入污泥中进行水分调整的方法中，不仅污泥需要复合化，且投入的锯末本身也需要复合化。但是，由于锯末中含有大量的木质素，故处理这种难分解成分很难，不能大量使用锯末，锯末的投入量有一定界限。
此外，使用过去的复合化处理装置进行污泥复合化处理，存在下述的各种各样的问题；通常需要半年左右的处理时间，为设置处理设施需要大量土地，从处理装置排出的臭气及排水等问题，以及高衬砌费用(lining Cost)。
为解决这些问题，例如提出下述对策，将处理中的污泥堆积物取出，加大其与空气的接触频率、提高需氧性菌的活性。抑制由厌氧菌产生的腐臭。但是，将处理中的污泥堆积物与空气的接触面积变大，则由于污泥堆积物被空气冷却，所以该污泥堆积物中存在的微生物的活性变低。所以，将上述污泥堆积物取出的方法中，使污泥与空气的接触面积加大，即使能抑制厌氧菌的活性，但由于抑制了需氧菌的微生物活性，难于增加发酵效率。或者，为维持污泥堆积物的温度，虽然可考虑由外部热源保温的方法，但此方法中，具有装置复杂、衬砌费用变高的问题。还有，由外部热源引起的蒸发，使含水率急剧降低，减少了微生物的繁殖，污泥堆积物不能完全熟化，产生得到的堆肥往往是未熟化肥料的重大问题。
如上述，虽然进行了多种努力，但过去的复合化处理装置中，不能充分复合化处理污泥堆积物。因此，由过去的装置处理得到的堆肥，不仅仍残存有臭气，而且，将这种堆肥施肥到土壤中时，由于水分不足而减少的堆肥中的微生物由环境温度的升高而再次发酵，所以，会反过来吸收土壤中的氮元素，使农作物吸收氮元素不充分，产生氮元素不足的问题。
还有，在进行污泥堆积物的复合化处理时，为使污泥堆积物发酵熟化必须将其贮存一定时间，产生复合化处理工序中由厌氧菌的繁殖放出臭气，以及由污泥堆积物产生的排水处理问题。由于近年来都市化的影响，难以得到处理设施所要求的大量土地、不得不将处理设施设置于与住宅相邻地域内，因此这些臭气及排水问题已成了一个不得不特别考虑的问题。还有，由于难以得到土地，处理设施有必要设在狭小的地面上。
另一方面，利用土壤中的厌氧菌产生发酵分解的方法是过去使用的，合成化处理食品残渣、可燃垃圾等有机性废弃物或有机性废液的方法。
这种利用土壤自净作用的方法虽适于处理少量有机废弃物等，但不适用于大量的有机性废弃物的处理。还有，这种方法具有有机性废弃物自身的恶臭及由厌氧菌发酵过程中产生臭气的问题。此外，在都市或近效，还存在难以保证土壤即土地供使用的问题。
不仅是在生活废水的排水处理中，而且在牲畜肉、鱼肉加工厂等地方，产生恶臭的问题已相当深刻。在这些加工厂中，废水被排放到河川、海洋而未进行任何处理，也未采取任何对策，这是当前的现状。
所以，本发明的目的在于提供解决上述问题的立体多层多目的发酵装置。具体讲，是提供一种解决下述问题点的立体多层多目的发酵装置。
①有效利用土地。
②通过强制性地供、排气、将装置内部环境一直保持于常压环境、抑制发酵处理工序中臭气的产生。
③使以需氧菌为主体微生物的活性增大，提高发酵效率、同时抑制厌氧菌的活性、抑制臭气产生。
④不用外部热源，最大限度地利用由生物化作用产生的热量，保温、维持污泥堆积物的温度、使微生物活性增大，增大发酵效率。
⑤通过由生物化学作用产生热量，使水分自然蒸发，抑制过去产生的排水。
⑥创造微生物转换的最佳环境，使生物化学作用合理地活性化。
⑦具有对应于应处理有机废弃物种类及处理量的通用性。
作为本申请共同申请人的发明者曾提出过“屎尿复合化处理方法”(特许第1829732号)。该方法将含水率在15％wt以下的锯末等混合干燥物按C/N比为25-30混合，将该混合物以30-40wt％(屎尿为100)投入到预发酵有机物中，使液相的屎尿转化成胶状相，空气可以渗入固体内部，在氧气氛围下以60°-70°的高温使之发酵后，再移到熟化槽，在氧气氛围下以35°-40°中温进一步发酵。
本发明的立体多层多目的发酵装置是一种特别适于为有效利用较小的土地面积，高效实现上述复合化处理方法的装置。
通常，本发明的立体多层多目的发酵装置的特征在于包括：至少一个具有大致呈圆筒状腔体的发酵槽；从该发酵槽的中心沿半径方向外侧延伸、绕该中心可回转的支持构件；搅拌构件，该搅拌构件可拆卸地连结、支承于该支持构件，具有分别对发酵槽底面呈水平方向的可回转多个搅拌叶片；气体吸入部，该部设于搅拌构件的下方、发酵槽的底面上。设在该发酵槽底面上的可开关自由的移送用开口部；至少设于最上层发酵槽顶面的过滤构件；设在该发酵槽的下层，通过该移送用开口部与该发酵槽连通的熟化槽。
特别是通过被发明者称为“立式叶片方式”的、具有相对于发酵槽的底面呈水平方向的多个可回转搅拌叶片的搅拌构件，不将要处理的堆积物取出，而可搅拌堆积物内部。并且，通过该搅拌构件下方设置的气体吸入部，可以供给需氧菌活性化所必要的空气等气体到堆积物内部。这样，不仅增大了上述课题③的需氧菌的活性，提高发酵效率，而且相反地同时抑制厌氧菌的活性、抑制臭气发生，而且不使用外部能源(课题④)，最大限度地利用生物化学作用，保温、维持污泥堆积物的温度。增大微生物活性，增大发酵效率。
还有，最好上述发酵槽至少2槽相连，设置在上述熟化槽的上层。这种情况下，该2发酵槽中的上层槽作为高温菌槽(65°-70°)，下层槽作为中温菌槽，此外，上述熟化槽作为低温菌槽(室温)。
此外，上述过滤构件最好使用从高温菌向中温菌转化过程中的微生物群作为脱臭过滤材料。该微生物群存在于由上述专利第1829732号复合处理方法熟化的堆肥中，该堆肥可实际用于脱臭过滤材料：该微生物群中含有成为臭气原因的氨、硫化氢、硫化甲醇、等进行氧化、分解的微生物，以及硫黄菌等的原生动物、杆菌、逗点形菌、甲烷单胞菌等细菌、丝状菌、酵母菌等菌类。通过将含有该微生物群堆肥用作脱臭过滤材料，根据成为上述臭气原因的气体总量、浓度、种类等生态环境，微生物被自然淘汰，反复繁殖、形成含有适当的、脱臭效果最好种类微生物群的过滤床面。
上述过滤构件为脱臭发酵槽内产生的臭气，最好设于最上层发酵槽顶面，但为进一步发挥其脱臭功能，也可设于各发酵槽内。在将过滤构件设于第一个发酵槽的情况下，最好通过臭气传送构件，将发酵槽中经脱臭处理的臭气传送到设于最上层发酵槽的过滤构件，进行进一步脱臭。此外，各发酵槽过滤构件最好具有根据臭气成分及浓度，由最适合种类的微生物群构成的过滤床面。
为使发酵槽内的发酵处理充分，且整体均匀地进行，最好上述发酵槽具有圆筒状腔室，并且在其中心轴上设有上述支承构件的支点。该支承构件至少具有一根以该支点作为起点，向上述发酵槽的侧壁(圆周壁)沿半径方向延伸的臂梁。最好，支承构件由相对的二根臂梁组成。在该臂梁的下部设有上述搅拌构件。
该搅拌构件具有支承上述多枚叶片的搅拌叶片驱动轴。该叶片搅拌驱动轴可以拆卸地连接于上述臂梁。且从上述臂梁向下方沿垂直方向延伸。该搅拌叶片驱动轴与上述臂梁的回转相独立，可以自转。此外，由于该搅拌叶片驱动轴可拆卸地连接于上述臂梁，故可以设有多根安装有搅拌叶片的驱动轴，且搅拌叶片可以有各种大小、及安装角度，这样，就可以根据要处理堆积物的种类容易地改变搅拌条件。
上述发酵槽内设有的上述支承构件的回转可在各发酵槽内自由调节，以得到最适于各发酵槽内发酵状态的回转方向及速度。
此外，同样可以在各发酵槽中自由地调节上述搅拌构件的转向及速度。而且，为使即便是在同一发酵槽内也不因发酵槽的部位而产生不同发酵状态(例如，虽然在中间部分发酵很好，但在靠近侧壁部位没能发酵)，使该发酵槽内的发酵整体上均匀，多枚叶片的转向和速度也可分别单独调节。
为调节该支承构件，搅拌构件、及搅拌叶片的转动，也可以在发酵槽内设有检测堆积物发酵进展状态的检测构件。
上述气体吸入部设于发酵槽底面上、上述搅拌构件的下方。该气体吸入部最好是具有气体供给用开口部(曝气用多孔管)的多根管材。此外，最好该管材是由头部、肩部及主体部构成的形状，在该肩部具有该气体供给用开口部。在这种情况下，从该气体供给用开口部流入的气体首先喷向发酵槽底面，然后成向上方向喷出，在堆积物中均匀扩散。该管状材的大小取成能得到对应于要处理堆积物的最大气体供给量的大小，也可设有调节最适当气体供给量的调节构件。
上述移送用开口部设在发酵槽底面上，在各发酵槽中的发酵处理完了时，能使堆积物移送到下一层的发酵槽中，或使熟化槽中处理后的堆积物排出。该移送用开口部通常可以为漏斗，也可是发酵槽底面向下方开口的形式。此移送用开口部的开闭可按预先设定时间，或根据处理状态自动控制，也可以是根据处理状态由手动控制。
上述熟化槽位于最下层发酵槽的下层，用上述移送用开口部与发酵槽连通，在该熟化槽内，通过由中温菌及/或低温菌产生的生物化学作用进行堆积物的熟化。在该熟化槽中，也可设有水分调节剂的贮存区、后补加热区、贮有发酵处理后堆积物的区域、及取出贮存堆积物的排出口。
此外，在上述熟化槽的下层，最好设有作为预发酵槽起作用的液体发酵槽。还有，最好该液体发酵槽具有扩散、输送泵等液体移送构件，以便将预发酵终了后的液体输送到发酵槽中。
本发明的立体多层多目的发酵装置具有如下作用。
①由于它是立体多层型，故可有效利用土地。此外，通过在最下层设有作为预发酵槽的液体发酵槽，使所有的发酵处理工序在本装置中进行，可地是一步有效利用土地。
②发酵处理工序中产生的臭气、排水不排放到外部。此外，作为脱臭过滤材料，使用存在微生物群的堆肥，可以得到最佳的脱臭效果。
③在各发酵底槽底面设有气体吸入部，并且使用称为立式叶片方式的水平方向自转的搅拌叶片，不仅使需氧菌的活性增大，提高发酵效率，而且可同时抑制厌氧菌的活性。
④通过称为立式叶片方式的水平方向自转的搅拌叶叶，不用反复取入排出堆积物，也就是说不会产生放热扩散，故不使用外部热源即可保温、维持污泥堆积物的温度，可使微生物活性加大，增加发酵效率。
⑤通过更换上述称为立式叶片方式的搅拌叶片大小及角度的搅拌叶片驱动轴，使装置具有对应要处理有机废物种类、及处理量的通用性。
下面根据图来说明本发明具体的实施例，但本发明不限于此
实施例。其中，
图1表示本发明立体多层多目的发酵装置的概略斜视图。
图2是本发明的立体多层多目的发酵装置的断面图。
图3a是发酵槽顶面平面图，图3b是沿图3a中的B-B线的断面图。
图4是图3发酵槽的断面图。
图5是表示气体吸入部部分放大图。
图6是具有移送用开口部发酵槽平面图。
图7是说明移送用开口部的放大图。
图8是表示熟化槽的平面图。
图9表示液体发酵槽的断面图。
图10是图9的平面图。
其中符号：1-立体多层多目的发酵装置、2-发酵槽、3-气体排出口、4-熟化槽、5堆肥取出口、6液体发酵槽、20-支承构件、21-支承臂梁、30-搅拌构件、31-搅拌叶片驱动轴、32-搅拌叶片、40-气体吸入部、50-移送用开口部、60-过滤构件。
图1是本发明立体多层多目的发酵装置的概要斜视图。图2是该装置的断面图。整体为圆柱状的立体多层多目的发酵装置1包括多层的发酵槽2、设在最上层发酵槽2的顶部的气体排出口3、最下层的熟化槽、设于熟化槽侧壁部的堆肥取出口5、以及设于熟化槽4下层的液体发酵槽。图2表示由8层的发酵槽2构成的本发明多层多目的发酵装置的一实施例。此外，发酵槽的8层中，上部4层是高温槽、下部4层是中温槽，熟化槽4是低温槽。在发酵槽2中处理后的堆积物进一步在熟化槽4内熟化、贮存。最上层的发酵槽2的顶部设有脱臭装置60，发酵处理中产生的臭气在从气体排出口3排出前进行脱臭处理。
图3表示各发酵槽2内部平面图、图4是沿发酵槽2中心线的断面图。
各发酵槽包括支承构件20，所说的支承构件20包括从该发酵中心朝相对两侧沿半径方向向外延伸的2根臂梁；使该支承构件回转的第1驱动构件23；支承、连接于该支承构件上的多个搅拌构件；设在该搅拌构件30上的多根搅拌叶片32；驱动该搅拌构件30回转的第2驱动构件33；设于发酵槽底面上、搅拌构件30的下方的气体吸入部40；以及设于该底面上的开闭自由的移送用开口部50。
上述支承构件20具有中空的圆筒状主体20a，以及向该主体20a的下侧突出的连接部分20b。在该中空圆筒主体20的内部，具有2根支承臂梁21，支承臂梁21从发酵槽的中心朝相对的两侧沿半径方向向外延伸。在该支承臂21的中心侧端部，通过常用的联轴节连接到第1驱动构件23，另一方面，在该臂梁21的外周侧端部，具有导向轮22，该导向轮由发酵槽2的周壁上设置的导向轨24支承，嵌套。
如图4所示，上述第1驱动构件使电机(未图示)的驱动力通过蜗轮蜗杆传递到外侧的驱动轴26；然后，在它与上述支承臂梁21的连接的地方通过位于该驱动轴26两侧的伞齿轮27使该支承臂梁21回转。
上述搅拌构件30具有搅拌叶片驱动轴31，在驱动轴31上安装有相对于发酵槽2的底面大致呈水平方向的可以自转的多枚叶片32。该搅拌叶片驱动轴31一侧端部插入上述第1支承构件20的连接部20b内部，并与第1支承构件20连接，另一端向发酵槽2的底面沿垂直方向延伸。该搅拌叶片驱动轴31和第1支承构件20可自由拆卸地连接，可根据要发酵处理堆积物的种类，分别使用各种搅拌叶片。
上述搅拌构件30由第2驱动构件回转。通过上述驱动轴26的内侧使电机33a的驱动力传递，然后通过上述支承臂梁21传递到设于它(臂梁21)与上述搅拌叶片驱动轴31的连接部分20b的伞齿轮33b，通过该伞齿轮使搅拌叶片驱动轴31回转。或者，也在连接部分20b分别设置电机，直接地使各个搅拌叶片驱动轴31回转驱动。
上述气体吸入部40由设于上述发酵槽2的底面上的多根中空带状材构成。该气体吸入部40最好位于相邻的上述搅拌叶片驱动轴之间。各中空管材41的一端延伸到外部气体取入口(未图示)。另一方面，突出到发酵槽内部一侧中空管材41具有头部43、肩部44及主体45。在该肩部设有多个气体供给用开口部42，以使气体扩散到堆积物中。如图的扩大图所示，该气体供给用开口部42向着发酵槽底面开口。这样，可从堆积物的底部向上喷出地供给气体。
上述移送用开口部50如图6及图7所示。该移送用开口部具有：设于发酵槽底面的开口部51；自由开闭该开口部分的盖52；设在盖52的周缘的密封件53；使该密封件53密封地固定的座54；以及设在发酵槽2的底面的里侧、自由开关盖52的惯用的气缸55。该移送用开口部50可随各发酵槽2变换其设置地方，或用定时器等将盖52的开关时间错开。这样，可将每层的堆积物移送到下一层。
上述过滤构件60，如图2所示，是设在发酵槽2的顶部脱臭装置。该脱臭装置60是将培养基作为脱臭底面设置而成的；上述培养基用于固定高温菌转化到中温菌过程中的微生物群。固定于该脱臭床面62的微生物群的臭气成分作为食物繁殖、分解该臭气成分，进行脱臭。该培养基使用由上述专利1829732号的复合化处理方法熟化的堆肥。
图8表示上述熟化槽4的内部。该熟化槽还兼作进行预发酵的液体发酵槽。即，该熟化槽设有贮藏锯末、粘土等水分调节剂的水分调节剂贮存区7.1、后补热区72、贮存发酵处理后堆积物(发酵品)的贮存区73、以及取出贮存的发酵品的堆肥取出口5。此外，在该熟化槽4的下部还设有预发酵处理的液体发酵槽6。
图9表示该液体发酵槽6的断面图，图10表示其平面图。每列4个的扩散器81排成2列，当液体发酵槽6内部的预发酵完了时，通过输送泵82将作为预发酵产品的混合液由发酵槽6抽到最上层发酵槽2，这样可以实现自动定量输送。而且，要处理的有机污泥等的水分调节剂以螺旋输送带将贮存在上述调节剂贮存区71中的水分调节剂定量地输送到最上层发酵槽2中，与预发酵混合液搅拌混合。
下面就使用本发明的多层多目的发酵装置，进行屎尿样品发酵处理的实验进行说明。
(1)预发酵，
通过直接设于最下层液体发酵槽6上的处理物品装入口(未图示)，直接投入屎尿样品，在高负荷条件下强制曝气(通气)3天，进行训化，通过训化的微生物群(需氧菌)的生物化学作用，屎尿样品进行预发酵。在此过程中，由该微生物群的繁殖发热，液温上升到35-40℃，进一步促进预发酵。这样预发酵完了后，通过输送泵82，定量地将应处理的样品混合液输送到最上层发酵槽2。
(2)由上述液体发酵槽6定量输送的样品混合液在最上层的发酵槽2中，与锯末等水分调剂相混合，调节到表现水分60-65％后，进行发酵处理。大约经45小时后，移送用开口部50自动工作，打开盖零件52，将处理后的样品混合液(以下称样品堆积物)移送到下一个发酵槽2，该被移送的样品堆积物进一步发酵处理。
该发酵处理由下述动作被促进，即，搅拌叶片32在样品中相对于发酵槽底面呈水平回转，并且支持该搅拌叶片32的搅拌叶片驱动轴31的臂梁21沿发酵槽的圆周回转，使由气体吸入部40供给的空气充分搅拌混合到样品堆积物整体中。在此工序中，由微生物的生物化学作用产生发热现象，堆积物的温度上升到65°，增大了微生物活性，促进了发酵处理。
大约经过45小时后，移送用开口部50再次动作，样品堆积物被移送到下一个发酵槽2中，在这样以45小时为周期的发酵处理-移送的循环中，在样品堆积物层内，产生了高温菌→中温菌→低温菌的微生物转换。随着这种变换，含有氮元素(N)、有机氨的氮元素(N4-N)转换成无机的硝酸类氮元素(N3-N)。这样，在达到第8层发酵槽2小时，已接近常温。在此工序中，剩余的水分由上述微生物的发热被蒸发，样品堆积物中的含水率最终达到大约50％的程度。
(3)熟化
接下来，上述发酵处理的含有约5％水的样品堆积物移到最下层发酵槽2的下层，熟化6周时间。在此期间，进行定期的翻松作业，在向堆积物中送入空气的同时，降低其温度，所以由中温菌、低温菌产生的化学作用非常活跃。这样，氯元素的形态转换成硝酸性氯元素，形成稳定的有机性堆肥。
该熟化工序完了后，堆肥的含水率被降低到45％，最后，作为难分解物质的木质素也分解成了醌类物质，原生腐植物质转换成了真生腐植物质。
根据本发明立体多层多目的发酵装置，可以有效利用较少的土地，发酵处理工序中恶臭及排水产生较少，在密封装置中进行从预发酵到熟化的所有工序，故适于在接近都市的地方域进行发酵处理。此外，由于使用独特的搅拌构件，故本发明并不局限于处理屎尿等生活垃圾水，还适用于牲畜肉加工、鱼肉加工等加工处理的各种发酵。
Claims (6)
1．一种立体多层多目的发酵装置，其特征在于包括：至少一个具有大致呈圆筒状腔体的发酵槽；从该发酵槽的中心沿半径方向外侧延伸、绕该中心可回转的支持构件；搅拌构件，该搅拌构件可拆卸地连结、支承于该支持构件，具有分别对发酵槽底面呈水平方向的可回转多个搅拌叶片；气体吸入部，该部设于搅拌构件的下方、发酵槽的底面上。设在该发酵槽底面上的可开关自由的移送用开口部；至少设于最上层发酵槽顶面的过滤构件；设在该发酵槽的下层，通过该移送用开口部与该发酵槽连通的熟化槽。
2．如权利要求1的多层多目的发酵装置，其特征在于：上述搅拌构件包括安装有上述搅拌叶片的搅拌叶片驱动轴，该驱动轴可拆卸地连接在上述支承构件上。
3．如权利要求1或2的立体多层多目的发酵装置，其特征在于：在上述熟化槽的上层，至少连接、安装有2个发酵槽。
4．如权利要求1-3任一项记载的立体多层多目的发酵装置，其特征在于：上述过滤构件使用堆肥作为脱臭过滤材料，上述堆肥培养、繁殖、固定有从高温菌转换到中温菌过程中的微生物群。
5．如权利要求1-4项任一项记载的立体多层多目的发酵装置，其特征在于：在上述熟化槽的下层，设有进行预发酵的液体发酵槽。
6．如权利要求5记载的立体多层多目的发酵装置，其特征在于：具有将液体发酵槽和发酵槽连接、将预发酵产物从液体发酵层移送到发酵槽的输送构件。
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