CN107417311A - 一种根据土质现状精确控制餐厨垃圾资源化的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种根据土质现状精确控制餐厨垃圾资源化的方法及系统，通过土壤数据远程收集单元将监测数据实时传输至远程数据分析软件，建立模型，计算餐厨垃圾处理过程中需要设定的控制参数，将控制参数数据传输至现场检测控制硬件，进而对餐厨垃圾的转化过程进行严格控制；设置矿物质材料活化反应器，对矿物质进行活化处理；并且将高温好氧餐厨垃圾处理系统与外循环无梯度生化反应单元相结合，实时监测发酵体系中各点发酵动态，进而对控制参数进行动态调整。本发明根据土质现状精确控制餐厨垃圾的资源化处理，可达到少施肥、施精肥的目的，有效避免传统餐厨垃圾发酵肥料盐度高、肥效差、质量不稳定的问题。

Description

一种根据土质现状精确控制餐厨垃圾资源化的方法及系统
技术领域
本发明涉及生活垃圾处理再利用技术，具体地说，涉及一种根据土质现状精确控制餐厨垃圾资源化的方法及系统。
背景技术
餐厨垃圾是食物垃圾中最主要的一种，包括家庭、学校、食堂及餐饮行业等产生的食物加工下脚料和食用残余，其成分复杂，包括米、面、蔬菜、鱼、肉、骨头、油等多种物质。由于餐厨垃圾中的有机物含量丰富、水分含量高，容易发生腐烂变质，产生异味，招引蚊虫，且容易滋长病原微生物、霉菌毒素等有害物质，造成疾病的传播，危害人类身体健康。然而，餐厨垃圾具有废物与资源的双重特性，其所含的丰富营养物质可经微生物发酵成高腐殖质的土壤调节剂，用在农田、果园里提高土壤肥力，从而实现餐厨废物的无害化、资源化利用。
目前的餐厨垃圾资源化利用中，会对土壤产生三类不良影响：一是餐厨垃圾肥料化的产品含盐量高，长期使用产生累计效应会造成土壤盐碱化，不利于植物生长；二是在转化制肥过程中，温度、pH或氧气浓度调控不当，会造成肥料中的特定养分指标如有效氮、速效磷、有效钾等含量过低或不足，导致施肥效力差；三是不能实时获取土壤肥力情况，容易造成施肥过度和土壤盐碱化的情况。
因此，亟需提供一种可以根据土质现状精确控制餐厨垃圾资源化的方法及系统，降低餐厨垃圾肥料化产品对土壤的不良影响，实现高效施肥。
发明内容
基于现有技术的不足之处，本发明提供一种根据土质现状精确控制餐厨垃圾资源化的方法及系统，通过对土壤进行实时监测，分析控制餐厨垃圾的好氧发酵参数，进而对餐厨垃圾的好氧发酵进行动态调整，以获得与所监测土壤相匹配的土壤调节剂。
本发明为了实现上述目的所采取的技术方案是：
一种根据土质现状精确控制餐厨垃圾资源化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在待改良土壤中设置监测器，将土壤监测数据实时传输至远程数据分析软件；并且在所述远程数据分析软件中建立模型，计算出餐厨垃圾处理过程中需要设定的控制参数，将所述控制参数数据传输至现场检测控制硬件；
(2)将矿物颗粒加入矿物质材料活化反应器，进行高温高压熏蒸，并且根据所述步骤(1)中建立的模型控制所述矿物颗粒的熏蒸温度和电导率，以得到稳定的矿物活化剂；
(3)将油水分离后的餐厨垃圾投入高温好氧餐厨垃圾处理系统中，动态加入耐高温盐碱菌及所述矿物活化剂，根据所述现场检测控制硬件中的控制参数控制餐厨垃圾的好氧发酵过程；监测发酵产物的品质参数，将发酵产物持续泵入外循环无梯度生化反应器中，并且根据所述发酵产物的品质参数对所述控制参数进行动态调整；待所述发酵产物的品质参数达到出料条件后，所述高温好氧餐厨垃圾处理系统进行出料，得到最终产物土壤调节剂；
(4)将本次发酵反应的数据上传至所述远程数据分析软件，为下一次根据土壤肥力调整发酵反应条件提供建模数据。
进一步地，步骤(1)中所述的控制参数包括加料量、加料速度、温度、pH值、电导率、氧气浓度、氧气流速、搅拌速度和外循环流速。
进一步地，步骤(2)中所述矿物活化剂的制备包括以下步骤：
①加热：将矿物颗粒加入矿物质材料活化反应器中，加热，去除矿物颗粒中的水分；
②清洗：向矿物质材料活化反应器中加入清洗液，对矿物颗粒进行搅拌清洗；
③烘干：排空清洗液，搅拌、加热、加压、将矿物颗粒内部水分烘干；
④熏蒸：向矿物质材料活化反应器中通入蒸馏水蒸汽，对矿物颗粒进行熏蒸；
⑤平衡：根据矿物质材料活化反应器中各温度监测点和各电导率监测点的监测数据，进行热量补偿和蒸汽量补偿；
⑥出料：待矿物质材料活化反应器中各温度监测点和电导率监测点监测数据均一稳定，即活化完成，可以出料；
⑦数据分析：将本次矿物质材料活化反应的数据上传至所述远程数据分析软件，为下一次根据土壤盐碱化程度调整活化反应条件提供建模数据。
进一步地，步骤(3)中所述发酵产物的品质参数包括温度、pH值、电导率和氧气浓度。
进一步地，步骤(3)中出料条件为：发酵产物的电导率与根据所述远程数据分析软件中所建立模型计算得到的待改良土壤要求相符合，并且高温好氧餐厨垃圾处理系统中各温度监测点、各pH值监测点、各电导率监测点和各氧气浓度监测点的监测数据均一稳定。
一种根据土质现状精确控制餐厨垃圾资源化的系统，其特征在于，包括：土壤数据远程收集单元，远程数据分析软件，现场检测控制硬件，矿物质材料活化反应器，高温好氧餐厨垃圾处理系统和外循环无梯度生化反应单元。
进一步地，所述土壤数据远程收集单元包括pH值监测器、电导率监测器、温度监测器、湿度监测器和测氮含量仪，用于监测待改良土壤品质，并将监测数据通过网络传输至远程数据分析软件；
所述远程数据分析软件包括KALDAS软件，用于接收数据进行分析，建立模型，计算餐厨垃圾处理过程中需要设定的控制参数，将控制参数数据通过网络传输至现场检测控制硬件；
所述现场检测控制硬件包括PLC控制系统，用于控制高温好氧餐厨垃圾处理系统和外循环无梯度生化反应单元运行，并将反应数据上传至远程数据分析软件。
进一步地，所述矿物质材料活化反应器为设置有第一加热保温装置、第一搅拌装置、第一进料口、第一出料口、蒸汽入口、蒸汽出口、第一温度监测点、湿度监测点和第一电导率监测点的蒸汽反应釜。
进一步地，所述高温好氧餐厨垃圾处理系统为设置有第二加热保温装置、第二搅拌装置、第二进料口、第二出料口、氧气入口、氧气出口、第二温度监测点、第二电导率监测点、pH值监测点和氧气浓度监测点的发酵罐。
进一步地，所述外循环无梯度生化反应单元包括物料传输通道和设置在物料传输通道上的增压模块；并且所述物料传输通道两端与所述高温好氧餐厨垃圾处理系统内腔相连通。
有益效果：本发明土壤数据远程收集单元将土壤监测数据实时传输至远程数据分析软件，并且在远程数据分析软件中建立模型，计算出餐厨垃圾处理过程中需要设定的控制参数，将控制参数数据传输至现场检测控制硬件，进而对餐厨垃圾的转化过程进行严格控制，使转化得到的土壤调节剂与待改良土壤相匹配，防止施肥过度或土壤盐碱化的发生，保证肥效。
进一步地，设置矿物质材料活化反应器，对矿物质进行活化，增强其通透性和吸附交换性，进而添加到餐厨垃圾发酵物中，降低餐厨垃圾所转化的有机肥中的盐含量，减小土壤盐碱化危害。
进一步地，高温好氧餐厨垃圾处理系统与外循环无梯度生化反应单元相结合，提高物料的流动性，使得温度的传递更加均匀，菌体与氧气的接触更加充分；设置温度、pH、氧气浓度等参数的监测点，实时监测发酵体系中各点发酵动态，进而通过远程数据分析软件对发酵状态进行评估，调整现场检测控制硬件的控制参数，以满足发酵需求。通过该系统可及时发现并解决发酵过程中存在的各种问题，使得餐厨垃圾的资源化处理更加自动化。
综上所述，本发明根据土质现状精确控制餐厨垃圾的资源化处理，可达到少施肥、施精肥的目的，有效避免传统餐厨垃圾发酵肥料盐度高、肥效差、质量不稳定的问题。
附图说明
图1所示为本发明流程图。
图2所示为本发明一项实施例中矿物质材料活化反应器的结构示意图。
图3所示为本发明一项实施例中高温好氧餐厨垃圾处理系统和外循环无梯度生化反应单元组合图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步详述：
实施例1
如图1所示，一种根据土质现状精确控制餐厨垃圾资源化的方法，包括以下步骤：
(1)在待改良土壤中设置pH值监测器、电导率监测器、温度监测器、湿度监测器、测氮含量仪等监测装置，将土壤监测数据通过网络实时传输至远程数据分析软件，远程数据分析软件安装于电脑、手机等远程终端中或直接安装于现场检测控制硬件中。
(2)根据土壤监测数据在远程数据分析软件中建立模型，计算出餐厨垃圾处理过程中需要设定的控制参数，将控制参数数据传输至现场检测控制硬件。此处设定的控制参数包括加料量、加料速度、温度、pH值、电导率、氧气浓度、氧气流速、搅拌速度和外循环流速等。
(3)选取麦饭石、沸石、蛭石、天青石、膨润土、钾长石、硅藻土等磷酸盐矿物、硅酸盐矿物和有机岩进行粉碎研磨，减小矿物粒径，疏通孔道，增加矿物比表面积，使分子空隙保水抗旱，增加土壤涵养能力。
将研磨好的矿物颗粒加入矿物质材料活化反应器中，加热，去除矿物颗粒中的水分。
监测矿物质材料活化反应器中各湿度监测点的湿度，当各点数据均一稳定时，向矿物质材料活化反应器中加入清洗液，并对矿物颗粒进行搅拌；清洗液与矿物颗粒充分接触，渗入矿物颗粒床层。
清洗液可选用体积浓度9.4％的H3PO4水溶液，或采用HCl+CaCl2复合淋洗剂，或采用EDTA+SDS加强型清洗剂对含铅和MDF的矿物质进行修复。
清洗3小时后，排空清洗液，提高搅拌速度、加热、加压、将矿物颗粒内部水分烘干。
待各湿度监测点数据均一稳定时，向矿物质材料活化反应器中通入蒸馏水蒸汽，对矿物颗粒进行熏蒸，熏蒸过程中继续搅拌，以保证矿物颗粒产物温度、电导率的均一稳定性。
监测矿物质材料活化反应器中各温度监测点和电导率监测点数据，进行热量补偿和蒸汽量补偿。
待矿物质材料活化反应器中各监测点温度和电导率监测点均一稳定，即活化完成，可以出料，得到矿物活化剂，备用。
最后，将本次矿物质材料活化反应的数据上传至远程数据分析软件，为下一次根据土壤盐碱化程度调整活化反应条件提供建模数据。
经矿物质材料活化反应器活化的矿物颗粒通透性、吸附交换性提高，可有效降低土体pH，同时提高对盐离子的吸附量，进而降低餐厨垃圾所转化的有机肥中的盐含量，减小土壤盐碱化危害。
(4)先对餐厨垃圾进行油水分离，将垃圾的含水量控制在50-55％；然后将油水分离后的餐厨垃圾投入高温好氧餐厨垃圾处理系统中，动态加入耐高温盐碱菌及矿物活化剂，根据现场检测控制硬件中的控制参数控制餐厨垃圾的好氧发酵过程。
耐高温盐碱菌主要使用自然环境中普遍存在的细菌、放线菌、真菌等微生物，如：类似努比卤地无氧芽孢杆菌、嗜热液化芽孢杆菌、热脱氮地芽孢杆菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌等。
发酵过程中监测高温好氧餐厨垃圾处理系统中的温度、pH值、电导率和氧气浓度。当各监测点温度、pH、电导率或氧气浓度差距较大时，将发酵产物持续泵入外循环无梯度生化反应器中，并且配合调节搅拌转速、加热装置温度、氧气浓度、氧气流速、耐高温盐碱菌及矿物活化剂添加量和添加频率，以保证物料的流动性和反应的均一稳定性；进一步地，根据发酵产物的品质参数对控制参数进行动态调整，待发酵产物的电导率与根据远程数据分析软件中所建立模型计算得到的待改良土壤要求相符合，并且高温好氧餐厨垃圾处理系统中各温度监测点、pH值监测点、电导率监测点、氧气浓度监测点的监测数据均一稳定时，高温好氧餐厨垃圾处理系统进行出料，得到最终产物土壤调节剂；
(5)将本次发酵反应的数据上传至远程数据分析软件，为下一次根据土壤肥力调整发酵反应条件提供建模数据。
实施例2
一种根据土质现状精确控制餐厨垃圾资源化的系统，包括：土壤数据远程收集单元，远程数据分析软件，现场检测控制硬件，矿物质材料活化反应器，高温好氧餐厨垃圾处理系统和外循环无梯度生化反应单元。
土壤数据远程收集单元包括pH值监测器、电导率监测器、温度监测器、湿度监测器和测氮含量仪，用于监测待改良土壤品质，并将监测数据通过网络传输至远程数据分析软件。
远程数据分析软件包括KALDAS软件，用于接收数据进行分析，建立模型，计算餐厨垃圾处理过程中需要设定的控制参数，将控制参数数据通过网络传输至现场检测控制硬件。
现场检测控制硬件包括PLC控制系统，用于控制高温好氧餐厨垃圾处理系统和外循环无梯度生化反应单元运行，并将反应数据上传至远程数据分析软件。
如图2所示，矿物质材料活化反应器为设置有第一加热保温装置1、第一搅拌装置2、第一进料口3、第一出料口4、蒸汽入口(图中未标出)、蒸汽出口(图中未标出)、第一温度监测点5、湿度监测点6和第一电导率监测点7的蒸汽反应釜。第一加热保温装置1为蒸汽反应釜釜壁上的保温夹层；第一进料口3、第一出料口4、蒸汽入口、蒸汽出口、第一温度监测点5、湿度监测点6和第一电导率监测点7均设置在蒸汽反应釜釜体上，并且第一温度监测点5、湿度监测点6和第一电导率监测点7均设置为多个；第一搅拌装置2包括架设于蒸汽反应釜釜体内的第一搅拌桨21和与第一搅拌桨21连接的第一搅拌电机22，并且第一搅拌桨21上设置有第一转速监测器8。进一步地，通过PLC控制系统控制进料口的开启关闭、出料口的开启关闭、蒸汽流量、温度升降和搅拌速度。
如图3所示，高温好氧餐厨垃圾处理系统为设置有第二加热保温装置11、第二搅拌装置12、第二进料口13、第二出料口14、氧气入口(图中未标出)、氧气出口(图中未标出)、第二温度监测点15、第二电导率监测点16、pH值监测点17、氧气浓度监测点18的发酵罐。第二加热保温装置11可设置为发酵罐壁上的保温夹层；第二搅拌装置12包括架设于发酵罐内的第二搅拌桨和与第二搅拌桨连接的第二搅拌电机，并且第二搅拌桨上设置有转速监测器；第二进料口13、第二出料口14、氧气入口、氧气出口、第二温度监测点15、第二电导率监测点16、pH值监测点17和氧气浓度监测点18均设置在发酵罐罐体上，并且第二温度监测点15、第二电导率监测点16、pH值监测点17和氧气浓度监测点18数量均为多个。进一步地，通过PLC控制系统控制进料、出料、氧气、温度、搅拌等参数。
外循环无梯度生化反应单元包括物料传输通道19和设置于物料传输通道上的增压模块20；物料传输通道19两端与高温好氧餐厨垃圾处理系统内腔相连通。优选地，增压模块20可选用传输泵，可通过PLC控制系统控制传输泵的传输速度。优选地，物料传输通道19上可设置温度监测点、pH值监测点和氧气浓度监测点。
在另一个优选的实施方案中，高温好氧餐厨垃圾处理系统的第二进料口可包括垃圾进料口、矿物活化剂进料口和菌液进料口。其中，矿物活化剂进料口处设置有矿物活化剂投料装置；矿物活化剂投料装置为设置有矿物活化剂入口、矿物活化剂出口和冷却夹层的腔体，冷却夹层中循环通入冷却水，并且矿物活化剂投料装置腔体内设置温度监测探头。该冷却夹层可降低投入高温好氧餐厨垃圾处理系统的矿物活化剂温度，防止从矿物质材料活化反应器中取出的矿物活化剂因温度高且过于细小发生粘连，造成堵塞。
此外，可将矿物活化剂投料装置的矿物活化剂入口与图2中的矿物质材料活化反应器的第一出料口相连接，并在连接处设置阀门；进而使得矿物活化剂的使用更加方便，根据温度监测探头处所监测的温度即可判断矿物活化剂是否冷却、是否满足投料要求。
上述矿物质材料活化反应器、高温好氧餐厨垃圾处理系统和外循环无梯度生化反应单元装置中各结构的连接关系并不固定，本领域技术人员可根据实际需求选择合适的蒸汽反应釜、发酵罐、物料传输通道和增压模块进行组合。
进一步地，本发明中土壤数据远程收集单元、矿物质材料活化反应器、高温好氧餐厨垃圾处理系统上设置的各种监测点均可设置为相应的监测探头或监测器。具体地，pH监测可选用InLab Solids Pro探头和M100紧凑型变送器；电导率监测可选用InLab 742ISM-5m探头和M100紧凑型变送器；温度监测可选用铂铑热电偶TC-1；湿度监测可选用InLab742ISM-5m探头和M100紧凑型变送器；测氮含量可选用PNH3-3氨氮电极。此外，PLC控制系统可选用西门子CPUSR40、EMAM06、EMAQ02、西门子变频电机2.2kw-2p-B3。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限制于本文所示的实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下对本发明进行的若干修改和润饰均落在本发明的保护范围和公开范围内。

Claims (10)

1.一种根据土质现状精确控制餐厨垃圾资源化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在待改良土壤中设置监测器，将土壤监测数据实时传输至远程数据分析软件；并且在所述远程数据分析软件中建立模型，计算出餐厨垃圾处理过程中需要设定的控制参数，将所述控制参数数据传输至现场检测控制硬件；
(2)将矿物颗粒加入矿物质材料活化反应器，进行高温高压熏蒸，并且根据所述步骤(1)中建立的模型控制所述矿物颗粒的熏蒸温度和电导率，以得到稳定的矿物活化剂；
(3)将油水分离后的餐厨垃圾投入高温好氧餐厨垃圾处理系统中，动态加入耐高温盐碱菌及所述矿物活化剂，根据所述现场检测控制硬件中的控制参数控制餐厨垃圾的好氧发酵过程；监测发酵产物的品质参数，将发酵产物持续泵入外循环无梯度生化反应器中，并且根据所述发酵产物的品质参数对所述控制参数进行动态调整；待所述发酵产物的品质参数达到出料条件后，所述高温好氧餐厨垃圾处理系统进行出料，得到最终产物土壤调节剂；
(4)将本次发酵反应的数据上传至所述远程数据分析软件，为下一次根据土壤肥力调整发酵反应条件提供建模数据。
2.根据权利要求1所述的一种根据土质现状精确控制餐厨垃圾资源化的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的控制参数包括加料量、加料速度、温度、pH值、电导率、氧气浓度、氧气流速、搅拌速度和外循环流速。
3.根据权利要求1所述的一种根据土质现状精确控制餐厨垃圾资源化的方法，其特征在于：步骤(2)中所述矿物活化剂的制备包括以下步骤：
①加热：将矿物颗粒加入矿物质材料活化反应器中，加热，去除矿物颗粒中的水分；
②清洗：向矿物质材料活化反应器中加入清洗液，对矿物颗粒进行搅拌清洗；
③烘干：排空清洗液，搅拌、加热、加压、将矿物颗粒内部水分烘干；
④熏蒸：向矿物质材料活化反应器中通入蒸馏水蒸汽，对矿物颗粒进行熏蒸；
⑤平衡：根据矿物质材料活化反应器中各温度监测点和各电导率监测点的监测数据，进行热量补偿和蒸汽量补偿；
⑥出料：待矿物质材料活化反应器中各温度监测点和电导率监测点监测数据均一稳定，即活化完成，可以出料；
⑦数据分析：将本次矿物质材料活化反应的数据上传至所述远程数据分析软件，为下一次根据土壤盐碱化程度调整活化反应条件提供建模数据。
4.根据权利要求1所述的一种根据土质现状精确控制餐厨垃圾资源化的方法，其特征在于：步骤(3)中所述发酵产物的品质参数包括温度、pH值、电导率和氧气浓度。
5.根据权利要求1所述的一种根据土质现状精确控制餐厨垃圾资源化的方法，其特征在于：步骤(3)中出料条件为：发酵产物的电导率与根据所述远程数据分析软件中所建立模型计算得到的待改良土壤要求相符合，并且高温好氧餐厨垃圾处理系统中各温度监测点、各pH值监测点、各电导率监测点和各氧气浓度监测点的监测数据均一稳定。
6.一种根据土质现状精确控制餐厨垃圾资源化的系统，其特征在于，包括：土壤数据远程收集单元，远程数据分析软件，现场检测控制硬件，矿物质材料活化反应器，高温好氧餐厨垃圾处理系统和外循环无梯度生化反应单元。
7.根据权利要求6所述的一种根据土质现状精确控制餐厨垃圾资源化的系统，其特征在于：所述土壤数据远程收集单元包括pH值监测器、电导率监测器、温度监测器、湿度监测器和测氮含量仪，用于监测待改良土壤品质，并将监测数据通过网络传输至远程数据分析软件；
所述远程数据分析软件包括KALDAS软件，用于接收数据进行分析，建立模型，计算餐厨垃圾处理过程中需要设定的控制参数，将控制参数数据通过网络传输至现场检测控制硬件；
所述现场检测控制硬件包括PLC控制系统，用于控制高温好氧餐厨垃圾处理系统和外循环无梯度生化反应单元运行，并将反应数据上传至远程数据分析软件。
8.根据权利要求6所述的一种根据土质现状精确控制餐厨垃圾资源化的系统，其特征在于：所述矿物质材料活化反应器为设置有第一加热保温装置、第一搅拌装置、第一进料口、第一出料口、蒸汽入口、蒸汽出口、第一温度监测点、湿度监测点和第一电导率监测点的蒸汽反应釜。
9.根据权利要求6所述的一种根据土质现状精确控制餐厨垃圾资源化的系统，其特征在于：所述高温好氧餐厨垃圾处理系统为设置有第二加热保温装置、第二搅拌装置、第二进料口、第二出料口、氧气入口、氧气出口、第二温度监测点、第二电导率监测点、pH值监测点和氧气浓度监测点的发酵罐。
10.根据权利要求6所述的一种根据土质现状精确控制餐厨垃圾资源化的系统，其特征在于：所述外循环无梯度生化反应单元包括物料传输通道和设置在物料传输通道上的增压模块；并且所述物料传输通道两端与所述高温好氧餐厨垃圾处理系统内腔相连通。
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