CN107500818A - 低能量超声增强好氧微生物处理有机垃圾的装置及工艺 - Google Patents

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金峰
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    • C05F17/90—Apparatus therefor
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Abstract

本发明公开了一种低能量超声增强好氧菌处理有机垃圾的装置及工艺，通过在微生物发酵过程中施加低密度超声波，不仅能够影响固液气三相状态，影响底物的物理状态使其容易为微生物利用，从而提高微生物发酵的效率；还可以影响细胞膜电位，使细胞膜通透性增加，加快营养物质的进入和代谢产物的排出，增加微生物活性；此外还能通过超声将空气粉碎为直径为0.2‑0.3μm的微气泡，提高空气中氧气的溶解速率，增大氧气与固液气三相中微生物的接触面积，提高传质从而提高微生物对氧气利用率，有助于微生物发酵效率的提高。

Description

低能量超声增强好氧微生物处理有机垃圾的装置及工艺
技术领域
本发明属于垃圾处理技术领域，涉及一种利用好氧菌处理有机垃圾的装置，特别涉及一种低能量超声增强好氧菌处理有机垃圾的装置和工艺，适合深度处理生活垃圾并实现资源化。
背景技术
生活垃圾是指在日常生活中或者为日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定视为生活垃圾的固体废弃物。随着我国经济的发展、人口的增长及生活水平的提高，我国生活垃圾的产量急剧增加，给环境造成了压力。无害化、减量化和资源化是垃圾进行处理的原则。现有生活垃圾处理方法主要为填埋法、焚烧法和堆肥法，而对于有机质含量多且容易分类的生活垃圾，比如餐厨垃圾，利用生物发酵工艺容易使其得到资源化利用，其中很重要的一种方法就是好氧微生物发酵技术。好氧微生物发酵技术中很重要的一环就是如何提高好氧微生物的的发酵效率。
超声波技术主要利用超声波具有频率高、波长短、方向性好、穿透固体性强(能够穿透几十米的不透明固体)、能够传递能量给介质微粒(介质微粒的震动产生很大的速度和加速度)的特性、对介质产生特殊效应，是一门以多学科(物理、电子、机械以及材料学)知识、技术为基础的通用技术。超声场产生的理化效应包括机械效应(超声传播引起的介质质点的压缩和伸张)、热效应(物理的声吸收所引起的)、空化效应(超声在液体介质中引起的一种特有的物理过程)、声流效应(超声通过不同声阻抗的介质界面引起的)、传质效应(增强液态介质质点的运动，加快质量传递，提高化学反应速度)以及触变效应(超声波引起生物组织结合状态的改变)等。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种低能量超声增强好氧微生物处理有机垃圾的装置和工艺，是一种高效的好氧微生物发酵方法，用于有机质含量多且容易分类的生活垃圾处理，比如餐厨垃圾制备有机肥等，利用低密度超声波增强好氧生物发酵工艺的效率，通过独有的技术使得实现资源化过程更加快速有效，提高经济效益。
本发明通过以下的技术方案予以实现:
低能量超声增强好氧微生物处理有机垃圾的装置，包括垃圾发酵单元、超声强化单元、送风单元、以及废气废水处理单元，所述的送风单元用于向垃圾发酵单元中通入温度可控的加热空气，超声强化单元用于向垃圾发酵单元施加低能量超声，整个系统中产生的废气和废水经由废气废水处理单元后排出。
上述技术方案中，所述的低能量超声其超声能量密度为：0.1-2W/L，超声频率优选20-50kHz。
具体的，该装置可以包括有机垃圾发酵室和超声装置，在有机垃圾发酵室内设置有曝气板将发酵室隔为上下两个空间，上部空间内设置有搅拌装置和温度监控装置，下部空间为气室，在气室侧壁连通加热管的一端，加热管另一端接有送风装置，在有机垃圾发酵室顶部开有垃圾入口和废气出口，底部开有废水出口，废气出口处还设有等离子体废气处理装置；超声装置的超声换能器设置于有机垃圾发酵室两侧。
采用上述的装置进行低能量超声增强好氧微生物处理有机垃圾的工艺，是先将破碎后的有机垃圾物料和好氧微生物制剂倒入发酵室内，搅拌混合，同时，采用超声装置产生低能量超声作用于垃圾发酵室，在整个发酵过程中，向垃圾固液混合物中输送经加热的空气，空气由气室进入，经曝气板上的微孔进入有机垃圾发酵室，再经超声粉碎，供微生物利用，促进好氧微生物发酵；微生物发酵过程中产生的废气经等离子体废气处理装置处理达标后排出，产生的废水经曝气板进入气室底部由废水出口排出。
所述的发酵过程中通过输送加热空气和温度监控装置调控发酵温度为：30-60℃。
所述的进入气室的空气其流量为0.1-0.35m3/min。
本发明的有益效果是：
(a)本发明将超声与微生物发酵结合处理有机垃圾，提高好氧微生物发酵效率。所述的低能量超声其超声能量密度优选为：0.1-2W/L，超声频率优选20-50kHz。超声波对固液气混合体系具有增强传质，搅拌等作用,能够影响微生物的生物化学反应的进行。在微生物发酵过程中,低密度超声波能够影响固液气三相状态,影响底物的物理状态(或分子结构),使其容易为微生物利用，从而提高微生物发酵的效率。低强度超声也可以影响细胞膜电位，使细胞膜通透性增加,这样营养物质就会很顺利地进入细胞内,同时代谢产物也能迅速排到体外,从而达到增加微生物活性的目的，促进了微生物代谢物质；能够更快的将有机垃圾变废为宝，同系统通过废气和废水分流装置避免对大气、地表水、地下水、和土壤所产生的二次污染问题。而且回收可利用的物料制造有机肥，符合国家节能减排的要求。
(b)本发明可根据垃圾中有机质和含水量等情况，通过送风单元和温度监控装置调节发酵温度，优化发酵条件(发酵温度优选为30-60℃)；将微生物分解后的有机质转化为肥料，可实现垃圾处理的减量化，资源化。
(c)本发明的温控空气首先进入气室，再经气室上方的曝气板产生均匀气泡进入垃圾发酵单元，优选的气体流量为0.1-0.35m3/min。施加超声后，超声可以提高空气中氧气的溶解速率，超声可以将空气(含氧气)粉碎为直径为0.2-0.3μm的微气泡，增大与固液气三相中微生物的接触面积，通过曝气装置和搅拌装置，提高传质从而提高微生物对氧气利用率，有助于微生物发酵效率的提高。
附图说明
图1是本发明一种有机垃圾处理装置的结构示意图。
图中：1有机垃圾发酵室 2气室 3曝气板(含支撑板) 4超声装置 5超声换能器 6搅拌装置 7有机垃圾入口 8温度监控装置 9送风装置 10加热管 11气室空气入口 12废气出口阀门 13废水出口阀门 14等离子体废气处理装置 15废气出口 16废水出口。
具体实施方式
下面结合附图对发明作进一步地说明:
本发明的垃圾处理系统，主要由垃圾发酵单元，超声强化单元，送风单元，废气废水处理单元等构成，参照图1，具体包括有机垃圾发酵室1和超声装置4，在有机垃圾发酵室内设置有曝气板3将发酵室隔为上下两个空间，上部空间内设置有搅拌装置6和温度监控装置8，下部空间为气室2，在气室侧壁连通加热管10的一端，加热管10另一端接有送风装置9，在有机垃圾发酵室1顶部开有垃圾入口7和废气出口，底部开有废水出口，废气出口处还设有等离子体废气处理装置14；超声装置4的超声换能器5设置于有机垃圾发酵室两侧。
主要工艺流程是：首先将破碎后有机垃圾物料和好氧微生物制剂倒入垃圾发酵室，由送风单元通入可控温度的加热空气，一般空气温度低于60℃(温度过高会导致局部微生物死亡，降低生物发酵效果)，且物料温度控制在55-60℃范围内；同时发酵室两侧的可控超声换能器通入低能量超声强化微生物发酵过程，超声的能量密度为：2W/L，频率为50kHz；整个过程中产生的废气和废水分别由顶端和底部排出并处理；发酵后的生活有机质垃圾可用于生产有机肥料，充分利用垃圾资源。
具体分述如下：
将粉碎后有机垃圾和好氧微生物制剂由有机垃圾入口7投入有机垃圾发酵室8，进料量1000kg/d，通过搅拌装置6进行搅拌混合；同时，垃圾发酵室两侧超声装置4中的核心部件超声换能器5从发酵室轴头两侧同时作用于垃圾发酵室，根据需要可以间歇自动启动超声装置，也可以手动持续使用超声装置，超声的能量密度为：2W/L，频率为50kHz；在整个发酵过程中，压缩空气通过进风单元向垃圾固液混合物中输送，促进好氧微生物的发酵，气体流量为0.3m3/min左右，空气由送风装置9进入，通过加热管10温控加热，一般空气温度低于60℃，经气室空气入口11进入气室2，通过气室上方的曝气板3(有微孔)，气体进入有机垃圾发酵室1，气泡经超声进一步粉碎后，供微生物利用；经30天左右的试验证明每日平均有机垃圾减量率为90％左右，明显高于空白对照组的处理效果，每日平均减量率为80％左右。
与此同时，微生物发酵过程中产生的废气经等离子体废气处理装置14处理达标后由废气出口15排出，产生的废水经有孔曝气板3进入气室底部，并由废水出口16排到废水处理系统(或下水道)。

Claims (6)

1.一种低能量超声增强好氧微生物处理有机垃圾的装置，其特征在于，包括垃圾发酵单元、超声强化单元、送风单元、以及废气废水处理单元，所述的送风单元用于向垃圾发酵单元中通入温度可控的加热空气，超声强化单元用于向垃圾发酵单元施加低能量超声，整个系统中产生的废气和废水经由废气废水处理单元后排出。
2.根据权利要求1所述的低能量超声增强好氧微生物处理有机垃圾的装置，其特征在于，所述的低能量超声其超声能量密度为：0.1-2W/L，超声频率优选20-50kHz。
3.根据权利要求1所述的低能量超声增强好氧微生物处理有机垃圾的装置，其特征在于，包括有机垃圾发酵室(1)和超声装置(4)，在有机垃圾发酵室内设置有曝气板(3)将发酵室隔为上下两个空间，上部空间内设置有搅拌装置(6)和温度监控装置(8)，下部空间为气室(2)，在气室侧壁连通加热管(10)的一端，加热管(10)另一端接有送风装置(9)，在有机垃圾发酵室(1)顶部开有垃圾入口(7)和废气出口，底部开有废水出口，废气出口处还设有等离子体废气处理装置(14)；超声装置(4)的超声换能器(5)设置于有机垃圾发酵室两侧。
4.一种低能量超声增强好氧微生物处理有机垃圾的工艺，其特征在于，先将破碎后的有机垃圾物料和好氧微生物制剂倒入发酵室内，搅拌混合，同时，采用超声装置产生低能量超声作用于垃圾发酵室，在整个发酵过程中，向垃圾固液混合物中输送经加热的空气，空气由气室进入，经曝气板上的微孔进入有机垃圾发酵室，再经超声粉碎，供微生物利用，促进好氧微生物发酵，；微生物发酵过程中产生的废气经等离子体废气处理装置处理达标后排出，产生的废水经曝气板进入气室底部由废水出口排出。
5.根据权利要求4所述的低能量超声增强好氧微生物处理有机垃圾的工艺，其特征在于，所述的发酵过程中通过输送加热空气和温度监控装置调控发酵温度为：30-60℃。
6.根据权利要求4所述的低能量超声增强好氧微生物处理有机垃圾的工艺，其特征在于，所述的进入气室的空气其流量为0.1-0.35m3/min。
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