CN108191465A - 一种用于粪便资源回收设备进料转换的自动控制装置 - Google Patents

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任武昂
鞠恺
马保成
金鹏康
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Abstract

一种用于粪便资源回收设备进料转换的自动控制装置，粪便资源回收设备包括箱体，箱体内有两组并联横向固定在支座上的圆柱形的反应仓，粪便输入口伸入箱体顶部，连通两个反应仓，自动控制装置包括：位于粪便输入口内的倒Y型导流板；连接倒Y型导流板控制其在水平方向移动的滑动导杆；位于倒Y型导流板下方的反应仓物料导板；连接在滑动导杆末端的齿型导杆；与齿型导杆铅锤方向啮合的齿轮杆；以及，用于驱动齿轮杆转动的驱动电机；其中，当倒Y型导流板滑动到最左侧，则隔断粪便输入口与左侧反应仓的连通，当倒Y型导流板滑动到最右侧，则隔断粪便输入口与右侧反应仓的连通，本发明可保证两组反应仓交替运行，实现堆肥反应动态连续运转。

Description

一种用于粪便资源回收设备进料转换的自动控制装置
技术领域
本发明属于固体废物资源化利用技术领域，特别涉及一种用于粪便资源回收设备进料转换的自动控制装置。
背景技术
人粪便约含70％～80％水分，20％的有机质(纤维类、脂肪类、蛋白质和硅、磷、钙、镁、钾、钠等盐类及氯化物)，少量粪臭质、粪胆质和色素等。按照目前的理念认为粪便等人体排泄物是一种污染物，需要大量的水源去冲洗，造成水资源与营养物质的巨大浪费。
好氧堆肥是依靠专性和兼性好氧细菌的作用降解有机物的生化过程，将要堆腐的有机料与填充料按一定的比例混合，在合适的水分、通气条件下，使微生物繁殖并降解有机质，从而产生高温，杀死其中的病原菌，使有机物达到稳定化。借助好氧堆肥技术使得粪便稳定、腐熟，最终的堆肥产物可作为高品质的有机肥用于园林绿化和农业生产，使得粪便中的营养物质得以资源化利用。
目前，主流的堆肥工艺包括：一、好氧静态堆肥，通常采用露天强制通风垛，或是在密闭的发酵池、发酵箱、静态发酵仓内进行；二、间歇式好氧动态堆肥，采用间歇翻堆的强制通风垛或间歇进出料的发酵仓，将物料批量地进行发酵处理。常见的工艺流程为：前处理～主发酵(一次发酵，20～30d)～后发酵(二次发酵，10～15d)～后处理～贮存。
上述方法一般均用于集中收集的粪便、厨余垃圾等处理规模较大的场合，堆肥物料混合完毕后需要很长的启动时间才能使反应温度达到最佳范围，导致堆肥周期较长，停留时间较大，效率低下；此外，不能实现连续的动态运行，无法适应于城市道路公厕、公共建筑等分散式处置方式。基于此，发明人申请了专利“一种源分离粪便的资源化处置设备(申请号：CN201810112891.8)”，这一用于即时收集粪便的连续化动态好氧堆肥反应器可以高效的实现粪便的资源化利用。然而，由于设置了两组独立的反应仓，存在着运行过程中粪便输入口的切换问题。反应仓的特殊运行机制导致采用阀门控制粪便输入极易造成堵塞，与此同时，鉴于该工作的卫生条件较差，采用人工切换进料口操作难度较大。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于粪便资源回收设备进料转换的自动控制装置，在两个独立反应仓的粪便进料口处设置一块倒Y型导流板，通过电机驱动倒Y型导流板在水平方向的定向移动来控制反应仓的粪便输入；单独收集的粪便被输送至预先填充碳源基质的反应仓内，粪便持续的输入、搅拌、混匀，直到混合物料达到合理的C/N值后停止粪便的输入；开启物料含水率调节装置，通过加入适量水分使得混匀的待反应物料含水率维持在最佳范围内；启动反应器加热装置、通风装置，迅速提升主反应器的温度并供给充足的氧气，加快好氧微生物增殖速率和反应活性，减少堆肥反应启动过程的耗时，缩短整个粪便资源化处置的反应周期。本发明设备通过两组独立反应仓接收粪便的自动切换来实现堆肥反应的动态连续运转；每组反应仓内设置的螺旋输送搅拌器可进行正转、反转调整，不仅具有物料混合的功能，还可根据情况实现碳源基质的自动填装和腐熟物料的自动卸载。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于粪便资源回收设备进料转换的自动控制装置，所述粪便资源回收设备包括箱体，箱体内有两组并联横向固定在支座10上的圆柱形的反应仓5，粪便输入口13伸入箱体顶部，连通两个反应仓5，其特征在于，所述自动控制装置包括：
位于粪便输入口13内的倒Y型导流板14；
连接倒Y型导流板14控制其在水平方向移动的滑动导杆15；
位于倒Y型导流板14下方的反应仓物料导板16；
连接在滑动导杆15末端的齿型导杆17；
与齿型导杆17铅锤方向啮合的齿轮杆18；
以及，用于驱动齿轮杆18转动的驱动电机19；
其中，当倒Y型导流板14滑动到最左侧，则隔断粪便输入口13与左侧反应仓5的连通，当倒Y型导流板14滑动到最右侧，则隔断粪便输入口13与右侧反应仓5的连通。
所述粪便资源回收设备包括两组并联的圆柱形的反应仓5，仓体内部设置有带螺旋输送型搅拌桨2的搅拌轴1，搅拌轴1的一端通过固定轴承3设置在反应仓5上，另外一端伸出反应仓5并与连接驱动装置4，反应仓5的顶部连接碳源基质填充口11、粪便输入口13和通气管6，侧方底部下部设置有腐熟物料卸载口12，通气管6出口设置轴流通风机7，反应仓5轴线方向顶部设置若干高压喷水器8，两组反应仓5固定在支座10上，并位于箱体中，反应仓5与支座10间的空隙内设置有加热棒9，箱体外部采用保温材料覆盖，保温材料表面设置箱体保护层。
所述碳源基质填充口11位于靠近驱动装置4的一端，粪便输入口13位于靠近固定轴承3的一端，通气管6设置在粪便输入口13的两侧。
所述反应仓5的长径比为1:2～1:3，采用不锈钢材质；螺旋输送型搅拌桨2的桨叶宽度8～10cm，转速15～20rad/min，采用定速电机+减速机驱动；通过所述轴流通风机7，在通风管6和反应仓5内形成负压状态，将外界空气吸入反应仓5；通风管6直径为100～200mm，强制通风量1～3m3/min，强制通风时反应仓5负压维持在-10～-15kPa；所述高压喷水器8的喷水压力为0.8～1MPa，单个喷水量为1～2L/min；所述加热棒9对单个反应仓5的加热功率为300W，启动的时间窗口为粪便接受完毕即刻开启，维持1～2d后关闭。
所述两组反应仓5交替运行，首先在反应仓5内预先填充足量的碳源基质，随后接受粪便投加并进行搅拌混匀，粪便接收量满足C/N值后切换至堆肥反应状态，接着开启高压喷水器8调节混合物料含水率；与此同时加热棒9工作对反应仓底部进行加热并启动通风机7，热空气从反应仓5内物料中的空隙流过对物料进行加热、充氧，当物料温度达到适宜范围后加热棒9停止工作，设备进入采用自然通风的正常工作状态，在此过程中定时启动通风机7对反应仓5进行强制通风；微生物降解有机物所产生的热量用于维持系统正常工作直至物料全部腐熟，将螺旋输送型搅拌桨2调成反转状态，打开腐熟物料卸载口12自动卸载。
所述粪便输入口13的直径为100mm，Y型导流板14在驱动电机19、齿型导杆17和滑动导杆15的作用下左右移动幅度为120～150mm，确保在其导流作用下将所有进入资源化处置设备的粪便输送至目标反应仓，通过PLC定时控制实现物料输入反应仓5的定时自动切换。
所述粪便输入口13为倒Y形结构，顶端伸出箱体，两个底端分别连接在反应仓5的顶部，倒Y型导流板14在粪便输入口13中，与粪便输入口13的角度一致；所述反应仓物料导板16为锥形结构，与倒Y型导流板14的锥度相同，锥底与两侧反应仓焊接，用于防止经过倒Y形导流板14的粪便溢出，保证进料转换的顺利完成。
所述滑动导杆15由两组处于水平状态的光滑不锈钢圆柱体构成，中部与倒Y形导流板14进行焊接，两端穿过进料口侧壁并可左右滑动。
本发明还要求保护带有所述自动控制装置的源分离粪便的资源化处置设备。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本方法可完成粪便输入在两个独立反应仓间自动切换，且无阻塞问题的发生。
2、本方法实现了即时收集粪便的连续化动态好氧堆肥反应，可适用于分散式的城市公厕，所产生的有机肥可就地用于园林绿化。
3、本方法通过设置加热装置可迅速提高初始混合物料的升温，缩短反应器启动时间，加快堆肥反应进程。
附图说明
图1是本发明结构示意图(俯视图)。
图2是本发明结构示意图(主视图)。
图3是图2中AA视图。
图4是图1中BB视图。
图5是图1中CC视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明为用于粪便资源回收设备进料转换的自动控制装置。
如图1、图2、图3、图4和图5所示，该粪便资源回收设备包括箱体，箱体外部采用保温材料覆盖，保温材料表面设置箱体保护层。在箱体内设置有两组并联的反应仓5，反应仓5横向固定在箱体底部的支座10上，仓体内部设置搅拌轴1，搅拌轴1连接有螺旋输送型搅拌桨2，搅拌轴1的一端通过固定轴承3连接在反应仓5内，另外一端伸出反应仓5并与驱动装置4相连接。
在反应仓5的顶部设置粪便输入口13、通风管6和碳源基质填充口11，侧方底部设置物料卸载口12，碳源基质填充口11设置在靠近驱动装置4方向的位置，粪便输入口13设置在靠近固定轴承3方向的位置，通风管6设置在粪便输入口13的两侧，直径为100～200mm，通风管6的出口设置轴流通风机7。
反应仓5轴线方向的顶部设置若干高压喷水器8，反应仓5与支座10间的空隙内设置有加热棒9。
其中：
反应仓5的长度与直径之比为1:2～1:3，采用不锈钢材质；螺旋输送型搅拌桨2的桨叶宽度8～10cm，转速15～20rad/min，采用定速电机+减速机驱动。
单个反应仓5的碳源基质填充口11面积为0.1～0.12m2，当反应仓5清空后向碳源基质填充口11内投加碳源基质，螺旋输送型搅拌桨2正转将碳源基质填充口11处的基质输送至反应仓5内部。
该粪便资源回收设备的工作原理：
两组反应仓5交替运行，首先在反应仓5内预先填充足量的碳源基质，随后接受粪便投加并进行搅拌混匀，粪便接收量满足C/N值后切换至堆肥反应状态，接着开启高压喷水器8调节混合物料含水率，喷水压力为0.8～1MPa，单个喷水量为1～2L/min；粪便接受完毕后即刻开启加热棒9工作对反应仓底部进行加热，加热功率为300W，维持1～2d后关闭。同时启动通风机7，通过通风机7在通风管6和反应仓5内形成负压状态，将外界空气吸入反应仓5，通风管6的强制通风量1～3m3/min，强制通风时反应仓5负压维持在-10～-15kPa，热空气从反应仓5内物料中的空隙流过对物料进行加热、充氧，当物料温度达到适宜范围后加热棒9停止工作，设备进入采用自然通风的正常工作状态，在此过程中定时启动通风机7对反应仓5进行强制通风；微生物降解有机物所产生的热量用于维持系统正常工作直至物料全部腐熟，将螺旋输送型搅拌桨2调成反转状态，打开腐熟物料卸载口12自动卸载。
本发明是上述粪便资源回收设备的自动控制装置，用于控制粪便输入口13与其中一个反应仓5连通的同时与另一反应仓5封闭，目的是保证两组反应仓5交替运行。
如图3、图4和图5所示，本发明自动控制装置包括：
位于粪便输入口13内的倒Y型导流板14；其中粪便输入口13也为倒Y形结构，顶端伸出箱体，两个底端分别连接在反应仓5的顶部，倒Y型导流板14在粪便输入口13中，与粪便输入口13的角度一致；
连接倒Y型导流板14控制其在水平方向移动的滑动导杆15，滑动导杆15由两组处于水平状态的光滑不锈钢圆柱体构成，中部与倒Y形导流板14进行焊接，两端穿过进料口侧壁并可左右滑动；
位于倒Y型导流板14下方的反应仓物料导板16，反应仓物料导板16形成锥形结构，与倒Y型导流板14的锥度相同，锥底与两侧反应仓焊接，用于防止经过倒Y形导流板14的粪便溢出，保证进料转换的顺利完成；
连接在滑动导杆15末端的齿型导杆17；
与齿型导杆17铅锤方向啮合的齿轮杆18；
以及，用于驱动齿轮杆18转动的驱动电机19；
其中，当倒Y型导流板14滑动到最左侧，则隔断粪便输入口13与左侧反应仓5的连通，当倒Y型导流板14滑动到最右侧，则隔断粪便输入口13与右侧反应仓5的连通。
粪便输入口13的直径为100mm，Y型导流板14在驱动电机19、齿型导杆17和滑动导杆15的作用下左右移动幅度为120～150mm，确保在其导流作用下将所有进入资源化处置设备的粪便输送至目标反应仓，通过PLC定时控制实现物料输入反应仓5的定时自动切换。
利用本发明，可保证所述两组反应仓5交替运行，粪便由进料口13输入，倒Y型导流板14在滑动导杆15、齿型导杆17、驱动齿轮杆18和驱动电机19的作用下可在左右发生滑动偏移。当倒Y型导流板14移动到左侧时，将与反应仓物料导板16紧密贴合形成一个整体导板，粪便经过进料口13后，被整体导板导流至右侧反应仓5。当PLC发出进料转换指令后，驱动电机19驱动倒Y型导流板14移动到右侧，则此时粪便可被导流至左侧反应仓5，完成设备进料的自动切换过程。
综上，本发明一种用于粪便资源回收设备进料转换的自动控制装置，在两个独立反应仓的粪便进料口处设置一块倒Y型导流板，通过电机驱动倒Y型导流板在水平方向的定向移动来控制反应仓的粪便输入；单独收集的粪便被输送至预先填充碳源基质的反应仓内，粪便持续的输入、搅拌、混匀，直到混合物料达到合理的C/N值后停止粪便的输入；开启物料含水率调节装置，通过加入适量水分使得混匀的待反应物料含水率维持在最佳范围内；启动反应器加热装置、通风装置，迅速提升主反应器的温度并供给充足的氧气，加快好氧微生物增殖速率和反应活性，减少堆肥反应启动过程的耗时，缩短整个粪便资源化处置的反应周期。本发明设备通过两组独立反应仓接收粪便的自动切换来实现堆肥反应的动态连续运转；每组反应仓内设置的螺旋输送搅拌器可进行正转、反转调整，不仅具有物料混合的功能，还可根据情况实现碳源基质的自动填装和腐熟物料的自动卸载。

Claims (9)

1.一种用于粪便资源回收设备进料转换的自动控制装置，所述粪便资源回收设备包括箱体，箱体内有两组并联横向固定在支座(10)上的圆柱形的反应仓(5)，粪便输入口(13)伸入箱体顶部，连通两个反应仓(5)，其特征在于，所述自动控制装置包括：
位于粪便输入口(13)内的倒Y型导流板(14)；
连接倒Y型导流板(14)控制其在水平方向移动的滑动导杆(15)；
位于倒Y型导流板(14)下方的反应仓物料导板(16)；
连接在滑动导杆(15)末端的齿型导杆(17)；
与齿型导杆(17)铅锤方向啮合的齿轮杆(18)；
以及，用于驱动齿轮杆(18)转动的驱动电机(19)；
其中，当倒Y型导流板(14)滑动到最左侧，则隔断粪便输入口(13)与左侧反应仓(5)的连通，当倒Y型导流板(14)滑动到最右侧，则隔断粪便输入口(13)与右侧反应仓(5)的连通。
2.根据权利要求1所述用于粪便资源回收设备进料转换的自动控制装置，其特征在于，所述粪便资源回收设备包括两组并联的圆柱形的反应仓(5)，仓体内部设置有带螺旋输送型搅拌桨(2)的搅拌轴(1)，搅拌轴(1)的一端通过固定轴承(3)设置在反应仓(5)上，另外一端伸出反应仓(5)并与连接驱动装置(4)，反应仓(5)的顶部连接碳源基质填充口(11)、粪便输入口(13)和通气管(6)，侧方底部下部设置有腐熟物料卸载口(12)，通气管(6)出口设置轴流通风机(7)，反应仓(5)轴线方向顶部设置若干高压喷水器(8)，两组反应仓(5)固定在支座(10)上，并位于箱体中，反应仓(5)与支座(10)间的空隙内设置有加热棒(9)，箱体外部采用保温材料覆盖，保温材料表面设置箱体保护层。
3.根据权利要求2所述用于粪便资源回收设备进料转换的自动控制装置，其特征在于，所述碳源基质填充口(11)位于靠近驱动装置(4)的一端，粪便输入口(13)位于靠近固定轴承(3)的一端，通气管(6)设置在粪便输入口(13)的两侧。
4.根据权利要求2所述用于粪便资源回收设备进料转换的自动控制装置，其特征在于，所述反应仓(5)的长径比为1:2～1:3，采用不锈钢材质；螺旋输送型搅拌桨(2)的桨叶宽度8～10cm，转速15～20rad/min，采用定速电机+减速机驱动；通过所述轴流通风机(7)，在通风管(6)和反应仓(5)内形成负压状态，将外界空气吸入反应仓(5)；通风管(6)直径为100～200mm，强制通风量1～3m3/min，强制通风时反应仓(5)负压维持在-10～-15kPa；所述高压喷水器(8)的喷水压力为0.8～1MPa，单个喷水量为1～2L/min；所述加热棒(9)对单个反应仓(5)的加热功率为300W，启动的时间窗口为粪便接受完毕即刻开启，维持1～2d后关闭。
5.根据权利要求2所述用于粪便资源回收设备进料转换的自动控制装置，其特征在于，所述两组反应仓(5)交替运行，首先在反应仓(5)内预先填充足量的碳源基质，随后接受粪便投加并进行搅拌混匀，粪便接收量满足C/N值后切换至堆肥反应状态，接着开启高压喷水器(8)调节混合物料含水率；与此同时加热棒(9)工作对反应仓底部进行加热并启动通风机(7)，热空气从反应仓(5)内物料中的空隙流过对物料进行加热、充氧，当物料温度达到适宜范围后加热棒(9)停止工作，设备进入采用自然通风的正常工作状态，在此过程中定时启动通风机(7)对反应仓(5)进行强制通风；微生物降解有机物所产生的热量用于维持系统正常工作直至物料全部腐熟，将螺旋输送型搅拌桨(2)调成反转状态，打开腐熟物料卸载口(12)自动卸载。
6.根据权利要求1所述用于粪便资源回收设备进料转换的自动控制装置，其特征在于，所述粪便输入口(13)的直径为100mm，Y型导流板(14)在驱动电机(19)、齿型导杆(17)和滑动导杆(15)的作用下左右移动幅度为120～150mm，确保在其导流作用下将所有进入资源化处置设备的粪便输送至目标反应仓，通过PLC定时控制实现物料输入反应仓(5)的定时自动切换。
7.根据权利要求1所述用于粪便资源回收设备进料转换的自动控制装置，其特征在于，所述粪便输入口(13)为倒Y形结构，顶端伸出箱体，两个底端分别连接在反应仓(5)的顶部，倒Y型导流板(14)在粪便输入口(13)中，与粪便输入口(13)的角度一致；所述反应仓物料导板(16)为锥形结构，与倒Y型导流板(14)的锥度相同，锥底与两侧反应仓焊接，用于防止经过倒Y形导流板(14)的粪便溢出，保证进料转换的顺利完成。
8.根据权利要求1所述用于粪便资源回收设备进料转换的自动控制装置，其特征在于，所述滑动导杆(15)由两组处于水平状态的光滑不锈钢圆柱体构成，中部与倒Y形导流板(14)进行焊接，两端穿过进料口侧壁并可左右滑动。
9.一种带有所述自动控制装置的粪便资源回收设备。
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