CN108314478B - 一种有机废弃物密闭式一体化堆肥设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种运行成本低、自动化程度高、一次完成堆肥腐熟的有机废弃物密闭式一体化堆肥技术及设备，包括箱体、一次发酵系统、二次发酵系统、进料系统、原料转运系统、出料系统、除臭系统、智能控制系统。该设备对解决农村生活垃圾环境污染和实现资源化利用具有重要意义。

Description

一种有机废弃物密闭式一体化堆肥设备

技术领域

本发明属农村环保技术领域，涉及一种有机废弃物密闭式一体化堆肥设备，特别是涉及一种用于村镇生活有机垃圾的处理的密闭式一体化堆肥技术及设备。

背景技术

近年来，随着中国农业现代化进程和农民生活水平的日益提高，农村垃圾处理利用问题日益凸显。农村生活垃圾处理关系到农村的生态宜居和乡风文明，如何有效处理农村生活垃圾已日益成为我国乡村振兴的重要内容，引起社会各界的广泛关注。据统计，目前我国农村垃圾年产生量达1.5亿吨，其中仅有一半被处理，同时受处理技术、政策等条件制约，当前我国农村生活垃圾以填埋、焚烧处理为主，不仅造成了资源浪费，而且带来了环境污染，严重影响到人们的身体健康。

农村生活垃圾中含有大量的有机质、氮磷钾等营养物质，在运输过程中极易腐败，产生大量的渗滤液和臭气，污染沿途环境，通过高温好氧发酵，可实现农村生活有机垃圾无害化、减量化，同时生产出有机肥料，不仅减少环境污染，还可以通过有机肥利用实现土壤地力提升和农产品品质的提高，符合农业绿色生产发展方向，是实现农业种养循环的重要举措，也是改善农村村容村貌有效手段，是提高农民素质，提升农村文明程度的关键环节，是建设社会主义新农村的重要举措。

现有的堆肥技术主要有条垛式、槽式以及反应器式三种，其中反应器式是使物料在部分或全部封闭的容器内,控制通风和水分条件,进行高温好氧发酵，使物料进行生物降解和转化，具有操作方便、处理效率高、占地面积小、适应范围广等优点，相对于条垛式、槽式堆肥技术,反应器式堆肥技术具有占地面积小,空间限制少；能够进行很好的过程控制(水、气、温度),从而得到高质量的堆肥产品；堆肥系统不会受气候条件的影响；能够对废气进行统一的收集处理,防止环境的二次污染,同时解决了臭味问题，得到越来越广泛的应用。按物料的流向划分,反应器式堆肥装置可分为:水平流向反应器、竖直流向反应器。竖直流向反应器包括:搅动固定床式、包裹仓式；水平流向反应器包括:旋转仓式、搅动仓式。

当前，上述反应器式堆肥技术还存在如下不利因素:一是投资成本高,包括堆肥设备运行能耗高，需要外加热源维持堆肥启动所需的环境条件，同时为实现高温发酵，在发酵过程中还需持续供热；二是堆肥过程重无害化、高效化，轻腐熟质量，导致堆肥产品质量不高；三是堆肥自动化程度低，进出料还需人工辅助，关键运行参数监控水平低，四是堆肥过程中产生的臭气缺少有效处理，导致工作环境恶劣，一定程度上限制了反应器式堆肥技术在农村生活有机垃圾处理方面的推广应用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种运行成本低、自动化程度高、一次完成堆肥腐熟的有机废弃物密闭式一体化堆肥技术及设备，对解决农村生活垃圾环境污染和实现资源化利用具有重要意义。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种有机废弃物密闭式一体化堆肥技术及设备，其特征在于，该技术包括箱体、一次发酵系统、二次发酵系统、进料系统、原料转运系统、出料系统、除臭系统、智能控制系统。一次发酵系统、二次发酵系统、原料转运系统固定安装在箱体内部，进料系统、除臭系统、智能监控系统固定安装在箱体外部。各组件相互连接关系为：进料系统末端连接一次发酵系统，一次发酵系统末端连接原料转运系统，原料转运系统末端连接二次发酵系统，二次发酵系统末端连接出料系统，除臭系统一端连接一次发酵系统，另一端连接二次发酵系统，控制系统与传动装置、传感器、电源与信号线接口分别电连接。

所述箱体是由底板、前侧板、后侧板、左侧板、右侧板和顶板固定连接而成的封闭结构。所述底板顶部横向设置用于传送所述发酵反应器的所述传动装置；所述前侧板/或后侧板上横向均匀间隔设置与所述发酵反应器数量相同的若干所述电源与信号线接口，所述电源与信号线接口和数据连接线的位置一一对应；所述左侧板和右侧板上分别开设有箱门；所述箱体顶板、前侧板、后侧板设有采光窗口。

作为进一步优化，所述箱体顶板、前侧板、后侧板采光口由透光材料制成，如阳光板、玻璃、塑料膜等。

作为进一步优化，所述箱体顶板、前侧板、后侧板、左侧板、右侧板由具有保温功能的材料制成，如保温板等，保温材料外面还可以覆盖保温被等保温材料。

作为进一步优化，所述箱体内可以设置照明装置，如日光灯、荧光灯等。

作为进一步优化，所述箱体内还可以设置加温装置，如空调、暖风机、取暖器、暖气片等。

作为进一步优化，所述箱体顶板或侧板固定安装有除臭系统。

所述一次发酵系统包括一次发酵框架、一次发酵仓、一次发酵翻抛装置以及一次发酵曝气装置及一次发酵传感器系统；所述一次发酵系统框架侧壁上开设有用于穿设所述数据连接线的通孔，所述一次发酵系统框架底部内侧固定设置所述一次发酵仓；所述一次发酵仓顶部设置有进料口，所述一次发酵仓底部设置有出料口，所述一次发酵仓内设置所述一次发酵翻抛装置以及一次发酵传感器系统，所述一次发酵仓上还开设有进料口、出料口和通风孔、排气口；所述一次发酵仓底部通过一次发酵曝气管路连接所述一次发酵曝气装置，所述一次发酵曝气管路上设置所述一次发酵流量计；所述一次发酵传感器分别通过所述数据连接线和电源与信号线接口连接所述智能控制系统。

作为进一步优化，所述一次发酵系统框架底部外侧可以固定设置行走轮，能过实现一次发酵系统自由挪动。

作为进一步优化，所述一次发酵系统排气口通过管道与排气风机进风管相连。

作为进一步优化，所述一次发酵系统出料口、进料口均由电动阀门控制，能够实现远程操作关闭和打开。

作为进一步优化，所述一次发酵传感器系统包括温度、氧浓度、流量传感器等。

作为进一步优化，所述翻抛装置可以是螺带式搅拌器。

作为进一步优化，所述系统至少包括一个一次发酵系统。

二次发酵系统由二次发酵系统框架、二次发酵仓、二次发酵曝气装置和二次发酵传感器系统组成。所述二次发酵系统框架侧壁上开设有用于穿设所述数据连接线的通孔，所述二次发酵系统框架底部内侧固定设置所述二次发酵仓；所述二次发酵仓顶部或侧面设置有二次发酵进料口，所述二次发酵仓底部设置有二次发酵出料口，所述二次发酵仓内设置二次发酵传感器系统，所述二次发酵仓上还开设有出料口和通风孔、排气口；所述二次发酵仓底部通过曝气管路连接所述二次曝气装置，所述曝气管路上设置所述二次曝气流量计；所述温度传感器、氧气传感器、曝气装置和流量计分别通过所述数据连接线和电源与信号线接口连接所述控制系统。

作为进一步优化，所述二次发酵系统框架底部外侧可以固定设置行走轮，能过实现二次发酵系统自由挪动。

作为进一步优化，所述二次发酵系统进气口通过三通管与排气风机出风管以及外界新鲜空气相连。

作为进一步优化，所述二次发酵系统出料口、进料口均由电动阀门控制，能够实现远程操作关闭、打开。

原料转运系统由输送带、输送带驱动、托辊、密封壳组成，所述输送带包裹在密封壳内，所述输送带驱动与输送带连接，所述托辊位于输送带下方，与输送带滚动连接。

作为进一步优化，所述输送带由耐腐蚀的材料制成，能够承接从一次发酵系统中排出的发酵物料，如橡胶带、不锈钢带等。

作为进一步优化，所述驱动可以是电机、液压泵等，能够带动输送带朝一定方向运动。

作为进一步优化，所述密封壳由耐腐蚀材料制成，如不锈钢等，所述密封壳上面加工有排气孔，所述排气孔与除臭系统通过软管连接，阻止灰层和臭气扩散。

所述进料系统由进料器、分料器组成，进料器末端出口与分料器进口对接。

作为进一步优化，所述上料器可以是一个或多个螺旋输送器，将原料从底部输送至分料器入口。

作为进一步优化，所述上料器入口处设有多个进料分口，分别用于不同原料投放，如菌剂、有机生活垃圾、辅料等。

作为进一步优化，所述分料器可以是一个螺旋输送器，分料器设置多个出料口，每个出料口与每一个一次发酵系统进料口一一对应。

所述除臭系统由进气管、排气管、排气风机、除臭器组成，所述进气管一端连接一次发酵系统排气口、原料转运系统密封壳上排气孔连接，另一端连接排气风机；所述排气管一端连接排气风机，另一端连接二次发酵系统进气口，所述除臭器连接二次发酵系统排气口。

作为进一步优化，所述除臭系统采用过滤式除臭系统或离子式除臭系统。

所述控制系统由控制模块、传感器及操作端组成。所述传感器通过数据连接线与控制模块电连接，所述操作端通过数据连接线与控制模块电连接。

作为进一步优化，所述控制系统内设置有人机交互模块、接口控制模块、运动控制模块、发酵控制模块、除臭控制模块、和数据存储模块；所述人机交互模块用于人工设定进入所述箱体的每一所述发酵反应器中发酵物料的进料周期并发送至所述位置检测模块、接口控制模块和数据存储模块；所述接口控制模块用于根据每一所述发酵反应器中发酵物料的进料周期和接收的开启信号或关闭信号控制所有所述电源与信号线接口的开启或关闭；所述运动控制模块用于根据所述每一发酵反应器中发酵物料的进料周期和接收的开启信号或关闭信号控制所述传动装置的开启或关闭；所述发酵控制模块用于根据所述温度传感器采集的温度变化数据、所述氧气传感器采集的氧气变化数据以及所述流量计采集的气体流量数据通过所述电源与信号线接口和数据连接线控制相应所述曝气装置的开启或关闭；所述除臭控制模块用于控制所述除臭系统和风机的开启或关闭；所述数据存储模块用于存储整个序批式好氧发酵过程中的相关数据。

作为进一步优化，每一所述数据连接线和每一所述电源与信号线接口均采用配合设置的磁性自动对接装置。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1.采用封闭式箱体结构，并配备有除臭系统，可以有效消除箱体内的恶臭物质，同时设有透光窗口，可以便捷的观测箱体内各发酵罐运行状态，同时可以实现保温增温，进而实现低环境温度启动堆肥。

2.将一次发酵和二次发酵系统有机串联在一起，在一个密封空间内同时实现一次发酵和二次腐熟，堆肥操作更加简便、高效。

3.采用独立式发酵罐进行序批式发酵，能够根据农村有机生活垃圾的产生量，控制发酵罐的启动数量，节能降耗，另外通过增添一次发酵系统的数量，可以满足不同规模农村有机生活垃圾处理。

4.本发明由于设置有传动装置、电源与信号线接口和控制系统，传动装置上设置发酵反应器，发酵反应器上固定设置有数据连接线，通过传动装置、数据连接线和电源与信号线接口实现发酵反应器和控制系统的连接和断开，且能够实现自动化的拖动和精确定位，可以有效提高设备的自动化水平和利用率。

5.将一次发酵后产生的废气通入二次发酵物料堆体中，可以实现废气净化和热能回收，提升二次发酵腐熟速度和质量，降低除臭成本。

附图说明

图1是本发明的箱体内部结构示意图；

图2是本发明的箱体外部前侧面结构示意图；

图3是本发明的箱体外部后侧面结构示意图；

图4是本发明的箱体外部左侧面结构示意图；

图5是一次发酵系统结构示意图；

图6是二次发酵系统结构示意图；

图7是控制系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

如图1～7所示，本发明提供的序批式好氧发酵一体化设备包括箱体1、一次发酵系统2、二次腐熟系统3、进料系统4、原料转运系统5、出料系统6、除臭系统7、智能控制系统8。一次发酵系统2、二次腐熟系统3、原料转运系统5固定安装在箱体内部，进料系统4、除臭系统7、智能监控系统8固定安装在箱体外部。各组件相互连接关系为进料系统4末端连接一次发酵系统2，一次发酵系统2末端连接原料转运系统5，原料转运系统5末端连接二次发酵系统3，二次发酵系统3末端连接出料系统5，除臭系统7一端连接一次发酵系统2，另一端连接二次发酵系统3，控制系统8与搅拌装置、曝气装置、传感器、电源与信号线接口分别电连接。其中：

箱体1是由底板11、前侧板12、后侧板13、左侧板14、右侧板15和顶板16固定连接而成的封闭结构。

一次发酵系统2包括一次发酵框架21、一次发酵仓22、一次发酵翻抛装置23以及一次发酵温度传感器、氧气传感器、曝气装置和流量计；所述一次发酵系统框架21侧壁上开设有用于穿设所述数据连接线的通孔，所述一次发酵系统框架21底部内侧固定设置所述一次发酵仓22；所述一次发酵仓22顶部设置有进料口，所述一次发酵仓22底部设置有出料口，所述一次发酵仓22内设置所述一次发酵翻抛装置23以及温度传感器和氧气传感器，所述一次发酵仓22上还开设有进料口、出料口和通风孔、排气口；所述一次发酵仓22底部通过一次发酵曝气管路连接所述一次发酵曝气装置，所述一次发酵曝气管路上设置所述一次发酵流量计；所述一次发酵温度传感器、氧气传感器、曝气装置和流量计分别通过所述数据连接线和电源与信号线接口连接所述智能控制系统8。

所述二次发酵系统3由二次发酵系统框架31、二次发酵仓32、二次发酵曝气装置33和二次发酵曝气流量34计组成。所述二次发酵系统框架31侧壁上开设有用于穿设所述数据连接线的通孔，所述二次发酵系统框架31底部内侧固定设置所述二次发酵仓32；所述二次发酵仓32顶部设置有二次发酵进料口，所述二次发酵仓32底部设置有二次发酵出料口，所述二次发酵仓内32设置二次发酵温度传感器和氧气传感器，所述二次发酵仓32上还开设有出料口和通风孔、排气口；所述二次发酵仓32底部通过曝气管路连接所述二次曝气装置34，所述曝气管路上设置所述二次曝气流量计34；所述二次发酵传感器、曝气装置和流量计分别通过所述数据连接线和电源与信号线接口连接所述控制系统。

所述进料系统4由进料上料器41、分料器42组成，上料器41末端出料口与分料器42进料口对接。

所述原料转运系统5由输送带51、输送带驱动52、托辊53、密封壳54组成，所述输送带包裹在密封壳54内，所述输送带驱动与输送带51连接，所述托辊53位于输送带51下方，与输送带51滚动连接。

所述除臭系统7由进气管71、排气管72、排气风机73、除臭器74组成，所述进气管71一端连接一次发酵系统2排气口、原料转运系统5密封壳上排气孔连接，另一端连接排气风机；所述排气管72一端连接排气风机73，另一端连接二次发酵系统进气口，所述除臭器连接二次发酵系统排气口。

所述控制系统8内设置有人机交互模块、运动控制模块、发酵控制模块、除臭控制模块、和数据存储模块。所述人机交互模块用于人工设定进入箱体1的每一发酵反应器3中发酵物料的进料周期并发送至位置检测模块、接口控制模块和数据存储模块。所述接口控制模块用于根据每一发酵反应器3中发酵物料的进料周期和接收的开启信号或关闭信号控制所有电源与信号线接口4的开启或关闭。所述运动控制模块用于根据每一发酵反应器3中发酵物料的进料周期和接收的开启信号或关闭信号控制传动装置2的开启或关闭。所述发酵控制模块用于根据温度传感器35采集的温度变化数据、氧气传感器36采集的氧气变化数据以及流量计38采集的气体流量数据通过电源与信号线接口4和数据连接线控制相应曝气装置37的开启或关闭，进而实现对发酵仓33的充分合理供氧。

在一个优选的实施例中，箱体1内能够容纳至少1个一次发酵系统2和1个二次发酵系统3。

下面通过具体实施例详细说明本发明序批式好氧发酵一体化设备的使用过程：

1)上料，当一次发酵系统2需要进料时，控制系统8通过接口控制模块控制，启动进料系统，物料通过进料系统进入指定的一次发酵系统2，当物料装填到一次发酵系统2设定容积时，控制系统8控制该一次发酵系统进料阀门关闭，并打开下一个一次发酵系统，直至所有需要装料的一次发酵系统都装满。

2)一次发酵，根据一次发酵系统设定的发酵周期，控制系统8启动一次发酵系统曝气装置和搅拌装置，开启一次发酵，同时通过氧传感器、温度传感器、流量传感器器记录一次发酵系统内发酵物料氧浓度、温度以及曝气流量，根据检测到的参数实时调整曝气装置、搅拌装置开启时刻和时间。

3)原料转运，一次发酵结束后，控制系统8打开一次发酵系统出料口，启动搅拌装置，将物料从一次发酵仓内部推送至原料转运皮带上，原料转运皮带将一次发酵后的物料运送至二次发酵系统的发酵仓内。

4)二次发酵，控制系统8启动二次发酵系统曝气装置，开始二次腐熟发酵，同时通过氧传感器、温度传感器、流量传感器器记录二次发酵系统内发酵物料氧浓度、温度以及曝气流量，根据检测到的参数实时调整曝气装置开启时刻和时间。

5)出料，二次发酵结束后，控制系统8打开二次发酵出料阀门和出料器，开始出料，至此完成一个发酵周期。

6)重复进行步骤1)～5)完成连续进料和出料。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (1)

1.一种有机废弃物密闭式一体化堆肥设备，所述设备包括箱体、一次发酵系统、二次发酵系统、进料系统、原料转运系统、出料系统、除臭系统、智能控制系统；所述一次发酵系统、二次发酵系统、原料转运系统固定安装在所述箱体内部，所述进料系统、除臭系统、智能控制系统固定安装在所述箱体外部；所述进料系统末端连接所述一次发酵系统，所述一次发酵系统末端连接所述原料转运系统，所述原料转运系统末端连接所述二次发酵系统，所述二次发酵系统末端连接所述出料系统，所述除臭系统一端连接所述一次发酵系统，另一端连接所述二次发酵系统，所述智能控制系统与传动装置、传感器、电源与信号线接口分别电连接；其特征在于，所述箱体是由底板、前侧板、后侧板、左侧板、右侧板和顶板固定连接而成的封闭结构；所述底板顶部横向设置用于传送发酵反应器的所述传动装置；所述前侧板或后侧板上横向均匀间隔设置与所述发酵反应器数量相同的若干所述电源与信号线接口，所述电源与信号线接口和数据连接线的位置一一对应；所述左侧板和右侧板上分别开设有箱门；所述箱体顶板、前侧板、后侧板设有采光窗口；所述箱体顶板、前侧板、后侧板采光口由透光材料制成；所述箱体顶板、前侧板、后侧板、左侧板、右侧板由具有保温功能的材料制成，保温材料外面覆盖保温被；所述箱体内设置照明装置；所述箱体内设置加温装置；所述箱体顶板或侧板固定安装有除臭系统；所述一次发酵系统包括一次发酵系统框架、一次发酵仓、一次发酵翻抛装置、一次发酵曝气装置及一次发酵传感器系统；所述一次发酵系统框架侧壁上开设有用于穿设数据连接线的通孔，所述一次发酵系统框架底部内侧固定设置所述一次发酵仓；所述一次发酵仓顶部设置有进料口，所述一次发酵仓底部设置有出料口，所述一次发酵仓内设置所述一次发酵翻抛装置以及一次发酵传感器系统，所述一次发酵仓上还开设有进料口、出料口、通风孔、排气口；所述一次发酵仓底部通过一次发酵曝气管路连接所述一次发酵曝气装置，所述一次发酵曝气管路上设置一次发酵流量计；所述一次发酵传感器分别通过所述数据连接线和电源与信号线接口连接所述智能控制系统；所述一次发酵系统框架底部外侧固定设置行走轮；所述一次发酵系统排气口通过管道与排气风机进风管相连；所述一次发酵系统出料口、进料口均由电动阀门控制；所述一次发酵传感器系统包括温度、氧浓度、流量传感器；所述翻抛装置是螺带式搅拌器；二次发酵系统由二次发酵系统框架、二次发酵仓、二次发酵曝气装置和二次发酵传感器系统组成；所述二次发酵系统框架侧壁上开设有用于穿设数据连接线的通孔，所述二次发酵系统框架底部内侧固定设置所述二次发酵仓；所述二次发酵仓顶部或侧面设置有二次发酵进料口，所述二次发酵仓底部设置有二次发酵出料口，所述二次发酵仓内设置二次发酵传感器系统，所述二次发酵仓上还开设有出料口、通风孔、排气口；所述二次发酵仓底部通过曝气管路连接所述二次曝气装置，所述曝气管路上设置所述二次曝气流量计；所述温度传感器、氧气传感器、曝气装置和流量计分别通过所述数据连接线和电源与信号线接口连接所述智能控制系统；所述二次发酵系统框架底部外侧固定设置行走轮，所述二次发酵系统进气口通过三通管与排气风机出风管以及外界新鲜空气相连；所述二次发酵系统出料口、进料口均由电动阀门控制，能够实现远程操作关闭、打开；所述原料转运系统由输送带、输送带驱动器、托辊、密封壳组成，所述输送带包裹在密封壳内，所述输送带驱动与输送带连接，所述托辊位于输送带下方，与输送带滚动连接；所述输送带由耐腐蚀的材料制成，能够承接从一次发酵系统中排出的发酵物料，所述输送带驱动器是电机或液压泵；所述密封壳由耐腐蚀材料制成，所述密封壳上面加工有排气孔，所述排气孔与除臭系统通过软管连接；所述进料系统由进料器、分料器组成，进料器末端出口与分料器进口对接；所述进料器是一个或多个螺旋输送器，将原料从底部输送至分料器入口；所述进料器入口处设有多个进料分口，分别用于不同原料投放；所述分料器是一个螺旋输送器，分料器设置多个出料口，每个出料口与每一个一次发酵系统进料口一一对应；所述除臭系统由进气管、排气管、排气风机、除臭器组成，所述进气管一端与一次发酵系统排气口和原料转运系统密封壳上排气孔连接，另一端连接排气风机；所述排气管一端连接排气风机，另一端连接二次发酵系统进气口，所述除臭器连接二次发酵系统排气口；所述除臭系统采用过滤式除臭系统或离子式除臭系统；所述智能控制系统由控制模块、传感器及操作端组成；所述传感器通过数据连接线与控制模块电连接，所述操作端通过数据连接线与控制模块电连接；所述智能控制系统内设置有人机交互模块、接口控制模块、运动控制模块、发酵控制模块、除臭控制模块和数据存储模块；所述人机交互模块用于人工设定进入所述箱体的每一所述发酵反应器中发酵物料的进料周期并发送至位置检测模块、接口控制模块和数据存储模块；所述接口控制模块用于根据每一所述发酵反应器中发酵物料的进料周期和接收的开启信号或关闭信号控制所有所述电源与信号线接口的开启或关闭；所述运动控制模块用于根据所述每一发酵反应器中发酵物料的进料周期和接收的开启信号或关闭信号控制所述传动装置的开启或关闭；所述发酵控制模块用于根据所述温度传感器采集的温度变化数据、所述氧气传感器采集的氧气变化数据以及所述流量计采集的气体流量数据通过所述电源与信号线接口和数据连接线控制相应所述曝气装置的开启或关闭；所述除臭控制模块用于控制所述除臭系统和风机的开启或关闭；所述数据存储模块用于存储整个序批式好氧发酵过程中的相关数据。