CN108440045A - 一种好氧堆肥系统及其堆肥方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种好氧堆肥系统及其堆肥方法。所述好氧堆肥系统包括可水平转动的转盘，周向设置在转盘上的多个生物反应器，以及设置在转盘一侧的进料装置、出料装置和冷却排气塔；各生物反应器之间通过循环风管串接相连而形成闭环；所述进料装置用于将待堆肥的物料送入对应的生物反应器中，所述出料装置用于已堆肥完毕的物料从对应的生物反应器中取出，所述冷却排气塔用于对各生物反应器中产生的气体排出并降温；每个生物反应器均具有与所述进料装置、出料装置和冷却排气塔可拆卸对接连通的接口。本发明可以更好的控制生物反应，达到低能耗、低污染且高效率的反应条件。
Description
技术领域
本发明涉及一种好氧堆肥系统及其堆肥方法，属于能广泛应用于生物有机质好氧发酵工程技术领域。
背景技术
搅拌式容器生物有机质好氧发酵反应器具有分解速度快、无须辅助热源等优点，结构上具有简单可靠、搅拌充分、可持续运行并添加物料等优势，可广泛应用于各类生物有机质好氧发酵反应工程。
尽管搅拌式生物反应器在实际中有所应用，但规模远没有达到应有的水平。其原因是在此类反应设备的设计过程中对生物有机质发酵原理的理解、物料反应各个要素的平衡和控制没有达到最优化、造成反应不完全、特别是影响环境的排放气体有气味，没有得到控制和消除。
中国专利公开号CN103145467A、CN203128440U公开了一种有机固体废物好氧堆肥器，其包括进料混合器、输送机、发酵塔、刮板驱动装置、鼓风机、加热装置、抽风机、废气处理装置、中心出料托盘、周边出料托盘、转盘式造粒机、造粒机驱动装置、返料输送机、造粒剂添加装置及螺旋输送机，其特征在于：所述发酵塔的上方设置有圆锥台型的封盖；所述转盘式造粒机设置在发酵塔的下方；所述进料混合器通过输送机与封盖侧面的进料口连接；所述中心出料托盘上方设置向内刮板，周边出料托盘上方设置向外刮板；所述发酵塔内自上而下依次设置有两组以上的中心出料托盘和周边出料托盘。
发明内容
为了更好的控制生物反应，达到低能耗、低污染且高效率的反应条件，本发明旨在提供一种好氧堆肥系统及其堆肥方法，该堆肥系统及方法从堆肥工程设计理论上积极开展此类研究，并工程技术集成的结果将有助于产生重要的工程价值和良好的社会效益。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种好氧堆肥系统，其结构特点是，包括可水平转动的转盘，周向设置在转盘上的多个生物反应器，以及设置在转盘一侧的进料装置、出料装置和冷却排气塔；各生物反应器之间通过循环风管串接相连而形成闭环；所述进料装置用于将待堆肥的物料送入对应的生物反应器中，所述出料装置用于已堆肥完毕的物料从对应的生物反应器中取出，所述冷却排气塔用于对各生物反应器中产生的气体排出并降温；每个生物反应器均具有与所述进料装置、出料装置和冷却排气塔可拆卸对接连通的接口。
转盘使得物料的添加和产物的导出具有持续性，效率更高。同时，各反应器通过循环风管串接相连而形成闭环，便于后阶段反应（物料经好氧发酵基本完成）产生的气体进入前阶段反应器内，从而形成好氧发酵的逆反应，从而实现熟化后的堆肥料能很好的吸附臭味，吸附率大于98%，即后阶段的反应气能够吸附吸收前期反应的臭味，从而消除气体异味。
为了方便装卸料，所述转盘为间歇式转动，转动一圈的时间为3天-5天。
基于同一个发明构思，本发明还提供了一种好氧堆肥系统，其包括固定盘，周向固定设置在固定盘上的多个生物反应器，以及设置在固定盘一侧可绕所述固定盘周向转动的进料装置、出料装置和冷却排气塔；各生物反应器之间通过循环风管串接相连而形成闭环；所述进料装置用于将待堆肥的物料送入对应的生物反应器中，所述出料装置用于已堆肥完毕的物料从对应的生物反应器中取出，所述冷却排气塔用于对各生物反应器中产生的气体排出并降温；每个生物反应器均具有与所述进料装置、出料装置和冷却排气塔可拆卸对接连通的接口。
优选地，根据堆肥反应周期，所述生物反应器有三至五个。
为了提高反应效果，所述生物反应器为搅拌式生物反应器。
优选地，所述搅拌式生物反应器为立式反应器或水平卧式反应器。
优选地，所述生物反应器包括与容器连通的进料口、出料口、循环风管、补气风管和出风管；所述容器内设有搅拌装置。
优选地，所述生物反应器内装有温度传感器。
基于同一个发明构思，本发明还提供了一种所述的好氧堆肥系统进行堆肥的方法，其包括如下步骤：
S1将待堆肥的物料与碎干料进行混合后形成混合料，其中混合料的含水量为55%-65%、且C/N比为25-35，混合料经过进料装置导入所述的好氧堆肥系统的某一生物反应器内；
S2、将混合料在生物反应器进行主发酵和后发酵，其中主发酵阶段为好氧厌氧同时发生阶段，后发酵阶段为好氧堆肥分解阶段，混合料在生物反应器反应时，生物反应器随着转盘周向间歇转动，转盘的转动周期与混合料生物反应所需时间一致；
S3、将从所述的好氧堆肥系统的某一生物反应器内堆肥完成的物料通过出料装置取出。
本发明的碎干料可以为秸秆、碎木屑、杂树枝、或谷壳等，碎干料中各具体掺和的比例和成分不限，只要满足与待堆肥的物料混合后的混合料的含水量为60%-65%、且C/N比（碳氮比）为25-35可以实现自发热反应，从而无需辅助热源。
优选地，转盘转动时间为3-5天/圈。经过转盘后取出的物料的熟化时间一般为7-10天。
本发明将物料（如餐厨垃圾、畜禽粪便等）、碎干料（如稻壳、秸秆、锯末等）和生物菌种（如芽孢菌）混合，自进料口进入转盘上的生物反应器。通过温度控制器检测反应器内的温度调节优化反应器的空气成分、风压、湿度和温度，使反应效率最大化。同时转盘转动，使得下一个反应器转至进料口的位置时可以把新的物料加入反应器内。待转盘完成一个周期之后，转至原位的反应器内的反应完成即可将产物导出。机器的运行过程中可实施持续加入原料、输出产物，无需辅助热源、操作简单实用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
常规的堆肥时间一般为1-2个月，本发明的堆肥时间只需要10-15天即可达到同等效果。
由于本发明的各反应器连通，从而形成逆反应效应，从而使得堆肥系统不需要安装除臭装置。
本发明设计具有广泛的实用价值。可快速充分地进行各类生物有机质好氧发酵反应，低污染、低排放处理废料的功能可以运用在诸如有机肥料生产、养殖场废料处理、城市和餐厨垃圾处理等各个领域。
附图说明
图1是本发明一个实施例的堆肥流程图；
图2是本发明一种实施例的生物反应器结构示意图；
图3是本发明一种实施例的整体布置图；
图4是本发明的反应原理流程图。
在图中
1.进料口；2.出料口；3.搅拌装置；4.循环风管；5.补气风管；6.出风管。
具体实施方式
以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
实施例1
一种好氧堆肥系统，如图3所示，包括可水平转动的转盘7，周向设置在转盘上的3-5个生物反应器A,B,C,D,E，以及设置在转盘7一侧的进料装置、出料装置和冷却排气塔；各生物反应器A,B,C,D,E之间通过循环风管串接相连而形成闭环；所述进料装置用于将待堆肥的物料送入对应的生物反应器A,B,C,D,E中，所述出料装置用于已堆肥完毕的物料从对应的生物反应器A,B,C,D,E中取出，所述冷却排气塔用于对各生物反应器A,B,C,D,E中产生的气体排出并降温；每个生物反应器均具有与所述进料装置、出料装置和冷却排气塔可拆卸对接连通的接口。
本发明提供了一种可广泛应用的生物好氧发酵反应工程设计方法，其工作原理如下：
由于堆肥会有气体、气味放出，采用以上的工程过程，能消除这些影响。
主发酵：好氧厌氧同时发生、有异味；
后发酵：主要是好氧堆肥分解过程；
后处理：此时物料经好氧发酵基本完成，厌氧发酵的气体过来，会产生好氧发酵的逆反应（生物除臭有很多文章和实验，只是选择了不同的生物吸附剂，实验表明，熟化后的堆肥料能很好的吸附臭味，吸附率大于98%，说明这种物料能够吸附吸收前期反应的臭味），从而消除气体异味。
堆肥工程设计采用微循环体系，在后处理发生了堆肥的逆向反应。
本发明采用若干动态搅拌式生物反应器集成组合，如图1所示，其反应器可以是立式或卧式。反应器设有物料进出口、风机、搅拌装置、循环风管和温度探测器。设备运行时，转盘转动的周期与每一个生物反应器内进行的反应的所需时间相等。通过对生物反应器内的空气含量、风压以及碎干料和所需的生物菌进行适当调整，可使反应最优化，生成所需的有机肥料且不产生污染物。反应过程中无需使用辅助热源。
生物反应器设有进料口、出料口、搅拌装置和通风机及管道。进行反应时，反应器的搅拌装置转动，以充分混合物料达到好氧反应的目的。
如图2所示，生物反应器（立式或卧式）设有进料口、出料口和搅拌装置，还有循环风管、风机、进补气风管和出风管。
通过控制以上这些设备，可以优化反应器中的空气成分、温度和湿度以达到最佳反应条件。此外，反应器的温度也可以通过调整气体的循环和排放来控制，而不需要使用辅助热源来使生物反应达到最佳温度55℃~68℃。最末尾的反应器的气体连接使用冷却塔收集，并且有反应充分、不对环境产生危害的气体排放。
其布置形式是在一个大型转盘上放置三至五个（按发酵周期天数确定）搅拌式生物反应器。反应器沿着转盘边缘以一定的距离隔开放置，使得各个容器之间的距离最大化。搅拌式生物反应容器可以立式直立放置，也可以水平卧式放置。
图3中的Z，这里安放有进料装置、出料装置和冷却排气塔。
运行过程中，指定转盘的某一位置进行进料和出料操作，如图3的A处。配好辅助成分和数量的物料从进料口进入在A处的反应器后，通过控制反应器的通风量、以及反应器搅拌速度，使得物料进行充分的反应。
反应过程中，转盘每天转动移到一个位置，转至A位置的反应器，反应的产物可以先出料、然后添加新的反应物料，以此类推；由E位置的出风口排出的气体直接连接外面的冷凝塔排气进行降温，物料的含水率可以从60%降至40%，一般含水率35%则可直接做成有机肥。反应器外面固定位置有套管及连接管道。大型转盘的转动速度可以进行调节，使得转动周期为所进行的生物反应的充分反应时间，时间一般大于3天。同理，当其他位置的反应器转回A位置时，充分反应后的产物可以被导出，并加入新的反应物。
运行时A的出气管连接B的循环风管、B的出气管连C的循环风管、C的出气管连D的循环风管、D的出气管连E的循环风管、E的出口连接外面Z处的排气塔。
转盘具有可以持续添加反应物料的优势。此外，转盘上每一个搅拌式生物反应器的风压、气体循环参数和碎干料可以依添加物料的性质分别进行设定，这使得整套设备的操作更加灵活，实际运用中可同时进行的反应类型更多。
本发明设计具有广泛的实用价值。可快速充分地进行各类生物有机质好氧发酵反应，低污染、低排放处理废料的功能可以运用在诸如有机肥料生产、养殖场废料处理、城市和餐厨垃圾处理等各个领域。
下面以餐厨废弃物为例阐述本发明：
进料口：将餐厨废弃物、生物菌（芽孢菌）以及碎干料（稻壳或秸秆）通过大型转盘上的进料口导入生物反应器。其中餐厨废弃物和碎干料混合后的含水率60%，C/N比为25-35，然后通过调节反应器的空气成分、风压、温度和湿度使生物反应效率最大化。
生物反应器运转时，大型转盘同时转动。待下一个反应器转至转盘的进料口位置时，可将新的原材料添加进反应器内。如果反应器内已有反应完成的产物，则可先将产物导出，再加入新原料。大型转盘的转动周期被设计成与生物反应所需时间一致，以保证当添加完原料的反应器转会至进／出料口时，反应完成。
导出的产物可用作有机肥料。转盘使得物料的添加和产物的导出具有持续性，效率更高。
本发明的整个堆肥反应过程无臭无味，排放气体无臭味。
堆肥就会有气体、气味放出，采用合适的工程过程，能消除这些影响。
主发酵：好氧厌氧同时发生、有异味。
后发酵：主要是好氧堆肥分解过程。
后处理：此时物料经好氧发酵基本完成，厌氧发酵的气体过来，会产生好氧发酵的逆反应，从而消除气体异味。
新堆肥工程设计采用微循环体系，在后处理发生了堆肥的逆向反应。
实施例2
与实施例1不同的是，设计中也可以由Z装置围绕几个反应器依次移动，具有同样效果。即所述好氧堆肥系统包括固定盘，周向固定设置在固定盘上的多个生物反应器A,B,C,D,E，以及设置在固定盘一侧可绕所述固定盘周向转动的进料装置、出料装置和冷却排气塔；各生物反应器A,B,C,D,E之间通过循环风管串接相连而形成闭环；所述进料装置用于将待堆肥的物料送入对应的生物反应器A,B,C,D,E中，所述出料装置用于已堆肥完毕的物料从对应的生物反应器A,B,C,D,E中取出，所述冷却排气塔用于对各生物反应器A,B,C,D,E中产生的气体排出并降温；每个生物反应器均具有与所述进料装置、出料装置和冷却排气塔可拆卸对接连通的接口。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。
Claims (10)
1.一种好氧堆肥系统，其特征在于，包括可水平转动的转盘（7），周向设置在转盘上的多个生物反应器（A,B,C,D,E），以及设置在转盘（7）一侧的进料装置、出料装置和冷却排气塔；各生物反应器（A,B,C,D,E）之间通过循环风管串接相连而形成闭环；所述进料装置用于将待堆肥的物料送入对应的生物反应器（A,B,C,D,E）中，所述出料装置用于已堆肥完毕的物料从对应的生物反应器（A,B,C,D,E）中取出，所述冷却排气塔用于对各生物反应器（A,B,C,D,E）中产生的气体排出并降温；每个生物反应器均具有与所述进料装置、出料装置和冷却排气塔可拆卸对接连通的接口。
2.根据权利要求2所述的好氧堆肥系统，其特征在于，所述转盘（7）为间歇式转动，转动一圈的时间为3天-5天。
3.一种好氧堆肥系统，其特征在于，包括固定盘，周向固定设置在固定盘上的多个生物反应器（A,B,C,D,E），以及设置在固定盘一侧可绕所述固定盘周向转动的进料装置、出料装置和冷却排气塔；各生物反应器（A,B,C,D,E）之间通过循环风管串接相连而形成闭环；所述进料装置用于将待堆肥的物料送入对应的生物反应器（A,B,C,D,E）中，所述出料装置用于已堆肥完毕的物料从对应的生物反应器（A,B,C,D,E）中取出，所述冷却排气塔用于对各生物反应器（A,B,C,D,E）中产生的气体排出并降温；每个生物反应器均具有与所述进料装置、出料装置和冷却排气塔可拆卸对接连通的接口。
4.根据权利要求1或3所述的好氧堆肥系统，其特征在于，所述生物反应器（A,B,C,D,E）有三至五个。
5.根据权利要求1或3所述的好氧堆肥系统，其特征在于，所述生物反应器（A,B,C,D,E）为搅拌式生物反应器。
6.根据权利要求1或3所述的好氧堆肥系统，其特征在于，所述搅拌式生物反应器为立式反应器或水平卧式反应器。
7.根据权利要求1或3所述的好氧堆肥系统，其特征在于，所述生物反应器（A,B,C,D,E）包括与容器连通的进料口（1）、出料口（2）、循环风管（4）、补气风管（5）和出风管（6）；所述容器内设有搅拌装置（3）。
8.根据权利要求1或3所述的好氧堆肥系统，其特征在于，所述生物反应器（A,B,C,D,E）内装有温度传感器。
9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的好氧堆肥系统进行堆肥的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1将待堆肥的物料与碎干料进行混合后形成混合料，其中混合料的含水量为55%-65%、且C/N比为25-35，混合料经过进料装置导入权利要求1-8中任一项所述的好氧堆肥系统的某一生物反应器内；
S2、将混合料在生物反应器进行主发酵和后发酵，其中主发酵阶段为好氧厌氧同时发生阶段，后发酵阶段为好氧堆肥分解阶段，混合料在生物反应器反应时，生物反应器随着转盘周向间歇转动，转盘的转动周期与待堆肥的物料生物反应所需时间一致；
S3、将从权利要求1-8中任一项所述的好氧堆肥系统的某一生物反应器内堆肥完成的混合料通过出料装置取出。
10.根据权利要求9所述进行堆肥的方法，其特征在于，转盘转动时间为3-5天/圈。
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