CN109337810A - 一种自动控制的固体好氧发酵系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及堆肥发酵技术领域，公开了一种自动控制的固体好氧发酵方法，将预处理后的发酵原料采用进料装置加入发酵罐中，控制所述发酵罐的中部温度为50‑65℃；空气经增氧后通入空气换热器与加热发酵罐后的回水进行换热，然后通入发酵罐进行反应；控制发酵罐的中部温度比进入发酵罐的空气温度高15‑20℃；所述发酵罐上部温度比底部温度高5‑10℃。本发明通过进料和出料控制发酵罐的釜温和顶温的温度差，控制阀控制发酵罐的中温，通过增氧装置控制发酵罐内的氧含量，实现了好氧发酵过程连续运行、全自动控制，减小了人为、环境因素对发酵工艺的影响；该系统操作方便，可连续生产有机肥，产量大，实现了发酵过程的无人值守，降低了生产成本，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及堆肥发酵设备技术领域，尤其是一种自动控制的固体好氧发酵系统。
背景技术
随着社会的不断进步，城市固体废弃物中的有机物含量不断增加，且垃圾量呈逐年递增趋势，如何有效地处理这些生活垃圾，是一个亟待解决的问题。目前常用的方式是填埋处理，不仅耗费大量人力物力，还存在占地等问题。而堆肥发酵是一种很好的解决办法，利用微生物发酵对城市有机固废进行降解，同时将堆肥产物作为肥料，一方面可以解决环境问题，另一方面又可产生经济效益。
固体好氧堆肥是在通气条件好，氧气充足的条件下，好氧菌对废物进行吸收、氧化以及分解的过程。好氧微生物通过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，同时释放出可供微生物生长活动所需的能量，而另一部分有机物则被合成新的细胞质，使微生物不断生长繁殖，产生出更多生物体。固体好氧堆肥工艺流程主要包括：预处理～发酵～后处理～贮存，其中原料的预处理包括分选、破碎以及含水率及碳氮比的调整。原料的发酵阶段：我国大都采用一次发酵方式，周期长达30天，一次发酵是好氧堆肥的中温与高温两个阶段的微生物代谢过程，具体从发酵开始，经中温、高温然后到达温度开始下降的整个过程。后处理阶段：是对发酵熟化的堆肥进行处理，进一步去除堆肥中前处理过程中没有去除的杂质和进行必要的破碎过程、经处理后得到的精制堆肥含水在30％左右，碳氮比为15—20。
但是，现有的固体堆肥发酵为垃圾自然堆肥过程，受堆肥环境影响，堆肥效率低下；同时，控制工艺上基本采用人工或半自动方式，都是简单的单回路控制手段进行发酵工艺控制，造成发酵工艺参数不稳定、操作过程不连续、人为影响因素大等弊端。总之，目前的堆肥技术制约了城市有机固废的利用。
发明内容
本发明为了解决现有固体堆肥发酵工艺采用人工或半自动方式，造成发酵工艺参数不稳定、堆肥效率低下的问题，而提供了一种自动控制的固体好氧发酵系统及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自动控制的固体好氧发酵方法，将预处理后的固体好氧发酵原料采用进料装置加入发酵罐中，通蒸汽或热水对发酵罐进行加热，控制所述发酵罐的中部温度为50-65℃；空气经增氧后通入空气换热器与加热发酵罐后的回水进行换热，然后通入发酵罐进行反应，反应产生的有机肥通过出料装置送往下一工序；控制发酵罐的中部温度比进入发酵罐的空气温度高15-20℃；所述发酵罐上部温度比底部温度高5-10℃。
进一步的，当发酵罐的上部温度-发酵罐的底部温度＝5～10℃时，Q进＝Q出＝0.5V/70；
当发酵罐的上部温度-发酵罐的底部温度＞10℃时，Q进＝Q出＝(0.3～0.5)V/70；
当发酵罐的上部温度-发酵罐的底部温度＜5℃时，Q进＝Q出＝(0.5～0.8)V/70；
其中Q进为进料速率，Q出为出料速率，V为发酵罐体积容量，Q进和Q出的单位为m/s，V的单位为m3。
进一步的，采用增氧装置控制所述发酵罐中的氧含量为10～15％，当发酵罐的体积容量≥200m3时，s＝(0.4～0.6)kV/25；
当发酵罐的体积容量＜200m3时，s＝(0.4～0.6)kV/20，其中k为发酵罐中氧的体积百分比含量，s为发酵罐的搅拌速率，V为发酵罐体积容量，s的单位为m/s，V的单位为m3。
进一步的，当发酵罐的中部温度＞65℃，且发酵罐的中部温度-进入发酵罐的空气温度时＜15℃时，减小加热发酵罐的蒸汽或热水的流量；
当发酵罐的中部温度＜50℃，且发酵罐的中部温度-进入发酵罐的空气温度时＞20℃时，加大加热发酵罐的蒸汽或热水的流量。
一种自动控制的固体好氧发酵系统，包括进料装置、发酵罐、增氧装置、空气换热器以及出料装置，所述发酵罐上设有进料口和出料口，所述进料装置与发酵罐进料口连接，所述出料装置与发酵罐出料口连接；所述增氧装置与空气换热器空气进口连接，所述空气换热器空气出口与发酵罐连接；
所述发酵罐内设有用于发酵罐加热的加热装置，所述加热装置进口管道上设有控制阀，所述加热装置出口与空气换热器热介质进口连接；
所述发酵罐上设有用于监测发酵罐上部温度的第一温度计、用于监测发酵罐中部温度的第二温度计、用于监测发酵罐底部温度的第三温度计；所述发酵罐上设有搅拌电机，在搅拌电机上设有电流表和搅拌杆；所述发酵罐上设有用于检测发酵罐中氧含量的测氧装置；
所述进料装置上设有进料电机和用于检测进料电机电流的第二电流表，所述出料装置上设有出料电机和用于检测出料电机电流的第三电流表；所述空气换热器空气出口与发酵罐之间设有用于检测增氧装置出口流量的空气流量计和检测换热后空气温度的空气温度计。
进一步的，所述第一温度计和第三温度计与进料电机和出料电机联锁控制；所述测氧装置与空气流量计和搅拌电机联锁控制。
进一步的，所述第二温度计和空气温度计与控制阀联锁控制。
进一步的，所述进料装置为螺旋式进料装置，所述出料装置为螺旋式出料装置。
进一步的，所述增氧装置包括至少一个增氧风机，所述测氧装置为测氧仪。
进一步的，还包括DCS控制系统，所述的第一温度计、第二温度计、第三温度计和空气温度计为由DCS监控的远程温度计；所述空气流量计为由DCS监控的远程流量计；所属控制阀、进料电机、出料电机、搅拌电机由DCS控制。
本发明的有益效果是：本发明的一种自动控制的固体好氧发酵方法，进料装置和出料装置控制发酵罐的釜温和顶温的温度差，控制阀控制发酵罐的中温，通过增氧装置控制发酵罐内的氧含量，实现了好氧发酵过程连续运行、全自动控制，减小了人为、环境因素对发酵工艺的影响，生产得到的有机肥质量稳定，木质素含量在30％以上；该系统操作方便，可连续生产有机肥，产量大，实现了发酵过程的无人值守，降低了生产成本，提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明一种自动控制的固体好氧发酵系统的结构示意图；
图中标记为：1-进料装置、11-进料电机、12-第二电流表、2-发酵罐、21-进料口、22-出料口、23-热介质进口管道、24-热介质出口管道、26-搅拌电机、27-电流表、28-搅拌杆、29-控制阀、3-增压装置、4-空气换热器、41-空气流量计、42-空气温度计、5-出料装置、51-出料电机、52-第三电流表、6-第一温度计、7-第二温度计、8-测氧装置、9-第三温度计。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明的一种自动控制的固体好氧发酵系统，包括螺旋式进料装置1、发酵罐2、两个并联的增氧风机3、空气换热器4、DCS控制系统以及螺旋式出料装置5，所述发酵罐2上设有进料口21和出料口22，所述螺旋式进料装置1与发酵罐2进料口21连接，所述螺旋式出料装置5与发酵罐2出料口22连接；所述增氧风机3与空气换热器4空气进口连接，所述空气换热器4空气出口与发酵罐2连接；
所述发酵罐2内设有用于发酵罐2加热的加热装置，所述加热装置进口管道上设有控制阀29，所述加热装置出口与空气换热器4热介质进口连接；所述发酵罐2上设有用于监测发酵罐2上部温度的第一温度计6、用于监测发酵罐2中部温度的第二温度计7、用于监测发酵罐2底部温度的第三温度计9；所述发酵罐2上设有搅拌电机26，在搅拌电机26上设有电流表27和搅拌杆28；所述发酵罐2上设有用于检测发酵罐中氧含量的测氧仪8；
所述螺旋式进料装置1上设有进料电机11和用于检测进料电机电流的第二电流表12，所述螺旋式出料装置5上设有出料电机51和用于检测出料电机电流的第三电流表52；所述第一温度计6和第三温度计9与进料电机11和出料电机51联锁控制。所述空气换热器4空气出口与发酵罐之2间设有用于检测增氧风机出口流量的空气流量计41和检测换热后空气温度的空气温度计42；所述测氧仪8与空气流量计41和搅拌电机26联锁控制；所述第二温度计7和空气温度计42与控制阀29联锁控制。
所述的第一温度计6、第二温度计7、第三温度计9和空气温度计52为由DCS监控的远程温度计；所述空气流量计41为由DCS监控的远程流量计；所属控制阀29、进料电机11、出料电机51、搅拌电机26由DCS控制。
将预处理后的固体好氧发酵原料采用进料装置1加入发酵罐2中，并加入发酵菌剂；向加热装置通蒸汽或热水对发酵罐2进行加热，控制所述发酵罐2的中部温度为50-65℃；空气经增氧风机3增氧后通入空气换热器4与加热发酵罐2后的回水进行换热，然后通入发酵罐2进行反应，反应产生的有机肥通过出料装置5送往下一工序；控制发酵罐2的中部温度比进入发酵罐的空气温度高15-20℃；所述发酵罐上部温度比底部温度高5-10℃。
当发酵罐的上部温度-发酵罐的底部温度＝5～10℃时，Q进＝Q出＝0.5V/70；当发酵罐的上部温度-发酵罐的底部温度＞10℃时，Q进＝Q出＝(0.3～0.5)V/70；当发酵罐的上部温度-发酵罐的底部温度＜5℃时，Q进＝Q出＝(0.5～0.8)V/70；其中Q进为进料速率，Q出为出料速率，V为发酵罐体积容量，Q进和Q出的单位为m/s，V的单位为m3。
采用增氧装置控制所述发酵罐中的氧含量为10～15％，当发酵罐的体积容量≥200m3时，s＝(0.4～0.6)kV/25；当发酵罐的体积容量＜200m3时，s＝(0.4～0.6)kV/20，其中k为发酵罐中氧的体积百分比含量，s为发酵罐的搅拌速率，V为发酵罐体积容量，s的单位为m/s，V的单位为m3。
当第二温度计7即发酵罐2的中部温度＞65℃，且第二温度计7即发酵罐2的中部温度-空气温度计42显示的进入发酵罐2的空气温度＜15℃时，减小加热发酵罐的蒸汽或热水的流量，即减小控制阀29的开度；当第二温度计7即发酵罐2的中部温度＜50℃，且第二温度计7即发酵罐2的中部温度-空气温度计42显示的进入发酵罐2的空气温度＞20℃时，加大加热发酵罐的蒸汽或热水的流量，即加大控制阀29的开度，即通过控制阀29控制进入发酵罐2的加热装置的蒸汽或热水流量，来调节维持发酵罐2的中部温度为50-65℃，蒸汽或热水加热发酵罐后的回水进入空气换热器4与增压后的空气进行换热，进行热能综合利用。
本发明对固体厌氧发酵后得到的有机肥做了如下实验：
取体积容量为为210m3的发酵罐进行实验；
腐熟度即堆肥腐熟的程度，指堆肥中有机物经过矿化、腐殖化过程后达到稳定化的程度。它是衡量污泥堆肥产品质量好坏的一个重要指标。腐熟度最直接的指标是发酵后固体肥料中的木质素含量大于30％，表示其合格。
表1为发酵罐中温对有机肥腐熟度的影响，由表1可知，当发酵罐中温低于50℃时，发酵后固体肥料中木质素含量小于30％，而中温高于65℃时，由于温度过高有机质被破坏而没有检测到木质素。
表1发酵罐中温对有机肥腐熟度的影响
表2为发酵罐的上部温度-底部温度的差值与进出料速率对有机肥腐熟度的影响，由表2可知，当发酵罐的上部温度与底部温度的差值低于5℃时，酵后固体肥料中木质素含量小于30％，当发酵罐的上部温度与底部温度的差值高于10℃时，有机质被破坏而没有检测到木质素。
表2发酵罐的上部温度-底部温度的差值与进出料速率对有机肥腐熟度的影响
表3为发酵罐中的氧含量与搅拌速率的关系对有机肥腐熟度的影响，由表3可知，当发酵罐中的氧含量一定时，搅拌速率过低有可能造成局部温度过高，有机质被破坏而未检测到木质素含量，当搅拌速率过高时，因为发酵菌停留时间不够，反应不充分，木质素含量仅为19％。
表3发酵罐中的氧含量与搅拌速率的关系对有机肥腐熟度的影响
| 序号 | 氧含量(％) | 搅拌速率 | 所得有机肥的腐熟度 |
| 1 | 12 | 0.4032m/s | 木质素含量33％ |
| 2 | 12 | 0.504m/s | 木质素含量35％ |
| 3 | 12 | 0.6048m/s | 木质素含量42％ |
| 4 | 12 | 0.3024m/s | 未检测到 |
| 5 | 12 | 0.7056m/s | 木质素含量19％ |
实施例1：
如图1所示，将预处理后的城市固体废弃物采用进料装置1加入体积容量为210m3的发酵罐2中，并加入发酵菌剂；向加热装置通蒸汽或热水对发酵罐2进行加热，控制所述发酵罐2的中部温度为50℃；空气经增氧风机3增氧后通入空气换热器4与加热发酵罐2后的回水进行换热，然后通入发酵罐2进行反应，反应产生的有机肥通过出料装置5送往下一工序；控制发酵罐2的中部温度比进入发酵罐的空气温度高15℃；所述发酵罐上部温度比底部温度高5℃，进料速率＝出料速率＝1.5m/s；采用增氧装置控制所述发酵罐中的氧含量为10％，发酵罐的搅拌速率为0.332m/s。
实施例2：
如图1所示，将预处理后的城市固体废弃物采用进料装置1加入体积容量为210m3的发酵罐2中，并加入发酵菌剂；向加热装置通蒸汽或热水对发酵罐2进行加热，控制所述发酵罐2的中部温度为60℃；空气经增氧风机3增氧后通入空气换热器4与加热发酵罐2后的回水进行换热，然后通入发酵罐2进行反应，反应产生的有机肥通过出料装置5送往下一工序；控制发酵罐2的中部温度比进入发酵罐的空气温度高18℃；所述发酵罐上部温度比底部温度高8℃，进料速率＝出料速率＝1.5m/s；采用增氧装置控制所述发酵罐中的氧含量为12％，发酵罐的搅拌速率为0.6048m/s。
实施例3：
如图1所示，将预处理后的固体好氧发酵原料采用进料装置1加入体积容量为210m3的发酵罐2中，并加入发酵菌剂；向加热装置通蒸汽或热水对发酵罐2进行加热，控制所述发酵罐2的中部温度为60℃；空气经增氧风机3增氧后通入空气换热器4与加热发酵罐2后的回水进行换热，然后通入发酵罐2进行反应，反应产生的有机肥通过出料装置5送往下一工序；控制发酵罐2的中部温度比进入发酵罐的空气温度高20℃；所述发酵罐上部温度比底部温度高10℃，进料速率＝出料速率＝1.5m/s；采用增氧装置控制所述发酵罐中的氧含量为15％，发酵罐的搅拌速率为0.63m/s。
表4本发明实施例中有机肥的腐熟度
| 序号 | 有机肥的腐熟度 |
| 实施例1 | 木质素含量48％ |
| 实施例2 | 木质素含量42％ |
| 实施例3 | 木质素含量39％ |
Claims (10)
1.一种自动控制的固体好氧发酵方法，其特征在于：将预处理后的固体好氧发酵原料采用进料装置加入发酵罐中，通蒸汽或热水对发酵罐进行加热，控制所述发酵罐的中部温度为50～65℃；空气经增氧后通入空气换热器与加热发酵罐后的回水进行换热，然后通入发酵罐进行反应，反应产生的有机肥通过出料装置送往下一工序；控制发酵罐的中部温度比进入发酵罐的空气温度高15～20℃；所述发酵罐上部温度比底部温度高5～10℃。
2.根据权利要求1所述的一种自动控制的固体好氧发酵方法，其特征在于：当发酵罐的上部温度-发酵罐的底部温度＝5～10℃时，Q进＝Q出＝0.5V/70；
当发酵罐的上部温度-发酵罐的底部温度＞10℃时，Q进＝Q出＝(0.3～0.5)V/70；
当发酵罐的上部温度-发酵罐的底部温度＜5℃时，Q进＝Q出＝(0.5～0.8)V/70；
其中Q进为进料速率，Q出为出料速率，V为发酵罐体积容量，Q进和Q出的单位为m/s，V的单位为m3。
3.根据权利要求1所述的一种自动控制的固体好氧发酵方法，其特征在于：采用增氧装置控制所述发酵罐中的氧含量为10～15％，当发酵罐的体积容量≥200m3时，s＝(0.4～0.6)kV/25；
当发酵罐的体积容量＜200m3时，s＝(0.4～0.6)kV/20，其中k为发酵罐中氧的体积百分比含量，s为发酵罐的搅拌速率，V为发酵罐体积容量，s的单位为m/s，V的单位为m3。
4.根据权利要求1所述的一种自动控制的固体好氧发酵方法，其特征在于：当发酵罐的中部温度＞65℃，且发酵罐的中部温度-进入发酵罐的空气温度时＜15℃时，减小加热发酵罐的蒸汽或热水的流量；
当发酵罐的中部温度＜50℃，且发酵罐的中部温度-进入发酵罐的空气温度时＞20℃时，加大加热发酵罐的蒸汽或热水的流量。
5.一种自动控制的固体好氧发酵系统，其特征在于：包括进料装置、发酵罐、增氧装置、空气换热器以及出料装置，所述发酵罐上设有进料口和出料口，所述进料装置与发酵罐进料口连接，所述出料装置与发酵罐出料口连接；所述增氧装置与空气换热器空气进口连接，所述空气换热器空气出口与发酵罐连接；
所述发酵罐内设有用于发酵罐加热的加热装置，所述加热装置进口管道上设有控制阀，所述加热装置出口与空气换热器热介质进口连接；
所述发酵罐上设有用于监测发酵罐上部温度的第一温度计、用于监测发酵罐中部温度的第二温度计、用于监测发酵罐底部温度的第三温度计；所述发酵罐上设有搅拌电机，在搅拌电机上设有电流表和搅拌杆；所述发酵罐上设有用于检测发酵罐中氧含量的测氧装置；
所述进料装置上设有进料电机和用于检测进料电机电流的第二电流表，所述出料装置上设有出料电机和用于检测出料电机电流的第三电流表；所述空气换热器空气出口与发酵罐之间设有用于检测增氧装置出口流量的空气流量计和检测换热后空气温度的空气温度计。
6.根据权利要求5所述的一种自动控制的固体好氧发酵系统，其特征在于：所述第一温度计和第三温度计与进料电机和出料电机联锁控制；所述测氧装置与空气流量计和搅拌电机联锁控制。
7.根据权利要求5所述的一种自动控制的固体好氧发酵系统，其特征在于：所述第二温度计和空气温度计与控制阀联锁控制。
8.根据权利要求5所述的一种自动控制的固体好氧发酵系统，其特征在于：所述进料装置为螺旋式进料装置，所述出料装置为螺旋式出料装置。
9.根据权利要求5所述的一种自动控制的固体好氧发酵系统，其特征在于：所述增氧装置包括至少一个增氧风机，所述测氧装置为测氧仪。
10.根据权利要求5-9任一项所述的一种自动控制的固体好氧发酵系统，其特征在于：还包括DCS控制系统，所述的第一温度计、第二温度计、第三温度计和空气温度计为由DCS监控的远程温度计；所述空气流量计为由DCS监控的远程流量计；所属控制阀、进料电机、出料电机、搅拌电机由DCS控制。
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|---|---|---|---|---|
| CN110484423A (zh) * | 2019-07-17 | 2019-11-22 | 安徽赛德齐瑞生物科技有限公司 | 多菌种发酵配液装置及其配液方法 |
| CN115627215A (zh) * | 2022-12-08 | 2023-01-20 | 北京再益生物科技有限公司 | 一种提高降解效率的微生物发酵罐 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190215 |