CN110078547A - 一种密闭槽式好氧堆肥系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种密闭槽式好氧堆肥系统，包括密封式堆肥发酵槽、设置在发酵槽内的翻抛传质装置和废气净化装置，所述发酵槽的进出料口处设有密封膜，所述废气净化装置与发酵槽的排气口连接；所述翻抛传质装置包括固定在发酵槽左侧壁上的左水平导轨、可沿左水平导轨来回往复滑动的左行走支架、安装在左行走支架上的左液压马达、与左液压马达的输出轴连接的左转盘以及安装在左转盘上的多个传质筒，所述传质筒从左转盘处水平向右延展；所述翻抛传质筒上设有传质孔，所述翻抛传质筒分别与氧气罐、菌剂存储罐、环境新鲜空气连接。本发明可使发酵仓内物料翻抛均匀、通风曝气控制精确和过程菌剂的及时添加，能够降低堆肥运行成本、提高堆肥效率和产品品质。

Description

一种密闭槽式好氧堆肥系统

技术领域

本发明涉及一种密闭槽式好氧堆肥系统，属于农业机械技术领域。

背景技术

好氧堆肥是在有氧条件下，好氧微生物对有机废弃物进行氧化、分解、吸收和转化的过程。影响堆肥发酵的因素很多，但堆肥的水分（水）、通透性（气）和温度（温）是其中的关键控制因素，通常把水、气、温称为堆肥三要素，三者相互影响，互为关联。

对于好氧堆肥来讲，通风系统的设计是一个十分重要的环节。通风为好氧微生物的生长繁殖和代谢活动提供氧气以完成堆肥过程；在温度较高条件下通风可以除去湿基质中的水分，空气被堆肥基质加热后，蒸发掉部分水分，使堆肥物料得到干化；通风可以除去有机质分解产生的热量，以控制过程温度，即通过控制通风速率，可以达到调节堆体温度的目的，从而为微生物生长代谢活动提供良好的环境。

在堆肥过程中，通风速率是影响堆肥进程的重要因素，合理的通风不仅可以提高堆肥产品质量，而且可以节省能耗。通常来说，过高的通风速率不仅造成通风损失过大，不利于维持堆体温度，而且会造成大量的氮素损失，减低堆肥产品的肥效，增加堆肥能耗；但过低的通风速率，会降低堆体中的氧浓度，造成堆体局部厌（缺）氧，从而产生大量臭气以及甲烷等温室气体，给周边环境带来严重的污染和危害。也就是说，通风方式和通气量（即曝气工艺和参数）的控制至关重要，它不仅会影响到堆肥效率、产品品质和气体排放等方面，还会影响堆肥运行成本。

普通的槽式堆肥一般在长而窄的被称作“槽”的通道内进行，槽壁上方铺设有轨道，在轨道上安装翻堆机，可对物料进行翻搅，槽的底部铺设有曝气管道对堆料进行通风曝气，是一类将强制通风与定期翻堆相结合的堆肥系统。由于是敞口式，产生的大量臭气挥发在厂房中，工人很难在此环境中长期工作。现有的翻堆机外形较大，且需架设在槽上方。因此，采用密闭槽式堆肥系统，不仅多功能传质装置（翻抛、曝气和菌剂强化）可安装在槽内，还可将臭气和有害气体控制在槽内密闭处理。但据申请人了解，现有的封闭式好氧发酵设备一般只有简单的曝气系统，仍然存在物料翻抛不均匀、曝气控制难等问题。

发明内容

本发明要解决技术问题是：提供一种可使发酵仓内物料翻抛均匀、通风曝气控制精确和过程菌剂及时添加的密闭槽式好氧堆肥系统，该系统能够降低堆肥运行成本、提高堆肥效率和产品品质。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种密闭槽式好氧堆肥系统，包括顶部设有进出料口的密封式堆肥发酵槽、设置在发酵槽内的翻抛传质装置和废气净化装置，所述发酵槽的进出料口处覆盖有密封膜，所述废气净化装置与发酵槽的排气口连接；所述翻抛传质装置包括固定在发酵槽左侧壁上的左水平导轨、可沿左水平导轨来回往复滑动的左行走支架、安装在左行走支架上的左液压马达、与左液压马达的输出轴连接的左转盘以及安装在左转盘上的多个翻抛传质筒，所述翻抛传质筒从左转盘处水平向右延伸；所述翻抛传质筒上设有传质孔，所述翻抛传质筒分别与氧气罐、菌剂存储罐、环境新鲜空气通过设有阀门的管路连接。

本发明的系统适用于密封式槽式堆肥，在使用时，进料后将发酵槽顶部的功能密封膜覆盖并密封好。在堆肥过程中，通过翻抛传质装置保证物料翻抛均匀，实现物料的高效传质，保证发酵始终保持在一个适宜的环境中，提高发酵效率，降低运行成本。本发明系统产生的有害气体通过废气净化装置集中处理，达标后排放，因此实现了堆肥过程全密封处理，无臭气排放。本发明还可以通过向发酵槽内喷淋液态强化菌剂或功能性营养元素，提高一次发酵阶段的发酵速率，获得稳定的生物有机肥。

本发明可通过一体化的密封发酵系统实现翻抛、曝气、除臭菌剂喷淋、强化发酵菌剂混合等多种功能，克服了现有技术中在堆肥时，翻抛机、底部曝气管道等各自单独作业带来的操作不便、效率较低的缺陷。

上述技术方案的进一步改进是：所述发酵槽还设有定位紧固装置，所述定位紧固装置包括固定在发酵槽的右侧壁上的右水平导轨、可沿右水平导轨来回往复滑动的右行走支架、安装在右行走支架上的右液压马达以及与右液压马达的输出轴连接的右转盘，所述右行走支架与左行走支架同步移动且所述右转盘与左转盘的形状、位置均相匹配，所述右液压马达与左液压马达同步转动，所述传质筒绕左转盘的中心呈圆周分布，所述右转盘上设有与翻抛传质筒一一对应的凹槽，所述翻抛传质筒的右端插入右转盘的对应凹槽内。通过上述设置，可以使传质筒在左、右行走支架的带动下进行平移时，以及在左、右转盘的带动下进行旋转时能够运行平稳，避免出现不稳定的状况。

上述技术方案的再进一步改进是：所述翻抛传质筒的横截面为花瓣式结构，所述传质孔设置在花瓣式结构的花瓣内侧面上。这样可以避免物料堵塞传质孔的孔隙。优选的，所述传质孔上覆盖有筛网。

上述技术方案的更进一步改进是：所述翻抛传质筒为伸缩套筒，所述左转盘上设有伸缩式液压缸，所述液压缸的活塞杆用于驱动伸缩套筒伸开或收缩。这样可以在进料时将伸缩套筒缩回，方便进料且节省占用空间，在完成进料后将伸缩套筒伸开并插入到右转盘中。

本发明进一步的有益效果可参见具体实施方式部分。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是翻抛传质装置的结构示意图。

图3是翻抛传质筒的侧视图。

图4是定位紧固装置的结构示意图。

图5是伸缩套筒伸展时的状态示意图。

图6是本发明实施例行走传动机构的原理示意图。

图7是伸缩套筒工作时的状态示意图。

附图标记：氧气罐1，防爆风机2，左气胀式锁紧机构3，发酵槽4，密封膜5，右气胀式锁紧机构6，防爆风机7，废气净化装置8，氧气浓度传感器9，控制装置10，定位紧固装置11，温度传感器12，翻抛传质装置13，变速装置14，气液软管15，驱动电机16，离心泵17，防爆风机18，换热器19，菌剂存储罐20，左行走支架21，紧固件22，左液压马达23，翻抛传质筒24，气液管道25，伸缩式液压缸26，换向阀27，液控单向阀28，左转盘29，左液压马达的输出轴30，连接件31，气液总管32，左水平导轨33，侧面密封垫34，滚珠35，保持器36，锁紧件37，右液压马达的输出轴38，右液压马达39，传动链40，右水平导轨41，侧面密封垫42，滚珠43，保持器44，右行走支架45，右转盘46，定位件47，伸缩杆48，传质孔49，传动轮50，限位器51，伸缩套筒52，传动链53。

具体实施方式

实施例

本实施例的密闭槽式好氧堆肥系统，如图1-7所示，包括顶部设有进出料口的密封式堆肥发酵槽4、设置在发酵槽4内的翻抛传质装置13和废气净化装置8，所述发酵槽4的进出料口处覆盖有密封膜5，所述废气净化装置8与发酵槽4的排气口连接。废气净化装置8优选低温等离子废气净化装置，发酵槽4的排气口一般设置在发酵槽4的上部，废气净化装置8与发酵槽4的排气口通过管线连接，管线上设有阀门、防爆风机7等，低温等离子废气净化装置将废气处理达标后打开放空阀进行放空。顶部功能密封膜5密封进出料口时，将密封膜5覆盖在进出料口上并通过左气胀式锁紧机构3、右气胀式锁紧机构6进行密封。

本实施例中，翻抛传质装置13包括固定在发酵槽4左侧壁上的左水平导轨33、可沿左水平导轨33来回往复滑动的左行走支架21、安装在左行走支架21上的左液压马达23、与左液压马达23的输出轴30连接的左转盘29以及安装在左转盘29上的多个翻抛传质筒24，所述翻抛传质筒24从左转盘29处水平向右延伸；所述翻抛传质筒24上设有传质孔49，所述翻抛传质筒24分别与氧气罐1、菌剂存储罐20、环境新鲜空气通过设有阀门的管路连接。管路包括气液总管32、气液软管15和气液管道25，气液总管32的一端与气液软管15连接，气液总管32的另一端与气液管道25连接对气液进行分发，气液管道25与翻抛传质筒24连接，并通过传质孔49将气液传送至物料中。翻抛传质装置13可根据发酵槽4的高度不同，平行安装2-4组不等，以提高物料翻抛的均匀性。

本实施例中左转盘29上焊接有六组翻抛传质筒24，如图3所示，所述翻抛传质筒24的横截面为花瓣式结构，所述传质孔49设置在花瓣式结构的花瓣内侧面上，传质孔49一般可设4-10个，呈螺旋线分布，这样可以避免物料堵塞传质孔的孔隙。作为优选方案，所述传质孔49上覆盖有筛网（图中未示出）。

如图2所示，左行走支架21通过侧面密封垫34、滚珠35和保持器36安装在左水平导轨33上水平行走，此为现有技术。同样地，如图3所示，右行走支架45通过侧面密封垫42、滚珠43和保持器44安装在右水平导轨41上水平行走，此也为现有技术，不再赘述。另外，如图6所示，左、右行走支架21、25分别与传动链53、传动链40相连接，其中传动链53安装在发酵槽两端的两个传动轮50上，传动链40的安装结构图中未示出。发酵槽4外的驱动电机16通过传动链53带动翻抛传质装置13和定位紧固装置11在导轨上水平行走。

为了提高翻抛传质筒24的工作稳定性，所述发酵槽4还设有定位紧固装置11。如图4所示，所述定位紧固装置11包括固定在发酵槽4的右侧壁上的右水平导轨41、可沿右水平导轨41来回往复滑动的右行走支架45、安装在右行走支架45上的右液压马达39以及与右液压马达的输出轴38连接的右转盘46，所述右行走支架45与左行走支架21同步移动且所述右转盘46与左转盘29的形状、位置均相匹配，所述右液压马达39与左液压马达23同步转动，所述翻抛传质筒24绕左转盘29的中心呈圆周分布，所述右转盘46上设有与翻抛传质筒24一一对应的凹槽，所述翻抛传质筒24的右端插入右转盘46的对应凹槽内。

如图5和图7所示，所述翻抛传质筒24为伸缩套筒52，所述左转盘29上设有伸缩式液压缸26，所述液压缸26的活塞杆通过换向阀27液控单向阀28和行程传感器等用于驱动伸缩套筒52伸开或收缩来控制运行轨迹，伸缩套筒52内设有伸缩杆48，气液管道25与伸缩套筒52相通，将外部的新鲜空气、氧气、液体菌剂注入伸缩杆48中，并传送至传质孔49。这样可以在进出料时将伸缩套筒52缩回，方便进料且节省占用空间，使得翻抛等工作可以在密闭槽内完成，在完成进出料后将伸缩套筒52伸开并插入到右转盘46中。

本实施例的工作原理如下：工作时，伸缩式液压缸26启动，向外伸出推动伸缩套筒52向对面的定位紧固装置11伸展，最后卡在右转盘的凹槽中并通过锁紧件37锁紧。随后，启动左、右液压马达23、39，左、右转盘开始高速旋转，翻抛传质装置13沿轨道水平行走，通过气液管路、伸缩套筒与伸缩杆之间的通道注入空气、氧气、菌剂，实现物料的翻抛功能、堆肥过程的氧气补充功能、堆肥温度过高时通入新鲜空气降温和除湿功能、好氧堆肥初期功能菌剂的添加功能、陈化阶段菌剂的添加功能，等等。好氧堆肥过程，分为一次发酵阶段和二次陈化阶段。一次发酵周期一般15-20天，翻抛每天1次，通风速率0.05-0.1m³·min^-1·kg^-1;一次发酵周期一般15-20天，翻抛每天1次，通风速率0.1-0.2m³·min^-1·kg^-1。

另外，如图1所示，氧气罐1、菌剂存储罐20、电子阀、换热器19（将发酵槽内的高温蒸汽通入，加热温度较低的新鲜空气或氧气，节省发酵过程的能耗）、防爆风机2、防爆风机18、离心泵17和管线等构成供氧、节能气体循环和菌剂强化装置。该装置主要可以实现以下功能：

1）根据槽内氧气浓度的不同，可选择通过新鲜空气和氧气储罐补充发酵过程中的氧源。首先，新鲜空气或氧气通过节能换热器加热后，通入槽内的伸缩龙爪式翻抛传质装置，在行走翻抛的过程中，加热的新鲜空气或氧气与物料充分接触，不仅为好氧微生物的生长繁殖和代谢活动提供氧气，还可在温度较高条件下通风可以除去湿基质中的水分，空气被堆肥基质加热后，蒸发掉部分水分，使堆肥物料得到干化，获得适宜的出料含水率，约为30%-35%。

2）通过伸缩龙爪式翻抛传质装置将槽内的气体实现循环运行，使得氧气能充分均匀的消耗，还可以除去有机质分解产生的热量，以控制过程温度，节能环保，一般将物料堆体温度控制在50℃-65℃。

3）一次发酵阶段和二次陈化阶段，分别从菌剂存储罐中向槽内的伸缩龙爪式翻抛传质装置注入不同的液体菌剂。在行走翻抛过程中，液体菌剂从套管上的孔隙中喷射而出，与物料充分接触，提高一次发酵阶段的微生物活性、降解速率和发酵温度；以及二次陈化阶段物料的功能性营养元素添加，获得稳定的高营养物质含量的有机肥。

为了方便实现上述控制，本实施例还可以作以下改进：

1）所述发酵槽4内设有温度传感器12，所述发酵槽外设有气体循环自加热装置，所述气体循环自加热装置包括用于将发酵槽内的高温蒸汽与新鲜空气进行热交换的换热器19；在使用时，控制装置10通过启闭气体循环自加热装置向发酵槽内注入新鲜空气使发酵槽内的温度保持在50-65℃。发酵槽内的高温蒸汽位于发酵槽的上部，与下方的物料无法方便地进行热交换，因此，本发明通过换热器19将高温蒸汽与新鲜空气进行热交换，通过翻抛传质筒24将新鲜空气与物料混合，提高了热交换的效率。

2）所述发酵槽内设有湿度传感器，在使用时，控制装置10通过向发酵槽内注入新鲜空气使发酵槽内的湿度保持在30%-65%。

3）所述发酵槽内设有氧气浓度传感器9，在使用时，控制装置10通过向发酵槽内补充适量新鲜空气或氧气来提高氧气含量，通过降低通风速度降低氧气含量，使发酵槽内的氧气含量保持在11.5%-12.5%。

通过上述改进，可以实现发酵槽内环境过程变量控制，由伸缩式液压缸、换向阀、液压锁、行程传感器和电气系统等形成翻抛传质装置伸缩的闭环控制。

发酵槽内环境过程温度控制：首先，根据物料中多点温度传感器反馈的温度，控制堆体的温度在50-65℃。当温度低于50℃时，可开启内部气体循环加热装置，翻抛传质装置13可行走到定点位置，向槽内局部实现精准补充热量；当温度高于65℃时，可通入低温新鲜空气并循环一段时间，同样可定位精准降温。

发酵槽内环境过程湿度控制：首先，根据物料中多点湿度传感器反馈的湿度，控制堆体的湿度在30%-65%。当湿度高于65%时，需要进行高速风量的通风措施。同样可实现定位精准调节湿度。

发酵槽内环境过程氧气控制：首先，根据物料中多点氧气浓度传感器反馈的氧气含量，控制槽内的氧气含量在11.5%-12.5%。当氧气含量低于11.5%时，可向槽内补充适量新鲜空气或氧气；当氧气含量高于12.5%时，采用低通量进行的通风措施和高频次的物料翻抛。同样可实现定位精准调节氧气浓度。

本实施例带来的有益效果是：（1）翻抛传质装置在发酵槽内可实现密闭式堆肥处理、占地面积小，且功能多样，可实现物料的翻抛、液体菌剂均匀接种、功能元素均匀添加、局部通风等多种精准定位强化传质功能，大大提高堆肥过程的效率和降解速率。（2）通过发酵槽内的翻抛传质装置，能够实现好氧堆肥过程中氧气、湿度、温度的整体和局部精准调节。气体循环采用自产的高温蒸汽加热，节能环保。（3）本发明可实现槽式堆肥的全密封式处理，过程中没有臭气溢出，集中处理后达标排放，过程中无污染。

本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种密闭槽式好氧堆肥系统，其特征在于：包括顶部设有进出料口的密封式堆肥发酵槽、设置在发酵槽内的翻抛传质装置和废气净化装置，所述发酵槽的进出料口处覆盖有密封膜，所述废气净化装置与发酵槽的排气口连接；

所述翻抛传质装置包括固定在发酵槽左侧壁上的左水平导轨、可沿左水平导轨来回往复滑动的左行走支架、安装在左行走支架上的左液压马达、与左液压马达的输出轴连接的左转盘以及安装在左转盘上的多个传质筒，所述传质筒从左转盘处水平向右延展；

所述翻抛传质筒上设有传质孔，所述翻抛传质筒分别与氧气罐、菌剂存储罐、环境新鲜空气通过设有阀门的管路连接。

2.根据权利要求1所述的密闭槽式好氧堆肥系统，其特征在于：所述发酵槽还设有定位紧固装置，所述定位紧固装置包括固定在发酵槽的右侧壁上的右水平导轨、可沿右水平导轨来回往复滑动的右行走支架、安装在右行走支架上的右液压马达以及与右液压马达的输出轴连接的右转盘，所述右行走支架与左行走支架同步移动且所述右转盘与左转盘的形状、位置均相匹配，所述右液压马达与左液压马达同步转动，所述翻抛传质筒绕左转盘的中心呈圆周分布，所述右转盘上设有与翻抛传质筒一一对应的凹槽，所述翻抛传质筒的右端插入右转盘的对应凹槽内。

3.根据权利要求1所述的密闭槽式好氧堆肥系统，其特征在于：所述传质筒的横截面为花瓣式结构，所述传质孔设置在花瓣式结构的花瓣内侧面上。

4.根据权利要求3所述的密闭槽式好氧堆肥系统，其特征在于：所述传质孔上覆盖有筛网。

5.根据权利要求1或2所述的密闭槽式好氧堆肥系统，其特征在于：所述翻抛传质筒为伸缩套筒，所述左转盘上设有伸缩式液压缸，所述液压缸的活塞杆用于驱动伸缩套筒伸展或收缩。

6.根据权利要求1所述的密闭槽式好氧堆肥系统，其特征在于：所述发酵槽内设有温度传感器，所述发酵槽外设有气体循环自加热装置，所述气体循环自加热装置包括用于将发酵槽内的高温蒸汽与新鲜空气进行热交换的换热器；在使用时，通过启闭气体循环自加热装置向发酵槽内注入新鲜空气使发酵槽内的温度保持在50-65℃。

7.根据权利要求1所述的密闭槽式好氧堆肥系统，其特征在于：所述发酵槽内设有湿度传感器，在使用时，通过向发酵槽内注入新鲜空气使发酵槽内的湿度保持在30%-65%。

8.根据权利要求1所述的密闭槽式好氧堆肥系统，其特征在于：所述发酵槽内设有氧气浓度传感器，在使用时，通过向发酵槽内补充适量新鲜空气或氧气来提高氧气含量，通过降低通风速度降低氧气含量，使发酵槽内的氧气含量保持在11.5%-12.5%。