CN110204364B - 一种用于厨余垃圾堆肥的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于厨余垃圾堆肥的装置，包括：在水平方向上由左至右依次设置的第一箱体、联接段和第二箱体，第一箱体的外侧壁四周固定有太阳能电池板，第一箱体内自顶部中心向下悬挂有恒温加热棒，第一箱体底部远离第二箱体的一侧放置有蓄电池，并设置斜板将蓄电池与第一箱体的其余内部空间隔离开；第二箱体内，中间悬设有竖直的圆筒，圆筒底部为网板，圆筒内套设有圆筒状碳质网，碳质网的内部设置有风扇，在第二箱体底部远离第一箱体的一侧用倾斜筛板与第二箱体的侧壁构设出空间，其中填充有蒽基金属有机框架结构材料，中心还设置有紫外灯和氙灯；联接段设有水平螺旋推进器。本发明装置能够零功耗、高效率地处理厨余垃圾并得到堆肥。

Description

一种用于厨余垃圾堆肥的装置
技术领域
本发明属于肥料制造领域，具体涉及自家庭或市镇垃圾制成的肥料制造用设备。
背景技术
在生活垃圾中，厨余垃圾占比可达50％～70％，厨余垃圾是城市生活垃圾的主要污染源。厨余垃圾的源头分离不仅可以避免垃圾各组分间的相互污染，还可大大减轻末端处理的压力。厨余垃圾富含有机物、油脂及营养元素(氮、磷、钾、钙以及各种微量元素)，具有较高的利用价值，处理方式主要以资源化为导向。纵观各国的厨余垃圾处理模式，美国大多以家庭为单位对厨余垃圾和庭院垃圾进行堆肥处理；日本则推行削减食品废物总量，尽可能循环利用并辅以堆肥处理；韩国通常采用微生物菌种集中处理厨余垃圾制造饲料。目前，我国厨余垃圾处理方法主要有卫生填埋法、焚烧、堆肥法等。填埋浪费了大量资源，占用土地且易对地下水造成污染；焚烧会产生有毒气体以及二氧化碳，对大气造成污染；堆肥可制得肥料，能够变废为宝。因此，堆肥是目前较好的处理厨余垃圾的方法。
厨余垃圾堆肥处理技术主要包括好氧堆肥和厌氧发酵。好氧堆肥过程是在有氧条件下，利用好氧微生物分泌的胞外酶将有机物质分解为可溶性物质，从而被微生物吸收。好氧堆肥处理方法由于处理方法简单、成本低、无害化程度高、处理能力大、处理后的产品方便运输且适于农田施用，适合现代农业持续发展而备受关注。厨余垃圾以淀粉、纤维素、蛋白质和脂类为主，可以被微生物利用并分解，但由于堆肥初期有益微生物数量相对较少，需要一定时间才能大量繁殖，存在发酵周期长、效率低等缺点，同时占地大，在堆肥过程中存在氮素损失现象，有恶臭气味，堆肥过程中产生的污水和臭气会对环境造成二次污染。
厌氧发酵是指在缺氧条件下，利用微生物的分解作用将有机物转化为二氧化碳和甲烷，大致分为产酸和产甲烷两个阶段。产酸阶段主要是水解和发酵菌群将复杂的有机物分解为简单的有机物，进而降解为各种有机酸；产甲烷阶段主要是产甲烷菌将部分简单有机物转化为甲烷和二氧化碳。与好氧堆肥相比，厌氧生物处理能回收大量甲烷气，实现能源回收，具有较大的经济价值；厌氧处理无尾气污染，具有生态优点；厌氧处理时，对水分的要求不如好氧条件严格，反应温度的保持可通过回收能量的全部或部分维持，能实现能量的平衡；厌氧微生物对N、P等营养元素的要求比好氧微生物低，减少附加费用；发酵沼渣、沼液可作为良好的有机肥，经过适当处理后可成为动物饲料。
由于我国具有较高的有机废物厌氧发酵技术基础，大、中、小型沼气工程都已达到世界领先水平，厨余垃圾的厌氧发酵处置在我国具有相当的优势。但是，目前厨余垃圾的厌氧处理还存在一系列问题：没有成熟的专业技术和设备，与国外相比存在差距，技术装备也没有达到商品化，产业化的要求；而且，堆肥过程中，过高的含水率会影响堆肥的升温过程，从而直接影响堆肥周期，同时高的含水率也降低了装置的容积负荷，降低了装置的效率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于厨余垃圾堆肥的装置，对厨余垃圾先厌氧处理再好氧处理，能够零功耗、高效率地处理厨余垃圾并得到堆肥。
一种用于厨余垃圾堆肥的装置，包括：在水平方向上由左至右依次设置的第一箱体、联接段和第二箱体，所述联接段的底部同时与所述第一箱体的底部、所述第二箱体的底部相连；其中，
所述第一箱体的顶部敞开，所述第一箱体的外侧壁四周固定有太阳能电池板，在所述第一箱体内部，自所述第一箱体的顶部中心处向下悬挂有一恒温加热棒；在所述第一箱体内部，在所述第一箱体底部远离所述第二箱体的一侧放置有蓄电池，并在该侧设置斜板将所述蓄电池与所述第一箱体的其余内部空间隔离开，所述斜板的底边位于所述第一箱体的底面，所述斜板的顶边位于所述第一箱体的左侧壁，所述斜板的两侧边分别位于所述第一箱体的前、后侧壁上，所述蓄电池与所述太阳能电池板连接，所述蓄电池还与所述恒温加热棒连接；
所述第二箱体的顶部敞开，在所述第二箱体内部，中间悬设有竖直的圆筒，所述圆筒的顶部高出所述第二箱体的顶部，所述圆筒的底部为网板，所述网板位于所述第二箱体的底部上方，所述圆筒的内部套设有圆筒状碳质网，在所述碳质网的内部设置有风扇，所述碳质网和所述风扇均与所述蓄电池连接；
在所述第二箱体内部，在所述第二箱体底部远离所述第一箱体的一侧设置有倾斜筛板，所述倾斜筛板的底边位于所述第二箱体的底面，所述倾斜筛板的顶边位于所述第二箱体的右侧壁，所述倾斜筛板的两侧边分别位于所述第二箱体的前、后侧壁上，在由所述倾斜筛板、所述第二箱体的右侧壁、所述第二箱体的前后侧壁构设出的空间内填充有蒽基金属有机框架结构材料，在该空间的中心位置设置有紫外灯和氙灯，所述紫外灯和氙灯通过时间继电器与所述蓄电池连接；
所述联接段设置有水平螺旋输送机，所述水平螺旋输送机由马达驱动，所述马达与所述蓄电池连接，所述水平螺旋输送机的进料口与所述第一箱体的底部连接，所述水平螺旋输送机的出料口与所述第二箱体的底部连接。
其中，所述蒽基金属有机框架结构材料可以根据现有技术中的文献公开的方法制备得到，例如，Jin-Yue Zeng等人的题为“Structural Transformation in Metal-OrganicFrameworks for Reversible Binding of Oxygen”(Angew.Chem.Int.Ed.,2019,DOI:10.1002/anie.201902810)的论文中公开的方法等。
优选的技术方案中，所述斜板的斜面和水平面的夹角为60°。
优选的技术方案中，所述倾斜筛板的斜面和水平面的夹角为60°。
优选的技术方案中，所述恒温加热棒的加热温度设置为40～60℃。
优选的技术方案中，所述第一箱体为长方体或正方体形状。
优选的技术方案中，所述第二箱体为长方体或正方体形状。
优选的技术方案中，所述水平螺旋推进器的转速为0.5～1r/min。
本发明的用于厨余垃圾堆肥的装置中，通过在第一箱体设置恒温加热棒，使得厌氧堆肥温度控制在最适合微生物迅速繁殖的条件下，从而加速厌氧堆肥进程；同时，还通过水平设置螺旋推进器，将堆肥初产物一边搅拌熟化一边缓慢推进至第二箱体，在第二箱体中通过充氧和杀菌，完成好氧堆肥过程；此外，还在第二箱体中设置有液体蒸发结构，使得得到的堆肥比较干燥。厨余垃圾经过堆肥，可以直接用作肥料。本发明的用于厨余垃圾堆肥的装置，实现了高效快速堆肥，零功耗、也无需人工控制。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
(1)本发明装置完全自动控制，无需任何额外的动力，能够实现零功耗。
(2)本发明装置解决了厌氧堆肥中温度不稳定导致的堆肥低效的问题，能够实现持续的快速堆肥。
(3)本发明装置解决了厨余垃圾中高含水率导致堆肥低效慢速的问题，能够实现高效快速堆肥。
(4)本发明装置适用范围广，既可以供家庭使用，也可以用于企业食堂。
本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现，并可通过所附权利要求中特地指出的手段、装置和它们的组合得以实现。
附图说明
图1是本发明的用于厨余垃圾堆肥的装置的结构示意图。
具体实施方式
以下，结合附图和实施例，对本发明的实施方式进行详细说明，以更清楚地理解本发明的技术内容。
如图1所示，本发明的一具体实施例中，一种用于厨余垃圾堆肥的装置，在水平方向上由左至右依次包括：第一箱体1、联接段和第二箱体2，联接段的底部同时与第一箱体1的底部、第二箱体2的底部相连；
第一箱体1的顶部敞开，第一箱体1的左右前后四个侧壁(即，外侧壁四周)固定有太阳能电池板4，在第一箱体1内部，自第一箱体1的顶部中心处向下悬挂有一恒温加热棒3；在第一箱体1内部，靠近第一箱体1的左侧壁的一侧(即，在第一箱体1底部远离第二箱体2的一侧)放置有蓄电池6，并在这一侧设置斜板5将蓄电池6与第一箱体1的其余内部空间隔离开，斜板5的底边位于第一箱体1的底面，斜板5的顶边位于第一箱体1的左侧壁，斜板5的两侧边分别位于第一箱体1的前后侧壁上，蓄电池6与太阳能电池板4连接，使得太阳能电池板4获得的电能存储于蓄电池6，蓄电池6还与恒温加热棒3连接；
第二箱体2的顶部敞开，在第二箱体2内部，中间悬设有一个竖直的圆筒13，圆筒13的顶部高出第二箱体2的顶部，圆筒13的底部为网板14，网板14位于第二箱体2的底部上方，圆筒13内部套设有一圆筒状碳质网15，在碳质网15内部设置有1个风扇16，碳质网15和风扇16与蓄电池6连接，接电状况下碳质网15会发热；
在第二箱体2内部，靠近第二箱体2的右侧壁的一侧(即，在第二箱体2底部远离第一箱体1的一侧)设置有倾斜筛板9，倾斜筛板9的底边位于第二箱体2的底面，倾斜筛板9的顶边位于第二箱体2的右侧壁，倾斜筛板9的两侧边分别位于第二箱体2的前、后侧壁上，在由倾斜筛板9(的斜面)、第二箱体2的右侧壁、第二箱体2的前、后侧壁构设出的空间内填充有蒽基金属有机框架结构材料10，在该空间的中心位置设置有紫外灯11和氙灯12，紫外灯11和氙灯12通过时间继电器17与蓄电池6连接(即，蓄电池6与时间继电器17连接，时间继续电器17与紫外灯11、氙灯12连接)，紫外灯11和氙灯12可以轮流自动点亮，当紫外灯11接通时，蒽基金属有机框架结构材料10在可见光下吸收单线态的氧；当氙灯12接通时，蒽基金属有机框架结构材料10释放出氧气；
联接段设置有水平螺旋输送机7，水平螺旋输送机7由马达8驱动，马达8与蓄电池6连接，水平螺旋输送机7的进料口与第一箱体1的底部连接，水平螺旋输送机7的出料口与第二箱体2的底部连接。
上述本发明的用于厨余垃圾堆肥的装置的具体实施方式中，蒽基金属有机框架结构材料10可以根据现有技术中的文献公开的方法制备得到，例如，Jin-Yue Zeng等人的题为“Structural Transformation in Metal-Organic Frameworks for ReversibleBinding of Oxygen”(Angew.Chem.Int.Ed.,2019,DOI:10.1002/anie.201902810)的论文中公开的方法等。以下列举一具体的制备过程如下：将苯甲酸(100mg,0.82mmol)溶于5mL二甲基甲酰胺中，得到第一溶液；然后将9,10-蒽基双(苯甲酸)(20.9mg,0.05mmol)、ZrOCl2·8H2O(10mg,0.03mmol)和第一溶液混合并进行超声溶解，得到第二溶液；将第二溶液在100℃用磁力搅拌器搅拌40分钟(搅拌器转速为500rpm)，得到第三溶液；第三溶液用新准备的二甲基甲酰胺离心清洗三次，离心机转速为10000rpm，每次离心时间为10分钟，即可得到蒽基金属有机框架结构材料(DPA-MOF)，得到的DPA-MOF质量为2.4mg，产率为46％。
上述本发明的用于厨余垃圾堆肥的装置的具体实施方式中，可以设置斜板5的斜面和水平面的夹角a为60°，使得所处理的厨余垃圾滑动比较顺利，不存在死角。
上述本发明的用于厨余垃圾堆肥的装置的具体实施方式中，可以设置倾斜筛板9的斜面和水平面的夹角b为60°，使得所处理的厨余垃圾滑动比较顺利，不存在死角。
上述本发明的用于厨余垃圾堆肥的装置的具体实施方式中，可以设置所述恒温加热棒的加热温度为40～60℃，使得厌氧微生物能够保持活力，从而提高堆肥效率，加速堆肥进程。
本领域技术人员可以理解，上述本发明的用于厨余垃圾堆肥的装置的具体实施方式中，可以设置第一箱体1为长方体或正方体形状，以方便联接且不留死角。
本领域技术人员可以理解，上述本发明的用于厨余垃圾堆肥的装置的具体实施方式中，可以设置第二箱体2为长方体或正方体形状，以方便联接且不留死角。
本领域技术人员可以理解，上述本发明的用于厨余垃圾堆肥的装置的具体实施方式中，可以设置水平螺旋输送机7的转速为0.5～1r/min，既能缓慢将堆肥初产物输送到第二箱体2，同时还起搅拌的作用。
上述实施例中的用于厨余垃圾堆肥的装置的使用方法和工作原理如下：
使用时，将整个装置置于户外，使得太阳能电池板4能够吸收太阳能，并将电能储存在蓄电池6中，蓄电池6为恒温加热棒3、碳质网15、风扇16、时间继电器17、紫外灯11、氙灯12、马达8提供电源。
将待处理的厨余垃圾投入到第一箱体1中，接通恒温加热棒3、马达8、紫外灯11、氙灯12、碳质网15、风扇16和时间继电器17的电源(由蓄电池6提供电力)，设置加热棒3的温度为40～60℃，加入的厨余垃圾在加热棒3的作用下，微生物迅速繁殖，进行厌氧堆肥；在水平螺旋推进器7的作用下，一边搅拌熟化，一边向第二箱体2缓慢推进和移动，经过第一箱体1内的厌氧处理的厨余垃圾(堆肥初产物)进入第二箱体2；在第二箱体2内，紫外灯11和氙灯12轮流自动点亮，蒽基金属有机框架结构材料10在可见光下吸收单线态的氧，释放氧气，氧气通过倾斜筛板进入第二箱体2，使得在已厌氧处理的厨余垃圾(堆肥初产物)在第二箱体2再进行好氧堆肥，并在紫外灯11杀菌作用下，完成好氧堆肥过程；堆肥过程中产生的液体进入圆筒13内部，并沿着碳质网15的毛细孔向上渗透，由于碳质网15通电发热，使得液体迅速挥发，在碳质网15内风扇16的转动更加速了液体的蒸发，使得堆肥比较干燥，可以直接用作肥料。
可见，本发明的用于厨余垃圾堆肥的装置中，通过在第一箱体1内设置恒温加热棒3，使得厌氧堆肥温度控制在最适合微生物迅速繁殖的条件下，从而加速厌氧堆肥进程；同时，还通过设置水平螺旋推进器7，将堆肥初产物一边搅拌熟化一边缓慢推进至第二箱体，在第二箱体中通过充氧和杀菌，完成好氧堆肥过程；此外，还在第二箱体中设置有液体蒸发结构，使得得到的堆肥比较干燥。厨余垃圾经过堆肥，可以直接用作肥料。本发明的用于厨余垃圾堆肥的装置，实现了高效快速堆肥，零功耗、也无需人工控制。
本发明装置完全自动控制，无需任何额外的动力，能够实现零功耗；解决了厨余垃圾中高含水率导致堆肥低效慢速的问题，极大地提高了针对厨余垃圾的处理效率和速度；解决了厌氧堆肥中温度不稳定导致的堆肥低效的问题，能够实现持续的快速高效堆肥。本发明装置适用范围广，既可以供家庭使用，也可以用于企业食堂。
由此可见，本发明的目的已经完整并有效的予以实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中予以展示和说明，在不背离所述原理的情况下，实施方式可作任意修改。所以，本发明包括了基于权利要求精神及权利要求范围的所有变形实施方式。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种用于厨余垃圾堆肥的装置，其特征在于，包括：在水平方向上由左至右依次设置的第一箱体、联接段和第二箱体，所述联接段的底部同时与所述第一箱体的底部、所述第二箱体的底部相连；其中，
所述第一箱体的顶部敞开，所述第一箱体的外侧壁四周固定有太阳能电池板，在所述第一箱体内部，自所述第一箱体的顶部中心处向下悬挂有一恒温加热棒；在所述第一箱体内部，在所述第一箱体底部远离所述第二箱体的一侧放置有蓄电池，并在该侧设置斜板将所述蓄电池与所述第一箱体的其余内部空间隔离开，所述斜板的底边位于所述第一箱体的底面，所述斜板的顶边位于所述第一箱体的左侧壁，所述斜板的两侧边分别位于所述第一箱体的前、后侧壁上，所述蓄电池与所述太阳能电池板连接，所述蓄电池还与所述恒温加热棒连接；
所述第二箱体的顶部敞开，在所述第二箱体内部，中间悬设有竖直的圆筒，所述圆筒的顶部高出所述第二箱体的顶部，所述圆筒的底部为网板，所述网板位于所述第二箱体的底部上方，所述圆筒的内部套设有圆筒状碳质网，在所述碳质网的内部设置有风扇，所述碳质网和所述风扇均与所述蓄电池连接；
在所述第二箱体内部，在所述第二箱体底部远离所述第一箱体的一侧设置有倾斜筛板，所述倾斜筛板的底边位于所述第二箱体的底面，所述倾斜筛板的顶边位于所述第二箱体的右侧壁，所述倾斜筛板的两侧边分别位于所述第二箱体的前、后侧壁上，在由所述倾斜筛板、所述第二箱体的右侧壁、所述第二箱体的前后侧壁构设出的空间内填充有蒽基金属有机框架结构材料，在该空间的中心位置设置有紫外灯和氙灯，所述紫外灯和氙灯通过时间继电器与所述蓄电池连接；
所述联接段设置有水平螺旋输送机，所述水平螺旋输送机由马达驱动，所述马达与所述蓄电池连接，所述水平螺旋输送机的进料口与所述第一箱体的底部连接，所述水平螺旋输送机的出料口与所述第二箱体的底部连接。
2.如权利要求1所述的用于厨余垃圾堆肥的装置，其特征在于，所述斜板的斜面和水平面的夹角为60°。
3.如权利要求1所述的用于厨余垃圾堆肥的装置，其特征在于，所述倾斜筛板的斜面和水平面的夹角为60°。
4.如权利要求1所述的用于厨余垃圾堆肥的装置，其特征在于，所述恒温加热棒的加热温度设置为40～60℃。
5.如权利要求1所述的用于厨余垃圾堆肥的装置，其特征在于，所述第一箱体为长方体或正方体形状。
6.如权利要求1所述的用于厨余垃圾堆肥的装置，其特征在于，所述第二箱体为长方体或正方体形状。
7.如权利要求1所述的用于厨余垃圾堆肥的装置，其特征在于，所述水平螺旋推进器的转速为0.5～1r/min。
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