CN110372430B - 有机废弃物热量和资源化同步回收装置 - Google Patents

有机废弃物热量和资源化同步回收装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种有机废弃物热量和资源化同步回收装置，包括堆肥反应罐、保温储水箱，沼气发酵罐，所述保温储水箱分别与集热水箱和沼气发酵罐相连接，所述沼气发酵罐上部连接集气罐，所述沼气发酵罐中部连接回流水调节罐，所述保温储水箱与沼气发酵罐之间和沼气发酵罐与堆肥反应罐之间分别通过水泵连接。本发明通过堆肥技术与厌氧消化技术联合处理有机废物，有效缩短了有机废物的发酵周期，提高了有机废物的资源利用，在有机废物堆肥还田的同时，高效回收沼气能源，实现了有机废物的无害化、稳定化、资源化利用；在堆肥发酵罐结构上的改进，不仅提供了稳定的高温杀菌环境，而且有效的回收堆肥产生的剩余热能，降低了资源浪费。

Description

有机废弃物热量和资源化同步回收装置
技术领域
本发明涉及一种固体废弃物处理处置和资源化回收利用的处理技术，尤其是一种涉及堆肥和沼气发酵的有机废物处理及其资源化回收的装置和方法。
背景技术
随着人们的生活水平提高以及农村养殖业向着集约化、规模化发展，有机废弃物的产生量逐年增加，如果对它们不合理的处理与处置不仅危害环境，而且造成了极大的资源浪费。总体上，就我国目前的有机废物处理处置技术和利用方式而言，有机废物的处理是一个高成本、低收益的过程，这一现实直接导致有机废物的处理率低，许多处理设施不能正常运行、有机废物造成的环境污染形势依然严峻。在全球能源短缺、资源紧张的大背景下，需要重新审视我国传统的有机废物处理处置和利用方式。由于有机废物的有机质含量较高，和一般固体废弃物比较，更容易被生物利用，因此从另一个角度而言，有机废物也是一种资源。所以，需要采用创新的技术对有机废物进行资源化再利用，变废为宝，在治理污染的同时，将有机废物生物转化为有用的资源和产品，符合循环经济的理念，也将是我国解决有机废物污染的重要发展方向。因此，发展对有机废物的资源化处理处置新技术已成为我国迫切需要解决的重要课题，是我国今后环境生物技术的重点研究方向之一。
有机废物资源化再生产得到的产品各有优势和不足，其中有机废物生物堆肥技术和厌氧消化产甲烷技术研究时间较长，技术水平较成熟，目前已经得到了广泛的应用。
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。通常，好氧堆肥的堆温较高，一般宜在55-60℃时较好，所以好氧堆肥也称高温堆肥。高温堆肥可以最大限度地杀灭病原菌，同时，对有机质的降解速度快，堆肥所需天数短，臭气发生量少。但是，好氧堆肥需要外界能量的输入，增加了能源消耗，同时产生的高温热能往往散失到环境中，因此，好氧堆肥技术的资源化回收并不理想。
厌氧消化产甲烷技术是指有机物质(如餐厨垃圾、市政污泥、人畜家禽粪便、秸秆、杂草等)在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、且功能不同的各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体(沼气)的复杂的生物化学过程。但是，厌氧消化技术很容易受温度条件的影响，在温度较低的环境下，微生物活性降低，降解效率低，产气差，几乎处于停滞状态，如果提供外加热源又会增加其成本，背离了环保高效的资源化回收理念。
发明内容
本发明的目的是在于解决好氧堆肥剩余热能损失、厌氧消化产甲烷低温产气低等造成的有机废物资源化回收率低的问题，提供一种有机废弃物热量和资源化同步回收装置，以及在厌氧消化基础上还耦合了弱电刺激微生物，通过减少有机酸积累，抑制产甲烷菌活性的问题，提高有机废物降解，提高产甲烷效果的方法。
为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种有机废弃物热量和资源化同步回收装置，包括堆肥反应罐、保温储水箱，沼气发酵罐，所述保温储水箱分别与集热水箱和沼气发酵罐相连接，所述沼气发酵罐上部连接集气罐，所述沼气发酵罐中部连接回流水调节罐，所述保温储水箱与沼气发酵罐之间和沼气发酵罐与堆肥反应罐之间分别通过水泵连接，用于集热水箱、保温储水箱和沼气发酵罐内的水流循环。
进一步，所述堆肥反应罐内装有搅拌器，顶部设有进料口和顶端出气口，上部装有集热水箱，下部设有承托板，底部中间设有渗滤液取样口，两侧分别设有进气口和出料口，堆肥反应罐的罐体侧面设有取样测温口。
进一步，所述集热水箱与堆肥反应罐接触的内壁采用传热效果好的不锈钢材料。
进一步，所述堆肥反应罐上的进气口连接曝气鼓风机，为好氧堆肥提供充足的氧气。
进一步，所述堆肥反应罐中的保温层内壁和集热水箱外壁分别添加一层耐高温、耐腐蚀的保温涂层，用于减少热量损失。
进一步，所述保温涂层采用硅酸铝保温材料或酚醛泡沫材料。
进一步，所述堆肥反应罐由～组构成堆肥反应组，以便为沼气反应罐提供稳定的热源。
进一步，所述保温储水箱设有进水口、出水口，内部设有水位浮标、温度传感器和热电偶。
进一步，所述沼气反应罐内设有传热装置，所述传热装置由传热导电性能好的不锈钢钢管构成，由传热装置提供热源，并作为电极，用于沼气反应罐内，通过弱电刺激提高沼气发酵。
进一步，所述沼气反应罐通过回流水调节罐进行沼气反应罐内部循环，增加微生物与底物的接触机会，缓解有机酸的浓度积累，提高沼气的产量与纯度。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.通过堆肥技术与厌氧消化技术联合处理有机废物，有效缩短了有机废物的发酵周期，提高了有机废物的资源利用，在有机废物堆肥还田的同时，高效回收沼气能源，实现了有机废物的无害化、稳定化、资源化利用；
2.在堆肥发酵罐结构上的改进，不仅提供了稳定的高温杀菌环境，而且有效的回收堆肥产生的剩余热能，降低了资源浪费；
3.在沼气发酵罐内铺设传热管道，有效控制了反应罐内的温度，为微生物提供更适宜的代谢环境，提高了有机废物的降解，缩短了发酵周期，增加了沼气产量；
4.同时，与传统沼气发酵技术相比，该发明还耦合弱电刺激微生物技术，使有机废物降解的更彻底，进一步提高了有机废物利用程度；
5.堆肥发酵和沼气发酵联合使用，不仅可以节约场地，而且实施、操作等更方便；
6.本发明在处理有机废物时，能同时达到有机废物无害、稳定、高效资源回收。
附图说明
图1为本发明的有机废弃物热量和资源化同步回收装置连接示意图；
图2为本发明的堆肥反应罐结构示意图；
图3为本发明的保温储水箱结构示意图；
图4为本发明的沼气发酵罐结构示意图；
图中505为进料口，506为出料口；
图5为本发明的堆肥反应罐进料口的俯视图；
图中201为进料口，202为堆肥发酵罐出气口，压力过大进行放气，203为搅拌轴；
图6为本发明的沼气发酵罐散热管道俯视图(生物阳极)；
图7为本发明的沼气发酵罐的生物阴极。
具体实施方式
为了清楚的理解本发明上述的目的，优点和特征，下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步地详细描述。
以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以进行若干的调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图7所示，本发明为了降低减少沼气发酵的运行成本，提高沼气发酵的环境适应能力，充分利用好氧堆肥产生的剩余热量，提高废物资源回收率，提供了一种有机废弃物热量和资源化同步回收装置，包括进料粉碎搅拌器、堆肥反应罐2，曝气鼓风机3，保温储水箱4，沼气发酵罐5，集气罐6，回流水调节罐7和水泵8；
进料粉碎搅拌器用于堆肥反应罐2和厌氧消化罐进料，曝气鼓风机3和堆肥反应罐2上的进气口209相连，用于好氧堆肥提供充足的氧气；保温储水箱4与集热水箱204相连；沼气发酵罐5与保温储水箱4相连；集气罐6与沼气发酵罐5相连；回流水调节罐7与沼气发酵罐5相连，为发酵罐内提供稳定的内循环；水泵8用于集热水箱204、保温储水箱4和沼气发酵罐5内的水流循环。
堆肥反应罐2由3～5组构成堆肥反应组，以便为沼气反应罐5提供稳定的热源。
如图2所示，堆肥反应罐2包括进料口201、顶端出气口202、搅拌器203、集热水箱204、承托板205、保温层206、出料口207、渗滤液取样口208、进气口209和取样测温口210。堆肥反应罐2的罐体内装有搅拌器203，顶部设有进料口201和顶端出气口202，上部装有集热水箱204，下部设有承托板205，底部中间设有渗滤液取样口208，两侧分别设有进气口209和出料口207，堆肥反应罐2的罐体侧面设有取样测温口210，堆肥反应罐2中的保温层206内壁添加一层耐高温、耐腐蚀的保温涂层，例如硅酸铝保温材料，酚醛泡沫材料等减少热量损失；堆肥反应罐2罐体的顶部的集热水箱204外壁应用与206内壁相同的保温材料，集热水箱204与反应罐接触的内壁应用传热效果好的不锈钢材料。
如图3所示，保温储水箱4设有进水口401、出水口402，并通过进水口401连接堆肥反应罐2的集热水箱204的出口，通过出水口402连接沼气发酵罐5；保温储水箱4内设有水位浮标403、温度传感器404和热电偶405；保温储水箱4中的热电偶405的用途是在温度过低的季节，堆肥反应罐2无法提供充足热源，保证沼气反应罐5的工作温度保持在适宜范围内。
如图4所示，沼气反应罐5内设有传热装置501，铺设原理与暖气管道类似，螺旋铺设，增加受热面积；沼气反应罐5中的传热装置501由传热导电性能好的不锈钢钢管构成；沼气反应罐5中的传热装置501不仅提供热源，还用来做电极，用于反应器内，通过弱电刺激提高沼气发酵；沼气反应罐5内设有生物阴极502，沼气反应罐5通过回流水调节罐7进行反应器内部循环，增加微生物与底物的接触机会，缓解有机酸的浓度积累，提高沼气的产量与纯度。
在本发明实例中，所述堆肥反应罐设计保温结构，向其保温层内壁添加一层耐高温、耐腐蚀的保温涂层，例如硅酸铝保温材料，酚醛泡沫材料等减少热量损失，增加反应器的使用寿命；
在本发明实例中，堆肥发酵罐顶部镶嵌集热水箱，集热水箱与堆肥发酵罐接触部分用传热性能较好的材料，外壁用堆肥反应罐相同的保温材料，用于回收利用好氧堆肥的剩余热量；同时，在堆肥发酵罐和集热水箱内同时安装温控检测系统，对反应器内进行实时观测；
在本发明实例中，堆肥发酵罐中部位置设置取样口，用于观测堆肥的腐熟程度，判断堆肥效果；
在本发明实例中，保温储水箱与堆肥发酵罐内嵌的集热水箱和沼气发酵罐相连，通过集热水箱将收集的剩余热量传递到沼气发酵罐中，目的是为了让沼气发酵罐一年四季能够在恒定的适宜温度下工作；
在本发明实例中，由于好氧堆肥的主要过程是高温的腐熟阶段，然而高温阶段一般会持续5～10天，为了能够为沼气发酵罐提供稳定持续的适温，该发明实例设置了3～5组堆肥发酵罐，通过参数设定，进行续批式工作模式；
在本发明实例中，沼气发酵罐内铺设有3～4组螺旋不锈钢钢管，采用暖气管铺设原理提高散热能力；
在本发明实例中，沼气发酵罐内的传热装置还可以起到电极的作用，通过对附着在管壁上的微生物进行弱电刺激，增强其降解能力，提高发酵效率；
在本发明实例中，整个装置系统内的水流循环通过回流泵来实现；
使用上述提供的一种有机废弃物热量和资源化同步回收装置具体步骤如下：
发酵开始时，首先将人畜禽粪便、粉碎的农作物秸秆和餐厨垃圾按照1:1：1(质量比)的比例混合,然后加入占混合物总质量1％的好氧发酵菌剂混合均匀,加入到好氧发酵装置中,进行高温发酵,达到消灭有毒有害病菌,降解低等动物难以利用的纤维素、木质素等物质的双重目的,生产出符合低等符合要求的基料；一般而言,好氧堆肥发酵温度能达到(60±5)℃,如果出现发酵温度降低的情况,则进行强制供氧,直到发酵温度稳定,保持发酵温度在(60±5)℃发酵5～10d。同时将混合好的物料人畜禽粪便、粉碎的农作物秸秆和餐厨垃圾加入占混合物质体积相同的发酵沼液(S/I＝1)混合均匀，加入到厌氧发酵罐中，将好氧堆肥发酵产生的剩余热量经过集热水箱传递给厌氧发酵罐，当堆肥发酵罐进入降温阶段时切换至另一高温阶段的堆肥反应罐内的集热水箱中。
运行过程中，除进料外，进行自动控制系统，实现无人操作，定时进行堆肥发酵的曝气和搅拌，以及智能切换集热水箱向保温储水箱的供应；
主要装置：堆肥发酵罐，有效容积40L，反应器数量为5组；沼气发酵罐，有效容积100L；
发酵原料：餐厨垃圾，畜禽粪便，农作物秸秆
发酵过程：堆肥发酵罐采用序批式运行，首先填充1#堆肥反应罐，1#堆肥反应罐运行8天后填充2#反应罐，依次至5#反应罐，每个反应罐距填料50天后填充新鲜原料，如此反复循环。沼气发酵罐每40天为一周期，进行出料和进料。堆肥反应罐和沼气发酵罐的出料均用于还田处理。
以上所述仅是本发明的个别选例，并不限制本发明，所以凡是不脱离本发明所公开的理念思想下完成的等效或修改，都落入本发明的范围。

Claims (1)

1.一种有机废弃物热量和资源化同步回收装置的使用方法，其特征在于，步骤如下：
SS1：发酵开始时，首先将人畜禽粪便、粉碎的农作物秸秆和餐厨垃圾按照质量比1:1:1的比例混合；
SS2：加入占混合物总质量1％的好氧发酵菌剂混合均匀，加入到好氧发酵装置中，进行高温发酵，如果出现发酵温度降低的情况，则进行强制供氧，直到发酵温度稳定，保持发酵温度在(60±5)℃发酵5～10d；
SS3：同时将混合好的人畜禽粪便、粉碎的农作物秸秆和餐厨垃圾加入占混合物质体积相同的发酵沼液混合均匀，加入到厌氧发酵罐中，将好氧堆肥发酵产生的剩余热量经过集热水箱传递给厌氧发酵罐，当堆肥发酵罐进入降温阶段时切换至另一高温阶段的堆肥反应罐内的集热水箱中；
运行过程中，除进料外，进行自动控制系统，实现无人操作，定时进行堆肥发酵的曝气和搅拌，以及智能切换集热水箱向保温储水箱的供应；
堆肥发酵罐，有效容积40L，反应器数量为5组；沼气发酵罐，有效容积100L；
发酵过程利用堆肥发酵罐采用序批式运行，首先填充1#堆肥反应罐，1#堆肥反应罐运行8天后填充2#反应罐，依次至5#反应罐，每个反应罐距填料50天后填充新鲜原料，如此反复循环；沼气发酵罐每40天为一周期，进行出料和进料；堆肥反应罐和沼气发酵罐的出料均用于还田处理；
该使用方法所使用的有机废弃物热量和资源化同步回收装置，包括堆肥反应罐(2)、保温储水箱(4)，沼气发酵罐(5)，所述保温储水箱(4)分别与集热水箱(204)和沼气发酵罐(5)相连接，所述沼气发酵罐(5)上部连接集气罐(6)，所述沼气发酵罐(5)中部连接回流水调节罐(7)，所述保温储水箱(4)与沼气发酵罐(5)之间和沼气发酵罐(5)与堆肥反应罐(2)之间分别通过水泵(8)连接，用于集热水箱(204)、保温储水箱(4)和沼气发酵罐(5)内的水流循环；
所述堆肥反应罐(2)内装有搅拌器(203)，顶部设有进料口(201)和顶端出气口(202)，上部装有集热水箱(204)，下部设有承托板(205)，底部中间设有渗滤液取样口(208)，两侧分别设有进气口(209)和出料口(207)，堆肥反应罐(2)的罐体侧面设有取样测温口(210)；
所述集热水箱(204)与堆肥反应罐(2)接触的内壁采用传热效果好的不锈钢材料；
所述堆肥反应罐(2)上的进气口(209)连接曝气鼓风机(3)，为好氧堆肥提供充足的氧气；
所述堆肥反应罐(2)中的保温层(206)内壁和集热水箱(204)外壁分别添加一层耐高温、耐腐蚀的保温涂层，用于减少热量损失；
所述保温涂层采用硅酸铝保温材料或酚醛泡沫材料；
所述堆肥反应罐(2)由3～5组构成堆肥反应组，以便为沼气反应罐(5)提供稳定的热源；
所述保温储水箱(4)设有进水口(401)、出水口(402)，内部设有水位浮标(403)、温度传感器(404)和热电偶(405)；
所述沼气反应罐(5)内设有传热装置(501)，所述传热装置(501)由传热导电性能好的不锈钢钢管构成，由传热装置(501)提供热源，并作为电极，用于沼气反应罐(5)内，通过弱电刺激提
高沼气发酵，沼气发酵罐内铺设有3～4组螺旋不锈钢钢管；
沼气反应罐（5）内设有生物阴极（502），所述沼气反应罐(5)通过回流水调节罐(7)进行沼气反应罐(5)内部循环，增加微生物与底物的接触机会，缓解有机酸的浓度积累，提高沼气的产量与纯度；
堆肥发酵罐有效容积40L，反应器数量为5组；沼气发酵罐，有效容积100L。
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