CN112608172A - 一种一体化智能膜法好氧发酵系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种一体化智能膜法好氧发酵系统及方法，包括：发酵仓、收卷膜机、缠绕在收卷膜机上的半渗透膜、膜法机器人，所述收卷膜机可在发酵仓内移动用于铺卷半渗透膜，所述半渗透膜用于密封发酵仓内放置的发酵原料，所述收卷膜机的下方设有用于翻抛发酵原料的膜法机器人，本发明可进一步提升膜覆盖发酵技术的机械化和智能化程度，通过收卷膜机和膜法机器人极大减少了人力付出，并能够实时掌握堆体各区域的发酵状态；通过控制系统智能调节通风速率及时长，降低管理人员的专业要求；通过膜下翻抛以及膜外气体的二次过滤进一步减少发酵过程中有害气体排放，提升膜覆盖发酵技术的环保性能。

Description

一种一体化智能膜法好氧发酵系统及方法

技术领域

本发明涉及废弃物无害化处理技术领域，尤其涉及一种一体化智能膜法好氧发酵系统及方法。

背景技术

生物质资源的肥料化利用是解决畜禽粪污、农作物秸秆以及污泥等产量大、利用难和污染重等问题的有效途径之一。好氧发酵技术是肥料化利用过程中常见的主要技术，目前多以条垛式和槽式为主，其投资少、处理量大，但在发酵过程中易造成二次污染，产生的氨气、硫化氢等臭气以及甲烷、氧化亚氮等温室气体直接排放到大气中，随着国家对生态环境治理的重视程度的提升，研发和推广环保性能优越的好氧发酵设备及工艺势必是未来的发展趋势。

膜覆盖好氧发酵技术因其对气候、气溶胶和臭气的综合防治功能被广泛应用在有机废弃物好氧堆肥中，其是在条垛式或槽式好氧堆肥的基础上，在堆体上方覆盖一层具有选择渗透作用的半渗透膜，从而实现对有害气体的原位减排并缩短堆体发酵周期。然而，为提升好氧发酵的均匀度，该技术需要人为解开膜的密封装置并依靠人工或卷膜机掀开膜后进行翻抛，不仅费时费力，还会在翻抛过程中造成有害气体的散逸。

发明内容

本发明提供一种一体化智能膜法好氧发酵系统及方法，用以解决现有技术中需要人工掀膜和翻抛发酵原料，费时费力的缺陷。

本发明提供一种一体化智能膜法好氧发酵系统，包括：发酵仓、收卷膜机、缠绕在收卷膜机上的半渗透膜、膜法机器人，所述收卷膜机可在发酵仓内移动用于铺卷半渗透膜，所述半渗透膜用于密封发酵仓内放置的发酵原料，所述收卷膜机的下方设有用于翻抛发酵原料的膜法机器人。

根据本发明提供的一种一体化智能膜法好氧发酵系统，所述发酵仓上设有控制系统，所述收卷膜机、膜法机器人均与控制系统电连接。

根据本发明提供的一种一体化智能膜法好氧发酵系统，所述发酵仓的内壁上上下间隔设有三条滑轨，三条所述滑轨从上至下依次用于收卷膜机的移动、半渗透膜的密封以及膜法机器人的移动。

根据本发明提供的一种一体化智能膜法好氧发酵系统，位于中间的所述滑轨的一侧设有存水槽，所述存水槽的一侧设有与外界连通的上排液口。

根据本发明提供的一种一体化智能膜法好氧发酵系统，所述收卷膜机的上方设有用于将半渗透膜与滑轨压紧密封的压膜装置，所述压膜装置与控制系统电连接。

根据本发明提供的一种一体化智能膜法好氧发酵系统，所述膜法机器人的上部贯穿有与滑轨滑动连接的承重臂，所述膜法机器人内设有驱动承重臂沿滑轨移动的第一驱动装置；所述膜法机器人的下部外侧设有由链轮带动的翻抛臂，所述链轮与第二驱动装置连接，所述翻抛臂上均匀布满翻抛爪，所述第一驱动装置和第二驱动装置均与控制系统电连接。

根据本发明提供的一种一体化智能膜法好氧发酵系统，所述膜法机器人的顶部设有压力传感器，所述膜法机器人内设有向下延伸的伸缩臂，所述伸缩臂的伸缩端上设有温度传感器、氧浓度传感器以及湿度传感器，所述压力传感器、伸缩臂、温度传感器、氧浓度传感器以及湿度传感器均与控制系统电连接。

根据本发明提供的一种一体化智能膜法好氧发酵系统，所述收卷膜机的上方设有尾气净化系统，所述尾气净化系统由进气端至出气端依次设有冷凝装置和过滤装置，所述冷凝装置与存水槽连通，所述过滤装置与外界连通。

根据本发明提供的一种一体化智能膜法好氧发酵系统，所述发酵仓的底部设有由隔板分隔出的风室，所述隔板上设有若干气孔，所述风室内设有曝气风机，所述曝气风机与控制系统电连接；所述风室的底部设有渗滤液积槽，所述渗滤液积槽通过下排液口与外界连通。

根据本发明提供的一种一体化智能膜法好氧发酵方法，包括以下步骤：

1)将发酵原料经由所述发酵仓的进料口装入发酵仓中；

2)开启所述收卷膜机，所述收卷膜机在滑轨上由一端移动至另一端用于将半渗透膜铺设在滑轨上，开启所述压膜装置将半渗透膜与滑轨密封；

3)在所述控制系统中设定曝气模式、膜法机器人翻抛间隔、各传感器反馈区间、压力极限值以及出料温度，开启本次发酵。

4)当发酵原料各区域的温度值均低于设定的出料温度后，所述控制系统自动停止曝气风机、提升压膜装置、收卷膜机卷起半渗透膜、打开出料口进行出料，出料结束后关闭出料口，本次发酵结束。

本发明提供的一体化智能膜法好氧发酵系统及方法，可进一步提升膜覆盖发酵技术的机械化和智能化程度，通过收卷膜机和膜法机器人极大减少了人力付出，并能够实时掌握堆体各区域的发酵状态；通过控制系统智能调节通风速率及时长，降低管理人员的专业要求；通过膜下翻抛以及膜外气体的二次过滤进一步减少发酵过程中有害气体排放，提升膜覆盖发酵技术的环保性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一体化智能膜法好氧发酵系统的结构示意图；

图2是本发明提供的一体化智能膜法好氧发酵系统的侧视图；

图3是本发明提供的一体化智能膜法好氧发酵系统的正视图；

图4是本发明提供的一体化智能膜法好氧发酵系统的俯视图；

图5是本发明提供的膜法机器人的结构示意图；

附图标记：

1：发酵仓； 2：半渗透膜； 3：膜法机器人；

4：风室； 5：尾气净化系统； 6：控制系统；

7：滑轨； 8：电磁铁； 9：存水槽；

10：上排液口； 11：进料口； 12：隔板；

13：渗滤液积槽； 14：下排液口； 15：万向轮；

16：支撑杆； 17：压膜装置； 18：收卷膜机；

19：曝气风机； 20：牵引机构； 21：出料口；

22：承重臂； 23：动力室； 24：控制室；

25：压力传感器； 26：翻抛臂； 27：翻抛爪；

28：链轮； 29：伸缩臂； 30：温度传感器；

31：氧浓度传感器； 32：湿度传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图5描述本发明的一体化智能膜法好氧发酵系统及方法。

实施例1：

一体化智能膜法好氧发酵系统，包括：发酵仓1、收卷膜机18、缠绕在收卷膜机18上的半渗透膜2、膜法机器人3，收卷膜机18可在发酵仓1内移动用于铺卷半渗透膜2，半渗透膜2用于密封发酵仓1内放置的发酵原料，半渗透膜2由三层材料组成，中间层材料为膨体聚四氟乙烯，该材料上分布有微米级别的微孔(孔径为0.2μm)，内外两层材料为聚酯纤维，具备良好的抗拉、防辐射和耐腐蚀作用。所述收卷膜机的下方设有用于翻抛发酵原料的膜法机器人。

发酵仓1为矩形，壁内填充有隔热材料，用以减少发酵仓1内与外界的热量交换，发酵仓1的一侧顶部对称布置有两个长方形的进料口11，可在电动推杆的控制下自行开启与关闭，发酵仓1的一侧底部布置有出料口21，其上设置有取样口，可实现小规模取样以及大规模出料。出料口21上方可选配牵引机构20，仓体下方可选配万向轮15，可在动力机械的带动下实现短距离移动。该仓体若由钢筋混凝土或其他材料建成固体式则无需配备牵引机构20和万向轮15。

发酵仓1上设有控制系统6，收卷膜机18、膜法机器人3均与控制系统6电连接。控制系统6为PLC控制器，对收卷膜机18、膜法机器人3智能控制，具有定时调节、变频调节、温度/压力/氧浓度/湿度反馈调节等模式，并可以图表等形式将采集数据展现在人机交互界面内，实现堆体发酵过程中各传感器数据的可视化。

发酵仓1的内壁上上下间隔设有三条滑轨7，三条滑轨7从上至下依次用于收卷膜机18的移动、半渗透膜2的密封以及膜法机器人3的移动。半渗透膜2的边缘铺开后搭在中间的滑轨7上，三条滑轨7均水平设置在发酵仓1内部的上部，实现膜法机器人3和收卷膜机18在不同空间的同步作业，滑轨7上布置有电磁铁8，半渗透膜2的边缘设有软磁条，电磁铁8与控制系统6电连接，可在电磁铁8的吸力下使半渗透膜2紧密贴合在滑轨7上以确保侧边的密闭性。

位于中间的滑轨7的一侧设有存水槽9，存水槽9的一侧设有与外界连通的上排液口10。存水槽9设置在收卷膜机18的一侧，用于收集膜外产生的冷凝水，发酵结束后冷凝水可由上排液口10排出。

收卷膜机18的上方设有用于将半渗透膜2与滑轨7压紧密封的压膜装置17，压膜装置17与控制系统6电连接。半渗透膜2的一端与发酵仓1的侧壁固定，由收卷膜机18带动下进行收卷工作，铺设完毕后由电动推杆推动压膜装置17实现密封，压膜装置17可以为滚轴，将半渗透膜2与滑轨7压紧。

膜法机器人3的上部贯穿有与滑轨7滑动连接的承重臂22，膜法机器人3内设有驱动承重臂22沿滑轨7移动的第一驱动装置；膜法机器人3的头部由动力室23及控制室24组成，动力室23内设有第一驱动装置，控制室24用于数据传输，与控制系统6电连接，可以为通讯模块。承重臂22与滑轨7接触的其中一端或两端设有与第一驱动装置驱动连接的滑轮或齿轮，为齿轮时滑轨7上设有与齿轮对应的齿牙，第一驱动装置的驱动端贯穿承重臂22与滑轮或齿轮驱动连接，带动承重臂22和膜法机器人3沿滑轨7水平移动。膜法机器人3的下部外侧设有由链轮28带动的翻抛臂26，链轮28与第二驱动装置连接，翻抛臂26上均匀布满翻抛爪27，所述第一驱动装置和第二驱动装置均与控制系统6电连接。膜法机器人3的下部为框架，框架的外侧套接有翻抛臂26，翻抛臂26设置在膜法机器人3移动的方向，其余两侧为开口，翻抛爪27为仿人手设计，具有向上的弧度并且由尖端到后方逐渐加宽，在链轮28的带动下先插入到物料深处，再在向上的动力下将物料抓起并向后扬起，减少堆体的厌氧区域并增强发酵的均匀程度。

膜法机器人3的顶部设有压力传感器25，可实时监测发酵仓1内各处的压力数值，进而调控通风以确保堆体处于微正压的好氧发酵环境中。膜法机器人3内设有向下延伸的伸缩臂29，伸缩臂29的伸缩端上设有温度传感器30、氧浓度传感器31以及湿度传感器32，压力传感器25、伸缩臂29、温度传感器30、氧浓度传感器31以及湿度传感器32均与控制系统6电连接。可在移动过程中对不同区域不同深度的物料的温度、氧浓度以及湿度进行监测，并在监测后缩回伸缩臂29内部自行关机，防止传感器因长期处于湿热环境中而损坏。

收卷膜机18的上方设有尾气净化系统5，尾气净化系统5由进气端至出气端依次设有冷凝装置和过滤装置，冷凝装置为冷却盘管，过滤装置为现有的过滤装置，所述冷凝装置与存水槽9连通，所述过滤装置与外界连通。发酵产生的气体先经半渗透膜2进行一次过滤，膜外的气体再进入尾气净化系统5进行冷凝和二次过滤，冷凝后的冷凝水以及膜外的冷凝水均进入存水槽9中，二次过滤后的气体则排出到外界环境中。

发酵仓1的底部设有由隔板12分隔出的风室4，隔板12上设有若干气孔，风室4内设有曝气风机19，曝气风机19与控制系统6电连接；风室4的底部设有渗滤液积槽13，渗滤液积槽13通过下排液口14与外界连通。发酵仓1内的两侧对称布置有两台曝气风机19，每台曝气风机19可在控制系统6的控制下向左右两侧进行曝气，可针对膜法机器人3监测到的传感器数据进行分区域曝气，并且每台曝气风机19均配备有变频器，可实现多级曝气。风机通入的空气经由风室4上铺设的隔板12上的气孔进入堆体内部，同时堆体发酵过程中产生的渗滤液经由气孔流入下方的渗滤液积槽13中，发酵结束后由下排液口14排出。

实施例2：

根据本发明提供的一种一体化智能膜法好氧发酵方法，包括以下步骤：

1)将发酵原料经由发酵仓1的进料口11装入发酵仓1中；

2)开启收卷膜机18，收卷膜机18在滑轨7上由一端移动至另一端用于将半渗透膜2铺设在滑轨7上，开启压膜装置17将半渗透膜2与滑轨7密封；

3)在控制系统6中设定曝气模式、膜法机器人3翻抛间隔、各传感器反馈区间、压力极限值以及出料温度，开启本次发酵。优选采用多传感器多区域联合反馈调节模式，即温-氧-压-湿度-分区域联合反馈调节。首先按照曝气风机19的控制范围将发酵区域划分为四个，再基于设定的反馈调节区间以及高、中、低三档曝气速率对堆体进行实时反馈控制，反馈调节时基于各自的判定标准对曝气风机19进行控制，存在干涉时的优先级由高到低依次为温度传感器30、氧浓度传感器31、压力传感器25以及湿度传感器32，具体反馈调节模式如下：

当湿度传感器32监测到的某区域湿度值高于其他区域湿度值均达3％以上时，以中频率对该区域进行连续通风，直到低于3％时停止湿度判定；当膜下压力监测值低于设定区间最小值时，曝气风机19以设置的中频率进行连续通风，达到最大值时停止压力判定；当某区域的氧浓度传感器31监测值低于设定区间最小值时，若压力处于压力设定区间最大值之上时，则以设置的低频率进行连续通风，若压力低于最大值但高于最小值，则以正常频率进行通风，均达到氧浓度设定区间的最大值后停止氧浓度判定；当温度传感器30监测值高于设定的最大值时，若压力处于压力设定区间最大值之上时，以设置的低频率进行连续通风，若压力低于最大值但高于最小值，则以中频率进行通风，若压力低于最小值，则以高频率进行通风，待温度低于设定区间的最小值后停止温度判定。整个发酵过程中，若膜下压力达到预设的压力极限值时，则终止所有判定并立即停止通风，以防半渗透膜2因长期处于高压环境中而损坏。

4)当发酵原料各区域的温度值均低于设定的出料温度后，控制系统6自动停止曝气风机19、提升压膜装置17、断开电磁铁8、收卷膜机18卷起半渗透膜2、打开出料口21进行出料，出料结束后关闭出料口21，本次发酵结束。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种一体化智能膜法好氧发酵系统，其特征在于，包括：发酵仓、收卷膜机、缠绕在收卷膜机上的半渗透膜、膜法机器人，所述收卷膜机可在发酵仓内移动用于铺卷半渗透膜，所述半渗透膜用于密封发酵仓内放置的发酵原料，所述收卷膜机的下方设有用于翻抛发酵原料的膜法机器人。

2.根据权利要求1所述的一体化智能膜法好氧发酵系统，其特征在于，所述发酵仓上设有控制系统，所述收卷膜机、膜法机器人均与控制系统电连接。

3.根据权利要求2所述的一体化智能膜法好氧发酵系统，其特征在于，所述发酵仓的内壁上上下间隔设有三条滑轨，三条所述滑轨从上至下依次用于收卷膜机的移动、半渗透膜的密封以及膜法机器人的移动。

4.根据权利要求3所述的一体化智能膜法好氧发酵系统，其特征在于，位于中间的所述滑轨的一侧设有存水槽，所述存水槽的一侧设有与外界连通的上排液口。

5.根据权利要求3所述的一体化智能膜法好氧发酵系统，其特征在于，所述收卷膜机的上方设有用于将半渗透膜与滑轨压紧密封的压膜装置，所述压膜装置与控制系统电连接。

6.根据权利要求3所述的一体化智能膜法好氧发酵系统，其特征在于，所述膜法机器人的上部贯穿有与滑轨滑动连接的承重臂，所述膜法机器人内设有驱动承重臂沿滑轨移动的第一驱动装置；所述膜法机器人的下部外侧设有由链轮带动的翻抛臂，所述链轮与第二驱动装置连接，所述翻抛臂上均匀布满翻抛爪，所述第一驱动装置和第二驱动装置均与控制系统电连接。

7.根据权利要求6所述的一体化智能膜法好氧发酵系统，其特征在于，所述膜法机器人的顶部设有压力传感器，所述膜法机器人内设有向下延伸的伸缩臂，所述伸缩臂的伸缩端上设有温度传感器、氧浓度传感器以及湿度传感器，所述压力传感器、伸缩臂、温度传感器、氧浓度传感器以及湿度传感器均与控制系统电连接。

8.根据权利要求4所述的一体化智能膜法好氧发酵系统，其特征在于，所述收卷膜机的上方设有尾气净化系统，所述尾气净化系统由进气端至出气端依次设有冷凝装置和过滤装置，所述冷凝装置与存水槽连通，所述过滤装置与外界连通。

9.根据权利要求2所述的一体化智能膜法好氧发酵系统，其特征在于，所述发酵仓的底部设有由隔板分隔出的风室，所述隔板上设有若干气孔，所述风室内设有曝气风机，所述曝气风机与控制系统电连接；所述风室的底部设有渗滤液积槽，所述渗滤液积槽通过下排液口与外界连通。

10.一种一体化智能膜法好氧发酵方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将发酵原料经由所述发酵仓的进料口装入发酵仓中；

2)开启所述收卷膜机，所述收卷膜机在滑轨上由一端移动至另一端用于将半渗透膜铺设在滑轨上，开启所述压膜装置将半渗透膜与滑轨密封；

3)在所述控制系统中设定曝气模式、膜法机器人翻抛间隔、各传感器反馈区间、压力极限值以及出料温度，开启本次发酵。

4)当发酵原料各区域的温度值均低于设定的出料温度后，所述控制系统自动停止曝气风机、提升压膜装置、收卷膜机卷起半渗透膜、打开出料口进行出料，出料结束后关闭出料口，本次发酵结束。

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