CN112679250B - 封闭的负压好氧堆肥系统和堆肥方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种封闭的负压好氧堆肥系统和堆肥方法，涉及堆肥技术，本系统包括：堆肥反应器保温层、堆肥反应器内壁、反应器顶盖外壁、吸水保温层、有孔加热板、循环排气管、尾气排放管、尾气回流管、曝气管和抽风机；通过上述反应器的吸水保温层，可以吸附气体中的水分，同时基于循环排气管可以回收尾气，使得气体的热量保留在反应器之中，并且通过循环吸附，可以减少排除反应器的尾气的臭气，这些氨氮气体留在堆肥中可以增加肥料的营养。

Description

封闭的负压好氧堆肥系统和堆肥方法

技术领域

本发明涉及堆肥技术，尤其是一种封闭的负压好氧堆肥系统和堆肥方法。

背景技术

好氧堆肥处理技术是一种利用微生物对有机固体废物中易腐有机物进行生物降解，使之成为具有良好稳定性的腐殖土状肥料的污泥无害化处理、资源化利用技术。好氧堆肥的主要因素包括：温度、水分、含水率和供氧量。其中供氧量是堆肥运行过程中的主要控制参数，通过通风量进行调节。

通风供氧方式主要有：(1)自然扩散：在物料堆层表面和内部之间存在氧浓度差，利用空气的自然扩散，氧由堆层表面向里扩散。(2)翻堆：利用堆料的翻倒或搅拌，把空气包裹到固体颗粒的间隙中。(3)强制通风：有正压鼓风、负压抽气和正压鼓风、负压抽气组成的混合通风。与其他方式相比，强制通风易于操作和控制，是为堆料供氧的最有效的通风方式。与自然扩散与翻堆相比，由于强制通风易于控制，堆肥周期短，因此强制通风是普遍采用的一种通气方式。

在强制通风模式中，正压鼓风是将通风管从底部伸入堆体内，给堆体供气。该方式容易带走热量，同时冷空气送入堆体，可能会引起堆体温度的过快下降且难以控制。另外，由于堆肥过程中产生了大量的氨气和硫化氢等气体，导致车间内空气臭气严重。负压抽气是利用抽风机从堆体底部抽取气体，在压力差的推动下，空气中顶部进入堆体中。负压曝气在改善车间环境、改善工作环境等方面的优点。但负压抽气工艺的堆肥产品水分难以保证。因此需要进一步改善。

有机固废好氧堆肥过程的主要作用之一是减少物料的水分，而水分蒸发的同时也会带走大量的热量；曝气通风为冷风，也会吸收部分的热量，从而一定程度减缓堆肥的升温和保温。

因此，如何减少水分和减少热量损失，是一个好氧堆肥控制过程中的一个难点。

发明内容

为解决上述技术问题的至少之一，本发明的目的在于：提供一种封闭的负压好氧堆肥系统和堆肥方法，以减少堆肥中水分的同时减少热量损失，以在更少的能耗下提供更优质的肥料。

第一方面，本发明实施例提供了：

一种封闭的负压好氧堆肥系统，包括：堆肥反应器保温层、堆肥反应器内壁、反应器顶盖外壁、吸水保温层、有孔加热板、循环排气管、尾气排放管、尾气回流管、曝气管和抽风机；

所述堆肥反应器保温层设置在所述堆肥反应器内壁的外侧，所述堆肥反应器内壁所形成的腔体用于放置堆肥料，所述反应器顶盖外壁与所述堆肥反应器内壁形成第一腔体，所述有孔加热板与所述反应器顶盖外壁围成第二腔体所述吸水保温层设置在所述第二腔体中，所述循环排气管设置在所述反应器顶盖外壁上，所述循环排气管通过尾气排放管与大气连通，所述循环排气管通过尾气回流管与堆肥反应器内壁的内侧连通，所述曝气管与所述堆肥反应器内壁的内侧连通，所述抽风机用于将所述第一腔体内的气体抽向所述循环排气管。

在部分实施例中，所述系统还包括冷凝水收集装置，所述冷凝水收集装置设置在所述反应器顶盖外壁的边缘，所述反应器顶盖外壁为倒“V”形。

在部分实施例中，所述堆肥反应器内壁为圆柱形。

在部分实施例中，所述堆肥反应器内壁的直径为50cm，高度为90cm。

在部分实施例中，所述堆肥反应器内壁为长方体。

在部分实施例中，所述堆肥反应器内壁的长度为120cm，宽度为100cm，高度为100cm。

在部分实施例中，所述反应器内壁中设置有温度传感器。

在部分实施例中，所述堆肥反应器内壁中设置有电极板。

第二方面，本发明实施例提供了：

一种堆肥方法，包括以下步骤：

将有机固体废料和膨松剂按照预设的比例混合，并加水搅拌均匀，得到堆肥原料；

将所述堆肥原料放置于上述的封闭的负压好氧堆肥系统中进行堆肥；

其中，所述堆肥原料的水含量为65wt％～75wt％，其中，所述抽风机的采取连续曝气或者间歇曝气的模式，当所述抽风机采用连续曝气的模式时，所述抽风机的抽风流量为3～5m³/min·m³，所述尾气回流管的流量占所述抽风机的抽风流量的60％～90％；当所述抽风机采用间歇曝气的模式时，曝气间隔为1小时，所述抽风机的抽风流量为0.1～0.5m³/min·m³。

在部分实施例中，所述有机固体废料采用鸡粪，所述膨松剂采用稻壳，所述鸡粪和所述稻壳的体积比为1:1，所述鸡粪和所述稻壳组成的堆肥原料的含水量为70％-75％，所述抽风机采用间歇曝气模式，所述抽风机的抽风流量为3m³/min·m³，回流流量为2.5m³/min·m³。

本发明实施例的有益效果是：通过上述反应器的吸水保温层，可以吸附气体中的水分，同时基于循环排气管可以回收尾气，使得气体的热量保留在反应器之中，并且通过循环吸附，可以减少排除反应器的尾气的臭气(氨氮气体)，这些氨氮气体留在堆肥中可以增加肥料的营养。

附图说明

图1为封闭的负压好氧堆肥系统的结构示意图；

图2为图1中区域B的局部结构的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明进行进一步的说明。

参照图1和图2，一种封闭的负压好氧堆肥系统，包括：堆肥反应器保温层1、堆肥反应器内壁2、反应器顶盖外壁4、吸水保温层5、有孔加热板6、循环排气管7、尾气排放管8、尾气回流管9、曝气管10和抽风机11；

所述堆肥反应器保温层1设置在所述堆肥反应器内壁2的外侧，所述堆肥反应器内壁2所形成的腔体用于放置堆肥料，所述反应器顶盖外壁4与所述堆肥反应器内壁2形成第一腔体，所述有孔加热板6与所述反应器顶盖外壁4围成第二腔体所述吸水保温层5设置在所述第二腔体中，所述循环排气管7设置在所述反应器顶盖外壁4上，所述循环排气管通过尾气排放管8与大气连通，所述循环排气管7通过尾气回流管9与堆肥反应器内壁2的内侧连通，所述曝气管10与所述堆肥反应器内壁2的内侧连通，所述抽风机11用于将所述第一腔体内的气体抽向所述循环排气管7(当然，风也会有部分在尾气排放管8排除)。所述反应器内壁中设置有温度传感器。所述堆肥反应器内壁中设置有电极板。

在部分实施例中，所述系统还包括冷凝水收集装置3，所述冷凝水收集装置3设置在所述反应器顶盖外壁4的边缘，所述反应器顶盖外壁4的截面为倒“V”形，例如，反应器顶盖外壁可以是无底的圆锥形。同样的，有孔加热板6也可以设计成与反应器顶盖外壁4相同的结构，这样，气体中的水被吸附凝结后，可以流到冷凝水收集装置3之中。

可以理解的是，可以根据实际的需要设计堆肥反应器内壁的形状。在部分实施例中，所述堆肥反应器内壁为圆柱形。所述堆肥反应器内壁的直径为50cm，高度为90cm。在部分实施例中，所述堆肥反应器内壁为长方体。所述堆肥反应器内壁的长度为120cm，宽度为100cm，高度为100cm。

从上述描述可知，反应器顶盖采用全封闭设计，顶盖主要由三部分组成：有孔(透气)加热板、吸水保温层和反应器顶盖外壁(外盖封闭层)。透气加热板的作用是利于堆肥过程中产生的水蒸气透过，而不会遇冷而形成冷凝水，该板的加热温度根据堆肥气体的最高温度而定，一般设置比堆肥尾气温度高1-2°即可；吸水保温层的目的是利用白色的棉材料给反应器进行保温，同时也可吸附外排气体中的水分；在外盖封闭层顶部设置一个抽风机，目的是在反应器内部形成负压，环境中的空气在压力差的作用下，进入堆体内部；抽风机的气体大部分循环回到堆肥的底部。该部分的气体具有一定的热量，有利于减少堆肥曝气时，对所曝的冷空气家人而造成的热量损失。同时，尾气中的氨气等臭气可以经过多次吸附，从而减少了臭气外排，增加了堆肥产品的氮素，提高了堆肥产品的肥力。

一种堆肥方法，包括以下步骤：

步骤1、将有机固体废料和膨松剂按照预设的比例混合，并加水搅拌均匀，得到堆肥原料；

步骤2、将所述堆肥原料放置于所述的封闭的负压好氧堆肥系统中进行堆肥；

其中，所述堆肥原料的水含量为65wt％～75wt％，其中，所述抽风机的采取连续曝气或者间歇曝气的模式，当所述抽风机采用连续曝气的模式时，所述抽风机的抽风流量为3～5m³/min·m³，所述尾气回流管的流量占所述抽风机的抽风流量的60％～90％；当所述抽风机采用间歇曝气的模式时，曝气间隔为1小时，所述抽风机的抽风流量为0.1～0.5m³/min·m³。从图1中可知，风机流量以5Q表示，则被抽入尾气回流管的流量为3～4Q。

在部分实施例中，所述有机固体废料采用鸡粪，所述膨松剂采用稻壳，所述鸡粪和所述稻壳的体积比为1:1，所述鸡粪和所述稻壳组成的堆肥原料的含水量为70％-75％，所述抽风机采用间歇曝气模式，所述抽风机的抽风流量为3m³/min·m³，回流流量为2.5m³/min·m³。

基于上述实施例可知，通过顶盖保温技术，减少热量损失，快速提高了堆肥物料升温速率，提高了有机物降解效率，有效缩短好氧堆肥周期。上述实施例通过负压供气，减少了臭气的排放，最大限度保留了热量，加快了堆肥的升温，延长了堆肥的高温阶段。上述实施例通过腐熟堆肥产品的再吸附过程，充分利用了外排气体的热量，进一步提高堆肥的腐殖化，同时对氨气进行吸附，保存了堆肥产品的含氮量，提高了堆肥产品的肥力。上述实施例通过顶盖加热，以及洗水棉的吸水作用，进一步降低了堆肥产品的含水量，进一步对堆肥产品进行减量化，有利于产品的存放和运输。

下面公开的实施例将与对比例进行对比以证明本申请的技术效果。

实施例1：

1)堆肥反应器的设计：

采用圆柱形堆肥反应器：直径50cm，高度90cm。堆肥反应器的底部(正电极上方10cm)设有带孔的通气管道。在反应器的外壁，包裹棉质纤维，用于反应器的保温。同时，在桶内设置在线温度计进行实时记录堆肥的温度变化。

2)堆肥原料及其配比：

以鸡粪为堆肥主料，稻壳为辅料，配比为：1:1(体积比)。将上述原料和配料搅拌均匀，使其含水率为70-75％；将搅拌均匀的粪便装入设计的堆肥反应器中，连接直流电源，进行好氧堆肥。

3)运行参数：

室温下堆肥。曝气采取间歇抽气方式，频率为一小时开，一小时关，抽气流量为0.5m³/min·m³。抽风机流量为3m³/min·m³，回流流量为2.5m³/min·m³。

实施例2：

1)堆肥反应器的设计：

采用条形堆肥反应器：长120cm，宽100cm，高度100cm。堆肥反应器的底部(正极上方10cm)设有带孔的通气管道。反应器采用实心的灰砂砖砌墙，最大限度进行保温。同时，在反应器内设置在线温度计进行实时记录堆肥的温度变化。

2)堆肥原料及其配比：

以鸡粪为堆肥主料，稻壳为辅料，配比为：1:1(体积比)。将上述原料和配料搅拌均匀，使其含水率为70-75％；将搅拌均匀的粪便装入设计的堆肥反应器中，连接直流电源，进行好氧堆肥。

3)运行参数：

室温下堆肥。曝气采取间歇抽气方式，频率为一小时开，一小时关，抽气流量为0.5m³/min·m³。抽风机流量为3m³/min·m³，回流流量为2.5m³/min·m³。

对比例1：

采用常规的正压鼓气好氧气堆肥装置，直径50cm，高度90cm。在反应器的底部设置带孔的通气管道。在反应器的外壁，包裹棉质纤维，用于反应器的保温。同时，在桶内设置在线温度计进行实时记录堆肥的温度变化。

采用常规好氧堆肥。堆肥原料配比、曝气模式均取与实施例1相同。

对比例2：

采用常规的正压鼓气好氧气堆肥装置，长120cm，宽100cm，高度100cm。在反应器的底部设置带孔的通气管道。反应器采用实心的灰砂砖砌墙，最大限度进行保温。同时，在反应器内设置在线温度计进行实时记录堆肥的温度变化。

采用常规好氧堆肥。堆肥原料配比、曝气模式均取与实施例2相同。

实施例1和对比例1的堆肥效果如下：

从堆肥的结果可知，负压供气系统中堆肥的最高温度为75.9℃，比常规好氧堆肥温度(59.2℃)高16.7。这说明负压结合反应器保温技术，可进一步通过提高堆肥的温度，加速堆肥的腐熟，减少堆肥周期等。

同时，通过验证种子发芽率指数对以上两种方法堆肥所得的产品进行了测试。常规好氧堆肥的产品种子发芽率指数GI为87％；负压供气条件下堆肥的产品种子发芽率指数GI为136％，较常规好氧堆肥产品的提高了49％。可知负压供气堆肥可显著提高堆肥的种子发芽率。表明负压供气系统可明显提高堆肥的腐熟程度。

另外，对系统的废气排放进行了检测，结果发现，负压供气系统出口处氨气总量约占总堆肥原料氮素含量的5-8％，明显低于常规好氧堆肥。这表明负压供气可明显减少氨气的排放，另外也保存堆肥产品中的氮素，进一步提高堆肥产品的肥力。

实施例2和对比例2的堆肥效果如下：

从堆肥的结果可知，负压供气系统中堆肥的最高温度为79.5℃，比常规好氧堆肥温度(61.2℃)高18.3。这说明负压结合反应器保温技术，可进一步通过提高堆肥的温度，加速堆肥的腐熟，减少堆肥周期等。

同时，通过验证种子发芽率指数对以上两种方法堆肥所得的产品进行了测试。常规好氧堆肥的产品种子发芽率指数GI为93％；负压供气条件下堆肥的产品种子发芽率指数GI为146％，较常规好氧堆肥产品的提高了53％。可知负压供气堆肥可显著提高堆肥的种子发芽率。表明负压供气系统可明显提高堆肥的腐熟程度。

另外，对系统的废气排放进行了检测，结果发现，负压供气系统出口处氨气总量小于总堆肥氮素含量的10％，明显低于常规好氧堆肥。这表明负压供气可明显减少氨气的排放，另外也保存堆肥产品中的氮素，进一步提高堆肥产品的肥力。

对于上述方法实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种封闭的负压好氧堆肥系统，其特征在于，包括：堆肥反应器保温层、堆肥反应器内壁、反应器顶盖外壁、吸水保温层、有孔加热板、循环排气管、尾气排放管、尾气回流管、曝气管和抽风机；

所述堆肥反应器保温层设置在所述堆肥反应器内壁的外侧，所述堆肥反应器内壁所形成的腔体用于放置堆肥料， 所述反应器顶盖外壁与所述堆肥反应器内壁形成第一腔体，所述有孔加热板与所述反应器顶盖外壁围成第二腔体， 所述吸水保温层设置在所述第二腔体中，所述循环排气管设置在所述反应器顶盖外壁上，所述循环排气管通过尾气排放管与大气连通，所述循环排气管通过尾气回流管与堆肥反应器内壁的内侧连通，所述曝气管与所述堆肥反应器内壁的内侧连通，所述抽风机用于将所述第一腔体内的气体抽向所述循环排气管。

2.根据权利要求1所述的封闭的负压好氧堆肥系统，其特征在于，所述系统还包括冷凝水收集装置，所述冷凝水收集装置设置在所述反应器顶盖外壁的边缘，所述反应器顶盖外壁的截面为倒“V”形。

3.根据权利要求1所述的封闭的负压好氧堆肥系统，其特征在于，所述堆肥反应器内壁为圆柱形。

4.根据权利要求3所述的封闭的负压好氧堆肥系统，其特征在于，所述堆肥反应器内壁的直径为50cm，高度为90cm。

5.根据权利要求1所述的封闭的负压好氧堆肥系统，其特征在于，所述堆肥反应器内壁为长方体。

6.根据权利要求5所述的封闭的负压好氧堆肥系统，其特征在于，所述堆肥反应器内壁的长度为120cm，宽度为100cm，高度为100cm。

7.根据权利要求1所述的封闭的负压好氧堆肥系统，其特征在于，所述反应器内壁中设置有温度传感器。

8.根据权利要求1所述的封闭的负压好氧堆肥系统，其特征在于，所述堆肥反应器内壁中设置有电极板。

9.一种堆肥方法，其特征在于，包括以下步骤：

将有机固体废料和膨松剂按照预设的比例混合，并加水搅拌均匀，得到堆肥原料；

将所述堆肥原料放置于如权利要求1-8任一项所述的封闭的负压好氧堆肥系统中进行堆肥；

其中，所述堆肥原料的水含量为65wt％～75wt％；

其中，所述抽风机采取连续曝气或者间歇曝气的模式，当所述抽风机采用连续曝气的模式时，所述抽风机的抽风流量按每立方堆肥原料风量为3～5m³/min，所述尾气回流管的流量占所述抽风机的抽风流量的60％～90％；当所述抽风机采用间歇曝气的模式时，曝气间隔为1小时，所述抽风机的抽风流量按每立方堆肥原料风量为0.1～0.5m³/min。

10.根据权利要求9所述的一种堆肥方法，其特征在于，所述有机固体废料采用鸡粪，所述膨松剂采用稻壳，所述鸡粪和所述稻壳的体积比为1:1，所述堆肥原料的含水量为70％-75％，所述抽风机采用间歇曝气模式，所述抽风机的抽风流量按每立方堆肥原料风量为3m³/min，回流流量按每立方堆肥原料风量为2.5m³/min。

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