CN112759442A - 一种小型高粘度材料高温好氧堆肥装置 - Google Patents

一种小型高粘度材料高温好氧堆肥装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种小型高粘度材料高温好氧堆肥装置，包括用于装填堆肥物料的壳体及盖体，所述壳体下部固定设有同时作为滤板的阳极板，所述壳体上部活动设有阴极板，所述阳极板与阴极板分别连接直流电源的正极与负极，所述壳体内在所述阳极板与阴极板之间设有能够通入氧气的通气管道。该装置可达到保温和通气的平衡，并解决高粘度材料内部厌氧和水分不均衡的问题，使实验室中高粘度材料的小型好氧堆肥可以达到较高的温度。

Description

一种小型高粘度材料高温好氧堆肥装置
技术领域
本发明涉及有机固体废弃物资源化处理技术领域，具体涉及一种小型高粘度材料高温好氧堆肥装置。
背景技术
好氧堆肥是指在有氧条件下，通过好氧微生物作用，使废物中可降解的有机物发生一系列放热分解反应，最终转化为简单而稳定的腐殖质的生物化学过程。好氧堆肥反应速度快，一般5～6周即可完成，且臭气产生量少，环境条件较好，适用于大规模生产。好氧堆肥存在的问题是，堆体的内部和底部通气条件较差，需要通过翻堆或气泵通气来避免内部产生厌氧环境。
规模化的堆肥一般都有较大体积的堆体，比表面积较小，堆体外层可为堆体中心保温，因此堆肥的温度可以达到较高水平。而在实验室中只能利用小型堆肥装置来模拟实际堆肥的堆体中心。小型堆肥装置由于其比表面积大，热量散失快，难以达到效果较好的高温状态，现有的小型堆肥装置多为保温效果较差的厌氧堆肥箱。好氧堆肥还需要通气以达到需氧量，而气体交换会带走热量，将不利于保温，因此通气和保温是一对矛盾，现有的小型好氧堆肥装置多采用气泵通气，耗能较大。
厨余垃圾和含油污泥等材料，由于其含水量高、含油量高、孔隙度小，会呈现出类似于粘稠流体的特性，以下称这类材料为高粘度材料。利用高粘度材料进行堆肥时，由于其孔隙度小，通气条件较差，内部容易产生厌氧环境。堆体中的水由于重力作用沉积于下部，这不仅使堆体水分含量不均衡，还导致堆体下部的厌氧情况更为严重。厌氧环境不但会很大程度地影响好氧堆肥速率，而且容易产生臭气污染环境，是好氧堆肥中应当避免的因素。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有实验室小型好氧堆肥装置难以达到高温的问题，以及高粘度材料堆肥过程中易出现厌氧环境的问题，而提供一种小型高温好氧堆肥装置，该装置可达到保温和通气的平衡，并解决高粘度材料内部厌氧和水分不均衡的问题，使实验室中高粘度材料的小型好氧堆肥可以达到较高的温度。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种小型高粘度材料高温好氧堆肥装置，包括用于装填堆肥物料的壳体及盖体，所述壳体下部固定设有同时作为滤板的阳极板，所述壳体上部活动设有阴极板，所述阳极板与阴极板分别连接直流电源的正极与负极，所述壳体内在所述阳极板与阴极板之间设有能够通入氧气的通气管道。
在通电条件下，阴极板和阳极板之间会形成电场，根据电渗透原理，水分子因带有部分正电荷而受到向阴极(即上方)的电场力，电场力和重力相平衡，使水分均匀分布于堆体，避免了水沉积于堆体下部而导致的厌氧问题；
通气管道可以向堆体内部供氧，以解决高粘度材料堆肥易出现的内部厌氧问题，且相比起气泵通气和翻堆搅拌减少了热量的散失，可以达到通气和保温的平衡。
进一步地，所述通气管道沿竖直向设置在所述壳体中间，所述通气管道上布设多个通气孔。
进一步地，所述通气管道呈盘管状、圆形或椭圆形，前后各一个通气阀的管道设计有利于气体的自然流通，提高通气效率。
进一步地，所述壳体的上部与下部各设有一个可调节通气量的通气阀，所述通气管道上下端分别与上部及下部的通气阀相连接。
进一步地，所述阳极板上带有滤水孔，下方通过支柱设置在所述壳体的上部，所述壳体在所述阳极板下部设有滤液出水口，可排除多余的水分和堆肥产出液
进一步地，所述阳极板采用石墨烯材质制得，石墨烯具有强度高、导电性能优良、化学性质稳定等特点，作为阳极板可以支撑上方堆体的重量，并且不易被腐蚀，使用寿命长。
进一步地，所述壳体内壁沿上下竖直方向设有阴极板滑轨，所述阴极板上带有滑轮，所述阴极板的滑轮滑动设于所述阴极板滑轨内，并沿竖直向上下移动，在壳体内堆体体积随堆肥过程不断减少时，阴极板可以一直压在堆体上方产生电场。
进一步地，所述阴极板上布设若干透气孔。
进一步地，所述壳体的外壁及所述盖体内填充保温层，所述保温层为聚氨酯材质，保温层的包裹可以有效减少热量散失，使小型堆肥装置的温度能达到较高水平，并避免热气向上运动而导致的热量从上部散失，
进一步地，所述盖体带有转轴，以便于开启，所述盖体上设有带活性炭滤芯的排气口，可排出堆肥过程中产生的气体，并吸收其中的氨气等，避免污染环境；
所述直流电源安装在所述壳体上，直流电源上带有温度显示器，连接的温度计插入堆体中心，通过温度显示器可以实时监测堆体中心的温度变化情况。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、装置壳体外壁内填充聚氨酯作为保温层，保温层的包裹可以有效减少热量散失，使小型堆肥装置的温度能达到较高水平；盖体的保温层加厚，以避免热气向上运动而导致的热量从上部散失，盖体带有转轴以便于开启。
2、装置正面上部和背面下部各设有一个可调节通气量的通气阀，内部设有连接两个通气阀的带有通气孔的通气管道，通气管道可以向堆体内部供氧，解决高粘度材料堆肥易出现的内部厌氧问题，且相比起气泵通气和翻堆搅拌减少了热量的散失，可以达到通气和保温的平衡，前后各一个通气阀以及管道设计有利于气体的自然流通，提高通气效率。
3、顶部盖体上设有带活性炭滤芯的排气口，可排出堆肥过程中产生的气体，并吸收其中的氨气等，避免污染环境。
4、装置内部的上方设有阴极板，下方设有石墨烯材质的阳极板，背面设有直流电源装置，通过导线连接阴极板和阳极板，在通电条件下，阴极板和阳极板之间会形成电场，根据电渗透原理，水分子因带有部分正电荷而受到向阴极(即上方)的电场力，电场力和重力相平衡，使水分均匀分布于堆体，避免了水沉积于堆体下部而导致的厌氧问题。
5、阳极板同时作为滤板，板上带有滤水孔，下方带有支柱支撑，装置正面下方设有滤液出水口，可排除多余的水分和堆肥产出液，石墨烯材质的阳极板具有强度高、导电性能优良、化学性质稳定等特点，作为阳极板可以支撑上方堆体的重量，并且不易被腐蚀，使用寿命长。
6、装置内壁上方设有阴极板滑轨，阴极板上带有滑轮，在堆体体积随堆肥过程不断减少时，阴极板可以一直压在堆体上方产生电场。
7、装置背面的直流电源装置上带有温度显示器，连接的温度计插入堆体中心，通过温度显示器可以实时监测堆体中心的温度变化情况。
附图说明
图1为本发明装置侧视剖面图的结构示意图；
图2为本发明装置俯视剖面图的结构示意图；
图3为本发明装置阳极板的结构示意图；
图4为本发明装置与普通堆肥箱温度对比图；
图5为本发明装置与普通堆肥箱含水量对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1、2、3，一种小型高粘度材料高温好氧堆肥装置，包括用于装填堆肥物料的壳体1及盖体2，壳体1下部固定设有同时作为滤板的阳极板3，壳体1上部活动设有阴极板4，阳极板3与阴极板4分别连接直流电源5的正极与负极，壳体1内在阳极板3与阴极板4之间设有能够通入氧气的通气管道6。
壳体1的上部与下部各设有一个可调节通气量的通气阀7，通气管道6上下端分别与上部及下部的通气阀7相连接，前后各一个通气阀7的管道设计有利于气体的自然流通，提高通气效率。通气管道6沿竖直向设置在壳体1中间，通气管道6上布设多个通气孔601，通气管道6呈椭圆形，通气管道6可以向堆体内部供氧，以解决高粘度材料堆肥易出现的内部厌氧问题，且相比起气泵通气和翻堆搅拌减少了热量的散失，可以达到通气和保温的平衡。
阳极板3上带有滤水孔301，下方通过支柱设置在壳体1的上部，壳体1在阳极板3下部设有滤液出水口14，可排除多余的水分和堆肥产出液。阳极板3采用石墨烯材质制得，石墨烯具有强度高、导电性能优良、化学性质稳定等特点，作为阳极板3可以支撑上方堆体的重量，并且不易被腐蚀，使用寿命长。
壳体1内壁沿上下竖直方向设有阴极板滑轨8，阴极板4上带有滑轮9，阴极板4的滑轮9滑动设于阴极板滑轨8内，并沿竖直向上下移动，在壳体1内堆体体积随堆肥过程不断减少时，阴极板4可以一直压在堆体上方产生电场，且阴极板4上布设若干透气孔401。
壳体1的外壁及盖体内填充保温层13，保温层13为聚氨酯材质，保温层13的包裹可以有效减少热量散失，使小型堆肥装置的温度能达到较高水平，并避免热气向上运动而导致的热量从上部散失。盖体2带有转轴，以便于开启，盖体2上设有带活性炭滤芯11的排气口10，可排出堆肥过程中产生的气体，并吸收其中的氨气等，避免污染环境；直流电源5安装在壳体1上，直流电源5上带有温度显示器，连接的温度计插入堆体中心，通过温度显示器可以实时监测堆体中心的温度变化情况。
在通电条件下，阴极板4和阳极板3之间会形成电场，根据电渗透原理，水分子因带有部分正电荷而受到向阴极(即上方)的电场力，电场力和重力相平衡，使水分均匀分布于堆体，避免了水沉积于堆体下部而导致的厌氧问题。
为测试本发明的应用效果，与普通堆肥箱(无保温层、通风管道和电极装置)进行了对比试验，具体方法为：以芦笋秸秆与厨余垃圾(包括蔬菜、果皮、肉类、谷类等)湿基质量比1：3为堆肥物料，将秸秆剪碎至5cm左右与厨余垃圾混合，加入总质量0.5％的秸秆腐熟剂作为堆肥接种菌，加入总质量0.5％的尿素调节碳氮比以提高堆肥速率，加水至物料整体含水量为60％左右。将混匀后的物料分别装入普通堆肥箱和本装置进行好氧堆肥，普通堆肥箱每天翻堆一次，本装置开启电极装置且不翻堆，每天分别测量堆体中心温度和堆体外缘温度，并分别取堆体表面下5cm处样品和堆体底部样品测量含水量，具体实验结果见表1、表2、表3和表4。
表1堆体中心温度变化对比
Figure BDA0002967872850000051
表2堆体边缘温度变化对比
Figure BDA0002967872850000061
表3普通堆肥箱含水量变化
Figure BDA0002967872850000062
表4本装置含水量变化
Figure BDA0002967872850000063
Figure BDA0002967872850000071
图4为本装置与普通堆肥箱温度对比，图5为本装置与普通堆肥箱含水量对比，由试验结果可得：
1、使用本装置时，堆体升温速率比普通堆肥箱更快，可在3天之内提高40℃；
2、使用本装置时，堆体最高温度可达60℃以上，比普通堆肥箱的最高温度(45℃左右)更高；
3、普通堆肥箱在第10天左右降至室温，本装置在第15天左右降至室温，本装置达到最高温度后的降温速率比普通堆肥箱更慢；
4、使用本装置时，堆体中心温度与堆体边缘温度的差距比普通堆肥箱更小；
5、使用本装置时，堆体含水量下降比普通堆肥箱少，即本装置的保水能力比普通堆肥箱更好；
6、使用本装置时，堆体上部和下部的含水量差异较小，即使用本装置时堆体的水分含量更加均衡；
7、试验过程中还发现，普通堆肥箱翻堆和取样时可以闻到较大的臭味，而本装置取样时没有明显的臭味，说明本装置有效抑制了厌氧环境，减少了H2S、NH3等臭气的产生。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小型高粘度材料高温好氧堆肥装置，包括用于装填堆肥物料的壳体及盖体，其特征在于，所述壳体下部固定设有同时作为滤板的阳极板，所述壳体上部活动设有阴极板，所述阳极板与阴极板分别连接直流电源的正极与负极，所述壳体内在所述阳极板与阴极板之间设有能够通入氧气的通气管道。
2.根据权利要求1所述的一种小型高粘度材料高温好氧堆肥装置，其特征在于，所述通气管道沿竖直向设置在所述壳体中间，所述通气管道上布设多个通气孔。
3.根据权利要求2所述的一种小型高粘度材料高温好氧堆肥装置，其特征在于，所述通气管道呈盘管状、圆形或椭圆形。
4.根据权利要求2所述的一种小型高粘度材料高温好氧堆肥装置，其特征在于，所述壳体的上部与下部各设有一个可调节通气量的通气阀，所述通气管道上下端分别与上部及下部的通气阀相连接。
5.根据权利要求1所述的一种小型高粘度材料高温好氧堆肥装置，其特征在于，所述阳极板上带有滤水孔，下方通过支柱设置在所述壳体的上部，所述壳体在所述阳极板下部设有滤液出水口。
6.根据权利要求5所述的一种小型高粘度材料高温好氧堆肥装置，其特征在于，所述阳极板采用石墨烯材质制得。
7.根据权利要求1所述的一种小型高粘度材料高温好氧堆肥装置，其特征在于，所述壳体内壁沿上下竖直方向设有阴极板滑轨，所述阴极板上带有滑轮，所述阴极板的滑轮滑动设于所述阴极板滑轨内，并沿竖直向上下移动。
8.根据权利要求7所述的一种小型高粘度材料高温好氧堆肥装置，其特征在于，所述阴极板上布设若干透气孔。
9.根据权利要求1所述的一种小型高粘度材料高温好氧堆肥装置，其特征在于，所述壳体的外壁及所述盖体内填充保温层，所述保温层为聚氨酯材质。
10.根据权利要求1所述的一种小型高粘度材料高温好氧堆肥装置，其特征在于，所述盖体带有转轴，所述盖体上设有带活性炭滤芯的排气口；
所述直流电源安装在所述壳体上，直流电源上带有温度显示器，连接的温度计插入堆体中心。
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