CN112851410A - 一种包容式餐厨垃圾固态好氧发酵设备及发酵工艺 - Google Patents

一种包容式餐厨垃圾固态好氧发酵设备及发酵工艺 Download PDF

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Abstract

一种包容式餐厨垃圾固态好氧发酵设备及发酵工艺，属于餐厨垃圾处理技术领域。本发明解决了现有的餐厨垃圾处理过程复杂且处理过程中产生的高浓度废水易造成环境及水源污染的问题。发酵原料通过混料装置进行混配，混配后的混合料通过进料装置送入发酵装置内进行发酵，供风换热装置与发酵装置连通，通过供风换热装置实现对发酵装置内部供氧及加热，除臭装置与发酵装置连通，通过除臭装置实现对发酵装置内臭气的净化与排放，出料装置连通设置在发酵装置的下部，发酵产物通过出料装置排出，通过控制装置实现对发酵设备的自动控制。通过本申请的发酵设备，有效的解决了目前餐厨垃圾发酵时的复杂操作和污水直排的二次污染和臭气问题。

Description

一种包容式餐厨垃圾固态好氧发酵设备及发酵工艺
技术领域
本发明涉及一种包容式餐厨垃圾固态好氧发酵设备及发酵工艺，属于餐厨垃圾处理技术领域。
背景技术
目前：随着人们生活水平和环保意识的提高，餐厨垃圾处理过程中形成的污染已经直接影响了居民的生活质量和生活环境，餐厨垃圾主要来自饭店、食堂等餐饮业的残羹剩饭和来自千家万户居民日常烹调中废弃的下脚料和剩饭剩菜，餐厨垃圾的产生量已经占到了生活垃圾总量的40％以上，餐厨垃圾具有量大、面广、污染重的特点。
现有的餐厨垃圾处理设备基本设置在大型垃圾处理站内，需要远距离运输，不仅运输成本高，而且容易产生滴漏、外溢等二次污染。同时还需要进行物料分拣、挤压脱水等预处理过程，不仅操作复杂，产生高浓度废水，并且极易发生腐败，滋生虫蝇，直接影响环境卫生和居民的身体健康。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有的餐厨垃圾处理设备基本设置在大型垃圾处理站内，需要远距离运输，不仅运输成本高，而且容易产生滴漏、外溢等二次污染；
(2)物料分拣、挤压脱水等预处理过程，不仅操作复杂，产生高浓度废水，并且极易发生腐败，滋生虫蝇，直接影响环境卫生和居民的身体健康。
解决以上问题及缺陷的难度为：
(1)餐厨垃圾处理设备一般在比较远的地方，运输垃圾困难，运输过程中会发生溢流；
(2)垃圾处理设备在处理过程中会产生高浓度有机废水，废水不容易处理，还容易下渗污染地下水。
发明内容
本发明是为了解决现有的餐厨垃圾处理过程复杂且处理过程中产生的高浓度废水易造成环境及水源污染的问题，进而提供了一种包容式餐厨垃圾固态好氧发酵设备及发酵工艺。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种包容式餐厨垃圾固态好氧发酵设备，它包括进料装置、混料装置、发酵装置、出料装置、供风换热装置、除臭装置及控制装置，
发酵原料通过混料装置进行混配，混配后的混合料通过进料装置送入发酵装置内进行发酵，供风换热装置与发酵装置连通，通过供风换热装置实现对发酵装置内部供氧及加热，除臭装置与发酵装置连通，通过除臭装置实现对发酵装置内臭气的净化与排放，出料装置连通设置在发酵装置的下部，发酵产物通过出料装置排出，通过控制装置实现对发酵设备的自动控制。
进一步地，所述发酵装置包括壳体、竖直布置在壳体内的传动轴、固设在壳体上方的驱动装置以及固设在壳体底端的底座，所述传动轴固装在驱动装置的输出端，且传动轴上由上到下依次固装有若干搅拌叶片。
进一步地，所述供风换热装置包括供风组件及换热组件，其中所述供风组件包括鼓风机、供风管路及若干布气管路，鼓风机设置在发酵装置的外部，若干布气管路布设在壳体内部且与鼓风机之间通过供风管路连通，每个布气管路上均开设有若干第一通气孔；所述换热组件包括锅炉、热水管路及若干换热带，所述锅炉设置在发酵装置的外部，若干换热带布置在壳体的外侧壁且与锅炉之间通过热水管路连通。
进一步地，传动轴的下部为中空结构且与供风管路连通设置，搅拌叶片上开设有若干第二通气孔，且若干所述第二通气孔均与传动轴内部连通设置。
进一步地，所述混料装置包括混料机、设置在混料机入口侧的第一螺旋输送器及设置在混料机出口侧的第二螺旋输送器，第二螺旋输送器的出口与进料装置的入口连通。
进一步地，所述进料装置为斗式提升机，斗式提升机的进料口位于第二螺旋输送器的出口下方，斗式提升机的出料口位于发酵装置的进料口正上方。
进一步地，所述出料装置包括螺旋卸料机及带式输送机，其中所述螺旋卸料机连通设置在发酵装置下部，带式输送机安装在螺旋卸料机出口处。
进一步地，所述除臭装置包括臭气输送管、臭气处理装置及排放烟囱，发酵装置的顶部与臭气处理装置之间通过臭气输送管连通，臭气经过净化处理后经排放烟囱排出。
进一步地，所述控制装置包括上位机、PLC控制器、数据线、氧气浓度传感器和温度传感器，上位机与PLC控制器之间通过数据线连接，PLC控制器通过数据线分别与氧气浓度传感器、温度传感器、发酵装置、供风换热装置、进料装置、出料装置、混料装置及除臭装置连接。
一种采用上述包容式餐厨垃圾固态好氧发酵设备的发酵工艺，它包括如下步骤：
步骤一、混配：在混料装置中，将收集来的餐厨垃圾，按照1％重量比投加固态发酵菌种，再按照1‰的重量比投加微量元素，混配时间10～15分钟，直至4种原料混配完全为止；
步骤二、发酵：混配好后的混合料经进料装置送入发酵装置内进行发酵，发酵过程中不断搅拌待发酵混合料，搅拌速度为3-10转/小时，通过供风换热装置向发酵装置内通入空气以及调节发酵装置内的温度，供风量为200-500m3/h，所供空气的温度为20-45℃，控制发酵周期为6-9天，控制发酵温度为50℃-65℃，调整发酵物的pH至7，通过调整混料比控制发酵时的含水率为50-75％，发酵过程中产生的臭气经除臭装置进行多级除臭处理后排放至大气中；
步骤三、出料：发酵完成后形成的有机肥经出料装置送出发酵装置；
步骤四、将收集来的餐厨垃圾与发酵装置产出的有机肥成品按照1:1～1:2体积比例进行混配，然后重复步骤一至三。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
通过本申请的发酵设备，不需要进行物料分拣、挤压脱水等预处理步骤即可实现固态发酵，能够在含水率高、杂质多的不利条件下实现高速好氧固态发酵，有效的解决了目前餐厨垃圾发酵时的复杂操作和污水直排的二次污染和臭气问题。
以一定区域内的食堂、饭店和以居民小区为一个区界单元，在区界单元内设置本申请的好氧发酵设备，基本不再需要收集、储存、长距运输、物料分拣、脱水挤压等复杂步骤即可实现餐厨垃圾的就地固态发酵、就地利用，提高了餐厨垃圾的处理能力和处理效率，实现了餐厨垃圾的资源化绿色安全处置。
附图说明
图1为本申请的第一立体结构示意图；
图2为本申请的第二立体结构示意图(局部剖视)；
图3为搅拌叶片的立体结构示意图；
图4为本申请的第三立体结构示意图(局部剖视)；
图5为本申请的第四立体结构示意图；
图6为本申请的第五立体结构示意图；
图7为本申请的第六立体结构示意图；
图8为本申请的第七立体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～8说明本实施方式，一种包容式餐厨垃圾固态好氧发酵设备，它包括进料装置1、混料装置2、发酵装置3、出料装置4、供风换热装置5、除臭装置6及控制装置7，
发酵原料通过混料装置2进行混配，混配后的混合料通过进料装置1送入发酵装置3内进行发酵，供风换热装置5与发酵装置3连通，通过供风换热装置5实现对发酵装置3内部供氧及加热，除臭装置6与发酵装置3连通，通过除臭装置6实现对发酵装置3内臭气的净化与排放，出料装置4连通设置在发酵装置3的下部，发酵产物通过出料装置4排出，通过控制装置7实现对发酵设备的自动控制。
根据实际需要，可设置一个或多个好氧发酵设备，组成态发酵制备有机肥的系统。
通过本申请的发酵设备，不需要进行物料分拣、挤压脱水等预处理步骤即可实现固态发酵，能够在含水率高、杂质多的不利条件下实现高速好氧固态发酵，有效的解决了目前餐厨垃圾发酵时的复杂操作和污水直排的二次污染和臭气问题。
以一定区域内的食堂、饭店和以居民小区为一个区界单元，在区界单元内设置本申请的好氧发酵设备，基本不再需要收集、储存、长距运输、物料分拣、脱水挤压等复杂步骤即可实现餐厨垃圾的就地固态发酵、就地利用，提高了餐厨垃圾的处理能力和处理效率，实现了餐厨垃圾的资源化绿色安全处置。
本申请的发酵设备高度集成，采用模块化设计理念，有效解决了设备的加工制造、运输安装、运营维护的非标难题，大幅降低了生产制造成本，也为后期运营的标准流程奠定了良好设备基础。
采用标准集装罐设计理念，针对有限街区餐厨垃圾就地处置问题，进行分布式装备罐体设计，实现与现有垃圾中转站的有机融合，解决餐厨垃圾就地处置问题。
本申请采用的是好氧固态发酵工艺，通过设备的结构优化，可以在7天时间完成发酵腐熟过程，与现有技术中的传统污泥餐厨垃圾等的固废发酵相比较，大大缩短了时间成本，而且由于采用好氧发酵，整个发酵环境远远优于厌氧发酵或堆肥发酵，大幅度缩减占地面积和投资费用。
通过混料装置2、进料装置1和出料装置4分别完成发酵原料的混配、装料与卸料。
本申请设计合理可行、操作简便，不但可以高效持续的进行固态好氧发酵降解餐厨垃圾，还可将发酵产物开发成有机肥或营养土进一步利用，可在较广泛地区应用推广。
所述发酵装置3包括壳体31、竖直布置在壳体31内的传动轴32、固设在壳体31上方的驱动装置33以及固设在壳体31底端的底座，所述传动轴32固装在驱动装置33的输出端，且传动轴32上由上到下依次固装有若干搅拌叶片35。通过驱动装置33带动传动轴32转动，若干搅拌叶片35随传动轴32转动，进而实现对发酵装置3内部混合料的搅拌。壳体31优选为圆柱形，其顶部优选为圆形封头。底座的下部开设有检修口341及检修空间342。整个发酵装置3通过架设在其外部的支撑框架8进行支撑，保证发酵装置3的稳定性。
支撑框架8的外侧固装有爬梯，便于工作人员爬至支撑框架8顶端进行维修操作。支撑框架8顶端固设有挡板，驱动装置33固装在挡板上，通过设置挡板，便于工作人员在维修等操作时的站立。
壳体31的外部包覆有彩钢板36，且壳体31与彩钢板36之间填充有聚氨酯保温层37。聚氨酯保温层37的厚度介于10-15cm之间，通过设置保温层37实现对发酵装置3内部的保温。通过设置彩钢板36实现对保温层37的包覆固定，且同时具有防腐的作用。
所述供风换热装置5包括供风组件及换热组件，其中所述供风组件包括鼓风机51、供风管路52及若干布气管路53，鼓风机51设置在发酵装置3的外部，若干布气管路53布设在壳体31内部且与鼓风机51之间通过供风管路52连通，每个布气管路53上均开设有若干第一通气孔；所述换热组件包括锅炉54、热水管路55及若干换热带56，所述锅炉54设置在发酵装置3的外部，若干换热带56布置在壳体31的外侧壁且与锅炉54之间通过热水管路55连通。鼓风机51通过供风管路52及布气管路53向发酵装置3内提供空气，进而向发酵装置3内提供好氧发酵所需要的氧。通过换热带56实现对发酵装置3内的辅助加热，实现持续恒温固态发酵。
传动轴32的下部为中空结构且与供风管路52连通设置，搅拌叶片35上开设有若干第二通气孔，且若干所述第二通气孔均与传动轴32内部连通设置。鼓风机51通过供风管路52及搅拌叶片35向发酵装置3内提供空气，进一步向发酵装置3内提供好氧发酵所需要的氧。
所述混料装置2包括混料机21、设置在混料机21入口侧的第一螺旋输送器22及设置在混料机21出口侧的第二螺旋输送器23，第二螺旋输送器23的出口与进料装置1的入口连通。餐厨垃圾与发酵装置3产生的有机肥成品按照1:1～1:2体积比例进行混配，再按照1％重量比投加固态发酵菌种，和1‰的重量比投加微量元素后进行搅拌混配均匀后，由第二螺旋输送器23输送至进料装置1的入口。第一螺旋输送器22用于实现餐厨垃圾与有机肥的预混合。
所述进料装置1为斗式提升机，斗式提升机的进料口位于第二螺旋输送器23的出口下方，斗式提升机的出料口位于发酵装置3的进料口正上方。发酵装置3的进料口优选设置为自动启闭式结构，以使得在不进料时，发酵装置3内部呈密封状态，防止异味溢出。
所述出料装置4包括螺旋卸料机41及带式输送机42，其中所述螺旋卸料机41连通设置在发酵装置3下部，带式输送机42安装在螺旋卸料机41出口处。螺旋卸料机41将发酵装置3产生的有机肥输出至带式输送机42，再由带式输送机42输送到制定位置。
所述除臭装置6包括臭气输送管61、臭气处理装置62及排放烟囱63，发酵装置3的顶部与臭气处理装置62之间通过臭气输送管61连通，臭气经过净化处理后经排放烟囱63排出。带压臭气经臭气输送管61进入臭气处理装置62内进行多级除臭处理，净化后的空气通过烟囱高空排放。
所述控制装置7包括上位机、PLC控制器、数据线、氧气浓度传感器和温度传感器，上位机与PLC控制器之间通过数据线连接，PLC控制器通过数据线分别与氧气浓度传感器、温度传感器、发酵装置3、供风换热装置5、进料装置1、出料装置4、混料装置2及除臭装置6连接。PLC控制器位于控制柜内。通过控制装置7实现就地和远程控制该发酵设备各电机动作，实现包括自动上料，自动发酵、自动出料、自动混料、自动除臭等过程。
一种采用上述包容式餐厨垃圾固态好氧发酵设备的发酵工艺，它包括如下步骤：
步骤一、混配：在混料装置2中，将收集来的餐厨垃圾，按照1％重量比投加固态发酵菌种，再按照1‰的重量比投加微量元素，混配时间10～15分钟，直至4种原料混配完全为止；
步骤二、发酵：混配好后的混合料经进料装置1送入发酵装置3内进行发酵，发酵过程中不断搅拌待发酵混合料，搅拌速度为3-10转/小时(最佳转速为5转/小时，通过驱动装置33带动转动轴及搅拌叶片35实现搅拌)，通过供风换热装置5向发酵装置3内通入空气以及调节发酵装置3内的温度，供风量为200-500m3/h，所供空气的温度为20-45℃(以实现向发酵装置3内提供好氧微生物发酵所需要的氧，最佳供风量为300m3/h，所供空气的最佳温度控制在35℃)，控制发酵周期为6-9天(优选为7天)，控制发酵温度为50℃-65℃(优选为60℃)，调整发酵物的pH至7，通过调整混料比控制发酵时的含水率为50-75％(最佳含水率60％)，发酵过程中产生的臭气经除臭装置6进行多级除臭处理后排放至大气中；发酵温度及PH值等的调节均采用现有技术，此处不再赘述。
步骤三、出料：发酵完成后形成的有机肥经出料装置4送出发酵装置3；
步骤四、将收集来的餐厨垃圾与发酵装置产出的有机肥成品按照1:1～1:2体积比例进行混配，然后重复步骤一至三。
整个发酵工艺不需要投加秸秆和锯末等生物质辅料，完全靠固态发酵菌种即可实现高含水率餐厨垃圾的持续发酵，节省能源和物料消耗。

Claims (10)

1.一种包容式餐厨垃圾固态好氧发酵设备，其特征在于：它包括进料装置(1)、混料装置(2)、发酵装置(3)、出料装置(4)、供风换热装置(5)、除臭装置(6)及控制装置(7)，
发酵原料通过混料装置(2)进行混配，混配后的混合料通过进料装置(1)送入发酵装置(3)内进行发酵，供风换热装置(5)与发酵装置(3)连通，通过供风换热装置(5)实现对发酵装置(3)内部供氧及加热，除臭装置(6)与发酵装置(3)连通，通过除臭装置(6)实现对发酵装置(3)内臭气的净化与排放，出料装置(4)连通设置在发酵装置(3)的下部，发酵产物通过出料装置(4)排出，通过控制装置(7)实现对发酵设备的自动控制。
2.根据权利要求1所述的一种包容式餐厨垃圾固态好氧发酵设备，其特征在于：所述发酵装置(3)包括壳体(31)、竖直布置在壳体(31)内的传动轴(32)、固设在壳体(31)上方的驱动装置(33)以及固设在壳体(31)底端的底座，所述传动轴(32)固装在驱动装置(33)的输出端，且传动轴(32)上由上到下依次固装有若干搅拌叶片(35)。
3.根据权利要求2所述的一种包容式餐厨垃圾固态好氧发酵设备，其特征在于：所述供风换热装置(5)包括供风组件及换热组件，其中所述供风组件包括鼓风机(51)、供风管路(52)及若干布气管路(53)，鼓风机(51)设置在发酵装置(3)的外部，若干布气管路(53)布设在壳体(31)内部且与鼓风机(51)之间通过供风管路(52)连通，每个布气管路(53)上均开设有若干第一通气孔；所述换热组件包括锅炉(54)、热水管路(55)及若干换热带(56)，所述锅炉(54)设置在发酵装置(3)的外部，若干换热带(56)布置在壳体(31)的外侧壁且与锅炉(54)之间通过热水管路(55)连通。
4.根据权利要求3所述的一种包容式餐厨垃圾固态好氧发酵设备，其特征在于：传动轴(32)的下部为中空结构且与供风管路(52)连通设置，搅拌叶片(35)上开设有若干第二通气孔，且若干所述第二通气孔均与传动轴(32)内部连通设置。
5.根据权利要求1所述的一种包容式餐厨垃圾固态好氧发酵设备，其特征在于：所述混料装置(2)包括混料机(21)、设置在混料机(21)入口侧的第一螺旋输送器(22)及设置在混料机(21)出口侧的第二螺旋输送器(23)，第二螺旋输送器(23)的出口与进料装置(1)的入口连通。
6.根据权利要求5所述的一种包容式餐厨垃圾固态好氧发酵设备，其特征在于：所述进料装置(1)为斗式提升机，斗式提升机的进料口位于第二螺旋输送器(23)的出口下方，斗式提升机的出料口位于发酵装置(3)的进料口正上方。
7.根据权利要求1所述的一种包容式餐厨垃圾固态好氧发酵设备，其特征在于：所述出料装置(4)包括螺旋卸料机(41)及带式输送机(42)，其中所述螺旋卸料机(41)连通设置在发酵装置(3)下部，带式输送机(42)安装在螺旋卸料机(41)出口处。
8.根据权利要求1所述的一种包容式餐厨垃圾固态好氧发酵设备，其特征在于：所述除臭装置(6)包括臭气输送管(61)、臭气处理装置(62)及排放烟囱(63)，发酵装置(3)的顶部与臭气处理装置(62)之间通过臭气输送管(61)连通，臭气经过净化处理后经排放烟囱(63)排出。
9.根据权利要求1所述的一种包容式餐厨垃圾固态好氧发酵设备，其特征在于：所述控制装置(7)包括上位机、PLC控制器、数据线、氧气浓度传感器和温度传感器，上位机与PLC控制器之间通过数据线连接，PLC控制器通过数据线分别与氧气浓度传感器、温度传感器、发酵装置(3)、供风换热装置(5)、进料装置(1)、出料装置(4)、混料装置(2)及除臭装置(6)连接。
10.一种采用权利要求1～9中任一权利要求所述包容式餐厨垃圾固态好氧发酵设备的发酵工艺，其特征在于：它包括如下步骤：
步骤一、混配：在混料装置(2)中，将收集来的餐厨垃圾，按照1％重量比投加固态发酵菌种，再按照1‰的重量比投加微量元素，混配时间10～15分钟，直至4种原料混配完全为止；
步骤二、发酵：混配好后的混合料经进料装置(1)送入发酵装置(3)内进行发酵，发酵过程中不断搅拌待发酵混合料，搅拌速度为3-10转/小时，通过供风换热装置(5)向发酵装置(3)内通入空气以及调节发酵装置(3)内的温度，供风量为200-500m3/h，所供空气的温度为20-45℃，控制发酵周期为6-9天，控制发酵温度为50℃-65℃，调整发酵物的pH至7，通过调整混料比控制发酵时的含水率为50-75％，发酵过程中产生的臭气经除臭装置(6)进行多级除臭处理后排放至大气中；
步骤三、出料：发酵完成后形成的有机肥经出料装置(4)送出发酵装置(3)；
步骤四、将收集来的餐厨垃圾与发酵装置产出的有机肥成品按照1:1～1:2体积比例进行混配，然后重复步骤一至三。
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