CN113087551A - 一种厨余垃圾智能好氧堆肥装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种厨余垃圾智能好氧堆肥装置，包括：原料预处理装置、正式发酵装置、处理收集装置、控制装置、金属杆、第一舵机、第二舵机、LCD屏、外壳；处理收集装置设置于外壳内底部，第二舵机设置在处理收集装置上端；正式发酵装置设置在第二舵机上端；第一舵机设置在外壳的外侧壁，原料预处理装置设置在正式发酵装置上端，且原料预处理装置通过金属杆固定于外壳内，其中，第一舵机与金属杆相连接；控制装置、LCD屏均设置在外壳外上端；本发明不仅可以做到厨余垃圾的自主堆肥，在预处理阶段，搅碎、渗滤等方式在一定程度上降低厨余蔬菜初始含水量数值，并通过温度、湿度等数值自动调整搅拌周期，加速后续发酵进程。

Description

一种厨余垃圾智能好氧堆肥装置
技术领域
本发明涉及垃圾处理领域，具体涉及一种厨余垃圾智能好氧堆肥装置。
背景技术
“民以食为天”，在人们享受美食的同时，也会产生大量的厨余垃圾。曾有人对厨余垃圾进行特性分析后发现，生活垃圾中厨余垃圾的占比为40％-60％，而果蔬垃圾又占了食物厨余中的80％以上，如果这些厨余垃圾不及时处理，则不仅会造成资源浪费，更会污染环境。
当前，用于处理蔬菜废弃物的方法主要有以下4种：直接还田、生产饲料、厌氧发酵和好氧堆肥。其中，直接还田法虽然简单，但容易造成病菌的污染和扩散；将废弃蔬菜转化为饲料的工艺由于要求无菌操作，而不具备推广应用的条件；对厨余蔬菜进行厌氧发酵生成沼气获取能源的方法又面临着工艺复杂且需要二次处理废水废渣的困难。目前，好氧堆肥是厨余蔬菜无害化处理和资源化利用的最有效途径。根据《中国环保产业》2020年第8期《厨余垃圾处理方法和建议》，目前厨余垃圾的主流处理技术有直接粉碎、集中填埋、厌氧发酵、蚯蚓堆肥、微生物菌体、饲料化、焚烧处理、制肥等技术。考虑到厨余垃圾的特点，粉碎直排处理、填埋处理、蚯蚓制肥处理、微生物菌体处理、饲料化处理存在适应性相对较差或局限性较大等问题。
表1常见餐厨垃圾处理方法比较
处理方法 优点 缺点
直接还田法 成本低、适用范围广 对土壤、水质、环境污染严重
生物饲料法 工艺简单、可实现资源最大化利用 食源性疾病传染率高
好氧堆肥法 操作简单、成本低 易产生难闻气味污染环境
厌氧发酵法 产生清洁能源、对环境污染小 工艺复杂、操作要求高
虽然具有无害化和资源化双重作用的高温好氧堆肥技术是世界范围内处理固体有机废弃物的有效技术，但其众多的研究仍旧集中在畜禽粪便、污泥和城市垃圾等方面，在厨余垃圾上则少之又少，这与厨余垃圾堆肥过程中需要更高的温度来杀死潜在的致病菌、本身又含有抑制堆肥进程的过高的含水率和过低的C/N比有着很大关系。当前，虽然一些前沿的技术已经较大程度地克服了这些问题，可以实现厨余蔬菜的高效率好氧堆肥，但仍然存在堆肥预处理过程复杂、正式发酵时搅拌欠充分、通气不均匀、含水率难控制等问题。水分的多少直接影响好氧堆肥反应速度的快慢，影响堆肥质量，甚至关系到好氧堆肥工艺的成败。堆肥较适宜的物料起始含水率一般为50％～60％，此时堆肥周期较短，有机物降解速率较快，氮素的损失也较小。水分含量低于45％时，有机质的降解速率明显降低，且堆腐时间长；高于70％时，堆肥的NH4-N损失较大，不利于堆肥养分的保持。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种厨余垃圾智能好氧堆肥装置，能够全自动、控制水分及氧含量、高效率的智能堆肥装置。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案如下：
一种厨余垃圾智能好氧堆肥装置，包括：原料预处理装置、正式发酵装置、处理收集装置、控制装置、金属杆、第一舵机、第二舵机、LCD屏、外壳；所述处理收集装置设置于所述外壳内底部，所述第二舵机设置在所述处理收集装置上端；所述正式发酵装置设置在所述第二舵机上端；所述第一舵机设置在所述外壳的外侧壁，所述原料预处理装置设置在所述正式发酵装置上端，且所述原料预处理装置通过所述金属杆固定于所述外壳内，其中，所述第一舵机与所述金属杆相连接；所述控制装置、所述LCD屏均设置在所述外壳外上端。
优选地，所述处理收集装置外侧设有出口端。
优选地，所述原料预处理装置包括：压力传感器、搅碎装置、渗滤液装置、杯皿，其中，所述搅碎装置包括：刀片、电动机；所述压力传感器设置在所述杯皿底部，所述渗滤液装置设置在所述杯皿内，所述电动机设置在所述杯皿内底端；所述刀片设置在所述电动机上端。
优选地，所述原料预处理装置上端设有除臭装置。
优选地，所述正式发酵装置包括：螺带-螺杆式搅拌装置、温湿度传感器、鼓风机；所述螺带-螺杆式搅拌装置设置在所述第二舵机上端，所述温湿度传感器、所述鼓风机设置在与所述螺带-螺杆式搅拌装置同一水平面的所述外壳的内侧壁。
优选地，所述螺带-螺杆式搅拌装置采用四层搅拌结构，并且每层都分为圆环半径不同的内外两个部分，中间镂空，在所述第二舵机的控制下顺时针和逆时针做0度搅拌。
进一步说明，所述金属杆中心点、所述外壳内底部中心点、所述杯皿的中心点在同一条直线上。
优选地，所述处理收集装置还包括：采用滤液-滤渣收集装置。
优选地，所述控制装置采用Arduino主控制器模块。
优选地，所述LCD屏采用LCD1602液晶显示屏。
与现有技术相比较，本发明具有的有益效果如下：
1.本发明不仅可以做到厨余垃圾的自主堆肥，在预处理阶段，搅碎、渗滤等方式在一定程度上降低厨余蔬菜初始含水量数值，并通过温度、湿度等数值自动调整搅拌周期，加速后续发酵进程。
2.本发在正式发酵阶段，更是创新性地制作了一种螺带-螺杆式搅拌器，可实现搅拌更充分，针对发酵室内的各种情况实时调整通气条件。相应地，还有鼓风装置和紧急泄气阀，分别用于正常排放鼓入的空气和当排风装置失灵时的紧急排气，同时本科技创新小组考虑到好氧堆肥的过程中产生的各种臭气和滤液，增添了除臭装置和滤液、滤渣收集装置。
附图说明
图1为本发明一种厨余垃圾智能好氧堆肥装置的结构示意图；
图2为本发明一种厨余垃圾智能好氧堆肥装置的原料预处理系统结构示意图；
图3为本发明一种厨余垃圾智能好氧堆肥装置的正式发酵系统结构示意图；
图4为本发明一种厨余垃圾智能好氧堆肥装置的处理收集系统结构示意图；
附图标记：1、原料预处理装置，2、正式发酵装置，3、处理收集装置，4、控制装置，5、金属杆，6、第一舵机，7、第二舵机，8、LCD屏，21、压力传感器，22、搅碎装置，23、渗滤液装置，24、刀片，25、电动机，26、杯皿，31、螺带-螺杆式搅拌装置，32、温湿度传感器，33、鼓风机，41、除臭装置，42.滤液-滤渣收集装置。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特征细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
在本发明的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请所提供的实施例中，应理解，“与A相应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。
结合附图1-4，本发明提供一种厨余垃圾智能好氧堆肥装置，包括：原料预处理装置1、正式发酵装置2、处理收集装置3、控制装置4、金属杆5、第一舵机6、第二舵机7、LCD屏8、外壳9；处理收集装置3设置于外壳9内底部，第二舵机7设置在处理收集装置上端；正式发酵装置2设置在第二舵机7上端；第一舵机6设置在外壳9的外侧壁，原料预处理装置1设置在正式发酵装置2上端，且原料预处理装置1通过金属杆5固定于外壳9内，其中，第一舵机6与金属杆5相连接；控制装置4、LCD屏8均设置在外壳9外上端。
在一个实施方式中，处理收集装置3外侧设有出口端10。
进一步说明，处理收集装置3包括：除臭装置41，滤液-滤渣收集装置；其中，除臭装置41设置在原料预处理装置1上端。
优选地，原料预处理装置1包括：压力传感器21、搅碎装置22、渗滤液装置23、杯皿26，其中，搅碎装置22包括：刀片24、电动机25；压力传感器21设置在杯皿26底部，渗滤液装置23设置在杯皿26内，电动机25设置在杯皿26内底端；刀片24设置在电动机25上端。
进一步说明，适合厨余蔬菜好氧堆肥的粒径大小为5-10mm，但是通常未经处理的厨余蔬菜粒径都在20-40mm，这显然超出了最适范围，因此增添电动机、舵机等一系列设备先对厨余蔬菜进行搅碎处理。此外，在搅碎部件下设置底部装有压力传感器，采用LCD屏实时显示，提供了更加直观友好的显示界面，操作者可以根据LCD屏所显示的重量投入适当的秸秆-微生物制剂。中心可靠一根旋转杆实现180度旋转的平台。在其之下，是利用渗滤作用制成的蔬菜-水分离装置，降低含水率以提高堆肥的效果和质量。
优选地，正式发酵装置包括：螺带-螺杆式搅拌装置31、温湿度传感器32、鼓风机33；螺带-螺杆式搅拌装置31设置在第二舵机7上端，温湿度传感器32、鼓风机33设置在与螺带-螺杆式搅拌装置31同一水平面的外壳9的内侧壁。
进一步说明，由于好氧堆肥反应要求氧气浓度始终大于5％，并通气，且通气的速率和频率应当随着温度的上升而加大，因此30到40度时，每4个小时搅拌+通气30分钟；40到50度时，每3个小时搅拌+通气40分钟；超过50度时，每2个小时搅拌+通气45分钟。
优选地，螺带-螺杆式搅拌装置31采用四层搅拌结构，并且每层都分为圆环半径不同的内外两个部分，中间镂空，在第二舵机7的控制下顺时针和逆时针做360度搅拌。
由于堆肥反应器的通气搅拌结构对反应器内气含率、流场和搅拌功率等都有较大影响,采用单层通气四层搅拌结构时，反应器内的分散性能较好，平均气含率最高，不均匀系数最小，同时搅拌功率适宜，通气会明显影响堆肥反应器中流场的形态，同时使得单位体积功率减小，因而采用自动搅拌周期和通气时间随温度的变化进而改变，使得整个发酵过程更加充分完全。同时，选用DHT11温湿度传感器，并采用LCD屏实时显示堆肥桶内的温度。
进一步说明，金属杆5中心点、外壳9内底部中心点、杯皿26的中心点在同一条直线上。
优选地，控制装置4采用Arduino主控制器模块。
进一步说明，本发明通过Arduino的普通数字传感器接口产生占空比不同的方波，模拟产生PWM信号进行舵机定位来控制舵机，舵机的转动的角度通过调节脉冲宽度调制信号(PWM)的占空比来实现，标准PWM信号的周期固定为20ms(50Hz)，理论上脉宽分布应在1ms到2ms之间，但是，事实上脉宽可由0.5ms到2.5ms之间，脉宽和舵机的转角0°～180°相对应。
进一步说明，Arduino主控制器模块放置外壳9壁上，并且与压力传感器、舵机、温度传感器、鼓风机都通过杜邦线与Arduino主控制器连接。
优选地，LCD屏8采用LCD1602液晶显示屏。
本发明不仅可以做到厨余垃圾的自主堆肥，在预处理阶段，搅碎、渗滤等方式在一定程度上降低厨余蔬菜初始含水量数值，并通过温度、湿度等数值自动调整搅拌周期，加速后续发酵进程。在正式发酵阶段，更是创新性地制作了一种螺带-螺杆式搅拌器，可实现搅拌更充分，针对发酵室内的各种情况实时调整通气条件。相应地，还有鼓风装置和紧急泄气阀，分别用于正常排放鼓入的空气和当排风装置失灵时的紧急排气，同时本科技创新小组考虑到好氧堆肥的过程中产生的各种臭气和滤液，增添了除臭装置和滤液、滤渣收集装置。
实施例1
本实施例中，压力传感装置21在测得压力(会同时显示在LCD屏8上)大于0且保持5s不变时，搅碎装置22开始工作，在搅碎过程中，滤液由渗滤装置23收集，完成此阶段第一舵机6带动金属杆5转动180°使食物残渣进入下一系统。舵机6再次带动金属杆5翻转180°恢复到初始状态。
本实施例中，由于Arduino的驱动能力有限，并且本作品中选用的舵机功率较大，因此选用外接镍氢电池供电。
正式发酵装置2包括螺带-螺杆搅拌装置31、温湿度传感器32、鼓风机33。系统选用DHT11温湿度传感器32，并采用LCD屏8实时显示堆肥桶内的温湿度。
本实施例中，由于好氧堆肥反应要求氧气浓度始终大于5％，并通气，且通气的速率和频率应当随着温度的上升而加大，由温湿度传感器32检测装置内的温湿度(同时显示在LCD屏8上)，根据测得的温湿度来控制螺带-螺杆搅拌设备31和鼓风机33工作，使系统内的温湿度维持在合适的范围之内。其中螺带-螺杆搅拌设备31由第二舵机7控制。
具体的处理收集装置3包括除臭装置41和滤液-滤渣收集装置，除臭装置主要利用活性炭8进行吸附以达到除去堆肥过程中所产生的臭味，并利用滤液-滤渣收集装置收集由于搅碎、渗滤所产生的渗液、滤渣。
本实施例中，装置的控制装置采用Arduino控制芯片对采集数据进行处理，并对第一舵机6和第二舵机7以及鼓风机33进行相关控制。本装置中共有两个传感器，分别是温湿度传感器32、压力传感器21，采用RS454协议与控制芯片进行数据传输，并对数据进行处理控制继电器以及专用舵机控制芯片进行，以达到装置的需求。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前叙述实施对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述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同等替换；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与范围。

Claims (10)

1.一种厨余垃圾智能好氧堆肥装置，其特征在于，包括：原料预处理装置(1)、正式发酵装置(2)、处理收集装置(3)、控制装置(4)、金属杆(5)、第一舵机(6)、第二舵机(7)、LCD屏(8)、外壳(9)；所述处理收集装置(3)设置于所述外壳(9)内底部，所述第二舵机(7)设置在所述处理收集装置上端；所述正式发酵装置(2)设置在所述第二舵机(7)上端；所述第一舵机(6)设置在所述外壳(9)的外侧壁，所述原料预处理装置(1)设置在所述正式发酵装置(2)上端，且所述原料预处理装置(1)通过所述金属杆(5)固定于所述外壳(9)内，其中，所述第一舵机(6)与所述金属杆(5)相连接；所述控制装置(4)、所述LCD屏(8)均设置在所述外壳(9)外上端。
2.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾智能好氧堆肥装置，其特征在于，所述处理收集装置(3)外侧设有出口端(10)。
3.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾智能好氧堆肥装置，其特征在于，所述原料预处理装置(1)包括：压力传感器(21)、搅碎装置(22)、渗滤液装置(23)、杯皿(26)，其中，所述搅碎装置(22)包括：刀片(24)、电动机(25)；所述压力传感器(21)设置在所述杯皿(26)底部，所述渗滤液装置(23)设置在所述杯皿(26)内，所述电动机(25)设置在所述杯皿(26)内底端；所述刀片(24)设置在所述电动机(25)上端。
4.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾智能好氧堆肥装置，其特征在于，所述原料预处理装置(1)上端设有除臭装置(41)。
5.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾智能好氧堆肥装置，其特征在于，所述正式发酵装置包括：螺带-螺杆式搅拌装置(31)、温湿度传感器(32)、鼓风机(33)；所述螺带-螺杆式搅拌装置(31)设置在所述第二舵机(7)上端，所述温湿度传感器(32)、所述鼓风机(33)设置在与所述螺带-螺杆式搅拌装置(31)同一水平面的所述外壳(9)的内侧壁。
6.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾智能好氧堆肥装置，其特征在于，所述螺带-螺杆式搅拌装置(31)采用四层搅拌结构，并且每层都分为圆环半径不同的内外两个部分，中间镂空，在所述第二舵机(7)的控制下顺时针和逆时针做360度搅拌。
7.根据权利要求3所述的一种厨余垃圾智能好氧堆肥装置，其特征在于，所述金属杆(5)中心点、所述外壳(9)内底部中心点、所述杯皿(26)的中心点在同一条直线上。
8.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾智能好氧堆肥装置，其特征在于，所述处理收集装置(3)还包括：采用滤液-滤渣收集装置。
9.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾智能好氧堆肥装置，其特征在于，所述控制装置(4)采用Arduino主控制器模块。
10.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾智能好氧堆肥装置，其特征在于，所述LCD屏(8)采用LCD1602液晶显示屏。
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