CN113620725A - 一种厨余垃圾三段式发酵处理系统及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及厨余垃圾处理技术领域，具体来说是一种厨余垃圾三段式发酵处理系统及处理方法，通过输送设备互相连接的生物发酵脱水装置、高温发酵装置和发酵腐熟装置，其中所述生物发酵脱水装置和高温发酵装置均包括一机壳，所述机壳包括上部的进料口、下部的出料口和内部的搅拌机构，所述机壳两侧及下方设有水循环传热装置，所述机壳下方还设有加热组件；所述生物发酵脱水装置和高温发酵装置的水循环传热装置相互连通。本发明所提供的厨余垃圾三段式发酵处理系统及处理方法，通过生物脱水，脱水简单，能耗低，产生的污水中SS少，COD低，有利于污水达标排放，盐分去除率高，便于发酵物的植物种植使用。
Description
技术领域
本发明涉及厨余垃圾处理技术领域，具体来说是一种厨余垃圾三段式发酵处理系统及处理方法。
背景技术
随着垃圾分类政策的不断推进，中国当前生活垃圾分类工作取得阶段性的进展，但其后续的资源化处理技术及消化能力严重不足。
厨余垃圾具有易腐烂、易降解、高有机质含量等特性，经妥善处理可转化为新的资源，主要处理技术为制肥等生化处理法。由于厨余垃圾的含水率较高，因此在进行堆肥前需进行脱水处理。现有市场上的利用厨余垃圾脱水减量处理并来堆肥的系统或设备，普遍存在仅仅简单依靠机械脱水方式来进行脱水处理，将最初含水率80-90%的厨余垃圾脱水率降到75%就进入生物发酵阶段，脱水效果不佳，不利后续的发酵、降解，进而导致污水中固体悬浮物（SS）含量高，化学需氧量（COD）高，处理困难，不利于污水达标排放。如若不进行脱水处理，则会导致堆肥发酵效率低、能耗高。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种能够将厨余垃圾脱水、发酵、腐熟化和稳定化的处理设备，使得最终的处理产物能够直接进行无害化利用。
为了实现上述目的，设计一种厨余垃圾三段式发酵处理系统，包括通过输送设备互相连接的生物发酵脱水装置、高温发酵装置和发酵腐熟装置，其中所述生物发酵脱水装置和高温发酵装置均包括一机壳，所述机壳包括上部的进料口、下部的出料口和内部的搅拌机构，所述机壳两侧及下方设有水循环传热装置，所述机壳下方还设有加热组件。
本发明还具有如下优选的技术方案：
在一个实施例中，所述生物发酵脱水装置的机壳底部设有泄水孔，所述泄水孔与生物发酵脱水装置下方的废液槽连接；所述高温发酵装置还包括用于向机壳内部吹气的风机，所述机壳顶部设有抽气口。
在一个实施例中，所述生物发酵脱水装置和高温发酵装置的机壳上均设有投料口。
在一个实施例中，所述发酵腐熟装置包括一滚筒式发酵机，所述滚筒式发酵机包括筒体，筒体外侧设有使所述筒体旋转的驱动机构，所述筒体一端设有输料机，另一端设有出料门，内部设有抄板结构。
在一个实施例中，所述滚筒式发酵机的抄板结构包括靠近输料机一侧的头部抄板、靠近出料门的尾部抄板和位于头部抄板与尾部抄板之间的主体抄板，头部抄板用于辅助进料至筒体内，主体抄板用于将进入筒体的物料翻动并向出料门移动，尾部抄板用于控制出料。
在一个实施例中，所述发酵腐熟装置包括一微孔膜覆盖机构，所述膜覆盖构包括一覆盖微孔膜、覆盖微孔膜下方的布气装置和通过布气装置向覆盖微孔膜吹气的鼓风机。
在一个实施例中，所述发酵腐熟装置和高温发酵装置分别设有温控装置。
本发明还包括一种厨余垃圾三段式发酵处理方式，包括以下步骤：
S1、 将预处理后的厨余垃圾输入生物发酵脱水装置内并接种微生物，同时，通过生物发酵脱水装置的搅拌机构对厨余垃圾进行搅拌，加热组件通过水循环传热装置对厨余垃圾进行加热，使厨余垃圾在生物发酵脱水装置内进行生物发酵，厨余垃圾中部分水分通过泄水孔进入废液槽，使厨余垃圾的含水率由80-90%下降为60-70%； S2、 将经过生物发酵脱水装置的厨余垃圾输入输入高温发酵装置内，厨余垃圾在生物自热及加热组件加热的水循环传热装置的作用下进行高温发酵，使厨余垃圾的含水率由60-70%下降为50-55%； S3、将经过高温发酵装置的厨余垃圾输入发酵腐熟装置，利用生物发酵自热进行腐熟化及稳定化，使厨余垃圾的含水率由50-55%下降到30%以下。
发明的有益效果
本发明所提供的一种厨余垃圾三段式发酵处理系统的优点包括：
（1）通过生物脱水，脱水简单，能耗低，产生的污水中SS少，COD低，有利于污水达标排放，盐分去除率高，便于发酵物的植物种植使用；
（2）高温发酵能杀灭有害微生物、虫卵和快速对易腐烂物进行降解，卫生化好；充分利用生物能对厨余垃圾进行含水率的去除，能耗低；通过加热组件进行加热，确保高温发酵进展快、速度快、异味消除快；
（3）经过腐熟化、稳定化，发酵物可直接用于农作物，不烧苗，实现肥料化、资源化。
（4）本发明采用好氧法发酵工艺，与厌氧法发酵工艺相比，可有效去除氮元素，所制得肥料稳定，不会对作物出现烧苗、烂根现象，能够实现厨余垃圾的无害化利用。
附图说明
图1示例性示出了本发明的一种厨余垃圾三段式发酵处理系统的工作逻辑原理图；
图2示例性示出了本发明的一种厨余垃圾三段式发酵处理系统结构示意图；
图3示例性示出了本发明的生物发酵脱水装置的剖面结构示意图；
图4示例性示出了本发明的生物发酵脱水装置的立体结构示意图；
图5示例性示出了本发明的生物发酵脱水装置另一侧的立体结构示意图；
图6示例性示出了本发明的高温发酵装置的剖面结构示意图；
图7示例性示出了本发明的高温发酵装置的立体结构示意图；
图8示例性示出了本发明的滚筒式发酵机的结构示意图；
图9示例性示出了本发明的膜覆盖机构的结构示意图。
图中：1、给料机，2、第一运输设备，3、生物发酵脱水装置，4、第二运输设备，5、高温发酵装置，6、第三运输设备，7、滚筒式发酵机；1-1、电机减速机（生物发酵脱水装置），1-2、机壳（生物发酵脱水装置），1-3、水循环传热装置（生物发酵脱水装置），1-4、进料口（生物发酵脱水装置），1-5、桨叶（生物发酵脱水装置），1-6、废液排放口，1-7、桨枝（生物发酵脱水装置），1-8、废液槽，1-9、桨主轴（生物发酵脱水装置），1-10、加热组件，1-11、出料口（生物发酵脱水装置）；1-12、进水口，1-13、出水口，1-14、加热装置连接口（生物发酵脱水装置）；2-1、电机减速机（高温发酵装置），2-2、机壳（高温发酵装置），2-3、水循环传热装置（高温发酵装置），2-4、进料口（高温发酵装置），2-5、桨叶（高温发酵装置），2-6、抽气口，2-7、桨枝（高温发酵装置），2-8、出料口（高温发酵装置），2-9、桨主轴（高温发酵装置），2-10、加热装置连接口（高温发酵装置）；3-1、螺旋输料机，3-2、筒体，3-3、回转滚道，3-4、主体抄板，3-5、尾部抄板，3-6、出料门，3-7、出料门开启机构，3-8、回转齿轮，3-9、齿轮驱动机构，3-10、支承轮机构，3-11、底座支架，3-12、出料斗，3-13、头部抄板；4-1、温度传感器，4-2、湿度传感器，4-3、覆盖膜，4-4、膜压紧密封装置，4-5、鼓风机，4-6、风道，4-7、地基，4-8、布气装置。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明所采用的技术方案做进一步的说明，参见图2，为本发明的一种优选实施例，在本实施例中，厨余垃圾三段式发酵处理系统通过输送设备互相连接的生物发酵脱水装置、高温发酵装置和发酵腐熟装置，其中所述生物发酵脱水装置和高温发酵装置均包括一机壳，所述机壳包括上部的进料口、下部的出料口和内部的搅拌机构，所述机壳两侧及下方设有水循环传热装置，所述机壳下方还设有加热组件；所述生物发酵脱水装置和高温发酵装置的水循环传热装置相互连通。所述生物发酵脱水装置的机壳底部设有泄水孔，所述泄水孔与生物发酵脱水装置下方的废液槽连接；所述高温发酵装置还包括用于向机壳内部吹气的风机，所述机壳顶部设有抽气口。所述生物发酵脱水装置和高温发酵装置的机壳上均设有投料口。所述发酵腐熟装置包括一滚筒式发酵机，所述滚筒式发酵机包括筒体，筒体外侧设有使所述筒体旋转的驱动机构，所述筒体一端设有输料机，另一端设有出料门，内部设有抄板结构。抄板结构包括靠近输料机一侧的头部抄板、靠近出料门的尾部抄板和位于头部抄板与尾部抄板之间的主体抄板，头部抄板用于辅助进料至筒体内，主体抄板用于将进入筒体的物料翻动并向出料门移动，尾部抄板用于控制出料。
参见图3，生物发酵脱水装置包括作为驱动机构的电机减速机（1-1）安装在机壳（1-2）的前部端面上。机壳（1-2）上部设有进料口（1-4），进料口（1-4）设有可按控制系统指令自动开启和关闭的门板，在机壳（1-2）内部的前后内壁上各有一个轴承座，两轴承座同轴，安装有桨主轴（1-9），桨主轴（1-9）沿着轴向长度不同的位置点上穿插、固定有多根桨枝（1-7），相邻桨枝在桨主轴（1-9）的周向呈90°布置。每根桨枝（1-7）的两端部都布置有一定倾斜角度要求的桨叶（1-5）。桨主轴（1-9）地一端有一段伸出机壳（1-2）前端面，与电机减速机（1-1）的输出轴上的连轴器相联结。在机壳（1-2）的后端外部下方，设有出料口（1-11）,出料口（1-11）内设有可以可按控制系统指令自动开启和关闭的门板。工作时，电机减速机（1-1）转动带动桨主轴（1-9）、桨枝（1-7）以及桨叶（1-5）一起转动，可以实现抄起、带动机器内的厨余垃圾物料翻转、搅拌均匀与空气充分接触的作用效果。在机壳（1-2）底部平面，有泄水孔，底板向该泄水孔呈漏斗式倾斜。在机壳（1-2）下方是废液槽（1-8），废液槽（1-8）下部设有废液排放口（1-6）。由机壳（1-2）内厨余垃圾发酵脱水产生的渗滤液，从机壳（1-2）的微微倾斜的漏斗状底板向泄水孔汇集流入到废液槽（1-8）内，再通过废液排放口（1-6）定期开启排放到系统外专门另外设立的废水处理系统。在机壳（1-2）后部下方设有专门的加热装置（1-10）。加热装置（1-10）设有供热装置连接口（1-14），供联结或输入供热消耗物。
在机壳（1-2）两侧和前部下方设有水循环传热系统（1-3），水循环传热系统（1-3），可以将加热装置（1-10）产生的热量传递到机壳的大部分位置，温控系统可以将生物发酵脱水机的温度提高到需要发酵微生物需要的合适温度范围。水循环传热系统（1-3）在机壳前端部设有进水口（1-12）、出水口(13)。可以外接其他设备的水循环传热系统向其供热。
高温发酵装置具体如附图4所示，结构与生物发酵脱水机相似，区别在于机壳（2-2）上部设有抽气口（2-6），发酵产生的水蒸气和异味气体可以从此处抽出。
工作时，电机减速机（2-1）转动带动桨主轴（2-9）、桨枝（2-7）以及桨叶（2-5）一起转动，可以实现抄起、带动机器内的经前道工序生物发酵作用脱过水后的厨余垃圾物料翻转、搅拌均匀的作用效果。
在机壳（2-2）两侧和前部下方设有水循环传热系统（2-3），水循环传热系统（2-3），是专门设立的水循环传热系统。可以通过加热装置连接口（2-10）与所述加热装置连接口（1-14）联结，将产生的热量传递到机壳的大部分位置，温控系统可以将高温发酵装置的温度提高到需要其发酵微生物需要的合适温度范围。
滚筒式发酵机的具体结构如附图5所示。按制造、运输需要或分多级制造的筒体（3-2）水平布置，搁置于一对水平支承轮机构（3-10）上，一般一对支承轮机构（3-10），筒体呈简支梁受力。中间有齿轮驱动机构（3-9），与筒体外部的回转齿轮（3-8）外啮合驱动，使筒体可以回转运动。在筒体（3-2）的前端部的封闭端面的上方局部开口的进料口处布置设有螺旋输料机（3-1），筒内壁每隔一段距离焊接或其他联结方式安装布置有一圈螺旋形状的主体抄板（3-4）结构，可以在筒体（3-2）回转转动时将内部的散状厨余垃圾物料抄起、抛高、落下过程中产生一定的轴向位移。从而向筒体（3-2）尾部行进。在筒体（3-2）前端部有头部抄板（3-13），作用与主体抄板（3-4）类似，只是间距位置更紧密，角度更大，目的是使从螺旋输料机（3-1）进入筒体（3-2）的半成品有机肥料（未处理完的厨余垃圾）快速进入筒体（3-2）主体深处位置，不至于堆积在筒体的前端部和进口处，产生溢料现象。在筒体（3-2）的后端部设有尾部出料抄板（3-5）,结构便于出料时的接料控制。在后端面有出料筒门（3-6）安装布置在出料筒门开启机构（3-7）上。出料筒门开启机构（3-7）按控制要求，可以转动摆动一定的角度，实现出料筒门（3-6）与筒体（3-2）的开启和关闭。在筒体（3-2）的后端的外部设有口朝后、朝下的出料斗（3-12），厨余垃圾经过前面的处理最终腐熟后经开启的出料筒门（3-6）从出料斗（3-12）输出。
参见图2，整个系统由三个主要工作模块和四个辅助模块顺序布置组成，三个主要工作模块是生物发酵脱水装置、高温发酵装置和滚筒式发酵机，四个辅助模块是给料机、第一输送设备组、第二输送设备组、第三输送设备组。
布置顺序是：给料机-输送设备组1-生物发酵脱水机-输送设备组2-高温发酵装置-输送设备组3-滚筒式发酵机。
本发明所提供的一种厨余垃圾三段式发酵处理方法的具体如下：
第一阶段
将预处理好的厨余垃圾倒入给料机，给料机将厨余垃圾物料按一定的速率均匀释放到第一输送设备组上。第一输送设备组的输出端对应的是生物发酵脱水装置的进料口（1-4），第一输送设备组输出的厨余垃圾通过进料口（1-4）进入机壳（1-2），在加入配方菌种1后，经过电机减速机（1-1）驱动带动桨主轴（1-9）、桨枝（1-7）、桨叶（1-5）转动，通过搅拌起到抄起、抛撒的不断作用，与机壳内的空气充分接触，实现发酵分解降解，同时加热装置（1-10）产生的热量通过水循环传热系统（1-3）传递到机壳（1-2）的大部分物料所在的区域，起到提高环境温度到微生物发酵所需要的最合适的温度范围。经过24小时的搅动、发酵过程，厨余垃圾，在微生物作用下细胞壁内的水分渗出，不断汇聚流到机壳（1-2）下部的废液槽，并排出系统。从而实现在预处理阶段机械脱水方式无法脱尽的水分，用生物发酵脱水的方法进一步的脱去多余水分。经过这一步工艺步骤，厨余垃圾的含水率可以进一步降到65%左右。
第二阶段
完成发酵脱水工艺的厨余垃圾物料由生物发酵脱水机的出料口（1-11），出料落到第二输送设备组上，输送到高温发酵机的进料口（2-4）内，加入适量的配方菌种2，与前一阶段工作情况类似，生物脱水后的厨余垃圾物料进入机壳（2-2），和加入的配方菌种2，经过电机减速机（2-1）驱动带动桨主轴（2-9）、桨枝（2-7）、桨叶（2-5）转动，通过搅拌起到抄起、抛撒的不断作用，与机壳内的空气充分接触，同时加热装置连接口（2-10）得到来自生物发酵脱水装置的供热装置连接口（1-14）或其他热源输送来的热能通过水循环传热系统（2-3）传递到机壳（2-2）的大部分厨余垃圾物料所在的区域，起到提高环境温度到微生物发酵所需要的最合适的温度范围。经过约72小时~120小时的高温发酵，空气中水分从抽气口（2-6）排出，在堆体温度和环境温度的共同作用下，有害微生物、虫卵、细菌被杀灭，易腐烂物进一步降解，厨余垃圾的含水率进一步下降为50-55%之间。
第三阶段
经过高温发酵机处理后的厨余垃圾脱去大量水分，杀虫杀菌后，成为有机肥的半成品，但还不够稳定。不宜作为肥料使用。因此需要进行第三阶段的腐熟化和稳定化处理。
高温发酵机出料口（2-8）送出的有机肥半成品状态的厨余垃圾，落到第三输送设备组上，通过第三输送设备组送入到滚筒式发酵机的螺旋输送机（3-1）上，并进入筒体（3-2）。在齿轮驱动机构（3-9）带动回转齿轮（3-8）及筒体（3-2）的转动，厨余垃圾物料通过头部抄板推进到筒体（3-2）深处，筒体（3-2）深处的内壁上的抄板，不断抄起、抛撒物料，利用生物发酵自热进行进一步的腐熟和稳定化。此阶段需要进行2-3周时间。厨余垃圾的含水率进一步降到30%及以下。可以开启出料筒门开启机构（3-7），将制成的有机肥从出料筒门（3-6）和出料斗（3-12）输出。
自此，完成厨余垃圾的生物发酵堆肥处理，将含水率在80-90%的厨余垃圾一步步减量脱水到含水率到30%以下，并制成杀灭虫卵、细菌，并充分降解后腐熟化、稳定化的优质有机肥。
对第三阶段需要更大规模产量的实施项目，回转窑反应器结构的滚筒式发酵机的处理量有限，可以采用如图6所示的覆盖膜机构来实现替代。膜覆盖系统，是采用可单向通气排除水蒸气，而防止雨水的浸入的发酵环境系统。鼓风机系统可以按需向膜覆盖系统内料堆下方送入富含氧气的空气，透过肥料堆到上方释放出来，向膜外透析出去，带走水分，同时可以防止雨水的浸入。过一段时间适当翻动料堆，增加料堆与氧气接触均匀性。
以上所述，仅为此发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案和新型的构思加于等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种厨余垃圾三段式发酵处理系统，其特征在于，包括 通过输送设备互相连接的生物发酵脱水装置、高温发酵装置和发酵腐熟装置，其中 所述生物发酵脱水装置和高温发酵装置均包括一机壳，所述机壳包括上部的进料口、下部的出料口和内部的搅拌机构，所述机壳两侧及下方设有水循环传热装置，所述机壳下方还设有加热组件。
2.如权利要求1所述的一种厨余垃圾三段式发酵处理系统，其特征在于，所述生物发酵脱水装置的机壳底部设有泄水孔，所述泄水孔与生物发酵脱水装置下方的废液槽连接； 所述高温发酵装置还包括用于向机壳内部吹气的风机，所述机壳顶部设有脱湿抽气口。
3.如权利要求1或2任一所述的一种厨余垃圾三段式发酵处理系统，其特征在于，所述生物发酵脱水装置和高温发酵装置的机壳上均设有投料口。
4.如权利要求1所述的一种厨余垃圾三段式发酵处理系统，其特征在于，所述发酵腐熟装置包括一滚筒式发酵机， 所述滚筒式发酵机包括筒体，筒体外侧设有使所述筒体旋转的驱动机构，所述筒体一端设有输料机，另一端设有出料门，内部设有抄板结构。
5.如权利要求4所述的一种厨余垃圾三段式发酵处理系统，其特征在于，所述滚筒式发酵机的抄板结构包括靠近输料机一侧的头部抄板、靠近出料门的尾部抄板和位于头部抄板与尾部抄板之间的主体抄板，头部抄板用于辅助进料至筒体内，主体抄板用于将进入筒体的物料翻动并向出料门移动，尾部抄板用于控制出料。
6.如权利要求1所述的一种厨余垃圾三段式发酵处理系统，其特征在于，所述发酵腐熟装置包括一微孔膜覆盖机构， 所述膜覆盖机构包括一覆盖微孔膜、覆盖微孔膜下方的布气装置和通过布气装置向覆盖微孔膜吹气的鼓风机。
7.如权利要求1所述的一种厨余垃圾三段式发酵处理系统，其特征在于，还设有温控装置分别控制所述发酵腐熟装置、高温发酵装置和生物发酵脱水装置机壳内部的温度。
8.一种厨余垃圾三段式发酵处理方法，其特征在于，包括以下步骤： S1、 将预处理后的厨余垃圾输入生物发酵脱水装置内并接种微生物，同时，通过生物发酵脱水装置的搅拌机构对厨余垃圾进行搅拌，加热组件通过水循环传热装置对厨余垃圾进行加热，使厨余垃圾在生物发酵脱水装置内进行生物发酵，厨余垃圾中部分水分通过泄水孔进入废液槽，使厨余垃圾的含水率由80-90%下降为60-70%； S2、 将经过生物发酵脱水装置的厨余垃圾输入高温发酵装置内，厨余垃圾在生物自热及加热组件加热的水循环传热装置的作用下进行高温发酵，使厨余垃圾的含水率由60-70%下降为50-55%； S3、 将经过高温发酵装置的厨余垃圾输入发酵腐熟装置，利用生物发酵自热进行腐熟化及稳定化，使厨余垃圾的含水率由50-55%下降到30%以下。
9.如权利要求7所述的一种厨余垃圾三段式发酵处理方法，其特征在于，在所述步骤S1之前，还包括以下步骤，
S0、 将厨余垃圾磁选、分拣、粉碎、脱水后得到经过预处理的厨余垃圾。
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