CN114560723A - 具有水气控制结构的庭院式厨余垃圾堆肥桶及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有水气控制结构的庭院式厨余垃圾堆肥桶及控制方法，装置包括桶体和桶盖，桶盖底部均匀涂覆有疏水涂层，下方通过支撑装置固定有能让水蒸气通过的防水透气膜，防水透气膜与疏水涂层之间具有间隔并构成空气夹层；桶体内侧周向设有桶壁空腔，与渗滤液收集桶连通；反应内腔下部设有滤网，滤网将反应内腔分隔为上部的堆肥区和下部的渗滤液收集区。本发明可用于在庭院无通电条件和家用低能耗需求下，借助“机械搅拌‑曝气供氧‑物质降解‑水分脱除”联动效应，对桶内水气流动进行有效调控，在促进厨余垃圾高效降解的同时，加速堆体水分蒸发、脱除，保证堆体高温状态，缩短停留时间并提升产品腐熟度和无害化、减量化程度。

Description

具有水气控制结构的庭院式厨余垃圾堆肥桶及控制方法
技术领域
本发明涉及一种具有水气控制结构的庭院式厨余垃圾堆肥桶及控制方法，用于实现家庭厨余垃圾堆肥过程机械搅拌、曝气供氧、水分脱除，属于厨余垃圾处理技术领域。
背景技术
好氧堆肥技术是我国当前实现固体废物资源化利用的主流技术之一。在垃圾分类热潮和“双碳”背景下，家庭堆肥由于契合循环经济理念，逐渐受到关注。人们倾向于将自家产生的厨余垃圾就地堆肥，并把产物用于养花种草，作为践行低碳生活方式的途径之一。
尽管好氧堆肥技术发展至今已十分成熟，但聚焦于家庭使用场景的厨余垃圾堆肥设备研发仍处于起步阶段。国内现有家庭堆肥模式以传统静态堆肥法为主，缺乏科学的系统控制，通常会产生高温无害化实现难、发酵周期长、减量化程度小、产物品质差等问题，究其根源是中国人饮食习惯导致的厨余垃圾含水率普遍较高(70％～80％)。在缺少搅拌翻堆、通风曝气和水蒸汽/冷凝水引流的静态堆肥条件下，厨余垃圾中过量的水分难以快速蒸发脱除。当物料含水率超过60％时，堆体内部孔隙被水分填充，O2运动受到抑制，堆肥过程趋于厌氧，好氧微生物代谢活性显著下降，进而减少其降解有机质释放的生物热，导致堆体启动升温缓慢或高温期维持时间较短。较低的堆温一方面会导致厨余垃圾中杂草种子、寄生虫、病原体等难以被灭杀，蚊蝇滋生，无害化程度难以达到《有机肥料》(NY/T525-2021)的要求；另一方面，高温阶段是决定厨余垃圾降解程度的重要时期，但由于堆温未处于嗜热微生物最适温度范围，其高效降解转化复杂有机质的能力难以被有效激发，进而导致堆肥发酵周期长、减量化程度小、产物腐熟度低等问题，影响肥料可用性和堆肥者获得感。因此，有效控制家庭厨余垃圾堆肥过程的水气流动，降低物料含水率，提高堆体氧含量，是攻克现有家庭堆肥模式诸多瓶颈难题的关键。
由此可见，如何提供一种能有效降低物料含水率、维持堆体最佳温湿氧状态的堆肥桶水气控制结构，在家庭庭院无通电条件和低能耗需求下保证厨余垃圾减量化、资源化、无害化过程高效进行，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对庭院无通电条件和家用低能耗需求，提供了一种具有水气控制结构的庭院式厨余垃圾堆肥桶及控制方法，保证了堆肥桶对厨余垃圾的减量化、资源化、无害化效果。
本发明所采用的具体技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种具有水气控制结构的庭院式厨余垃圾堆肥桶，包括桶体和桶盖；所述桶体顶部可拆卸式固定有桶盖，两者共同构成具有反应内腔的反应装置；所述桶盖为中间高四周低的倾斜结构，中心处设有用于增加内部气体流动速度的排气风扇；桶盖底部均匀涂覆有疏水涂层，下方通过支撑装置固定有能让水蒸气通过的防水透气膜，防水透气膜与疏水涂层之间具有间隔并构成空气夹层；桶体内侧周向设有桶壁空腔；桶壁空腔顶部位于防水透气膜下方，底部通过导管与渗滤液收集桶连通，用于将从防水透气膜或疏水涂层上滑落的冷凝水进行收集；
所述反应内腔下部设有滤网；滤网能将所在处的反应内腔横截面完全覆盖，并将反应内腔分隔为上部的堆肥区和下部的渗滤液收集区，渗滤液收集区通过导管与渗滤液收集桶连通；所述堆肥区内平行径向设有位于上方的第一搅拌轴和位于下方的第二搅拌轴；第一搅拌轴和第二搅拌轴均与位于反应装置外部的偏置曲柄滑块机构连接，能通过偏置曲柄滑块机构带动两者转动以搅拌堆肥区内的堆体物料；所述第一搅拌轴和第二搅拌轴上方分别设有用于为下方堆体供气的通风系统。
作为优选，所述桶体和桶盖的外部均包裹有保温材料，以减少厨余垃圾堆肥过程中的热量散失。
作为优选，所述防水透气膜由内至外依次为第一聚酯纤维材料层、PTFE多微孔膜层和第二聚酯纤维材料层；所述PTFE多微孔膜层的材料为由PVA亲水改性所得。
进一步的，所述PTFE多微孔膜层的孔径为0.025μm，厚度为0.35mm。
进一步的，所述PTFE多微孔膜层的表面均匀涂覆有硅藻土材料。
作为优选，所述桶盖内壁的倾斜角度为20°，疏水涂层为PMMA涂层。
作为优选，所述第一搅拌轴和第二搅拌轴的结构相同，沿轴向设有若干对等距的搅拌桨叶；搅拌桨叶的横截面优选为菱形。
作为优选，所述偏置曲柄滑块机构具有急回特性，与弹簧脚踩装置相连；偏置曲柄滑块机构能将作用于弹簧脚踩装置上的脚踩往复移动转换为整周回转运动，以带动第一搅拌轴和第二搅拌轴转动。
作为优选，所述通风系统包括曝气管和进气口旋钮，曝气管的一端通过设有进气口旋钮的进气口与外界连通，进气口旋钮用于调节进气量；所述曝气管的底部均匀开设有若干曝气孔；曝气孔下方设有用于防止下部物料堵塞曝气孔的筛网，两侧延伸出用于阻挡上部物料进入曝气孔的喇叭状盖板。
作为优选，所述排气风扇由太阳能板供电间歇运行，其顶部设置可拆卸的保温盖。
第二方面，本发明提供了一种根据第一方面任一所述庭院式厨余垃圾堆肥桶的厨余垃圾堆肥处理水气控制方法，具体如下：
将待处理的厨余垃圾置于反应装置的堆肥区内，通过偏置曲柄滑块机构带动第一搅拌轴和第二搅拌轴转动，以搅拌松动厨余垃圾堆体，提高堆体孔隙率，有助于通风系统通过曝气供氧促进桶内气体自下而上运动；所述通风系统能提供充足氧气，保障微生物维持高代谢活性并有效将大分子有机质转化为二氧化碳和水等小分子化合物，释放生物热，促进堆体升温；通过堆体升温形成的自下而上的气流，使通风系统自动从外部进气；微生物降解有机质产生的大量水分可在高温条件下转化为水蒸汽，随桶内自下而上的气流向上方移动；部分水蒸汽经防水透气膜的孔隙进入空气夹层，遇较冷的桶盖后冷凝并沿疏水涂层滑入桶壁空腔，随后在导管的作用下进入渗滤液收集桶；另一部分未透过防水透气膜进入空气夹层的水蒸汽会在疏水涂层底部聚集并沿滑入桶壁空腔桶壁空腔。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
(1)本发明采用的改性防水透气膜结构设计，由内到外分别为拒水处理的聚酯纤维材料、PVA亲水改性的PTFE多微孔膜和硅藻土的复合膜材料、拒水处理的聚酯纤维材料，可实现对水蒸气的有效收集和对臭气的有效去除，并阻隔细菌、真菌孢子和生物气溶胶的外泄；同时，经PVA亲水改性的PTFE多微孔膜可有效增加水珠与膜的接触面积，使未透过防水透气膜的水珠聚集并沿膜表面滑入桶壁空腔，减少冷凝水回滴现象。
(2)本发明通过桶体中下部两根贯穿内腔中心的搅拌轴结构，在搅拌混合物料的同时提高物料孔隙率；该搅拌轴的转动由脚踩驱动偏置曲柄滑块机构实现，可有效降低厨余垃圾堆肥过程能耗。
(3)本发明使用的曝气管底部的圆形曝气孔外覆盖有一层筛网，可防止物料进入曝气孔造成堵塞；同时，曝气管两侧延伸出的喇叭状盖板在所述搅拌轴松动物料的配合下，可有效防止物料在曝气孔周围压实，有利于空气进入堆体，提高堆体氧含量；根据热力学原理，通过该曝气管进入堆体的空气可从接近堆肥区底部的进气口自动进入，不使用需通电的曝气泵，进一步降低厨余垃圾堆肥过程能耗。
(4)本发明的厨余垃圾堆肥桶可充分利用“机械搅拌-曝气供氧-物质转化-水分脱除”联动效应，使桶内环境能维持在微生物代谢的最适温湿度范围内，进一步提高厨余垃圾降解效率，缩短堆肥周期，并保证产品腐熟度和无害化、减量化程度。
附图说明
图1是本发明庭院式厨余垃圾堆肥桶的整体结构图；
图2是本发明庭院式厨余垃圾堆肥桶中冷凝水收集系统的原理示意图；
图3是本发明庭院式厨余垃圾堆肥桶中优选的搅拌轴横截面图；
图4是本发明庭院式厨余垃圾堆肥桶中偏置曲柄滑块机构的结构图；
图5是本发明庭院式厨余垃圾堆肥桶的曝气管横截面图；
图6是本发明庭院式厨余垃圾堆肥桶中进气口旋钮的结构示意图；
图7是本发明庭院式厨余垃圾堆肥桶的桶盖俯视图；
图中：1-桶体；2-桶盖；3-冷凝水收集系统；3.1-支撑装置；3.2-防水透气膜；3.3-空气夹层；3.4-疏水涂层；3.5-桶壁空腔；4-搅拌系统；4.1-搅拌轴组；4.1.1-第一搅拌轴；4.1.2-第二搅拌轴；4.2-搅拌桨叶；4.3-偏置曲柄滑块机构；4.3.1-第一导轨；4.3.2-第二导轨；4.3.3-第三导轨；4.3.4-第四导轨；4.3.5-第一滑块；4.3.6-第二滑块；4.3.7-第三滑块；4.3.8-第四滑块；4.3.9-第一曲杆；4.3.10-第二曲杆；4.3.11-第一连杆；4.3.12-第二连杆；4.3.13-第三连杆；4.3.14-第一固定轴；4.3.15-第三固定轴；4.3.16-中心轴；4.3.17-第一滑轨；4.3.18-第三滑轨；4.4-弹簧脚踩装置；4.4.1-脚踏板；4.4.2-弹簧；5-通风系统；5.1-曝气管；5.2-进气口旋钮；5.3-排气风扇；5.4-曝气孔；5.5-筛网；5.6-喇叭状盖板；5.7-保温盖；6-保温材料；7-渗滤液收集区；7.1-滤网；7.2-导管；7.3-渗滤液收集桶。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者是间接连接即存在中间元件。相反，当元件被称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。
如图1所示，为在本发明的一个较佳实施例中，提供的一种具有水气控制结构的庭院式厨余垃圾堆肥桶。水气控制结构主要包括冷凝水收集系统3、搅拌系统4和通风系统5，使用该水气控制结构的厨余垃圾堆肥桶主要包括桶体1及与桶体1相连接的桶盖2。其中，冷凝水收集系统3包括防水透气膜3.2、空气夹层3.3、疏水涂层3.4和桶壁空腔3.5，搅拌系统4包括搅拌轴组4.1和偏置曲柄滑块机构4.3，搅拌轴组4.1包括第一搅拌轴4.1.1和第二搅拌轴4.1.2，通风系统5包括曝气管5.1和进气口旋钮5.2。下面将对各部件的结构和连接方式进行具体说明。
桶体1顶部可拆卸式固定有桶盖2，两者共同构成具有反应内腔的反应装置。在本实施例中，为了减少厨余垃圾堆肥过程中的热量散失，在桶体1和桶盖2的外部均包裹有保温材料6，保温材料6可以选用环境友好且保温性、热稳定性及抗冲击强度良好的发泡聚丙烯(EPP)材料。
如图2所示，桶盖2呈一定倾斜角，为中间高四周低的倾斜结构，中心处设有用于增加内部气体流动速度的排气风扇5.3。桶盖2底部均匀涂覆有疏水涂层3.4，下方通过支撑装置3.1固定有能让水蒸气通过的防水透气膜3.2，防水透气膜3.2与疏水涂层3.4之间具有间隔并构成空气夹层3.3。桶体1内侧周向设有桶壁空腔3.5。桶壁空腔3.5顶部位于防水透气膜3.2下方，底部通过导管7.2与渗滤液收集桶7.3连通。在实际应用时，水蒸汽能从下方通过防水透气膜3.2的孔隙进入空气夹层3.3后遇温度较低的桶盖2冷凝，并沿疏水涂层3.4下滑进入桶壁空腔3.5，经由导管7.2汇入所述渗滤液收集桶7.3，排出桶体1。同时防水透气膜3.2可起到阻隔作用，即使冷凝水从疏水涂层3.4滴落，也无法透过防水透气膜3.2回滴至堆体，而会沿斜面滑入桶壁空腔3.5。
在本实施例中，防水透气膜3.2由三层构成，由内到外分别为拒水处理的第一聚酯纤维材料层、孔径为0.025μm的PTFE多微孔膜层和拒水处理的第二聚酯纤维材料层。
为了确定PTFE多微孔膜层的最佳厚度，进行了水蒸汽透过能力测试，具体如下：采用三种以PTFE多微孔膜为主体材料，厚度分别为0.35mm(1号)、0.4mm(2号)、0.5mm(3号)的防水透气膜，进行加热沸腾-冷凝实验，比较各膜水蒸汽透过性能和内表面水蒸汽凝结情况，其中水蒸汽透过性能通过静置相同时间后膜外表面冷凝水体积进行对比，内表面水蒸汽凝结情况以防水透气膜与沸腾水浴锅产生的水蒸汽直接接触的内表面凝结的水珠数量表示；同时，在三种膜的空腔中安装风扇，促进水蒸汽随空气自下而上流动，对比确定有无抽风对水蒸汽透过性能和内表面水蒸汽凝结情况的影响。实验发现，随着厚度的增加，防水透气膜的水蒸汽透过性能降低，且与水蒸汽直接接触面的水珠凝结数量增加；加速空气自下而上的流动速度可以加速沸腾水浴锅的水分蒸发，提高防水透气膜的水蒸汽透过量，但同时膜内表面水珠的凝结数量也会显著增加(表1)。故本发明的技术方案采用厚度为0.35mm的PTFE多微孔膜作为防水透气膜3.2的主体材料，并辅以排气风扇5.3促进桶内空气流动，从而进一步加速堆体水分蒸发。
表1不同厚度防水透气膜水蒸汽透过能力对比
Figure BDA0003567848430000061
Figure BDA0003567848430000071
注：“-”表示基本无冷凝水或水珠凝结情况，“+”表示膜外表面有少量冷凝水或内表面有少量水珠凝结，“++”表示膜外表面有一定量的冷凝水或内表面有一定量的水珠凝结，“+++”表示膜外表面有大量冷凝水或内表面有大量水珠凝结。
另外，由于水蒸汽透过能力测试实验发现无论选择何种厚度的防水透气膜，在抽风条件下其内表面均有水珠凝结，且PTFE多孔微膜表面的“纳米-微米”双阶结构导致膜表面张力小、润湿性差，这些水珠粒径较小，难以沿膜斜面下滑，易产生冷凝水回滴现象，而在实际应用过程中这些未透过防水透气膜的水珠可能堵塞防水透气膜孔隙，降低其透气能力，且回滴至堆体中会导致物料脱水减量程度下降，不利于厨余垃圾堆肥高效进行，故在本实施例中，对PTFE多孔微膜进行聚乙烯醇(PVA)亲水改性，以增加液体与膜的接触面积，使未透过防水透气膜3.2的水珠易于聚集并沿膜表面滑入桶壁空腔3.5。
另外，在本实施例中，为减少厨余垃圾堆肥过程的臭气逸散量，在所述PVA亲水改性的PTFE多微孔膜外表面均匀涂布一层硅藻土材料，以增加膜对NH3、H2S等恶臭气体和对VOCs的吸附能力，同时该复合膜材料还可阻隔细菌、真菌孢子和生物气溶胶的外泄，减少厨余垃圾堆肥对家庭环境带来的污染和对人体健康产生的危害。
为了确认最佳的疏水涂层材料及桶盖倾斜角度，本发明进行了冷凝水引流性能测试，具体如下：采用PTFE板材(1号)、PMMA板材(2号)、ABS板材(3号)、PP板材(4号)、PVC板材(5号)五种疏水材料，在不同倾斜角度下进行疏水性能实验，向板材上泼水，观察各板材表面水珠附着情况及不同倾斜角度下水珠滑落情况。实验发现，随着倾斜角度的增大，水珠滑落数量增加，当倾斜角度大于20°时五种板材上滑落的水珠数量开始显著增加；五种材料中PTFE板材(1号)和PP板材(4号)由于疏水性能较强，导致附着水珠粒径较小、数量较少，难以沿板材表面下滑，而疏水性能较差的PMMA板材(2号)则更有利于水珠附着、凝聚、下滑(表2)。故本发明的技术方案将桶盖2内壁倾斜角度设置为20°，疏水涂层3.4选择疏水性能中等且廉价易得的PMMA涂层，以减少因冷凝水滴落而增加防水透气膜承重；但同时防水透气膜3.2又可承接一部分未沿斜面下滑而滴落的冷凝水，减小桶盖2内壁应设置的倾斜角度，增加堆肥桶美观性。
表2不同疏水材料在不同倾斜角度下的冷凝水引流情况对比
Figure BDA0003567848430000081
注：①“+”表示板材表面附着的水较少，且形成的水珠粒径较小；“++”表示板材表面附着有一定量的水珠，且形成的水珠粒径中等大小；“+++”表示板材表面附着有大量水珠，且形成的水珠粒径较大。②“0”表示水珠以直接滴落为主，几乎无水珠沿材料表面滑落；“1”表示大部分水珠滴落，仅有少量滴水珠能沿材料表面下滑，且并未滑至板材边缘；“2”表示有一定量的水珠能沿材料表面下滑，但仍有部分水珠未能滑至板材边缘即滴落；“3”表示大部分水珠都能沿材料表面下滑至板材边缘。
本领域技术人员可在上述实验的启示下，根据实际情况调整防水透气膜3.2的材料、厚度、孔径及改性方式，或更换疏水涂层3.4材料和倾斜角度，以提高本发明对冷凝水的收集、脱除效果。
反应内腔下部设有滤网7.1。滤网7.1能将所在处的反应内腔横截面完全覆盖，并将反应内腔分隔为上部的堆肥区和下部的渗滤液收集区7，渗滤液收集区7通过导管7.2与渗滤液收集桶7.3连通。由于在纵向层递式发酵过程中，堆肥桶中下层物料受到重力作用会逐渐压实，孔隙率明显下降，产生局部厌氧的情况，因此本发明需要在堆肥区中下部设置两根贯穿内腔中心的第一搅拌轴4.1.1和第二搅拌轴4.1.2，通过定期搅拌翻堆松动物料，增加孔隙率，提高堆体内部氧含量，以促进好氧微生物的高效代谢作用。第一搅拌轴4.1.1位于上方，第二搅拌轴4.1.2位于下方，且第一搅拌轴4.1.1和第二搅拌轴4.1.2的结构相同。在不同径向平面上布设有若干对等距的搅拌桨叶4.2，每个平面上的搅拌桨叶4.2数量相等且沿中心轴轴线方向距离相等。搅拌桨叶4.2的具体形状可以根据物料实际情况进行优化调整。如图3所示，在本实施例中，采用横截面呈菱形的搅拌桨叶4.2，使其更容易在压实的物料中转动。当然，本领域技术人员还可将搅拌桨叶4.2更换为其他形状，提高搅拌翻堆效果，减小搅拌时所需施加的力量。
为降低堆肥桶能耗，本发明将第一搅拌轴4.1.1和第二搅拌轴4.1.2均与位于反应装置外部的偏置曲柄滑块机构4.3连接，能通过偏置曲柄滑块机构4.3带动两者转动以搅拌堆肥区内的堆体物料。
如图4所示，本发明技术方案所采用的脚踩驱动偏置曲柄滑块机构4.3包括第一导轨4.3.1、第二导轨4.3.2、第三导轨4.3.3、第四导轨4.3.4，分别设置在各自导轨内的第一滑块4.3.5、第二滑块4.3.6、第三滑块4.3.7、第四滑块4.3.8，分别与第一搅拌轴4.1.1和第二搅拌轴4.1.2转动中心固定连接的第一曲杆4.3.9、第二曲杆4.3.10，以及与曲杆相连的第一连杆4.3.11、第二连杆4.3.12、和与脚踏板4.4.1相连的第三连杆4.3.13。其中，第一曲杆4.3.9、第一连杆4.3.11、第一导轨4.3.1、第三导轨4.3.3及导轨对应滑块控制第一搅拌轴4.1.1，第二曲杆4.3.10、第二连杆4.3.12、第二导轨4.3.2、第四导轨4.3.4及导轨对应滑块控制第二搅拌轴4.1.2。以下以第一搅拌轴4.1.1的转动控制为例，对本实施例进行描述。
在本实施例中，第一滑块4.3.5与第三滑块4.3.7中心和第一固定轴4.3.14与第三固定轴4.3.15相连，第三连杆4.3.13设置固定的中心轴4.3.16、第一滑轨4.3.17和第三滑轨4.3.18，第一滑轨4.3.17与第三滑轨4.3.18分别和第一固定轴4.3.14与第三固定轴4.3.15滑动配合；第一连杆4.3.11两端与第一曲杆4.3.9和第三固定轴4.3.15活动连接；中心轴4.3.16与第三连杆4.3.13转动连接；脚踏板4.4.1底部设置弹簧4.4.2，与第三连杆4.3.13连接于靠近第一导轨4.3.1的一侧；根据偏置曲柄滑块机构原理，向脚踏板4.4.1施力可带动第一滑块4.3.5与第三滑块4.3.7做上下往复运动，并带动第一连杆4.3.11上下移动，从而带动第一曲杆4.3.9转动，通过第一曲杆4.3.9的转动为第一搅拌轴4.1.1转动提供动力。该偏置曲柄滑块机构4.3可行的关键在于，机构中第一连杆4.3.11与第一曲杆4.3.9的杆长之差应大于第三滑块4.3.7移动的导路中心线与第一曲杆4.3.9回转中心之间的偏距。
为提高堆体氧含量，促进桶内气体自下而上流动，本发明在第一搅拌轴4.1.1和第二搅拌轴4.1.2上方分别设有用于为下方堆体供气的通风系统5。通风系统5包括曝气管5.1和进气口旋钮5.2，曝气管5.1的一端通过设有进气口旋钮5.2的进气口与外界连通，进气口旋钮5.2用于调节进气量。曝气管5.1的底部均匀开设有若干曝气孔5.4，曝气管5.1通入的氧气可以通过被第一搅拌轴4.1.1和第二搅拌轴4.1.2松动的物料进入堆体。
通常，应对曝气管5.1采取防堵塞措施。如图5所示，曝气管5.1下方覆有一层筛网5.5，防止物料进入曝气孔5.4造成堵塞；同时，曝气管5.1两侧延伸出喇叭状盖板5.6，对上层物料形成一定阻挡作用，在第一搅拌轴4.1.1和第二搅拌轴4.1.2的搅拌配合下，可有效防止物料在曝气孔5.4周围压实，降低筛网5.5被堵塞的可能性。
另外，由于桶内中上层堆体高温形成的自下而上的气流自动进气，因此本发明不使用需通电的曝气泵，从而进一步降低厨余垃圾堆肥过程能耗。如图6所示，安装于进气口处的进气口旋钮5.2可通过旋转控制不同环境温度下的进气量。夏季环境温度较高，可以采用较高的进气量；冬季环境温度较低，堆体散热量大，较低的进气量利于桶内高温状态的维持。
另外，根据防水透气膜水蒸汽透过能力测试结果，本实施例在桶盖2顶部设置排气风扇5.3，以促进桶内气体流动，加速水分蒸发，提高堆体脱水干化效果，如图7所示。本实施例在排气风扇5.3上方安装保温盖5.7，可根据环境及堆体温度调节排气风扇5.3的运行频次及保温盖5.7的开合，以维持堆体高温状态。本实施例的排气风扇5.3由太阳能光伏板及蓄电池组供电间歇运行，进一步降低堆肥桶运行能耗。
本发明提供的由冷凝水收集系统3、搅拌系统4和通风系统5组成的水气控制结构可通过“机械搅拌-曝气供氧-物质转化-水分脱除”联动效应，实现厨余垃圾干化脱水，进而缩短好氧堆肥周期，提高产物品质。利用上述庭院式厨余垃圾堆肥桶的厨余垃圾堆肥处理水气控制方法，具体如下：
将待处理的厨余垃圾置于反应装置的堆肥区内，通过偏置曲柄滑块机构4.3带动第一搅拌轴4.1.1和第二搅拌轴4.1.2转动，以搅拌松动厨余垃圾堆体，提高堆体孔隙率，有助于通风系统5通过曝气供氧促进桶内气体自下而上运动。通风系统5能为堆体提供充足氧气，保障微生物维持高代谢活性并有效将大分子有机质转化为二氧化碳和水等小分子化合物，释放生物热，促进堆体升温和高温维持。通过堆体升温形成的自下而上的气流，使通风系统5自动从外部进气。微生物降解有机质产生的大量水分可在高温条件下转化为水蒸汽，随桶内自下而上的气流向上方移动并进入冷凝水收集系统3：部分水蒸汽经防水透气膜3.2的孔隙进入空气夹层3.3，遇较冷的桶盖2后冷凝并沿疏水涂层3.4滑入桶壁空腔3.5，随后在导管7.2的作用下进入渗滤液收集桶7.3；另一部分未透过防水透气膜3.2进入空气夹层3.3的水蒸汽会在疏水涂层3.4底部聚集并沿滑入桶壁空腔桶壁空腔3.5。
通过微生物降解有机质产生的大量水分可在高温条件下转化为水蒸汽，随桶内自下而上的气流进入冷凝水收集系统3从堆肥桶内腔排出。桶内过量水分的及时脱除，可使物料含水率及堆体温度维持在微生物新陈代谢最适范围内，促进厨余垃圾堆肥过程高效进行。在本实施例中，保温材料6良好的保温效果能有效减少堆体热量损失，提高饱和蒸汽压，而水气控制结构对水蒸汽的引流、冷凝、收集、排出，可有效减小堆肥桶内腔上层空气中的蒸汽压，从而进一步加速堆体水分蒸发。
本发明可用于在庭院无通电条件和家用低能耗需求下，借助“机械搅拌-曝气供氧-物质降解-水分脱除”联动效应，对桶内水气流动进行有效调控，在促进厨余垃圾高效降解的同时，加速堆体水分蒸发、脱除，保证堆体高温状态，缩短停留时间并提升产品腐熟度和无害化、减量化程度。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有水气控制结构的庭院式厨余垃圾堆肥桶，其特征在于，包括桶体(1)和桶盖(2)；所述桶体(1)顶部可拆卸式固定有桶盖(2)，两者共同构成具有反应内腔的反应装置；所述桶盖(2)为中间高四周低的倾斜结构，中心处设有用于增加内部气体流动速度的排气风扇(5.3)；桶盖(2)底部均匀涂覆有疏水涂层(3.4)，下方通过支撑装置(3.1)固定有能让水蒸气通过的防水透气膜(3.2)，防水透气膜(3.2)与疏水涂层(3.4)之间具有间隔并构成空气夹层(3.3)；桶体(1)内侧周向设有桶壁空腔(3.5)；桶壁空腔(3.5)顶部位于防水透气膜(3.2)下方，底部通过导管(7.2)与渗滤液收集桶(7.3)连通，用于将从防水透气膜(3.2)或疏水涂层(3.4)上滑落的冷凝水进行收集；
所述反应内腔下部设有滤网(7.1)；滤网(7.1)能将所在处的反应内腔横截面完全覆盖，并将反应内腔分隔为上部的堆肥区和下部的渗滤液收集区(7)，渗滤液收集区(7)通过导管(7.2)与渗滤液收集桶(7.3)连通；所述堆肥区内平行径向设有位于上方的第一搅拌轴(4.1.1)和位于下方的第二搅拌轴(4.1.2)；第一搅拌轴(4.1.1)和第二搅拌轴(4.1.2)均与位于反应装置外部的偏置曲柄滑块机构(4.3)连接，能通过偏置曲柄滑块机构(4.3)带动两者转动以搅拌堆肥区内的堆体物料；所述第一搅拌轴(4.1.1)和第二搅拌轴(4.1.2)上方分别设有用于为下方堆体供气的通风系统(5)。
2.根据权利要求1所述的具有水气控制结构的庭院式厨余垃圾堆肥桶，其特征在于，所述桶体(1)和桶盖(2)的外部均包裹有保温材料(6)，以减少厨余垃圾堆肥过程中的热量散失。
3.根据权利要求1所述的具有水气控制结构的庭院式厨余垃圾堆肥桶，其特征在于，所述防水透气膜(3.2)由内至外依次为第一聚酯纤维材料层、PTFE多微孔膜层和第二聚酯纤维材料层；所述PTFE多微孔膜层的材料为由PVA亲水改性所得。
4.根据权利要求3所述的具有水气控制结构的庭院式厨余垃圾堆肥桶，其特征在于，优选的，所述PTFE多微孔膜层的孔径为0.025μm，厚度为0.35mm；优选的，所述PTFE多微孔膜层的表面均匀涂覆有硅藻土材料。
5.根据权利要求1所述的具有水气控制结构的庭院式厨余垃圾堆肥桶，其特征在于，所述桶盖(2)内壁的倾斜角度为20°，疏水涂层(3.4)为PMMA涂层。
6.根据权利要求1所述的具有水气控制结构的庭院式厨余垃圾堆肥桶，其特征在于，所述第一搅拌轴(4.1.1)和第二搅拌轴(4.1.2)的结构相同，沿轴向设有若干对等距的搅拌桨叶(4.2)；搅拌桨叶(4.2)的横截面优选为菱形。
7.根据权利要求1所述的具有水气控制结构的庭院式厨余垃圾堆肥桶，其特征在于，所述偏置曲柄滑块机构(4.3)具有急回特性，与弹簧脚踩装置(4.4)相连；偏置曲柄滑块机构(4.3)能将作用于弹簧脚踩装置(4.4)上的脚踩往复移动转换为整周回转运动，以带动第一搅拌轴(4.1.1)和第二搅拌轴(4.1.2)转动。
8.根据权利要求1所述的具有水气控制结构的庭院式厨余垃圾堆肥桶，其特征在于，所述通风系统(5)包括曝气管(5.1)和进气口旋钮(5.2)，曝气管(5.1)的一端通过设有进气口旋钮(5.2)的进气口与外界连通，进气口旋钮(5.2)用于调节进气量；所述曝气管(5.1)的底部均匀开设有若干曝气孔(5.4)；曝气孔(5.4)下方设有用于防止下部物料堵塞曝气孔(5.4)的筛网(5.5)，两侧延伸出用于阻挡上部物料进入曝气孔(5.4)的喇叭状盖板(5.6)。
9.根据权利要求1所述的具有水气控制结构的庭院式厨余垃圾堆肥桶，其特征在于，所述排气风扇(5.3)由太阳能板供电间歇运行，其顶部设置可拆卸的保温盖(5.7)。
10.一种根据权利要求1～9任一所述庭院式厨余垃圾堆肥桶的厨余垃圾堆肥处理水气控制方法，其特征在于，具体如下：
将待处理的厨余垃圾置于反应装置的堆肥区内，通过偏置曲柄滑块机构(4.3)带动第一搅拌轴(4.1.1)和第二搅拌轴(4.1.2)转动，以搅拌松动厨余垃圾堆体，提高堆体孔隙率，有助于通风系统(5)通过曝气供氧促进桶内气体自下而上运动；所述通风系统(5)能提供充足氧气，保障微生物维持高代谢活性并有效将大分子有机质转化为二氧化碳和水等小分子化合物，释放生物热，促进堆体升温；通过堆体升温形成的自下而上的气流，使通风系统(5)自动从外部进气；微生物降解有机质产生的大量水分可在高温条件下转化为水蒸汽，随桶内自下而上的气流向上方移动；部分水蒸汽经防水透气膜(3.2)的孔隙进入空气夹层(3.3)，遇较冷的桶盖(2)后冷凝并沿疏水涂层(3.4)滑入桶壁空腔(3.5)，随后在导管(7.2)的作用下进入渗滤液收集桶(7.3)；另一部分未透过防水透气膜(3.2)进入空气夹层(3.3)的水蒸汽会在疏水涂层(3.4)底部聚集并沿滑入桶壁空腔桶壁空腔(3.5)。
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