CN115197004A - 一种用于处理有机废弃物的三罐发酵系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于有机废弃物的三罐发酵系统,其包括发酵单元、气力输送系统和发酵原料/发酵菌种投料单元。该三罐发酵系统通过引入旋转给料器,并将其与气力输送系统相结合,实现了物料的气力输送,为全密封好氧发酵创造了条件;同时,该三罐发酵系统基于气力输送系统为好氧三罐发酵系统增设了翻抛系统,从而使得多级发酵过程均可以在同一发酵罐中完成,而且简化了翻抛操作,大大地减小了发酵装置的占地面积,提高了生产效率。利用该三罐发酵系统,可以实现全封闭自动化运行,生产过程中无污染,发酵周期较短、无害化彻底且能较好除臭,同时又能较好地实现有机废弃物的资源化利用。
Description
技术领域
本发明属于环境治理技术领域,具体涉及一种用于处理有机废弃物的三罐发酵系统及方法。
背景技术
人类在日常生产和生活中所产生的各种废弃物中有机质含量较高的一般固废统称为有机废弃物,主要包含湿垃圾、市政污泥、餐厨垃圾、畜禽粪便等。随着我国经济的快速发展,人们物质生活水平的不断提升,使得有机废弃物的排放量与日俱增,在很大程度上会对城市环境带来巨大的消极影响甚至是威胁。而我国作为农业大国,对有机废弃物的堆肥化处理和有效利用是实现“无害化、减量化、资源化”的重大举措。
传统好氧发酵能最大可能地杀灭其中的病原菌,并降解有机质,因此堆肥技术逐渐得到推广。但传统好氧发酵系统大多为非密封性系统,存在发酵周期长,占地面积大,翻抛设备笨重,生产效率低、污染严重、臭味难闻等问题,发酵装备和发酵方法严重的制约了好氧堆肥发酵的推广和使用。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种用于有机废弃物的三罐发酵系统。采用该系统处理有机废弃物,翻抛方便、操作简单、可以实现全封闭自动化运行、生产过程中无污染、设备设施占地面积小、投资强度低,大、中、小型项目均可使用。
本发明的目的之二是提供用于有机废弃物的发酵方法,该方法利用上述发酵装置处理有机废弃物,发酵周期短、无害化彻底且能较好除臭,同时又能较好地实现有机废弃物的资源化利用。
为此,本发明第一方面提供了一种用于处理有机废弃物的三罐发酵系统,其包括发酵单元、气力输送系统和发酵原料/发酵菌种投料单元,其中,所述发酵原料/发酵菌种投料单元和发酵单元通过气力输送系统相连。
在本发明的一些实施例中,所述气力输送系统包括风源110以及与风源110相连的气力输送主管道P120;优选地,在靠近风源110的气力输送主管道P120上设置有气力输送第I蝶阀BV121;
所述发酵单元包括依次串联的三套发酵装置;所述发酵装置包括发酵罐和旋转给料器,所述发酵罐的底部出料口通过旋转给料器与气力输送主管道P120相连通;其中,第I发酵装置和第II发酵装置还分别独立地包括发酵物料输送管道P312和P322,各发酵罐的底部出料口分别通过各自的旋转给料器、气力输送主管道P120和各自的发酵物料输送管道与下一发酵罐的顶部进料口相连;优选地,在各自旋转给料器上游端的气力输送主管道P120上分别设置有气力输送第II蝶阀BV122和气力输送第III蝶阀BV123,在各自发酵物料输送管道上分别设置有第I发酵物料球阀BV312和第II发酵物料球阀BV322;第III发酵装置330还包括发酵产物出料管道P332,第III发酵罐330的底部出料口338通过旋转给料器331、气力输送主管道P120与发酵产物出料管道P332相连;优选地,在第III旋转给料器331上游端的气力输送主管道P120上设置有气力输送第IV蝶阀BV 124,在发酵产物出料管道P332上设置有出料球阀BV 332;
所述发酵原料/发酵菌种投料单元包括给料漏斗210、第IV旋转给料器211和送料管道P212;所述送料管道P212一端与第I发酵罐310顶部的进料口317相连,另一端连接于气力输送第II蝶阀BV 122上游端的气力输送主管道P120上;所述给料漏斗210设置于风源110和第I发酵罐310之间,其底部出料口218通过第IV旋转给料器211与气力输送第I蝶阀BVl21下游端的气力输送主管道P120相连通,并通过第IV旋转给料器211、气力输送主管道P120和送料管道P212与第I发酵罐310顶部的进料口317相连;优选地,在送料管道P212上设置有送料球阀BV212。
根据本发明,所述发酵单元还包括用于使发酵物料从各发酵罐底部出口返回到各发酵罐的翻抛系统;所述翻抛系统包括循环管道,所述第I循环管道P313和第II循环管道P323的一端分别独立地连接于各自发酵物料球阀BV312和BV322下游的发酵物料输送管道P312和P322上,并独立地通过各自的发酵物料输送管道P312和P322、气力输送主管道P120以及各自的旋转给料器311和321与各自的发酵罐底部出料口318和328相连通,另一端分别独立地与各自发酵罐顶部的进料口317和327相连;优选地,所述第I循环管道P313和第II循环管道P323上分别设置有第I循环球阀BV313和第II循环球阀BV323,且在各循环管道与相应的发酵物料送料管道连接处下游的发酵物料送料管道上分别独立地设置有发酵物料进料球阀BV316和BV326;所述第III循环管道P333一端连接于出料球阀BV332上游端的气力输送主管道P120上,并通过气力输送主管道P120和第III旋转给料器331与第III发酵罐330底部出料口338相连通,另一端与第III发酵罐330顶部进料口337相连;优选地,在第III循环管道P333上设置有第III循环球阀BV333。
在本发明的一些实施例中,所述发酵装置还包括曝气系统,所述曝气系统包括设置在发酵罐内部的曝气构件、设置在发酵罐外部下方且与曝气构件相连的气体分布构件,以及与气体分布构件相连的曝气风机;其中,所述气体分布构件包括与曝气风机相连的曝气主管路341,以及与曝气主管路341相连且彼此连通设置的若干曝气分支管路,所述曝气分支管路包括竖直曝气分支管路342和水平曝气分支管路343;所述曝气构件包括沿发酵罐1/2半径的周向均匀分布的若干竖直曝气管344以及沿发酵罐底部锥体的罐壁的周向均匀分布的多根锥体贴壁曝气管345;所述竖直曝气管344上端通过法兰346固定于罐顶,下端从管底部锥体部分延伸至罐体外与竖直曝气分支管路344相连通,并通过竖直曝气分支管路344、曝气主管路341与曝气风机相连;所述锥体贴壁曝气管345通过设置于罐壁的进气接口347与水平曝气分支管路343相连,并通过水平曝气分支管路343、曝气主管路与曝气风机相连;所述竖直曝气管344和锥体贴壁曝气管345均沿轴向均匀间隔设置有气孔348。
在本发明的一些实施例中,所述发酵装置还包括破空系统,所述破空系统包括分别在发酵罐底锥体中部直径1/4和3/4处沿与该直径垂直的径向水平设置的两根绞龙锚杆(JB-1和JB-2)。
在本发明的另一些实施例中,所述三罐发酵系统还包括用于回收水蒸气和发酵代谢气体的水汽收集系统,其包括水汽吸收塔410和水汽管道P420;其中,所述水汽吸收塔410下部进料口通过水汽管道P420与各发酵罐顶部水汽出口相连;优选地,在与各发酵罐顶部水汽出口相连的水汽管道P420支路上分别设置有水汽蝶阀BV421、BV422和BV423。
在本发明的又一些实施例中,所述三罐发酵系统还包括除尘系统,其包括除尘器510和除尘管道P520;其中,所述除尘器510顶部进料口通过除尘管道P520与各发酵罐顶部除尘出口相连;优选地,在与各发酵罐顶部除尘出口相连的除尘管道P520支路上分别设置有除尘蝶阀BV521、BV522和BV523。
根据本发明,所述发酵装置还包括设置在发酵罐内的湿度监测构件、温度监测构件、压力监测构件和料位监测构件;和/或,所述发酵原料/发酵菌种投料装置还包括发酵原料流量控制构件和发酵菌种流量控制构件。
本发明中,所述三罐发酵系统中的接口均采用密封连接。
本发明第二方面提供了一种利用本发明第一方面所述的三罐发酵系统对有机废弃物进行发酵处理的方法,其包括将第i级发酵原料与第i级发酵菌种混合后进行第i级发酵处理,获得第i级发酵垃圾产物,其中,i为实际发酵级数,其为≤N的自然数;
N为最高发酵级数,N≥1,优选N≥2,进一步优选N=2-4;
所述有机废弃物包括生活垃圾筛下物、畜禽粪便、市政污泥和餐厨垃圾中的一种或几种。
根据本发明,N=3,3级发酵依次分别在三套发酵装置中进行;
当i=l时,第i级发酵原料为有机废弃物,其与第i级发酵菌种在给料漏斗210混合后通过第IV旋转给料器211进入气力输送主管道P120,经由送料管道P212进入第I发酵罐310进行第1级发酵处理;
当i=2时,第i级发酵原料为第1级发酵的产物,其通过第I旋转给料器311进入气力输送主管道P120,再通过第I发酵物料输送管道P312进入第II发酵罐320进行第i级发酵处理;
当i=3时,第i级发酵原料为第2级发酵产物,其通过第II旋转给料器321进入气力输送主管道P120,再通过第II发酵物料输送管道P322进入第III发酵罐330进行第i级发酵处理;发酵过程中,进行多次翻抛,当发酵物料含水率≤30%时,将第i级发酵产物通过第III旋转给料器331进入气力输送主管道P120,经由发酵产物出料管道P332进入储罐或进行包装;
优选地,在前一轮发酵工序进行第2-3级发酵时,开始后一轮发酵工序,如此循环往复,实现多轮次工序的发酵。
根据本发明方法,在第各级发酵过程中,通过翻抛系统对于发酵物料进行全部或部分翻抛。
在本发明的一些实施例中,所述方法还包括水蒸气和发酵代谢气体收集工序,其包括关闭除尘管道P520各支路上除尘蝶阀BV521、BV522和BV523,开通水汽管道P420相应支路上的水汽蝶阀,并将发酵过程产生的水蒸气和发酵代谢气体通过水汽管道送入水汽吸收塔进行收集。
在本发明的另一些实施例中,所述方法还包括除尘工序,其包括在进行第i级发酵处理之前,关闭水汽管道P420各支路的水汽蝶阀BV421、BV422和BV423,开通除尘管道P520相应支路上的除尘蝶阀,并将发酵罐的发酵物料中的水汽通过除尘管道送入除尘器后排空。
采用本发明所提供的发酵装置及方法处理有机废弃物,可以实现全封闭自动化运行,操作简单,且生产过程中无污染,发酵周期较短、无害化彻底且能较好除臭,同时又能较好地实现有机废弃物的资源化利用。
附图说明
为使本发明容易理解,下面结合附图来说明本发明。
图1为本发明中的用于有机废弃物的三罐发酵系统的示意图。
图2为本发明中含曝气系统的发酵罐的侧视图。
图3为本发明中含破空系统的发酵罐的侧视图。
图4为本发明中含破空系统的发酵罐的俯视图。
具体实施方式
为使本发明容易理解,下面将结合附图详细说明本发明。但在详细描述本发明前,应当理解本发明不限于描述的具体实施方式。还应当理解,本文中使用的术语仅为了描述具体实施方式,而并不表示限制性的。
除非另有定义,本文中使用的所有术语与本发明所属领域的普通技术人员的通常理解具有相同的意义。虽然与本文中描述的方法和材料类似或等同的任何方法和材料也可以在本发明的实施或测试中使用,但是现在描述了优选的方法和材料。
I、术语
本发明所述用语“管道中气流段”是指有些管道内只有气体流动,没有物料流动,所以称之为气流段,气流段管道可以用蝶阀控制。
本发明所述用语“上游”是指沿着物流方向,位于或者靠近物流起始端的位置称为“上游”;相应地,沿着物流方向,位于或者靠近物流终端的位置称为“下游”。
本发明中所用术语“城市固废”与“城市固体废弃物”、“城市固体废物”、“城市生活垃圾”和“生活垃圾”可以互换使用。
本发明中所用术语“废弃物”与“废物”和“垃圾”可以互换使用。
本发明所述用语“资源化”是指将废物直接作为原料进行利用或者对废物进行再生利用。资源化是循环经济的重要内容。
本发明中所述用语“连接”是指两个装置之间相连连通,且可以通过节流或阻断装置使其处于连通或关闭或断开状态。
II、实施方案
如前所述,用于有机废弃物的堆肥化处理的传统好氧发酵系统大多为非密封性系统,存在发酵周期长,占地面积大,翻抛设备笨重,生产效率低、污染严重、臭味难闻等问题,发酵装备和发酵方法严重的制约了好氧堆肥发酵的推广和使用。为解决上述现有技术中存在的缺陷,本发明人研究设计在好氧发酵系统中引入旋转给料器,并将其与气力输送系统相结合,从而为实现全密封好氧发酵创造了条件;进一步地,本发明人基于气力输送系统为好氧发酵系统增设了翻抛系统,从而简化了翻抛操作,大大地提高了生产效率。基于上述设计获得本发明。
因此,本发明第一方面所涉及的用于有机废弃物的三罐发酵系统如图1所示,从图1可以看出,所述三罐发酵系统包括发酵单元、气力输送系统和发酵原料/发酵菌种投料单元,其中,所述发酵原料/发酵菌种投料单元和发酵单元通过气力输送系统相连;所述三罐发酵系统具体包括:
所述气力输送系统包括风源110以及与风源110相连的气力输送主管道P120,且在靠近风源110的气力输送主管道P120上设置有气力输送第I蝶阀BV121。
在所述气力输送系统中,风源110用于为输送发酵物料提供动力,气力输送第I蝶阀BV121用于控制气力输送主管道中气流段的风量和风压。该系统用于实现处理有机废弃物的三罐发酵系统中的发酵原料、发酵物料和发酵产物等的输送,由此为整个三罐发酵系统实现全封闭创造了条件,同时提高了整个三罐发酵系统的自动化操作,并进一步提高了生产效率。
本发明中所述风源110包括但不限于罗茨风机;所述罗茨风机的功率根据管长和/或输送高度进行选择,例如对于管长20米,输送高度为15米的输送管道,罗茨风机的功率≥50kW,优选≥55kW。
所述发酵单元包括依次串联的三套发酵装置;所述发酵装置包括发酵罐和旋转给料器,所述发酵罐的底部出料口通过旋转给料器与气力输送主管道P120相连通;其中,第I发酵装置和第II发酵装置还分别独立地包括发酵物料输送管道P312和P322,各发酵罐(第I发酵罐310和第II发酵罐320)的底部出料口318和328分别通过各自的旋转给料器(第I旋转给料器311和第II旋转给料器321)、气力输送主管道P120和各自的发酵物料输送管道(第I发酵物料输送管道P312和第II发酵物料输送管道P322)与下一发酵罐(第II发酵罐320和第III发酵罐330)的顶部进料口327和337相连,且在各自旋转给料器(第I旋转给料器311和第II旋转给料器321)上游端的气力输送主管道P120上分别设置有气力输送第II蝶阀BV122和气力输送第III蝶阀BV123;在各自发酵物料输送管道(第I发酵物料输送管道P312和第II发酵物料输送管道P322)上分别设置有第I发酵物料球阀BV312和第II发酵物料球阀BV322,优选地,在靠近与气力输送主管道P120连接处的各发酵物料输送管道(第I发酵物料输送管道P312和第II发酵物料输送管道P322)上分别设置有第I发酵物料球阀BV312和第II发酵物料球阀BV322。
第III发酵装置330还包括发酵产物出料管道P332,第III发酵罐330的底部出料口338通过旋转给料器331、气力输送主管道P120与发酵产物出料管道P332相连,且在第III旋转给料器331上游端的气力输送主管道P120上设置有气力输送第IV蝶阀BV 124,在发酵产物出料管道P332上设置有出料球阀BV 332。
在所述发酵单元中,发酵罐用于对有机废弃物进行好氧发酵处理,旋转给料器用于将发酵罐内的发酵产物或发酵物料均匀地送入气力输送主管道中,发酵产物出料管道P332用于将发酵产物送出装置外,气力输送蝶阀用于控制气力输送主管道中气流段的风量和风压,发酵物料球阀用于控制发酵物料输送管道的风量和风压,出料球阀用于控制发酵产物出料段的风量和风压。
当气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BVl21、气力输送第II蝶阀BVl22和第I发酵物料球阀BV312处于开启状态,气力输送第III蝶阀BV123处于关闭状态时,第I发酵罐310底部出口318、第I旋转给料器311、气力输送主管道P120和第I发酵物料管道P312构成发酵物料气力输送出料通道,用于将第I发酵罐310中的发酵物料以气力输送的方式输送到第II发酵罐320顶部进料口327。
当气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BV121、气力输送第II蝶阀BV122、气力输送第III蝶阀BVl23和第II发酵物料球阀BV322均处于开启状态,气力输送第IV蝶阀BVl24和第I发酵物料球阀BV312均处于关闭状态时,第II发酵罐320底部出口328、第II旋转给料器321、气力输送主管道P120和第II发酵物料管道P322构成发酵物料气力输送出料通道,用于将第II发酵罐320中的发酵物料以气力输送的方式输送到第III发酵罐330顶部进料口337。
当气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BVl21、气力输送第II蝶阀BV122、气力输送第III蝶阀BVl23、气力输送第IV蝶阀BVl24和出料球阀BV332均处于开启状态,第I发酵物料球阀BV312和第II发酵物料球阀BV322均处于关闭状态时,第III发酵罐330底部出口、第III旋转给料器331、气力输送主管道P120和发酵产物出料管道P332构成发酵产物气力输送出料通道,用于将发酵产物以气力输送的方式送出装置。
所述发酵原料/发酵菌种投料单元包括给料漏斗210、第IV旋转给料器211和送料管道P212;所述送料管道P212一端与第I发酵罐310顶部的进料口317相连,另一端连接于气力输送第II蝶阀BV 122上游端的气力输送主管道P120上;所述给料漏斗210设置于风源110和第I发酵罐310之间,其底部出料口318通过第IV旋转给料器211与气力输送第I蝶阀BVl21下游端的气力输送主管道P120相连通,并通过第IV旋转给料器211、气力输送主管道P120和送料管道P212与第I发酵罐310顶部的进料口317相连,且在送料管道P212上设置有送料球阀BV212;优选地,在靠近与气力输送主管道P120连接处的送料管道P212上设置有送料球阀BV212。
所述发酵原料/发酵菌种投料装置中,给料漏斗P210用作装载发酵原料与物料初步混拌的容器,第IV旋转给料器211用于将发酵原料/发酵菌种均匀地送入气力输送主管道P120中,送料球阀BV212用于控制送料管道P212的风量和风压。
当气力输送主管道P120上的气力输送第II蝶阀BVl22关闭,同时气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BVl21和送料管道P212上的送料球阀BV212开启时,给料漏斗210、第IV旋转给料器211、气力输送主管道P120和送料管道P212构成为第I发酵罐310供料的送料系统。
当气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BV121、气力输送第II蝶阀BV123和第I发酵物料球阀BV312处于开启状态,送料管道P212上的送料球阀BV212和气力输送第III蝶阀BVl23均处于关闭状态时,第I发酵罐310底部出口318、第I旋转给料器311、气力输送主管道P120和第I发酵物料管道P312构成发酵物料气力输送出料通道,用于将第I发酵罐310中的发酵物料以气力输送的方式输送到第II发酵罐320顶部进料口327。
当气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BV121、气力输送第II蝶阀BVl23、气力输送第III蝶阀BVl23和第II发酵物料球阀BV322均处于开启状态,送料管道P212上的送料球阀BV212、气力输送第IV蝶阀BVl24和第I发酵物料球阀BV312均处于关闭状态时,第II发酵罐320底部出口328、第II旋转给料器321、气力输送主管道P120和第II发酵物料管道P322构成发酵物料气力输送出料通道,用于将第II发酵罐320中的发酵物料以气力输送的方式输送到第III发酵罐330顶部进料口337。
当气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BV121、气力输送第II蝶阀BV122、气力输送第III蝶阀BV123、气力输送第IV蝶阀BV124和出料球阀BV332均处于开启状态,送料管道P212上的送料球阀BV212、第I发酵物料球阀BV312和第II发酵物料球阀BV322均处于关闭状态时,第III发酵罐330底部出口、第III旋转给料器331、气力输送主管道P120和发酵产物出料管道P332构成发酵产物气力输送出料通道,用于将发酵产物以气力输送的方式送出装置。
所述发酵单元还包括用于使发酵物料从各发酵罐底部出口返回到各发酵罐的翻抛系统;所述翻抛系统包括循环管道,所述第I循环管道P313和第II循环管道P323的一端分别独立地连接于各自发酵物料球阀BV312和BV322下游的发酵物料输送管道P312和P322上,并独立地通过各自的发酵物料输送管道P312和P322、气力输送主管道P120以及各自的旋转给料器311和321与各自的发酵罐(第I发酵罐310和第II发酵罐320)底部出料口318和328相连通,另一端分别独立地与各自发酵罐(第I发酵罐310和第II发酵罐320)顶部的进料口317和327相连;优选地,所述第I循环管道P313和第II循环管道P323上分别设置有第I循环球阀BV313和第II循环球阀BV323,且在各循环管道(第I循环管道P313和第II循环管道P323)与相应的发酵物料送料管道(发酵物料输送管道P312和P322)连接处下游的发酵物料送料管道(发酵物料输送管道P312和P322)上分别独立地设置有发酵物料进料球阀BV316和BV326;进一步优选地,在靠近各循环管道(第I循环管道P313和第II循环管道P323)与相应的发酵物料送料管道(发酵物料输送管道P312和P322)连接处的下游的发酵物料送料管道(发酵物料输送管道P312和P322)上分别独立地设置有发酵物料进料球阀BV316和BV326。
所述第III循环管道P333一端连接于出料球阀BV332上游端的气力输送主管道P120上,并通过气力输送主管道P120和第III旋转给料器331与第III发酵罐330底部出料口338相连通,另一端与第III发酵罐330顶部进料口337相连,且在第III循环管道P333上设置有第III循环球阀BV333;优选地,在靠近与气力输送主管道P120连接处的第III循环管道P333上设置有第III循环球阀BV333。
当发酵原料送料球阀BV212、第I发酵物料进料球阀BV316和气力输送第III蝶阀BVl23关闭,同时气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BVl21、气力输送第II蝶阀BVl22、第I发酵物料球阀BV312和第I循环管道P313上的第I循环球阀BV313开启时,与第I发酵罐310底部出料口318相连的第I旋转给料器311、气力输送主管道P120、第I发酵物料送料管道P312和第I循环管道P313构成使发酵物料在气动输送作用下从第I发酵罐310底部出口318返回到第I发酵罐310的翻抛系统。
当发酵原料送料球阀BV212、第I发酵物料球阀BV312、第II发酵物料进料球阀BV326和气力输送第IV蝶阀BVl24关闭,同时气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BVl21、气力输送第II蝶阀BVl22、气力输送第III蝶阀BV123、第II发酵物料球阀BV322和第II循环管道P323上的第II循环球阀BV323开启时,与第II发酵罐320底部出料口328相连的第II旋转给料器321、气力输送主管道P120、第II发酵物料送料管道P322和第II循环管道P323构成使发酵物料在气动输送作用下从第II发酵罐320底部出口328返回到第II发酵罐320的翻抛系统。
当发酵原料送料球阀BV212、第I发酵物料球阀BV312、第II发酵物料送料球阀BV322和出料球阀BV332关闭,同时气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BV121、气力输送第II蝶阀BV122、气力输送第III蝶阀BV123、气力输送第IV蝶阀BV124和第III循环管道P333上的第III循环球阀BV333开启时,与第III发酵罐330底部出料口338相连的第III旋转给料器331、气力输送主管道P120和循环管道P333构成使发酵物料在气动输送作用下从第III发酵罐330底部出口338返回到第III发酵罐330的翻抛系统。
利用该翻抛系统不仅可以在发酵过程中对发酵物料进行全部或部分翻抛,在大大缩小装置占地面积的同时,大大提高了生产效率。
当气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BV121、气力输送第II蝶阀BV123、第I发酵物料送料球阀BV312和第I发酵物料进料球阀BV316均处于开启状态,送料管道P212上的送料球阀BV212、第I循环管道P313上的第I循环球阀BV313和气力输送第III蝶阀BV123均处于关闭状态时,第I发酵罐310底部出口318、第I旋转给料器311、气力输送主管道P120和第I发酵物料管道P312构成发酵物料气力输送出料通道,用于将第I发酵罐310中的发酵物料以气力输送的方式输送到第II发酵罐320顶部进料口327。
当气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BV121、气力输送第II蝶阀BV123、气力输送第III蝶阀BV123、第II发酵物料球阀BV322和第II发酵物料进料球阀BV326均处于开启状态,送料管道P212上的送料球阀BV212、第II循环管道P323上的第II循环球阀BV323、气力输送第IV蝶阀BV124和第I发酵物料球阀BV312均处于关闭状态时,第II发酵罐320底部出口328、第II旋转给料器321、气力输送主管道P120和第II发酵物料管道P322构成发酵物料气力输送出料通道,用于将第II发酵罐320中的发酵物料以气力输送的方式输送到第III发酵罐330顶部进料口337。
当气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BV121、气力输送第II蝶阀BV122、气力输送第III蝶阀BV123、气力输送第IV蝶阀BV124和出料球阀BV332均处于开启状态,送料管道P212上的送料球阀BV212、第I发酵物料球阀BV312、第II发酵物料球阀BV322和第III循环管道P333上的第III循环球阀BV333均处于关闭状态时,第III发酵罐330底部出口338、第III旋转给料器331、气力输送主管道P120和发酵产物出料管道P332构成发酵产物气力输送出料通道,用于将发酵产物以气力输送的方式送出装置。
所述发酵装置还包括曝气系统,本发明中含曝气系统的发酵罐的侧视图如图2所示,从图2可以看出,所述曝气系统包括设置在发酵罐内部的曝气构件、设置在发酵罐外部下方且与曝气构件相连的气体分布构件,以及与气体分布构件相连的曝气风机;其中,所述气体分布构件包括与曝气风机相连的曝气主管路341,以及与曝气主管路341相连且彼此连通设置的若干曝气分支管路,所述曝气分支管路包括竖直曝气分支管路342和水平曝气分支管路343;所述曝气构件包括沿发酵罐1/2半径的周向均匀分布的若干竖直曝气管344以及沿发酵罐底部锥体的罐壁的周向均匀分布的多根锥体贴壁曝气管345;所述竖直曝气管344上端通过法兰346固定于罐顶,下端从管底部锥体部分延伸至罐体外与竖直曝气分支管路344相连通,并通过竖直曝气分支管路344、曝气主管路341与曝气风机相连;所述锥体贴壁曝气管345通过设置于罐壁的进气接口347与水平曝气分支管路343相连,并通过水平曝气分支管路343、曝气主管路与曝气风机相连;所述竖直曝气管344和锥体贴壁曝气管345均沿轴向均匀间隔设置有气孔348。
本发明中对于曝气系统的气体分布构件,例如,竖直曝气分支管路344和水平曝气分支管路343的联通方式没有特别的限制,只要能够通过管路彼此联通即可,可以采用常规的管路连接方式。
本发明中对于曝气系统的气体分布构件以及曝气主管道341的固定方式没有特别的限制,只要能够将其稳定固定于发酵罐的下方指定位置之间即可,可以采用常规管件固定方式,例如,可以采用支架并通过焊接、法兰螺栓固定和铆钉固定的方式将曝气系统的气体分布构件固定于发酵罐下方的指定位置。
所述发酵装置还包括破空系统,本发明中含破空系统的发酵罐的侧视图和俯视图分别如图3和图4所示,从图3和图4可以看出,所述破空系统包括分别在发酵罐底锥体中部直径1/4和3/4处沿与该直径垂直的径向水平设置的两根绞龙锚杆JB-1和JB-2。所述蛟龙锚杆JB-1和JB-2可以顺时针旋转也可以逆时针旋转(正转或反转),当发酵罐罐底堆料出现堵塞或空段,启动蛟龙锚杆JB-1和JB-2消除堵塞或空段,使得发酵物料或发酵产物顺利落入相应的旋转给料器311、321或331。
本发明所述“发酵罐底锥体中部”是指沿发酵罐垂直方向的发酵罐底锥体中部区域,其并不是指绝对中间位置,而是包括中上部到中下部的区域中的任意位置。
本领域技术人员应该了解的是,本发明中所述锚杆错开曝气系统的竖直曝气管和锥体贴壁曝气管安装。
本发明中对于蛟龙锚杆的固定方式没有特别的限制,只要能够将其稳定固定于发酵罐底部锥体中部即可,可以采用常规的固定方式,例如,可以采用法兰螺栓固定和铆钉固定的方式将蛟龙锚杆固定于发酵罐底部锥体中部。
实际上在堵塞或空段不严重的情况下,通过曝气系统大气速曝气也可以改善或消除堵塞或空段。
所述三罐发酵系统还包括用于回收水蒸气和发酵代谢气体的水汽收集系统,其包括水汽吸收塔410和水汽管道P420;其中,所述水汽吸收塔410下部进料口通过水汽管道P420与各发酵罐顶部水汽出口相连,且在与各发酵罐顶部水汽出口314、324和334相连的水汽管道P420支路P421、P422和P423上分别设置有水汽蝶阀BV421、BV422和BV423;优选地,在靠近各发酵罐顶部水汽出口314、324和334的与各发酵罐顶部水汽出口314、324和334相连的水汽管道P420支路P421、P422和P423上分别设置有水汽蝶阀BV421、BV422和BV423。
所述水汽收集系统还包括为水汽吸收塔410供水的循环水泵430和管道P440。
本发明中所述发酵代谢气体包括氨气、水蒸气、二氧化碳和少量的VOCsVolatileOrganic Compounds,挥发性有机物中一种或几种。
所述三罐发酵系统还包括除尘系统,其包括除尘器510和除尘管道P520;其中,所述除尘器510顶部进料口通过除尘管道P520与各发酵罐顶部除尘出口315、325和335相连,且在与各发酵罐顶部除尘出口315、325和335相连的除尘管道P520支路P521、P522和P523上分别设置有除尘蝶阀BV521、BV522和BV523;优选地,在靠近各发酵罐顶部除尘出口315、325和335的与各发酵罐顶部除尘出口315、325和335相连的除尘管道P520支路P521、P522和P523上分别设置有除尘蝶阀BV521、BV522和BV523。
本发明中对于除尘器没有特别的限制,可以采用本领域中常规的除尘设备,例如,可以采用布袋除尘器。
当除尘管道P520各支路P521、P522和P523上除尘蝶阀BV521、BV522和BV523关闭,相应的水汽蝶阀BV421、BV422和BV423中的一个或几个开启,发酵过程产生的水蒸气和发酵代谢气体可通过水汽管道P420进入水汽吸收塔410通过喷淋吸收进行收集。
在所述除尘系统中,除尘管道和除尘器分别用于收集和处理物料输送过程中的灰尘和扬尘以及少量的水蒸气;当水汽管道P420各支路的水汽蝶阀BV421、BV422和BV423关闭,相应的除尘蝶阀(BV521、BV522和BV523中的一个或几个)开启,发酵罐的发酵物料中的水汽可通过除尘管道P520进入除尘器510后排空。
本发明中,所述发酵原料/发酵菌种投料装置还包括发酵原料流量控制构件和发酵菌种流量控制构件。这样有利于实现发酵原料和发酵菌种的自动精准配比,提高发酵效率。本发明中对于发酵原料/发酵菌种投料装置没有特别的限制,可以是市售或商购的任意智能或自动配比投料装置;例如,可以采用固体全自动投料装置,并通过调整或控制投料速度实现发酵原料和发酵菌种智能配比投料。
本发明中,所述发酵装置还包括设置在发酵罐内的湿度监测构件、温度监测构件、压力监测构件和料位监测构件。采用湿度监测构件可以较准确判断并控制发酵的终点,既节能又可以控制发酵产物的营养化,采用温度检测构件可以判断发酵过程中的发酵温度,并通过调整通气量和物料翻抛/自循环来实现温度控制。
在本发明的一些进一步优选的实施例中,所述发酵装置还包括采集发酵罐内湿度监测数据并产生停止发酵的控制信号的发酵开关伺服控制器,该控制器可以同时控制整个单罐发酵系统的相关蝶阀和球阀的开关。
在本发明的另一些进一步优选的实施例中,所述发酵装置还包括采集发酵物料温度的监测数据并产生控制通气量的控制信号的发酵通气量控制伺服控制器。
根据本发明的一些优选的实施方式,在发酵进料前,可以取样检测发酵产物的菌密度,并基于此计算发酵原料和发酵菌种的投料比,由此可以降低生产成本,提高发酵过程干化效率。
根据本发明的另一些优选的实施方式,在发酵过程中,可以取样检测发酵物料的有机质含量,并基于此确定是否需要补加有机质以及有机质的补加量,由此提高发酵效率。
根据本发明的一些实施例,发酵罐的发酵产物出口通过发酵产物输送管道分别独立与发酵原料/发酵菌种投料装置的进料口,以及有机肥和/或土壤改良剂的配制装置相连接。
本领域技术人员应该了解,本发明中附图仅起到示意或说明性作用,例如,虽然本发明的附图中仅示出发酵罐的发酵产物出口与发酵原料/发酵菌种投料装置,但实际上发酵罐的发酵产物出口通过发酵产物输送管道与发酵原料/发酵菌种投料装置的进料口相连接。
本发明中,所述发酵装置还包括设置在发酵罐内的压力监测构件和料位监测构件。
在本发明的一些优选的实施例中,所述发酵装置还包括采集发酵罐内压力的监测数据并产生控制水汽蝶阀BV421、BV422和BV423中的一个或几个的控制信号的发酵罐压力控制伺服控制器。
优选地,所述发酵装置还包括设置在各发酵罐310、320和330顶部的安全阀319、329和339,当发酵罐内的压力超过规定值,安全阀自动打开,将发酵管内的部分气体排出发酵罐外。
本发明中,料位检测构件可以根据料位估计罐中的物料量和减量化程度。
本发明中,所述三罐发酵系统中的接口均采用密封连接,由此形成全封闭三罐发酵系统。本发明中对于密封连接没有特别限制,可以采用本领域中常规的密封连接方式。
本发明第二方面所涉及的利用本发明第一方面所述的三罐发酵系统对有机废弃物进行发酵处理的方法,可以理解为本发明第一方面所述的三罐发酵系统在对有机废弃物进行发酵处理中的应用,其包括:
(1)除尘工序
各发酵罐进行发酵处理之前,关闭水汽管道P420各支路的水汽蝶阀BV421、BV422和BV423,开启相应的除尘蝶阀(BV521、BV522和BV523中的一个或几个),发酵罐的发酵物料输送过程中的灰尘和扬尘以及少量的水蒸气通过除尘管道P520进入除尘器510后排空。
具体地,在第I发酵罐310进行发酵处理之前,关闭水汽管道P420各支路的水汽蝶阀BV421、BV422和BV423,并关闭除尘蝶阀BV522和BV523,开启除尘蝶阀BV521,将第I发酵罐310的发酵物料输送过程中的灰尘和扬尘以及少量的水汽通过除尘管道P520送入除尘器510后排空。
在第II发酵罐320进行发酵处理之前,关闭水汽管道P420各支路的水汽蝶阀BV421、BV422和BV423,并关闭除尘蝶阀BV521和BV523,开启除尘蝶阀BV522,将第II发酵罐320的发酵物料输送过程中的灰尘和扬尘以及少量的水汽通过除尘管道P520送入除尘器510后排空。
在第III发酵罐330进行发酵处理之前,关闭水汽管道P420各支路的水汽蝶阀BV421、BV422和BV423,并关闭除尘蝶阀BV521和BV522,开启除尘蝶阀BV523,将第III发酵罐330的发酵物料输送过程中的灰尘和扬尘以及少量的水汽通过除尘管道P520送入除尘器510后排空。
(2)发酵工序
将第i级发酵原料与第i级发酵菌种混合后进行第i级发酵处理,获得第i级发酵垃圾产物,其中,i为实际发酵级数,其为≤N的自然数;
N为最高发酵级数,N≥1,优选N≥2,进一步优选N=2-4;
所述有机废物包括生活垃圾筛下物、畜禽粪便、市政污泥和餐厨垃圾中的一种或几种。
根据本发明,N=3,3级发酵依次分别在三套发酵装置中进行,每级发酵时间为5-10天;
当i=1时,第i级发酵原料为有机废弃物,其与第i级发酵菌种在给料漏斗210混合后通过第IV旋转给料器211进入气力输送主管道P120,经由送料管道P212进入第I发酵罐310进行第1级发酵处理;
当i=2时,第i级发酵原料为第1级发酵的产物,其通过第I旋转给料器311进入气力输送主管道P120,再通过第I发酵物料输送管道P312进入第II发酵罐320进行第i级发酵处理;
当i=3时,第i级发酵原料为第2级发酵产物,其通过第II旋转给料器321进入气力输送主管道P120,再通过第II发酵物料输送管道P322进入第III发酵罐330进行第i级发酵处理;发酵过程中,进行多次翻抛,当发酵物料含水率≤30%时,将第i级发酵产物通过第III旋转给料器331进入气力输送主管道P120,经由发酵产物出料管道P332进入储罐或进行包装;
优选地,在前一轮发酵工序进行第2-3级发酵时,开始后一轮发酵工序,如此循环往复,实现多轮次工序的发酵。
根据本发明方法,在第各级发酵过程中,通过翻抛系统对于发酵物料进行全部或部分翻抛。
很显然,利用本发明的翻抛系统可以在发酵过程中对发酵物料进行全部或部分翻抛,由此在大大缩小装置占地面积的同时,大大提高了生产效率。
当发酵罐罐底堆料出现堵塞或空段,启动蛟龙锚杆JB-1和JB-2消除堵塞或空段,使得发酵物料或发酵产物顺利落入相应的旋转给料器311、321或331。
(3)水蒸气和发酵代谢气体收集工序
发酵过程中,关闭除尘管道P520各支路上除尘蝶阀BV521、BV522和BV523,开启水汽管道P420相应支路上的水汽蝶阀(BV421、BV422和BV423中的一个或几个),将发酵过程产生的水蒸气和发酵代谢气体通过水汽管道P420送入水汽吸收塔410通过喷淋吸收进行收集。
具体地,在第I发酵罐310的发酵过程中,关闭除尘管道P520各支路上除尘蝶阀BV521、BV522和BV523,并关闭水汽蝶阀BV422和BV423,开启水汽蝶阀BV421,将在第I发酵罐310发酵过程产生的水蒸气和发酵代谢气体通过水汽管道P420送入水汽吸收塔410通过喷淋吸收进行收集。
在第II发酵罐320的发酵过程中,关闭除尘管道P520各支路上除尘蝶阀BV521、BV522和BV523,并关闭水汽蝶阀BV421和BV423,开启水汽蝶阀BV422,开启水汽管道P420支路上的水汽蝶阀BV422,将在第II发酵罐320发酵过程产生的水蒸气和发酵代谢气体通过水汽管道P420送入水汽吸收塔410通过喷淋吸收进行收集。
在第III发酵罐330的发酵过程中,关闭除尘管道P520各支路上除尘蝶阀BV521、BV522和BV523,并关闭水汽蝶阀BV421和BV422,开启水汽蝶阀BV423,将在第II发酵罐330发酵过程产生的水蒸气和发酵代谢气体通过水汽管道P420送入水汽吸收塔410通过喷淋吸收进行收集。
在第I发酵罐310和第II发酵罐320的发酵过程中,关闭除尘管道P520各支路上除尘蝶阀BV521、BV522和BV523,并关闭水汽蝶阀BV423,开启水汽蝶阀BV421和BV422,将在第I发酵罐310和第II发酵罐320发酵过程产生的水蒸气和发酵代谢气体通过水汽管道P420送入水汽吸收塔410通过喷淋吸收进行收集。
在第II发酵罐320和第III发酵罐330的发酵过程中,关闭除尘管道P520各支路上除尘蝶阀BV521、BV522和BV523,并关闭水汽蝶阀BV421,开启水汽蝶阀BV422和BV423,将在第II发酵罐320和第III发酵罐330发酵过程产生的水蒸气和发酵代谢气体通过水汽管道P420送入水汽吸收塔410通过喷淋吸收进行收集。
在第I发酵罐310和第III发酵罐330的发酵过程中,关闭除尘管道P520各支路上除尘蝶阀BV521、BV522和BV523,并关闭水汽蝶阀BV422,开启水汽蝶阀BV421和BV423,将在第I发酵罐310和第III发酵罐330发酵过程产生的水蒸气和发酵代谢气体通过水汽管道P420送入水汽吸收塔410通过喷淋吸收进行收集。
在第I发酵罐310、第II发酵罐320和第III发酵罐330的发酵过程中,关闭除尘管道P520各支路上除尘蝶阀BV521、BV522和BV523,开启水汽蝶阀BV421、BV422和BV423,将在第I发酵罐310、第II发酵罐320和第III发酵罐330的发酵过程产生的水蒸气和发酵代谢气体通过水汽管道P420送入水汽吸收塔410通过喷淋吸收进行收集。
本领域技术人员应该了解的是,本发明中所述水蒸气和发酵代谢气体收集工序是在发酵过程中进行的,即在发酵开始后和结束前的这个阶段内进行的。
本发明的用于处理有机废弃物的三罐发酵系统的处理量为180-900吨/天。通过并列设置可以扩大处理量。
采用本发明的装置和方法所制备的发酵产物满足我国有机肥料的农业行业标准NY525-2012的要求。可以用作土壤改良剂和/或肥料。
III、实施例
以下通过具体实施例对于本发明进行具体说明。下文所述实验方法,如无特殊说明,均为实验室常规方法。下文所述实验材料,如无特别说明,均可由商业渠道获得。
以下实施例利用本发明上述单罐发酵系统对有机废弃物进行发酵处理,每个发酵罐处理量为180吨/天。每批物料发酵时间15天,共5套三罐发酵系统并联使用,每5天进料正好对应一套发酵处理系统。
原料为鸡粪(畜禽粪便);辅料为秸秆粉、稻壳等;菌种为BM菌(商购)。
发酵系统主要设备参数:
罗茨风机110,功率55kW,压力40Kpa,风量38.6m3/min;
给料漏斗210容积9m3,斜角45°;
旋转给料器功率2.2kW,下料量40t/h;
旋转给料器功率5.5kW,下料量60t/h;
循环水泵功率2.2kW,流量15m3/h,扬程22m;
除尘器510功率6kW,最大处理风量60000m3/h;
实施例1:
1.进料
关闭气力输送主管道P120上的气力输送第II蝶阀BVl22,同时开启气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BVl21和送料管道P212上的送料球阀BV212,给料漏斗210、第IV旋转给料器211、气力输送主管道P120和送料管道P212构成为第I发酵罐310供料的送料系统。
发酵原料与辅料在给料漏斗210中以体积比(1~2):1混合,发酵菌种投加量以发酵原料和辅料的总重量计为1wt‰,经旋转给料器211进入气力输送主管道P120和送料管道P212,通过气力输送至第I发酵罐310中。
2.发酵处理
(1)除尘工序
发酵原料从各发酵罐310、320和330的罐顶自然下落堆填。
在第I发酵罐310进行发酵处理之前,关闭水汽管道P420各支路的水汽蝶阀BV421、BV422和BV423,并关闭除尘蝶阀BV522和BV523,开启除尘蝶阀BV521,将第I发酵罐310的发酵物料输送过程中的灰尘和扬尘以及少量的水汽通过除尘管道P520送入除尘器510后排空。
在第II发酵罐320进行发酵处理之前,关闭水汽管道P420各支路的水汽蝶阀BV421、BV422和BV423,并关闭除尘蝶阀BV521和BV523,开启除尘蝶阀BV522,将第II发酵罐320的发酵物料输送过程中的灰尘和扬尘以及少量的水汽通过除尘管道P520送入除尘器510后排空。
在第III发酵罐330进行发酵处理之前,关闭水汽管道P420各支路的水汽蝶阀BV421、BV422和BV423,并关闭除尘蝶阀BV521和BV522,开启除尘蝶阀BV523,将第III发酵罐330的发酵物料输送过程中的灰尘和扬尘以及少量的水汽通过除尘管道P520送入除尘器510后排空。
(2)发酵工序
打开曝气气源开关,在发酵过程中通过发酵罐内部所设有的曝气管为发酵罐持续供气。
每批物料的发酵时间为15天,共分为三个阶段,每个阶段发酵时间为5天,分别依次在第I、第II和第III三个发酵罐内进行发酵处理。
第一阶段的发酵处理(第I发酵罐310内):
第I级发酵原料与第I级发酵菌种在给料漏斗210混合后通过第IV旋转给料器211进入气力输送主管道P120,经由送料管道P212进入第I发酵罐310进行第一阶段的发酵处理,使发酵物料快速升温至80℃,且在堆体达到80℃进行第一次自循环,即在第3天进行一次自循环。每次循环的物料量为总物料量的100%。
发酵过程中,关闭发酵原料送料球阀BV212、第I发酵物料进料球阀BV316和气力输送第III蝶阀BVl23,同时开启气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BVl21、气力输送第II蝶阀BVl22、第I发酵物料球阀BV312和第I循环管道P313上的第I循环球阀BV313,启动风源110,启动第I旋转给料器311,第I发酵罐310内的发酵物料从其底部出料口经第I旋转给料器311落入气力输送主管道P120,并通过气动输送经气力输送主管道P120、第I发酵物料送料管道P312和第I循环管道P313返回到第I发酵罐310实现翻抛。
第一阶段的发酵处理结束后,关闭送料管道P212上的送料球阀BV212、第I循环管道P313上的第I循环球阀BV313和气力输送第III蝶阀BVl23,开启气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BV121、气力输送第II蝶阀BVl23、第I发酵物料送料球阀BV312和第I发酵物料进料球阀BV316;启动风源110,启动第I旋转给料器311,第I发酵罐310内的发酵物料从其底部出料口318经第I旋转给料器311落入气力输送主管道P120,并通过气动输送经气力输送主管道P120、第O发酵物料管道P312和第II发酵罐320顶部进料口327进入第II发酵罐320内。
第二阶段的发酵处理(第II发酵罐320内):
在第II发酵罐320内,使堆体温度上升至80~100℃持续发酵,在温度80℃以上持续5天后进行第二次自循环(相对于第一阶段中进行第一次自循环而言),分别在第6、8、10天各进行一次自循环。每次循环的物料量为总物料量的100%。
发酵过程中,关闭发酵原料送料球阀BV212、第I发酵物料球阀BV312、第II发酵物料进料球阀BV326和气力输送第IV蝶阀BV124,同时开启气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BV121、气力输送第II蝶阀BV122、气力输送第III蝶阀BV123、第II发酵物料球阀BV322和第II循环管道P323上的第II循环球阀BV323,启动风源110,启动第II旋转给料器321,第II发酵罐320内的发酵物料从其底部出料口328经第II旋转给料器321落入气力输送主管道P120,并通过气动输送经气力输送主管道P120、第II发酵物料送料管道P322和第II循环管道P323返回到第II发酵罐320实现翻抛。
第二阶段的发酵处理结束后,关闭送料管道P212上的送料球阀BV212、第II循环管道P323上的第II循环球阀BV323和气力输送第IV蝶阀BV124和第I发酵物料球阀BV312,开启气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BV121、气力输送第II蝶阀BV123、气力输送第III蝶阀BV123、第II发酵物料球阀BV322和第II发酵物料进料球阀BV326;启动风源110,启动第II旋转给料器321,第II发酵罐320内的发酵物料从其底部出料口328经第II旋转给料器321落入气力输送主管道P120,并通过气动输送经气力输送主管道P120、第II发酵物料管道P322和第III发酵罐330顶部进料口进入第III发酵罐330内。
第三阶段的发酵处理(第III发酵罐330内):
第III发酵罐330内,每天进行一次自循环,即分别在第11、12、13、14、15天各进行一次自循环,通过多次物料自循环降低含水率。每次循环的物料量为总物料量的100%。
发酵过程中,关闭发酵原料送料球阀BV212、第I发酵物料球阀BV312、第II发酵物料送料球阀BV322和出料球阀BV332,同时开启气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BV121、气力输送第II蝶阀BV122、气力输送第III蝶阀BV123、气力输送第IV蝶阀BV124和第III循环管道P333上的第III循环球阀BV333,启动风源110,启动第III旋转给料器331,第III发酵罐330内的发酵物料从其底部出料口338经第III旋转给料器331落入气力输送主管道P120,并通过气动输送经气力输送主管道P120和第III循环管道P333返回到第III发酵罐330实现翻抛。
第三阶段的发酵处理结束后,关闭送料管道P212上的送料球阀BV212、第I发酵物料球阀BV312和第II发酵物料球阀BV322,开启气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BV121、气力输送第II蝶阀BV122、气力输送第III蝶阀BV123、气力输送第IV蝶阀BV124和出料球阀BV332;启动风源110,启动第III旋转给料器331,第III发酵罐330内的发酵物料从其底部出料口338经第III旋转给料器331落入气力输送主管道P120,并通过气动输送经气力输送主管道P120和发酵产物出料管道P332送入储存单元。
当发酵罐罐底堆料出现堵塞或空段,启动蛟龙锚杆JB-1和JB-2消除堵塞或空段,使得发酵物料或发酵产物顺利落入相应的旋转给料器311、321或331。
3水蒸气和发酵代谢气体收集工序
在第I发酵罐310的发酵过程中,关闭除尘管道P520各支路上除尘蝶阀BV521、BV522和BV523,并关闭水汽蝶阀BV422和BV423,开启水汽蝶阀BV421,将在第I发酵罐310发酵过程产生的水蒸气和发酵代谢气体通过水汽管道P420送入水汽吸收塔410通过喷淋吸收进行收集。
在第II发酵罐320的发酵过程中,关闭除尘管道P520各支路上除尘蝶阀BV521、BV522和BV523,并关闭水汽蝶阀BV421和BV423,开启水汽蝶阀BV422,开启水汽管道P420支路上的水汽蝶阀BV422,将在第II发酵罐320发酵过程产生的水蒸气和发酵代谢气体通过水汽管道P420送入水汽吸收塔410通过喷淋吸收进行收集。
在第III发酵罐330的发酵过程中,关闭除尘管道P520各支路上除尘蝶阀BV521、BV522和BV523,并关闭水汽蝶阀BV421和BV422,开启水汽蝶阀BV423,将在第II发酵罐330发酵过程产生的水蒸气和发酵代谢气体通过水汽管道P420送入水汽吸收塔410通过喷淋吸收进行收集。
在第I发酵罐310和第II发酵罐320的发酵过程中,关闭除尘管道P520各支路上除尘蝶阀BV521、BV522和BV523,并关闭水汽蝶阀BV423,开启水汽蝶阀BV421和BV422,将在第I发酵罐310和第II发酵罐320发酵过程产生的水蒸气和发酵代谢气体通过水汽管道P420送入水汽吸收塔410通过喷淋吸收进行收集。
在第II发酵罐320和第III发酵罐330的发酵过程中,关闭除尘管道P520各支路上除尘蝶阀BV521、BV522和BV523,并关闭水汽蝶阀BV421,开启水汽蝶阀BV422和BV423,将在第II发酵罐320和第III发酵罐330发酵过程产生的水蒸气和发酵代谢气体通过水汽管道P420送入水汽吸收塔410通过喷淋吸收进行收集。
在第I发酵罐310和第III发酵罐330的发酵过程中,关闭除尘管道P520各支路上除尘蝶阀BV521、BV522和BV523,并关闭水汽蝶阀BV422,开启水汽蝶阀BV421和BV423,将在第I发酵罐310和第III发酵罐330发酵过程产生的水蒸气和发酵代谢气体通过水汽管道P420送入水汽吸收塔410通过喷淋吸收进行收集。
在第I发酵罐310、第II发酵罐320和第III发酵罐330的发酵过程中,关闭除尘管道P520各支路上除尘蝶阀BV521、BV522和BV523,开启水汽蝶阀BV421、BV422和BV423,将在第I发酵罐310、第II发酵罐320和第III发酵罐330的发酵过程产生的水蒸气和发酵代谢气体通过水汽管道P420送入水汽吸收塔410通过喷淋吸收进行收集。
应当注意的是,以上所述的实施例仅用于解释本发明,并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述,但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇,而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明做出修改,以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例,但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例,相反,本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
Claims (10)
1.一种用于处理有机废弃物的三罐发酵系统,其包括发酵单元、气力输送系统和发酵原料/发酵菌种投料单元,其中,所述发酵原料/发酵菌种投料单元和发酵单元通过气力输送系统相连。
2.根据权利要求1所述的三罐发酵系统,其特征在于,
所述气力输送系统包括风源(110)以及与风源(110)相连的气力输送主管道(P120);优选地,在靠近风源(110)的气力输送主管道(P120)上设置有气力输送第I蝶阀(BV121);
所述发酵单元包括依次串联的三套发酵装置;所述发酵装置包括发酵罐和旋转给料器,所述发酵罐的底部出料口通过旋转给料器与气力输送主管道(P120)相连通;其中,第I发酵装置和第II发酵装置还分别独立地包括发酵物料输送管道(P312)和(P322),各发酵罐的底部出料口分别通过各自的旋转给料器、气力输送主管道(P120)和各自的发酵物料输送管道与下一发酵罐的顶部进料口相连;优选地,在各自旋转给料器上游端的气力输送主管道(P120)上分别设置有气力输送第II蝶阀(BV122)和气力输送第III蝶阀(BV123),在各自发酵物料输送管道上分别设置有第I发酵物料球阀(BV312)和第II发酵物料球阀(BV322);第III发酵装置(330)还包括发酵产物出料管道(P332),第III发酵罐(330)的底部出料口(338)通过旋转给料器(331)、气力输送主管道(P120)与发酵产物出料管道(P332)相连;优选地,在第III旋转给料器(331)上游端的气力输送主管道(P120)上设置有气力输送第IV蝶阀(BV 124),在发酵产物出料管道(P332)上设置有出料球阀(BV 332);
所述发酵原料/发酵菌种投料单元包括给料漏斗(210)、第IV旋转给料器(211)和送料管道(P212);所述送料管道(P212)一端与第I发酵罐(310)顶部的进料口(317)相连,另一端连接于气力输送第II蝶阀(BV 122)上游端的气力输送主管道(P120)上;所述给料漏斗(210)设置于风源(110)和第I发酵罐(310)之间,其底部出料口(218)通过第IV旋转给料器(211)与气力输送第I蝶阀(BV121)下游端的气力输送主管道(P120)相连通,并通过第IV旋转给料器(211)、气力输送主管道(P120)和送料管道(P212)与第I发酵罐(310)顶部的进料口(317)相连;优选地,在送料管道(P212)上设置有送料球阀(BV212)。
3.根据权利要求2所述的三罐发酵系统,其特征在于,所述发酵单元还包括用于使发酵物料从各发酵罐底部出口返回到各发酵罐的翻抛系统;所述翻抛系统包括循环管道,所述第I循环管道(P313)和第II循环管道(P323)的一端分别独立地连接于各自发酵物料球阀(BV312)和(BV322)下游的发酵物料输送管道(P312)和(P322)上,并独立地通过各自的发酵物料输送管道(P312)和(P322)、气力输送主管道(P120)以及各自的旋转给料器(311)和(321)与各自的发酵罐底部出料口(318)和(328)相连通,另一端分别独立地与各自发酵罐顶部的进料口(317)和(327)相连;优选地,所述第I循环管道(P313)和第II循环管道(P323)上分别设置有第I循环球阀(BV313)和第II循环球阀(BV323),且在各循环管道与相应的发酵物料送料管道连接处下游的发酵物料送料管道上分别独立地设置有发酵物料进料球阀(BV316)和(BV326);所述第III循环管道(P333)一端连接于出料球阀(BV332)上游端的气力输送主管道(P120)上,并通过气力输送主管道(P120)和第III旋转给料器(331)与第III发酵罐(330)底部出料口(338)相连通,另一端与第III发酵罐(330)顶部进料口(337)相连;优选地,在第III循环管道(P333)上设置有第III循环球阀(BV333)。
4.根据权利要求2或3所述的三罐发酵系统,其特征在于,所述发酵装置还包括曝气系统,所述曝气系统包括设置在发酵罐内部的曝气构件、设置在发酵罐外部下方且与曝气构件相连的气体分布构件,以及与气体分布构件相连的曝气风机;其中,所述气体分布构件包括与曝气风机相连的曝气主管路(341),以及与曝气主管路(341)相连且彼此连通设置的若干曝气分支管路,所述曝气分支管路包括竖直曝气分支管路(342)和水平曝气分支管路(343);所述曝气构件包括沿发酵罐1/2半径的周向均匀分布的若干竖直曝气管(344)以及沿发酵罐底部锥体的罐壁的周向均匀分布的多根锥体贴壁曝气管(345);所述竖直曝气管(344)上端通过法兰(346)固定于罐顶,下端从管底部锥体部分延伸至罐体外与竖直曝气分支管路(344)相连通,并通过竖直曝气分支管路(344)、曝气主管路(341)与曝气风机相连;所述锥体贴壁曝气管(345)通过设置于罐壁的进气接口(347)与水平曝气分支管路(343)相连,并通过水平曝气分支管路(343)、曝气主管路与曝气风机相连;所述竖直曝气管(344)和锥体贴壁曝气管(345)均沿轴向均匀间隔设置有气孔(348)。
5.根据权利要求2-4中任意一项所述的单罐发酵系统,其特征在于,所述发酵装置还包括破空系统,所述破空系统包括分别在发酵罐底锥体中部直径1/4和3/4处沿与该直径垂直的径向水平设置的两根绞龙锚杆(JB-1和JB-2)。
6.根据权利要求2-5中任意一项所述的三罐发酵系统,其特征在于,
所述三罐发酵系统还包括用于回收水蒸气和发酵代谢气体的水汽收集系统,其包括水汽吸收塔(410)和水汽管道(P420);其中,所述水汽吸收塔(410)下部进料口通过水汽管道(P420)与各发酵罐顶部水汽出口相连;优选地,在与各发酵罐顶部水汽出口相连的水汽管道(P420)支路上分别设置有水汽蝶阀(BV421)、(BV422)和(BV423);
和/或,所述三罐发酵系统还包括除尘系统,其包括除尘器(510)和除尘管道(P520);其中,所述除尘器(510)顶部进料口通过除尘管道(P520)与各发酵罐顶部除尘出口相连;优选地,在与各发酵罐顶部除尘出口相连的除尘管道(P520)支路上分别设置有除尘蝶阀(BV521)、(BV522)和(BV523)。
7.根据权利要求2-6中任意一项所述的三罐发酵系统,其特征在于,所述发酵装置还包括设置在发酵罐内的湿度监测构件、温度监测构件、压力监测构件和料位监测构件;和/或,所述发酵原料/发酵菌种投料装置还包括发酵原料流量控制构件和发酵菌种流量控制构件。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的三罐发酵系统,其特征在于,所述三罐发酵系统中的接口均采用密封连接。
9.一种利用权利要求1-8中任意一项所述的三罐发酵系统对有机废弃物进行发酵处理的方法,其包括将第i级发酵原料与第i级发酵菌种混合后进行第i级发酵处理,获得第i级发酵垃圾产物,其中,i为实际发酵级数,其为≤N的自然数;
N为最高发酵级数,N≥1,优选N≥2,进一步优选N=2-4;
所述有机废弃物包括生活垃圾筛下物、畜禽粪便、市政污泥和餐厨垃圾中的一种或几种;
特别地,N=3,3级发酵依次分别在三套发酵装置中进行;
当i=1时,第i级发酵原料为有机废弃物,其与第i级发酵菌种在给料漏斗(210)混合后通过第IV旋转给料器(211)进入气力输送主管道(P120),经由送料管道(P212)进入第I发酵罐(310)进行第1级发酵处理;
当i=2时,第i级发酵原料为第1级发酵的产物,其通过第1旋转给料器(311)进入气力输送主管道(P120),再通过第I发酵物料输送管道(P312)进入第II发酵罐(320)进行第i级发酵处理;
当i=3时,第i级发酵原料为第2级发酵产物,其通过第II旋转给料器(321)进入气力输送主管道(P120),再通过第II发酵物料输送管道(P322)进入第III发酵罐(330)进行第i级发酵处理;发酵过程中,进行多次翻抛,当发酵物料含水率≤30%时,将第i级发酵产物通过第III旋转给料器(331)进入气力输送主管道(P120),经由发酵产物出料管道(P332)进入储罐或进行包装;
优选地,在前一轮发酵工序进行第2-3级发酵时,开始后一轮发酵工序,如此循环往复,实现多轮次工序的发酵;
进一步优选地,在第各级发酵过程中,通过翻抛系统对于发酵物料进行全部或部分翻抛。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,
所述方法还包括水蒸气和发酵代谢气体收集工序,其包括关闭除尘管道(P520)各支路上除尘蝶阀(BV521)、(BV522)和(BV523),开通水汽管道(P420)相应支路上的水汽蝶阀,并将发酵过程产生的水蒸气和发酵代谢气体通过水汽管道送入水汽吸收塔进行收集;
和/或,所述方法还包括除尘工序,其包括在进行第i级发酵处理之前,关闭水汽管道(P420)各支路的水汽蝶阀(BV421)、(BV422)和(BV423),开通除尘管道(P520)相应支路上的除尘蝶阀,并将发酵罐的发酵物料中的水汽通过除尘管道送入除尘器后排空。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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