CN115197005A - 一种用于处理有机废弃物的单罐发酵系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于有机废弃物的单罐发酵系统，其包括发酵装置、发酵原料/发酵菌种投料装置发酵装置和气力输送系统。该单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，该单罐发酵系统基于气力输送系统为好氧单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。利用该单罐发酵系统，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单罐发酵系统及方法。
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处理有机废弃物的单罐发酵系统。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处理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单罐发酵系统，其包括发酵装置、发酵原料/发酵菌种投料装置和气力输送系统，其中，所述发酵原料/发酵菌种投料装置和发酵装置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；
所述发酵装置包括发酵罐310、第1I旋转给料器311和发酵产物出料管道P312，所述发酵罐310的底部出料口通过第II旋转给料器311与气力输送主管道P120相连通，并通过第II旋转给料器311、气力输送主管道P120与发酵产物出料管道P312相连；优选地，在第II旋转给料器311上游端的气力输送主管道P120上设置有气力输送第1I蝶阀BV122，在发酵产物出料管道P312上设置有出料球阀BV312；
所述发酵原料/发酵菌种投料装置包括给料漏斗210、第I旋转给料器211和送料管道P212，所述给料漏斗210设置于风源110和发酵罐310之间，其底部出料口通过第I旋转给料器211、气力输送主管道P120相连通，并通过第I旋转给料器211、气力输送主管道P120和送料管道P212与发酵罐310的进料口相连；优选地，在送料管道P212上设置有送料球阀BV212。
根据本发明，所述单罐发酵系统还包括用于使发酵物料从发酵罐底部出料口返回到发酵罐的翻抛系统；所述翻抛系统包括循环管道P313，所述循环管道P313一端连接于出料球阀BV312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II旋转给料器311与发酵罐310底部出料口相连通，另一端与发酵罐310上部相连；优选地，在循环管道P313上设置有循环球阀BV313。
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(图中未示出)；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，所述单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，所述水汽吸收塔410下部进料口通过水汽管道P420与发酵罐310顶部水汽出口314相连；优选地，在水汽管道P420上设置有水汽蝶阀BV420。
在本发明的又一些实施例中，所述单罐发酵系统还包括除尘系统，其包括除尘器510，所述除尘器510通过除尘管道P520与发酵罐310顶部除尘出口相连；优选地，在除尘管道P520上设置有除尘蝶阀BV520。
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，所述单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单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，各级发酵过程均在同一发酵罐中完成，并且，
当i＝1时，第i级发酵原料为有机废物，其与第i级发酵菌种在给料漏斗混合后通过第I旋转给料器进入气力输送主管道，经由送料管道进入发酵罐进行第1级发酵处理；
当1＜i≤N时，第i级发酵原料为第i-1级发酵产物，其通过翻抛系统再次进入发酵罐进行第i级发酵处理；
当1≤i＜N时，将第i级发酵产物用作第i+1级发酵原料，其通过翻抛系统再次进入发酵罐进行第i+1级发酵处理；
当i＝N时，将第i级发酵产物通过第1I旋转给料器进入气力输送主管道，经由发酵产物出料管道进入储罐或进行包装。
根据本发明方法，在第i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上的除尘蝶阀BV520，开通水汽管道P420上的水汽蝶阀BV420，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上的水汽蝶阀BV420，开通除尘管道P520上的除尘蝶阀BV520，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是本发明中的用于有机废弃物的单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，从而使得多级发酵过程均可以在同一发酵罐中完成，并且简化了翻抛操作，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处理有机废弃物的单罐发酵系统如图1所示，从图1可以看出，所述单罐发酵系统包括发酵装置、发酵原料/发酵菌种投料装置和气力输送系统，其中，所述发酵原料/发酵菌种投料装置和发酵装置通过气力输送系统相连；所述单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1蝶阀BV121用于控制气力输送主管道P120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单罐发酵系统中的发酵原料、发酵物料和发酵产物等的输送，由此为整个单罐发酵系统实现全封闭创造了条件，同时提高了整个单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。
所述发酵装置包括发酵罐310、第II旋转给料器311和发酵产物出料管道P312，所述发酵罐310的底部出料口318通过第II旋转给料器311与气力输送主管道P120相连通，并通过第II旋转给料器311、气力输送主管道P120与发酵产物出料管道P312相连，且在第II旋转给料器311上游端的气力输送主管道P120上设置有气力输送第II蝶阀BV122，在发酵产物出料管道P312上设置有出料球阀BV312。
在所述发酵装置中，发酵罐310用于对有机废弃物进行好氧发酵处理，第II旋转给料器311用于将发酵罐310内的发酵产物或发酵物料均匀地送入气力输送主管道P120中，发酵产物出料管道P312用于将发酵产物送出装置外，气力输送第II蝶阀BV122用于控制气力输送主管道P120中气流段的风量和风压，出料球阀BV312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BV121、气力输送第1I蝶阀BV122和出料球阀BV312均处于开启状态时，发酵罐310底部出口318、第II旋转给料器311、气力输送主管道P120和发酵产物出料管道P312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发酵装置。
所述发酵原料/发酵菌种投料装置包括给料漏斗210、第I旋转给料器211和送料管道P212，所述给料漏斗210设置于风源110和发酵罐310之间，其底部出料口218通过第I旋转给料器211、气力输送主管道P120相连通，并通过第I旋转给料器211、气力输送主管道P120和送料管道P212与发酵罐310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，在靠近送料管道P212与气力输送主管道P120连接处131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210用作装载发酵原料与物料初步混拌的容器，第I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BV122关闭，同时气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BV121和送料管道P212上的送料球阀BV212开启时，给料漏斗210、第I旋转给料器211、气力输送主管道P120和送料管道P212构成为发酵罐310供料的送料系统。
所述单罐发酵系统还包括用于使发酵物料从发酵罐310的底部出料口318返回到发酵罐310的翻抛系统；所述翻抛系统包括循环管道P313，所述循环管道P313一端连接于出料球阀BV312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II旋转给料器311与发酵罐310的底部出料口318相连通，另一端与发酵罐310上部(316处)相连，且在循环管道P313上设置有循环球阀BV313；优选地，在靠近循环管道P313与气力输送主管道P120连接处132的循环管道P313上设置有循环球阀BV313。
当送料球阀BV212和出料球阀BV312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和循环管道P313上的循环球阀BV313开启时，与发酵罐310的底部出料口318相连的第1I旋转给料器311、气力输送主管道P120和循环管道P313构成使发酵物料在气动输送作用下从发酵罐310的底部出料口318返回到发酵罐310的翻抛系统。
当送料管道P212上的送料球阀BV212和循环管道P313上的循环球阀BV313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和出料球阀BV312均处于开启状态时，发酵罐310的底部出料口318、第II旋转给料器311、气力输送主管道P120和发酵产物出料管道P312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发酵装置。
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，还可以实现在同一发酵罐中完成多级发酵，在大大缩小装置占地面积的同时，大大提高了生产效率。
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310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310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。所述绞龙锚杆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310罐底堆料出现堵塞或架空，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第II旋转给料器311。
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。
所述单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，所述水汽吸收塔410下部进料口通过水汽管道P420与发酵罐310顶部水汽出口314相连，且在水汽管道P420上设置有水汽蝶阀BV420；优选地，在靠近发酵罐310顶部水汽出口314的水汽管道P420上设置有水汽蝶阀BV420。
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VOCs(VolatileOrganic Compounds，挥发性有机物)中一种或几种。
所述单罐发酵系统还包括除尘系统，其包括除尘器510，所述除尘器510通过除尘管道P520与发酵罐310顶部除尘出口315相连，且在除尘管道P520上设置有除尘蝶阀BV520；优选地，在靠近发酵罐310顶部除尘出口315的除尘管道P520上设置有除尘蝶阀BV520。
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。
当除尘蝶阀BV520关闭，水汽蝶阀BV420开启时，发酵过程产生的水蒸气和发酵代谢气体可通过水汽管道BV420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；当水汽管道上的水汽蝶阀BV420关闭，除尘蝶阀BV520开启，发酵罐310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BV420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发酵罐310顶部的安全阀319，当发酵罐310内的压力超过规定值，安全阀319自动打开，将发酵管310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，所述单罐发酵系统中的接口均采用密封连接，由此形成全封闭单罐发酵系统。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单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单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
在进行发酵处理之前，关闭水汽管道P420上的水汽蝶阀BV420，开启除尘管道P520上的除尘蝶阀BV520，并使其处于开通状态，将发酵罐310的发酵物料输送过程中的灰尘和扬尘以及少量的水蒸气通过除尘管道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，更进一步优选N＝3-4，最优选地，N＝3；
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。优选地，所述生活垃圾筛下物为生活垃圾经80mm筛分的筛下物。
根据本发明，各级发酵过程均在同一发酵罐中完成，并且，
当i＝1时，第i级发酵原料为有机废物，其与第i级发酵菌种在给料漏斗210混合后通过第I旋转给料器211进入气力输送主管道P120，经由送料管道P212进入发酵罐310进行第1级发酵处理；
当1＜i≤N时，第i级发酵原料为第i-1级发酵产物，其通过翻抛系统再次进入发酵罐310进行第i级发酵处理；
当1≤i＜N时，将第i级发酵产物用作第i+1级发酵原料，其通过翻抛系统再次进入发酵罐310进行第i+1级发酵处理；
当i＝N时，将第i级发酵产物通过第II旋转给料器311进入气力输送主管P210道，经由发酵产物出料管道P312进入储罐或进行包装。
根据本发明方法，在第i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。
容易理解，利用本发明的翻抛系统既可以在发酵过程中对发酵物料进行全部或部分翻抛，也可以实现在同一发酵罐中完成多级发酵，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310罐底堆料出现堵塞或架空，启动蛟龙锚杆JB-1和JB-2消除堵塞或架空，使得发酵物料或发酵产物顺利落入第II旋转给料器311。
(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上的除尘蝶阀BV520，开启水汽管道P420上的水汽蝶阀BV420并使其处于开通状态，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单罐发酵系统的处理量为180-300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15套单罐发酵系统并联使用，每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°；
第I旋转给料器211功率2.2kW，下料量40t/h；
发酵罐310筒体
总容积329m3，
第II旋转给料器311功率5.5kW，下料量60t/h；
尾气吸收塔410容积400L，筒体
高6米，阶梯环填料
喷淋管
循环水泵430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；
送料管道P212
除尘管道P520
尾气管道(水汽管道)P420
循环管道P313
出料管道P312
实施例1：
1.进料
关闭气力输送主管道P120上的气力输送第1I蝶阀BV122，同时打开气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BV121和送料管道P212上的送料球阀BV212，并打开第I旋转给料器211，给料漏斗210、第I旋转给料器211、气力输送主管道P120和送料管道P212构成为发酵罐供料的送料系统。
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，再经送料管道P212通过气力输送至发酵罐310中。
2.发酵处理
(1)除尘工序
发酵原料从发酵罐310的罐顶自然下落堆填。
在进行发酵处理之前，关闭水汽管道P420上的水汽蝶阀BV420，开启除尘管道P520上的除尘蝶阀BV520并使其处于开通状态，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蒸气随气动输送的气体进入P520除尘管道，通过布袋除尘器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310内部所设有的曝气管为发酵罐持续供气。
发酵过程中，关闭进料管道P212上的进料球阀BV212，关闭出料管道P312上的出料球阀BV312，打开气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BV121、气力输送第I蝶阀BV122和循环管道上的循环球阀BV313，启动110风源，启动第II旋转给料器311，通过气动输送将发酵罐310内的发酵物料从罐底出口318经第II旋转给料器311、气力输送主管道P120和循环管路P313重新输送到罐内实现翻抛。
每批物料在罐内发酵时间为15天，共分为三个阶段。第一阶段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；第二阶段使堆体温度上升至80～100℃持续发酵，且在温度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；第三阶段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％。
发酵结束后，关闭送料管道P212上的送料球阀BV212，关闭循环管路P313上的循环球阀BV313；同时，打开气力输送主管道P120上的气力输送第I蝶阀BV121、气力输送第1I蝶阀BV122和出料管道P312上的出料球阀BV312，开启第II旋转给料器311，发酵产物通过第II旋转给料器311均匀地送入气力输送主管道P120中，并经气力输送主管道P轴20和P312出料管道进入储存单元(图中未画出)。
当发酵罐310罐底堆料出现堵塞或架空，启动蛟龙锚杆JB-1和JB-2，使得发酵物料或发酵产物顺利落入第II旋转给料器311。
(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上的除尘蝶阀BV520，开启水汽管道P420上的水汽蝶阀BV420并使其处于开通状态，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单罐发酵系统，其包括发酵装置、发酵原料/发酵菌种投料装置和气力输送系统，其中，所述发酵原料/发酵菌种投料装置和发酵装置通过气力输送系统相连。
2.根据权利要求1所述的单罐发酵系统，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)；
所述发酵装置包括发酵罐(310)、第II旋转给料器(311)和发酵产物出料管道(P312)，所述发酵罐(310)的底部出料口(318)通过第II旋转给料器(311)与气力输送主管道(P120)相连通，并通过第II旋转给料器(311)、气力输送主管道(P120)与发酵产物出料管道(P312)相连；优选地，在第II旋转给料器(311)上游端的气力输送主管道(P120)上设置有气力输送第II蝶阀(BV122)，在发酵产物出料管道(P312)上设置有出料球阀(BV312)；
所述发酵原料/发酵菌种投料装置包括给料漏斗(210)、第I旋转给料器(211)和送料管道(P212)，所述给料漏斗(210)设置于风源(110)和发酵罐(310)之间，其底部出料口(218)通过第I旋转给料器(211)、气力输送主管道(P120)相连通，并通过第I旋转给料器(211)、气力输送主管道(P120)和送料管道(P212)与发酵罐(310)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所述的单罐发酵系统，其特征在于，所述单罐发酵系统还包括用于使发酵物料从发酵罐(310)的底部出料口(318)返回到发酵罐(310)的翻抛系统；所述翻抛系统包括循环管道(P313)，所述循环管道(P313)一端连接于出料球阀(BV312)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II旋转给料器(311)与发酵罐(310)底部出料口(318)相连通，另一端与发酵罐(310)上部相连；优选地，在循环管道(P313)上设置有循环球阀(BV313)。
4.根据权利要求2或3所述的单罐发酵系统，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中任意一项所述的单罐发酵系统，其特征在于，
所述单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)，所述水汽吸收塔(410)下部进料口通过水汽管道(P420)与发酵罐(310)顶部水汽出口(314)相连；优选地，在水汽管道(P420)上设置有水汽蝶阀(BV420)；
和/或，所述单罐发酵系统还包括除尘系统，其包括除尘器(510)，所述除尘器(510)通过除尘管道(P520)与发酵罐(310)顶部除尘出口(315)相连；优选地，在除尘管道(P520)上设置有除尘蝶阀(BV520)。
7.根据权利要求2-6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中任意一项所述的单罐发酵系统，其特征在于，所述单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中任意一项所述的单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；
优选地，各级发酵过程均在同一发酵罐中完成，并且，
当i＝1时，第i级发酵原料为有机废物，其与第i级发酵菌种在给料漏斗(210)混合后通过第I旋转给料器(211)进入气力输送主管道(P120)，经由送料管道(212)进入发酵罐(310)进行第1级发酵处理；
当1＜i≤N时，第i级发酵原料为第i-1级发酵产物，其通过翻抛系统再次进入发酵罐(310)进行第i级发酵处理；
当1≤i＜N时，将第i级发酵产物用作第i+1级发酵原料，其通过翻抛系统再次进入发酵罐(310)进行第i+1级发酵处理；
当i＝N时，将第i级发酵产物通过第II旋转给料器(311)进入气力输送主管道(P120)，经由发酵产物出料管道(P312)进入储罐或进行包装；
进一步优选地，在第i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)上的除尘蝶阀(BV520)，开通水汽管道(P420)上的水汽蝶阀(BV420)，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)上的水汽蝶阀(BV420)，开通除尘管道(P520)上的除尘蝶阀(BV520)，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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