CN117843204A - 低温环境有机固废条垛式快速生物干化节能装备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种低温环境有机固废条垛式快速生物干化节能装备及方法，属于生物干化装备领域。解决了由于干化场地空间大，利用率低，生物干化过程中产生的水汽易扩散，分布范围大，导致排汽效率低、难度高，造成干化速率慢、能耗成本高等问题。本发明的活动推拉式保温棚为条垛式生物干化提供一个小空间发酵场所，其能够将干化过程产生的蒸汽聚集起来，从而降低抽汽体积总量，提高除水效率。在棚体外围建立多层、多功能式的保温结构，以减少环境热损失，使其适用于不同环境条件下的有机固废生物干化场所。利用本发明提出的间歇式通风、抽汽工艺，充分利用到生物干化产生的好氧发酵热能，进一步减少设备能耗，并缩短生物干化周期，提高干化效率。

Description

低温环境有机固废条垛式快速生物干化节能装备及方法

技术领域

本发明属于生物干化装备领域，特别是涉及一种低温环境有机固废条垛式快速生物干化节能装备及方法。

背景技术

生物干化是指在有氧条件下，利用微生物有控制地促进粪污、污泥等含水率高的有机固体废弃物中有机质的降解代谢，并利用好氧发酵过程产生的热能去除物料水分的干化技术。

生物干化技术是一种原位干化技术，不同于电能干化、太阳能干化等其他干化方法，其不需要外源加热，热能利用率高。然而，由于好氧发酵过程产热周期长、产热功率较低，其环境热量损失巨大，对干化效果影响较大。因此，在冬季低温环境下，污泥、粪污等生物干化过程周期长，干化效果明显较差。

在条垛式生物干化场所，一般在厂房顶部布置有大口径、大流量气体管道，能够通过抽汽的方式去除干化过程产生的湿热蒸汽，以达到有机固废除水干化的效果。然而，由于干化场地空间大，但利用率低，生物干化过程中产生的水汽易扩散，分布范围大，导致排汽效率低、难度高，最终造成干化速率慢、能耗成本高等问题。

另一方面，在不同环境条件下，生物干化系统有着不同的保温和可操作性需求，如何设计发酵堆外围结构、设施，使其能够适用不同环境条件下的工艺需求，对于维持厂房生物干化工程的稳定运行具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述背景提出的技术问题，本发明旨在提出一种低温环境有机固废条垛式快速生物干化节能装备及方法，利用自主设计的活动推拉式保温棚为条垛式生物干化提供一个小空间的发酵场所，其能够将干化过程产生的蒸汽聚集起来，从而降低抽汽体积总量，提高除水效率。此外，在棚体外围建立多层、多功能式的保温结构，以减少环境热损失，使其适用于不同环境条件下的有机固废生物干化场所。最终，利用本发明提出的间歇式通风、抽汽工艺，充分利用到生物干化产生的好氧发酵热能，能够进一步减少设备能耗，并缩短生物干化周期，从而提高干化效率。本发明对有机固废资源化利用，适用于多种规模禽畜粪污和污泥等固体废弃物条垛式生物干化的场所，尤其适用于大规模、较长条垛(≥20m)有机固废生物干化的场所。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种低温环境有机固废条垛式快速生物干化节能装备，包括多段推拉式保温棚，条垛堆置于棚体内部进行好氧发酵，每段推拉式保温棚包括保温棚本体、保温层、多根排汽管道、滑轮和保温帘，保温棚本体上安装有保温层，所述保温棚本体侧面安装有多根排汽管道，所述保温棚本体底部设置有滑轮，保温棚本体的两端设置有保温帘。

更进一步地，所述保温层包括外保温层和内保温层或者单独的内保温层，所述外保温层设置在内保温层的外侧，内保温层能够单独用于温热环境，且能够与外保温层一同使用，用于冬季低温环境。

更进一步地，所述内保温层包括防水层和保温涂层，所述外保温层与防水层之间安装有保温涂层，所述防水层为高强度防水帆布。

更进一步地，所述保温涂层选择气凝胶复合涂层，涂层由聚丙烯酸树脂或硅树脂作为基础涂料，将SiO₂气凝胶与空心微球或者聚氨酯或者TiO₂进行复配，配方比例为：基础涂料：气凝胶：空心微球：分散剂：增稠剂的质量比＝60～80：10～20：10～20：0.3：0～0.5。

更进一步地，所述内保温层厚度≤2cm。

更进一步地，所述外保温层厚度≥5cm，材料为聚氨酯、橡塑板或岩棉等保温材料。

更进一步地，所述推拉式保温棚还包括支架杆，内保温层布置在支架杆上，并进行固定，跟随支架杆移动；所述推拉式保温棚的长度依据条垛堆长度进行设计，条垛堆长度可以不断延展，高度不低于2m。

更进一步地，多个排汽管道管间间距为5～25m，管口径不小于50mm，所述排汽管道连接真空泵。

更进一步地，在推拉式保温棚内部区域，在场地表面并排埋设多根通风管道，定期打开，用于供氧。

一种利用低温环境有机固废条垛式快速生物干化节能装备的干化方法，包括条垛式好氧发酵和间歇式排汽，

一、条垛式好氧发酵，包括如下步骤：

步骤一、将污泥等有机固废原料进行预处理干化，使其含水率不高于70％，再以条垛的方式进行堆放；

步骤二、将推拉式保温棚推拉展开，置于条垛堆上方；

步骤三、根据条垛堆规模和长度，在推拉式保温棚一侧开孔处理，并排安装多个可拆卸的排汽管道，在原料好氧发酵初期，保持排汽管道处于关闭状态，防止热量散失；

二、间歇式排汽，包括如下步骤：

步骤一、条垛堆在推拉式保温棚内进行好氧发酵；

步骤二、根据不同的环境条件，进行不同频率的抽汽、翻堆操作，但要求在抽汽之前，物料温度高于55℃，并保持稳定状态，接着，打开排汽管道，并开启真空泵进行10～60min快速排汽，条垛堆温度下降，此时要求堆体温度不低于45℃，有利于后续快速升温，之后，停止抽汽，关闭排汽管道，开始积累热量，以此循环；

步骤三、经过3～10次循环抽汽，进行翻堆操作，严寒环境下应减少翻堆次数，以降低热量散失；翻堆前，先收起外保温层，通过滑轮将推拉式保温棚折叠收纳；翻堆时，采取人工翻堆或机械翻抛，最后展开推拉式保温棚，循环上述步骤，直至物料含水量达到预期标准。

与现有技术相比，本发明所述的一种低温环境有机固废条垛式快速生物干化节能装备及干化方法的有益效果是：

(1)、本发明采用自主设计的活动推拉式保温棚进行条垛生物干化，并可根据条垛长度设计保温棚，适用于规模大、长条垛的有机固废干化场所，通过缩小发酵所占空间，降低了热量散失，并结合间歇式抽汽工艺，能够减少通风、抽汽操作带来的能耗40％～75％。

(2)、本发明的保温棚外围采用多层保温设计，能够适应不同季节下的生物干化需求，内保温层具备可折叠、强度高、柔性好等特性，与支架相连，保温效果良好，适用于温热环境；外保温层厚度大，具备优异的保温性能，可拆卸，安装后可适用于严寒环境。

(3)、本发明设计了活动推拉式保温棚和配套间歇式排汽干化工艺，相对于传统条垛式生物干化方式，本发明干化周期短，干化时长能够缩减40％～60％，具有更佳的干化效果。

(4)、本发明结构简单，操作方便，减少了物料翻堆频率，易于大规模推广。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明所述的活动推拉式保温棚的结构示意图；

图2为本发明所述的保温棚侧面结构示意图；

图3为本发明所述的抽汽工艺流程示意图；

图4为本发明所述的多层保温结构设计图；

图5为本发明所述的保温棚支架、滑轮结构示意图；

图中：1-外保温层；2-内保温层；3-排汽管道；4-条垛堆；5-推拉式保温棚；6-滑轮；7-保温帘；8-真空泵；9-防水层；10-保温涂层；11-支架杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参见图1-5说明本实施方式，一种低温环境有机固废条垛式快速生物干化节能装备，包括多段推拉式保温棚5，条垛堆4置于棚体内部进行好氧发酵，每段推拉式保温棚5包括保温棚本体、保温层、多根排汽管道3、滑轮6和保温帘7，保温棚本体上安装有保温层，所述保温棚本体侧面安装有多根排汽管道3，所述保温棚本体底部设置有滑轮6，保温棚本体的两端设置有保温帘7。

所述保温层包括外保温层1和内保温层2，所述外保温层1设置在内保温层2的外侧。

所述推拉式保温棚5长度依据条垛堆4长度进行设计，条垛堆4长度可以不断延展，高度要求不低于2m。整个生物干化系统可分为多段，每段长度5～25m，每段均配置排汽管道3，用于排出棚内积累的湿热蒸汽。条垛堆4与推拉式保温棚5不接触，顶部和底部与保温棚保持一定距离，防止阻碍保温棚移动。在推拉式保温棚5内部区域，可在场地表面并排埋设多根通风管道，定期打开，用于供氧。

在推拉式保温棚5两端安装有保温帘7，用于密封保温，减少两端热量散失。内保温层2布置在支架杆11上方，并进行固定，跟随支架杆11移动。

内保温层2包括防水层9和保温涂层10两层结构。其中，防水层9要求具备耐腐蚀、耐高温、强度高、柔性好、不透气、不透水等特性，可选择高强度防水帆布等材料，可开孔用于安装排汽管道。保温涂层10可选择气凝胶复合涂层，涂层由聚丙烯酸树脂、硅树脂等高分子聚合物为基础涂料，将SiO₂气凝胶与空心微球(或者是聚氨酯、TiO₂等固体填料)按一定比例进行复配，依据填料种类的不同，SiO₂气凝胶质量占比一般为5％～25％，配方比例为：基础涂料：气凝胶：空心微球：分散剂：增稠剂的质量比＝60～80：10～20：10～20：0.3：0～0.5。将复配后填料与涂料混合均匀，并添加适量分散剂、增稠剂等助剂，即得到涂层胶，将其涂覆在织物表面，经过高温烘干等工艺，即可得到气凝胶保温涂层。

内保温层2厚度较小(≤2cm)，但具备良好的保温性能，导热系数可达0.05W/(m·K)以下，同时具有高强度和较好的柔性，作为推拉式保温棚5的内层结构，能够配合推拉式保温棚5折叠收纳。

外保温层1多采用较厚的保温材料(≥5cm)，可选用聚氨酯、橡塑板、岩棉等保温材料。根据不同环境条件，需要选用不同的保温结构。在冬季低温环境下，生物干化周期较长，操作次数少，因此对物料外围的保温要求高、可操作性要求低，相反，在夏季温热环境下，对保温要求相对较低，操作较为频繁。因此，内保温层2可单独用于温热环境，且能够与外保温层1一同使用，用于冬季低温环境。

在推拉式保温棚5一侧，并排安装有多根排汽管道3，通过间歇式抽汽、通风工艺并结合翻堆操作，以实现条垛堆快速、低能耗干化效果。

利用低温环境有机固废条垛式快速生物干化节能装备的干化方法具体包括如下步骤：条垛式好氧发酵和间歇式排汽，

一、条垛式好氧发酵，包括如下步骤：

步骤一、将污泥等有机固废原料进行预处理干化，使其含水率不高于70％，再以条垛的方式进行堆放，本发明主要适用于大规模、较长条垛的有机固废干化，要求物料堆积高度不低于2m。

步骤二、将棚体推拉展开，置于条垛堆上方，维持相对密封环境。若在严寒环境下，在棚体上方覆盖外保温层。

步骤三、根据堆体规模和长度，在保温棚一侧开孔处理，并排安装多个可拆卸的排汽管道，管间间距为5～25m，管口径不小于50mm，在原料好氧发酵初期，保持管道处于关闭状态，防止热量散失。

二、间歇式排汽，包括如下步骤：

步骤一、长条垛堆4在推拉式保温棚5内进行好氧发酵，相比于空旷条件，保温棚提供了体积较小、密封、保温的发酵环境，热量迅速积累，并产生大量水汽。

步骤二、根据不同的环境条件，进行不同频率的抽汽、翻堆操作，但要求在抽汽之前，物料温度高于55℃，并保持稳定状态。接着，打开排汽管道3，并开启真空泵8进行10～60min快速排汽，条垛堆4温度下降，此时要求堆体温度不低于45℃，有利于后续快速升温。之后，停止抽汽，关闭排汽管道3，开始积累热量，以此循环。

步骤三、经过3～10次循环抽汽，进行翻堆操作，严寒环境下应减少翻堆次数，以降低热量散失。翻堆前，先收起外保温层1，通过滑轮6将推拉式保温棚5折叠收纳。翻堆时，可采取人工翻堆或机械翻抛，最后展开推拉式保温棚5，循环上述步骤，直至物料含水量达到预期标准(30％～45％)。

具体实施方式一：

采用该装置和工艺，应用在东北地区某污泥干化场所，该地原先采用条垛式生物干化方式，每片条垛堆4长度达到135m左右，并通过覆膜的方式进行密闭干化。在条垛堆4上方，采用大口径排汽管道3进行抽汽排湿，干化效果差。该地冬季户外环境温度平均-11℃左右，夏季温度13～25℃。生物干化场所周边湿度长期高于50％，内部湿度长期高于80％。对污泥采样测试，碳氮比为4.5，含水率高达86.3％。

对该场所生物干化过程进行改进，首先将条垛堆4高度从原先1.8m左右增大到2.3m，条垛堆4长度不变。此外，采用本发明中活动推拉式保温棚5和配套间歇式抽汽工艺。其中，推拉式保温棚5长度设置为135m左右；排汽管道3设置为10根，并均匀排布；内保温层2采用高强度防水帆布为基底，涂覆聚丙烯酸树脂涂料，其中掺杂了10wt％气凝胶和20wt％空气微球的固体填料；外保温层1采用聚氨酯保温材料，厚度为12cm。

采用上述装置和工艺能够达到如下效果：经过测试，该场所实现了冬季低温环境下对长度为135m污泥条垛的快速干化处理。在冬季，其含水率均值能够降至42％，相对简易的覆膜干化方式，所需干化时长缩短57％，抽汽设备能耗降低65％左右；在夏季，将含水率均值降至40％左右，所需干化时长缩短45％，设备能耗降低52％左右。

具体实施方式二：

采用该装置和工艺，应用在中原地区某生猪养殖场中，在春夏季节，用于当地猪粪干化处理，其厂房原先有抽汽、通风设计，在厂房上方设置了多根排汽管道3，同时地面处设有多根通风管道。厂房户外环境温度12～25℃，周围湿度长期高于55％，内部湿度长期高于80％。

对猪粪条垛式生物干化系统进行改良设计，猪粪碳氮比测试为26，初始含水率77.8％。物料条垛设计为高度2m，宽1.7m，长24m。保温棚依据物料长度设计为24m左右，排汽管道3设置为4根，并均匀排布；内保温层2设计与案例1相同，不采用外保温层1。

采用上述装置和工艺能够达到如下效果：经过测试，该场所实现对长度为24m猪粪条垛高效处理，其含水率均值降至40％左右，所需干化时长缩短51％，设备能耗降低57％左右。

以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

Claims (10)

1.一种低温环境有机固废条垛式快速生物干化节能装备，其特征在于：包括多段推拉式保温棚(5)，条垛堆(4)置于棚体内部进行好氧发酵，每段推拉式保温棚(5)包括保温棚本体、保温层、多根排汽管道(3)、滑轮(6)和保温帘(7)，保温棚本体上安装有保温层，所述保温棚本体侧面安装有多根排汽管道(3)，所述保温棚本体底部设置有滑轮(6)，保温棚本体的两端设置有保温帘(7)。

2.根据权利要求1所述的低温环境有机固废条垛式快速生物干化节能装备，其特征在于：所述保温层包括外保温层(1)和内保温层(2)或者单独的内保温层(2)，所述外保温层(1)设置在内保温层(2)的外侧，内保温层(2)能够单独用于温热环境，且能够与外保温层(1)一同使用，用于冬季低温环境。

3.根据权利要求2所述的低温环境有机固废条垛式快速生物干化节能装备，其特征在于：所述内保温层(2)包括防水层(9)和保温涂层(10)，所述外保温层(1)与防水层(9)之间安装有保温涂层(10)，所述防水层(9)为高强度防水帆布。

4.根据权利要求2所述的低温环境有机固废条垛式快速生物干化节能装备，其特征在于：所述保温涂层(10)选择气凝胶复合涂层，涂层由聚丙烯酸树脂或硅树脂作为基础涂料，将SiO₂气凝胶与空心微球或者聚氨酯或者TiO₂进行复配，配方比例为：基础涂料：气凝胶：空心微球：分散剂：增稠剂的质量比＝60～80：10～20：10～20：0.3：0～0.5。

5.根据权利要求2所述的低温环境有机固废条垛式快速生物干化节能装备，其特征在于：所述内保温层(2)厚度≤2cm。

6.根据权利要求2所述的低温环境有机固废条垛式快速生物干化节能装备，其特征在于：所述外保温层(1)厚度≥5cm，材料为聚氨酯、橡塑板或岩棉。

7.根据权利要求2所述的低温环境有机固废条垛式快速生物干化节能装备，其特征在于：所述推拉式保温棚(5)还包括支架杆(11)，内保温层(2)布置在支架杆(11)上，并进行固定，跟随支架杆(11)移动；所述推拉式保温棚(5)的长度依据条垛堆(4)长度进行设计，条垛堆(4)长度可以不断延展，高度不低于2m。

8.根据权利要求1所述的低温环境有机固废条垛式快速生物干化节能装备，其特征在于：多个排汽管道(3)管间间距为5～25m，管口径不小于50mm，所述排汽管道(3)连接真空泵(8)。

9.根据权利要求1所述的低温环境有机固废条垛式快速生物干化节能装备，其特征在于：在推拉式保温棚(5)内部区域，在场地表面并排埋设多根通风管道，定期打开，用于供氧。

10.一种利用权利要求1-9任一项所述的低温环境有机固废条垛式快速生物干化节能装备的干化方法，其特征在于：包括条垛式好氧发酵和间歇式排汽，

一、条垛式好氧发酵，包括如下步骤：

步骤一、将污泥等有机固废原料进行预处理干化，使其含水率不高于70％，再以条垛的方式进行堆放；

步骤二、将推拉式保温棚(5)推拉展开，置于条垛堆(4)上方；

步骤三、根据条垛堆(4)规模和长度，在推拉式保温棚(5)一侧开孔处理，并排安装多个可拆卸的排汽管道(3)，在原料好氧发酵初期，保持排汽管道(3)处于关闭状态，防止热量散失；

二、间歇式排汽，包括如下步骤：

步骤一、条垛堆(4)在推拉式保温棚(5)内进行好氧发酵；

步骤二、根据不同的环境条件，进行不同频率的抽汽、翻堆操作，但要求在抽汽之前，物料温度高于55℃，并保持稳定状态，接着，打开排汽管道(3)，并开启真空泵(8)进行10～60min快速排汽，条垛堆(4)温度下降，此时要求堆体温度不低于45℃，有利于后续快速升温，之后，停止抽汽，关闭排汽管道(3)，开始积累热量，以此循环；

步骤三、经过3～10次循环抽汽，进行翻堆操作，严寒环境下应减少翻堆次数，以降低热量散失；翻堆前，先收起外保温层(1)，通过滑轮(6)将推拉式保温棚(5)折叠收纳；翻堆时，采取人工翻堆或机械翻抛，最后展开推拉式保温棚(5)，循环上述步骤，直至物料含水量达到预期标准。