CN111892431B - 一种轻简化连续式强化传质好氧堆肥膜式反应系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轻简化连续式强化传质好氧堆肥膜式反应系统，包括由可沿轨道移动伸缩的两个折叠式支架以及覆盖在两个折叠式支架上方和侧面的复合分子膜构成的连续式移动发酵仓；所述连续式移动发酵仓的两端均设有密封门；所述连续式移动发酵仓旁设有水压密封软管，所述水压密封软管具有充水后压住从折叠式支架侧面延伸至地面的复合分子膜的密封工作状态；所述连续式移动发酵仓的顶部内侧设有通风‑喷淋传质装置，所述连续式移动发酵仓的底部设有排臭气口，所述排臭气口与生物滤池连接。本发明可实现多元废弃物的连续进出料，通过高温好氧堆肥等微生物发酵过程实现废弃物的肥料化利用，气、固、液得到清洁化处理，全程绿色环保、无污染。

Description

一种轻简化连续式强化传质好氧堆肥膜式反应系统

技术领域

本发明涉及一种质好氧堆肥反应系统，具体涉及一种利用固体废弃物肥料化的微生物发酵系统。

背景技术

农村有机废弃物资源化最简单高效的方式是肥料化利用，常用的条垛式、槽式工厂化堆肥具有堆肥周期短、腐熟程度及均值化好等优点，因此得到广泛应用，但条垛式、槽式工厂化堆肥存在投资成本高、占地面积广、堆肥程序多等问题，且其操作程序较为固定，难以适应性状多变的农村多元有机废弃物。传统窖藏式、露天垛式和覆膜式轻简化堆肥因其成本低、操作简单、无需专用场地等优点在农村得以广泛使用，但仍存在产物肥效差、堆肥周期长、病虫害杀灭率不达标等问题，制约了堆肥产物的安全高效使用，亟需进行模式及工艺的优化提升。

农村的多元有机废弃物来源广泛，包括作物秸秆、蔬菜秸秆、园林枝条、畜禽粪便、生活垃圾等，其季节性产量不均，需要一种可以连续化进出料的就近轻简化堆肥装置。同时，由于现有的堆肥膜发酵方式，存在人工覆膜难、通风供氧不均匀而导致厌氧区域、发酵过程中缺乏水分调节装置、堆肥周期长等问题，大大影响了好氧堆肥效率和堆肥产物的肥效，还由于厌氧发酵会产生甲烷和氨气等臭气，污染大气环境。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种可连续进出料并可避免环境污染的好氧堆肥膜式反应系统，利用微生物发酵实现固体废弃物的肥料化处理。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种轻简化连续式强化传质好氧堆肥膜式反应系统，包括连续式移动发酵仓以及设置在水泥地面上的两条平行的轨道，所述连续式移动发酵仓包括可沿轨道移动伸缩的两个折叠式支架以及覆盖在两个折叠式支架上方和侧面的复合分子膜；所述连续式移动发酵仓的两端均设有安装在折叠式支架上的密封门，所述密封门上设有门框密封条和底部密封条；所述连续式移动发酵仓旁设有水压密封软管，所述水压密封软管的一端口设有可拆卸的堵头，所述折叠式支架上设有可与水压密封软管的端口相连接的拉环，所水压述软管具有充水后压住从折叠式支架侧面延伸至地面的复合分子膜的密封工作状态；所述连续式移动发酵仓的顶部内侧设有通风-喷淋传质装置，所述连续式移动发酵仓的底部设有排臭气口，所述排臭气口与生物滤池连接。

本发明针对现有技术中不能连续进出料的缺陷，创造性地在地面设置轨道，并使发酵仓可沿导轨移动并可伸缩（连续式移动发酵仓呈现收紧和拉伸两种状态，收紧时为一个拱形门，拉伸时为一个长条式发酵仓），同时在发酵仓两端设置分别设置密封门作为进料口和出料口，因此可实现物料的连续化进出料，即可实现根据物料处理量，发酵仓一端按需进料，另一端按需出料。

本发明中复合分子膜覆盖在发酵仓折叠式支架上方和侧面，并在发酵仓外侧底部设有两个水压密封软管，用于密封复合分子膜和地面之间的间隙，从而防止微生物厌氧发酵产生的甲烷和氨气等臭气泄漏，污染大气环境。用水压密封软管进行密封，具有操作方便、可重复使用等优点，尤其适用于可移动的发酵仓的密封，相对于常用的沙土密封来说，密封界面连续性好，在使用过程中不会损坏复合分子膜。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是折叠式支架的示意图。

图3是水平传质管的安装示意图。

图4是水平传质管的结构示意图。

图5是水压密封软管的示意图。

图6是密封门的示意图。

图7是轨道和储液槽的示意图。

图8是刀齿式传质盘的安装示意图之一。

图9是刀齿式传质盘的安装示意图之二。

图10是刀齿式传质盘的俯视图。

图11是刀齿式传质管路的示意图。

图12是刀齿式传质盘的工作状态示意图。

附图标记：1、气泵；2、气体软管；3、水平传质管；4、连续式移动发酵仓；5、升降驱动装置；6、顶部复合分子膜；7、液体软管；8、控制装置；9、水泵；10、储液桶；11、渗滤液循环泵；12、温湿度传感器；13、氧气浓度传感器；14、钢丝网；15、通风管；16、储液槽；17、堆体；18、轨道；19、主动滚轮；20、水压密封软管；21、折叠式支架；22、侧面复合分子膜；23、第一电机；24、第一主动支架；25、可伸缩架；26、从动支架；27、拉伸支架；28、从动滚轮；29、第二主动支架；30、底部密封条；31、铰链；32、密封门；33、锁紧机构；34、门框密封条；35、拉环；36、移动滚轮；37、排臭气阀；38、曲柄；39、弹簧夹； 41、堵头；42、拉伸弹簧；43、第二电机；44、安装支架；45、半圆形转子；46、通风-喷淋孔；47、传动装置；48、换向阀；49、液控单向阀；50、液压缸；51、活塞杆；52、连通硬管；53、连通软管；54、旋转连接件；55、刀齿式传质盘；56、刀齿式传质管；57、积液池；58、生物滤池。

具体实施方式

实施例

本实施例的轻简化连续式强化传质好氧堆肥膜式反应系统，如图1所示，包括连续式移动发酵仓4以及设置在水泥地面上的两条平行的轨道18，所述连续式移动发酵仓4包括可沿轨道18移动伸缩的两个折叠式支架21以及覆盖在两个折叠式支架21上方的顶部复合分子膜6和覆盖在侧面的侧面复合分子膜22。复合分子膜为现有技术，是一种多层膜，中间层为微孔过滤膜，膜的外层防风防剐蹭，膜的内层防水抗腐，组合成的分子膜既不让细菌和氨气、甲烷等臭气通过，又能持久的防风防水，保证发酵堆体所需温度和湿度，发酵过程中温度可达到65℃以上，可杀死大部分有害虫卵和细菌，加上可控制的通风加压曝气系统，使原料在发酵仓内中充分发酵并大大加快了发酵原料的降解时间，改善了发酵周边的生态环境。侧面复合分子膜22内层可添加强化保温层，用于侧面覆盖保温，并防止分子膜的摩擦损耗。

如图2所示，本实施例中所述折叠式支架21包括分别位于两端的两个主动支架（包括第一主动支架24、第二主动支架29）和位于两个主动支架之间的若干从动支架26，主动支架的底部设有主动滚轮19，从动支架26的底部设有从动滚轮28，所述主动支架、从动支架26之间以及两个从动支架26之间均设有可伸缩架25。可伸缩架25采用类似剪叉的结构，从而使得整个折叠式支架21类似电动折叠门，可伸缩架25可根据需要设置拉伸支架27，用于加强可伸缩架25的强度。

如图6所示，所述连续式移动发酵仓4的两端均设有通过铰链31安装在折叠式支架21（主动支架的外侧）上的密封门32，密封门32上设有锁紧机构33，所述密封门32上设有门框密封条34和底部密封条30，可以保证整个发酵仓的两个端面密封，防止发酵仓内部臭气泄露，污染大气环境。在两端的主动支架中安装有第一电机23，可以驱动其在轨道18上来回移动。

如图5所示，在连续式移动发酵仓4旁设置一个底部安装移动滚轮36的成卷水压密封软管20，所述水压密封软管20的一端口设有开拆卸的堵头41，所述折叠式支架21上设有可与水压密封软管20的端口相连接的拉环35（可设置在主动支架上），所述水压软管具有充水后压住从折叠式支架21侧面延伸至地面的复合分子膜的密封工作状态。连续式移动发酵仓4拉伸时（进料）：当连续式移动发酵仓4长度确定好，在靠近成卷水压密封软管20处夹上弹簧夹39，打开堵头41通入水，产生的水压压紧侧面复合分子膜22与地面的缝隙，实现连续式移动发酵仓4的侧面密封。连续式移动发酵仓4收紧时（出料）：按照收紧长度放出去部分水，取下弹簧夹39，转动曲柄38，收回多余长度的水压密封软管20即可。

如图1所示，所述连续式移动发酵仓4的顶部内侧设有通风-喷淋传质装置，通风-喷淋传质装置通过气泵1、气体软管2与空气连通，通过水泵9、液体软管7与水源连通。所述连续式移动发酵仓4的底部设有排臭气口（图中未示出），排臭气口处设有排臭气阀37，所述排臭气口与生物滤池58连接。

在实施时，根据多元废弃物的周期性产量、处理频率、土地面积等要求，设计该连续式强化传质好氧堆肥膜式反应系统的长度，宽度和高度根据市场主流堆肥堆垛要求（一般宽度6m，高度2-3m）设计，规模可分为单条垛或者多条垛。根据多元有机废弃物的季节性和周期性产量不同，本实施例可采用连续式进料（如畜禽粪便、园林枝条、生活垃圾、蔬菜秸秆等）和一次性进料（如作物秸秆、蔬菜秸秆等）两种方式。

本实施例的轻简化连续式强化传质好氧堆肥膜式反应系统，适用于多元废弃物轻简化堆肥，原料处理范围可涵盖作物秸秆、蔬菜秸秆、园林枝条、畜禽粪便、生活垃圾等多元有机废弃物，尤其适用于规模化的蔬菜基地、果园、茶园、大田合作社、村级垃圾集中处理点等多种场合。由于是伸缩式移动发酵仓，可实现物料的连续化进出料，即可实现根据物料处理量，比如：发酵仓一端每天进料，另一端每天出料。

本实施例还可以作以下改进：

1）如图1、图7和图12所示，两条轨道18之间的水泥地面上设有多条与轨道18平行设置的储液槽16，所述储液槽16内设有通风管15，所述储液槽16的顶部覆盖有钢丝网14，防止物料颗粒下漏至储液槽16内；所述储液槽16具有预设坡度，所述储液槽16的端部设有积液池57，用于收集发酵过程中的渗滤液，随后通过水泵9打入储液桶10中（所述积液池57通过水泵9与储液桶10连通），其一可用于发酵过程中的渗滤液回流喷淋、补充散失的水分；其二渗滤液达到一定浓度后，不再适用于喷淋回流时，留存在储液桶10中厌氧发酵，可作为液体肥料，随后直接稀释灌溉农田。

2）如图1所示，两个折叠式支架21相对应的主动支架之间设有第一悬挂杆（图中未示出）。如图3和图4所示，所述通风-喷淋传质装置为伸缩式通风-喷淋传质装置，所述伸缩式通风-喷淋传质装置包括安装在第一悬挂杆上的多个升降驱动装置5以及由升降驱动装置5驱动可上下移动的若干根水平传质管3，所述水平传质管3可沿连续式移动发酵仓4的长度方向伸缩，所述水平传质管3上设有通风-喷淋孔46。本实施例中升降驱动装置5采用液压缸50以及换向阀48、液控单向阀49等必要配件。

优选的，如图1、图3、图8-12所示，所述水平传质管3分为多个伸缩段，每一个伸缩段均由一组伸缩套管组成，在每一个伸缩段的最大管径处均固设有刀齿式传质盘55；所述刀齿式传质盘55包括与伸缩套管连通的空心圆环以及设置在空心圆环上的若干刀齿式传质管56，所述刀齿式传质管56的底部有多级刀齿，所述空心圆环和/或刀齿式传质管56上设有通风-喷淋孔46。即为了加强气、固、液三态的传热传质效果，在每一个伸缩段的起始段和移动发酵仓的两端，都设置有一个刀齿式传质盘55。气液从径向伸缩管传递到刀齿式传质盘55，再由刀齿式传质管56通过侧面的空隙均匀的传递到物料中，刀齿式传质管56底端有多级刀齿，可以有效切碎物料，使得刀齿式传质盘55可以进一步深入物料中，而且经过刀齿式传质盘55的气液流体，由于空隙变小，流速提高，穿透性更好、分布更均匀。

3）为了提高水平传质管3的强度，如图1、图3和图12所示，两个折叠式支架21相对应的从动支架26之间设有第二悬挂杆，所述第二悬挂杆与每一个伸缩段之间均设有拉伸弹簧42。

4）如图1、图8和图9所示，所述升降驱动装置5与水平传质管3铰接，所述水平传质管3之间通过连接水平传质管3的连通软管53以及连接两连通软管53之间的连通硬管52连通。本实施例中升降驱动装置5采用液压缸50，因此水平传质管3与液压缸50的活塞杆51端部铰接，即水平传质管3与液压缸50的活塞杆51端部设有旋转连接件54。采用柔性连通的方式，水平传质管3旋转后，可以使刀齿式传质盘55更适应堆积物料的形状，提高刀齿式传质盘55的传质效果，从而可以保证垂直延伸时不受限于堆体17的高度不同。该弹性软管可以与渗滤液循环泵11或气泵1相连接，分别实现通风供氧和渗滤液调节水分的功能。

5）如图4、图8和图9所示，所述水平传质管3内安装有水平延伸且可伸缩的半圆形转子45，所述水平传质管3的端部安装有可驱动半圆形转子45在水平传质管3内旋转的第二电机43，所述半圆形转子45的半径与相对应处水平传质管3的内径相匹配。图4所示，第二电机43通过安装支架44与主动支架固接，然后通过传动装置47驱动半圆形转子45旋转，这样转子在旋转期间，在不同时刻分别堵住水平传质管3上的部分通风-喷淋孔46，从而可实现压力脉动来强化发酵堆体中的流体流动，提高气液传热传质效果。

6）所述连续式移动发酵仓4内设有温湿度传感器12和氧气浓度传感器13，在使用时，温湿度传感器12和氧气浓度传感器13插入堆体17内部，由控制装置8根据堆体17内部的温湿度传感器12和氧气浓度传感器13，进行通风供氧和喷淋水费调节，在升温阶段（温度＜45℃）供氧4min，间歇16min，在高温阶段（45-65℃）供氧8min，间歇12min，在降温阶段（温度小于65℃）供氧5min，间歇30min。在升温、高温阶段，当湿度低于50%开始补水。

本实施例的操作方法和工艺流程如下：

a）将多元废弃物粉碎成长度为20mm-50mm的颗粒；根据原料的含水率、碳氮比等物理特性进行原料配比，添加一定比例的畜禽粪便、菌菇残渣或者茶籽饼等，并补充添加好氧发酵强化菌剂；将上述物料逐层堆置，用挖掘机混合搅拌均匀。

b）将混合均匀的物料集堆成横截面为梯形（底部宽度6m、顶部宽度3m、高度2m-5m）的长条垛，长条垛位于两条轨道18之间的水泥地面上。

c）建堆完成后，打开连续式移动发酵仓4两端的密封门32，启动主动支架的第一电机23，连续式移动发酵仓4沿着轨道18渐渐拉伸开，拉伸至完全覆盖住发酵原料时停止，关上两端密封门32。

d）发酵仓外端的水压密封软管20中通入水，完成侧面复合分子膜22的侧面密封。

e）开启通风-喷淋传质装置：其一作用为发酵期间采用间歇式供氧通风策略，维持堆体17适宜的氧气浓度、保证微生物最优生物活性、控制有害气体排放；其二作用为根据温湿度传感器12，喷淋渗滤液补充堆体17外层水分，控制堆体17水分在50%左右；实现物料的高效传质。

f）发酵过程中，每隔2-3天，通过生物滤池58定时处理发酵仓内气体， 减少大气环境污染。

g）补充进料:完成原料建堆工作后，将连续式移动发酵仓4内臭气抽入生物滤池58中气体过滤后排空，15分钟后打开进料端口的密封门32，启动主动支架的第一电机23，继续拉伸连续式移动发酵仓4，拉伸至完全覆盖住发酵原料时停止，关上密封门32；

h）过程出料：好氧发酵40-60天后，开始部分或者全部出料，将连续式移动发酵仓4内臭气抽入生物滤池58中气体过滤后排空，15分钟后打开出料端密封门32，启动主动支架上的第一电机23，开始收紧发酵仓，收缩至需要出料的长度停止，采用挖掘机将发酵好的富含有机质的肥料铲走，后续可作为肥料直接撒到大田、蔬菜田、果园和花园等，全量利用无残余。

本实施例具有原料适应性强、处理效率高、自动化程度高、堆肥进出料模式灵活、清洁环保等优点，可伸缩式的发酵仓可根据实际处理量调整长度，节省占地面积；发酵过程中可补充进料和及时出料，工作模式灵活；伸缩式强化通风-喷淋传质系统大大提升通风供氧能力和精准度，过程补充外层物料水分，提高发酵效率；装备自动化程度高、操作简单，全程仅需一人操作，节省人力；发酵产生的液体和固体残渣可作为富含有机质的肥料还田施用，过程中产生的气体及时收集，处理后排至大气，过程节能减排、绿色环保，为多元有机废弃物无害化处理提供一种高效清洁方法。

本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种轻简化连续式强化传质好氧堆肥膜式反应系统，其特征在于：包括连续式移动发酵仓以及设置在水泥地面上的两条平行的轨道，所述连续式移动发酵仓包括可沿轨道移动伸缩的两个折叠式支架以及覆盖在两个折叠式支架上方和侧面的复合分子膜；所述连续式移动发酵仓的两端均设有安装在折叠式支架上的密封门分别作为进料口和出料口，所述密封门上设有门框密封条和底部密封条；

所述连续式移动发酵仓旁设有水压密封软管，所述水压密封软管的一端口设有可拆卸的堵头，所述折叠式支架上设有可与水压密封软管的端口相连接的拉环，所述水压密封软管具有充水后压住从折叠式支架侧面延伸至地面的复合分子膜的密封工作状态；

所述连续式移动发酵仓的顶部内侧设有通风-喷淋传质装置，所述连续式移动发酵仓的底部设有排臭气口，所述排臭气口与生物滤池连接；

所述折叠式支架包括分别位于两端的两个主动支架和位于两个主动支架之间的若干从动支架，所述主动支架、从动支架之间以及两个从动支架之间均设有可伸缩架；两个折叠式支架相对应的主动支架之间设有第一悬挂杆；

所述通风-喷淋传质装置为伸缩式通风-喷淋传质装置，所述伸缩式通风-喷淋传质装置包括安装在第一悬挂杆上的多个升降驱动装置以及由升降驱动装置驱动可上下移动的若干根水平传质管，所述水平传质管可沿连续式移动发酵仓的长度方向伸缩，所述水平传质管上设有通风-喷淋孔。

2.根据权利要求1所述的轻简化连续式强化传质好氧堆肥膜式反应系统，其特征在于：两条轨道之间的水泥地面上设有多条与轨道平行设置的储液槽，所述储液槽内设有通风管，所述储液槽的顶部覆盖有钢丝网；所述储液槽具有预设坡度，所述储液槽的端部设有积液池。

3.根据权利要求2所述的轻简化连续式强化传质好氧堆肥膜式反应系统，其特征在于：所述积液池通过水泵与储液桶连通。

4.根据权利要求1所述的轻简化连续式强化传质好氧堆肥膜式反应系统，其特征在于：所述水平传质管分为多个伸缩段，每一个伸缩段均由一组伸缩套管组成，在每一个伸缩段的最大管径处均固设有刀齿式传质盘；所述刀齿式传质盘包括与伸缩套管连通的空心圆环以及设置在空心圆环上的若干刀齿式传质管，所述刀齿式传质管的底部有多级刀齿，所述空心圆环和/或刀齿式传质管上设有通风-喷淋孔。

5.根据权利要求4所述的轻简化连续式强化传质好氧堆肥膜式反应系统，其特征在于：所述升降驱动装置与水平传质管铰接，所述水平传质管之间通过连接水平传质管的连通软管以及连接两连通软管之间的连通硬管连通。

6.根据权利要求4所述的轻简化连续式强化传质好氧堆肥膜式反应系统，其特征在于：两个折叠式支架相对应的从动支架之间设有第二悬挂杆，所述第二悬挂杆与每一个伸缩段之间均设有拉伸弹簧。

7.根据权利要求4-6之任一项所述的轻简化连续式强化传质好氧堆肥膜式反应系统，其特征在于：所述水平传质管内安装有水平延伸且可伸缩的半圆形转子，所述水平传质管的端部安装有可驱动半圆形转子在水平传质管内旋转的电机，所述半圆形转子的半径与相对应处水平传质管的内径相匹配。

8.根据权利要求1-6之任一项所述的轻简化连续式强化传质好氧堆肥膜式反应系统，其特征在于：所述连续式移动发酵仓内设有温湿度传感器和氧气浓度传感器。