用于厌氧发酵沼渣资源化利用的脱水及腐殖化耦合式装置的制作方法

本发明属于厌氧发酵沼渣资源化利用技术领域，涉及一种用于厌氧发酵沼渣资源化利用的脱水及腐殖化耦合式装置。

背景技术：

湿垃圾厌氧发酵后的沼渣中含有大量水分、有机物、n、p、k和微量元素等，同时也含有一定的病原菌、霉菌毒素等有害物质，并散发着臭味，若不能合理处置，会对环境带来巨大的污染。目前，厌氧发酵沼渣一般是通过干化或固化剂脱水后送入焚烧厂进行焚烧处置，该方式不仅是对沼渣中营养资源的浪费，同时干化或固化剂脱水也带来成本的增加，若后端无高值化利用技术，会导致整体处置工艺的经济性较差。但若能将其合理发酵，则沼渣中的大量营养元素以及多种氨基酸可以促进生态农业的发展。

然而，湿垃圾厌氧发酵后的沼渣含水率较高，在80％左右，无法满足好氧堆肥的条件(含水率50～60％)。若添加木屑、菌菇渣等辅料，会显著增加堆肥成本。此外，沼渣堆肥中存在供氧死角，导致肥效差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于厌氧发酵沼渣资源化利用的脱水及腐殖化耦合式装置，将厌氧发酵沼渣的脱水过程和腐殖化过程耦合起来，并通过反馈调节方式，对沼渣腐殖化过程中的各项指标进行监控。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于厌氧发酵沼渣资源化利用的脱水及腐殖化耦合式装置，该装置包括支架、设置在支架上的反应筒体、设置在反应筒体内的中空搅拌机构、设置在支架上并与中空搅拌机构传动连接的电动机、与中空搅拌机构的内部相连通的热风干燥系统、与反应筒体相适配的监测系统及控制器，该控制器分别与电动机、热风干燥系统、监测系统电连接。反应筒体内部为腐殖化反应的场所，中空搅拌机构在电动机的带动下对反应筒体内部的物料进行搅拌，热风干燥系统通过中空搅拌机构向反应筒体内部输送热风，以实现脱水及补充新鲜空气的目的。监测系统对沼渣的腐殖化过程进行监控，并通过控制器进行反馈调节。

优选地，所述的反应筒体上远离电动机的一端设有进出料口，该进出料口处设有反应筒盖，反应筒盖上设有阀门，并通过阀门控制反应前后物料的添加与取出。反应筒体包括内壁和外壁，其内外壁之间设有保温层。

优选地，所述的反应筒盖的下部设有取样口，便于反应过程中取出少量物料样品进行检测。

优选地，所述的控制器为plc控制器。

进一步地，所述的反应筒体呈梨形。

进一步地，所述的中空搅拌机构包括设置在反应筒体内部的中空搅拌轴以及设置在中空搅拌轴上的搅拌桨叶所述的中空搅拌轴的一端与电动机传动连接，所述的中空搅拌轴的内部与热风干燥系统相连通，所述的中空搅拌轴上开设有多个曝气口，所述的中空搅拌轴的内部通过曝气口与中空搅拌轴的外部相连通。电动机带动中空搅拌轴转动，使搅拌桨叶对反应筒体内部的物料进行搅拌；热风干燥系统将热风输送至中空搅拌轴的内部，热风经曝气口进入反应筒体内。

中空搅拌轴的材质应当选择防腐蚀性材料，在曝气口处设置硅胶防护网，防止堆体基质颗粒堵塞曝气口。中空搅拌轴能将外部的空气经多个曝气口分散充入到堆体内部，有效提高堆体颗粒间氧浓度，增大氧气渗透深度，减小厌氧反应的发生，提升堆肥产品的质量。

进一步地，所述的搅拌桨叶包括多个第一搅拌桨叶及多个第二搅拌桨叶，所述的第二搅拌桨叶的长度大于第一搅拌桨叶的长度，并且多个第一搅拌桨叶位于多个第二搅拌桨叶的两侧。搅拌桨叶的排列方式与梨形反应筒体相适配。第一搅拌桨叶位于反应筒体内部的左右两侧，第二搅拌桨叶位于反应筒体内部的中部。搅拌桨叶优选为涡轮式搅拌桨叶，搅拌可以产生很强的径向流，促进沼渣充分搅拌。第一搅拌桨叶与第二搅拌桨叶有一定的倾角，可通过顺逆时针旋转控制样品的流入流出。

优选地，中空搅拌轴上的搅拌桨叶的疏密程度不同，靠近曝气口处的部位搅拌桨叶数量较多。

进一步地，所述的热风干燥系统包括热风机以及设置在热风机与中空搅拌机构之间的输风管，所述的控制器与热风机电连接。热风机将热风通过输风管输送至中空搅拌机构中。

进一步地，所述的输风管上设有气体流量计，所述的控制器与气体流量计电连接。气体流量计便于对通入反应筒体内部的气体量进行监控。

进一步地，所述的监测系统包括温湿度监测单元及气体含量监测单元。温湿度监测单元能够监测反应筒体内部物料的温度和湿度，气体含量监测单元能够监测反应筒体内部气体的组成和含量。

进一步地，所述的温湿度监测单元包括多个设置在反应筒体内部的温湿度传感器以及与温湿度传感器电连接的显示器，所述的控制器与温湿度传感器电连接。多个温湿度传感器能够监测反应筒体内部不同部位的温湿度，并显示在显示器上。

进一步地，所述的气体含量监测单元包括与反应筒体的内部相连通的冷凝管以及设置在冷凝管一端的气体检测箱。反应筒体的内部气体经冷凝管冷却后，一部分进入气体检测箱中进行成分检测。气体检测箱可对排出气体中的二氧化碳、氧气、硫化氢、氨气等进行气体含量检测，并根据氧气含量通过控制器联动控制热风干燥系统向反应筒体内部输送空气。

进一步地，所述的反应筒体的顶部开设有与冷凝管相连的出气口，所述的冷凝管上设有气体排放口。反应筒体内的气体由顶部的出气口排出后进入冷凝管中，多余的气体由气体排放口排出。

优选地，反应筒体内部靠近电动机一侧、反应筒体内部靠近出气口处、进出料口处的反应筒盖上(即反应筒体内壁的上端及左右两端)均安装有温湿度传感器，温湿度传感器的线路穿过内外壁之间的保温层及反应筒盖导出温湿度信号。

本发明中，梨形反应筒体内部设有温湿度传感器，可将其信号进行检测记录。支架起到固定支撑作用。热风干燥系统可及时向反应筒体内注入一定温度的空气，维持反应筒体内气体含量稳定的同时，对沼渣进行干燥处理，降低沼渣的含水率。热风机连接气体流量计，控制进入反应筒体的气体流量，气体通过反应筒体中的中空搅拌轴上预留的曝气口进入反应筒体，改善反应筒体内的温度与氧含量，气体检测箱对氧含量等进行监测。不同位置的温湿度传感器可根据其测量值的差值大小判断搅拌是否均匀。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)本发明能够实现沼渣脱水与腐殖化同步进行，并对产出气体进行含量检测与反馈调节，保证腐殖过程的高效性，解决了沼渣含水率高、无法满足好氧堆肥条件的问题，提高了腐殖化效率。

2)通过设置温湿度监测单元，监测反应筒体内的温度与湿度，保证反应筒体内封闭环境的温度和湿度满足需要，并通过控制器对腐殖化过程中的温湿度进行及时调整；通过设置气体检测箱，对腐殖化过程中的氧气、氨气、硫化氢、二氧化碳等浓度进行检测，确保反应筒体内的腐殖化过程正常进行。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中反应筒体的内部主视结构示意图；

图3为本发明中反应筒体的内部左视结构示意图；

图中标记说明：

1—支架、2—反应筒体、3—电动机、4—中空搅拌轴、5—搅拌桨叶、6—曝气口、7—热风机、8—输风管、9—气体流量计、10—温湿度传感器、11—显示器、12—冷凝管、13—气体检测箱、14—出气口、15—气体排放口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例：

如图1所示的一种用于厌氧发酵沼渣资源化利用的脱水及腐殖化耦合式装置，包括支架1、设置在支架1上的反应筒体2、设置在反应筒体2内的中空搅拌机构、设置在支架1上并与中空搅拌机构传动连接的电动机3、与中空搅拌机构的内部相连通的热风干燥系统、与反应筒体2相适配的监测系统及控制器，该控制器分别与电动机3、热风干燥系统、监测系统电连接。

如图2、图3所示，反应筒体2呈梨形。中空搅拌机构包括设置在反应筒体2内部的中空搅拌轴4以及设置在中空搅拌轴4上的搅拌桨叶5，中空搅拌轴4的一端与电动机3传动连接，中空搅拌轴4的内部与热风干燥系统相连通，中空搅拌轴4上开设有多个曝气口6，中空搅拌轴4的内部通过曝气口6与中空搅拌轴4的外部相连通。搅拌桨叶5包括多个第一搅拌桨叶及多个第二搅拌桨叶，第二搅拌桨叶的长度大于第一搅拌桨叶的长度，并且多个第一搅拌桨叶位于多个第二搅拌桨叶的两侧。

热风干燥系统包括热风机7以及设置在热风机7与中空搅拌机构之间的输风管8，控制器与热风机7电连接。输风管8上设有气体流量计9，控制器与气体流量计9电连接。

监测系统包括温湿度监测单元及气体含量监测单元。温湿度监测单元包括多个设置在反应筒体2内部的温湿度传感器10以及与温湿度传感器10电连接的显示器11，控制器与温湿度传感器10电连接。气体含量监测单元包括与反应筒体2的内部相连通的冷凝管12以及设置在冷凝管12一端的气体检测箱13。反应筒体2的顶部开设有与冷凝管12相连的出气口14，冷凝管12上设有气体排放口15。

使用时，先将沼渣从进出料口处倒入反应筒体2内，并关闭反应筒盖；电动机3、热风机7启动，通过曝气口6向反应筒体2中通入热风气体，中空搅拌轴4带动搅拌桨叶5进行搅拌，温湿度监测单元进行实时检测；腐殖化过程中产生的气体经出气口14进入冷凝管12中，其中一部分气体进入气体检测箱13中进行测定，另一部分气体由气体排放口15排出。腐殖化过程结束后，打开反应筒盖，将反应筒体2内的物料倒出，并在中空搅拌轴4上连接水管，进行反应筒体2内部的清洗。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

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