一种新型超高温好氧发酵装置的制作方法

本发明涉及含水有机污染物的干化处理，具体涉及了一种新型超高温好氧发酵装置。

背景技术：

对有机污染物的主要处理方式有焚烧、填埋、厌氧发酵、好氧发酵等方式。其中填埋法治标不治本，占用土地面积巨大，现已被逐渐取缔。焚烧法会对环境产生二次污染，设备成本及维护费用高，并不适合大范围使用。厌氧发酵作为另一种处理方式，其工艺条件相对苛刻，需要维持一个稳定的发酵温度，且尾产物需要及时收集处理。同时，厌氧发酵所产生的沼液也需进行二次处理，因此厌氧发酵在工程实施过程中，对技术要求较高。常规好氧发酵可对有机固废做一定程度的处理，发酵产物可在一定程度上改良土壤，然而常规好氧发酵的发酵温度仅能维持在50-70℃，而发酵周期也长达25-45天左右。较低的堆肥温度导致传统堆肥产物中病原菌不能彻底灭活，而较长的发酵周期也会使得整个发酵工艺需要一个非常大的占用面积。但是，相对前三种类型的工艺来说，超高温好氧发酵工艺(一般指发酵最高温度可超过85℃的好氧发酵工艺)具有成本低、工艺简单、可操作性强等优点。这些优点使其在实际生活中被广泛应用。

在超高温好氧发酵过程中，微生物将有机固废中的有机物，更快的降解并转化为稳定的腐殖质类物质。同时可回收农业生产中的矿物营养成分，如氮、磷、钾等。近些年研究表明由超高温好氧发酵产物制成的肥料比商用无机肥料具有更好的质量，堆肥产物的腐殖质类物质含量更多，这是一种人工无法实现的效益。但目前常规好氧发酵温度较低且周期较长，若能进一步提高好氧发酵温度，则可使污泥内部大量的病原菌彻底灭活，并缩短发酵周期。

由于好氧发酵需额外曝气，且通常采用翻槽的形式实现。曝气会带走发酵堆体的大量热量，同时堆体的大外表面积还增加了堆体自身的散热量，且越小的堆体越难获得高的发酵温度。此外，每次堆体翻槽也会导致热量的大量耗散，若能开发出一套合适的高温好氧发酵装置，将有助于改变有机固废发酵过程中的菌群结构，降低热量耗散，提高发酵温度，促进好氧发酵工艺的发展。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种新型超高温好氧发酵装置，其解决了现阶段堆肥式或传统罐式好氧发酵所存在的发酵热量耗散大、发酵温度不高、病原菌彻底灭活率较低和发酵周期过长等问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种新型超高温好氧发酵装置，其包括：

发酵主仓、外压曝气室、加速流室、进料单元和出料单元；所述外压曝气室、加速流室、进料单元和出料单元围绕所述发酵主仓设置；

所述发酵主仓是用于容纳和发酵有机固废；所述发酵主仓的底部设有呈间隔设置的曝气孔，顶部设有排气口；

所述外压曝气室设于所述发酵主仓下方，所述外压曝气室与所述发酵主仓底部外表面相接，与所述发酵主仓的底部外表面之间组合成一个压力储气室，用于透过所述曝气孔向所述发酵主仓内提供曝气作用；

所述加速流室设于所述发酵主仓上方，与所述发酵主仓上部的排气口连接；所述加速流室为沿着所述发酵主仓长度方向延伸设置的狭长通道，末端设有尾气口，所述加速流室对发酵主仓排出的气体实现快速导出、热回收、露水回收、以及对发酵主仓实现保温；

所述加料单元用于将有机固废从外部导入所述发酵主仓，所述出料单元用于将发酵完成的产物从所述发酵主仓导出。

根据本发明的较佳实施例，其中，所述发酵主仓为长方圆柱状仓体，其水平安装或与地面呈一定倾角安装。

根据本发明的较佳实施例，其中，所述发酵主仓内设有回转搅拌装置，所述回转搅拌装置包括驱动主轴和结合在驱动主轴上的搅拌构件，所述搅拌构件包含一字型、y形或x形的主体叶片，所述主体叶片中央设有供与驱动主轴组装的组装孔。

根据本发明的较佳实施例，其中，所述搅拌构件还包含若干导向叶片，所述导向叶片设于所述主体叶片上，并与所述主体叶片的延伸方向呈(0-90]角；所述导向叶片间隔设置，多个所述导向叶片与其所在的主体叶片之间构成梳齿状结构。

根据本发明的较佳实施例，其中，所述搅拌构件还包含刮擦叶片，所述刮擦叶片设于所述主体叶片的末端，能够与所述发酵主仓内壁接触，用于将发酵主仓内壁上的有机固废或发酵物刮除；所述刮擦叶片的硬度小于发酵主仓内壁的硬度。

根据本发明的较佳实施例，其中，所述刮擦叶片的横截面呈x型、y型、w型或z型。

优选地，所述刮擦叶片采用硬质塑料或硬质橡胶制成，其硬度小于发酵主仓内壁的硬度，避免刮伤发酵主仓内壁，同时又能将积攒在发酵主仓内壁上的有机固废或发酵物刮除下来，不仅可以获得较高的产出效率，最主要的是避免曝气孔和排气口被堵塞，避免正常发酵进程受到影响及提高安全系数。

根据本发明的较佳实施例，其中，所述曝气孔为圆形、方形等规则几何形状或不规则几何形状，所述曝气孔的当量直径小于50mm，优选≥10mm。所述曝气孔在发酵主仓的底部表面呈随机分布或以某种预设轮廓分布排列，例如在难以搅拌到的边角地带可以增设相对密集的曝气孔，使该部位的发酵物可得到充分曝气。

根据本发明的较佳实施例，所述外压曝气室为箱体结构，其顶侧设有开口，所述发酵主仓安装在该开口处并以所述发酵主仓的底部表面封闭该开口，使所述外压曝气室为压力储气室；所述外压曝气室设有进风口和抽风机，以将外部空气吸入补充到外压曝气室内，再通过发酵主仓底部的曝气孔进入到发酵主仓。

根据本发明的较佳实施例，所述外压曝气室内设有曝气量调节装置，所述曝气量调节装置包括导轨(例如，较佳沿着发酵主仓底部外表面的轮廓设置轨道)和在该导轨上移动调节位置的阀片，该阀片设有透孔；利用所述阀片的移动，使所述透孔与所述发酵主仓底部的曝气孔相对齐/错位，来调节外压曝气室内气体进入发酵主仓的量。

根据本发明的较佳实施例，所述导轨为沿着发酵主仓的环周向延伸，为圆弧形轨道，弧度不超过150°；所述阀片安装在该导轨上，沿该轨道移动阀片，阀片则沿发酵主仓的环周向移动，阀片上的透孔与曝气孔产生对齐或错位关系，改变实际曝气通道截面积。当完全错位时，曝气孔关闭，当完全对齐时，曝气量最大。

根据本发明的较佳实施例，所述外压曝气室内还设有清扫装置，所述清扫装置包括沿所述发酵主仓长度方向设置的轨道，所述轨道上滑动安装有清扫刷，所述清扫刷的端部抵接在所述发酵主仓的底部表面，所述清扫刷受电机驱动或手动驱动在所述发酵主仓的底部表面上来回清扫，以避免曝气孔被堵塞影响正常曝气。清扫刷可采刚性或柔性的纤维、碳纤维、塑料、或有机聚合物等构成。

根据本发明的较佳实施例，所述外压曝气室的外部设有空气预热装置；所述空气预热装置包括换热管，所述换热管呈s型弯折或由连接的横管和纵管组成的阵列；所述空气预热装置靠近所述外压曝气室的进风口处，用于对抽风机从外部引入的空气进行预热提高温度，以避免冷空气直接进入外压曝气室和发酵主仓内导致发酵主仓中发酵温度降低，减少发酵主仓内发酵热量的耗散；所述换热管通入由所述加速流室排出的尾气。该尾气来自发酵主仓的排气口排出的气体，带有一定热量，利用该热量对空气预热，可减少能量损耗，保持发酵主仓内较高的发酵温度(减少热量损失)，获得较好的发酵和病原菌灭活效果。优选地，所述换热管的外壁设有翅片。

根据本发明的较佳实施例，所述加速流室包含顶板，所述顶板位于发酵主仓的上方，沿发酵主仓的长度方向设置、且与发酵主仓的顶部表面间隔一定距离设置；该顶板为平行于地面或水平面的直板，或者是与发酵主仓的顶部表面同心轴的弧形板；所述顶板对应于排气口的一端侧和两侧边与发酵主仓的顶部表面之间连接有围墙，所述发酵主仓的顶部表面、所述顶板和围墙限定出所述加速流室的内腔；所述加速流室对发酵主仓排出的发酵尾气形成烟囱效应。

根据本发明的较佳实施例，所述加速流室内还设有露水回收装置，所述露水回收装置包括若干个截面呈v型、n型或x型的导流槽，导流槽具有朝向上的开口，导流槽的部分区段具有一定坡度，可将流经所述加速流室的发酵尾气的水蒸汽冷凝并汇集成露水并及时排出。

根据本发明的较佳实施例，所述加速流室的尾气口安装有导风机，引导发酵主仓排气口排出的尾气充分流经加速流室的各个部位后再流出，加速流室内的气体流速和压力明显高于(至少1.2倍于发酵主仓)发酵主仓。

根据本发明的较佳实施例，所述加速流室内还装有至少一台增压风机，用于增加所述加速流室内的风压和风速，增压风机的进出风口至少存在3倍以上的流速差。

根据本发明的较佳实施例，所述加速流室末端的尾气口排出的尾气，输入到所述外压曝气室内的换热管中，使尾气所携带的热量用于预热空气，使空气在进入到外压曝气室的同时被升温。

根据本发明的较佳实施例，所述进料单元为螺旋进料器、刮板进料器为或其他进料方式将待发酵有机固废导入发酵主仓；所述出料单元为螺旋出料器、刮板出料器为或其他出料方式将待发酵完的发酵物料从发酵主仓中导出，得到有机肥料产品等。

根据本发明的较佳实施例，还包括灰泥清扫装置，设于所述加速流室顶部，所述灰泥清扫装置包括清扫工作端、驱动装置和轨道，所述驱动装置驱动清扫工作端，沿着轨道在所述加速流室顶部往复及上下走动，以在停机时，清扫加速流室顶部、主体叶片、导向叶片和刮擦叶片上残留的灰泥。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明的新型超高温好氧发酵装置，是一种用于实际实际生产应用的设备，适于对大宗有机固废进行发酵生产有机肥和灭活病原菌等无害化处理。其中的外压曝气室和加速流室设于发酵主仓的下方和上方，不仅为发酵主仓提供发酵条件，还对发酵主仓形成了保温防护，避免发酵主仓受周围温度环境影响而降温。

其中外压曝气室提供具有一定压力的气体，通过发酵主仓的曝气孔提供具有一定气压的曝气条件，且该外压曝气室内设有曝气量调节装置，可以调节发酵主仓的曝气量。加速流室对发酵主仓的发酵尾气起到烟囱效应，同时加速流室发挥发酵尾气热量回收、露水收集导出等作用。回收的尾气热量又可用于预热空气，使空气在进入到外压曝气室之前被预热升温，减少直接通入外部冷空气对发酵主仓内温度环境的冲击，导致发酵主仓内温度下降和热量耗散的问题。

附图说明

图1为本发明整体组装结构的侧端面示意图。

图2为本发明较佳实施例的搅拌构件的结构示意图。

图3为本发明较佳实施例的外压曝气室的结构示意图。

图4为本发明较佳实施例用于支撑驱动主轴的固定支架的示意图。

图5为本发明较佳实施例的曝气量调节装置的示意图。

图6为本发明较佳实施例设在外压曝气室进风口处空气预热装置的示意图。

图7为另一实施例的新型超高温好氧发酵装置整体组装结构的侧端面示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，为本发明较佳实施例的新型超高温好氧发酵装置100的整体示意图，其包括发酵主仓10、外压曝气室20、加速流室30、进料单元40和出料单元50。外压曝气室20、加速流室30、进料单元40和出料单元50围绕发酵主仓10设置。进料单元40为螺旋进料器、刮板进料器为或其他进料方式将待发酵有机固废导入发酵主仓10，出料单元50为螺旋出料器、刮板出料器为或其他出料方式将待发酵完的发酵物料从发酵主仓10中导出，以获得有机肥料产品等。

发酵主仓10用于容纳和发酵有机固废，其底部设有呈间隔设置的曝气孔，顶部设有排气口。外压曝气室20设于发酵主仓10下方，并与发酵主仓10的底部外表面相接，以组合成一个压力储气室s，该压力储气室s透过发酵主仓10底部的曝气孔向发酵主仓10内提供曝气。加速流室30设于发酵主仓10上方，与顶部的排气口连接。加速流室30呈狭长通道，其沿着发酵主仓10的长度方向延伸设置，在末端设有尾气口(尾气口连接空气预热装置)。加速流室30对发酵主仓10排出的气体实现快速导出、热回收、露水回收、以及对发酵主仓10提供保温作用。加料单元40用于将有机固废从外部所述发酵主仓10，出料单元50用于将发酵完成的产物从发酵主仓10导出来。其中，发酵主仓10为长方圆柱状仓体，其水平安装或与地面呈一定倾角安装。发酵主仓10可采用隔热材料制成或外部包覆有隔热材料。其中，所述曝气孔为圆形、方形等规则几何形状或不规则几何形状，曝气孔的当量直径小于50mm，优选≥10mm。曝气孔在发酵主仓10的底部表面呈随机分布或以某种预设轮廓分布排列，例如在难以搅拌到的边角地带可以增设相对密集的曝气孔，使该部位的发酵物可得到充分曝气。

为了搅拌发酵物，在发酵主仓10内设有回转搅拌装置。回转搅拌装置包括驱动主轴101和结合在驱动主轴上的搅拌构件。为了使驱动主轴101稳定转动，在发酵主仓10内设有如图4所示的固定支架103。结合图1及图4所示，固定支架103中间具有一个组装孔，可支撑驱动主轴101稳定转动。

结合图2所示，搅拌构件包括一字型、y形或x形的主体叶片102(图2所示为一字形，也可设为y或x形)，主体叶片102中央设有供与驱动主轴101组装的组装孔1021，在主体叶片102上还设有若干导向叶片1022，这种导向叶片设于主体叶片102的侧面上，并与其所在的主体叶片102的延伸方向呈大于0≤90°的角度。如图2所示，这些导向叶片1022间隔设置，间隔距离为5-10mm。导向叶片1022具有一定弯折度，向主体叶片102的旋转平面垂直的方向弯折延伸一定距离，多个导向叶片1022与其所在的主体叶片102构成梳齿状，可以对发酵主仓10内的发酵物实现非常好的搅拌、梳理和打散作用。此外，通过设计导向叶片1022的倾斜方向和角度，在转动时还具有推动发酵物料向着出料单元移动的趋势，用于出料。如图2所示，搅拌构件还包含刮擦叶片104。刮擦叶片104安装在主体叶片102的末端，在主体叶片102转动对发酵物搅拌的同时，刮擦叶片104可将发酵主仓10内壁上的有机固废或发酵物刮除，避免结垢变硬。刮擦叶片104的硬度小于发酵主仓10内壁的硬度，优选采用硬质塑料或硬质橡胶材料制成，避免刮伤发酵主仓10内壁，用于清理发酵主仓10内壁，不仅可以获得较高的产出效率，还可以避免发酵主仓10底部的曝气孔和顶部的排气口被堵塞，避免正常发酵进程受到影响及提高安全系数。如图2所示，刮擦叶片104的横截面y型，此外，刮擦叶片104的横截面还可以设为x型、w型或z型。

如图1和图3所示，外压曝气室20为长方形大箱体结构，其顶侧设有开口，该开口恰供发酵主仓10下沉安装封闭，使外压曝气室20形成一个压力储气室。外压曝气室20设有进风口201和抽风机，通过抽风机将外部空气吸入补充到外压曝气室20内，再通过曝气孔进入到发酵主仓10内部，实现曝气。外压曝气室20两侧设有若干支架，支架一端固定在地面上，用于稳定支撑外压曝气室20，尤其是在发酵主仓10内的回转搅拌装置在运转过程中的稳定性。

外压曝气室20内还设有曝气量调节装置202。如图5所示，为曝气量调节装置202一种可行的实施例。其包括导轨2021(例如，较佳沿着发酵主仓底部外表面的轮廓设置轨道)和在该导轨2021上移动调节位置的阀片2022。该阀片2022也设有透孔。通过调节阀片2022的移动，使透孔发酵主仓10底部的曝气孔相对齐/错位，来调节外压曝气室20内气体进入发酵主仓10的量。其中，导轨2021为沿着发酵主仓10的环周向延伸圆弧形轨道，弧度不超过150°。阀片2022安装在该导轨2021上，因此，阀片2022可紧贴着发酵主仓10的底部表面，并沿发酵主仓10环周向移动，阀片2022上的透孔与曝气孔在这个过程中，有完全错位、开始对齐、完全对齐、再次错位等方位关系。因此，可以改变发酵主仓10的实际曝气通道截面积，实现曝气量的调节。

此外，外压曝气室20内还设有清扫装置，主要用于清扫发酵主仓10的底部表面，避免曝气孔被堵塞。清扫装置包括沿发酵主仓10长度方向设置的轨道。轨道上滑动安装有清扫刷，清扫刷的端部抵接在发酵主仓10的底部表面。清扫刷受电机驱动或手动驱动，可在发酵主仓10的底部表面上来回清扫，以避免曝气孔被堵塞。清扫刷可采刚性或柔性的纤维、碳纤维、塑料、或有机聚合物等构成。当然，清扫装置也可设为近似搅拌叶轮的结构；例如，可在外压曝气室20内沿其长度方向设置转轴，转轴上安装清扫刷，清扫刷的端部接触所述发酵主仓的底部表面，并被转轴带动旋转，对发酵主仓10底部表面清扫。但是此结构相对前一种较复杂、清扫刷需要设置多组、且不可避免存在刷不到的地方，对发酵主仓底部的最低位置可清扫干净而对最低位置的两侧则较难取得好的清扫效果。因此，前一种方式更优。

如图1所示，加速流室30包含顶板301。顶板301位于发酵主仓10的上方，沿发酵主仓10的长度方向设置、且与发酵主仓10的顶部表面间隔一定距离设置。顶板301可为平行于地面或水平面的直板，或者是与发酵主仓10的顶部表面同心轴的弧形板(如图所示即为此种实施方式)。顶板301四侧边与发酵主仓10的顶部表面之间用围墙连接起来并预留尾气口，则此时发酵主仓的顶部表面、顶板和围墙限定出加速流室的内腔。加速流室主要对发酵主仓10排出的发酵尾气形成烟囱效应。

优选地，如图1所示，顶板301为与发酵主仓10的顶部表面同心轴的弧形板。该弧形板覆盖了发酵主仓10内发酵物料表面以上的发酵主仓的躯干部分，顶板301与发酵主仓10的顶部表面间隔1-20mm的间距。

结合图1及图6所示，外压曝气室20的外部设有空气预热装置205。空气预热装置205包括换热管，换热管弯折成迂回管道或由连接的横管和纵管组成阵列，形成一面墙，但该墙仍可让空气顺利通过，在空气通过过程中加热空气。换热管有进气端和出气端。其进气端连接加速流室30的尾气口(尾气带有热量)，而出气端设有风机，风机加速尾气气流排出。空气预热装置205靠近外压曝气室20的进风口201处，用于对抽风机从外部引入的空气进行预热提高温度。优选地，所述换热管的外壁设有翅片。

加速流室30内还设有露水回收装置。露水回收装置包括若干个截面呈v型、n型或x型的导流槽，导流槽具有朝向上的开口，导流槽的部分区段具有一定坡度，可将流经加速流室30的发酵尾气的水蒸汽冷凝并汇集成露水并及时排出。其中，加速流室30的尾气口安装有导风机，引导发酵主仓排气口排出的尾气充分流经加速流室30的各个部位后再流出(导入到换热装置205中，用于对进入外压曝气室20的空气进行预热)。一般情况下，加速流室内30的气体流速和压力明显高于(至少1.2倍于发酵主仓)发酵主仓10。优选地，加速流室30内还装有至少一台增压风机，用于增加加速流室30内的风压和风速，增压风机的进出风口至少存在3倍以上的流速差。

进一步地，在加速流室30顶部设置灰泥清扫装置。同样地，灰泥清扫装置包括清扫工作端、驱动装置和轨道。驱动装置驱动清扫工作端沿着轨道在加速流室顶部往复走动，以定时清扫落加速流室30顶部及主体叶片102、导向叶片1022和刮擦叶片104表面的灰泥等。

上述实施例中，加速流室30和外压曝气室20部分包覆在发酵主仓10的底部表面或顶部表面，未被包覆的部分采用隔热性能好的材料制成，以保持发酵主仓内的较高发酵温度。

在其他实施例中，如图7所示，在上述实施例的基础上，进一步地优化设计，使加速流室30和外压曝气室20恰好将整个发酵主仓包覆在内部，进一步减少发酵主仓的热量耗散，具有更优的保温作用，以实现高温发酵。

本发明的新型超高温好氧发酵装置100运行分为启动阶段和运行阶段，启动过程如下：

第一步，将有机固废物通过进料单元40连续或间歇式(如一日一进或一日两进)的进入发酵主仓10内；

第二步，向发酵主仓10内曝入空气，并根据发酵主仓的温度变化情况调节曝气风量。

第三步，待发酵主仓10内升温至80℃以上后完成启动过程。

运行过程如下：

第一步，通过进料单元40连续或间歇式(如一日一进或一日两进)的向系统内部进料；

第二步，向发酵主仓10内曝入空气，并根据发酵主仓10内的温度变化情况调节曝气风量；

第三步，调节发酵主仓10内回转搅拌装置的转速，确保待发酵物料都有足够的停留时间，排出发酵物料。

最后应说明的是：尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

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