CN102887733B - 一种将泔水快速转化成有机肥的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种将泔水转化成有机肥的设备，包括：转化室(5)，其中安置待处理泔水，具有伸入转化室内的进气管(10)；搅拌装置，安置在转化室(5)内位于其下部；加热装置(6)，安置在转化室(5)底部，对转化室内的待处理泔水加热；供气装置(1、2)，用于向转化室中供应含氧气体，其通过进气管与转化室(5)相通连以便向其中供气。本发明通过在转化室中使需转化的有机垃圾和高温氧气接触，加速待处理泔水的转化，使转化温和而快速地完成，达到降解有机物的目的。
Description
技术领域
本发明涉及处理有机垃圾的设备及方法，特别涉及一种将餐厨垃圾转化成有机肥的设备及方法。
背景技术
餐厨垃圾和居民生活是密切相关的，我们每天都要吃饭，吃饭就会丢弃或多或少的废物，这些废物就是餐厨垃圾，又称泔水。随着工业的飞速发展，世界人口的增加，餐厨垃圾对人类的危害以及对环境的污染越来越引起人们的注重。
我国是世界上人口最多的国家，13亿人每天产生餐厨垃圾高达13万吨之多，据统计，目前我国有酒店、餐馆近350万家，每天产生的餐厨垃圾数量十分惊人。据2004年《北京市生活垃圾治理白皮书》中指出，北京″日产餐厨垃圾约1050吨″。白皮书还预测，到2008年，北京市日产餐厨垃圾将达到1200吨左右。我国的另一大城市上海，日产餐厨垃圾也接近1000吨。这也从另外一个侧面反映了我国在餐桌上的浪费十分惊人。餐厨垃圾已经成为了可以影响我们健康和周围环境安全的重要因素，采取有效的方式管理和控制餐厨垃圾的产生，合理安全处置餐厨垃圾，刻不容缓。一方面，由于餐厨垃圾含水率高，普遍存在收集和运输困难的问题，如果与普通的生活垃圾混在一起，也提高了普通垃圾的含水率，降低了热值，对于垃圾焚烧技术的应用就产生了一定的困难；另一方面，餐厨垃圾中的有机物含量高，微生物、细菌大量繁殖，在高温条件下很容易腐烂变质、产生臭味，尤其在暂储阶段和回收运输阶段容易发酵变质，散发不良气味，污染环境；此外，餐厨垃圾所带来的“垃圾猪”和“地沟油”对人类的健康影响越来越重。
目前，处理餐厨有机垃圾的常用方法有“埋法”、“烧法”和“集中处理生产饲料化肥法”以及“微生物消灭法”，但是，这些方法处理有机物餐厨垃圾均有不足之处。
其中，“埋法”的过程是：收集，运输，填埋，其缺点是在收集和运输的过程中污染家居环境，滋生蚊虫苍蝇现象，被填埋之后还容易渗透进而污染地下水，同时占用大量的土地和产生二次污染的问题。
“烧法”是先用焚烧炉焚烧垃圾，再用填埋法处理其所产生的残渣，其缺点是焚烧时，由于不完全燃烧会产生有害气体-二恶英，而且填埋焚烧残渣会产生二次污染——土壤污染，特别是，焚烧含有很多水分的餐厨垃圾需要助燃装置，使焚烧炉设备非常庞大，维持费用非常昂贵。
“集中处理生产饲料化肥法”是加热、搅拌混合并利用微生物发酵的堆肥方式，其缺点是，产生的堆肥，由于其成熟度、质量和成分比率等原因，不能立即用于农田的施肥；此外，由于处理所需时间很长，而且收集、搬运、放置以及堆肥、储存的维持费用高，恶臭、腐败等卫生方面的问题也没有得到很好的解决。目前，该方法处理每批餐厨垃圾的时间较长，通常为2-3个月，设备的运营成本高。
例如，CN101058098公开了一种泔水垃圾干式回收方法，该方法采用干、湿分离装置，利用餐厨垃圾自身的重量实现餐厨垃圾的部分分离；通过离心式脱水装置实现中度脱水；收集实现干式存放；打包运输。该方法虽然脱去了餐厨垃圾中的水分，可以降低终端处理的压力和避免二次污染的产生，但是仍需要运送到垃圾处理厂焚烧或环保肥料厂进行处理以获得有机肥料而进行回收利用。
又如，CN101199969A中公开了一种厨余垃圾处理机，该设备是利用微生物发酵分解厨余有机垃圾，厨余垃圾可以沿着前后方向交叉移动而与微生物混合并进行粉碎处理，以提高微生物的活化程度。
发明内容
本发明的目的在于克服前面所述不足之处，提供一种快速而有效降解泔水并将其转化成有机肥的设备。
一方面，本发明提供以下技术方案：一种将泔水转化成有机肥的设备，包括：转化室，其中安置待处理泔水，具有进气管和排气口；搅拌装置，安置在转化室内位于其下部；加热装置，安置在转化室底部，用于对转化室内的待处理泔水进行加热；供气装置，用于向转化室中供应含氧气体，其通过进气管与转化室相连。
其中，进气管的喷头的开口对着转化室内的待处理泔水。特别是，喷头呈由上至下渐缩的形状。
特别是，搅拌装置与转化室内壁上的定刀相配合。
另一方面，本发明提供一种将泔水转化成有机肥的设备，包括：转化室，其中安置待处理泔水，具有进气管和排气口；搅拌装置，安置在转化室内位于其下部；加热装置，安置在转化室底部，对转化室内的待处理泔水加热；供气装置，用于向转化室中供应含氧气体，其通过进气管与转化室相通；对反应室中排出气体进行处理的废气处理装置，其与所述反应室的排气口相通。
其中，废气处理装置包括：水箱，其中盛有水；圆柱形超声波发生器，设置在水箱内，位于水箱中部，产生沿圆柱面向外发射的超声波，用于处理水箱中的液体；曝气管，与反应室的排气口相连，安置在水箱底部。
此外，本发明将泔水转化成有机肥的设备还包括气体混合器，安置在反应室与废气处理装置之间，其进口与反应室的排气口相通，其出口与废气处理装置的曝气管相连，臭氧发生器连接所述气体混合器，用于向气体混合器中供应臭氧。
特别是，水箱的上部设出气口，出气口下方设挡水板，水箱中的液面低于挡水板。
进气管的喷头的开口对着转化室内的待处理泔水。特别是，喷头呈由上至下渐缩的形状。
另一方面，本发明提供一种利用上述将泔水转化成有机肥的设备将泔水快速处理成有机肥料的方法，包括以下顺序进行的步骤：1)将待处理泔水安置在反应室中；2)对反应室内的待处理泔水进行加热，同时向反应室内喷射经加热的含氧气体，使待处理泔水在经加热的含氧气体的作用下进行分解形成废气和有机肥料。
此外，还包括步骤3)，对步骤2)产生的废气进行处理，首先使其与臭氧混合，接着将混合气体通过废气处理装置进行处理。
本发明与已有技术相比具有以下优点：
1、本发明设备结构简单、紧凑，合理，通过产生氧化能力极强-OH离子，能够在2-3小时内通过温和而快速的转化过程，将餐厨垃圾如泔水有效降解为原有体积的10-20％。
2、本发明设备适应性强既可处理餐厨垃圾，又可处理普通有机生活垃圾。
3、本发明设备和方法在处理泔水的过程中，有效避免了异味的散发，保证了环境卫生。
附图说明
图1为本发明将泔水转化成有机肥设备的结构示意图。
图2为本发明中使用的超声波换能装置的结构示意图；
图3为沿图2中A-A线的剖视图。
附图标记说明：1、氧气发生装置；2、气体加热装置；3、盖子；4、进气泵；5、反应室；5a、排气口；6、反应室加热装置；7、搅拌装置；8、电机；8a、减速器；9、餐厨垃圾；10、进气管；10a、进气管喷头；11、气体混合器；12、臭氧发生器；13、水箱；13a、排气管；14、曝气管；15、水处理装置；15a、出气口；15b、进水口；15c、排水口；16、超声波换能装置；17、挡水板；19、脉冲高压电源；20、过滤器；20a、活性炭过滤层；20b、高分子筛；21、排气泵；22、H2O2投放器；31、外套；32、内套；33a、33b、导线；34、导电片；34a、绝缘片；35、压电陶瓷片；70、搅拌装置轴；71、动刀；72、搅拌叶；73、定刀。
具体实施方式
如图1所示，本发明将泔水转化成有机肥的设备包括用于安置待处理餐厨垃圾并使其进行氧化和分解的转化室5。其中，转化室5为金属材料如不锈钢等制成，呈上部开口的筒状，上部开口用于投放处理介质如餐厨垃圾等有机物质，用盖子3封闭。
本发明将泔水处理成有机肥料的设备能够处理的餐厨垃圾也称泔水，包括蔬菜、肉类、鱼类、虾壳、零食、蛋壳、鱼骨头、水果、茶渣、谷物在内的人类可食用物体，除此之外，动物的骨头棒经破碎机破碎后也可以处理。
转化室5具有伸入转化室内的进气管10，进气管10端部设喷头10a，对着转化室内的待处理餐厨垃圾9，呈由上至下渐缩的形状，换句话说开口呈上大下小的形状。
转化室5内的底部具有搅拌装置7，搅拌装置7通过安置在转化室5外底部的电机8和减速器8a带动其沿水平方向旋转，搅拌装置7通过沿垂直方向延伸的搅拌装置轴70与减速器8a相连。搅拌装置7在旋转过程中将待处理餐厨垃圾切碎并进行搅拌，如图所示，其一侧设有第一搅拌叶72，另一侧设有第二搅拌叶71，搅拌装置7在旋转过程中，第二搅拌叶71与安置在转化室5内壁上的定刀73相互配合，通过第一搅拌叶72、第二搅拌叶71翻搅并切碎待处理的餐厨垃圾。
加热装置6安置在转化室5底部，也可围绕转化室侧面安置加热装置6，用于对转化室5内的待处理餐厨垃圾进行加热，通常控制转化室5底部和/或侧面de加热装置的加热温度至少为100℃，优选100-300℃，优选100-150℃。
供气装置可以包括进气泵4，进气泵4通过进气管10与转化室内相通，从外界泵送空气到转化室内，气体由进气管10的喷头10a喷放至转化室5内待处理的餐厨垃圾上。
供气装置可以包括进气泵4，从外界泵送空气；以及气体加热装置2，安置在进气泵4与转化室5之间，即其一端连接进气泵4，另一端连接转化室5的进气管10，进气泵4泵送的含氧空气或气体(含氧气体中氧气的体积百分比在20％以上)经气体加热装置2加热后由进气管10的喷头10a喷放至转化室5内待处理的餐厨垃圾上。通常，气体加热装置2将含氧气体加热至100-350℃，优选150-250℃。
其中，每秒钟供入的气体量为至少1.2升，优选1.2-3.5升。
供气装置也可以包括：氧气发生装置1；与氧气发生装置1相连的进气泵4，向其泵送空气；以及气体加热装置2，安置在氧气发生装置1与转化室5之间，即，其一端连接氧气发生装置1，另一端连接转化室5的进气管10，氧气发生装置1产生的氧气经气体加热装置2加热后由进气管10的喷头10a喷放至转化室5内待处理的餐厨垃圾上。通常，气体加热装置2将氧气加热至100-350℃。
其中，每秒钟供入的氧气量为至少1.2升，优选1.2-3.5升。
反应室5上部的排气口与气体混合器11相通，臭氧发生装置12与气体混合器11相通，用于向气体混合器11中输送臭氧(O3)，气体混合器的出口通过排气管13a接曝气管14，曝气管14通入盛有水的处理水箱13的底部，曝气管14具有细微的通孔，经曝气管14向水中释放混合气体细微气泡。
处理水箱13中曝气管14的上方安置圆柱型超声波换能装置16，超声波换能装置16的上部设有挡水板17，挡水板17与处理水箱13的顶部之间形成排气空间，该排气空间与处理水箱13上部的出气口15a相通，出气口连接过滤器20和排气泵21以便排出处理后的气体。处理水箱13的中部设置进水口15b，底部设有排水口15c。
其中，超声波换能装置16与脉冲高压电源19连接，超声波换能装置16垂直安放于处理水箱13的中部。图1所示的超声波换能装置16呈圆柱形，安置在水箱13内的中部，产生沿圆柱面径向向外发射的超声波。
如图2所示，超声波换能装置包括圆筒形外套31和沿外套纵向由上至下交替叠置在外套31中的金属导电片34和压电振子(为压电陶瓷片)35，外套的上下两端由封盖封闭。其中，交替叠置的导电片和压电陶瓷片的两侧分别设有与脉冲高压电源连接的导线33a、33b。
此外，超声波换能装置还包括：位于外套31和压电陶瓷片35之间的内套32，内套32的外表面与外套的内表面形状一致，内套的内表面与导电片34和压电振子35的外表面一致，以便使外套31的内圆柱面与内套32的外圆柱面之间形成紧密接触，内套的内圆柱面与交替叠置的导电片34和压电振子35的外圆柱面之间形成紧密接触。
其中，每个导电片34两侧中的一侧与两根导线33a、33b中的一根接触，其另一侧与两根导线33a、33b中的另一根相互隔离。
如图2所示，每个压电陶瓷片35由其上下相邻的两个导电片34形成电极，例如，某个压电陶瓷片35上方的一个导电片34的左侧(第二侧)与第一导线33a接通，其右侧(第一侧)与第二导线33b之间设置绝缘片34a而相互隔离，其下方的一个导电片34的右侧与导线33b接通，其左侧与导线33a之间设置绝缘片34a而相互隔离；或者，某个压电陶瓷片35上方的一个导电片34的右侧(第一侧)与第一导线33a接通，其左侧(第二侧)与第二导线33b之间设置绝缘片34a而相互隔离，其下方的一个导电片34的左侧(第二侧)与导线33b接通，其右侧(第一侧)与导线33a之间设置绝缘片34a而相互隔离。即，相邻的导电片34交替连接两侧的两根导线33a、33b。
其中，外套31由镀铬的金属钛合金构成；为了便于组装，外套和内套呈圆筒形，将内套32分为两个半圆筒形的分套32a、32b(也可分成两个以上的分套)，两分套32a、32b之间的间隙内安置第一、第二导线33a、33b(见图2所示)，分别接脉冲高压电源。
再如图1所示，水箱13的外部还设有与水箱13内部相连的双氧水(H2O2)投放器22，用于向水箱内供给一定量的H2O2。
水箱的出气口处设过滤器20，过滤器20中依次设有活性炭过滤层20a和高分子筛20b，用于吸收CO2等不溶于水的气体和粉尘，以便保护排气泵21，排气泵21为真空泵。
将待处理泔水倒入转化室5中，接通搅拌装置交替正转和反转以缓慢搅拌(每分钟10至50转)，同时接通加热装置6对其进行加热。
接着，启动进气泵4，向氧气发生装置1泵送空气，由氧气发生装置1产生的氧气通过加热装置2加热至100-350℃，优选250-350℃，以提高其活性。加热的氧气或含氧气体通过进气管10的喷头10a喷射在待处理泔水9的表面，使得待处理泔水在高温氧气的作用下进行快速转化为有机肥。得到的有机肥料可以用于给花草和农田施肥。
泵送的含氧气体也可不加热，相比含氧气体加热的情况餐厨垃圾转化有机肥的时间较长。
本发明设备通过对氧气加热使其成为活性较强的氧化剂，待处理泔水通过喷射在其表面的高温含氧气体或氧气的氧化作用，降解成有机肥料，并产生一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮氧化物(NOX)、氨气和水，水受热后生成水蒸汽。
待处理泔水降解后产生的废气(含有一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、氨气和水蒸汽等)可以输送至气体混合容器11与臭氧发生器12产生的臭氧混合(混合温度在100℃左右)，通过臭氧降解废气成分。
随后，由气体混合器11混合后形成的混合气体(其中含有未与废气成分反应的剩余臭氧)经曝气管14以细微气泡的形式释放到处理水箱13内的水中，在超声波换能装置16产生的超声波的作用下，含有混合气体的废水得到进一步的降解。
其中，由脉冲高压电源19输出高电压(峰值2500V左右)施加在圆柱型超声波换能装置16上，圆柱型超声波换能装置能产生20～40KHz的超声波，借助超声波换能装置的高温效应和空化效应，作用于处理水箱13内的废水，诱导其中的O3和双氧水产生大量的强氧化-OH自由基，从而氧化废水中溶解的有机物(包括氨)。
最后，溶解有混合气体的废水经处理后由排水口15c排放，水处理后的气体包括二氧化碳由处理水箱13顶部的出气口15a排出，经过滤器20过滤后由排气泵21排放到大气中。
经过2.5小时～3小时的工作后，一个循环处理工作结束。
以单次处理餐厨垃圾80kg为例，餐厨垃圾中包含有虾壳、米饭、蔬菜、猪肉、鱼骨，含水量为25％，将加热装置6的温度设置在200-210℃，每秒钟通入的气体(含氧量20％)量为2.0升，经本发明设备处理3小时后，转化室中的剩余物有机肥料约为20.6kg。通入气体的含氧量为50％时，处理时间约为2.5小时。
以单次处理餐厨垃圾80kg为例，餐厨垃圾包含豆腐渣，含水量28％，将加热装置6的温度设置在200-210℃，气体加热装置的温度设置在150℃，每秒钟通入的加热气体(含氧量20％)量为3.5升，经本设备转化处理2.5小时后，转化室中的剩余物有机肥料为10.5kg。通入气体的含氧量为50％时，处理时间约为2.2小时。
以单次处理餐厨垃圾80kg为例，餐厨垃圾包含豆腐、菜叶、面条、茶渣，含水量27％，将加热装置6的温度设置在200-210℃，每秒钟通入的气体(含氧量20％)量为2.0升，经本设备转化处理3.0小时后，转化室中的剩余物有机肥料为14.2kg。
以单次处理餐厨垃圾80kg为例，餐厨垃圾包含豆腐、菜叶、面条，含水量26％，将加热装置6的温度设置在110-120℃，气体加热装置的温度设置在150℃，每秒钟通入的气体(含氧量20％)量为2.0升，经本设备转化处理2.6小时后，转化室中的剩余物有机肥料为14.6kg。通入气体的含氧量为50％时，处理时间约为2.3小时。
以单次处理餐厨垃圾80kg为例，餐厨垃圾包含米饭、面条、蔬菜、鱼肉、猪肉，含水量在22％，将加热装置的温度设置在280-290℃，气体加热装置的温度设置在150℃，每秒钟通入的加热气体(含氧量20％)量为2.6升，经本设备转化处理2.5小时后，转化室中的剩余物有机肥料为15.8kg。通入气体的含氧量为50％时，处理时间约为2.2小时。
以单次处理餐厨垃圾80kg为例，餐厨垃圾包含米饭、豆腐渣、面条、蔬菜、猪肉，含水量20％，将加热装置6的温度设置在140-150℃，气体加热装置的温度设置在180℃，每秒钟通入的加热含氧量50％的气体量为3.5升，经本设备转化处理2.5小时后，转化室中的剩余物有机肥料为15kg。通入气体的含氧量为50％时，处理时间约为2.1小时。
Claims (9)
1.一种将泔水转化成有机肥的设备，包括：
转化室（5），其中安置待处理泔水，具有进气管（10）和排气口（5a）；
搅拌装置，安置在转化室（5）内位于其下部，通过安置在转化室外底部的电机（8）和减速器（8a）带动其沿水平方向旋转，第一搅拌叶（72）设于搅拌装置的一侧，第二搅拌叶（71）设于搅拌装置的另一侧，且搅拌装置在旋转过程中，第二搅拌叶（71）与安置在转化室内壁上的定刀（73）相配合，通过第一搅拌叶（72）、第二搅拌叶（71）翻搅并切碎待处理泔水；
加热装置（6），安置在转化室（5）底部，对转化室内的待处理泔水加热：
供气装置（1、2），用于向转化室中供应含氧气体，其通过进气管与转化室（5）相通，进气管的喷头（10a）的开口对着转化室内的待处理泔水。
2.如权利要求1所述的将泔水转化成有机肥的设备，其特征在于喷头（10a）呈由上至下渐缩的形状。
3.一种将泔水转化成有机肥的设备，包括：
转化室（5），其中安置待处理泔水，具有进气管（10）和排气口（5a）；
搅拌装置，安置在转化室（5）内位于其下部，通过安置在转化室外底部的电机（8）和减速器（8a）带动其沿水平方向旋转，第一搅拌叶（72）设于搅拌装置的一侧，第二搅拌叶（71）设于搅拌装置的另一侧，且搅拌装置在旋转过程中，第二搅拌叶（71）与安置在转化室内壁上的定刀（73）相配合，通过第一搅拌叶（72）、第二搅拌叶（71）翻搅并切碎待处理泔水；
加热装置（6），安置在转化室（5）底部，对转化室内的待处理泔水加热：
供气装置（1、2），用于向转化室中供应含氧气体，其通过进气管与转化室（5）相通，其中进气管的喷头（10a）的开口对着转化室内的待处理泔水；
对转化室中排出气体进行处理的废气处理装置，其与所述转化室（5）的排气口（5a）相通。
4.如权利要求3所述的将泔水转化成有机肥的设备，其特征在于：废气处理装置包括
水箱（13），其中盛有水；
超声波发生器（16），设置在水箱内，位于水箱中部，产生向外发射的超声波，用于处理水箱中的液体；
曝气管（14），与转化室的排气口（5a）相连，安置在水箱底部。
5.如权利要求4所述的将泔水转化成有机肥的设备，其特征在于：还包括气体混合器（11），安置在转化室（5）与废气处理装置之间，其进口与转化室（5）的排气口（5a）相通，其出口与废气处理装置的曝气管（14）相连，臭氧发生器（12）连接所述气体混合器（11），用于向所述气体混合器中供应臭氧。
6.如权利要求4所述的将泔水转化成有机肥的设备，其特征在于：所述水箱的上部设出气口（15a），出气口下方设挡水板（17），水箱中的液面低于挡水板。
7.如权利要求3所述的将泔水转化成有机肥的设备，其特征在于：喷头（10a）呈由上至下渐缩的形状。
8.一种利用权利要求3至7任一所述设备将泔水转化成有机肥的方法，包括以下顺序进行的步骤：
1）将待处理泔水安置在转化室（5）中；
2）对转化室（5）内的待处理泔水进行加热并进行翻搅和切碎，同时向转化室内喷射经加热的含氧气体，使待处理泔水在经加热的含氧气体的作用下进行分解形成废气和有机肥。
9.如权利要求8所述的将泔水转化成有机肥的方法，其特征在于：还包括步骤3），对步骤2）产生的废气进行处理，首先使其与臭氧混合，接着将混合气体通过废气处理装置进行处理。
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