公布日：2023.08.11
申請日：2023.07.13
分類號：C02F11/02(2006.01)I;C02F7/00(2006.01)I
摘要
本發明涉及廢棄有機物發酵設備技術領域，具體是指一種面向廢棄有機物質高溫好氧發酵的系統及發酵方法，包括一級沉降池與二級沉降池，還包括用于一次發酵的發酵床與二次發酵的發酵罐，所述發酵床與所述二級沉降池的底部通過管道連通，且所述發酵床內設置有用于翻拋污泥的翻拋件。通過罐體結構本身的擺動為內部的污泥提供一個離心力，即內部的污泥具有產生離心運動的趨勢，在這個過程中，攪拌件還能夠通過攪拌葉組與曝氣葉組的轉動來對罐體內的污泥進行持續攪拌，并且該攪拌方向與罐體的擺動方向相反，其在罐體內污泥的攪拌表現形式更為明顯，并且在持續攪拌的過程中通入空氣能夠極大程度地增大其接氧面積，進而促進污泥的好氧發酵過程。
權利要求書
1.一種面向廢棄有機物質高溫好氧發酵的系統，包括底部連通的一級沉降池（1）與二級沉降池（2），所述一級沉降池（1）與二級沉降池（2）內放置有破碎后的廢棄有機物，且底部淤積有沉降后的污泥，其特征在于：還包括用于一次發酵的發酵床（3）與二次發酵的發酵罐（4），所述發酵床（3）與所述二級沉降池（2）的底部通過管道連通，且所述發酵床（3）內設置有用于翻拋污泥的翻拋件（5）；所述發酵罐（4）包括：支架（41）、罐體（42）以及擺動件（43），所述支架（41）上端設置有活動環（44），且所述活動環（44）與所述罐體（42）的中部連接，所述擺動件（43）設置在所述罐體（42）的底部，且能夠實現所述罐體（42）的周期性擺動，其中，所述翻拋件（5）內還設置有用于在翻拋過程中同步實現發酵菌接種的噴淋件（6），所述罐體（42）能夠通過擺動實現其內部污泥攪拌過程的同時完成曝氣；所述發酵罐（4）還包括用于攪拌、增氧的攪拌件（7），所述攪拌件（7）的攪拌部置于所述罐體（42）內，且與所述罐體（42）保持動密封，所述支架（41）上設置有緊固件（8），所述緊固件（8）的一端與所述支架（41）連接，另一端與所述罐體（42）連接，且與罐體（42）連接部分位于所述活動環（44）下方；所述攪拌件（7）包括：攪拌葉組（71）、曝氣葉組（72）、攪拌電機（73）以及行星輪組（74），所述電機設置在所述罐體（42）的上端面，且輸出端與所述行星輪組（74）連接，所述攪拌葉組（71）的傳動軸與所述行星輪組（74）內的行星輪連接，所述曝氣葉組（72）的傳動軸與所述行星輪組（74）內的太陽輪連接，所述曝氣葉組（72）為雙螺旋結構，所述雙螺旋結構的直徑由下至上遞減，所述曝氣葉組（72）的傳動軸內部中空且外周面開設有通孔，所述通孔與曝氣裝置連通。
2.根據權利要求1所述的一種面向廢棄有機物質高溫好氧發酵的系統，其特征在于：所述翻拋件（5）包括：殼體（51）、電機、行走輪（52）以及翻拋爪（53），所述翻拋爪（53）轉動設置在所述殼體（51）內，所述行走輪（52）轉動設置在所述殼體（51）內且與所述發酵床（3）上方的軌道抵接，所述電機設置在所述殼體（51）內且通過傳動機構（54）與所述翻拋爪（53）、行走輪（52）連接，所述噴淋件（6）包括凸輪（55）與壓力件（56），所述凸輪（55）設置在所述翻拋爪（53）的兩端且同軸設置，所述壓力件（56）設置在所述殼體（51）內部的兩側邊，且所述壓力件（56）的一端與所述凸輪（55）抵接，所述壓力件（56）的另一端通過管道連接有接種頭（58），所述翻拋爪（53）轉動時，通過所述凸輪（55）與壓力件（56）來實現發酵菌的接種。
3.根據權利要求2所述的一種面向廢棄有機物質高溫好氧發酵的系統，其特征在于：所述接種頭（58）置于所述翻拋爪（53）的上方，所述殼體（51）內還設置有菌種槽（57），且所述菌種槽（57）的底部通過管道與所述接種頭（58）連通，所述壓力件（56）包括：復位彈簧（561）、與所述殼體（51）滑動設置的壓力桿（562）以及套設在所述壓力桿（562）上的壓力筒（563），所述復位彈簧（561）套設在所述壓力桿（562）上且用于壓力桿（562）的復位，所述壓力筒（563）的出氣端通過管道與接種頭（58）或菌種槽（57）連通。
4.根據權利要求1所述的一種面向廢棄有機物質高溫好氧發酵的系統，其特征在于：所述擺動件（43）包括：底座（91）、擺動電機（92）、擺動輪（93）以及若干擺輪組（94），所述底座（91）的下方設置有用于支撐的支撐件（95），上方開設有密封腔室（96），所述擺動電機（92）設置在所述底座（91）上且輸出端與所述擺動輪（93）連接，所述擺動輪（93）轉動設置在所述密封腔室（96）內，若干所述擺輪組（94）間隔均布在所述密封腔室（96）內，所述擺輪組（94）包括：與所述擺動輪（93）外周面抵接的活動桿（941）、擺動桿（942），所述活動桿（941）與所述密封腔室（96）的底部活動連接且自由端活動貫穿所述密封腔室（96）后與擺動桿（942）的一端鉸接，所述擺動桿（942）的中部鉸接在所述底座（91）上，所述擺動桿（942）的另一端與所述罐體（42）的底部抵接，所述擺動桿（942）通過所述擺動輪（93）的旋轉能夠實現對罐體（42）的周期性推動。
5.根據權利要求1所述的一種面向廢棄有機物質高溫好氧發酵的系統，其特征在于：所述活動環（44）的內壁開設有活動腔室（441），所述罐體（42）外周面設置有與所述活動腔室（441）配合的凸起（442），所述活動腔室（441）內還設置有彈性件（443），所述彈性件（443）的兩端分別于所述凸起（442）的下端面、活動腔室（441）的下端面固定。
6.一種發酵方法，其特征在于：基于權利要求1至5任意一項所述的一種面向廢棄有機物質高溫好氧發酵的系統，包括以下步驟：步驟1，預處理，將廢棄有機物進行破碎，并將破碎后的廢棄有機物置于一級沉降池（1）內沉降為污泥，并按照預定時間將污泥移動至二級沉降池（2）內；步驟2，一級發酵，將步驟1中二級沉降池（2）內的污泥泵送至發酵床（3）內，并通過翻拋件（5）按照預定時間進行翻拋，翻拋作業的同時進行發酵菌接種，并控制C/N在25~30范圍，發酵床（3）內污泥的含水率控制在55%~65%范圍；步驟3，二級發酵，將步驟2中一級發酵后的污泥移動至發酵罐（4）內，在發酵罐（4）內完成二級發酵過程并通過發酵罐（4）外設的加熱件進行溫度調節；步驟4，尾氣處理，在步驟3中的污泥發酵過程中，對發酵罐（4）內產生的氣體進行持續收集并處理。
7.根據權利要求6所述的一種發酵方法，其特征在于：步驟3發酵過程中，啟動攪拌電機（73）與擺動電機（92），通過活動環（44）與擺動件（43）能夠實現罐體（42）在其軸向上的周期性擺動，通過攪拌件（7）能夠實現罐體（42）內污泥的攪拌與曝氣過程；其中罐體（42）軸向上的擺動方向與攪拌件（7）內曝氣葉組（72）的轉動方向相反。
發明內容
本發明目的在于提供一種面向廢棄有機物質高溫好氧發酵的系統，用于通過聯動攪拌的形式來提高菌種的接氧面積；提供一種面向廢棄有機物質高溫好氧發酵的方法，用于提高發酵效率。
本發明通過下述技術方案實現：
一種面向廢棄有機物質高溫好氧發酵的系統，包括底部連通的一級沉降池與二級沉降池，所述一級沉降池與二級沉降池內放置有破碎后的廢棄有機物，且底部淤積有沉降后的污泥，還包括用于一次發酵的發酵床與二次發酵的發酵罐，所述發酵床與所述二級沉降池的底部通過管道連通，且所述發酵床內設置有用于翻拋污泥的翻拋件；所述發酵罐包括：支架、罐體以及擺動件，所述支架上端設置有活動環，且所述活動環與所述罐體的中部連接，所述擺動件設置在所述罐體的底部，且能夠實現所述罐體的周期性擺動，其中，所述翻拋件內還設置有用于在翻拋過程中同步實現發酵菌接種的噴淋件，所述罐體能夠通過擺動實現其內部污泥攪拌過程的同時完成曝氣。
需要說明的是，傳統的有機廢棄物好氧發酵是污泥中自身存在的微生物對有機物進行生物降解的過程。影響污泥發酵過程的因素很多，對于快速好氧發酵工藝來說，通風供氧、溫度、含水率、pH值、C/N、顆粒度等因素都會影響發酵過程。把影響好氧發酵過程的因素分為內在因素和外在因素兩類，內在因素包括需要降解的有機物廢棄種類以及微生物的種類；外在因素如通風供氧、溫度、含水率、pH值、C/N、顆粒度等，這些是對堆肥發酵有重要影響的外在條件，通過人為對這些影響因素的控制，便可以對整個好氧堆肥過程進行控制。而現有技術中的發酵系統，無論是立式發酵系統還是臥式發酵系統，其均受限于污泥與發酵菌種的接氧面積，由于污泥的含固形態存在極大的不確定性，原有發酵系統對污泥發酵過程的翻拋與曝氣過程存在較大的局限性。
基于上述問題，提出了一種面向廢棄有機物質高溫好氧發酵的系統，通過預處理的廢棄物破碎過程來減小物料的體積，均化物料的含水率，使得沉積的淤泥含固形態趨于一致，其中，破碎后物料的粒徑范圍在12mm至60mm為佳；再通過發酵池內的一級發酵過程使得發酵菌種與淤泥混合均勻并為發酵菌種的生物活動提高充足的氧氣，其中，翻拋件的翻拋過程與噴淋件的接種過程為一個聯動過程，在淤泥翻拋的過程中能夠同步實現發酵菌的接種過程，其完全區別于現有技術中的直接接種過程，能夠大幅度提高接種的均勻性，使得一級發酵效果更為明顯；最后再通過發酵罐內的二級發酵過程來對污泥進行再腐熟作業，其中，二次發酵過程的目的在于轉化一次發酵過程中未完全降解的易分解的有機物，以及促進較難分解有機物的分解，從而將有機物轉化的腐殖質，在上述過程中，需要對二次發酵過程進行低速攪拌，并通入空氣，基于發酵罐的結構，通過罐體本身的擺動為內部的污泥提供一個離心力，即內部的污泥具有產生離心運動的趨勢，在這個過程中，攪拌件還能夠通過攪拌葉組與曝氣葉組的轉動來對罐體內的污泥進行持續攪拌，并且該攪拌方向與罐體的擺動方向相反，其在罐體內污泥的攪拌表現形式更為明顯，并且在持續攪拌的過程中通入空氣能夠極大程度地增大其接氧面積，進而促進污泥的好氧發酵過程。
進一步地，所述翻拋件包括：殼體、電機、行走輪以及翻拋爪，所述翻拋爪轉動設置在所述殼體內，所述行走輪轉動設置在所述殼體內且與所述發酵床上方的軌道抵接，所述電機設置在所述殼體內且通過傳動機構與所述翻拋爪、行走輪連接，所述噴淋件包括凸輪與壓力件，所述凸輪設置在所述翻拋爪的兩端且同軸設置，所述壓力件設置在所述殼體內部的兩側邊，且所述壓力件的一端與所述凸輪抵接，所述壓力件的另一端通過管道連接有接種頭，所述翻拋爪轉動時，通過所述凸輪與壓力件來實現發酵菌的接種。基于上述結構，通過電機與傳動機構的聯合作用能夠帶動行走機構在發酵床上方的軌道進行往復移動，并且還能夠帶動翻拋爪進行持續轉動，轉動時，部分的翻拋爪進入污泥，并使其向上翻拋；與此同時，翻拋爪所在軸的兩端設置的凸輪同步轉動，其通過壓力件與管道來對菌種槽內的菌種進行噴淋接種。
進一步地，所述接種頭置于所述翻拋爪的上方，所述殼體內還設置有菌種槽，且所述菌種槽的底部通過管道與所述接種頭連通，所述壓力件包括：復位彈簧、與所述殼體滑動設置的壓力桿以及套設在所述壓力桿上的壓力筒，所述復位彈簧套設在所述壓力桿上且用于壓力桿的復位，所述壓力筒的出氣端通過管道與接種頭或菌種槽連通。需要說明的是，菌種槽與管道的連接部位設置有單向閥，當凸輪進行轉動時，會對壓力桿進行往復式擠壓，壓力桿在壓力筒內做往復運動，即對管道存在間歇性的壓力沖擊，在發酵菌種自重的作用下，存在著由菌種槽向下掉落的趨勢，在管道的間歇性壓力沖擊下，通過接種頭對翻拋上來的淤泥進行接種作業。
進一步地，所述發酵罐還包括用于攪拌、增氧的攪拌件，所述攪拌件的攪拌部置于所述罐體內，且與所述罐體保持動密封，所述支架上設置有緊固件，所述緊固件的一端與所述支架連接，另一端與所述罐體連接，且與罐體連接部分位于所述活動環下方。基于上述結構，能夠對發酵罐內的淤泥進行攪拌與曝氣作業。
進一步地，所述攪拌件包括：攪拌葉組、曝氣葉組、攪拌電機以及行星輪組，所述電機設置在所述罐體的上端面，且輸出端與所述行星輪組連接，所述攪拌葉組的傳動軸與所述行星輪組內的行星輪連接，所述曝氣葉組的傳動軸與所述行星輪組內的太陽輪連接，所述曝氣葉組為雙螺旋結構，所述雙螺旋結構的直徑由下至上遞減，所述曝氣葉組的傳動軸內部中空且外周面開始有通孔，所述通孔與曝氣裝置連通。需要說明的是，攪拌電機與行星輪組之間還可以接入減速箱等傳動部件，當攪拌電機啟動時，曝氣葉組的雙螺旋結構進行轉動，并且其直徑由下至上遞減，能夠將底部的淤泥攪拌至上部，同時基于行星輪組的結構，攪拌葉組相較于曝氣葉組進行反向轉動，同時對發酵罐內的淤泥進行再次攪拌，極大程度地提高了發酵罐內污泥的攪拌效率，提高了污泥內發酵菌種與空氣的接觸面積，促進了淤泥的好氧發酵過程。
進一步地，所述擺動件包括：底座、擺動電機、擺動輪以及若干擺輪組，所述底座的下方設置有用于支撐的支撐件，上方開設有密封腔室，所述擺動電機設置在所述底座上且輸出端與所述擺動輪連接，所述擺動輪轉動設置在所述密封腔室內，若干所述擺輪組間隔均布在所述密封腔室內，所述擺輪組包括：與所述擺動輪外周面抵接的活動桿、擺動桿，所述活動桿與所述密封腔室的底部活動連接且自由端活動貫穿所述密封腔室后與擺動桿的一端鉸接，所述擺動桿的中部鉸接在所述底座上，所述擺動桿的另一端與所述罐體的底部抵接，所述擺動桿通過所述擺動輪的旋轉能夠實現對罐體的周期性推動。需要說明的是，由于發酵罐連通其內部的淤泥存在較大的自重，在確保固定支撐的前提下，對發酵罐進行推動，擺動電機同樣能夠根據使用條件確定是否需要接入減速箱等結構，并且發酵罐其開始擺動之后，其自身也存在著一定的運動慣性，此時的擺動件僅需要提供明顯小于初始推動力的動力。由于活動環與罐體的中部連接，并且在彈性件的作用下，其具有一定的運動調整空間與能力，在擺動件的作用下，發酵罐在軸向上的擺動也能具有一定地“升起”的幅度。
進一步地，所述活動環的內壁開設有活動腔室，所述罐體外周面設置有與所述活動腔室配合的凸起，所述活動腔室內還設置有彈性件，所述彈性件的兩端分別于所述凸起的下端面、活動腔室的下端面固定。對于彈性件，其優選為在活動腔室間隔均布一周的高強彈簧，并且還優選為多層的圈狀結構，當發酵罐在擺動件的作用下進行擺動時，罐體外周面上的凸起能夠在活動腔室內進行活動，發酵罐的整體的直接表現形式即為軸向上的“鐘擺”運動。
一種發酵方法，包括以下步驟：步驟1，預處理，將廢棄有機物進行破碎，并將破碎后的廢棄有機物置于一級沉降池內沉降為污泥，并按照預定時間將污泥移動至二級沉降池內；步驟2，一級發酵，將步驟1中二級沉降池內的污泥泵送至發酵床內，并通過翻拋件按照預定時間進行翻拋，翻拋作業的同時進行發酵菌接種，并控制C/N在25~30范圍，發酵床內污泥的含水率控制在55%~65%范圍；步驟3，二級發酵，將步驟2中一級發酵后的污泥移動至發酵罐內，在發酵罐內完成二級發酵過程并通過發酵罐外設的加熱件進行溫度調節；步驟4，尾氣處理，在步驟3中的污泥發酵過程中，對發酵罐內產生的氣體進行持續收集并處理。基于上述步驟，
通過二次發酵中的聯動攪拌過程，可以使污泥與發酵菌種均勻混合，又可以使發酵罐內部的污泥均能與氧氣充分接觸；罐體外周面安裝有加熱器，以便在環境溫度過低時，向發酵罐補充溫度，保證發酵菌種的正常發酵活動；發酵菌種在適當的風量、合適的溫度和濕度下迅速活動，污泥的發酵溫度能夠很快達到50°C~60°C，并維持5天~7天左右后達到無害化標準；發酵過程中產生的廢氣和水蒸氣可以通過發酵罐頂部的排氣風機排出，排出后，還需要進行尾氣處理作業；發酵罐的罐體內部在豎直方向安裝有四個溫度濕度傳感器，以便對發酵罐內部的溫度和濕度進行監測。
進一步地，步驟3發酵過程中，啟動攪拌電機與擺動電機，通過活動環與擺動件能夠實現罐體在其軸向上的周期性擺動，通過攪拌件能夠實現罐體內污泥的攪拌與曝氣過程；其中罐體軸向上的擺動方向與攪拌件內曝氣葉組的轉動方向相反。攪拌方向與罐體的擺動方向相反，表現的相對攪拌能力更強，即在罐體內污泥的攪拌表現形式更為明顯，并且在持續攪拌的過程中通入空氣能夠極大程度地增大其接氧面積，進而促進污泥的好氧發酵過程。
本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：
1、本發明通過罐體結構本身的擺動為內部的污泥提供一個離心力，即內部的污泥具有產生離心運動的趨勢，在這個過程中，攪拌件還能夠通過攪拌葉組與曝氣葉組的轉動來對罐體內的污泥進行持續攪拌，并且該攪拌方向與罐體的擺動方向相反，其在罐體內污泥的攪拌表現形式更為明顯，并且在持續攪拌的過程中通入空氣能夠極大程度地增大其接氧面積，進而促進污泥的好氧發酵過程；
2、本發明的凸輪進行轉動時，會對壓力桿進行往復式擠壓，壓力桿在壓力筒內做往復運動，即對管道存在間歇性的壓力沖擊，在發酵菌種自重的作用下，存在著由菌種槽向下掉落的趨勢，在管道的間歇性壓力沖擊下，通過接種頭對翻拋上來的淤泥進行接種作業，進而實現了翻拋與接種的聯合運動過程；
3、本發明的曝氣元件使比重遠小于水的空氣以較大的動量在污水中噴出后快速上升；空氣的高速噴出與快速上升在曝氣元件噴口附近產生很強的負壓，約有空氣量1.3倍的活性污泥被吸入其中，形成空氣與污水的混合物后迅速排出；導流板使氣液混合物形成左右二股激烈的漩渦，將空氣與污水預混均勻；氣液混合物噴出時，會在傳動軸內部的曝氣元件表面形成壓力差，經過機械與液力的綜合作用，氣液混合物中的空氣被分割、打散和破碎，分散成小氣泡群，增大氣液界面，再經氣體與污水的激烈接觸和碰撞，大幅增加氧氣的傳質速率和溶氧效率，將氧氣強制性地溶于污水中。
（發明人：陳文壽）
