一种炭基肥发酵系统及发酵方法与流程

本发明涉及环保行业污泥处理技术领域，特别涉及一种炭基肥发酵系统及发酵方法。

背景技术：

污泥是城市污水处理厂的主要副产物之一，随着城市化的发展和环保要求的提高，污泥的产量急剧增加。污泥中含有大量病菌、寄生虫及有害物质(如重金属)且常伴有臭味，将其任意堆放或处理不当，都可能造成二次污染。此外，除了上述物质，污泥中还含有大量的有机质，如果任意堆放处置会使得大量有机质白白浪费掉。将污泥进行发酵堆肥是对污泥进行利用的一种重要方式。

现有的好氧发酵堆肥方式存在的问题是，污泥容易结成块，导致与空气接触不充分，存在部分厌氧的情况。虽然通过加入秸秆减轻污泥结块的现象，但仍不能达到理想的效果。同时，发酵产生的炭基肥还存在肥水容易流失的问题。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题在于克服现有的好氧发酵污泥容易容易结成块导致存在部分厌氧的情况及产生的炭基肥还存在肥水容易流失的问题，提供一种提高污泥的蓬松度并可使炭基肥保肥保水的炭基肥发酵系统及发酵方法。

本发明的炭基肥发酵系统，包括接收物料并对物料进行混合的物料混合单元和对混合后的物料进行发酵的物料发酵单元，还包括对完成发酵的部分物料进行热解碳化使其生成生物炭的物料热解单元，所述物料混合单元接收所述物料热解单元生成的生物炭并将其与接收的其它物料混合在一起。

作为优选，所述物料混合单元包括污泥仓、秸秆仓、生物炭仓及接收污泥仓、秸秆仓和生物炭仓的物料并对其进行混合的螺旋输送机，所述污泥仓的出料口、秸秆仓的出料口和生物炭仓的出料口均带有计量装置。

作为优选，所述炭基肥发酵系统还包括对完成发酵的物料进行筛分的物料筛分单元，所述物料混合单元还包括返混仓，所述混料仓的出料口设有计量装置，所述物料筛分单元与所述返混仓直接或者间接连接将筛分出来的未完全发酵的物料输送至所述返混仓。

作为优选，所述物料筛分单元为滚筒筛。

作为优选，所述物料热解单元包括碳化炉和向所述碳化炉供应热烟气的热风炉，所述碳化炉与热风炉相通将碳化炉内物料热解产生的热解气送至热风炉内燃烧。

作为优选，所述炭基肥发酵系统还包括与所述热风炉连接以接收热风炉的热烟气的空气混合单元，所述空气混合单元与所述物料发酵单元连接将热烟气和空气的混合气体输送到所述物料发酵单元内。

作为优选，物料发酵单元包括机架和安装在机架上的至少一个好氧发酵滚筒，所述好氧发酵滚筒包括筒体和驱动所述筒体相对于所述机架旋转的筒体驱动装置，所述筒体内壁设有引导物料运动的导流装置，所述筒体内设有对物料进行翻抛破碎的翻抛装置，所述翻抛装置位于所述筒体的旋转轴线与导流装置之间。

作为优选，所述物料发酵单元包括机架和安装在机架上的至少两个好氧发酵滚筒，所述支架包括设在相邻两个好氧发酵滚筒之间的第一连接架、设在最前端的好氧发酵滚筒的出料端的第二连接架及设在最后端的好氧发酵滚筒的进料端的第三连接架，前一个好氧发酵滚筒的进料端与所述第一连接架可相对旋转地连接且构成动态密封，后一个好氧发酵滚筒的出料端与该第一连接架可相对旋转地连接且构成动态密封，第三连接架具有封闭的外端面，该外端面设有进料口，第二连接架具有封闭的外端面，该外端面设有进料口，所述“前”是指物料输送的水平方向。

作为优选，所述翻抛装置位于所述筒体旋转轴线的上方且在所述筒体旋转方向上位于自所述筒体的轴心向上延伸的径线的上游。

作为优选，所述翻抛装置包括平行于所述筒体旋转轴线的转动轴、驱动所述转动轴旋转的翻抛驱动装置及设在所述转动轴上的至少一组翻动齿，所述转动轴通过轴承安装在机架上，所述翻抛驱动装置固定安装在所述机架上，每组翻动齿包括多个螺旋形排列在转动轴外壁上的翻动齿。

本发明还提供一种炭基肥发酵方法，包括以下步骤：

(1)对各物料进行配比并混合，混合的物料包括污泥、秸秆、返混料和生物炭；

(2)对混合后的物料进行发酵；

(3)对部分完成发酵的物料进行热解碳化，其它完成发酵的物料作为成品炭基肥；

(4)将热解产生的生物炭供应给步骤(1)作为其中的生物炭物料。

作为优选，还包括在步骤(2)和步骤(3)之间的步骤(5)，步骤(5)包括：对发酵后的物料进行筛分，未完全发酵的筛上物被供应给步骤(1)作为其中的返混料，完全发酵的部分筛下物进行步骤(3)。

作为优选，步骤(3)中采用热解碳化炉对物料进行碳化，热解碳化炉包括碳化炉和向所述碳化炉供应热烟气的热风炉，所述热风炉中产生的部分热烟气与外界空气混合后供应给步骤(2)中对物料进行发酵的设备以保持物料发酵的温度。

作为优选，所述热风炉中产生的部分热烟气与外界空气混合后形成的混合气体的温度为48-52℃。

作为优选，所述碳化炉内物料热解产生的热解气通入所述热风炉内作为燃料。

作为优选，在步骤(2)中，在对物料进行发酵的过程中对物料进行翻抛破碎。

作为优选，在步骤(1)中，污泥、秸秆、返混料、生物炭的混合比例为20：(2-4)：(1.2-4)：1。

本发明的炭基肥发酵系统和发酵方法与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本发明的炭基肥发酵系统和发酵方法通过将物料热解成为生物炭供应至物料混合单元，生物炭接收的其它物料混合在一起，生物炭具有较大的孔隙率，可以使混合物料的蓬松程度大大增加，从而使混合物料可与空气更充分地接触，减少局部厌氧的情况。同时，由于生物炭具有较大的空隙率，混合在炭基肥中，可起到保肥保水的作用。同时，通过热解碳化，污泥中的重金属被固化在生物炭中，可防止重金属发生迁移。另外，由于添加了生物炭，可使得起相同作用的秸秆的使用量减少。

2、本发明的炭基肥发酵系统和发酵方法还可以将未完全发酵的物料筛分出来，将未完全发酵的物料输送至所述返混仓重新进行混合再次发酵，可提高最后形成的炭基肥的质量，同时节约了物料。

3、炭基肥发酵系统和发酵方法将热风炉的热烟气和空气的混合气体输送到所述物料发酵单元内。这样不必为发酵另外设置热源，节约了能源。

4、炭基肥发酵系统的物料发酵单元的好氧发酵滚筒相对于现有技术增加了翻抛装置，可对筒体内运动的物料进行翻抛破碎，物料被翻抛的过程中会有更大的面积与空气接触，物料破碎也会增大与空气接触的面积，从而使得物料可以均匀且充分地与空气接触。同时，由于底部不需要设置曝气装置，因此不会造成堵塞，减少产生局部厌氧的情况。

5、炭基肥发酵系统的物料发酵单元具有多个好氧发酵滚筒，每个好氧发酵滚筒的旋转速度是可以单独进行调节的，可以根据物料发酵的实时情况和要求来调节每个好氧发酵滚筒的旋转速度，可更精确地控制发酵的速度和程度。

附图说明

图1为本发明一个实施例的炭基肥发酵系统的结构示意图。

图2为本发明一个实施例的炭基肥发酵系统的物料发酵单元的剖视图。

图3为本发明一个实施例的炭基肥发酵系统的物料发酵单元的好氧发酵滚筒的立体图。

图4为本发明一个实施例的炭基肥发酵系统的物料发酵单元的好氧发酵滚筒的左视图。

附图标记

1物料混合单元，11污泥仓，12秸秆仓，13生物炭仓，14返混仓，15螺旋输送机，

2物料发酵单元，21筒体，211从动辊，212导流板，2121径向段，2122倾斜段，22底座，23筒体驱动装置，231主动托辊，232从动托辊，233联轴器，234电机，235链条，24翻抛装置，241转动轴，242翻动齿，243电机，244链条，25挡辊，261第一连接架，262第二连接架，263第三连接架，264进料口，265出料口，266支撑脚。

3物料筛分单元

4物料热解单元

5第一输送装置；

6第二输送装置；

7第三输送装置。

具体实施方式

图1为本发明一个实施例的炭基肥发酵系统的结构示意图，如图1所示，本发明的炭基肥发酵系统，包括接收物料并对物料进行混合的物料混合单元1和对混合后的物料进行发酵的物料发酵单元2，还包括对完成发酵的部分物料进行热解碳化使其生成生物炭的物料热解单元4，所述物料混合单元1接收所述物料热解单元4生成的生物炭并将其与接收的其它物料混合在一起。

本发明的炭基肥发酵系统设置了物料热解单元4且将热解产生的生物炭供应至物料混合单元1，生物炭接收的其它物料混合在一起，生物炭具有较大的孔隙率，可以使混合物料的蓬松程度大大增加，从而使混合物料在发酵时可与空气更充分地接触，减少局部厌氧的情况。同时，由于生物炭具有较大的空隙率，混合在炭基肥中，可起到保肥保水的作用。通过热解碳化，污泥中的重金属被固化在生物炭中，可防止重金属发生迁移。另外，由于添加了生物炭，可使得起相同作用的秸秆的使用量减少。

所述物料混合单元1包括污泥仓、秸秆仓、生物炭仓及接收污泥仓、秸秆仓和生物炭仓的物料并对其进行混合的螺旋输送机15，各料仓的出料口均设有计量装置，可使各物料按照设定的重量比混合。螺旋输送机15置于各料仓底部，在重力的作用下，物料从各料仓的出料口按照设定的速度均匀输出到螺旋输送机15上，螺旋输送机15采用现有的结构，具有外壳、设在外壳内的水平的旋转轴和设在旋转轴上的螺旋形的输送板，在旋转轴转动的过程中，物料螺旋形移动从而混合在一起。

在本实施例中，炭基肥发酵系统还包括将螺旋式输送机输送的物料送至物料发酵单元2的第一输送装置5，所述第一输送装置5采用斗式提升机，斗式提升机的出料端位于所述物料发酵单元2的进料端的上方。所述炭基肥发酵系统还包括将生物炭输送至生物炭仓的第三输送装置7，所述第三输送装置7采用螺旋输送机。

所述炭基肥发酵系统还包括对完成发酵的物料进行筛分的物料筛分单元3，所述物料混合单元1还包括返混仓14，所述物料筛分单元3与所述返混仓14直接或者间接连接将筛分出来的未完全发酵的物料输送至所述返混仓14。所述物料筛分单元3为滚筒筛。通过筛分单元将未完全发酵的物料筛分出来，将未完全发酵的物料输送至所述返混仓14重新进行混合再次发酵，可提高最后形成的炭基肥的质量，同时节约了物料。

在本实施例中，所述炭基肥发酵系统还包括将筛分出来的完全发酵的部分物料输送至物料热解单元4的第二输送装置6，所述第二输送装置6采用斗式提升机。

所述物料热解单元4包括碳化炉和向所述碳化炉供应热烟气的热风炉，所述炭基肥发酵系统还包括与所述热风炉连接以接收热风炉的热烟气的空气混合单元，所述空气混合单元与所述物料发酵单元2连接将热烟气和空气的混合气体输送到所述物料发酵单元2内。这样不必为物料发酵单元2另外设置热源，节约了能源。

所述碳化炉与热风炉相通将碳化炉内物料热解产生的热解气送至热风炉内燃烧，热解气是可燃烧的燃料，如此可以节约热风炉的燃料。在本实施例中，热风炉采用秸秆作为燃料，当然在其它实施例中，也可以采用其它燃料。

物料发酵单元2包括机架和安装在机架上的至少一个好氧发酵滚筒，所述好氧发酵滚筒包括筒体21和驱动所述筒体21相对于所述机架旋转的筒体驱动装置，所述筒体21内壁设有引导物料运动的导流装置，所述筒体21内设有对物料进行翻抛破碎的翻抛装置24，所述翻抛装置24位于所述筒体的旋转轴线与导流装置之间。

在本实施例中，所述物料发酵单元2包括机架和安装在机架上的三个好氧发酵滚筒。在本实施例中，所述筒体21的外壁固定有两个平行的环形从动辊211，所述好氧发酵滚筒还包括位于所述筒体21下方的底座22。所述滚筒驱动装置包括两组托辊及动力装置，其中每组托辊包括分别位于所述筒体21底部两侧的主动托辊231和从动托辊232，两个所述主动托辊231位于所述筒体21的同一侧且通过联轴器233连接，所有托辊均通过轴承安装在所述底座22上且均与所述从动辊211配合。其中一个所述主动托辊231在所述动力装置的驱动下旋转，在本实施例中，动力装置为电机234，通过链条235传动将动力传递给主动托辊231。另一个托辊在联轴器233的传动下同步旋转，两个主动托辊231分别与两个从动辊211配合，带动筒体21旋转。从动托辊232与从动辊211配合，也同时旋转。

所述翻抛装置24位于所述筒体21旋转轴线的上方且在所述筒体21旋转方向上位于自所述筒体21的轴心向上延伸的径线的上游。筒体21的旋转方向显示在图4中为顺时针，此时翻抛装置24位于筒体21轴线的左上方，即，以通过筒轴线的水平线为横轴，以通过筒轴线的竖直线为纵轴，将筒体21内划分为四个象限，则翻抛装置24位于第二象限。在其它的实施例中，如果筒体21的旋转方向为逆时针，此时翻抛装置24应该位于第一象限，即轴线的右上方。这样设置的目的是为了使翻抛装置24靠近物料在刚刚从导流装置掉落的位置，可以接收到尽可能多的物料并对其进行翻抛破碎。

作为优选的方案，所述翻抛装置24包括平行于所述筒体21旋转轴线的转动轴241、驱动所述转动轴241旋转的翻抛驱动装置及设在所述转动轴241上的至少一组翻动齿242。所述转动轴241通过轴承安装在机架上，所述翻抛驱动装置固定安装在所述机架上。每组翻动齿242包括多个螺旋形排列在转动轴241外壁上的翻动齿242。

在本实施例中，转动轴241的长度与筒体21相当，转动轴241设有一组翻动齿242，翻动齿242为焊接在转动轴241上的钢板，螺旋形的旋转方向与筒体21的旋转方向一致，翻动齿242可以破碎物料，优选由耐磨损材料制成。翻动齿242由耐磨材料制成，在翻动物料的过程中可以破碎物料，使物料充分与空气接触。翻抛驱动装置可采用电机243，通过齿轮或者链条244驱动转动轴241旋转。

所述导流装置包括多组导流板212，每组导流板212包括多个沿所述筒体21的内壁螺旋形排列的导流板212，多组导流板212之间是平行设置的。所述导流板212包括径向延伸的径向段2121和相对于所述径向段2121倾斜的倾斜段2122，所述径向段2121一端与筒体21的内壁连接，另一端与所述倾斜段2122的一端连接，所述倾斜段2122用于施加防止物料从径向段2121脱离的力。

在本实施例中，导流板212排列的螺旋形的旋转方向与翻动齿242排列的螺旋形的旋转方向是相同的，同时也与筒体21的旋转方向是相同的，从而即可使得物料螺旋形向前移动。倾斜段2122的设置可以使导流板212在筒体21的旋转过程中将物料举起的更高，使物料在靠近筒体21顶部的位置下落，从而可使更多的物料落在翻抛装置24上。

本发明的炭基肥发酵系统在对物料进行发酵的过程中可对筒体内的物料进行翻抛破碎，物料被翻抛的过程中会有更大的面积与空气接触，物料破碎也会增大与空气接触的面积，从而使得物料可以均匀且充分地与空气接触。

在本实施例中物料发酵单元包括三个好氧发酵滚筒，在其它实施例中，可以根据需要设置2、4或5个等数量的好氧发酵滚筒。所述支架包括设在相邻的两个好氧发酵滚筒之间的第一连接架261、设在最前端的好氧发酵滚筒的出料端的第二连接架262及设在最后端的好氧发酵滚筒的进料端的第三连接架263。前一个好氧发酵滚筒的进料端与所述第一连接架261可相对旋转地连接且构成动态密封，相邻的后一个好氧发酵滚筒的出料端与该第一连接架261可相对旋转地连接且构成动态密封。第三连接架263具有封闭的外端面，该外端面设有进料口264。第二连接架262具有封闭的外端面，该外端面设有出料口265，在本发明中，所述“前”是指物料输送的水平方向。

本发明提供的炭基肥发酵系统的物料发酵单元2的第三连接架263的外端面还设有进风口(图中未示出)，第三连接架263的外端面设有出风口(图中未示出)，在本实施例中，进风口和出风口均位于筒体21轴线的上方。其中一个所述连接架，如第三连接架263设有使空气从进风口进入筒体21内并从出风口排出的引风装置(图中未示出)，引风装置可采用现有的引风机或者排风机(图中未示出)。或者在第二连接架262上设置鼓风机(图中未示出)。发酵产生的尾气通过引风装置送入尾气处理装置经过处理后排放进入大气中。

在本实施例中，翻抛装置的转动轴241一端在筒体21的进料端内，另一端伸到连接架内，每个所述好氧发酵滚筒的翻抛装置24的翻抛驱动装置安装在与该好氧发酵滚筒连接的连接上，各个连接架还设有支撑脚266。

一种炭基肥发酵方法，包括以下步骤：

(1)对各物料进行配比并混合，混合的物料包括污泥、秸秆、返混料和生物炭；作为优选的方案，污泥、秸秆、返混料、生物炭的混合比例为20：(2-4)：(1.2-4)：1。在本实施例中，在步骤(1)中，污泥、秸秆、返混料、生物炭的有机质含量分别依次为50％、98％、98％、0，含水率一次分别为80％、10％、40％、0，密度依次分别为1.0t/m³、0.2t/m³、0.4t/m³、0.8t/m³。在本实施例中，按照污泥0.625t/h、秸秆0.0625t/h、返混料0.038t/h、生物炭0.0313t/h的量进行混合，混合后向物料发酵单元2输送物料约0.756t/h，混合物料含水率约69％，有机质含量约59％。

(2)对混合后的物料进行发酵。

(3)对完成发酵的部分物料进行热解碳化，其它完成发酵的物料作为成品炭基肥。

(4)将热解产生的生物炭供应给步骤(1)作为其中的生物炭物料。

本发明的炭基肥发酵方法通过对完成发酵的部分物料进行热解碳化且将热解产生的生物炭供应至物料混合的步骤，生物炭具有较大的孔隙率，可以使混合物料的蓬松程度大大增加，从而使混合物料可与空气更充分地接触，减少局部厌氧的情况。同时，由于生物炭具有较大的空隙率，混合在炭基肥中，可起到保肥保水的作用。同时，通过热解碳化，污泥中的重金属被固化在生物炭中，可防止重金属发生迁移。另外，由于添加了生物炭，可使得起相同作用的秸秆的使用量减少。

作为优选的方案，还包括在步骤(2)和步骤(3)之间的步骤(5)，步骤(5)包括：对发酵后的物料进行筛分，未完全发酵的筛上物被供应给步骤(1)作为其中的返混料，完全发酵的部分筛下物进行步骤(3)其它的筛下物作为炭基肥成品。本发明通过将未完全发酵的筛上物筛分出来并重新进行发酵，可提高炭基肥的质量，同时节约了物料。

作为优选的方案，步骤(3)中采用热解碳化炉对物料进行碳化，热解碳化炉包括碳化炉和向所述碳化炉供应热烟气的热风炉，所述热风炉中产生的部分热烟气与外界空气混合后供应给步骤(2)中对物料进行发酵的设备以保持物料发酵的温度。

本发明通过热解步骤对发酵步骤提供发酵所需的热量，不需要另外设置热源，可以节约能源。作为进一步的优选，在本实施例中，所述热风炉中产生的部分热烟气与外界空气混合后形成的混合气体的温度为48-52℃。发酵产生的尾气经环保处理后排放到大气环境中。

作为进一步的优选，在本实施例中，所述碳化炉内物料热解产生的热解气通入所述热风炉内作为燃料，可以节约热风炉的燃料。

在步骤(2)中，在对物料进行发酵的过程中对物料进行翻抛破碎，可以进一步增加物料与空气的接触，减少局部厌氧的情况。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出的各种修改或等同替换也落在本发明的保护范围内。