利用风能提温的生活垃圾堆肥装置及其方法与流程

本发明涉及一种好氧堆肥装置及方法，具体涉及一种利用风能提温的生活垃圾堆肥装置及其方法，属于固体废弃物处理及资源化领域。

背景技术：

好氧堆肥法由于处理工艺简单、物料分解较彻底、无害化程度相对较高、堆置周期短、可实现资源化和大规模采用机械处理等一系列优点，已经成为我国城镇生活垃圾处理的一种重要方法。好氧堆肥法的原理是利用微生物对有机固体废弃物的作用，将固废转化成腐熟稳定的有机肥料，同时利用堆肥过程中的高温环境杀死堆肥底物中的病菌和虫卵，达到堆肥无害化目的。温度是影响堆肥产物质量的主要因素之一，目前大多数堆肥工艺不添加热源装置，导致堆肥过程受环境温度影响较大。尤其是在我国北方地区的冬季，堆肥工艺只依靠微生物自身代谢活动产生的热量无法达到其必须的高温条件(60-70℃)，最终导致堆肥工艺周期增长、堆肥产物品质下降。近年来一些新型堆肥装置开始采用太阳能提温的方法，但这些装置在夜晚或者阴雨天气无法保证连续有效的热能供应，直接影响堆肥效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用风能提温的生活垃圾堆肥装置，通过风能-电能-热能的能量转化形式，解决堆肥系统在冬季升温较难的问题，可用于高效稳定地处理生活垃圾。本发明采用的具体技术方案如下：

一种利用风能提温的生活垃圾堆肥装置，该装置包括风能产热装置及好氧堆肥装置；所述的风能产热装置包括风力发电系统和电发热器以及储水罐，其中电发热器设置于储水罐内部，电发热器与所述的风力发电系统相连，由风力发电系统提供产热电力；所述好氧堆肥装置主体为发酵仓，发酵仓外壳呈中空状，中空部分设置有热水管路，所述储水罐与热水管路相连，形成水循环回路，水循环回路上设有用于提供循环动力的水泵；发酵仓顶部设有生活垃圾进料口和发酵排气口，生活垃圾进料口上设有可开闭的进料挡板；发酵仓内设有由电机驱动的搅拌装置、温度传感器以及氧气传感器；所述的搅拌装置以两条水平直管作为搅拌叶；发酵仓下部沿横截面铺设有滤网，滤网上方设有连接空气泵的曝气管；在滤网下方的发酵仓底部设有用于对渗滤液进行导流的斜板；发酵仓侧壁上开设有堆肥产物出料口和排液管，且所述堆肥产物出料口和排液管分别设置于滤网的上方和下方；所述的堆肥产物出料口上设置有可开闭的出料挡板。

作为优选，所述的风力发电系统包括风车叶片、发电机、蓄电池和电流控制器，风车叶片安装于发电机的输入轴上，发电机与蓄电池连接；所述的电发热器通过电流控制器与蓄电池相连。

进一步的，还包括控制装置，所述的电流控制器、水泵、空气泵、电机、温度传感器及氧气传感器均与控制装置相连。

进一步的，所述的风车叶片采用三叶片式，各叶片间的夹角为120°，均采用玻璃钢制作。

作为优选，所述的储水罐体积为好氧堆肥装置体积的1/3，罐外设有保温材料层。

作为优选，所述发酵仓的中空外壳的外壁采用绝热材料，内壁采用导热材料。

作为优选，所述的搅拌装置中，两条水平直管分别处于发酵仓的1/3和2/3高度处。

作为优选，所述的斜板的坡度角为5～10°，所述排液管的进口位于斜板最低点位置。

作为优选，所述的滤网以可拆卸形式安装于发酵仓内壁上。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述生活垃圾堆肥装置的利用风能提温的生活垃圾堆肥方法，其步骤如下：

1)风力发电系统在风力的驱动下不断产生电能，并存储于蓄电池中；蓄电池对电发热器进行供电，用于加热储水罐中的储水；

2)将经过分选的生活垃圾从好氧堆肥装置的进料口投加进入发酵仓中，直至达到目标堆肥量，通过进料挡板关闭进料口，开始进行堆肥；

3)通过水泵将储水罐中的水不断泵入发酵仓外壳中的热水管路中，通过空气泵为发酵仓中物料进行通风曝气，同时定时开启搅拌装置对堆肥物料进行翻堆；

堆肥过程中，温度传感器监测堆肥物料的实时温度，并将实时温度与当前堆肥阶段预设的目标温度进行对比，若实时温度已满足当前堆肥阶段的要求时，通过控制电流控制器停止对电加热器供电，从而使热水管路中的循环热水冷却，防止堆肥温度过高；而当实时温度低于当前堆肥阶段的要求时，通过控制电流控制器重新对电加热器供电，为堆肥装置提温；另外，氧气传感器监测堆肥过程中堆肥物料的实时含氧率，并将实时含氧率与当前堆肥阶段预设的目标含氧率进行对比，通过调节空气泵的曝气频率和曝气量来保证发酵仓内堆肥物料的含氧率满足当前堆肥阶段的要求；

4)堆肥过程中产生的多余气体通过顶部排气口排出，堆肥中产生的渗滤液透过滤网流入堆肥装置底部，并在斜板坡度的作用下被排液管导出以进行集中处理；

5)在堆肥周期结束后，打开出料挡板，将腐熟的堆肥产物从出料口取出。

本发明的有益效果在于：1、通过对堆肥装置的壳体进行设计，使得该装置能利用风能对堆肥物料进行提温，可以维持堆肥微生物正常代谢活动，提高堆肥效率和堆肥产物腐熟度，尤其是在冬季也可以使堆肥过程的高温阶段达到60-70℃；2、风能是一种可再生清洁能源，利用风能发电产热对环境友好、节约运行成本，并且可以弥补太阳能加热的缺陷，即使在夜晚和阴雨天气也能保证热量的连续传递，避免堆肥工艺受到外界环境影响；3、在发酵仓中设置温度传感器以及氧气传感器，能够实时监测堆肥物料的温度和含氧率，用于反馈调控运行温度、曝气量及搅拌程度，保证堆肥全过程均在优化条件下进行。本发明的装置实现了在低功耗条件下对生活垃圾进行减量化、无害化和资源化处理。

附图说明

图1为本发明的利用风能提温的生活垃圾堆肥装置结构示意图。

图2为本发明的发酵仓放大示意图。

图3为带有控制装置的生活垃圾堆肥装置结构示意图。

图中：1-风车叶片，2-发电机，3-支撑架，4-蓄电池，5-电流控制器，6-电发热器，7-储水罐，8-控制装置，9-水泵，10-空气泵，11-热水管路，12-发酵仓，13-进料口，14-进料挡板，15-电机，16-温度传感器，17-氧气传感器，18-排气口，19-搅拌装置，20-出料口，21-出料挡板，22-滤网，23-斜板，24-排液口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1和2所示，本发明的一个实施例中，利用风能提温的生活垃圾堆肥装置包括风能产热装置及好氧堆肥装置。

其中，风能产热装置包括风力发电系统和电发热器6以及储水罐7，电发热器6设置于储水罐7内部，当储水罐7中注水后淹没电发热器6。电发热器6与风力发电系统相连，由风力发电系统提供产热电力。风力发电系统可以采用任何现有技术中的设备，在本实施例中，风力发电系统包括风车叶片1、发电机2、蓄电池4和电流控制器5，风车叶片1安装于发电机2的输入轴上，风车叶片1接收风力并转动，从而带动发电机2产生电能。发电机2通过支撑架3支撑于地面上。发电机2与蓄电池4连接，将电能存储于蓄电池4中。电发热器6通过电流控制器5与蓄电池4相连，由电流控制器5控制供给电发热器6的电流大小，从而调节储水罐7中的水温。在本实施例中，储水罐7体积为好氧堆肥装置体积的大约1/3，罐外还设有橡塑保温材料层，以尽量减少热量损失。

好氧堆肥装置主体为发酵仓12，发酵仓12外壳呈中空状，中空部分内置贯穿壳体上下的热水管路11。储水罐7与热水管路11相连，形成水循环回路，水循环回路上设有用于提供循环动力的水泵9。在水泵9的驱动下，储水罐7中的水可以进入热水管路11中循环，进而通过调节水温改变发酵仓12内部温度。而且，发酵仓12的中空外壳的外壁采用绝热材料以尽量减少热量散失，内壁采用导热材料以快速实现水与物料之间的热交换。发酵仓12顶部设有生活垃圾进料口13和发酵排气口18，生活垃圾进料口13上设有进料挡板14，进料挡板14以铰接方式固定于生活垃圾进料口13侧壁，能够对生活垃圾进料口13进行开闭控制。而发酵仓12内部产生的气体可以通过发酵排气口18排出，排气口18后可接臭气处理装置。发酵仓12内设有一个搅拌装置19，搅拌装置19的末端由电机15驱动，搅拌装置19位于发酵仓12内的中心转轴上垂直固定有上下两条水平直管作为搅拌叶，上下搅拌叶分别处于发酵仓12的1/3和2/3高度处，搅拌叶长度可覆盖大部分堆肥底料。发酵仓12内顶部还设有一个温度传感器16以及氧气传感器17，用以实时检测仓内的物料温度和氧气含量。

另外，在堆肥过程中产生的滤液需要单独排出，不能堆积在发酵仓12内，因此仓底需要设置一个渗滤液导出结构，该结构可起到固液分离效果，包括了滤网22、斜板23以及排液口24。滤网22设置于发酵仓12内腔距离底部一定高度处，沿横截面满铺。滤网22最好以可拆卸形式安装于发酵仓12内壁上，以便于清洗更换。滤网22上方设有连接空气泵10的曝气管，通过空气泵10将空气从曝气管排出，对堆肥垃圾物料进行曝气，提高氧气含量。在滤网22下方的发酵仓12底部设有用于对渗滤液进行导流的斜板23，物料被滤网22阻拦留在滤网上方，而渗滤液则穿过滤网22落到斜板23上，在重力作用下汇集至最低点。发酵仓12侧壁上开设有堆肥产物出料口20和排液管24，且堆肥产物出料口20和排液管24分别设置于滤网22的上方和下方。堆肥产物出料口20底部与滤网22表面平齐，以便于物料取出。堆肥产物出料口20上铰接有一块出料挡板21，能够对堆肥产物出料口20进行开闭控制。发酵仓12底部斜板23的坡度角为5～10°，而排液管24的进口位于斜板23最低点位置，以便于渗滤液自流排出。堆肥产生的渗滤液经过排液管排出发酵仓12后再进行集中处理。。

基于该生活垃圾堆肥装置，可以提供一种利用风能提温的生活垃圾堆肥方法，其步骤如下：

1)风力发电系统在风力的驱动下不断产生电能，并存储于蓄电池4中；蓄电池4对电发热器6进行供电，用于加热储水罐7中的储水；

2)将经过分选的生活垃圾从好氧堆肥装置的进料口13投加进入发酵仓12中，直至达到目标堆肥量，通过进料挡板14关闭进料口13，开始进行堆肥；

3)通过水泵9将储水罐7中的水不断泵入发酵仓12外壳中的热水管路11中，通过空气泵10为发酵仓12中物料进行通风曝气，同时定时开启搅拌装置19对堆肥物料进行翻堆；

堆肥过程中，温度传感器16监测堆肥物料的实时温度，并将实时温度与当前堆肥阶段预设的目标温度进行对比，若实时温度已满足当前堆肥阶段的要求时，通过控制电流控制器5停止对电加热器6供电，从而使热水管路11中的循环热水冷却，防止堆肥温度过高；而当实时温度低于当前堆肥阶段的要求时，通过控制电流控制器5重新对电加热器6供电，为堆肥装置提温；另外，氧气传感器17监测堆肥过程中堆肥物料的实时含氧率，并将实时含氧率与当前堆肥阶段预设的目标含氧率进行对比，通过调节空气泵10的曝气频率和曝气量来保证发酵仓12内堆肥物料的含氧率满足当前堆肥阶段的要求；

4)堆肥过程中产生的多余气体通过顶部排气口18排出，堆肥中产生的渗滤液透过滤网22流入堆肥装置底部，并在斜板23坡度的作用下被排液管24导出以进行集中处理；

5)在堆肥周期结束后，打开出料挡板21，将腐熟的堆肥产物从出料口20取出。

由此可见，本发明的堆肥装置能够利用风能加热储水，然后再通过对储水的温度进行调控，进而调节堆肥装置的温度，使得该装置在外部气温无法满足堆肥要求时也可以正常运行。在该装置运行过程中，需要根据在发酵仓中设置的温度传感器以及氧气传感器，实时监测堆肥物料的温度和含氧率，用于反馈调控运行温度、曝气量及搅拌程度，保证堆肥全过程均在优化条件下进行。因此，如图3所示，在另一优选实施例中可以再设置一个用于自动控制装置运行的控制装置8，控制装置8可以采用单片机、plc、dcs等工控设备实现。上述电流控制器5、水泵9、空气泵10、电机15、温度传感器16及氧气传感器17等设备均与控制装置8相连，可实现闭环控制。下面具体介绍其运行过程如下：

风车叶片1在风力的驱动下旋转，并通过转轴驱动发电机2实现风力发电，蓄电池4储存风力发电的电势能并通过电流控制器5为储水罐7中的电发热器6供电。储水罐7中的水被电发热器6加热，在水泵9的推动下进入好氧堆肥装置中的循环热水管路11，为好氧堆肥装置提温。经过人工分选的生活垃圾从好氧堆肥装置的进料口13进入发酵仓12，堆肥过程中关闭进料挡板14；使用空气泵10为发酵仓12通风，定时开启搅拌装置19对堆肥底料进行翻堆；堆肥中产生的多余气体通过顶部排气口18排出，堆肥中产生的渗滤液透过滤网22流入堆肥装置底部，并在斜板23坡度的作用下被排液管24导出以进行集中处理；在堆肥周期结束后打开出料挡板21，将腐熟的堆肥产物从出料口20取出。利用风能提温的堆肥装置使好氧堆肥微生物即使在寒冷的冬季也能正常代谢，保证了堆肥效率和堆肥品质。

好氧堆肥不同阶段的环境要求不同，控制装置8可分阶段设置堆肥最佳工况，并在运行过程中根据设置条件和实时环境自动调控运行温度、曝气量及搅拌程度，保证堆肥全过程均在优化条件下进行。在调节堆肥温度方面，高温期堆肥温度需达到60-70℃，而升温期、降温期及腐熟期的堆肥温度不能过高，控制装置8可通过操纵电流控制器5控制通向电加热器6的电流，从而调控堆肥不同阶段的温度。根据温度传感器16反馈的堆肥温度，当温度已满足该堆肥阶段的要求时，控制装置8命令电流控制器5停止对电加热器6供电，从而使热水管路11中的循环热水冷却，防止堆肥温度过高；而当温度低于条件时，电流控制器5重新对电加热器6供电，为堆肥装置提温。在调节堆体含氧率方面，根据氧气传感器17的反馈，控制装置8通过调节空气泵10的曝气频率和曝气量来调节发酵仓12内的氧气含量。此外，控制装置8还可以控制搅拌装置19对堆肥底物进行定期搅拌。

控制装置8与各设备间的具体连接方式可以根据实际需要进行设计，可以采用任何能够实现相应功能的连接方式，对此本发明不做限定。当然，控制装置8也可以根据需要进行省略，并非必要部件。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。