一种智能封闭式温控管道有机垃圾、污水沼气发生系统的制作方法

本发明涉及有机废弃物处理技术领域，具体涉及一种智能封闭式温控管道有机垃圾、污水沼气发生系统。

背景技术：

随着我国经济的高速发展以及人口的增长，城乡生活垃圾、污水、食品工业下脚料、养殖场的畜禽粪污、农作物秸秆等这些富含有机质的垃圾产量越来越大，环境污染压力越来越大。现有的污水处理厂主要为好氧处理，对有机质浓度过高的污水处理、负荷过重、处理难度增大，影响处理效果，处理后排放造成了资源浪费，采用厌氧处理工艺，回收利用能源逐渐成为污水处理的取向。目前厌氧处理工艺普遍采用有塞流式、升流式以及挡板式处理器等，这些处理器设计复杂，使用机电动力、能耗高，埋下燃气火灾安全隐患，实际操作中管理把控技术要求高，维修困难，处理过程中若遇到有机负荷过大、过低，温度、ph值的变化，偶尔有毒物质抑制等发酵环境欠平衡状态，会出现“死机”厌氧消化的停顿。

我国生活垃圾中的有机成分与国外发达国家相比，有很大的差别，其纸张的含量较低，厨余垃圾、绿化垃圾等的含量较高，且厨房垃圾的含水率较高，一般含水率为70％～80％，瓜皮等的含水率可高达95％以上。焚烧垃圾具有回收热能和垃圾减量最彻底的优点，焚烧后垃圾体积可减少80％～95％，然而有机垃圾水分高，净热值低，不适宜焚烧，且焚烧易产生“二噁英”类物质，造成严重的环境污染。直接填埋垃圾又会产生大量填埋场渗滤液，处理不好极易污染地下水及地面水，渗滤液因其组成复杂，浓度高，处理的代价也很大。采用堆肥方式处理垃圾，可使垃圾变成有机肥，但这种垃圾肥的肥效低，销售有限，发展余地不大。

有机物中含有大量的水分、碳水化合物、脂肪和蛋白质等，是进行生物处理的物质基础。厌氧发酵是有机物在厌氧条件下通过微生物的代谢活动而被消耗，同时伴有甲烷和二氧化碳等的产生。厌氧发酵因能产生回收利用方便的沼气，所以又称沼气发酵。厌氧处理过程中不需要供氧，动力消耗低，有机物大部分转变为沼气可作为生物能源，发酵残渣残液无害化程度好，寄生虫卵和病原微生物在发酵过程中能被杀灭，有机物发酵后能成为肥效更高的肥料，同时还可以与污泥一起被制成新型生物质燃料——燃烧棒rdf。所以厌氧发酵在生态农业的研究和实践中常被作为建立良性循环农业生态系统中一个重要环节加以利用，受到越来越多的关注。厌氧发酵根据温度不同可分为常温发酵(自然温度)、中温发酵(30～40℃)和高温发酵(50～60℃)。厌氧发酵的温度与产气量呈正比关系，产气量是表征厌氧发酵优劣的重要参数，它们之间关系的实质是发酵底物的消化速率，温度越高，有机物的分解速率越快。

目前已开发的中高温厌氧发酵技术发酵所需的设备种类繁多，设计复杂，增加了工艺成本，机械电力多，埋下点燃沼气的安全隐患，管理维护困难，维护运转成本高，对发酵所产生的沼液、沼渣不能够得到有效的处理。由于发酵系统内高固含率物料流动性差，生熟料混杂，发酵不完全，物料之间的传热效果差，难于保持发酵罐内物料温度的恒定及传热均匀，进出料困难。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供了一种智能封闭式温控管道有机垃圾、污水沼气发生系统。此系统可实现连续(随时)自动进料、便于污物大量处理、操作简单、投资少，按进料先后顺序发酵，自动出料，分段取气，物料自动分离，不结壳，少存渣，发酵完全，产气率高(比传统沼气池提高65％)，不受季节温差影响，省去机械动力。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种智能封闭式温控管道有机垃圾、污水沼气发生系统，所述系统包括顺序连接的破碎机械、堆沤式自卸过滤进料箱、有机垃圾污水沼气发生装置和发酵物料利用装置；所述堆沤式自卸过滤进料箱内设置机械搅拌装置，堆沤式自卸过滤进料箱出料口设置过滤网；所述有机垃圾污水沼气发生装置包括若干个有机垃圾污水处理器，每个有机垃圾污水处理器内设置用于供热的集热盘管；在相邻的两个有机垃圾污水处理器之间设置沼渣收集器；所述发酵物料利用装置包括沼液存放池和沼气利用系统，有机垃圾污水沼气发生装置分别连接沼气利用系统和沼液存放池。

作为本发明的进一步方案，所述有机垃圾污水处理器包括进料口、出料口、水平处理管道、进料口感应阀门和出料口感应阀门，所述进料口和出料口为弯管，所述进料口和出料口的弯管在安装时，弯管头的最低点低于水平处理管道管径上端水平线0.3m～3.5m；所述进料口感应阀门、出料口感应阀门为扇贝形仿生智能阀门或鸭嘴止回阀门中的任何一种；所述水平处理管道上端设置沼气导气孔，沼气导气孔通过沼气收集导管连接沼气利用系统；所述进料口感应阀门安装在进料口，出料口感应阀门安装在出料口。

作为本发明的进一步方案，所述进料口的扇贝形仿生智能感应阀门和出料口的扇贝形仿生智能感应阀门均包括可开合的柔性扇贝形阀嘴和与阀嘴贯通连接的阀体，所述阀体前端口为圆柱形或方形中的任一种，圆形阀体前端口的直径为5～4000毫米，方形阀体前端口长5～4000毫米、宽5～4000毫米；所述可开合的柔性扇贝形阀嘴设置唇面，所述唇面宽度为2mm～300mm；阀嘴的唇面的外围设置了柔性渐薄裙边，所述柔性渐薄裙边的宽度为2mm～3000mm。

作为本发明的进一步方案，所述出料口的扇贝形仿生智能感应阀门的正向开启压力大于进料口的扇贝形仿生智能感应阀门的正向开启压力。

作为本发明的进一步方案，所述集热盘管是通过地暖式温控供热系统和太阳能集热器中的任一种方式来对有机垃圾污水沼气发生器供热的。

作为本发明的进一步方案，所述沼渣收集器顶部和底部分别设置螺旋封闭盖和安装座，两端均与有机垃圾污水处理器连接，沼渣收集器底部安装座比有机垃圾污水处理器水平管径下端低30cm—200cm。

作为本发明的进一步方案，所述破碎机械前端设置初筛装置，用于有机垃圾在进入破碎机械粉碎之前筛选出玻璃、金属、建筑垃圾、塑料、有毒物件不能发酵的无机物。

作为本发明的进一步方案，所述发酵物料利用装置包括用于将发酵完全并流入沼液存放池的部分沼液泵回至堆沤式自卸过滤进料箱的菌液回用系统，所述菌液回用系统一端连接沼液存放池，另一端连接堆沤式自卸过滤进料箱。

作为本发明的进一步方案，所述有机垃圾污水沼气发生装置和沼气利用系统之间设置沼气提纯装置。

本发明的有益效果：

(1)此系统可实现连续(随时)自动进料、按进料先后顺序发酵，自动出料，分段取气，物料自动分离，不结壳，少存渣，发酵完全，产气率高(比传统沼气池提高65％)，不受季节温差影响，省去机械动力；实现垃圾源产生随时处理，特别在农村可随时处理所产生的垃圾，实时控制污染源头；

(2)此系统中采用的有机垃圾及污水处理器结构紧凑，成本低，处理器本身的进料口、出料口以及自然形成水面层封的水位静水压的封闭确保了处理器处于厌氧条件的设置；

(3)采用新型的扇贝形仿生智能阀门具有“正向排流、反向止回”的功能，有“一阀双关”的逆止功效，密封性能好，逆止污水及气体效果更佳；扇贝形仿生智能阀门不需其它运行部件，不需人力和电力，解决了有机质发酵产生沼气过程中机械及电力运用不当易引起沼气爆炸的安全问题。

(4)此系统加工制作的来料方便低廉，安装简单，维修方便，管道可在市场上随意选购或定制大口径、耐腐蚀、密封性能良好的圆柱体或方形管道加工设计，克服了传统沼气池罐投资大、电动机械过多维修麻烦、建设周期长、易漏气、产气低、受季节影响温差制约、后期维护费用高和报废率高的缺点。

(5)此系统中有机垃圾处理器，每个处理单元内会自然形成一个活性污泥床，整个处理系统会行成一个强大的微生物集群，进而形成强大的处理能力、承载负荷能力极强，杜绝了现行其它处理工艺中出现的因负荷过大、过低，短流，温度、ph值的变化，偶尔有毒物质抑制等发酵环境欠平衡状态，出现“死机”厌氧消化的停顿问题。

(6)此系统处理过程中因进出料的不断流动、产生沼气的一个向上升流，毋需再加装搅拌装置，不会出现结壳现象。

(7)使用寿命长，寿命取决于管道材质和扇贝形仿生智能阀门，寿命可达50年之久，维护费用极低。

附图说明

图1为本发明的智能封闭式温控管道有机垃圾、污水沼气发生系统的结构示意图；

图2为本发明的有机有机垃圾污水沼气发生器的结构示意图；

图3为本发明的扇贝形仿生智能感应阀门的结构示意图；

图中：1-初筛装置、2-破碎机械、3-堆沤式自卸过滤进料箱、4-有机垃圾污水处理器、5-沼渣收集器、6-沼液存放池、7-沼气收集导管、8-沼气提纯装置、9-沼气利用系统、10-菌液回用系统、11-进料口、12-出料口、13-水平处理管道、14-进料口的扇贝形仿生智能感应阀门、15-出料口的扇贝形仿生智能感应阀门、16-集热盘管、17-沼气收集导管、18-沼气利用装置、19-集、分水器、20-循环泵、21-沼气导气孔、22-可开合的柔性扇贝形阀嘴、23-阀体、24-柔性渐薄裙边、25-唇面、26-安装部、27-承压部

具体实施方式

展示一下实例来具体说明本发明的某些实施例，且不应解释为限制本发明的范围。对本发明公开的内容可以同时从材料、方法和反应条件进行改进，所有这些改进，均应落入本发明的的精神和范围之内。

实施例：智能封闭式温控管道有机垃圾污水沼气发生系统

如图1所示，一种智能封闭式温控管道有机垃圾、污水沼气发生系统，所述系统包括顺序连接的初筛装置1、破碎机械2、堆沤式自卸过滤进料箱3、有机垃圾污水沼气发生装置和发酵物料利用装置。其中初筛装置1用于有机垃圾在进入破碎机械粉碎之前筛选出玻璃、金属、建筑垃圾、塑料、有毒物等不能发酵的无机物，初筛装置1可以是常见的生活垃圾分类设备，也可以通过人工筛选。破碎机械2根据垃圾破碎量可在市场上选购，破碎颗率细目最好在150mm以下。堆沤式自卸过滤进料箱3用于有机垃圾发酵处理之前进行进料和过滤，内设机械搅拌装置，并在其出料口处设置过滤网，进一步过滤掉初筛过程中未筛选出玻璃、金属、建筑垃圾、塑料等不能腐蚀的无机物，池内堆沤物充满即液压自卸物料进入有机垃圾处理装置。根据要处理的垃圾量和取气的分段情况，有机垃圾污水沼气发生装置包括若干个有机垃圾污水处理器4，每个有机垃圾污水处理器内设置用于供热的集热盘管，在相邻两个有机垃圾污水处理器4相联之间设置沼渣收集器5，便于疏通取渣，使其不同区间污水垃圾流转顺畅无堵，沼渣收集器5为“井”字形、箱式形、圆柱形均可，其材质可用玻璃钢、不锈钢、pe等耐腐蚀材料制作，其顶部和底部分别设置封闭盖和安装座，两端均与有机垃圾污水沼气发生器连接，端面联通管口径与处理器水平管径一致，沼渣收集器底部安装座落比有机垃圾污水处理器水平管径下端低30～200cm，便于沼渣的沉集、疏通。发酵物料利用装置包括沼液存放池6和沼气利用系统9，有机垃圾污水沼气发生装置通过管道分别连接沼气利用系统和沼液存放池。在有机垃圾污水处理器4上端分别安装沼气收集导管7，发酵产生的沼气经沼气提纯装置8提纯后导入储气罐后输入到沼气利用系统9加以利用；沼液存放池6用于存放发酵完全的沼液，在本实施中，发酵物料利用装置还包括菌液回用系统10，所述菌液回用系统10一端连接沼液存放池6，另一端连接堆沤式自卸过滤进料箱3，菌液回用系统将发酵完全并流入沼液存放池的部分沼液泵回至堆沤式自卸过滤进料箱，调节物料的ph值，便于发酵菌剂与新料的充分混合，催化发酵过程。

如图2所示，所述有机垃圾污水处理器4包括进料口11、出料口12、水平处理管道13、进料口的扇贝形仿生智能感应阀门14和出料口的扇贝形仿生智能感应阀门15，进料口11和出料口12为弯管，在安装弯管时，弯管头的最低点低于水平处理管道13管径上端水平线0.3m～3.5m，便于阻止产生的沼气下唹促进静水压力层面的形成；水平处理管道13上端设置沼气导气孔21，沼气导气孔通过沼气收集导管17连接沼气利用装置18；在有机垃圾污水处理器4的水平处理管道13的侧端穿过密封管道伸入管道内设置集热盘管16，集热盘管16通过导线连接集、分水器19和循环泵20，从而控制对有机垃圾及污水处理器进行供热，确保管体内一直保持中、高温发酵温度，案例中多于沼气锅炉、燃气炉或沼气发电余热为热源，该地暖式温控供热系统与房屋安装的地暖系统一样，包括分水器、集水器、循环泵、若干条与有机垃圾污水处理器相通的加热盘管，水从供水主管进入，经过过滤后进入供热管路系统，经过分水器对供水进行分配后回收到集水器中，集水器将供温系统的高温水与通往各处理器的回水混合达到供热需求的温度，通过自力式远传温控阀、热电三通阀、电动两通阀、恒温混水阀等控制。

进料口的扇贝形仿生智能感应阀门14安装在进料口11，出料口的扇贝形仿生智能感应阀门15安装在出料口12，出料口的扇贝形仿生智能感应阀门15的正向开启压力大于进料口的扇贝形仿生智能感应阀门14；进料时，进料口端安装正向开启压力较小的扇贝形仿生智能阀，确保随时接纳待处理的垃圾。出料时，在出料口端安装正向开启压力较大的扇贝形仿生智能阀，当物料达到设置上限或一定压力时，阀门自动打开，物料在重力作用下自动流入下一个工作程序的设备。进料口11、出料口12与前后连接的进料池或沼渣收集器会自然形成水面层封的静水压对处理器的发酵环境再一次的进行厌氧封闭，因此，本实施例的进料口、出料口以及水位静水压的封闭确保了处理器处于厌氧封闭状态，符合沼气发酵厌氧条件的设置。

如图3所示，本实施例中进料口的扇贝形仿生智能感应阀门14和出料口的扇贝形仿生智能感应阀门15，该阀门包括可开合的柔性扇贝形阀嘴22和与阀嘴贯通连接的阀体23，阀体前端口为圆柱形或方形，便于法兰等连接安装；可开合的柔性扇贝形阀嘴设置唇面25，唇面25宽度为2mm～300mm，用于流体通过和气流回止。阀嘴唇面的外围设置了柔性渐薄裙边24，柔性渐薄裙边24的宽度为2mm～3000mm，主要用以气体、污水的排放回止，具有“正向排流、反向止回”功能，仿生扇贝形结合柔性裙边的设计，使本发明的扇贝形仿生智能感应阀门受力面为扇面园拱形相较于鸭嘴止回阀，回止受力面积更大，因而回止受力更快，具有抗高撕拉力、高粘合力、敏感度更高，逆止污水及气体效果更佳，尤其在逆气效果上无可比拟。本实施例的扇贝形仿生智能阀最小正向开启压力小于0.0006mpa，相当于6cm水柱，可在静态下开启，一旦形成反向背压阀自动关闭，在智能封闭式温控管道有机垃圾污水处理器前端入水口一般安装正向开启压力较小的扇贝形仿生智能阀，确保随时接纳有机垃圾。出口端安装正向开启压力较大的扇贝形仿生智能阀，确保处理垃圾容量上限。由于采用仿生扇贝形结合柔性裙边的设计，在阀门未打开时，扇贝形阀嘴唇面紧闭，柔性裙边也紧紧的吸合在一起，从而保证了阀门的密封性很好、无渗漏；当阀门关闭后，污水、气流回止，防倒灌倒流效果好。贝形阀有“一阀双关”功效。

阀门材质一般为氯丁橡胶内置加强纤维及水母提取物结构的阀门产品，它根据受力分析和受力计算，针对不同工况，采用不同设计机理，确定不同的橡胶、纤维、水母提取物配方，经炼胶、硫化而成。阀门各部分邵氏硬度不同，安装部分硬度最大，承压部位次之，裙边部位最小，像动物的排泄器官，对水压的感应极具智能，其开合点依据工况设计。在本实施例中的扇贝形仿生智能阀主要用于排污、逆气，因此扇贝形仿生智能感应阀门的阀体上的安装部26由金属、塑料、橡胶和其它混合材料中的任一种制成，扇贝形仿生智能感应阀门的阀嘴上的承压部27由合成弹性材料制成，柔性渐薄裙边24含橡胶、纤维、水母提取物配方经炼胶、硫化制成的材料制成。

根据处理物料的容量来设计管道，从而设计阀门阀体的前端口的直径，符合本发明的设计构思的阀门的阀体前端口的直径(或者方体形长宽)为5至4000毫米。阀体前端口设置连接机构，可以为法兰、卡箍、卡爪、内置中的任一种，通过连接机构与处理管道连接。

小型智能封闭式温控管道有机垃圾污水处理系统适用于一般农户，安装2个左右的有机垃圾污水处理器外加太阳能集热器即可满足用户需求，安装时以管道与厕所、厨房、牲畜养殖饲舍互相联通，要水冲式接污纳管，大颗粒(桔杆、瓜果、植物根茎)物料需加装堆沤式过滤进料池。在地势微低(便于借助重力势能)的地方固定设置有机垃圾污水处理器。没有地势落差埋入地下效果更佳。处理器安装多少主要根据每天垃圾处理量，管径容积，发酵天数设定。大型粪污、秸秆、垃圾处理中心，有机垃圾污水处理器一般在同一水平面上串联或并联安放，一般为地埋式，同时需要整个处理系统的配套构建。

本发明的智能封闭式温控管道有机垃圾、污水沼气发生系统的整个工作流程：收集有机垃圾经过初选，主要筛选出玻璃、金属、建筑垃圾、塑料、有毒物等不能发酵的无机物，经过破碎机械破碎为颗粒状物，送入有机械搅拌的堆沤式自卸过滤进料箱，同时加入菌液回用系统提供的回用菌液，调节ph值，同时使发酵菌剂与新料的充分混合，催化发酵过程。初步混合好的有机垃圾(稀状物)借助重力势能自动进入第一个带有地暖式温控供热系统的有机垃圾污水处理器发酵，由于连续进料，待有机垃圾达到一定容量或压力，扇贝形仿生智能感应阀门控制物料自动流入下一个有机垃圾污水处理器，以此类推，确保有机垃圾一直在封闭状况的区间，温控在中、高温状态下发酵20-60天，完全腐熟后自动流入沼液存放池。在有机垃圾污水处理器与有机垃圾污水处理器相联之间加装沼渣收集器,便于疏通取渣，使其不同区间污水垃圾流转顺畅无堵。在若干个智能封闭式温控管道处理器上端分别安装沼气收集导管，经提纯后导入储气罐对产生的沼气加以利用、沼渣、沼液用于生态农业种植。

本发明的系统可实现连续(随时)自动进料、按进料先后顺序发酵，自动出料，分段取气，物料自动分离，不结壳，少存渣，发酵完全，产气率高(比传统沼气池提高65％)，不受季节温差影响，省去机械动力，实现垃圾源产生随时处理，特别在城镇、农村可随时处理所产生的垃圾，实时控制污染源头。本发明采用的有机垃圾污水处理器结构紧凑，结构简单、成本低，处理器本身的进料口、出料口以及水位静水压的封闭确保了处理器处于厌氧条件的设置；堆沤式自卸过滤进料箱的设置便于调节ph值，满足沼气发酵ph值要求和生物质含量要求；供热系统满足发酵温度要求。本发明的处理器采用新型的扇贝形仿生智能阀门具有“正向排流、反向止回”的功能，密封性能好，逆止污水及气体效果更佳；扇贝形仿生智能阀门不需其它运行部件，不需人力和电力，解决了有机质发酵产生沼气过程中机械及电力运用不当易引起沼气爆炸的安全问题。本发明的处理器在使用过程中同一平面一般为串联或并联模式，一个处理器为一个处理单元，当垃圾污水进入第一个处理器内，在重力作用下，比重较大的固体与微生物依靠自然沉降作用积累在处理器下部，当达到设定容量与压力时，出水口扇贝形仿生智能阀自动排放流入下一个有同样设限容量的处理器，这时第一个处理器内物料的排出量只占1/2左右，以此循环，运行一段时间后，每个处理单元内会自然形成一个活性污泥床，整个处理系统会行成一个强大的微生物集群，进而形成强大的处理能力、承载负荷能力极强，杜绝了现行其它处理工艺中出现的因负荷过大、过低，温度、ph值的变化，偶尔有毒物质抑制等发酵环境欠平衡状态，出现“死机”厌氧消化的停顿问题。处理过程中因进料的不断流动、产生沼气的一个向上升流，毋需再加装搅拌装置，不结壳；经一个个单元内污泥床细菌集群的处理、物料液化率高、产气率高，污泥数量明显减量，稍大点的颗粒经前后沼渣收集器沉降，处理器内不会出现堵塞现象，发酵好的沼液自动排入沼液池，沼液沼渣腐熟度高、有害细菌灭活度高，不用再做二次发酵，可直接用于农业种植。该系统适合处理高浓度、大颗粒污水，用以污水厂的前端厌氧处理，加上后端的好氧处理，污水可达标排放。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。