一种粪便和食物垃圾预处理装置的制作方法

本发明属于环境处理中的有机质厌氧发酵处理领域，具体涉及一种粪便和食物垃圾处理装置。

背景技术：

食物垃圾（厨余垃圾、餐厨垃圾）、粪便（养殖粪便、人粪便）等有机质废弃物是人类在生产生活过程中往往难以避免的污染物之一，处理不当十分容易对人类的生活环境造成极大的污染或破坏。现阶段处理有机质废弃物的方式主要有填埋、焚烧、裂解和厌氧发酵。其中，填埋处理最为便捷，成本也最低，但是会造成严重的环境污染和环境破坏，填埋后的有机质废弃物容易形成渗滤液或环境破坏性气体等二次污染物，并且会对生态环境造成长期、持续的影响，不利于生态环境的保护和可持续发展。焚烧处理主要针对含水率较低的有机质废弃物，目前存在的主要问题有前期脱水困难、焚烧设备占地面积大，能耗和处理成本高，焚烧释放的能源难以回收等问题，近期难以继续发展。裂解是一种新型处理方式，能够将有机质废弃物中的大多数有机质通过裂解反应生成可被利用的能源物质等有机质，但是目前仍然存在许多难以解决的技术难题，如裂解过程中对温度、压力的要求较高，设备腐蚀折旧严重、裂解效率低，尚未发现裂解反应的高效催化剂等问题。

填埋、焚烧、裂解等有机质废弃物处理方式均存在选址困难、能耗高、投资大等问题，大范围的应用推广受到极大限制。相比以上所述的处理方式，有机质废弃物的厌氧发酵处理借助微生物发酵对有机质废弃物进行分解处理，能耗较低，能够在发酵反应完成后回收发酵得到的清洁能源，最大程度地减小污染物体积，并且在发酵过程中能够杀灭有机质废弃物中的病原体微生物和寄生虫，在环境处理方面有极大的优势。

厌氧发酵主要是借助微生物的酶促反应完成对有机质废弃物的分解，受到其反应的特殊性限制，此处理方法对原料的要求非常高，只有最适合厌氧微生物繁殖和代谢的原料环境才能保证厌氧发酵的效率。

由于有机质废弃物往往来源广泛且成分十分复杂，其中可能包含部分不利于发酵反应和微生物代谢繁殖的成分及没有反应活性的无机成分，特便是在工业化大规模处理过程中，食物垃圾、养殖粪便是两大重要的原料来源。这些有机垃圾在生活和生产过程中，容易混入许多砂石、纸塑等杂质。砂石容易在厌氧反应罐底部沉积、磨损管道、泵等；纸塑等漂浮物容易在厌氧反应罐的液体表面富集，影响气体排出、堵塞管道。因此在厌氧发酵反应之前对原料除砂除杂尤为重要。

技术实现要素：

针对背景技术中所述厌氧发酵在有机质废弃物处理领域的优势、前景及目前所面临的主要问题，本发明设计了一种粪便和食物垃圾处理装置，为了达到高效率发酵所需的标准和要求，本发明所述的装置通过以下手段进行厌氧发酵浆液的预处理。

本发明所公开的装置由进料系统、匀浆系统、漂浮物捕捞系统、除砂系统、出料系统和控制系统共六个系统组成。本发明的主要结构为匀浆罐和浆液缓冲罐，二者并列排布，利用本装置可完成有机质废弃物厌氧发酵反应的预处理。

针对厌氧发酵原料大多数为粘稠状浆液或悬浊液，本发明的进料系统为有轴螺旋或柱塞泵，具体内容根据实际处理原料的性状选择。

本装置的匀浆罐是上部为圆柱体结构，下部为圆锥体结构，高度直径比为2~3:1的不锈钢制罐体容器，顶部设置有进料口（23）的开口，与进料装置连接，预处理的原料由此进入匀浆罐（2）处理。

匀浆罐（2）顶部与进料口相邻位置设置有进水口（22），与供水管道相连，用于向匀浆罐中加入水以达到匀浆的目的。

匀浆罐（2）顶中部设置垂直向下深入的立式搅拌器1（3），搅拌器1（3）工作过程中顺时针旋转，用于将原料混合均匀并控制原料在搅拌过程中的流动方向，将原料在匀浆罐中进行初次分离后完成不同组分的一次分离。

立式搅拌器1（3）正下方，即匀浆罐（2）下部圆锥体结构与上部连接部位安装有沉砂板（4），距离立式搅拌器1（3）下缘约200 mm。通过立式搅拌器1（3）搅拌使原料混合充分混合均匀，在重力作用下砂石等高密度无机物沉降，沉降至沉砂板（4）上方的砂石由立式搅拌器1（3）的搅拌作用带离沉砂板（4），匀浆罐（2）底部的砂石由沉砂板阻隔，避免立式搅拌器1（3）的搅拌作用影响其沉降效率。

漂浮物出口平台（16）设置在匀浆罐（2）顶部，系统运行过程中，由水的浮力作用将低密度漂浮物带至匀浆罐（2）液面，由于立式搅拌器1（3）带动匀浆罐（2）内部悬浊液旋转将漂浮物送至漂浮物出口平台（16），再由切向设置的漂浮物刮板机（17）捕获。

漂浮物经漂浮物刮板机（17）捕获之后输送至漂浮物捕捞器（14），再由水的重力作用经过电动闸阀2（13）送至导料箱（12），经导料箱（12）中的旋转格栅输（11）收集完成对漂浮物的捕捞收集。

向上倾角20-30°的旋转格栅（11）为无轴螺旋机，底部与导料箱（12）连接，漂浮物由漂浮物捕捞器（14）完成捕捞后依靠导料箱12（）中的旋转格栅输送至系统外。

所述导料箱（12）顶部与漂浮物捕捞器（14）连接，一侧与匀浆罐（2）中部的浆液导流口（19）相连，一侧与旋转格栅输（11）相连。

原料在匀浆罐（2）中进行初次分离后，漂浮物由漂浮物捕捞收集系统完成漂浮物的捕捞收集，原料浆液经过匀浆罐（2）中部的浆液导流口（19）导入导料箱（12）做进一步处理，砂石经过沉淀后由一级除砂螺旋（5）带出匀浆罐（2）以保证匀浆罐（2）中的沉砂效率。

一级除砂螺（5）旋安装在匀浆罐（2）侧面，与水平面呈45°角，在一级除砂螺旋（5）中上部安装由高压水管和高压喷头组成的一级反冲洗装置（20），砂石经由一级除砂螺旋（5）输送至匀浆罐（2）外后，一级反冲洗装置（20）对除砂螺旋（5）中的砂石进行冲洗，以保证砂石中的夹杂的少量有机质浆液被冲洗至匀浆罐（2）。

有机质浆液由匀浆罐（2）经过导料箱（12）送至浆液缓冲罐（8）做进一步沉降处理或加入药剂调理至适合发酵的性状。

本装置的浆液缓冲罐（8）上部为圆柱体结构，下部为圆锥体结构，顶部与导料箱（12）连接，底部连接二级除砂螺旋（6），中间安装立式搅拌器2（7），立式搅拌器2（7）桨叶位置的罐体侧面与渣浆泵（9）相连。

在浆液缓冲罐（8）中由立式搅拌器2（7）对有机质浆液做进一步搅拌和沉降处理以完成其中少量小体积砂石的沉降并由二级除砂螺旋（6）运送至系统外，二级除砂螺旋（6）中上部设置有二级反冲洗装置（21），其结构和功能与一级反冲洗装置（20）相似，特征在于，高压喷头水压较小。

本装置在运行过程中由控制系统完成对装置的运行状态的控制，控制系统的传感器是匀浆罐（2）侧面的浮球液位计1和浆液缓冲罐（8）侧面的浮球液位计2，操作装置是位于连接导料箱（12）与匀浆罐（2）的管道上的电动闸阀1（18）和位于连接导料箱（12）与漂浮物捕捞器（14）的管道上的电动闸阀2（13），信号处理装置是外接在操作面板上的PLC。

本装置利用匀浆罐和浆液缓冲罐中液位高度的压力差推动本装置的运行，所述控制系统主要用于匀浆罐和浆液缓冲罐液面高度的控制，以及阀门的开关。

完成原料的进料后，通过进水口提高匀浆罐的液面高度，同时由PCL控制关闭电动闸阀1，开启电动闸阀2，完成匀浆操作和砂石沉降、漂浮物收集等步骤。漂浮物捕捞收集收集完成后，匀浆罐内液面持续升高，根据浮球液位计的反馈信号打开电动闸阀1并关闭电动闸阀2，有机质浆液经过浆液导流口通过电动闸阀1进入导料箱，然后进入浆液缓冲罐进行调理，尔后由渣浆泵导出预处理系统进行发酵处理。

当匀浆罐中的液面在下降过程中接近浆液导流口时，传感器将液面高度信息传输到PLC，此时关闭电动闸阀1并开启电动闸阀2，继续进料并重复上述步骤完成漂浮物的收集。

本装置通过以上循环工艺进行连续的有机质浆液厌氧发酵前期处理。

为了防止因传感器或操作装置出现故障而导致的液面高度过高，本装置在漂浮物捕捞罐器（14）上设置了漂浮物捕捞器溢流口（15），用于保证匀浆罐中的液面高度低于警戒高度并提示设备故障预警，在浆液缓冲罐（8）侧面设有浆液缓冲溢流口（10），用于保持浆液缓冲罐中的液面低于漂浮物收集器高度，防止有机质浆液从漂浮物收集器溢出。

附图说明

附图1为本发明的正视图。

附图2为本发明的俯视图。

本发明的附图标注如下：（1）-外箱体；（2）-匀浆罐；（3）立式搅拌器1；（4）-沉砂板；（5）-一级除砂螺旋；（6）-二级除砂螺旋；（7）-立式搅拌器2；（8）-浆液缓冲罐；（9）-渣浆泵；（10）-浆液缓冲溢流口；（11）-旋转格栅；（12）-导料箱；（13）-电动闸2；（14）-漂浮物捕捞器；（15）-漂浮物捕捞器溢流口；（16）-漂浮物出口平台；（17）-漂浮物刮板机；（18）-电动闸阀1；（19）-浆液导流口；（20）-一级反冲洗装置；（21）-二级反冲洗装置；（22）-进水口；（23）-进料口；（24）-浮球液位计1；（25）-浮球液位计2

具体实施方式

以下根据发明内容所述本发明所述的装置做进一步解释说明。本发明主要由并列连装的匀浆罐和浆液缓冲罐组成。其中匀浆罐总体高度约为4700 mm，上部圆柱体结构的高度约为3200 mm，直径约为2100 nm，匀浆罐距离地面高度约为500 mm。

匀浆罐内部结构及尺寸如下所述：

匀浆罐顶部几何中心装有向下伸入的立式搅拌器，搅拌器伸入深度位于匀浆罐圆柱体结构与圆锥体结构交汇点，立式搅拌器下方200 mm处设置沉砂板，云匀浆罐底部连接一级除砂螺旋。

一级除砂螺旋安装在匀浆罐侧面，与水平面呈30°倾角，垂直高度约为匀浆罐高度的2/3。在一级除砂螺旋中上部设置有高压管道和高压喷头组成的一级反冲洗装置。

漂浮物出头平台安装于匀浆罐顶部，共占据匀浆罐顶部1/4的面积。漂浮物出口平台为长方体结构，长和宽均为匀浆罐顶部直径的1/2，高度约700 mm，内设漂浮物刮板机。一侧与匀浆罐相连，一侧与漂浮物捕捞器相连。

浆液缓冲罐与匀浆罐底部尺寸相同，均为圆锥体结构且两个圆锥并列等高排列。浆液缓冲罐椎体上方的圆柱体结构高度约700 mm，上部与漂浮物捕捞器底部相连，中上部嵌入导料箱。浆液缓冲罐圆锥体部位的尺寸和构造与匀浆罐相似，中部设置有立式搅拌器2，底部设置有二级除砂螺旋，二级除砂螺旋中上部设置有二级反冲洗装置，与一级反冲洗装置的区别在于水压较小。浆液缓冲罐下方设置有浆液出料口，与渣浆泵相连。

漂浮物捕捞器位于浆液缓冲罐与匀浆罐相邻一侧的上方，为倒立圆锥体结构，其顶部直径约为1200 mm，高度约为1800 mm，下部由管道与导料箱相连，管道上设置有电动闸阀2。

导料箱右侧安装有漂浮物收集器，该装置外部由不锈钢材料包裹，内部为无轴螺旋输送机，整体为布氏漏斗结构，左侧的漏斗开口状部位与导料箱完全连接。漂浮物收集器长度约为2700 mm，安装倾角20°。

本装置的匀浆罐高度与浆液缓冲罐及其上部导料箱和漂浮物收集器的总体高度一致，匀浆罐与浆液缓冲罐之间相隔400 mm，上部通过漂浮物出口平台相连，中部由装有电动闸阀1的管道连接。

本实施案例是对本发明所公开的装置的进一步解释说明，目的在于提供本发明所设计装置的具体尺寸信息和本装置的组建方法，并不对本发明的创新点做任何的限制，凡是涉及到本发明所述的设计理念及技术方法的内容均应在本发明专利中受到保护，具体保护内容在本发明的权利要求书中。