一种有机物废弃物自动调配及净化系统及运行方法

本发明属于有机物废弃物处理、回用领域，具体涉及一种有机物废弃物自动调配及净化装置系统及运行方法。

背景技术：

1、随着社会经济的发展，各类有机物废弃物的产生量持续增加，直接排放会对环境造成严重污染。主要的有机物废弃物包括畜禽粪便、农业秸秆、餐厨垃圾等。这些有机物废弃物中含有大量的有机物质和营养物质，存在巨大的资源化利用潜力。但是目前主要的处理方式还是直接填埋或简单焚烧，存在二次污染问题且能源利用效率低下。畜禽粪便产量巨大，具有高含水率、高有机物质等特点。直接排放将消耗大量氧气，污染水体。农业秸秆通常直接焚烧处理，造成大量烟尘污染。餐厨垃圾具有高水分、易腐等特点，会产生异味和渗漏污水，直接填埋处理后产生的沼气、渗滤液也会导致二次污染。因此，开发一种新型的有机物废弃物处理和资源化方法，实现有机物废弃物的高效降解、稳定处理以及能源回收，具有重大的环境和经济效益，也是当今社会的迫切需求。

2、申请号为cn202321189817的专利《集装箱式发酵仓》涉及一种集装箱式发酵仓，包括箱式发酵仓本体、出料仓门和堆肥发酵膜，贯穿堆肥发酵膜设有发酵参数检测装置，发酵仓本体内布置安装有发酵曝气装置和仓内升温水管，仓内升温水管连接有仓内升温用水加热装置，发酵仓本体的外壁上安装有发酵控制箱和太阳能发电装置、底端布置有移动地轮和排污管；利用发酵仓本体与堆肥发酵膜完成有机物废弃物的封装，以缩短发酵周期，提升发酵效率；整个发酵过程所用电能可通过太阳能发电装置获得。但该专利仅关注发酵环节，没有考虑废弃物处理的整体流程，系统性不强；对发酵参数如温度、含氧量等的检测和控制描述不够具体充分；移动性虽强，但是装备体积较大，对小规模用用户的适用性一般。

3、申请号为cn201520815355的专利《厌氧消化扫洗破渣装置及厌氧消化处理系统》涉及一种厌氧消化扫洗破渣装置及厌氧消化处理系统，包括至少一个导流筒，各导流筒均竖直固定在厌氧反应器侧壁上，各导流筒的顶部均位于厌氧反应器液面下方且靠近所述液面设置；以及喷吹消化料以打散浮渣并使浮渣流向各导流筒附近的扫洗机构；以及向扫洗机构供应消化料的供液机构，供液机构具有至少一个进液口，进液口的数量与导流筒的数量相同且一一对应位于各导流筒内下部。另外还涉及一种厌氧消化处理系统，包括厌氧反应器及如上所述的厌氧消化扫洗破渣装置。但对厌氧反应器内的搅拌方式及参数控制没有详细说明，系统自动化程度不高；未充分考虑不同原料在使用该装置时的适应性问题，实用性有限；系统安全性和稳定性控制方面考虑不够，如气体积聚防爆等问题。

4、申请号为cn202220976141的专利《一种有机物废弃物处理机》公开了一种有机物废弃物处理机，涉及有机废物处理设备领域，该有机物废弃物处理机包括工作腔和加热系统，工作腔内设有搅拌轴，该工作腔用于接收有机物废弃物料，搅拌轴用于搅拌，加热系统包括设置于工作腔外侧的外壁，该外壁与工作腔之间形成容腔，该容腔用于盛放导热液并设有导热液的加热装置。该有机物废弃物处理机在工作腔外侧设置外壁，外壁与工作腔形成容腔，容腔内可以盛放导热液，该导热液通过加热装置加热，如此使得工作腔内壁均匀受热，同时通过搅拌轴对工作腔内的物料进行搅拌。但加热系统的热效率和干燥效果还有优化空间，如热循环系统可以进一步提升效率；没有考虑不同种类有机物废弃物的适应性问题，实用性有限；自动化、智能化控制方面没有具体设计，应用灵活性较差。

5、申请号为cn201810488337的专利《一种有机物废弃物快速无害化处理方法及系统》涉及一种有机物废弃物快速无害化处理方法及系统，其中，无害化处理方法，具体包括：步骤1、将含水率≤60％的有机物废弃物送入处理仓中，并加入生物菌剂；步骤2、搅拌处理仓内的有机物废弃物，同时对处理仓进行加热，使其内温度达到75-85℃并保持，继续搅拌有机物废弃物0.5-2h进行无害化处理；在无害化处理期间定时对处理仓内部进行抽气，同时向处理仓内部补充氧气。但处理系统结构简单,自动化程度不高，主要还依赖人工操作；不同种类有机物废弃物的适应性问题没有考虑,实用性有限；没有充分考虑沼气、沼液等产出的回收利用，资源化利用程度不高。

技术实现思路

1、发明目的：针对当前有机物废弃物处理最主要的工作是收运，收运效果的好坏直接决定着有机物废弃物末端资源化处理的效果。本发明提供了一种有机物废弃物自动调配及净化系统及运行方法。以有机物废弃物的自动调配处理和资源化利用为目的，构建了一种融合智能控制、厌氧消化、沼气发电等技术的新型装置系统，能够实现对畜禽粪便、农业秸秆、餐厨垃圾等多种有机物废弃物的智能净化、自动调配、高效消化处理，将废弃资源转化为清洁能源，极大地提高了有机物废弃物资源化利用效果，具有显著的环境和经济效益。

2、技术方案：本发明的目的通过以下技术方案实现：一种有机物废弃物自动调配及净化装置系统，包括依次连接的预处理系统(1)、消化系统(2)、回用系统(3)；三者均连接至控制系统；

3、预处理系统(1)包括投递口(1-1)，消化系统(2)布置在预处理系统(1)的下方，两者由进料口连通；

4、消化系统与回用系统经消化产物出口和气体止回阀连通；其中，消化产物出口连通至回用系统的固液处理子系统，该区域设置在消化系统下方；气体止回阀连通至回用系统的气体处理子系统，该区域布置在消化系统上方；

5、预处理系统(1)和消化系统(2)内根据原料种类设有相应数量的隔室数量；在预处理系统(1)中上述隔室为固定结构；在消化系统(2)中上述隔室之间设有伸缩式隔热板。

6、上述有机物废弃物自动调配及净化系统的运行方法，步骤如下：(1)预处理系统(1)依据不同有机废弃物进行相应的预处理；所述的预处理是粗细破碎处理、隔油预处理；

7、(2)预处理后的产物进入消化系统(2)，依据不同碳氮比及质量进行厌氧共消化处理，处理产生的消化产物进入回用系统(3)；所述的共消化处理是在加热、搅拌的情况下进行；

8、(3)在回用系统内，沼气用于发电以供自身系统用电，沼液回流进入消化系统(2)或达标排放，固体残渣定期清理进行回田。

9、本发明从不同有机物废弃物预处理、共消化、回用阐述了自动调配净化的概念，构建了内部循环一体化的智能装置，解决了传统有机物废弃物存在的社会管理及处理模式的问题。

10、其中预处理系统(1)包括投递口(1-1)：畜禽粪便投递口(1-1-1)、农业秸秆投递口(1-1-2)、餐厨垃圾投递口(1-1-3)；碎料管(1-2)：畜禽粪便碎料管(1-2-1)、农业秸秆碎料管(1-2-2)、餐厨垃圾碎料管(1-2-3)；隔油池(1-3)：畜禽粪便隔油池(1-3-1)、农业秸秆隔油池(1-3-2)、餐厨垃圾隔油池(1-3-3)；储存舱(1-4)：畜禽粪便储存舱(1-4-1)、农业秸秆储存舱(1-4-2)、餐厨垃圾储存舱(1-4-3)；重量感应板(1-5)：畜禽粪便重量感应板(1-5-1)、农业秸秆重量感应板(1-5-2)、餐厨垃圾重量感应板(1-5-3)；进料口(1-6)：畜禽粪便进料口(1-6-1)、农业秸秆进料口(1-6-2)、餐厨垃圾进料口(1-6-3)。

11、消化系统(2)包括电加热装置(2-1)、搅拌器(2-2)、cod实时监测器(2-3)、tn实时监测器(2-4)、消化产物出口(2-5)、伸缩式隔热板(2-6)、气体止回阀(2-7)、液体止回阀(2-8)。

12、回用系统(3)包括固液分离板(3-1)、重量感应板(3-2)、感应板高度控制器(3-3)、液体回流泵(3-4)、液体储存舱(3-5)、液体出口(3-6)、固体出口(3-7)、液体回流管(3-8)、气体输送管(3-9)、集气舱(3-10)、气体升降管(3-11)、气体处理管(3-12)、沼气发电机(3-13)。

13、本发明所述的有机物废弃物自动调配及净化系统的运行方法，包括以下步骤：

14、步骤1)三种有机物废弃物分别从预处理系统(1)的畜禽粪便投递口(1-1-1)、农业秸秆投递口(1-1-2)、餐厨垃圾投递口(1-1-3)进入，经过对应的碎料管(1-2-1)、(1-2-2)、(1-2-3)进行粗细破碎处理，然后进入相应的隔油池(1-3-1)、(1-3-2)、(1-3-3)进行隔油预处理。进行隔油处理的有机物废弃物随后输送到储存舱(1-4)中，储存舱(1-4)中的畜禽粪便重量感应板(1-5-1)、农业秸秆重量感应板(1-5-2)、餐厨垃圾重量感应板(1-5-3)实时监测有机物废弃物重量分别为m1、m2、m3，有机物废弃物从进料口(1-6)进入消化系统(2)。

15、步骤2)消化系统(2)的电加热装置(2-1)、搅拌器(2-2)开始工作，对物料进行消化反应，其中电加热装置(2-1)可控制温度至30～55℃，搅拌器(2-2)的搅拌速度v，相关计算见式1：

16、v＝a*(b1*m1+b2*m2+b3*m3)*ct (式1)

17、注：v——搅拌器(2-2)搅拌速度，rpm；

18、a——搅拌速度总影响系数，无量纲，取值范围为0.8-1.2；

19、m1、m2、m3——三种废弃物的质量，kg；

20、b1、b2、b3——三种废弃物的搅拌速度影响系数,由其粘度、比重等性质决定，无量纲，取值范围0.1-1.0；

21、c——温度影响系数，无量纲，取值范围0.8-1.2；

22、t——反应温度，℃，取值范围30-55。

23、三个消化池的cod实时监测器(2-3)和tn实时监测器(2-4)实时监测各池物料的cod值(c1、c2、c3)和tn值(n1、n2、n3)，并计算出各池的碳氮比，相关计算见式2：

24、

25、注：r1、r2、r3——三种废弃物的碳氮比，无量纲；

26、c1、c2、c3——cod实时监测器(2-3)监测的三种废弃物的cod值，mg/l；

27、n1、n2、n3——tn实时监测器(2-4)监测的三种废弃物的tn值，mg/l。

28、伸缩隔热板(2-6)工作状态s可根据碳氮比极差δr进行判定，相关计算见式3：

29、

30、注：rmin——最小碳氮比设定值，无量纲，取值范围20-30；

31、k——经验系数，无量纲。

32、s——伸缩隔热板(2-6)工作状态输出信号值，0为关闭状态，1为开启状态。

33、当δr＜k时，则s输出信号为0，伸缩式隔热板(2-5)处于关闭状态；

34、当δr≥k时，则s输出信号为1，伸缩式隔热板(2-5)处于开启状态；伸缩式隔热板(2-5)打开后，三种废弃物在反应舱内进行共消化反应。

35、共消化反应的碳氮比r计算公式见式4：

36、

37、步骤3)消化系统(2)反应产生的气体通过气体止回阀(2-7)进入回用系统(3)，气体止回阀(2-7)位于反应舱上方，可以控制气体单向进入集气舱(3-10)，其他消化产物通过消化产物出口(2-5)进入回用系统(3)的固液分离板(3-1)，固液分离板在进行固液分离时，感应板高度控制器(3-3)控制重量感应板(3-2)的两侧高度来实现倾斜，以便固体和液体分别输送到相应位置；消化产生的沼液汇集到液体储存舱(3-5)，一部分沼液根据消化舱内反馈情况通过液体回流泵(3-4)提升进入液体回流管(3-8)，并打开液体止回阀(2-8)进行沼液补给，消化产生的沼液另一部分可以通过液体出口(3-6)进行还田灌溉，流量为q2，取0～1.5m3/h。沼液补给量q1计算方法见式5：

38、q1＝β*v*(r-r0)*t  (式5)

39、注：q1——液体回流泵(3-4)回流流量，m3/h；

40、β——体积影响系数，无量纲，取值范围0.7-0.9；

41、r0——最佳碳氮比，无量纲，取值范围23-27；

42、v——消化舱体积，m3，取0.3-0.7；

43、t——液体回流泵(3-4)回流时间，h，取1-2。

44、重量感应板(3-2)位于固液分离板(3-1)下方，当消化固体到达重量感应板时，通过感应板高度控制器(3-3)调节与底板呈0.003～0.010坡度的状态，以便固体输送到固体出口(3-7)，每次输送的固体残余物重量感应板(3-2)会记录并自动累计相加固体残余物的重量m。设置重量阈值m0。当重量m>m0时，感应板发出预警信号，表示固体积累量较大，需要准备清理，工作人员进行固体残余物的清理还田。

45、步骤4)消化舱消化产生沼气通过气体止回阀(2-7)和气体输送管汇集进入集气舱(3-10)，沼气经过集气舱(3-10)的纯净化处理后进入气体升降管(3-11)，气体升降管(3-11)可实时测量沼气量，沼气量q的计算如式6：

46、

47、注：q——沼气产生量，m3；

48、s——气体升降管的底面积，m2；

49、t'——气体温度，℃，取值范围15-40；

50、p——气体压力，kpa，取值范围80-120；

51、e——ch4组成沼气比例，无量纲，取值范围0.4-0.8；

52、t——升降时间，h；

53、δ——材质影响系数，无量纲，取值范围0.5-0.95；

54、ε——环境影响系数，无量纲,取值范围0.7-0.9；

55、下一步根据产气量q来调节三种有机物废弃物的添加量，当q≥q0时，即实际产气量达到目标产气量，无需添加有机物废弃物；当q＜q0时，需添加废弃物，相关计算见式7和式8：

56、

57、注：j1、j2、j3——三种有机物废弃物的调节百分比，％；

58、k1、k2、k3——三种有机物废弃物修正系数，修正不同原料的添加量调节百分比无量纲，取值范围0.8-1.2；

59、a、b、c——三种废弃物的理论产气潜力比值，无量纲，取值范围0.5-1.5；

60、q0——目标产气量，m3。

61、

62、注：m1、m2、m3——三种废弃物的新添加量，kg。

63、气体升降管(3-11)连接到气体处理管(3-12)，气体处理管起到输送沼气的作用，同时也起到支撑气体升降管(3-11)的作用。经过气体处理管(3-12)后的沼气进入沼气发电机(3-13)进行燃烧发电。产生的电能供应至预处理系统(1)、消化系统(2)和回用系统的用电元件，最终形成一种有机物废弃物自动调配及净化装置系统及运行方法。

64、相比于现有技术，本发明的优点在于：

65、(1)实现了有机物废弃物的自动化智能化处理

66、通过设置预处理系统、智能控制的消化系统和综合回用系统，取代了简单填埋和焚烧等传统处理方式，实现了对多种有机废物的规范化收集与智能化大规模处理，具有自动化程度高、容错率低等特点。

67、(2)消化系统实现优化和高效运行

68、消化系统采用智能编程方式，实时检测反应参数，自动调节各原料的投入比例，使碳氮比保持在最佳范围，从而实现最优化和高效的厌氧消化反应过程，提高了能源转化效率。

69、(3)实现资源循环利用和污染减排

70、沼气发电系统对沼气进行回收利用，生成清洁电能。同时沼液和固体残渣的排放也得到控制，实现资源的循环利用。整个处理系统减少了传统方式的污染排放，具有显著的环境效益。