用于有机废物堆肥的系统

申请号 CN201620365466.6 申请日 2016-04-27 公开(公告)号 CN206385040U 公开(公告)日 2017-08-08
申请人 拉曼环境资源公司; 发明人 B·莱文;
摘要 本实用新型涉及一种用于 有机废物 堆肥的系统。所述系统包括:疏松材料供给器;有机废物材料供给器;混合器单元;其中,所述疏松材料供给器和所述有机废物材料供给器与所述混合器单元通信连接;堆肥滚筒;出口输送系统;并且其中,所述混合器单元和所述出口输送系统与所述堆肥滚筒通信连接。
权利要求

1.一种用于有机废物堆肥的系统,所述系统包括:
疏松材料供给器;
有机废物材料供给器;
混合器单元;
其特征在于,所述疏松材料供给器和所述有机废物材料供给器与所述混合器单元通信连接;
堆肥滚筒;
出口输送系统;并且
其中,所述混合器单元和所述出口输送系统与所述堆肥滚筒通信连接。
2.根据权利要求1所述的用于有机废物堆肥的系统,其特征在于,所述疏松材料供给器包括至少两个棘轮和两个铰链
3.根据权利要求1所述的用于有机废物堆肥的系统,其特征在于,所述混合器单元包括两个或更多个混合桨或杆,并且所述混合桨或杆构造成沿着两根或更多根轴线旋转。
4.根据权利要求1所述的用于有机废物堆肥的系统,其特征在于,所述混合器单元包括太阳能加热单元。
5.根据权利要求3所述的用于有机废物堆肥的系统,其特征在于,所述混合桨或杆是可调整的。
6.根据权利要求1所述的用于有机废物堆肥的系统,其特征在于,还包括旋转滚筒,所述旋转滚筒的直径与长度的比率大于4。
7.一种用于有机废物堆肥的系统,所述系统包括:
疏松材料供给器;
有机废物材料供给器;
混合器单元;
其特征在于,所述疏松材料供给器和所述有机废物材料供给器与所述混合器单元通信连接;
堆肥滚筒;
出口输送系统;
其中,所述混合器单元和所述出口输送系统与所述堆肥滚筒通信连接;
控制单元;
其中,所述堆肥滚筒包含:
两个或更多个传感器
扇单元;并且
其中,所述控制单元是构造成从所述传感器接收数据并控制所述堆肥滚筒的旋转速度、所述风扇单元的操作、所述疏松材料进给器的速度、所述混合器单元的速度和所述有机废物材料进给器的速度中的至少一个的控制单元。
8.根据权利要求7所述的用于有机废物堆肥的系统,其特征在于,所述两个或更多个传感器是由温度传感器、运动传感器、料位传感器和湿度传感器组成的传感器组的任何组合。
9.根据权利要求7所述的用于有机废物堆肥的系统,其特征在于,所述两个或更多个传感器包括用于将数据发送至所述控制单元的无线发射器。
10.根据权利要求7所述的用于有机废物堆肥的系统,其特征在于,所述两个或更多个传感器中的任一传感器包括用于将数据发送至所述控制单元的无线发射器。
11.根据权利要求7所述的用于有机废物堆肥的系统,其特征在于,所述控制单元包括至少一个无线接收器。

说明书全文

用于有机废物堆肥的系统

技术领域

[0001] 本实用新型涉及有机废物堆肥的系统,其中,有机废物堆肥是有机废物分解成堆肥或腐殖质的过程。

背景技术

[0002] 堆肥是分解并作为用于农业用途的肥料回收利用的有机物质。堆肥是有机农业土壤处理的关键因素。在一个示例中,堆肥通过制造诸如树叶的大量湿有机物质和食物废物并等待材料分解成腐殖质来实现。该过程发生在数周或数月的周期内。现有技术的系统通过采用带有、空气和富与富氮材料的测量输入的密切监测过程在短得多的周期内实现。堆肥过程还通过添加切碎的植物物质、添加水或通过定期地搅动混合物确保适当的通得到帮助。
[0003] 用于堆肥的基本材料的示例是:家庭有机废物(食物废物);动物废物(粪便);污泥(市政或工业的);和动物尸体。污泥是作为废水处理厂(WWTP)中的废水处理的一部分产生的固体有机物质。其源于作为生物反应器与沉淀罐中的沉淀的固体和生物质。污泥变成堆肥的转变作为减少废物产品的手段尤其令人感兴趣。
[0004] 待从WWTP废弃的过量污泥体积包括1-2%的废水体积,并且通常在WWTP内被处理成B级污泥。B级污泥(生物固体)通过微生物和细菌经由有机废物的需厌氧消化获得,并且通过堆肥过程能转变成允许农业使用的A级污泥(如EPA条例503所限定的)。A级污泥由EPA限定成具有不超过1000的对干物质的克数的平均潜在数量(MPN/gr DM)的粪便大肠杆菌和不超过3/4的MPN/gr DM的沙细菌。堆肥被认为是将污泥转变成可行材料的环境友好并且经济的方法。在EPA条例503中,容器内堆肥被限定为将B级污泥转变成A级污泥的可行方法。污泥必须在超过55摄氏度的温度下保留在堆肥反应器达至少72小时的周期。
[0005] 通过露天堆(干草列)的传统堆肥需要相当大的土地面积。替代性方 法是诸如旋转滚筒的容器内设备。在一个示例中,旋转滚筒围绕水平或稍微倾斜的轴线布置,并具有入口和出口端口。滚筒和旋转设计成使得氧能够到达待堆肥的污泥或材料的所有颗粒。
[0006] 设计成通过污泥的基本材料操作的现有技术的堆肥系统有多个缺点。
[0007] 由于污泥高的含水量,所以将材料引入堆肥滚筒是困难的。手动的材料引入是劳动密集型的,同时,机械的使用由于高的含水量,所以是有挑战性的,并且对溢漏密切关注。
[0008] 污泥与植物物质的预混合通过诸如牵引机的大型机械装置实现。现有技术的混合导致不适合堆肥的大的材料聚集。
[0009] 现有技术的解决方案在堆肥过程期间没有对基本材料的过程控制和最低程度控制与监测。控制和监测对满足严格的环境标准和确保已消除有害细菌是重要的。
[0010] 在本实用新型中描述的系统和方法克服了现有技术的堆肥系统的问题和不足。实用新型内容
[0011] 在本实用新型的第一方面,提供了一种用于有机废物堆肥的系统,所述系统包括:疏松材料供给器;有机废物材料供给器;混合器单元;其中,所述疏松材料供给器和所述有机废物材料供给器与所述混合器单元通信连接;堆肥滚筒;出口输送系统;并且其中,所述混合器单元和所述出口输送系统与所述堆肥滚筒通信连接。
[0012] 在第一方面的用于有机废物堆肥的系统中,所述疏松材料供给器包括至少两个棘轮和两个铰链
[0013] 在第一方面的用于有机废物堆肥的系统中,所述混合器单元包括两个或更多个混合桨或杆,并且所述混合桨或杆构造成沿着两根或更多根轴线旋转。
[0014] 在第一方面的用于有机废物堆肥的系统中,所述混合器单元包括太阳能加热单元。
[0015] 在第一方面的用于有机废物堆肥的系统中,所述混合桨或杆是可调整的。
[0016] 在第一方面的用于有机废物堆肥的系统中,还包括旋转滚筒,所述旋 转滚筒的直径与长度的比率大于4。
[0017] 在本实用新型的第二方面,提供了一种用于有机废物堆肥的系统,所述系统包括:疏松材料供给器;有机废物材料供给器;混合器单元;其中,所述疏松材料供给器和所述有机废物材料供给器与所述混合器单元通信连接;堆肥滚筒;出口输送系统;其中,所述混合器单元和所述出口输送系统与所述堆肥滚筒通信连接;控制单元;其中,所述堆肥滚筒包含:两个或更多个传感器;风扇单元;并且其中,所述控制单元是构造成从所述传感器接收数据并控制所述堆肥滚筒的旋转速度、所述风扇单元的操作、所述疏松材料进给器的速度、所述混合器单元的速度和所述有机废物材料进给器的速度中的至少一个的控制单元。
[0018] 在第二方面的用于有机废物堆肥的系统中,所述两个或更多个传感器是由温度传感器、运动传感器、料位传感器和湿度传感器组成的传感器组的任何组合。
[0019] 在第二方面的用于有机废物堆肥的系统中,所述两个或更多个传感器包括用于将数据发送至所述控制单元的无线发射器。
[0020] 在第二方面的用于有机废物堆肥的系统中,所述两个或更多个传感器中的任一传感器包括用于将数据发送至所述控制单元的无线发射器。
[0021] 在第二方面的用于有机废物堆肥的系统中,所述控制单元包括至少一个无线接收器。附图说明
[0022] 图1是用于有机废物堆肥的现有技术的系统的示例;
[0023] 图2是用于有机废物堆肥的增强系统的示例;
[0024] 图3A是疏松剂材料的供给单元的侧视图的示例;
[0025] 图3B是疏松剂材料的供给单元的顶视图的示例;
[0026] 图4是混合单元的示例;
[0027] 图5是用于有机废物堆肥的增强系统的侧视图的示例;
[0028] 图6是用于有机废物堆肥的增强系统的AA剖视图的示例,以示出传感器位置的细节;
[0029] 图7是用于有机废物堆肥的增强系统的侧视图的示例,以示出出口端口的细节;以及
[0030] 图8是用于操作有机废物堆肥的增强系统的控制流程的示例。

具体实施方式

[0031] 该文件描述了用于减少有机废物以制作堆肥的系统和方法,并且所述系统和方法克服了现有技术的解决方案的缺点和问题。图1是现有技术的堆肥系统的示例。有机废物经由有机废物供给器(101)输送至保存区(103),在所述保存区(103),疏松材料被添加并与有机废物混合。疏松材料通过诸如牵引机的机械添加并混合。在混合之后,牵引机使混合产品在旋转滚筒(105)中沉积。旋转滚筒(105)朝着出口端口和出口输送机(107)连续地推混合产品。当混合材料横穿旋转滚筒(105)的时候,其通过热和消化处理转变成堆肥。
[0032] 图2是用于有机废物堆肥的增强系统的示例。在一个示例中,系统包括至少两个材料供给机构(101和201)。在一个示例中,第一供给机构(101)用于有机废物,并且第二材料供给系统(201)用于疏松材料。在另一示例中,可存在附加的供给系统。在另一示例中,使用第三供给系统,用于引入废纸浆。在一个示例中,供给系统中的材料的线性速度为1米每秒。在另一示例中,供给系统中的材料的线性速度在0.5与1.5米每秒之间。疏松材料供给系统(201)连接至混合器单元(203)。在一个示例中,疏松材料包括树枝或树枝部分。在一个示例中,混合器单元(203)将供给材料结合并混合成均质混合物。在一个示例中,加热器仅加热有机废物。混合器单元(203)位于堆肥器滚筒(205)的入口端口,并且混合材料被连续地供给到堆肥器滚筒(205)中。在另一示例中,太阳能加热器(211)邻近混合器单元(203)。太阳能加热器(211)加热混合材料,以减少水含量以及预热混合材料,从而增进堆肥滚筒(205)中将混合材料转变成堆肥的过程。在另一示例中,仅加热有机废物材料。在一个示例中,堆肥器滚筒(205)旋转。堆肥器滚筒(205)的旋转提供两个功能:围绕堆肥混合物的空气的替换和材料的向前移动。旋转速度的示例包括:12转每小时;或例如6转每小时的低于12转每小时。堆肥器滚筒(205)在堆肥器滚筒(205)内包括构造成朝着出口端口向前推动堆肥材料的装置。由于连续供给机构和内部装置,所以堆肥器滚筒(205)的直径(D)与长度(L) 的比率与现有技术的系统相比较能增大。在一个示例中,直径(D)与长度(L)的比率能大于1/4。
在另一示例中,直径(D)与长度(L)的比率能分别为1/5和1/6。在一个示例中,堆肥器滚筒(205)的出口端口连接至将堆肥材料载入保存罐的出口输送系统(207)。在一个示例中,材料驻留在堆肥器滚筒(205)中达至少三天。在一个示例中,疏松材料保存罐(213)用于在疏松材料输送至混合器单元(203)之前保存疏松材料。
[0033] 图3A和B是疏松材料的供给单元(201)的侧视图和顶视图的示例。疏松材料的示例包括树枝或其他植物碎屑。疏松材料储存在保存罐(图2中的213)中。在一个示例中,供给单元由四个棘轮(图3B中的311、313、315、317)和两根轴(图3B中的321、323)组成。在另一示例中,仅使用两个棘轮。选择棘轮(图3B中的311、313、315、317)的数量,以便降低疏松剂的静载荷并允许容器中的疏松材料体积更大。在一个示例中,达(图3A中的301、307)连接至轴,并使轴旋转,以引起棘轮(图3B中的311、313、315、317)和疏松材料的移动。在另一示例中,供给单元位于底座(图3A中的303、305)上。在另一示例中,底座(图3A中的303、305)包括使供给单元(201)的移动成为可能的轮。在一个示例中,马达(图3A中的301)由变频器控制。在一个示例中,供给单元使系统的连续操作成为可能。连续操作支持堆肥系统操作与有机废物材料的外部源的同步,改进储存待堆肥的材料的传统方法,并减少气味、灰尘和细菌生长以及缩短堆肥时间。在另一示例中,材料供给系统除了以上的之外,还包括位于棘轮之间的中心的螺旋式输送机。
[0034] 图4是混合器单元(203)的示例。在一个示例中,混合器单元包括:有机废物材料供给器(101);疏松材料供给器(201);混合桨或杆(410、412、414、416、418、420、422、424、426、428、430、432、434);勺式轴(450);以及混合材料供给器(440)。在一个示例中,每个勺(410-
434)的度能调整,以优化操作。混合桨或杆位于支持两根轴线上的旋转的轴(450)上。在另一示例中,混合桨或杆可调整。混合材料供给器(440)连接至堆肥器滚筒(图2中的205)的进入端口。在一个示例中,混合器单元(203)产生污泥与疏松材料的混合材 料,以具有其中D90(D90是至少90%的颗粒的直径)至多为31.5mm或至多为37.5mm的粒径分布(PSD)。在另一示例中,D95至多为31.5mm,或者D98至多为31.5mm。在另一示例中,D90至多为37.5mm或至多为45mm。在一个示例中,预混合的完成与混合材料进入滚筒的引入之间的延迟时间至多为10分钟。在另一示例中,其至多为5分钟。在另一示例中,其至多为2分钟。在另一示例中,其至多为1分钟或至多为30秒或更短。预混合与短的延迟时间防止混合材料的过度疏松。维持混合材料疏松自由支持氧到混合物的增强的通风和引入。
[0035] 图5是用于有机废物堆肥的增强系统的侧视图的示例。系统包括:有机废物材料供给器(101);疏松材料供给器(201);混合器单元(203);混合材料供给器(440);堆肥器滚筒(205);出口输送系统(207);滚筒旋转支撑结构(501、503、505);诸如温度传感器(511、513、515)、料位传感器(521、525)、湿度传感器(535)、运动传感器(537)的不同传感器;和风扇单元(541)。有机废物材料供给器(101)将有机废物材料供给到混合器单元(203)中。有机材料的示例包括:污泥;尸体;由水果或蔬菜废物组成的垃圾。疏松材料供给器(201)将疏松材料供给到混合器单元(203)中。疏松材料的示例包括树枝和采伐木材。混合器单元(203)如先前所描述地将疏松材料与有机废物结合成混合材料。混合材料供给器(440)将混合材料供给到堆肥器滚筒(205)中。在一个示例中,堆肥器滚筒(205)如先前所描述地旋转。堆肥器滚筒(205)的旋转通过滚筒旋转支撑结构(501、503、505)成为可能。在一个示例中,滚筒旋转支撑结构(501)是设计成与堆肥器滚筒(205)一起旋转的轮。堆肥器滚筒(205)在堆肥器滚筒(205)内包括朝着出口端口向前推动堆肥材料的装置。在一个示例中,堆肥器滚筒(205)的出口端口连接至将堆肥材料载入保存罐的出口输送系统(207)。温度传感器被装配在堆肥器滚筒(205)中。在一个示例中,温度传感器(511、513、515)等距地隔开。在另一示例中,第一温度传感器(511)离堆肥滚筒(205)的一侧至多2米;第二温度传感器(513)在堆肥滚筒(205)的中心+/-1米内,并且第三温度传感器(515)离堆肥滚筒(205)的第二侧至多2米。温度传感器(511、513、515)将堆肥器滚筒(205)中的温度发送至控制单元。在一个示例中,温度 传感器(511、513、515)包含将由温度传感器(511、513、515)测量的温度发送至控制单元的无线发射单元。在一个示例中,附加的温度传感器(511、513、515)沿周边位于堆肥器滚筒(205)上。在一个示例中,至少两个运动传感器(537)构造成测量堆肥器滚筒(205)的旋转角度。在另一示例中,运动传感器(537)包括将堆肥滚筒(205)的角度发送至控制单元的发射器。在一个示例中,运动传感器(537)能提供用于控制堆肥滚筒(205)的旋转的反馈。在另一示例中,堆肥器滚筒(205)的角度用于确定周边温度传感器(511、513、515)中的哪一个与堆肥材料接触。在一个示例中,仅从与堆肥材料接触的温度传感器(511、513、515)获得的温度被控制单元使用。料位传感器(521、525)提供堆肥滚筒(205)中的堆肥材料高度的测量。在一个示例中,控制单元改变混合材料供给速率以及有机材料供给速率和疏松材料供给速率,以实现目标堆肥材料的料位。在另一示例中,湿度传感器(535)给控制器单元提供堆肥滚筒(205)中的湿度的测量。在一个示例中,控制器单元根据各种传感器的测量结果操作风扇单元(541)或改变堆肥滚筒(205)的旋转速度。
[0036] 总之,用于有机废物堆肥的系统的一个示例包括:疏松材料供给器(201);有机废物材料供给器(101);混合器单元(203);其中,疏松材料供给器(201)和有机废物材料供给器(101)与混合器单元(203)通信连接;堆肥滚筒(205);出口输送系统(207);并且其中,混合器单元(203)和出口输送系统(207)与堆肥滚筒(205)通信连接。在附加的示例中,疏松材料供给器包括农业或工业废物或农业与工业废物的组合。在附加的示例中,混合器单元(203)包括两个或更多个混合桨或杆(图4中的410、412、414、416、418、420、422、424、426、428、430、432、434),并且混合桨或杆(图4中的410、412、414、416、418、420、422、424、426、
428、430、432、434)构造成沿着两根或更多根轴线旋转。在附加的示例中,混合器单元包括太阳能加热单元(图2中的211)。在另一示例中,堆肥滚筒(205)的直径与长度的比率大于4。
[0037] 在另一示例中,用于有机废物堆肥的系统包括:疏松材料供给器(201);有机废物材料供给器(101);混合器单元(203);其中,疏 松材料供给器(201)和有机废物材料供给器(101)与混合器单元(203)通信连接;堆肥滚筒(205);出口输送系统(207);其中,混合器单元(203)和出口输送系统(207)与堆肥滚筒(205)通信连接;控制单元;其中,堆肥滚筒(205)包含:两个或更多个传感器(511、513、515、521、525、535、537);风扇单元(541);并且其中,控制单元从传感器(511、513、515、521、525、535、537)接收数据,并控制以下的至少一个:堆肥滚筒(205)的旋转速度;风扇单元(541)的操作;疏松材料供给器(201)的操作速度;混合器单元(203)的操作速度;和有机废物材料供给器(101)的操作速度。在附加的示例中,两个或更多个传感器(511、513、515、521、525、535、537)是温度传感器;运动传感器;料位传感器;和湿度传感器中的任意传感器或其组合。在附加的示例中,两个或更多个传感器包括用于将数据发送至控制单元的无线发射器。在附加的示例中,控制单元包括至少一个无线接收器。
[0038] 图6是用于有机废物堆肥的增强系统的剖视图(图5中的AA)的示例,以示出传感器位置的细节。在一个示例中,温度传感器(513、603、613)中的一个或多个沿周边装接至堆肥滚筒(205)。运动传感器(537)提供有关堆肥滚筒(205)的旋转角度的信息。
[0039] 图7是用于有机废物堆肥的增强系统的后视图,以示出出口端口的细节。在一个示例中,端壁包括被滑动门(701)覆盖的矩形开口。制粒机(707)由将堆肥制粒并打碎的挤压元件构成。在一个示例中,挤压元件具有至少4cm的长度和至多1cm的宽度。挤压元件能由金属杆或管构成。在一个示例中,滑动门(701)被包含在两个轨道(703、705)之间。堆肥材料通过使滑动门(701)向上移动来被释放。
[0040] 图8是用于操作有机废物堆肥的增强系统的控制流程的示例。在一个示例中,控制流程以方框(901)开始,其中,各种系统参数初始化,并且系统可运行自检,以验证各种系统元件的操作。主循环以方框(903)开始。在一个示例中,方框(903)由测量在图(5)中描述的传感器组组成。方框(905)利用测量参数来计算各种堆肥过程变量。变量的示例包括:温度(T)、体积(V)、湿度(H)。方框(915)检查体积是否低于预定最低值(Vmin),如果是,则开始用于操作供给 单元(图3的201)的方框(907)。方框(917)检查体积是否超过预定最高值(Vmax),如果是,则开始用于停止供给单元(图3的201)的方框(909)。方框(919)检查温度是否低于预定最低值(Tmin),如果是,则操作发出警报的方框(911)。在一个示例中,仅在预定的时间温度低于Tmin之后启动警报。方框(921)检查温度是否高于预定最高值(Tmax)或湿度是否高于预定最高值(Hmax),如果这些检查中的任何一个是肯定的,则操作使风扇单元(图5中的541)运行的方框(913)。在方框(921)之后,流程返回至方框(903)。
[0041] 在一个示例中,基本材料包括脱水污泥。在另一示例中,基本材料能包括由至少15%的有机材料(其中,所述有机材料包括至少13%的固体)和不超过50%的固体组成的任何有机材料。此外,基本材料包括主要是生物纤维或蔬菜废物的疏松剂。供给材料的附加示例包括造纸厂污泥、家庭有机材料、蔬菜废物、动物尸体、食物与饮料污泥及以按重量超过
15%的有机含量为特征的其他材料。
[0042] 在一个示例中,检测传感器(###)将疏松剂与生物质污泥之间的体积比控制到预定的值。在另一示例中,疏松剂与生物质污泥的值由供给系统的操作参数确定。值的示例包括低于2:1、低于1.75:1、低于1.6:1或低于1.5:1的体积比;同时维持高于0.5:1、高于1:1、高于1.2:1、高于1.3:1或高于1.4:1的最低值。
[0043] 测量疏松混合物的粒径分布(PSD)的示例是诸如用于描述PSD的特性的振动筛系统的筛系统。例如,顶筛根据ASTM规范E11-04可具有75mm的标准筛标号。第二筛可具有50mm的ASTM标准筛标号,并且第三筛可具有31.5mm的ASTM标准筛标号。可使用45mm或37.5mm的标准筛。
[0044] 在另一示例中,疏松剂的体积根据温度和湿度测量结果被动态地控制。
[0045] 在另一示例中,氧由风扇引入,以根据温度和湿度测量结果将空气推入堆肥滚筒。
[0046] 在一个示例中,材料温度传感器验证材料是否已如标准所要求地以高于55℃的温度处理三天。
[0047] 在设备和方法的实现中显而易见的是,可对系统和方法作出许多 变型。应认为系统和方法的所有变型和变化属于该文件的范围。
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