一种高厨余生活垃圾预脱水处理装置的制作方法

本实用新型涉及生活垃圾处理技术领域，尤其涉及一种高厨余生活垃圾预脱水处理装置。

背景技术：

生活垃圾的无害化处理方式主要有焚烧，填埋和堆肥。焚烧相比于后两者，更能实现生活垃圾的减量化和资源化，是一种更适应时代发展要求的无害化方法，其社会价值与经济价值都较高，成为我国目前大力推行的垃圾处理方式之一。但是由于我国城市生活垃圾具有厨余含量高、含水量高的特点，生活垃圾的焚烧热值远低于焚烧经济热值(7000kj/kg)，直接进行焚烧往往会导致燃烧不充分，成本较高而效率低，污染物排放超标等问题。因此有必要在焚烧前对高厨余生活垃圾进行预脱水处理，从而有效降低其含水量，提高其焚烧热值。

生活垃圾主要成分包括厨余、纸类、纺织物、竹木等可降解物质和塑料、橡胶、渣砾、灰土、玻璃、金属等惰性物质。其中，厨余是指日常生活及食品加工等活动中产生的垃圾，包括丢弃不用的菜叶、剩菜、剩饭、果皮、蛋壳、茶渣、骨头等。欧美发达国家的生活垃圾以纸类组分为主，其含量(湿基)在30％以上，而厨余含量(湿基)一般低于30％，这类垃圾被称为“低厨余生活垃圾”。相比于厨余组分，纸类的含水量则较低，这就造成低厨余生活垃圾的初始含水量(湿基)一般低于40％。发展中国家的生活垃圾以厨余组分为主，其含量(湿基)高达40％以上，这类垃圾被称为“高厨余生活垃圾”。由于新鲜厨余组分的含水量(湿基)一般在74％以上，导致高厨余垃圾的初始含水量(湿基)高达40～65％。

现有的垃圾预脱水装置大多采用的是机械压缩脱水设备，如螺旋机械压缩脱水机、液压脱水机等。但是一方面，机械压缩脱水设备挤压后产生的渗滤液难以完全排出，装置出液不彻底。另一方面，由于机械压缩脱水设备压缩时间较短，挤压过程中压应力分布不一定均匀，且对高厨余生活垃圾无发酵降解功能，整体功能单一，因而脱水率较低，难以使其达到焚烧处置的热值要求。

中国专利申请文献cn111306899a中，公开了一种厨余垃圾的脱水处理装置，包括用于初步脱水并搅碎厨余垃圾的搅碎机构，还设有用于向右拨动厨余垃圾的拨动机构，拨动机构将搅碎的垃圾拨动到拨动腔，拨动腔连通机械压缩脱水的挤压腔，挤压腔的上侧设有重力压块，用于机械压缩脱水。

中国专利申请文献cn110000195a中，公开了一种负压主动收集的餐厨垃圾处理系统，该系统包括电机、减速器、离合器、粉碎装置、带传动机构、脱水机、连接套、输送管和负压部，所述电机的输出轴机械连接有减速器，减速器通过离合器连接有粉碎装置，粉碎装置下方通过连接套连接有脱水机，脱水机下方通过输送管连接有负压部；粉碎装置的主动轴上机械连接有带传动机构，带传动机构下方连接脱水机的传动轴，负压部包括储液桶、电磁阀、夹膜阀、去真空泵站、气管、调整螺栓、调整弹簧、引线螺钉、调整片壳体、下调整片、压缩膜片、膜片壳体、顶头、上调整片、支撑杆和支撑板，通过负压将滤液进行回收。

现有技术至少存在以下不足：

1.挤压后产生的渗滤液难以完全排出，垃圾处理装置出液不彻底；

2.压缩时间较短，挤压过程中压应力分布不均匀，导致部分厨余垃圾得不到脱水；

3.对厨余垃圾无发酵降解功能，整体功能单一，脱水率较低，难以使处理后的厨余垃圾达到进行焚烧处置的热值要求。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种高厨余生活垃圾预脱水处理装置，利用气囊稳压加载系统的气压加载方式，对垃圾进行长时间持续均匀压缩脱水，并通过纤维素酶、果胶酶对垃圾进行酶解以辅助加快脱水，利用负压技术促进渗滤液从装置中排出，同时采用了恒温通风系统，为预脱水处理仓提供恒温空气，可以为垃圾内微生物好氧降解提供适宜条件。本实用新型具有挤压充分，排液彻底，脱水率高，易实现，成本低等特点。同时本实用新型提供的高厨余生活垃圾预脱水处理方法联合采用好氧降解脱水和持续机械压缩脱水技术，从而实现对高厨余生活垃圾的高效脱水预处理。同时，通过气泵和气压表对气囊内压力进行控制，使得气囊对垃圾持续施加设定值的压力，实现对垃圾均匀挤压。

本实用新型提供了一种高厨余生活垃圾预脱水处理装置，包括：

预脱水处理仓、气囊稳压加载系统、恒温通风系统、气液分离式集液系统；

所述预脱水处理仓的一个侧壁上部设有进料管，另一侧壁下部设有封门；

所述预脱水处理仓用于容纳喷洒了酶溶液的高厨余生活垃圾；

所述气囊稳压加载系统包括一号气泵、调压阀、气压表和气囊，所述一号气泵连接所述调压阀，所述调压阀连接所述气压表，所述气压表连接气囊，通过控制所述气囊内压力在200kpa～300kpa范围内，使气囊充气膨胀后，对高厨余生活垃圾进行持续机械压缩脱水；

所述气囊设置于所述预脱水处理仓内的顶部；所述气囊的底部结构从里到外依次为橡胶层、内土工布层、钢丝网层和外土工布层；

所述恒温通风系统的进风管的入口均匀分布在所述预脱水处理仓的侧壁上，所述恒温通风系统用于提供恒温空气给所述预脱水处理仓；

所述气液分离式集液系统与所述预脱水处理仓底部连接，用于在所述预脱水处理仓内制造负压环境，促进垃圾内微生物好氧降解产生的气体和从垃圾中挤压出来的渗滤液从装置内排出。

优选地，所述预脱水处理仓内的底部设有导排板，所述导排板下有出水管，所述出水管与所述气液分离式集液系统连接。

优选地，所述恒温通风系统包括二号气泵、加热器、温度表和进风管，所述二号气泵、所述加热器和所述温度表均与所述进风管连接，所述二号气泵通过所述进风管连接所述加热器，所述加热器通过所述进风管与所述温度表连接。

优选地，所述恒温通风系统通过所述加热器和所述温度表调节气流温度，为所述预脱水处理仓持续通入40±3℃的空气，通气率为100～200l/kg干垃圾/天。

优选地，所述预脱水处理仓的侧壁上连接的所述进风管的入口至少为15个。

优选地，所述气液分离式集液系统包括出气端、出液端、气液分离罐和负压泵，所述气液分离罐顶部连接所述负压泵的一端，所述负压泵另一端为所述出气端，所述气液分离罐底部的一端连接所述预脱水处理仓底部，所述气液分离罐底部的另一端为出液端。

优选地，所述酶溶液中包括纤维素酶和果胶酶；所述酶溶液采用双酶法配置，所述酶溶液由纤维素酶:果胶酶:水的质量比为1:(0.2～1):100配置而成。

优选地，预脱水处理仓内的高厨余生活垃圾喷洒酶溶液后，执行如下操作：

启动所述气囊稳压加载系统，在垃圾顶部持续施加压力并保持稳定，直到脱水结束；

启动所述恒温通风系统，开启所述气液分离式集液系统出气端，关闭出液端，持续运行t1时间；

关闭所述恒温通风系统，同时保持所述气液分离式集液系统运行，关闭出气端，开启出液端，持续运行t2时间；

交替实施上述两个步骤，在持续机械压缩和好氧降解共同作用下脱水处理t3时间，停止脱水。

优选地，所述t1为5-6小时，所述t2为0.5-1小时，所述t3至少为3天。

优选地，喷洒的所述酶溶液的重量为所述预脱水处理仓内垃圾重量的1-3％。

与现有技术相对比，本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型利用气压加载的方式，对高厨余生活垃圾进行长时间持续均匀压缩脱水，脱水率更高；

(2)本实用新型通过纤维素酶、果胶酶对高厨余生活垃圾进行酶解，以辅助加快脱水；

(3)本实用新型利用负压技术，促进渗滤液从装置中排出，排液彻底；

(4)本实用新型利用恒温通风系统为预脱水处理仓提供恒温的空气，为垃圾内微生物好氧降解提供适宜条件；

(5)本实用新型利用由内向外分别为橡胶层、内土工布层、钢丝网层和外土工布层的气囊对高厨余生活垃圾进行机械挤压，既使得挤压时的应力分布均匀，达到均匀压缩脱水的目的，又使得气囊不易被腐蚀，可以增加气囊使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的一个实施例的内部结构纵向剖面示意图；

图2是本实用新型的一个实施例的正面结构示意图；

图3是本实用新型的一个实施例的气囊底部结构层纵向剖面示意图；

图4是本实用新型的预脱水处理方法的一个实施例中气囊采用不同压力进行挤压与脱水率的关系曲线；

图5是本实用新型的预脱水处理方法的一个实施例中恒温通风系统输入不同温度的空气与降解率的关系曲线；

图6是本实用新型的预脱水处理方法的一个实施例中恒温通风系统采用不同通气率与降解率的关系曲线。

图中：

1、预脱水处理仓；2、进料管；3、封门；4、导排板；5、出水管；6、一号气泵；7、调压阀；8、气压表；9、气囊；10、二号气泵；11、加热器；12、温度表；13、进风管；14、气液分离罐；15、出气端；16、出液端；17、负压泵；18、橡胶层；19、内土工布层；20、钢丝网层；21、外土工布层。

具体实施方式

下面结合附图1-6，对本实用新型的具体实施方式作详细的说明。

本实用新型提供了一种高厨余生活垃圾预脱水处理装置，包括：

预脱水处理仓1、气囊稳压加载系统、恒温通风系统、气液分离式集液系统；

所述预脱水处理仓1的一个侧壁上部设有进料管2，另一侧壁下部设有封门3；

所述预脱水处理仓1用于容纳喷洒了酶溶液的高厨余生活垃圾；

所述气囊稳压加载系统包括一号气泵6、调压阀7、气压表8和气囊9，所述一号气泵6连接所述调压阀7，所述调压阀7连接所述气压表8，所述气压表8连接气囊9，通过控制所述气囊9内压力在200kpa～300kpa范围内，使气囊9充气膨胀后，对垃圾进行持续机械压缩脱水；

图4中给出了本实用新型的预脱水处理方法的一个实施例中气囊采用不同压力进行挤压与脱水率的关系曲线。

其中，

试样：杭州市典型生活垃圾，厨余组分含量约为60％，初始含水量(湿基)约为65％；

试验条件：温度40±3℃，通气率为100l/kg干垃圾/天，上覆应力50、100、200、300、400kpa；

从图中可以看到：随着上覆应力的增大，生活垃圾脱水率逐渐提高；当上覆应力超过200kpa后，生活垃圾脱水率提高效率不高。因此，考虑到经济成本等因素，建议最优的上覆应力范围为200～300kpa。

气囊稳压加载系统启动后，由一号气泵6向气囊9通气，气囊9充气后向下膨胀挤压垃圾，以达到均匀压缩脱水的目的，气压表8用来测量气囊9内气压，当达到设定气压时，控制调压阀7关闭通气管道，停止充气；当气压表测量的气压低于设定气压时，控制调压阀7开启，继续向气囊9充气至设定气压。

所述气囊9设置于所述预脱水处理仓1内的顶部；所述气囊9的底部结构从里到外依次为橡胶层18、内土工布层19、钢丝网层20和外土工布层21；

橡胶层18设置在最内层，使气囊9充气后可向下膨胀挤压垃圾；且采用气囊9进行挤压，挤压时压应力分布更均匀。

内土工布层19紧挨橡胶层18设置，目的包括：

1、作为缓冲保护橡胶层18，避免钢丝网层20与和橡胶层18直接接触，而导致钢丝网层20中坚硬部分戳破损坏橡胶层18。

2、土工布19抗拉性能好，和气囊9一起膨胀时不易损坏。

钢丝网层20设置在内土工布层19的外面，目的包括：

1、钢丝网质硬，在内土工布层19外设置钢丝网层，可以更有效实现对垃圾进行向下均匀压缩。

2、保护橡胶层18，避免垃圾中的尖锐物体戳破损坏橡胶层18。

3、钢丝抗拉性能好，和气囊9一起膨胀时不易损坏。

外土工布层21设置在最外层，目的是：

1、作为缓冲保护钢丝网层20，避免垃圾与钢丝网直接接触而腐蚀钢丝。

2、土工布抗拉性能好，和气囊9一起膨胀时不易损坏。

采用气囊进行气压加载的优点：

1、以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，成本较低(液压加载需要考虑购买贮存液压油的成本)，气囊中用后的空气排到大气中，处理方便，无污染。

2、因空气的粘度很小(约为液压油动力粘度的万分之一)，在管内流动阻力小，压力损失小，所以便于集中供气和输送。

与液压相比，气动反应快，动作迅速，维护简单，管路不易堵塞。

所述恒温通风系统的进风管13的入口均匀分布在所述预脱水处理仓1的侧壁上，所述恒温通风系统用于提供恒温空气给所述预脱水处理仓1；

采用恒温通风系统进行通风的目的是为垃圾内部微生物好氧降解提供有氧条件，恒温的目的是为微生物好氧降解和生物酶酶解提供适宜温度。

加速好氧降解的目的是：好氧降解可以促进高厨余生活垃圾中厨余组分快速分解，从而使厨余组分中水分更容易被压缩挤出；此外，垃圾内微生物好氧发酵可产生大量热量，通过高温蒸发和通风夹带作用可有效降低垃圾含水量。

所述气液分离式集液系统与所述预脱水处理仓1底部连接，用于在所述预脱水处理仓1内制造负压环境，促进垃圾内微生物好氧降解产生的气体和从垃圾中挤压出来的渗滤液从装置内排出。

作为优选实施方式，所述预脱水处理仓1内的底部设有导排板4，所述导排板4下有出水管5，所述出水管5与所述气液分离式集液系统连接。

作为优选实施方式，所述恒温通风系统包括二号气泵10、加热器11、温度表12和进风管13，所述二号气泵10、所述加热器11和所述温度表12均与所述进风管13连接，所述二号气泵10通过所述进风管13连接所述加热器11，所述加热器11通过所述进风管13与所述温度表12连接。

恒温通风系统的构件均设置在预脱水处理仓1外，通过进风管13与预脱水处理仓1连接。恒温通风系统的所有构件通过通风管道连接。

恒温通风系统启动后，由二号气泵10向预脱水处理仓1内通气，目的是为垃圾内部微生物好氧降解提供有氧条件，加热器11和温度表12用以加热气体并控制温度，目的是为微生物好氧降解和生物酶酶解提供适宜温度。

作为优选实施方式，所述恒温通风系统通过所述加热器11和所述温度表12调节气流温度，为所述预脱水处理仓1持续通入40±3℃的空气，通气率为100～200l/kg干垃圾/天。

进行温度控制的目的是为微生物好氧降解和生物酶酶解提供适宜温度。40±3℃是经过实验得到的高厨余生活垃圾内微生物进行好氧降解的最佳温度，能够加速好氧降解。100～200l/kg干垃圾/天是经过实验得到的高厨余生活垃圾进行好氧降解的适宜通风率。

图5给出了本实用新型的预脱水处理方法的一个实施例中恒温通风系统输入不同温度的空气与降解率的关系曲线。

其中，

试样：杭州市典型生活垃圾，厨余组分含量约为60％，初始含水量(湿基)约为65％

试验条件：上覆应力10kpa，通气率为100l/kg干垃圾/天，温度25、30、35、40、45、50℃

从图中可以看出：随着温度的升高，生活垃圾降解率逐渐提高；当温度超过40℃后，生活垃圾降解率提高不明显。因此，考虑到经济成本等因素，建议最优的温度控制范围为40±3℃。

图6给出了本实用新型的预脱水处理方法的一个实施例中恒温通风系统采用不同通气率与降解率的关系曲线。

其中，

试样：杭州市典型生活垃圾，厨余组分含量约为60％，初始含水量(湿基)约为65％

试验条件：上覆应力10kpa，温度40±3℃，通气率为25、50、100、200、400l/kg干垃圾/天；

从图中可以看出：当通气率从25l/kg干垃圾/天提高至200l/kg干垃圾/天时，生活垃圾降解率逐渐提高，且在100-200l/kg干垃圾/天时效果最好；当通气率进一步提高至400l/kg干垃圾/天时，生活垃圾降解率相比于200l/kg干垃圾/天反而略有下降。因此，考虑到经济成本、降解效果等因素，建议最优的通气率控制范围为100-200l/kg干垃圾/天。

作为优选实施方式，所述预脱水处理仓1的侧壁上的所述进风管13的入口至少为15个。

作为优选实施方式，所述气液分离式集液系统包括出气端15、出液端16、气液分离罐14和负压泵17，所述气液分离罐14顶部连接所述负压泵17的一端，所述负压泵17另一端为所述出气端15，所述气液分离罐14底部的一端连接所述预脱水处理仓1底部，所述气液分离罐14底部的另一端为出液端16。

气液分离式集液系统利用出气端15连接的负压泵17制造负压环境。因为气体密度小，所以把出气端15设置在上侧，液体密度大，液体受重力影响在下侧流动，所以出液端15设置在下侧。

气液分离式集液系统的构件均设置在预脱水处理仓1外，通过出水管15与预脱水处理仓1连接。

气液分离式集液系统启动后，负压泵17启动，并在预脱水处理仓1内制造负压环境，交替开启出气端15和出液端16，负压环境使得渗滤液从出液端16排出，废气从出气端15排出。

本实用新型的装置没有单独设置排风管，由气液分离式集液系统的出气端进行排风抽气。

作为优选实施方式，所述酶溶液中包括纤维素酶和果胶酶；所述酶溶液采用双酶法配置，所述酶溶液由纤维素酶:果胶酶:水的质量比为1:(0.2～1):100配置而成。

高厨余生活垃圾的特点之一是其果蔬含量较高，而植物细胞的细胞壁的主要成分是纤维素和果胶这两种。从生物酶中选取这两种，目的是为了破坏细胞壁，从而促进对高厨余生活垃圾进行充分脱水。这两种酶的选取是针对高厨余生活垃圾的特点进行选取的，针对性更强，使高厨余生活垃圾分解更全面更彻底，可以节约成本。

作为优选实施方式，预脱水处理仓内的高厨余生活垃圾喷洒酶溶液后，执行如下操作：

启动所述气囊稳压加载系统，在垃圾顶部持续施加压力并保持稳定，直到脱水结束；

启动所述恒温通风系统，开启所述气液分离式集液系统出气端，关闭出液端，持续运行t1时间；

关闭所述恒温通风系统，同时保持所述气液分离式集液系统运行，关闭出气端，开启出液端，持续运行t2时间；

交替实施上述两个步骤，在持续机械压缩和好氧降解共同作用下脱水处理t3时间，停止脱水。

作为优选实施方式，所述t1为5-6小时，所述t2为0.5-1小时，所述t3至少为3天。

作为优选实施方式，喷洒的所述酶溶液的重量为所述预脱水处理仓内垃圾重量的1-3％。

实施例1

根据本实用新型的一个具体实施方案，下面对本实用新型的高厨余生活垃圾预脱水处理装置进行详细说明。

本实用新型提供了一种高厨余生活垃圾预脱水处理装置，包括：

预脱水处理仓1、气囊稳压加载系统2、恒温通风系统、气液分离式集液系统；

所述预脱水处理仓1的一个侧壁上部设有进料管2，另一侧壁下部设有封门3；

所述预脱水处理仓1用于容纳喷洒了酶溶液的高厨余生活垃圾，所述酶溶液中包括纤维素酶和果胶酶；所述酶溶液采用双酶法配置，所述酶溶液由纤维素酶:果胶酶:水的质量比为1:0.5:100配置而成；

所述气囊稳压加载系统包括一号气泵6、调压阀7、气压表8和气囊9，所述一号气泵6连接所述调压阀7，所述调压阀7连接所述气压表8，所述气压表8连接气囊9，通过控制所述气囊9内压力，使气囊9充气膨胀后，对垃圾进行持续机械压缩脱水；

通过所述调压阀7和所述气压表8调节所述气囊9内的气压，使所述气囊9在垃圾顶部持续施加200kpa压力，对垃圾进行机械压缩脱水；

所述气囊9设置于所述预脱水处理仓1内的顶部；所述气囊9的底部结构从里到外依次为橡胶层18、内土工布层19、钢丝网层20和外土工布层21；

所述恒温通风系统的进风管13的入口均匀分布在所述预脱水处理仓1的侧壁上，所述恒温通风系统用于提供恒温空气给所述预脱水处理仓1；所述预脱水处理仓1的每一侧壁上的所述进风管13至少为15个；

所述恒温通风系统包括二号气泵10、加热器11、温度表12和进风管13，所述二号气泵10、所述加热器11和所述温度表12均与所述进风管13连接，所述二号气泵10通过所述进风管13连接所述加热器11，所述加热器11通过所述进风管13与所述温度表12连接；

所述恒温通风系统通过所述加热器11和所述温度表12调节气流温度，为所述预脱水处理仓1持续通入40℃的空气，通气率为200l/kg干垃圾/天；

所述气液分离式集液系统与所述预脱水处理仓1底部连接，用于在所述预脱水处理仓1内制造负压环境，并将促进垃圾内微生物好氧降解产生的气体和从垃圾中挤压出来的渗滤液从装置内排出；

所述气液分离式集液系统包括出气端15、出液端16、气液分离罐14和负压泵17，所述气液分离罐14顶部连接所述负压泵17的一端，所述负压泵17另一端为所述出气端15，所述气液分离罐14底部的一端连接所述预脱水处理仓1底部，所述气液分离罐14底部的另一端为出液端16；

所述预脱水处理仓1内的底部设有导排板4，所述导排板4下有出水管5，所述出水管5与所述气液分离式集液系统连接。

预脱水处理仓1内的高厨余生活垃圾喷洒酶溶液后，执行如下操作：

启动所述气囊稳压加载系统，在垃圾顶部持续施加压力并保持稳定，直到脱水结束；

启动所述恒温通风系统，开启所述气液分离式集液系统出气端，关闭出液端，持续运行t1时间，所述t1为5小时；

关闭所述恒温通风系统，同时保持所述气液分离式集液系统运行，关闭出气端，开启出液端，持续运行t2时间，所述t2为1小时；

交替实施上述两个步骤，在持续机械压缩和好氧降解共同作用下脱水处理t3时间，停止脱水，所述t3为4天。

喷洒的所述酶溶液的重量为所述预脱水处理仓内垃圾重量的1-3％。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。