採用液體廢物製作堆肥的方法
2023-05-28 03:10:21
專利名稱：採用液體廢物製作堆肥的方法
技術領域：
本發明涉及由液態廢物，尤其是含有動物和/或人的排洩物，如稀糞，汙水，汙泥等廢物製作堆肥的方法及實施這種方法的設備。
含有動物和/或人排洩物的廢物與固體物質如稻草，泥土，樹葉或土壤混合在一起，以固體形式或其它的液體形式作為糞肥。自古以來就用在農業生產中肥沃田地。由於一方面大規模集中畜牧業飼養法，另一方面人類生活方式在發生變化，尤其是居住在城填內和周圍的人口高度集中，當今這類可以利用的廢物不僅主要是液體狀態而且其數量是非常大的。
這種大量的液體廢物，假如用在農田中用，就會導致土壤越來越過於肥沃。這就意味著植物要接受過剩的營養物，在植物生長周期內，它們本身不能充分吸收而且在土壤中也不能儲存這些過剩營養物。稀薄狀態的廢物具有這樣的結果-混合肥料中的沉澱物朝著一端沉澱，即，未被植物吸收的物質滲透土壤並濾除，在此過程中，主要的硝酸鹽和少量元素由植物根部進入下層土壤的較深區域，並汙染了下層土壤水。同樣情況也用於汙泥，即來自沉澱設備的剩餘物以液體形式呈現，並經常含有有害物質，如重金屬，過氧化物等物質，因此，它們不能直接用作肥料，而且必須置於專門的儲存槽中。
此外，由於許多土壤的貧瘠或荒蕪，這些液體廢物轉化成堆肥或腐殖土，以形成植物所需的營養物只在某些範圍內是可能的，在形成腐殖土的過程中，需氧微生物通過生物方法逐漸分解固體有機物質並將它們轉化成腐殖土。為了在有氧氣的條件下，發生腐殖化作用，對微生物的分解來說，一定的水分含量是必不可少的，而且必須充分通風，也就是說必須給土壤供給氧氣，而且碳-氮(C/N)比率對需氧微生物進行腐殖化必須是有利的。
根據這一背景，本發明對這類液體廢料儘可能快速和有效地轉化成堆肥或腐殖土的可行性工作提出建議，使它們以微生物分離形式為肥料施加在田地裡。
本發明解決了這個問題，在製作期間，通過在密閉容器內攪拌加入的含有碳(如己切斷狀態的稻草，木條之類)的生物可分解物質的液體廢料;攪拌時採用一個或多個擴散工具施加機械能，並可控制地送進空氣量。這種方法將廢料轉化成高粘度的懸膠分散體;然後通過需氧漚制方法轉化成堆肥。
施加機械能的最有效方法是使攪拌工具產生空穴現象或抽吸效應，並將空氣直接送入液體已被攪動起來的區域內，控制該區域內保持有限的局部真空狀態。為了達到最佳效果，供給的空氣導入保持真空的空穴內，並保持在一定限度內，以便維持現存的真空度。
可以將少量含有微生物的生物物質如堆肥加入液體廢料中，經攪拌以後，可方便地將該物質通入一個中間容器，然後輸送至漚制場地。
最好分階段實施漚制，即預漚，主漚和後漚。對於預漚，材料被分層放置在每兩層攪拌過的廢料之間是一層含有碳(如稻草，木條之類)的生物可分解材料。這種材料約佔液體廢料的1至3%。
本發明的基本原理是自然條件總是對地球上的居住區域具有決定性影響，而且永遠試圖保持有機物質和生物物質的循環;在這些循環過程中物質的結構是經常變化的。在自然界中這種變化主要是由風、水和溫度變化所產生的高能量輸入而產生的，但是由於某種運動順序和物質遷移而產生的;時間對這種變化不是重要因素。其結果是自古以來仍然在靠近河岸區域，產生良好的富腐殖土和黑土層，如黃土。本發明的目標是在一定的時間周期內，自然生物轉化過程產生一定廢物，以便能夠在加速轉化的意義上來影響這種過程。
按照本發明，首先利用一種擴散工具，將待處理的液體進行非常充分地混合;這樣，一方面通過擴散工具本身的機械作用，另一方面通過摩擦作用將固體組分的尺寸大大地減少。同時，在一有限的空間內利用人們已熟悉的在旋渦中形成空穴或者空心結構的原理造成一種強烈的機械能輸入。利用轉速約為1800轉/分、線速度約為38-44米/秒的擴散工具，就會在固體顆粒區域的液流內產生渦流和強化空穴現象。當液流在高速下沿著固體流動，並由於該固體表面的不平度，從表面偏離時就會產生空穴現象。在此部位就會出現壓力降;由於產生壓力降的結果，在此部位上液體蒸發，相當於在給定溫度下的相應蒸汽壓力。但是這是一種高度不穩定現象。當這些在壓力減少區內形成的充滿液體蒸汽的氣泡破裂時，具有一種釋放很大作用力的內向爆炸，這種爆炸力就作用在此部位的固體表面，這就會導致該固體表面的局部腐蝕。
根據本發明，加入含有碳即所謂碳載體的生物可分解物質就可以在第一部位上獲得可以控制C/N比率的能力。在第二部位上，由於施加機械能，由氫橋斷裂釋放的氫離子提供了碳原子，利用這種碳原子進入新的組合;這就避免了作用於表面的腐蝕現象。此外，還存在水合效應，即各水分子層的積聚或者與水形成的新組合，由於採用了本發明的擴散過程，這種現象在乾物質中可觀察到明顯的增加。
本發明的另一主要特徵是，通過向最大抽吸區域內有控制地導入空氣，以使空穴或渦流效應穩定化。吸入的空氣並形成氣泡的量必須使其不能多到破壞真空的程度，也就是其壓力必須保持在大氣壓以下。空氣的送入是本發明方法的一個基本要素。一方面，這樣形成的微孔對需氧微生物提供了很好的浸蝕點，並在隨後漚制處理的速度和效率方面都具有有利的效果。另一方面，在空氣中不僅含有氧氣而且含有氮氣，這就會在化學變化之後強化了所形成的堆肥的肥沃效果。
本發明方法的另一優點是，通過擴散，使液體廢料形成一種帶觸變性能的大量高粘度產物，這種產物不僅保持了在擴散之後立即能夠泵送，而且在一個中間容器中時效24小時以後也能泵送，能方便地按層放置，以便漚制處理，這種產物是輕輕倒入中間容器的，並在那裡分離掉少量水分，由於經擴散的產物含有細密分布的氣窩，所以立即開始漚制處理，該處理過程是在有氧氣條件下加速進行的，使堆肥在大約7至8周較短的時間後就可以作為肥料使用。
本發明的一個主題也是一種用於擴散該液體廢料的設備，在一密閉容器內，採用至少一個固定在驅動軸上並繞軸轉動的擴散工具;該擴散工具要設計成繞著其周邊具有若干個相互緊靠著布置的攪拌裝置的叉形盤，而且至少其中一部分要伸出於圓盤平面的外面;在擴散工具的區域內有一個導入空氣裝置。
該擴散工具的直徑約等於容器直徑的一半，這就在擴散工具與容器側壁之間留下一個環形空間，在此空間內設置一塊檔板，該檔板可以繞著一個平行於擴散工具軸的軸線迴轉，並可以固定在相對於液體旋轉流動的任何位置上。
為了適應工作要求，該攪拌裝置要設計成使其各個齒伸出於圓盤周邊的外面，而且不僅具有近似徑向於轉動軸線轉動的切削刃，其對圓盤平面呈一α角向外傾斜;而且最好具有一個終止於靠近圓盤平面內的一個面朝後尖部的雙曲線表面，各攪拌器的外邊緣是在切削刃的外端與朝後的尖部之間形成，為了達到最好效果它是一連續曲線。
在該圓盤的周邊可以在各個攪拌裝置之間沒有開口，這些開口的最佳形狀是大致與圓盤的周邊相似所形成的槽。
為了取得最好效果，沿著圓盤的周邊，要設置空氣排出口，利用一個軸向通過空心驅動軸的空氣通道通向空氣排出口。該空氣排出口最好是沿著圓盤周邊的周邊以規則的間隔設置。
一種合適的結構設計還包括一個與擴散圓盤尺寸一樣並與它同心放置在離開上述圓盤一較短距離的蓋盤，以使兩個圓盤之間的空間便於空氣的內流。
可以將兩個或多個擴散工具相對地一個位於另一個上方地安裝在驅動軸上;它們可以具有不同直徑。
這樣設計的擴散工具為實施本發明方法提供了一種良好的裝置，也就是利用機械能和在一個細密分布的通道中導入空氣使液體廢料擴散。
帶有按指定轉動方向旋轉的切削刃的攪拌裝置的設計產生一種促使固體顆粒減小達到膠體擴散狀態的流體旋渦，該旋渦可以通過以一個位於另一個上方安裝的幾個擴散工具進一步強化。
同時，已經以切斷形式加入的碳載體(如稻草)是順著液流帶進的並減小成非常細的顆粒，但這些細顆粒主要保留在主反應區域內，由於攪拌器的齒形設計和齒形表面的雙曲線輪廓形，一個流坑就在帶有朝後尖部的直切削刃的後面形成，而且此處出現了空穴或旋渦效應。此外，如同在旋渦中那樣，來自轉動液體質量的離心力發揮作用，而這種作用是由作為本發明一部分的擋板或折流板進一步加強，而這種擋板在擴散工具旋轉條件下可以迴轉至該循環流中。當迴轉中心部位的流動相對於外面滯後時，則抽吸效應會得到進一步增強。由於空氣排出開口是沿著圓盤的周邊安排的，而特別是通過在圓盤本身與蓋盤之間形成的循環空隙，有可能將通過真空吸入的空氣在一定控制條件下導入吸力最大也就是擋板後面的質量區域中。
構成本發明的方法和設備不僅可以用於處理液體廢料，如糞漿，汙水之類的廢物，在加速下產生堆肥，而且還能應用於來自沉澱池中的汙泥，水果和蔬菜工業的廢物，以及由水果汁製備中帶有固體組分的多水渣滓中。
下面將參照附圖對本發明的一個實施例進行詳細描述，其中
圖1表示本發明方法的示意義圖;
圖2是一個適用於液體擴散的容器縱向截面剖視圖;
圖3是沿圖2中容器的Ⅲ-Ⅲ線切取的橫向截面剖視圖;
圖4是一個擴散工具的局部俯視圖;
圖5是由圖4中Ⅴ-Ⅴ方向觀察的視圖;
圖6是沿圖4中Ⅵ-Ⅵ線切取的截面剖視圖;
圖7是沿圖4中Ⅶ-Ⅶ線切取的局部縱向截面剖視圖;
圖1以示意圖形式顯示本發明方法的總體配置和實施該方法所需設備。
容器1用以貯存待處理液體的第一部分。僅為了說明該方法的可變能力，該容器1是用分室3和3來表示，用以表明在這種型式的容器中即可貯存糞漿4(分室2)也可貯存沉澱汙泥5(分室3)。虛線4′和斷開線5′表示將糞漿4或沉澱汙泥5輸送到擴散裝置6中去。
靠近容器1是一個貯存倉7，用於貯存含碳(如稻草8)和生物量(如堆肥9)的生物可分解物質。線8′表示將這些物質輸送到擴散裝置6內的傳送裝置。
將待處理的液體連同少量稻草8或其它碳栽體一起送入擴散裝置6(下面還將進行詳細描述)中，其中還有適當的生物量9，通過利用機械能進行細密地擴散，並有控制地送入空氣;其物理和化學結構發生變化，從而產生出一種高粘度的觸變性液體。然後將這種液體從擴散裝置6中抽出(管路10)，泵入一個或多個中間貯存容器11中。在這裡對該液體進行24小時以內較短的自然時效，則導致少量水分12在中間容器11底部分離出來，而蓋在上面的物質13更為固體化。儘管如此，在時效過程之後，仍可利用合適的設備直接將該物質泵入漚制區域內。
在圖1的右邊部分，顯示出物質13的後處理工序，順著管路系統13′首先到達一個預漚場所A，在那裡放置在一個實體、不透水的並在側向沒有排水溝15的地面14上，各層以一層壓一層形式組成排的物質16。在物質13的各層之間鋪設一層稻草或其它碳載體，其鋪設量要使其碳載體的總添加量約為流體量的1至3%，該流體量是指在擴散裝置中和在漚制中的總和。
在經過7至10天的預漚之後，將物質13輸送至一個主漚區域13內，並重新鋪設好以便發生微生物的主反應過程。在60°至70℃溫度條件下，大部分水分蒸發，因此，為了保持物質溼潤並維持其水合過程必須對該物質噴射水份。中間容器11底部收集起來的水可用於這一目的;管路12′用以表示在水合過程中的這一步驟。最後將該材料由主漚場所B輸送到一個後漚場所C，在那裡一直保持完全漚熟以備使用。
為了保護物質13不受氣候影響，使其在漚制過程中(尤其在預漚過程A和主漚過程B)不受降雨量和強烈日光照射，在漚制區域的上方設置一棚頂17。
在此漚制過程中，原來的液體材料減少達97%，主要是由於其水份損失造成的。在漚制過程中總的分解時間約為7至8周。在漚制之後，我們著手將這些廢物轉化成高值腐殖土產品，可以直接用作肥料。
在圖2和圖3中以長度方向和橫向上的放大比例顯示該擴散裝置;圖4至圖7顯示擴散工具的具體細節。
首先，該擴散裝置6包括一個放置在支架22上的擴散容器21;在容器21的上部是加料器開孔23，該開孔可以用蓋子24蓋住。容器21的下部呈圓錐形逐漸變細;該容器具有一個傾斜的底部25，通向排出口開孔26，開孔26也可以用一個蓋子27蓋住。該容器的下部同樣也可以採用曲線形的，例如採用橢圓形的，並將排出口開孔設置在其中央部位。
驅動軸28在擴散容器21的中心軸線上垂直向下安置;驅動軸的上端由容器伸出通入軸承護罩29內。一齒輪箱30容納有傳動齒輪，通過該齒輪將來自驅動馬達31(例如-電動機)的動力傳送至軸28。
該實施例中所示，兩個結構相同的擴散工具(40)和以一個置於另一個上方地安裝在驅動軸28上;下面將藉助圖4至圖7更詳細地描述該擴散工具。該驅動軸是空心的並且有一中央空氣通道32，該通道32在其上端開口通向一空氣進入口，並在每個擴散工具的平面具有導入各自擴散工具40內的水平支路。該空氣進入口33裝有一個可調管嘴，該可調管嘴是通過由於擴散工具40的轉動產生減壓來調節送入該裝置的空氣量。
安裝在容器21圓筒部分內的擴散工具40的直徑約為容器21最大直徑的一半，因此，在擴散工具40的外周邊與容器21的側壁之間保持一個環形空間。在此空間內裝有一個鉸接的擋板(折流板)。該擋板由一個安裝在軸37上的翼板36構成;軸37是容器21本體上設置的軸承38(上部)和39(下部)內進行迴轉。
每個擴散工具40是由(下)溶解器圓盤41和一個與它平行並同心設置的(上)蓋圓盤42構成。特別是從圖7中可以看出，兩個圓盤41和42是通過一個環形法蘭43在其中心部位固定，該環形法蘭本身固定在驅動軸28上。兩個圓盤41和42是通過合適的緊固件，如螺栓45安裝在環形法蘭43上，並在凸緣55的缺口部分內兩圓盤之間留有一間隙44。該支通道34將來自空氣通道32的空氣導入圓盤41和42之間的間隙44中。
圍繞著溶解圓盤41的圓周邊上排列有彼此緊靠著的多個攪拌器46。按最簡單形式，這些攪拌器是在製造溶解器圓盤41的圓盤坯料上衝切製成伸出片47所構成的。在該伸出片47旋轉方向(箭頭48)的前緣上具有一個直的切削刃邊49;其後緣51是由伸出片的尖部50開始沿著一圓孤線前進並終止於一個朝後的尖部52上。在每個攪拌器46之間並在其鄰近處是一個槽形開口53，該開口與溶解器圓盤41的圓周邊大致相切。
攪拌器46是由起初平的伸出片47通過將它們彎曲成與圓盤41呈β角(圖6)，然後再在徑向上扭轉一個α角(圖5)製成的;這兩個角度都是20°左右。這樣做的結果是，在切削刃邊49和朝後的尖部52之間形成一個喇叭口凹入部分54，這種凹入部分就促使朝後的尖部52和槽53的區域內產生一種抽吸空心。
為了實施本發明方法，通過加料器開孔23向擴散容器21內注入液體，其注入量最多到達圖2所示水位高度。將蓋子24上之後，使安裝在驅動軸28上的擴散工具40起動，按圖3中箭頭48所指方向轉動。在此階段，擋板35的翼板36一直處於圖3中所顯示的大致切向位置。當一到達所要求的旋轉速度時，就通過加料器開孔23或利用其它合適的裝置將碳載體(例如已切斷的稻草)加入到容器中。
以大約40米/秒的高線速度和攪拌器46的特殊設計形狀相結合，以便在終止於尖部52的喇叭口區域內產生一抽吸空心效應;這種效應導致在溶解器圓盤41的這一區域內產生壓力降。然後空氣就通過與空氣進入口33相連通的空氣通道32和支路通道34，經過溶解器圓盤41和蓋子圓盤42之間的間隙44，沿著蓋圓盤42的外邊緣56吸入。吸入的空氣量可以利用一個裝在空氣進入口33內的管嘴進行精確地控制。這樣，不僅有可能將空氣按控制的數量直接送入液體內最強烈作用區域，而且能計量空氣的配給量，以致不破壞由抽出效應在此區域內所產生的真空。
當這一步驟一完成，位於軸37上端的槓桿就迴轉，這樣，翼板36就旋轉到位置b處(圖3)，這時該翼板36就靠著容器的側壁，並通過循環流體的作用對著側壁壓緊。當快速運動的液流越過一個溢流堰時，該溢流堰造成一種液體總質量的過度旋轉運動和相對於流動方向的渦流效應，使快速運動液流受到破壞，增大了擋板35後面的壓力降。由於擴散工具40採用雙盤結構，則吸入的空氣就可以正好導入真空度最高的部位上，也就是相對於旋轉方向在擋板35的後面。
當經過幾分鐘處理之後，將驅動系統斷電，而且該容器內的包含成分-液體肥料，用這種方法轉化成具有觸變性能的近乎膠態分散體，可以通過排出口26抽出，按圖1所描述的步驟進一步進行處理。
為了加速漚制過程的開始，可以用同樣的方法加入生物量，如堆肥。
權利要求
1.一種由液體狀態的廢物，尤其含有動物和/或人的排洩物，如稀糞，汙水，汙泥等廢物製作堆肥的方法，其特徵在於該液體廢物是通過在一個密閉容器內與加入的含有碳如己經切斷形式的稻草，木條之類的生物可分解物質一起處理轉化成一種高粘度的懸膠分散體，其處理方法是利用一個或多個擴散工具施加機械能進行攪拌，並在可控制條件下輸入空氣，然後將這樣形成的分散體通過一種有氧漚制過程轉化成堆肥。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於其中該機械能是藉助由擴散工具所產生的空穴或抽吸效應施加的，並將空氣直接送入液體已被攪拌起來的區域內，如此控制以致在該區域內保持有限的局部真空。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於由於存在真空，空氣是利用抽吸送入的，為了保持真空度該抽吸是有限制的。
4.如權利要求1至3的任一項所述方法，其特徵在於將含有需氧微生物的少量生物量如堆肥加在液體廢料中。
5.如權利要求1至4的任一項所述方法，其特徵在於經擴散的廢料貯存在一個存貯容器(11)內，之後把它排出以備漚制處理。
6.如權利要求1至5任一項所述的方法，其特徵在於該漚制過程是分幾個階段實施的，其中將待處理的堆肥物(13)由一個預漚場地(A)經過一個主漚場地(B)輸送到後漚場地(C)。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於在預漚場地(A)中將材料按層堆起，在每兩層經擴散的廢物層之間分布一層含有碳如稻草、木條之類的生物可分解物質。
8.如權利要求1至7任何一項所述的方法，其特徵在於所加進的含碳生物可分解物質的量約為液體廢物總量的1至3%。
9.一種用於如權利要求1至8所述的液體廢物擴散設備，該設備至少帶有一個安裝在驅動軸(28)上並繞著一個在密封容器(21)內的軸線旋轉的擴散工具(40)，其特徵在於該擴散工具(40)設計成一個圓盤(41)，圍繞著圓盤的周邊設置多個彼此緊靠著的攪拌裝置(46)，每個攪拌裝置至少一部分是圓盤(41)平面的伸出部分，並且在擴散工具(40)的區域內設有用作空氣進入口的裝置。
10.如權利要求9所述的設備，其特徵在於該擴散工具(40)的直徑與該容器直徑的比例約為1∶2。
11.如權利要求9至10所述的設備，其特徵在於在擴散工具(40)與容器(21)側壁之間的環形空間內設有一個擋板，該擋板可以繞著平行於擴散工具(40)的迴轉軸線的一個軸線進行迴轉，並固定在對液體的旋轉流動形成一個擋板(35)的位置上。
12.如權利要求9所述的設備，其特徵在於攪拌裝置(46)是由圓盤的周邊向外伸出的齒(47)構成的，並帶有切削刃邊(49);該刃邊是在圓盤(41)迴轉軸線的大致徑向向外伸出的，並與該圓盤的平面成一α角，該攪拌裝置還具有最好是雙曲面，該表面終止於一個大致處於圓盤平面的面朝後的尖部(52)。
13.如權利要求12所述的設備，其特徵在於該攪拌裝置(46)的外邊緣(51)是在切削刃邊(49)的外端(50)與面朝後的尖部(52)之間以連續曲線形成的。
14.如權利要求12或13所述的設備，其特徵在於開口(53)是設置在圓盤(41)的圓周邊上的各個攪拌裝置(46)之間。
15.如權利要求14所述的設備，其特徵在於開口(53)是槽形的，該槽形開口大致與圓盤(41)的圓周邊相切。
16.如權利要求12至15的任一項所述設備，其特徵在於沿著圓盤(41)的圓周上設有空氣排出口，該空氣排出口通過由空心驅動軸(28)軸向形成的空氣通道(32)與外面的空氣相連通。
17.如權利要求16所述的設備，其特徵在於該排出口是沿著圓盤(41)的圓周有規律地分布的。
18.如權利要求16或17所述的設備，其特徵在於在距圓盤(41)一較短的距離處，安裝有一個與該圓盤相同心、並與它相平行的大致等直徑的蓋子圓盤(42)，並在這兩個圓盤之間所形成的間隙(44)用作空氣進入口。
19.如權利要求9至18任何一項所述的設備，其特徵在於在驅動軸(28)上以一個置於另一個上方並相互間隔一定距離地安裝著兩個或多個擴散工具(40)。
20.如權利要求19所述的設備，其特徵在於所述擴散工具(40)具有不同直徑。
全文摘要
一種由液態廢物製作堆肥的方法；即將廢物置於密閉容器內，加入含碳的生物可分解物質，利用擴散工具施加機械能攪拌並有控制地送入空氣，使其轉化成高粘度懸膠分散體；然後通過有氧漚製成堆肥。該機械能的施加是通過一種特殊設計的擴散工具，使之產生空穴或吸出效應。由於在處理過程中空氣進入材料最細的空隙中，使漚制過程很快開始，並在有氧條件下加速完成，因此，在較短時間內獲得可直接用作有機肥料的堆肥。
文檔編號B01F7/00GK1041351SQ89107050
公開日1990年4月18日 申請日期1989年9月1日 優先權日1988年9月26日
發明者克勞斯-迪特爾·布羅克斯 申請人:戴卡霍夫及威德曼股份公司, 胡特克霍爾茨曼環境科技股份有限公司, 普羅沙格股份公司