一种全自动餐厨垃圾厌氧发酵系统

技术领域

本发明涉及生物质厌氧发酵智能化运行领域，具体涉及一种全自动餐厨垃圾厌氧发酵系统。

背景技术

我国餐饮业近年来迅速发展，随之而产生的大量餐厨垃圾给民众和城市带来了健康隐患和环境威胁，国家和民众愈加关注和重视餐厨垃圾的规范化管理。然而，我国餐厨垃圾处理起步较晚，处理技术还不够成熟，绝大多数城市的餐厨垃圾存在管理无序、存放混乱等问题，成为垃圾收集、运输和填埋处理过程中的主要污染源，严重影响着城市的环境以及市民健康。由于餐厨垃圾具有含水率高、有机质占比高、含盐量高、易生化降解等特点，其自身特性决定了它是厌氧发酵的最佳原料，利用厌氧发酵技术是实现餐厨垃圾无害化和资源化利用的有效手段。厌氧发酵技术利用发酵体系中各类型菌之间互利共生作用，将餐厨垃圾中有机质逐步分解成挥发性脂肪酸（VFAs）、CO2、H2等，最终生成甲烷气。在发酵体系中，微生物对温度变化异常敏感，小幅度温度波动便会影响产气效率。为了保证发酵效率，传统沼气工程过度依赖火电厂供电来维持发酵温度，确保发酵能稳定运行。但针对发酵工艺的周期性运行，此方法电能消耗过大，加大化石能源的过度使用，存在经济和环境弊端。

我国太阳能发电量占世界第二位，经政府高度重视和支持，我国下发《推进全国太阳能热利用工作实施方案》等标准，节能环保、智能发展的宗旨使我国逐渐成为太阳能热利用的第一生产大国。太阳辐射能作为一种能源，在能源发展中有其独具的优势，但其储热效果差，受阴雨天影响较大；因此，有效调控厌氧发酵温度，减少电能的使用，同时实现餐厨垃圾的减量化、资源化和无害化利用，成为人们亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的现有发酵工艺耗电量大且无法对餐厨垃圾进行智能化处理的问题，提供了一种全自动餐厨垃圾厌氧发酵系统。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种全自动餐厨垃圾厌氧发酵系统，包括光电一体化太阳能热水器、压力泵、水浴厌氧发酵罐、中央控制柜，光电一体化太阳能热水器上并联有空气源热泵，光电一体化太阳能热水器及空气源热泵的进水口均与冷水源管路连接，光电一体化太阳能热水器及空气源热泵的出水口均连接有相变蓄水箱，相变蓄水箱的出水口连接有压力泵，压力泵连接有水浴厌氧发酵罐，水浴厌氧发酵罐的出水口连接有回流水箱，回流水箱与冷水源管路连接。

进一步地，相变蓄水箱包括由外向内依次设置的外壳，外壳的内侧设有保温层，保温层的内侧设有相变储能层。

进一步地，相变储能层内还间隔竖直设有相变储能柱。

进一步地，相变蓄水箱上设有两个出水口，一个出水口与压力泵连接，另一个出水口与回流水箱的上部连接，且相变蓄水箱与回流水箱之间装有回流电磁阀。

进一步地，相变蓄水箱内设有温度探头及第一水位计。

进一步地，回流水箱的上部装有过滤芯，回流水箱内还装有第二水位计。

进一步地，冷水源管路上装有冷水源电磁阀，冷水源管路与相变蓄水箱的进口之间连接有调节管路，调节管路上装有第三电磁阀。

进一步地，回流水箱的出水口管路连接有提升泵，且回流水箱的出水口管路位于冷水源电磁阀与第三电磁阀之间。

进一步地，冷水源管路与一体化太阳能辅热装置之间装有第一电磁阀，冷水源管路与空气源热泵之间装有第二电磁阀。

进一步地，水浴厌氧发酵罐为并联设置的两组，每一组为串联的两个水浴厌氧发酵罐。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本发明通过光电一体化太阳能热水器及空气源热泵并联，用于对水加热并送至相变蓄水箱，解决了光电一体化太阳能热水器单独供热时储热效果差，受阴雨天影响较大的问题。空气源热泵是一种利用高位能使热量从低位热源空气流向高位热源的节能装置。它是热泵的一种形式，热泵可以把不能直接利用的低位热能转换为可以利用的高位热能，从而达到节约部分高位能（如煤、燃气、油、电能等）的目的。空气源热泵结合光电一体化太阳能热水器，转化效率高、输出热源稳定。

本发明采用了两种辅热装置，并配合相变蓄水箱，可有效调控厌氧发酵温度，减少电能的使用，同时实现餐厨垃圾的减量化、资源化和无害化利用。当进行低温厌氧发酵时，所述相变储能层和相变储能柱为PCM-20、Tpcm780相变材料；当进行中温厌氧发酵时，所述相变储能层和相变储能柱为十二水磷酸氢二钠或钨修饰的二氧化钒或角叉菜胶。当进行高温厌氧发酵时，所述相变储能层和相变储能柱为添加成核剂和增稠剂的三水合醋酸钠或聚氨酯。

本发明的相变蓄水箱的一个出水口与回流水箱的上部连接，可以用于控制相变蓄水箱的水位。

本发明的回流水箱的出水口连接提升泵用于将回流水箱中的水打入冷水源管路。

本发明的冷水源管路与相变蓄水箱的进口之间连接有调节管路，并用电磁阀控制，用于调节相变蓄水箱内的温度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明相变蓄水箱的结构示意图。

图3为相变蓄水箱的俯剖视图。

附图标记含义如下：1. 光电一体化太阳能热水器；2. 空气源热泵；3. 相变蓄水箱；31. 外壳；32. 保温层；33. 相变储能层；34. 相变储能柱；35. 相变蓄水箱进水口；36.相变蓄水箱第一出水口；37. 相变蓄水箱第二出水口；4. 压力泵；5. 水浴厌氧发酵罐；6.中央控制柜；7. 提升泵；8. 温度探头；9. 第一水位计；10. 第二水位计；11. 冷水源电磁阀；12. 第三电磁阀；13. 第一电磁阀；14. 第二电磁阀；15. 回流电磁阀；16. 中央控制柜；17. 过滤芯；18. 调节管路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

一种全自动餐厨垃圾厌氧发酵系统，包括光电一体化太阳能热水器1、压力泵4、水浴厌氧发酵罐5、中央控制柜16，光电一体化太阳能热水器1上并联有空气源热泵2，光电一体化太阳能热水器1及空气源热泵2的进水口均与冷水源管路连接，光电一体化太阳能热水器1及空气源热泵2的出水口均连接有相变蓄水箱3，相变蓄水箱3的出水口连接有压力泵4，压力泵4连接有水浴厌氧发酵罐5，水浴厌氧发酵罐5为并联设置的两组，每一组为串联的两个水浴厌氧发酵罐5。水浴厌氧发酵罐5的出水口连接有回流水箱6，回流水箱6与冷水源管路连接。

相变蓄水箱3包括由外向内依次设置的外壳31，外壳31优选为不锈钢外壳。外壳31的内侧设有保温层32，保温层32的内侧设有相变储能层33。相变储能层33内还间隔竖直设有相变储能柱34。相变蓄水箱3上设有两个出水口，相变蓄水箱第一出水口36与压力泵4连接，相变蓄水箱第二出水口37与回流水箱6的上部连接，相变蓄水箱3内设有温度探头8及第一水位计9。且相变蓄水箱3与回流水箱6之间装有回流电磁阀15。回流水箱6的上部装有过滤芯17，回流水箱6内还装有第二水位计10。回流水箱6的出水口管路连接有提升泵7，且回流水箱6的出水口管路位于冷水源电磁阀11与第三电磁阀12之间。

冷水源管路上装有冷水源电磁阀11，所述冷水源管路与相变蓄水箱3的进口之间连接有调节管路18，调节管路18上装有第三电磁阀12。冷水源管路与光电一体化太阳能辅热装置1（光电一体化太阳能热水器）之间装有第一电磁阀13，冷水源管路与空气源热泵2之间装有第二电磁阀14。

中央控制柜16与光电一体化太阳能热水器1、空气源热泵2、压力泵4、提升泵7、温度探头8、第一水位计9、第二水位计10、冷水源电磁阀11、第一电磁阀13、第二电磁阀14、第三电磁阀12及回流电磁阀15连接。

该系统将光电一体化太阳能热水器1与空气源热泵2辅热相结合，同时利用相变蓄水箱3可实现对厌氧发酵温度的智能控制，本系统中可选择水作为传热及储热介质。

光电一体化太阳能热水器1和空气源热泵2能够对传热介质进行加热为厌氧发酵提供一定的温度保障；相变蓄水箱3能够储存多余热能并在热源温度不足时释放热能，达到平衡相变蓄水箱出水温度的作用；压力泵4将热水泵入水浴厌氧发酵罐5中以保证厌氧发酵的正常进行。回流水箱6可回收回流水以便于后期处理。中央控制柜16负责接收各类信号并对其进行反应，实现智能化调控。冷水源电磁阀11、第一电磁阀13、第二电磁阀14和第三电磁阀12在中央控制柜16的调控下控制给水，以调控厌氧发酵温度。

相变蓄水箱3具有蓄能作用，可将高于需求温度的热量储存并在辅热装置输出热源不足时释放热能维持出水温度稳定，在阳光充足、温度相对较高的时段，相变蓄水箱3可储存由传热介质传送来的两种辅热设备产生的热能，依靠相变材料的特性储热，当遇到阴雨天气以及冷空气过境等问题时，一方面通过两种辅热设备结合同时输出热源，另一方面通过已储能的相变材料释放热能从而使输出的热源达到所用温度需求且能够稳定输出。在此基础上可减少电能的使用，同时实现餐厨垃圾的减量化、资源化和无害化利用。

相变蓄水箱3还设置有中央控制柜16连接的第一水位计9，中央控制柜16用于根据第一水位计9检测到的水位控制回流电磁阀15的开关，以调整相变蓄水箱3内的储水量。

回流水箱6内的上部设置有过滤芯17，回流水箱6的进水口位于过滤芯的17的上方，过滤芯17可去除掉回流水中的一部分杂质，保证水质，便于后期使用。

回流水箱6的出水口经提升泵7连接于冷水源电磁阀11的后端，且位于第一电磁阀13、第二电磁阀14、第三电磁阀12的前端，提升泵7可将回流的水通过提升泵7输送至光电一体化太阳能热水器1和空气源热泵2，以实现水资源的重复利用。

回流水箱6内设置有与中央控制柜16连接的第二水位计10，中央控制柜16用于根据第二水位计10检测到的水位信息控制提升泵7的启停。

相变蓄水箱3内进水温度高于需求温度时，相变储能层33与相变储能柱34内部的相变材料发生由固相到液相的转变，从而吸收多余的热能。当进水温度低于需求温度时，相变材料发生由液相到固相的转变，从而释放热能，可满足出水温度要求。相变材料根据实际工程所需温度来选择，以满足不同温度下的厌氧发酵需求，当进行低温厌氧发酵时，相变储能层33和相变储能柱34为PCM-20、Tpcm780相变材料。当进行中温厌氧发酵时，相变储能层33和相变储能柱34为十二水磷酸氢二钠或钨修饰的二氧化钒或角叉菜胶。当进行高温厌氧发酵时，相变储能层33和相变储能柱34为添加成核剂和增稠剂的三水合醋酸钠或聚氨酯。