一种混合垃圾堆肥装置及堆肥方法

技术领域

本发明涉及垃圾处理领域，具体涉及一种混合垃圾堆肥装置及堆肥方法。

背景技术

目前，我国每年产生的有机垃圾量达到41.3～43.3亿吨，有机垃圾种类繁多、来源广泛、成分复杂，厨余垃圾和禽畜粪便是两类主要的有机垃圾，这些垃圾中粗有机质含量为12.3亿吨，氮磷钾营养元素的储量大约为0.87亿吨，亟待高效资源化利用。

好氧堆肥因操作简单被广泛应用于有机垃圾处理，其将收集的有机垃圾堆放至合适含水率后，掺加稻壳和秸秆等辅料后，开始堆肥。有机垃圾在堆肥过程中依次经历升温、高温、降温和腐熟，最终得到堆肥产品。

温度是影响好氧堆肥效率最重要的因素之一，堆肥的高温期温度高于50℃，能显著促进有机质分解，加速堆肥进程，缩短堆肥时间。在此背景下，全程高温堆肥和超高温堆肥技术应运而生。全程高温是指通过外源加热促使堆肥全程温度维持在50℃以上，该技术确实可以一定程度上大幅提高堆肥效率，但由于可能对细菌群落造成不可逆的破坏以及全程高温带来的干化效应。超高温堆肥则是指高温期温度达到70～80℃的堆肥过程，这类堆肥往往需要特殊的耐高温菌剂实现，而市面上尚无价格低廉、可以通用的菌剂产品，导致超高温堆肥尚无法大规模普及。因此，堆肥中对高温的合理利用和控制对提高好氧堆肥效率、缩短堆料腐熟时间至关重要。

为了克服全程高温的缺陷，通过程序式阶段升温堆肥技术被提出，该堆肥技术能够缓解过高温度或全程高温对原生细菌群落的致命性破坏，也能保证堆体温度的均匀性，促进有机物的高效分解和污染物的有效控制。但目前相关的研究尚不足，且主要集中在堆肥最高温度的提升和耐高温特殊菌剂的驯化研究，缺乏专门的适用于程序式阶段升温堆肥的堆肥装置及具体的温度控制策略。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本发明第一方面提供了一种混合垃圾堆肥装置，其内容如下：

一种混合垃圾堆肥装置，包括：

罐体，所述罐体用于堆积混合垃圾，所述罐体上设置有进料口及出料口；

堆心温度传感器，所述堆心温度传感器设置在所述罐体内，所述堆心温度传感器用于获取堆积在所述罐体内的所述混合垃圾的堆心温度值；和

温度调节机构，所述温度调节机构设置在所述罐体上，所述温度调节机构被配置为基于所述温度调节机构获取到的所述堆心温度值调节所述罐体内的温度。

在一些实施例中，所述堆心温度传感器与所述温度调节机构的控制端信号连接，所述堆心温度传感器将获取到的所述混合垃圾的堆心温度值传送给所述温度调节机构的控制端。

在一些实施例中，所述温度调节机构包括油浴衬套和加热机构，其中：所述油浴衬套铺设在所述罐体的内壁上，所述油浴衬套内装有加热油；所述加热机构铺设在所述罐体的外壁上，所述加热机构用于加热所述油浴衬套内的加热油。

在一些实施例中，所述温度调节机构还包括设置在所述油浴衬套内的油浴温度传感器，所述油浴温度传感器与所述温度调节机构的控制端信号连接，所述油浴温度传感器用于获取所述油浴衬套内的所述加热油的温度值，并经获取到的所述加热油的温度值发送给所述温度调节机构的控制端。

在一些实施例中，所述混合垃圾堆肥装置还包括设置在所述罐体内的搅拌机构，所述搅拌机构用于搅拌堆积在所述罐体内的所述混合垃圾。

在一些实施例中，所述罐体上还设置有进气口和出气口。

在一些实施例中，所述混合垃圾堆肥装置还包括设置在所述罐体内的湿度传感器。

本发明提供的混合垃圾堆肥装置，适合于实施对混合垃圾的程序式阶段升温堆肥，从而缩短堆肥周期，实现对混合垃圾中的有机质的高效资源化利用。

本发明第二方面提供了一种对混合垃圾的堆肥方法，其通过本发明第一方面提供的混合垃圾堆肥装置实施，其包括如下步骤：

堆肥前处理：将厨余垃圾、粪便及颗粒大小为1～3cm的堆肥辅料加入至所述罐体内并混合均匀，将混合垃圾的含水率调节为60-70％、C/N质量比调节为 27-30:1、pH值调节为7-8；

经所述温度调节机构将所述罐体内的温度调节至预定的初始温度；

升温堆肥：经所述堆心温度传感器获取所述混合垃圾的堆心温度值，当所述堆心温度值超过所述初始温度时，经所述温度调节机构调升所述罐体内的温度以使得所述罐体内的温度与所述堆心温度之间的差值小于预定温度差值，直至所述罐体内的温度达到预定的高温阈值；

高温堆肥：经所述堆心温度传感器获取所述混合垃圾的堆心温度值，在所述堆心温度值高于所述高温阈值的情况下，经所述温度调节机构将所述罐体内的温度维持在所述高温阈值；

堆冷却肥：经所述堆心温度传感器获取所述混合垃圾的堆心温度值，当所述堆心温度值低于所述高温阈值时，所述温度调节机构调降所述罐体内的温度以使得所述罐体内的温度与所述堆心温度之间的差值小于所述预定温度差值，直至所述罐体内的温度降低至所述初始温度；

腐熟堆肥：经所述温度调节机构将所述罐体内的温度维持在所述初始温度，直至所述混合垃圾达到预定的腐熟度。

在一些实施例中，所述堆肥辅料为玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、高粱秸秆中的一种或几种；所述初始温度为30℃，所述高温阈值为60℃，所述预定温度差值为1-3℃。

在一些实施例中，堆肥过程中，按预定时间间隔对所述混合垃圾实施搅拌，并实施对所述罐体的换气。

本发明的堆肥方法，堆肥过程被分为五个阶段，依次为初始阶段、升温堆肥阶段、高温堆肥阶段、冷却堆肥阶段和腐熟堆肥阶段，其中，初始阶段利用温度调节机构将堆体温度调至适合微生物生长的初始温度(例如为30℃)。升温堆肥阶段，通过温度调节机构的控制，保证堆体外围温度和堆心温度同步上升，且温度保持基本一致(如温度差值控制在1-3℃)。高温堆肥阶段，将堆体保温至预定的高温阈值(例如为60℃)以加速堆肥进度，并防止温度过高破坏细菌群落生长。冷却堆肥阶段，通过温度调节机构的控制，保持堆体外围和堆心温度同步股下降，且温度保持基本一致(如温度差值控制在1-3℃)。腐熟堆肥阶段，将堆体温度再次调至适合微生物生长的初始温度(例如为30℃)并保持，从而使得堆料彻底腐熟。

与现有技术相比，本发明提供的堆肥方法缩短了堆肥周期，实现对混合垃圾中的有机质的高效资源化利用。

附图说明

图1为本发明提供的混合垃圾堆肥装置的结构图；

图2为本发明实施例堆肥过程中堆心温度变化趋势示意图；

图3为为本发明实施例堆肥过程中有机质含量变化趋势示意图；

图4为本发明实施获得的堆肥产品的发芽率变化趋势示意图；

图1中包括：

罐体1、堆心温度传感器2、温度调节机构3、湿度传感器4、搅拌机构5、进料口11、出料口12、进气口13、出气口14、油浴衬套31、油浴温度传感器 32。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

现有的程序式阶段升温堆肥技术，主要集中在堆肥最高温度的提升和耐高温特殊菌剂的驯化方面，缺乏专门的适用于程序式阶段升温堆肥的堆肥装置及具体的温度控制策略。

鉴于此，本发明提供了一种适用于实施对混合垃圾进行程序式阶段升温堆肥的混合垃圾堆肥装置及堆肥方法，其能够大幅度缩短混合垃圾的堆肥周期，并实现对混合垃圾中的有机质的高效资源化利用。

如图1所示，本发明实施例提供的混合垃圾堆肥装置包括罐体1、堆心温度传感器2及温度调节机构3，其中：

罐体1用于堆积混合垃圾，罐体1上设置有进料口11及出料口12，待处理的垃圾经进料口11进入至罐体1内并在罐体1内完成堆肥，堆肥完成后的终产品经出料口12排出罐体1。可选的，进料口11设置在罐体1的侧壁上，出料口12设置在罐体1的底部。

堆心温度传感器2设置在罐体内，混合垃圾在罐体1内堆积形成堆体后，堆心温度传感器2被堆体掩埋，堆心温度传感器2用于获取混合垃圾形成的堆体的堆心温度值。

温度调节机构3设置在罐体的侧壁上，温度调节机构被配置为基于堆心温度传感器2获取到的堆心温度值调节罐体1内的温度。

罐体1内的温度即为对堆体的外围温度。

本实施例提供的混合垃圾堆肥装置的工作原理为：

堆肥过程中，通过堆心温度传感器2实时获取堆体的堆心温度。基于堆心温度，通过温度调节机构3对堆体的外围温度进行相应的控制，从而实现程序式阶段升温堆肥，具体的温度控制策略，后文将进行详细介绍。

温度调节机构3要实施对堆体的外围温度的调节，首先需要获取到堆心温度值，基于此考虑，可选的，堆心温度传感器2与温度调节机构3的控制端信号连接，堆心温度传感器2将获取到的堆心温度值传送给温度调节机构的控制端。温度调节机构的控制端基于堆心温度值实施对堆体的外围温度的调节。

继续参考图1所示，可选的，温度调节机构3包括油浴衬套31和加热机构 (未图示)，其中：油浴衬套31设置在罐体1的内壁上，油浴衬套31内装有加热油。加热机构铺设置在罐体1的外壁上，加热机构用于加热油浴衬套内的加热油。加热机构可以采用现有的各种加热结构，如电加热丝等。

可选的，温度调节机构3还包括设置在油浴衬套31内的油浴温度传感器32，油浴温度传感器32与温度调节机构3的控制端信号连接，油浴温度传感器32 用于获取油浴衬套内的加热油的温度值(即堆体的外围温度值)，并经获取到的加热油的温度值发送给温度调节机构3的控制端。

程序式阶段升温堆肥本质上是一种好氧堆肥，因此，在堆肥过程中，需要保证堆体中的氧量含，从而使得其中的好氧菌种保持足够的活性。基于此考虑，可选的，如图1所示，本发明的混合垃圾堆肥装置还包括设置在罐体1内的搅拌机构5，罐体1上还设置有进气口11和出气口12。在堆肥过程中，可根据实际需要定期打开进气口11和出气口12，以实施对罐体1的换气、补氧，同步的，开启搅拌机构5搅拌混合垃圾，使得氧气能够充分进入至混合垃圾内。

如本领域一般技术人员所知晓的，为了进一步提升堆肥效果，堆肥之前需要将混合垃圾的含水量调节至预定值，堆肥过程中也需要对混合垃圾的含水量进行监控，从而实施对混合垃圾的含水量的调节。因此，可选的，本实施例中的混合垃圾堆肥装置还包括设置在罐体1内的湿度传感器4。

本发明提供的混合垃圾堆肥方法由前文所述的混合垃圾堆肥方装置实施，其包括如下步骤：

堆肥前处理：将厨余垃圾、粪便及颗粒大小为1～3cm的堆肥辅料加入至罐体1内并混合均匀，将混合垃圾的含水率调节为60-70％、C/N质量比调节为 27-30:1、pH值调节为7-8。

经温度调节机构3将罐体1内的温度调节至预定的初始温度，并保持，启动初始阶段堆肥。初始阶段堆肥一直持续至堆心温度值超过初始温度。

升温堆肥：经堆心温度传感器2获取混合垃圾的堆心温度值，当堆心温度值超过初始温度时，经温度调节机构3调升罐体1内的温度以使得罐体1内的温度与堆心温度之间的差值始终小于预定温度差值，直至罐体1内的温度达到预定的高温阈值。

高温堆肥：经堆心温度传感器2获取混合垃圾的堆心温度值，在堆心温度值保持超过高温阈值的情况下，经温度调节机构3将罐体1内的温度维持在高温阈值。即，高温堆肥阶段，堆心温度超过高温阈值，堆体的外围温度则保持在高温阈值。

冷却堆肥：经堆心温度传感器2获取混合垃圾的堆心温度值，当堆心温度值低于高温阈值时，温度调节机构3调降罐体1内的温度以使得罐体1内的温度与堆心温度之间的差值小于预定温度差值，直至罐体1内的温度降低至初始温度。

腐熟堆肥：经温度调节机构3将罐体1内的温度维持在初始温度，直至混合垃圾达到预定的腐熟度。即，腐熟堆肥阶段，堆体的外围温度保持在初始温度。

本发明中，一般而言，初始温度被设置为比较适合混合垃圾中的微生物生长的温度，高温阈值额通过综合考虑下面两个因素来设置：一方面能够尽量通过高温加速堆肥进度，另一方面防止温度过高破坏细菌群落生长。如，在一些应用实施例中，根据混合垃圾的具体成分及性质，初始温度被设置为30℃，高温阈值被设置为60℃，预定温度差值被设置为1-3℃。

本发明提供的堆肥方法，堆肥过程被分为五个阶段，依次为初始阶段、升温堆肥阶段、高温堆肥阶段、冷却堆肥阶段和腐熟堆肥阶段，其中：

初始堆肥阶段，利用温度调节机构将堆体温度调至适合微生物生长的初始温度。升温堆肥阶段，通过温度调节机构的控制，保证堆体的外围温度和堆心温度同步上升，且温度保持基本一致。高温堆肥阶段，将堆体保温至预定的高温阈值以加速堆肥进度，并防止温度过高破坏细菌群落生长。冷却堆肥阶段，通过温度调节机构的控制，保持堆体外围和堆心温度同步下降，且温度保持基本一致。腐熟堆肥阶段，将堆体温度再次调至适合微生物生长的初始温度并保持，从而使得堆料彻底腐熟。

与现有技术相比，本发明提供的堆肥方法缩短了堆肥周期，实现对混合垃圾中的有机质的高效资源化利用。

可选的，堆肥辅料为经破碎处理的玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、高粱秸秆中的一种或几种。

如全文所提及的，程序式阶段升温堆肥本质上是一种好氧堆肥，因此，在堆肥过程中，需要保证堆体中的氧含量，从而使得其中的好氧菌种保持足够的活性。因此，可选的，堆肥过程中，按预定时间间隔对混合垃圾实施搅拌，并实施对罐体1的换气。具体的搅拌、换气频率，根据混合垃圾的具体成分、性质等因素进行选择设置，如在一些实施例中，高温堆肥阶段，每天搅拌、换气一次。而其余的各堆肥阶段，每天搅拌、换气一次。

可选的，搅拌过程中，加入适量的水，使得混合垃圾的含水率始终保持在 60-70％。

为了使得本领域一般技术人员更加清楚地了解本发明的混合垃圾堆肥方法的技术效果，下文将通过两个实施例对本发明的混合垃圾堆肥方法的实施效果进行示例性描述。

实例1

混合垃圾各组分为猪粪20kg，厨余30kg，玉米秸秆15kg。混合均匀后经调整，含水率为63-65％，C/N比为27-30，初始pH为7.7-7.9，呈弱碱性，有利于堆肥进行。混合垃圾的初始有机质含量为88.87％，TOC含量为51.55％，初始发芽率GI为40.68％，

堆肥启动初始温度设置为30℃，在堆心温度上升至30℃以上后，经过温度调节机构的温度调节，第3天平均温度可达50℃，第7-9天平均温度在70℃左右，高温期有机物快速降解，第9天后温度开始下降，第10天降至55℃，第 12天降至35℃，第13-14天维持30℃。

最终的堆肥产品，其pH介于8.63-8.87之间，符合中国的有机肥标准(NY 525-2012)规定的8-9之间。堆肥产品中的有机质含量在78-79％之间，显著高于生物肥有机质>25％的标准(NY 525-2012)，有机碳TOC含量分别为45％左右。堆肥产品发芽率为147.75％，满足生物肥发芽率>80％的标准(NY 525-2012)。

实例2

混合垃圾各组分为牛粪20kg、厨余30kg、玉米秸秆15kg，混合均匀后经调整，含水率为67-69％，初始C/N比为27-30，初始pH为7.4-7.6。混合垃圾的初始有机质含量为89.22％，TOC含量为51.75％，初始发芽率GI为16.41％，

堆肥启动初始温度设置为30℃，在堆心温度上升至30℃以上后，经过温度调节机构的温度调节，第3天平均温度可达70℃，第3-5天平均温度在70℃左右，高温期有机物快速降解，第6天后温度下降至60℃，第10天降至40℃，第11-14天维持30℃。

最终的堆肥产品，其pH介于8.23-8.47之间，符合中国的有机肥标准(NY 525-2012)规定的8-9之间。堆肥40天时，有机质含量为79-81％，远高于生物肥有机质>25％的标准(NY 525-2012)；有机碳TOC含量分别为45％-47％。堆肥产品发芽率为152.74％，显著高于生物肥发芽率>80％的标准(NY 525-2012)。

图2至图4对实施例1、实施例2堆肥过程中的混合垃圾的堆心温度随时间的变化趋势、有机质含量随时间的变化趋势及所获得的堆肥产品的发芽率随时间的变化趋势进行了图示。本领域一般技术人员从图中能够更加清楚地了解到本发明的垃圾堆肥方法所取得的技术效果。

如，从图1中可见，两个实例中的堆肥高温期温度均可达到70℃，且高温温度稳定，维持时间长，显著加快了腐熟进度，而传统的室温堆肥，堆肥高温期温度无法达到30℃。

从图2中可见，两个实例获得的堆肥产品有机质含量为75-85％，显著高于有机肥标准规定的25％。

从图3中可见，两个实例获得的堆肥产品的发芽率介于140-160％之间，显著高于有机肥标准规定的80％，说明14天内快速好氧堆肥得到的产品已完全腐熟。

上文对本发明进行了足够详细的具有一定特殊性的描述。所属领域内的普通技术人员应该理解，实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下做出所有改变都应该属于本发明的保护范围。本发明所要求保护的范围是由所述的权利要求书进行限定的，而不是由实施例中的上述描述来限定的。