一种利于批量化实验的堆肥模拟装置

1.本实用新型属于堆肥领域，具体涉及一种利于批量化实验的堆肥模拟装置。


背景技术：

2.固体有机废物的产生量迅速增加，到2100年，固体有机废物的产生率可能超过1100万吨/天。堆肥因其二次污染小、运行成本低等因素成为了有机废弃物生物转化的重要方式。在堆肥矿化和腐殖化过程中，微生物扮演了重要角色，但堆肥土著微生物活性和丰度较低限制了堆肥效率的进一步提升。外加微生物菌剂和生物促进剂因成本低、效果好已被广泛用于强化堆肥过程。
3.然而，传统堆肥设备体积大、新鲜垃圾需求量大、翻堆困难等因素导致了实验室堆肥可重复性差和批次性、大批量实验难等问题。无法进行批量实验阻碍了微生物菌剂和生物促进剂最适添加组合、添加阈值等参数研究，限制了菌剂效能提升和运行成本的降低。这些参数的缺失也是导致菌剂效能不稳定的重要原因。因此设计一种易制备、可重复、利于批量化实验的堆肥模拟装置，可以满足堆肥过程不同实验的精细化、可重复性和批量化等需求，具有重要意义。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种利于批量化实验的堆肥模拟装置。
5.本实用新型所采用的具体技术方案如下：
6.本实用新型提供了一种利于批量化实验的堆肥模拟装置，包括反应器主体、反应器盖板和温控装置；所述反应器主体具有中空内腔，顶部通过反应器盖板实现封闭，反应器盖板上开设第一通孔和若干能实现开闭的第二通孔；所述第一通孔的一端外接曝气泵，另一端与均匀铺设于反应器主体底部的微孔曝气管连通，曝气泵能通过微孔曝气管对固体有机废物的底部进行曝气；所述微孔曝气管上方设有微孔板，微孔板将反应器主体分为上部的堆肥区域和下部的渗滤液区域，使固体有机废物在堆肥区域产生的渗滤液仅能通过微孔板流至渗滤液区域；所述反应器主体的堆肥区域中设有能对固体有机废物均匀加热的加热装置，加热装置外接温控装置，通过温控装置控制加热装置的加热温度。
7.作为优选，所述加热装置为电热带，电热带均匀包裹于反应器主体四周，以实现对固体有机废物的均匀加热。
8.作为优选，所述反应器主体为横截面由下至上逐渐变大的圆锥形罐体结构。
9.作为优选，所述反应器主体材料为耐热塑料。
10.作为优选，所述第一通孔中设有穿板接头，穿板接头的一端连接有防水接头，防水接头通过管路外接曝气泵；穿板接头的另一端连接曝气管固定管，曝气管固定管依次通过曝气管和曝气三通与微孔曝气管连通。
11.作为优选，所述微孔曝气管通过微孔曝气管固定钢丝均匀分布固定于反应器主体
底部。
12.作为优选，所述第二通孔中设有穿板接头，穿板接头的一端连接有位于反应器盖板外部的防水接头；防水接头的一端与穿板接头密封连接，另一端装有可拆卸的堵头；堵头开启时能使反应装置与外界连通，关闭时能使反应装置处于封闭状态。
13.作为优选，所述反应器盖板通过塑料抱箍与反应器主体固定连接。
14.作为优选，所述第二通孔中能安装用于测量温度和氧含量的检测设备。
15.作为优选，所述反应器主体的有效容积至少为1l。
16.本实用新型相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
17.由于传统实验室堆肥设备体积大，需要新鲜垃圾数量大等因素，限制了对堆肥过程微生物菌剂和生物促进剂组合及其阈值的研究。同时，由于现有技术中缺乏易制备、可重复、可批次运行的装置，限制了菌剂效能的进一步提升。因此，本实用新型公开了一种制备成本低、实验可重复性高、便于大批量运行的堆肥模拟装置，为进一步探明堆肥过程不同添加剂阈值研究等问题，提供了技术支撑。
18.本实用新型可以实现实验室堆肥过程的精细化控制，反应装置内部设置了微孔曝气模块和渗滤液分离模块，便于维持堆肥体系好氧环境。外加温控设备可以实现堆肥全过程的模拟，避免堆体过小导致的温度不达标等问题。
19.本实用新型已应用于实验室堆肥模拟实验，同步运行了20个反应器在13天堆肥过程中温度得到了有效的控制，且在第5天时降解率即可达到60-70％。
附图说明
20.图1为堆肥模拟装置的结构主视图；
21.图2为堆肥模拟装置的结构俯视图；
22.图3为实施例中堆肥模拟装置内部的温度变化图；
23.图4为实施例中堆肥模拟装置内部的堆体质量变化图；
24.图中：反应装置1、反应器盖板2、温控装置3、反应器主体4、穿板接头5、曝气管固定管6、曝气管7、曝气三通8、微孔曝气管固定钢丝9、微孔曝气管10、微孔板11、曝气泵12、塑料抱箍14、防水接头15、堵头16、加热装置17。
具体实施方式
25.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步阐述和说明。本实用新型中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
26.本实用新型提供了一种利于批量化实验的堆肥模拟方法，该堆肥模拟方法具体如下：
27.将待堆肥的固体有机废物放入与外界连通的反应装置1中，随后对反应装置1中的固体有机废物加热到设定值，以模拟堆肥过程中不同的温度变化。设定值可以根据实际情况进行调整。同时，对固体有机废物的底部进行均匀曝气供氧，以满足固体有机废物在不同阶段的曝气需求。在堆肥过程中会逐渐产生渗滤液，产生的渗滤液能及时从固体有机废物堆肥主体中分离，以避免形成由于渗滤液积累导致的厌氧区域。当需要检测堆肥过程中的气体组分时，封闭反应装置1使气体充分产生，随后从反应装置1上方的气体空间收集气体，
以实现气体组分的检测。
28.如图1和2所示，基于上述堆肥模拟方法，本实用新型还提供了一种利于批量化实验的堆肥模拟装置，该堆肥模拟装置安装简单，曝气均匀，温度可控，便于进行堆肥批量化小试实验。反应装置1主要包括反应器主体4、反应器盖板2和温控装置3，下面将对各部件的结构和连接方式进行具体说明。
29.反应器主体4为顶部敞开且具有中空内腔的结构，敞开的顶部上安装有反应器盖板2，通过反应器盖板2能实现反应器主体4中空内腔的封闭。在实际应用时，反应器主体4可以设置为横截面由下至上逐渐变大的圆锥形罐体结构，以便于堆肥过程中产生的渗滤液能够顺着反应器主体4内壁滑落至底部，同时，反应器主体4可用耐热塑料制备，在保证效果的同时可以进一步降低堆肥装置的制作成本。反应器盖板2可以通过塑料抱箍14与反应器主体4固定连接。
30.在反应器盖板2上开设有第一通孔和多个能实现开闭的第二通孔，第一通孔用于连接曝气装置，第二通孔用于控制反应器主体4的封闭或者敞开。其中，第一通孔与外界连通的一端外接曝气泵12，另一端与均匀铺设于反应器主体4底部的微孔曝气管10连通，曝气泵12能对微孔曝气管10实现供气，并通过微孔曝气管10对固体有机废物的底部进行曝气供氧。
31.在实际应用时，反应器中氧含量可以通过曝气部分的调节实现均匀布气，堆肥过程不同阶段曝气量大约在0.6l/min kg-1
至0.9l/min kg-1
，通过曝气泵的调节满足不同阶段的曝气需求。具体的，可以在第一通孔中设有穿板接头5，穿板接头5与外界连通的一端连接有防水接头15，防水接头15通过管路外接曝气泵12；穿板接头5的另一端连接曝气管固定管6，曝气管固定管6连接曝气管7，曝气管7连接曝气三通8，随后曝气三通8与微孔曝气管10连通。也就是说，曝气泵12依次经过防水接头15、穿板接头5、曝气管固定管6、曝气管7、曝气三通8和微孔曝气管10，对固体有机废物的底部进行曝气供氧，给堆体提供了好氧的环境。微孔曝气管10可以通过微孔曝气管固定钢丝9均匀分布固定于反应器主体4底部，用以实现堆体的微孔曝气，使得曝气更为均匀。
32.在实际应用时，第二通孔中可以设置穿板接头5，穿板接头5与外界连通的一端连接有防水接头15，防水接头15位于反应器盖板2外部。防水接头15的一端与穿板接头5密封连接，另一端装有可拆卸的堵头16。通过堵头16可以控制反应装置1与外界的连通情况，当堵头16开启时能使反应装置1与外界连通，当堵头16关闭时能使反应装置1处于封闭状态。第二通孔的尺寸不应过小，第二通孔中应当可以安装用于测量温度、氧含量等指标的检测设备。
33.为了实现垃圾渗滤液与固体有机废物堆肥主体的分离，并进一步提升曝气均匀性，可以在反应器主体4下部设置一个微孔板11。微孔板11应当位于微孔曝气管10上方，且该微孔板11应当将所在处反应器主体4的横截面完全覆盖，将反应器主体4分为上部的堆肥区域和下部的渗滤液区域，使固体有机废物在堆肥区域产生的渗滤液能通过微孔板11流至渗滤液区域。
34.在反应器主体4的堆肥区域中设有能对固体有机废物均匀加热的加热装置17，加热装置17外接温控装置3，通过温控装置3控制加热装置17的加热温度，进而实现堆体温度的精准调控，克服堆体过小导致升温不足、堆肥无害化不完全等问题。在实际应用时，加热
装置17可以用电热带，电热带均匀包裹于反应器主体4四周，以实现对固体有机废物的均匀加热。
35.实施例
36.本实施基于上述装置的结构，对固体有机废物进行了堆肥模拟。具体的，本实施例同步运行20个相同的反应装置，反应器口内径105mm，上直径120mm，下直径105mm，总高度125mm，总容积为1.2l，有效容积1l，初始堆体约为220g。温度依据常规堆肥温度控制，运行天数13天。
37.步骤具体如下：
38.将待堆肥的固体有机废物放入反应装置1中，反应装置依靠电热带进行加热，通过温控装置实现堆肥不同温度的精准控制，用来模拟堆肥过程不同的温度变化过程。反应器中氧含量通过曝气部分的调节实现均匀布气，堆肥过程不同阶段曝气量大约在0.6l/min kg-1
至0.9l/min kg-1
，通过曝气泵的调节满足不同阶段的曝气需求。气体通过上部穿板接头通过曝气管固定管，再由曝气管通过微孔曝气管实现均匀布气。
39.无需检测气体时，堵头无需安装在防水接头上，反应装置与外界连通，曝气泵保持常开。当需要气体收集时，需要将堵头塞入防水接头中，使反应装置保持密封状态，等到需要的时间后，在将其中一个防水接头上的堵头拔去，用采气泵和气袋收集装置中的气体。
40.在堆肥反应过程中，产生的垃圾渗滤液会通过微孔曝气板渗入下层，避免渗滤液积累导致的厌氧区域。
41.在装置运行过程中，反应装置内部的温度变化图如图3所示，从图中可以看出，所有装置都可以获得较好的升温效果，高温期(》55℃)天数均大于5天，实现了堆体的无害化，降温过程各个堆体也能快速降低至室温完成堆肥全过程。反应装置内部的堆体质量变化图如图4所示，从图中可以看出，所有装置在第5天时就可以获得较大的物质减量效果，总质量降低50-80％，可以较好的实现堆肥减量化。
42.由此可见，本实施例同步运行了20个反应器在13天堆肥过程中，温度得到了有效的控制，且在第5天时降解率即可达到60-70％。
43.以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。