一种基于粪尿分集的高效节能堆肥反应器

1.本发明属于粪便处理技术领域，具体涉及一种基于粪尿分集的高效节能堆肥反应器。


背景技术：

2.粪尿中含有大量有机物、氨氮和病原微生物，根据生活污水中主要污染物的来源统计分析，尿液中含有87％的氮、50％的磷和54％的钾，粪便中含有10％的氮、40％的磷和12％的钾。如果粪尿没有经过有效处理就被直接排放，不仅会对生态环境造成破坏，而且威胁人类健康。同时，粪尿又是制取有机肥料的重要原料。
3.目前，国内外处理粪尿的技术较多，主要包括好氧发酵、厌氧发酵、焚烧等，但在使用过程中存在各种问题，如粪尿混合方式使粪便含水率过高，降低了发酵效率，另外处理时，好氧发酵能耗高，厌氧发酵处理周期长。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于粪尿分集的高效节能堆肥反应器，该装置结构设计科学合理，实用性强，可以灵活调节发酵粪便发酵的含水量，从而提高发酵效率，通过中心和边缘两种搅拌方式有效提高搅拌效率，进一步促进发酵，处理周期短，安全合理，可推广使用。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于粪尿分集的高效节能堆肥反应器，其特征在于，包括反应器外壳，所述反应器外壳内设置筒式好氧反应器、筒式厌氧反应器和储尿桶，筒式好氧反应器、筒式厌氧反应器和储尿桶与粪尿分集便器连接，所述筒式好氧反应器和筒式厌氧反应器内均设置有中心搅拌器和筒壁搅拌器，所述储尿桶通过水泵分别连接筒式好氧反应器和筒式厌氧反应器，所述反应器外壳顶部开设有进料斗，所述进料斗下方设置传送带，所述筒式好氧反应器和筒式厌氧反应器上开设有分别位于传送带两端的落料口。
6.优选地，所述筒式好氧反应器和筒式厌氧反应器上均安装有搅拌电机，所述筒式好氧反应器和筒式厌氧反应器内一端位置密封设置有传动箱，所述传动箱内设置主动齿轮，所述主动齿轮与搅拌电机的输出轴同轴传动连接，所述传动箱内固定设置内齿圈，所述内齿圈与主动齿轮之间通过行星齿轮啮合连接，所述主动齿轮与中心搅拌轴固定连接，所述行星齿轮与筒壁搅拌轴固定连接，所述中心搅拌轴和筒壁搅拌轴转动安装在筒式好氧反应器和筒式厌氧反应器内，且中心搅拌轴和筒壁搅拌轴穿过传动箱，所述中心搅拌器固定安装在中心搅拌轴上，所述筒壁搅拌器固定安装在筒壁搅拌轴上。中心搅拌器在中间位置搅拌，筒壁搅拌器在靠近筒壁的外侧位置搅拌，有效防止粪便粘在筒壁上，形成良好的搅拌混合效果，促进粪便高效发酵。
7.优选地，所述筒式好氧反应器底部设置曝气腔，所述曝气腔连接气泵，所述筒式厌氧反应器的顶部通过沼气出口连接沼气储存设备。筒式好氧反应器的产物是由粪便和填料
经过堆肥反应生成的有机肥料，产物需要清理排出，在反应器底部增设出料传动带和出料口将产物输送至反应器外部。
8.优选地，所述粪尿分集便器内部两侧设置有排尿口和排便口，所述进料斗连通排便口，所述储尿桶连接排尿口，且储尿桶还连接小便器，所述传送带上安装有传送带电机，所述传送带的两侧设置有弧形挡板。
9.优选地，反应器外壳内还设置有电加热装置，反应器外壳内部空隙填充保温材料。通过加热升温促进粪便的发酵分解。
10.优选地，所述筒式好氧反应器和筒式厌氧反应器内均设置有含水率计和剩余容量传感器，含水率计和剩余容量传感器与控制器连接，所述控制器设置在控制柜中，控制柜上设置有用于显示含水率计和剩余容量传感器测量信息的显示屏，所述控制器同时也与水泵、两个搅拌电机、传送带电机和气泵连接，当含水率低于预设值时，控制器控制水泵启动将尿液送入对应反应器中调节含水率。通过控制器间歇性控制传送带电机的转动方向实现传送带的传送方向变化，从而使粪便交替进入筒式好氧反应器和筒式厌氧反应器，从而使两个反应器内交替得进行进粪便阶段和发酵阶段，在一个发酵周期内极大地增加了粪便的发酵效率。
11.本发明与现有技术相比具有以下优点：
12.1、本发明结构设计科学合理，结合周期间歇性进料，结合好氧和厌氧发酵两种方式，搅拌合理高效，辅以加热保温，同时还能根据粪便的含水率灵活调整保证粪便的含水率在合适水平，保证发酵效率，克服了单一反应器能耗高效率低处理周期长的缺点。
13.2、本发明在箱体内平行设置筒式好氧反应器和筒式厌氧反应器两个反应容器用于好氧和厌氧发酵，通过传送带电机正反转控制对两个反应器的间歇性进料，及时根据容量调整进料方向，使反应器交替进入进粪便和发酵两个阶段，在一个发酵周期内极大提高了发酵处理量。
14.3、本发明通过中心搅拌器和筒壁搅拌器相辅相成保证粪便不粘壁，保证粪便的搅拌混合，促进高效发酵。同时当含水率计检测到反应器内含水率不足时，控制器控制水泵抽取尿液进入反应器提高含水率至适宜发酵的区间内，保证始终进行高效发酵。
15.下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
附图说明
16.图1是本发明的整体俯视结构示意图。
17.图2是本发明中控制柜的结构示意图。
18.图3是本发明中反应器、储尿桶与粪尿分集便器、小便器的连接结构示意图。
19.图4是本发明的主视剖视结构示意图。
20.图5是本发明的侧视剖视结构示意图。
21.图6是本发明的第一视角半剖立体结构示意图。
22.图7是本发明的第二视角半剖立体结构示意图。
23.附图标记说明：
24.1—反应器外壳；
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2—筒式好氧反应器；
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3—筒式厌氧反应器；
25.4—储尿桶；
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5—粪尿分集便器；
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6—中心搅拌器；
26.7—筒壁搅拌器；
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8—水泵；
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9—进料斗；
27.10—传送带；
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11—落料口；
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12—搅拌电机；
28.13—主动齿轮；
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14—内齿圈；
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15—行星齿轮；
29.16—中心搅拌轴；
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17—筒壁搅拌轴；
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18—曝气腔；
30.19—排尿口；
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20—排便口；
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21—小便器；
31.22—传送带电机；
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23—控制器；
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24—控制柜；
32.25—显示屏；
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26—电加热装置；
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27—气泵。
具体实施方式
33.如图1至图7所示，本发明包括反应器外壳1，所述反应器外壳1内设置筒式好氧反应器2、筒式厌氧反应器3和储尿桶4，筒式好氧反应器2、筒式厌氧反应器3和储尿桶4与粪尿分集便器5连接，所述筒式好氧反应器2和筒式厌氧反应器3内均设置有中心搅拌器6和筒壁搅拌器7，所述储尿桶4通过水泵8分别连接筒式好氧反应器2和筒式厌氧反应器3，所述反应器外壳1顶部开设有进料斗9，所述进料斗9下方设置传送带10，所述筒式好氧反应器2和筒式厌氧反应器3上开设有分别位于传送带10两端的落料口11。
34.本实施例中，所述筒式好氧反应器2和筒式厌氧反应器3上均安装有搅拌电机12，所述筒式好氧反应器2和筒式厌氧反应器3内一端位置密封设置有传动箱，所述传动箱内设置主动齿轮13，所述主动齿轮13与搅拌电机12的输出轴同轴传动连接，所述传动箱内固定设置内齿圈14，所述内齿圈14与主动齿轮13之间通过行星齿轮15啮合连接，所述主动齿轮13与中心搅拌轴16固定连接，所述行星齿轮15与筒壁搅拌轴17固定连接，所述中心搅拌轴16和筒壁搅拌轴17转动安装在筒式好氧反应器2和筒式厌氧反应器3内，且中心搅拌轴16和筒壁搅拌轴17穿过传动箱，所述中心搅拌器6固定安装在中心搅拌轴16上，所述筒壁搅拌器7固定安装在筒壁搅拌轴17上。中心搅拌器6在中间位置搅拌，筒壁搅拌器7在靠近筒壁的外侧位置搅拌，有效防止粪便粘在筒壁上，形成良好的搅拌混合效果，促进粪便高效发酵。
35.本实施例中，所述筒式好氧反应器2底部设置曝气腔18，所述曝气腔18连接气泵27，所述筒式厌氧反应器3的顶部通过沼气出口连接沼气储存设备，筒式好氧反应器2和曝气腔18之间设置网板，防止粪便进入曝气腔18内。
36.本实施例中，所述粪尿分集便器5内部两侧设置有排尿口19和排便口20，所述进料斗9连通排便口20，所述储尿桶4连接排尿口19，且储尿桶4还连接小便器21，所述传送带10上安装有传送带电机22，所述传送带10的两侧设置有弧形挡板。
37.本实施例中，反应器外壳1内还设置有电加热装置26，反应器外壳1内部空隙填充保温材料。通过加热升温促进粪便的发酵分解。
38.本实施例中，中心搅拌器6为多个搅拌桨，筒壁搅拌轴17为阶梯型偏心轴，筒壁搅拌轴17为圆柱状。
39.本实施例中，所述筒式好氧反应器2和筒式厌氧反应器3内均设置有含水率计和剩余容量传感器，含水率计和剩余容量传感器与控制器23连接，所述控制器23设置在控制柜24中，控制柜24上设置有用于显示含水率计和剩余容量传感器测量信息的显示屏25，所述控制器23同时也与水泵8、两个搅拌电机12、传送带电机22和气泵27连接，当含水率低于预设值时，控制器控制水泵8启动将尿液送入对应反应器中调节含水率。通过控制器23间歇性
控制传送带电机22的转动方向实现传送带10的传送方向变化，从而使粪便交替进入筒式好氧反应器2和筒式厌氧反应器3，从而使两个反应器内交替得进行进粪便阶段和发酵阶段，在一个发酵周期内极大地增加了粪便的发酵效率。
40.本实施例中，剩余容量传感器为红外测距传感器，安装在反应器内腔的顶部，搅拌后反应器均匀地分散在反应器内，红外测距传感器测量反应物表面与反应器内腔顶部的距离h，当h＜r时，根据h计算反应物横截面积反应物体积v1＝sl，剩余容量v2＝πr2·
l-v1，其中r是反应器横截面半径，l是反应器长度。
41.使用者上厕所时，尿液通过小便器21或排尿口19进入储尿桶4中静置发酵，粪便则依次通过排粪口20、进料斗9落在传送带10上，使用者离开后，控制器23启动传送带电机22，进而驱动机械传动带10逆向传动将粪便送入筒式厌氧反应器3中。筒式厌氧反应器3内的剩余容量传感器36测量粪便表面的高度，控制器23根据该高度计算筒式厌氧反应器3的剩余容量并将结果展示在显示屏25上，当剩余容量降至预定值时，控制器23启动传送带电机22反转将粪便送入筒式好氧反应器2中，即筒式好氧反应器2进入进粪便阶段，筒式厌氧反应器3进入发酵阶段。
42.筒式厌氧反应器3进入发酵阶段后，控制器23间歇开启搅拌电机12，带动主动齿轮23转动进行使中心搅拌器6进行搅拌，行星齿轮15以相反于主动齿轮23的方向绕主动齿轮23公转带动筒壁搅拌器7转动进行搅拌。筒壁搅拌器7消除器壁死角，并使筒壁上粪便输送至中间，中心搅拌器6使反应物更加均匀，可以极大地提升搅拌效果。同时，控制器23开启电加热设备26，配合保温材料维持堆肥反应的适宜温度。
43.搅拌均匀后，筒式厌氧反应器3的含水率计测量反应物的含水率，并将测量结果展示在显示屏25上实现反馈调节，通过水泵8将部分尿液抽入筒式厌氧反应器3中，在发酵过程中始终维持含水率在预定范围。
44.筒式好氧反应器2的剩余容量降至预定值时，筒式厌氧反应器3已完成厌氧发酵和出料，厌氧发酵过程生成的沼气通过沼气出口收集在沼气贮存设备中，用于发电作为补充电源。控制器23启动传送带电机22再次将粪便送入筒式厌氧反应器3中，即筒式厌氧反应器3再次进入进粪便阶段，筒式好氧反应器2进入发酵阶段。
45.筒式好氧反应器2进入发酵阶段后，控制器23除了开启搅拌、加热外，还需开启气泵27，富氧空气通过曝气腔18进入反应器，以满足好氧堆肥的氧含量需求。当筒式厌氧反应器3的剩余容量降至预定值时，筒式好氧反应器2已完成好氧发酵和出料，设备进入下一个运行周期。
46.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。