一种厨余垃圾处理方法及其设备 技术领域：
本发明涉及生活厨余垃圾的处理方法及其机械设备，属于生活垃圾处理的领域。
背景技术：
目前的搅拌设备种类繁多，结构各异。日常普遍使用的生活垃圾搅拌设备在搅拌过程中会产生较多的气体，这些气体主要由有毒气体(如CO、HC和NOX等)和臭气所组成，把这些有毒气体直接排放到空气中，不仅对人们的健康造成很大的危害，同时也造成环境的污染。目前市面上出现的生活垃圾搅拌设备，尤其是厨余垃圾搅拌设备中没有相关的结构来处理所产生的气体，现有的厨余垃圾搅拌设备都是直接把在搅拌过程中产生的气体直接排放都空气中。
由于现有技术中存在着不少的缺陷，针对上述现有技术的情况，本申请人一直致力于对生活垃圾搅拌设备的结构改良和开发，尤其在厨余垃圾搅拌设备的研究上。在不断的实践和研究中，经过上千百次的试验，终于研究开发出了一种比较完善的厨余垃圾搅拌设备，解决现有搅拌设备的不足之处；改进后的搅拌设备能够分解有毒气体，排出清洁、无味、无臭的气体，同时也提高了搅拌设备的搅拌效率和延长了搅拌设备的使用寿命，减少了成本，更环保节能。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种厨余垃圾处理方法及其设备，该厨余垃圾处理设备能够把厨余垃圾在搅拌过程中产生的有毒气体分解为清洁无味的气体，具有操作简便，轻松、搅拌效率高、成本低、安全可靠等优点。
本发明解决现有技术厨余垃圾处理设备的技术方案是：
一种厨余垃圾处理设备，由盖组件、前壳、左侧板、右侧板、后盖板、加料盖和底座构成一壳体，壳体内安装有搅拌桶和搅拌电机，贯穿搅拌桶的中间安装有由电机驱动的搅拌轴，搅拌轴上安装固定有搅拌棒，搅拌桶与加料盖之间以密封条密封，其中壳体内设有以第一弯管连通搅拌桶内腔中上部气体出口处的光触媒组件，光触媒组件的另一端依次串联连通设于壳体内的第二弯管、第一催化罐、第三弯管和第二催化罐，第二催化罐的另一端设有第四弯管与第二风机连接。
作为对前述厨余垃圾处理设备的进一步设计：前述的光触媒组件由二端均连通弯管的光触媒桶、贯穿光触媒桶一端设置的紫外灯(UV-C)、于光触媒桶内填充的光触媒组成；所述的光触媒的表面敷有二氧化钛TiO2；所述的第一催化罐内安装有发热管和催化剂(Al2O3、MnO2等)；所述的第二催化罐内安装有催化剂(Al2O3、MnO2等)。这些催化罐一个一个的分开排列，其中第一催化罐的下部装有发热管，经过发热管加热催化剂，提高催化剂的活性。厨余垃圾处理设备在搅拌厨余物的过程中产生的臭气和尾气从第一弯管进入到光触媒组件内，经过处理后剩余尾气和臭气从光触媒组件的下部出来，通过光触媒组件与第一催化罐之间的第二弯管，从下到上通过装有发热管和催化罐的第一催化罐，从第一催化罐出来的气体通过第三弯管从上到下通过装有低温(常温)催化剂的第二催化罐，当臭气(主要成分为H2S)通过第一催化罐的催化层时，发热管通电加热，将催化剂加热到200～300℃，形成典型的催化燃烧，将积聚在催化剂中的所有H2S经催化转变成H2SO4，其中CO在高温下氧化成无色、无毒的二氧化碳(CO2)气体。HC化合物在高温下氧化成水蒸气(H2O)和二氧化碳(CO2)。剩余的有害气体如CO、HC和NOx通过装有低温(常温)催化剂的第二催化罐时，增强了这三种气体的活性，进行氧化-还原化学反应，氧化成无色、无毒的二氧化碳(CO2)气体、水蒸气(H2O)和还原成氮气(N2)和氧气(O2)。有害气体变成无害、无味气体，处理过的气流通过第二风机的作用排出。如此，不断对搅拌桶内地气体进行处理和消毒，以便排出无毒、无味的清洁气体。
本发明的紫外灯(UV-C)为高纯度的石英玻璃制的低压水银放电管。采用高纯度石英玻璃制低压水银放电管能发出253.7nm及184.9nm(能产生臭氧)波长的紫外线，正好满足了UV/O3并用的需要。
由于消化菌在一定的温度下(50度左右)活性最高，故搅拌桶的底部都需要加热保温，即于搅拌桶底部设有用于加热保温搅拌物的发热片；配合搅拌棒的搅拌，令搅拌物搅拌越平均，搅拌物受热越均匀。
为了使厨余垃圾处理设备在工作时，搅拌棒的受力减少，降低电机的消耗功率，避免厨余垃圾处理设备出现卡死的情况，本发明的厨余垃圾处理设备的设计为：搅拌轴上设有多根搅拌棒，搅拌轴轴心与搅拌棒轴心相交形成的平面与搅拌棒的搅拌桨板处于不同平面并二平面形成一锐角a。该锐角a的角度较佳范围为10°-25°，锐角a的最佳角度为15°。另外，各搅拌棒的搅拌桨板围绕搅拌棒形成一螺旋，螺旋方向与搅拌轴的转动方向相同。
这样搅拌棒的搅拌桨板在转动搅拌厨余垃圾时形成一个导向作用，能够最大限度地减少搅拌桨板的受力，提高厨余垃圾处理设备的搅拌效率、减少搅拌桨板在转动时被较大厨余垃圾卡死不转的机会。
另外，本发明还同时涉及到厨余垃圾处理方法，其解决方案为：一种厨余垃圾处理方法，首先将厨余垃圾和消化菌放入搅拌桶内，启动搅拌电机搅拌厨余垃圾并同时加热搅拌物使其温度上升至50℃左右；厨余垃圾在消化菌的作用下产生的气体通过第一风机的负压进入气体处理系统后排出。把消化菌和有机厨余物放入搅拌桶内，搅拌轴在电机的带动下，绕着轴心旋转，带动搅拌棒和搅拌桨板转动，为了使搅拌物能均匀搅拌，搅拌桨板与搅拌桶壁的距离很小，由于消化菌在一定的温度下(50度左右)活性最高，故搅拌桶的底部都需要加热保温，配合搅拌棒的搅拌，令搅拌物搅拌越平均，搅拌物受热越均匀。有机厨余物通过消化菌的作用，变成二氧化碳、水蒸气和尾气(如H2S、CO、HC和NOX等)等气体，通过第一风机的负压作用，二氧化碳、水蒸气和尾气等进入到气体处理系统进行处理，排出清洁、干净、无味的气体。
作为对前述技术方案的进一步设计：前述的气体处理系统的具体处理步骤为：厨余垃圾在消化菌的作用下产生的二氧化碳、水蒸气和尾气(如H2S、CO、HC和NOX等)于第一风机的负压作用下经过光触媒组件的处理，产生的尾气通过与光触媒组件连接的第一催化罐，由第一催化罐处理后的尾气通过第二催化罐进行氧化还原化学反应，产生水、二氧化碳、氮气和氧气等无害气体，然后排出无害气体。首先尾气通过光触媒组件，利用光触媒组件的功能，杀菌除臭味。所谓光触媒就是光催化的同义词，光触媒物体起到催化、促进反应的作用，而本身不参与到反应中去。
作为对前述气体处理系统的处理步骤的优化设计：
①前述的厨余垃圾在消化菌的作用下产生的二氧化碳、水蒸气和尾气通过光触媒组件的紫外灯(UV-C)和敷有二氧化钛TiO2的光触媒，产生超氧离子(O2-)和氢氧离子(OH-)，将尾气中的臭气(有机物分子)氧化分解成二氧化碳等气体分子。采用紫外灯(UV-C)发出远紫外线照射到敷有二氧化钛TiO2的光触媒材料上；由于紫外线区域根据国际照明委员会(CIE)和国际电工委员会(IEC)可分为以下波长域：UV-A：315～400nm、UV-B：280～315nm、UV-C：100～280nm，根据光子能E＝h/λ式(h常数，λ光波长)，波长越短光子能越高。能量较低的UV-A具有光化学作用，所以也称化学线。UV-A用于有机物的合成、涂料或接着剂的UV固化等领域。UV-B对生物的作用效果大，能引起红斑作用及色素沉着等，所以也称生物线。UV-C是远紫外线，因为波长短能量大，具有杀菌作用，能分解分子的结合。对固体表面和空气中污染物的光处理来说，只有UV-C具有强的作用效果。本发明采用的就是能产生臭氧(O3)的UV-C，紫外线照射到敷有二氧化钛TiO2等光触媒的材料后，二氧化钛吸收紫外线光子能量，产生自由电子(e)与正孔(h)。自由电子(e)吸附空气中的氧(O2)从而产生超氧离子(O2-)；正孔(h)吸附空气中的水分子，使水分子失去电子，产生氢氧离子(OH-)。产生的超氧离子(O2-)和氢氧离子(OH-)具有极强的氧化能力，将空气中的臭味(主要是有机物分子)氧化分解成二氧化碳等气体分子，从而达到空气净化的目的。利用紫外线加臭氧并用达到相乘的效果，本发明采用的是波长200nm以下的短波长紫外线(UV-C)在真空中才能有效传播，所以也称真空紫外线，能分解O2分子，生成的单个氧原子(O)与O2结合产生臭氧O3。臭氧O3具有强的氧化作用。在光清洗、光氧化、空气净化等处理中，由于UV和O3并用能产生两者的相乘作用，所以要比UV或O3的单独使用的处理效果好得多。
②从光触媒组件出来的剩余臭气(主要为H2S)和尾气(主要为CO、HC和NOX)进入第一催化罐进行高温催化燃烧，将第一催化罐内的活性催化剂(Al2O3、MnO2等)加热到200℃-300℃，形成典型的催化燃烧，把所有的H2S催化转变成H2SO4，其中CO在高温下氧化成无色、无毒的二氧化碳(CO2)气体。HC化合物在高温下氧化成水蒸气(H2O)和二氧化碳(CO2)。催化燃烧是典型的气-固相催化反应，它借助催化剂降低了反应的活化能，使其在较低的起燃温度200～300℃下进行无焰燃烧，有机物质氧化发生在固体催化剂表面，同时产生CO2和H2O，以及放出大量的热量，因其氧化反应温度低，所以大大地抑制了空气中的N2形成高温NOx。而且由于催化剂的选择性催化作用，有可能限制燃料中含氮化合物(RNH)的氧化过程，使其多数形成分子氮(N2)。催化燃烧的实质是，空气中的氧气被催化剂中的活性组分所活化，当活性氧与反应物分子接触时发生了能量的传递，反应物分子随之被活化，从而加快了氧化反应的反应速率。与传统的火焰燃烧相比，催化燃烧有着很大的优势：首先，它的起燃温度低(转化10％时的温度)，能耗少，燃烧易达稳定，甚至到起燃温度后无需外界传热就能完成氧化反应；其次，其净化效率高，污染物如NOx及不完全燃烧产物等的排放水平较低。
③剩余的尾气(如CO、HC和NOx)从第一催化罐出来，通过装有低温(常温)催化剂(Al2O3、MnO2等)的第二催化罐进行氧化-还原化学反应，产生水蒸气、二氧化碳、氮气和氧气等无害气体，然后由第二风机排出无害气体。剩余的有害气体如CO、HC和NOx通过低温(常温)催化反应器中的催化剂时，增强了三种气体的活性，进行氧化-还原化学反应。其中CO在常温下氧化成无色、无毒的二氧化碳(CO2)气体。HC化合物在常温下氧化成水(H2O)和二氧化碳(CO2)。NOx还原成氮气(N2)和氧气(O2)。
本发明的厨余垃圾处理设备结构简便、操作简便，与现有技术的垃圾处理设备相比，本发明的处理设备具有如下优点：
1.本发明采用特制高效率消化菌，消化效率高。
2.本发明采用新型的搅拌技术，搅拌桨板的受力小，避免产生堵转或搅穿搅拌桶。能提高整机的可靠性，减小消耗功率，更环保节能。搅拌时阻力小，搅拌棒不容易断裂，使用寿命长。搅拌更均匀，受热更平均，消化效率更高。
3.本发明采用臭氧+紫外线杀死或分解室内微生物(包括黄色葡萄球菌、大肠杆菌、流感病毒等细菌)、甲基硫醇、硫化氢、二甲硫等恶臭成分，排出清洁、无味、无臭气体。
4.本发明采用多元催化装置有效分解有害气体(如H2S、CO、HC和NOx、甲醛、苯、氨)，使有害气体和异味气体变成无害、无味气体。
5.本发明设置简单，维护方便，运行成本低，安全可靠。
附图说明：
图1是本发明实施例的厨余垃圾处理设备的示意图。
图2是图1中的A-A处的示意图。
图3是图1中的B-B处的示意图。
图4是本实施例的搅拌轴的示意图。
图5是图4的后视图。
附图标记为：1.盖组件、2.中座、3.紫外灯(UV-C)、5.光触媒组件、6.左侧板、7.第二弯管、8.第一弯管、9.UV灯连接器、10.整流器、11.第三弯管、12.第一催化罐、13.第二催化罐、14.链条传动装置、15.第四弯管、16.第二风机、17.右侧板、18.加料盖、19.控制电脑板、20.主电脑板、21.法兰、22.前壳、23.电机、24.底座、25.密封条、26.弹簧、27.轴支撑板、28.中座后盖板、29.后盖板、30.催化罐固定板、33.过滤网、34.搅拌轴、35.搅拌棒、36.橡胶脚垫、37.搅拌桶、38.固定螺钉、39.搅拌桨板、40.光触媒桶、41.发热管、42.发热片。
具体实施方式：
下面结合附图给出本发明的最佳实施例。
本发明的实施例涉及到一种厨余垃圾处理方法及其设备，其设备的具体结构为：一种厨余垃圾处理设备，如图1、图2所示，由盖组件1、前壳22、左侧板6、右侧板17、后盖板29和底座24构成一壳体；盖组件底部设有加料盖18，盖组件与套有弹簧26的销钉铰接于后盖板，销钉与设于后盖板上的轴支撑板27固定。壳体内安装有搅拌桶37，搅拌桶与加料盖之间设有中座2，中座与中座后盖板28固定于后盖板上，加料盖的底部边缘环设有密封条25与中座对应配合，搅拌桶与加料盖之间以密封条密封。前壳上设有控制电脑板19和主电脑板20；壳体的底部设有橡胶脚垫36。
如图1所示，搅拌桶外安装有搅拌电机23，贯穿搅拌桶的中间安装有由电机驱动的搅拌轴34，搅拌轴上安装固定有搅拌棒35，搅拌桶底部安装有用于加热保温搅拌物的发热片42。如图2、图3所示，搅拌轴的从动端套接有一法兰21，电机动力输出的主动端通过链条传动装置14与法兰连接，实现搅拌轴的转动。如图4、图5所示，四根搅拌棒以固定螺钉38固定在搅拌轴上，搅拌轴轴心与搅拌棒轴心相交形成的平面与搅拌棒的搅拌桨板39处于不同平面并二平面形成15°锐角a；各搅拌棒的搅拌桨板围绕搅拌棒形成一螺旋，螺旋方向与搅拌轴的转动方向相同。
如图2所示，于壳体内的搅拌桶外设有气体处理系统，气体处理系统位于壳体的中后部，气体处理系统为：以第一弯管8连通搅拌桶内腔中上部气体出口处的光触媒组件5、光触媒组件的另一端依次串联连通设于壳体内的第二弯管7、第一催化罐12、第三弯管11和第二催化罐13；第一弯管的进气端设有过滤网33并设有第一风机把气体鼓入光触媒组件内，第二催化罐的另一端设有第四弯管15与第二风机16连接。
光触媒组件由光触媒桶40、贯穿光触媒桶一端设置的紫外灯(UV-C)3、于光触媒桶内填充的光触媒组成；光触媒的表面敷有二氧化钛TiO2。紫外灯(UV-C)为高纯度的石英玻璃制的低压水银放电管。第一催化罐内安装有发热管41和催化剂(Al2O3、MnO2等)；第二催化罐内安装有催化剂(Al2O3、MnO2等)。这些催化罐一个一个的分开排列，第二催化罐与壳体底座之间固定有催化罐固定板30用于固定催化罐，其中第一催化罐的下部装有发热管，经过发热管加热催化剂，提高催化剂的活性。壳体内还设有UV-C灯连接器9和控制整个处理设备电流的整流器10。厨余垃圾处理设备在搅拌厨余物的过程中产生的臭气和尾气从第一弯管8进入到光触媒组件内，经其处理后剩余尾气和臭气从光触媒组件的下部出来，通过光触媒组件与第一催化罐之间的第二弯管7，从下到上通过装有发热管和催化罐的第一催化罐，从第一催化罐出来的气体通过第三弯管11从上到下通过装有低温(常温)催化剂的第二催化罐，当臭气(主要成分为H2S)通过第一催化罐的催化层时，发热管通电加热，将催化剂加热到200～300℃，形成典型的催化燃烧，将积聚在催化剂中的所有H2S经催化转变成H2SO4，其中CO在高温下氧化成无色、无毒的二氧化碳(CO2)气体，HC化合物在高温下氧化成水蒸气(H2O)和二氧化碳(CO2)。剩余的有害气体如CO、HC和NOx通过装有低温(常温)催化剂的第二催化罐时，增强了这三种气体的活性，进行氧化-还原化学反应，氧化成无色、无毒的二氧化碳(CO2)气体、水(H2O)和还原成氮气(N2)和氧气(O2)。有害气体变成无害、无味气体，处理过的气流通过第二风机的作用排出。以此，对搅拌桶内的气体进行不断循环的处理和消毒，以便排出无毒、无味的清洁气体。
本发明的厨余垃圾处理方法为：首先将厨余垃圾和消化菌一并放入搅拌桶内，启动搅拌电机搅拌厨余垃圾并同时加热搅拌物使其温度上升至50℃左右；厨余垃圾在消化菌的作用下产生的气体通过第一风机的负压进入气体过滤系统后排出。把消化菌和有机厨余物放入搅拌桶内，搅拌轴在电机的带动下，绕着轴心旋转，带动搅拌棒转动，为了搅拌物能均匀搅拌，搅拌桨板与搅拌桶壁的距离很小，由于消化菌在一定的温度下(50度左右)活性最高，故搅拌桶的底部都需要加热保温，配合搅拌棒的搅拌，令搅拌物搅拌越平均，搅拌物受热越均匀。有机厨余物通过消化菌的作用，变成二氧化碳、水蒸气和尾气(如H2S、CO、HC和NOx等)等气体，通过第一风机的负压作用，二氧化碳、水蒸气和尾气等进入到气体处理系统进行处理，排出清洁、干净、无味的气体。
气体处理系统的具体处理步骤为：
①前述的厨余垃圾在消化菌的作用下产生的二氧化碳、水蒸气和尾气通过光触媒组件的紫外灯(UV-C)和敷有二氧化钛TiO2等的光触媒，产生超氧离子(O2-)和氢氧离子(OH-)，将尾气中的臭气(有机物分子)氧化分解成二氧化碳等气体分子。采用紫外灯(UV-C)发出远紫外线照射到敷有二氧化钛TiO2的光触媒材料上。本实施例采用的是能产生臭氧(O3)的UV-C，紫外线照射到敷有二氧化钛TiO2光触媒的材料后，二氧化钛吸收紫外线光子能量，产生自由电子(e)与正孔(h)。自由电子(e)吸附空气中的氧O2从而产生超氧离子(O2-)；正孔(h)吸附空气中的水分子，使水分子失去电子，产生氢氧离子(OH-)。产生的超氧离子(O2-)和氢氧离子(OH-)具有极强的氧化能力，将空气中的臭味(主要是有机物分子)氧化分解成二氧化碳等气体分子，从而达到空气净化的目的。
②从光触媒组件出来的剩余臭气(主要为H2S)和尾气(主要为CO、HC和NOx)进入第一催化罐进行高温催化燃烧，将第一催化罐内的活性催化剂(Al2O3、MnO2等)加热到200℃-300℃，形成典型的催化燃烧，把所有的H2S催化转变成H2SO4，其中CO在高温下氧化成无色、无毒的二氧化碳(CO2)气体。HC化合物在高温下氧化成水(H2O)和二氧化碳(CO2)。催化燃烧是典型的气-固相催化反应，它借助催化剂降低了反应的活化能，使其在较低的起燃温度200～300℃下进行无焰燃烧，有机物质氧化发生在固体催化剂表面，同时产生CO2和H2O，以及放出大量的热量，因其氧化反应温度低，所以大大地抑制了空气中的N2形成高温NOx。而且由于催化剂的选择性催化作用，有可能限制燃料中含氮化合物(RNH)的氧化过程，使其多数形成分子氮(N2)。催化燃烧的实质是，空气中的氧气被催化剂中的活性组分所活化，当活性氧与反应物分子接触时发生了能量的传递，反应物分子随之被活化，从而加快了氧化反应的反应速率。
③其余的尾气(如CO、HC和NOx)从第一催化罐出来，通过装有低温(常温)催化剂(Al2O3、MnO2等)的第二催化罐进行氧化-还原化学反应，产生水、二氧化碳、氮气和氧气等无害气体，然后由第二风机排出无害气体。其余的有害气体如CO、HC和NOx通过低温(常温)催化反应器中的催化剂时，增强了三种气体的活性，进行氧化-还原化学反应。其中CO在常温下氧化成无色、无毒的二氧化碳(CO2)气体。HC化合物在常温下氧化成水蒸气(H2O)和二氧化碳(CO2)。NOx还原成氮气(N2)和氧气(O2)。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。