CN100546947C - 污泥交替好氧厌氧堆肥反应器 - Google Patents

污泥交替好氧厌氧堆肥反应器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种污泥交替好氧厌氧堆肥反应器。本发明包括自制堆肥反应器及单片机自动控温的供氧系统。本发明采用温度-时间反馈系统，实现了单片机自动控制鼓风机供氧，使堆肥反应器中的堆肥达到好氧/厌氧交替的最佳状态，令反应器中堆体温度上升迅速，堆肥中有机碳、挥发性固体、挥发性脂肪酸、种子发芽率等指标符合污泥农用国家标准，堆肥质量符合无害化卫生标准。

Description

污泥交替好氧厌氧堆肥反应器
技术领域
本发明涉及一种新型的堆肥反应器，具体是一种污泥交替好氧厌氧堆肥反应器。
背景技术
堆肥技术一般分为好氧堆肥和厌氧堆肥。污水处理厂产生大量污泥，污泥的处理处置与资源化是当前迫切需要解决的环保问题，开发污泥堆肥技术具有重要意义。
有机废弃物堆肥系统的分类比较复杂。按有无发酵装置可以将堆肥系统简单分为开放式系统和反应器系统。前者又可分为被动通风条垛式系统、条垛系统、强制通风静态垛系统。
1、开放式系统
(1)被动通风条垛式堆肥
被动式堆肥是将原料简单堆积，使堆体进行被动通风，经长时间自然分解的过程。采用这种方式不能满足连续好氧堆肥的条件。
(2)条垛系统
将混合好的固体废弃物堆成条垛状，在好氧条件下进行分解。通过人工或机械搅拌、翻堆来补充所需氧。条垛系统对场地要求很高，路面设计要求与公路相似，并要求一定的坡度，配有排水系统，规模也必须适当，必须配有相当数目的人手。
条垛系统占地面积大，而且腐熟周期长；需要大量的翻堆机械和人力；易受外界影响，不稳定。
(3)强制通风静态垛系统
强制通风静态垛系统是通过风机和埋在地下的通风管道进行强制通风供氧的系统，强制通风静态垛系统有很多优点：设备的投资相对较低；能够更好地控制温度和通气情况；产品的稳定性较好，且能更有效地杀灭病原菌和控制臭味；由于控制条件较好，强制通风静态垛系统堆腐时间相对较短，一般为2～3周；由于堆腐时间相对较短，填充料的用量少，占地面积也相对较小。强制通风静态垛系统最重要的一个缺点是，易受气候条件的影响。
2、反应器系统
反应器系统也存在着明显的不利因素：首先是高额的投资，包括堆肥设备的投资(设计、制造)、运行费用及维护费用；由于堆肥周期相对较短，堆肥产品会有潜在的不稳定性，几天的堆腐不足以得到一个稳定的、无臭味的产品，堆肥的后腐熟期相对延长；堆肥过程完全依赖专门的机械设备，一旦设备出现问题，堆肥过程即受影响。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺点，提供一种新型的污泥交替好氧厌氧堆肥反应器。本发明采用温度-时间反馈系统，实现了单片机自动控制鼓风机供氧，使堆肥反应器中的堆肥达到好氧/厌氧交替的最佳状态。
本发明通过以下技术方案达到发明目的：
本发明的结构示意图如附图1所示，污泥交替好氧厌氧堆肥反应器，包括连体法兰的顶盖2、连体法兰的筒体5及连体法兰的底盖13，在筒体5与底盖13之间设有筛板6；在顶盖2的上部设有放空口1；在筒体5的底部设有堆肥出口14，侧面设有采样口3与4；在底盖13的底部设有排液口12。
作为上述技术方案的改进，本发明还设有鼓风机9，鼓风机9通过胶管8与设置在底盖13底部的通风口7相连。
作为上述技术方案的进一步改进，本发明还设有单片机11，单片机11的一端通过继电器10与鼓风机9相连，另一端则通过设在筒体5侧面的热电偶15、16及17与筒体5相连。
与已有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明采用温度-时间反馈系统，实现了单片机自动控制鼓风机供氧，使堆肥反应器中的堆肥达到好氧/厌氧交替的最佳状态，令反应器中堆体温度上升迅速，堆肥中有机碳、挥发性固体、挥发性脂肪酸、种子发芽率等指标符合污泥农用国家标准(GB8172-87)，堆肥质量符合无害化卫生标准(GB7959-87)。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的筛板的结构示意图；
图3为本发明的单片机控制回路图；
图4为单片机的温度-时间反馈控制逻辑图；
图5为造纸污泥堆肥过程中挥发性固体和有机酸的变化示意图；
图6为造纸污泥堆肥过程中挥发性脂肪酸的变化示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图来对本发明作进一步说明，但本发明要求保护的范围并不局限于具体实施方式所描述的范围。
本发明的结构示意图如附图1所示，污泥交替好氧厌氧堆肥反应器，包括连体法兰的顶盖2、连体法兰的筒体5及连体法兰的底盖13，在筒体5与底盖13之间设有筛板6；在顶盖2的上部设有放空口1；在筒体5的底部设有堆肥出口14，侧面设有采样口3与4；在底盖13的底部设有排液口12。
作方上述技术方案的改进，本发明还设有鼓风机9，鼓风机9通过胶管8与设置在底盖13底部的通风口7相连。
作为上述技术方案的进一步改进，本发明还设有单片机11，单片机11的一端通过继电器10与鼓风机9相连，另一端则通过设在筒体5侧面的热电偶15、16及17与筒体5相连。
本发明的工作原理为：堆肥物由顶盖法兰2装入，堆肥完成后，由堆肥出口14倒出。堆肥过程中，热电耦15、16及17将适时监测到的温度反馈到单片机11，单片机根据设定的程序控制继电器10对鼓风机9间断鼓风，风通过筛板6进入装有堆肥的筒体5，提供堆肥过程中所需的氧气，附图2为筛板的结构示意图。鼓风机时停时鼓风，造成反应器内处于好氧、缺氧交替的状态，同时，这种根据温度自动控制的强制通风不仅优化了堆肥内供氧情况，而且，好氧厌氧的状态也促进了有机物充分分解，使堆体温度上升迅速，在短时间内完成堆肥，符合相关标准。
本发明的控温机制为：如图1，由反应器顶部进料，底部堆料出口。由上到下有三根热电耦15、16及17监测反应器内部不同点的温度，其中热电耦16对应控制温度点T(60℃)，热电耦17对应温度控制点T0(55℃)，当热电耦16反馈回的温度高于60℃时，单片机就会控制鼓风机不停鼓风，让堆体降温，直至热电耦17反馈回的温度低于55℃时，才停止鼓风，恢复最初的时间控制状态，单片机控制回路图如附图3所示，其逻辑控制图见附图4。
采样点由上到下也有三个，分别是取样口3、4与堆肥出口14。放空口1是为了防止在鼓风过程出现负压的情况，调整反应器内部的压力平衡。排液口12则是为了接收堆肥化过程中可能产生的滤液。
效果实验
附图5为造纸污泥堆肥过程中挥发性固体和有机酸的变化示意图；本实验造纸污泥的初始挥发性固体含量(61.31％)偏低，最好与挥发性固体含量高的物质联合堆肥。在堆肥的升温阶段，挥发性固体呈现剧烈的下降趋势，在高温阶段出现一个最低值，这反映出堆肥中生长出大量微生物，有机物被微生物分解利用。但是由于高温时段较短，因此挥发性固体仅仅降到59.6％。随着堆肥化过程的进行，堆肥中挥发性固体呈下降趋势。通常认为，堆肥过程中其挥发性固体含量下降至一个相对稳定值是堆肥接近腐熟的一个重要标志。
图6为造纸污泥堆肥过程中挥发性脂肪酸的变化示意图。挥发性脂肪酸是微生物分解糖类等碳水化合物的中间产物。从堆肥过程挥发性脂肪酸的变化可以看出，在堆肥初期，由于微生物的代谢作用，产生大量的有机酸，使物料的挥发性酸含量上升，从初始的0.22mg-N/l升到高温后的最高1.66mg-N/l，增加了差不多8倍。而随着有机酸浓度的提高，污泥堆肥的pH值下降，然后随着温度的降低，在第6天出现高值，则pH值相应出现低点，这与丁文川的研究结果相似。挥发性脂肪酸易于被微生物利用，并且在随着堆肥化反应的进行，有机物越来越少，挥发性脂肪酸含量呈下降趋势。
造纸污泥经过70天左右的堆肥，其腐熟产品的品质与卫生学指标如表1所示，由表1可见：堆肥能有效杀灭污泥中的病原菌(以大肠杆菌计)，达到国家卫生标准；从表观上看，腐熟堆肥结构疏松，无臭味，色同黑土；实现污泥无害化、稳定化和减量化处理，为造纸污泥堆肥的农用提供理论依据。
表1

Claims (1)

1、污泥交替好氧厌氧堆肥反应器，包括连体法兰的顶盖(2)、连体法兰的筒体(5)及连体法兰的底盖(13)，其特征在于在筒体(5)与底盖(13)之间设有筛板(6)；在顶盖(2)的上部设有放空口(1)；在筒体(5)的底部设有堆肥出口(14)，侧面设有采样口(3)与(4)；在底盖(13)的底部设有排液口(12)；还设有单片机(11)和鼓风机(9)，鼓风机(9)通过胶管(8)与设置在底盖(13)底部的通风口(7)相连；单片机(11)的一端通过继电器(10)与鼓风机(9)相连，另一端则通过设在筒体(5)侧面的热电偶(15)、(16)及(17)与筒体(5)相连；所述堆肥为造纸污泥的交替好氧厌氧堆肥。
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