CN101481270B

CN101481270B - 一种利用除臭保氮装置实现有机固体废弃物好氧堆肥除臭保氮的方法

Info

Publication number: CN101481270B
Application number: CN2009100777298A
Authority: CN
Inventors: 汪群慧; 韩梅琳; 吴川福; 薛念涛; 孙晓红; 谢维民
Original assignee: BEIJING AGRICULTURAL BIOLOGICAL TECHNOLOGY Research CENTRE; University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: BEIJING AGRICULTURAL BIOLOGICAL TECHNOLOGY Research CENTRE; University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-02-13
Also published as: CN101481270A

Abstract

本发明涉及一种利用除臭保氮装置实现有机固体废弃物好氧堆肥除臭保氮的方法，特别涉及一种将堆肥控制与生物滴滤塔控制相耦合的除臭保氮装置的操作方法。具体步骤是：一次发酵反应渠道堆料的中心温度靠高压离心抽风机的间歇抽气而维持在55～65℃；高压离心抽风机将一次发酵反应渠道的堆料所产臭气抽至生物滴滤塔进气口，经填料层微生物降解净化；维持生物滴滤塔喷淋液pH值在6.5～7.5之间；被多次循环使用的生物滴滤塔喷淋液与好氧堆肥过程中产生的渗滤液混合，并添加饱和Ca(OH)₂溶液调节后回喷堆肥系统。本发明操作简单、易行，生物滴滤塔的除臭效果好，且有利于堆肥腐熟和有效控制氨氮的挥发，同时还生成一种易于被作物吸收的含NH₄NO₃·CaCO₃的有机无机复混肥。

Description

一种利用除臭保氮装置实现有机固体废弃物好氧堆肥除臭保氮的方法

技术领域

本发明属于固体废弃物处置和资源化技术领域，特别涉及一种利用除臭保氮装置实现有机固体废弃物好氧堆肥控制与生物滴滤塔控制相耦合的除臭保氮的方法。

背景技术

随着经济的快速发展和人口的不断增长，我国每年排放的固体废弃物逐年增加。根据畜牧业发展规划，预计到2010年和2020年，我国畜禽粪便量将分别达到25亿吨和40亿吨。如何处置这些固体废弃物以保护环境是我国乃至世界所面临的一个重要课题。堆肥化技术是对有机固体废弃物进行无害化、资源化处理处置的有效方法之一，很多国家已经实现了有机固体废弃物堆肥的商品化生产。堆肥是堆肥化过程的生物降解和转化产物。堆肥过程不仅可以减少有机固体废弃物的体积、重量、臭味，杀灭病原菌、虫卵、植物种子等，同时会产生大量的腐殖质。生产出来的堆肥产品，可以作为土壤调理剂和植物营养源，能有效地改善土壤结构、提高土壤肥力。

动态好氧堆肥反应通常自然发生，是一种在复杂的堆肥原料中多种微生物在适宜的条件下对植物有机物进行生物降解的过程。影响堆肥生物降解化过程的因素很多，对于快速高温好氧发酵堆肥工艺来说，最主要的因素包括：温度，堆料含水率，碳氮比，供氧率，pH值，底料结构。这些因素是对堆肥反应有直接影响的主要控制条件，往往可以通过调控这些因素改变好氧堆肥中有机物的降解率，影响堆肥产品最终质量。

工业上，有机物的堆肥过程中产生的气体将会污染环境，堆肥产生的气体通常具有量大，浓度低的特性。堆肥厂的臭气主要来自垃圾运输车，储料仓，分选区和堆肥区，恶臭气体主要成分为：氨(NH₃)，硫化氢(H₂S)，甲基硫((CH₃)₃S)，三甲胺((CH₃)₃N)，二硫甲基((CH₃)₃S₂)，乙醛(CH₃CHO)，苯乙烯(C₆H₅C₂H₃)等。其中，氨是好氧堆肥臭气中的主要成分。这是因为在好氧堆肥过程中普遍存在氮素损失的问题，95％的氮素损失主要是由NH₃挥发引起的。一般畜禽粪便堆肥过程中氨氮的损失幅度可达10％～50％。氨氮的挥发不仅降低了成熟堆肥中氮营养成分的含量，也导致恶臭的发生。

目前，对氮素损失的控制主要通过以下几种方法：1、提高碳氮比减少氮损失；2、添加物理吸附剂控制氮素损失；3、添加化学添加剂控制氮素损失；4、采用合理的通风控制方式。中国200410031126.1号专利申请说明书公开了一种堆肥过程中控制氮素损失的方法及其专用固定剂，固定剂基本上含有氢氧化镁或氧化镁、磷酸和水。控制氮素损失的方法是在堆肥过程中掺混或/和喷淋控制氮素损失的固定剂。中国00106382.0号专利申请说明书公开了一中生物快速除臭剂，该生物快速除臭剂将从土壤、堆肥中分离的嗜热微生物、耐热芽孢杆菌、假单胞菌、黄单胞菌等微生物菌群混合，可消除有机粪便中的恶臭气体。这些除臭剂虽然有一定的效果，但由于技术单一，药剂昂贵，方法复杂等原因一般很难广泛应用于实际堆肥过程中。

减少氮素损失可减轻后续臭气处理设备的负荷，减少处理成本，在堆肥过程中是不可忽略的控制因素。但是尽管严格的管理措施以及对堆肥过程的优化可以有效减少臭气的产生，但一般无法满足达标排放的要求。因此，必须对堆肥过程产生的臭气进行处理。臭气处理的原理是除去有臭味的成分或通过化学或生物反应把它转化为无臭物质，目前采用的除臭方法较多，总体可以分为物化法和生物法两大类。与物化法(接触氧化法，化学氧化法，活性炭吸附发，化学洗涤法)相比，生物法处理此类臭气更加的廉价，其中生物过滤法研究得较多，即采用成熟堆肥、木屑等作填料的生物过滤法去除堆肥过程中产生的臭味。而生物滴滤法用于堆肥除臭，特别是将堆肥控制与生物滴滤塔控制相耦合的除臭方法尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用除臭保氮装置实现有机固体废弃物好氧堆肥除臭保氮的方法，减少氮素损失并减轻后续臭气处理设备的负荷，减少处理成本。

本发明所提供的一种利用除臭保氮装置实现有机固体废弃物好氧堆肥除臭保氮的方法，其特征在于：(1)一次发酵反应渠道堆料的中心温度靠高压离心抽风机的间歇抽气而维持在55～65℃，当堆料中心温度超过70℃时，开启机械翻堆机与废液回喷系统进行翻堆与回喷；(2)上述高压离心抽风机将一次发酵反应渠道的堆料所产臭气抽至生物滴滤塔进气口，经填料层被微生物吸附降解。当进气温度高于50℃时加大生物滴滤塔的喷淋液用量；(3)维持生物滴滤塔喷淋液pH值在6.5～7.5之间；(4)被多次循环使用的生物滴滤塔喷淋液中含NO₃ ^-丰富，进入废液回喷系统中的水质调节池，并与好氧堆肥过程中产生的渗滤液混合，经饱和Ca(OH)₂溶液调节后回喷。

高压离心抽风机由时间继电器控制，工作周期为开启2～5min，关闭10～25min，不仅起抽气通风、降低堆料温度的作用，又起到为生物滴滤塔输送待除臭气体的作用。其抽风通气的时间与向生物滴滤塔进气口供气的时间一致。

离心水泵将喷淋液提升至生物滴滤塔上部进行喷淋，其喷淋量和喷淋时间通过时间继电器控制离心水泵的开启与关闭来实现。当进气温度高于50℃时采用的喷淋率为1.00～2.21m³喷淋液/m³填料·h，以降低进气温度，避免滴滤塔内附着在填料上的微生物在高温下活性降低；当进气温度低于50℃时采用的喷淋率为0.25～1.00m³喷淋液/m³填料·h，以节省喷淋用水电的消耗。

机械翻堆机翻堆与废液回喷系统回喷可同步进行，当废液回喷时，可以部分抑制翻堆过程中产生的氨挥发和粉尘，也可使堆料保持适当的含水量，以维持微生物适宜的生长环境；但当堆料满足含水量要求时，可以只机械翻堆不回喷。

当循环使用的生物滴滤塔喷淋液pH值超出6.5～7.5范围时，可分别用饱和Ca(OH)₂与稀HNO₃进行调节，即不会引入新的污染物，同时有利于后续回喷后生成有机肥与无机肥(NH₄NO₃·CaCO₃)组成的复混肥。

废液回喷系统中的调节池收集生物滴滤塔中喷淋液与好氧堆肥过程中产生的渗滤液后进行水质调节，添加饱和Ca(OH)₂使回喷的液体中NO₃ ^-与Ca²⁺摩尔比为2∶1～4∶1。水质调节池调节后的混合液由计量泵、管道系统、阀门及淋水装置大部分回喷于一次发酵反应渠道，其喷淋用量为1～10L/m³堆料·d；为使二次发酵静态垛中堆料的含水率控制在25％～35％，适当洒少量水质调节池的混合液。一次发酵反应渠道回喷量控制是通过时间继电器控制计量泵的运行周期、改变计量泵的流量及管道中阀门的状态来实现。这样既可使堆料保持适当的含水量，提高微生物的反应速度；又可将回喷液中含量丰富的Ca²⁺、NO₃ ^-等离子留在堆料中，从而使堆肥过程中氨氮累计损失减少95％左右，并最终获得有机肥与无机肥(NH₄NO₃·CaCO₃)组成的复混肥。

本发明操作简单、易行、运行成本低，即有利堆肥腐熟又有效控制因氨氮挥发导致的臭味，同时还生成一种含有NH₄NO₃·CaCO₃的有机无机复混肥，有利于作物的吸收。

附图说明：

图1.有机固体废弃物好氧堆肥系统与除臭系统示意图。

图2.不同操作方式对堆料温度的影响。

图3.进气浓度对处理效果的影响。

图4.堆肥过程中的累积氨损失。

具体实施方式：

实验对比考查了未使用本方法与使用本方法对有机固体废弃物好氧堆肥过程中累积氨氮损失及生物滴滤塔除臭装置除臭性能的影响。

具体实施例一(本发明)：

如图1所示，本实施例采用牛粪与蘑菇渣作为堆肥原料，通过加入含氮物料及其他辅料，调节初始堆肥混合原料有机质含量为50％～60％，C/N＝25～30∶1，含水率为45％～50％。将上述堆肥原料与辅料经混合搅拌机混匀后倒入一次发酵反应渠道，经好氧发酵后，通过机械翻堆机强制向前翻堆到达粉碎机处；堆料经粉碎后由输送设备送往筛分机，筛下产品堆置成二次发酵静态垛，堆料二次发酵完成后装袋。一次发酵反应渠道底部设有抽气支管，抽气支管与抽气总管相连，抽气总管与高压离心抽风机入口相连，高压离心抽风机出口与生物滴滤塔底部进气口相连。含氨臭气被生物滴滤塔内微生物吸附降解后，由生物滴滤塔顶部排气口排出净化气体。

本发明的通风控制方式为温度-时间控制。当一次发酵反应渠道堆料的中心温度靠高压离心抽风机的间歇抽气而维持在55～65℃，高压离心抽风机由时间继电器控制，工作周期为开启5min，关闭25min。当堆料中心温度超过70℃时，开启机械翻堆机与废液回喷系统进行翻堆与回喷。高压离心抽风机运行的时间与向生物滴滤塔进气口供气的时间一致。生物滴滤塔的喷淋率随进气温度的升高而加大，当进气温度低于50℃时选用0.25m³喷淋液/m³填料·h和0.5m³喷淋液/m³填料·h；进气温度高于50℃时选用1.0m³喷淋液/m³填料·h和2.21m³喷淋液/m³填料·h。生物滴滤塔喷淋液pH值用饱和Ca(OH)₂与稀HNO₃进行调节，使其维持在6.5～7.5之间。被多次循环使用的生物滴滤塔喷淋液进入废液回喷系统中的水质调节池，并与好氧堆肥过程中产生的渗滤液混合。混合液经饱和Ca(OH)₂溶液调节后，液体中NO₃ ^-与Ca²⁺摩尔比为2∶1。

水质调节池调节后的混合液由计量泵、管道系统、阀门及淋水装置大部分回喷于一次发酵反应渠道，其回喷用量为3L/m³堆料·d；为使二次发酵静态垛中堆料的含水率控制在25％～35％，适当洒少量水质调节池的混合液。

具体实施例二(比较例)：

具体实施例二与具体实施例一不同之处在于：(1)在高压离心抽风机出口与生物滴滤塔底部进口的管道中串联一台低压大风量离心风机，气体流量由原先的900m³/h变为3500m³/h相应的生物滴滤塔内气体停留时间由原先的36s变为9.2s；(2)控制堆料温度的方式不同，即当堆料中心温度接近60℃时开启高压离心抽风机对堆料降温，直至堆料中心温度低于45℃停止运行。如图2所示；(3)未启用废液回喷系统。其他与具体实施例一相同。

实验结果分析：

本实验第1～38天采用实施例二(比较例)的操作方式，实验第39～72天采用实施例一(本发明)的操作方式。实验结果如图3所示：本发明的氨气去除率远远高于比较例，前者在不同喷淋率下氨气去除率均在96％以上而后者的氨气去除率不高于90％。

比较例的通风控制方式仅为温度控制，当堆料中心温度接近60℃时开启高压离心抽风机对堆料降温，直至堆料中心温度低于45℃停止运行。此种运行方式具有以下缺点：(1)生物滴滤塔进气口的供气温度有时会迅速提升至高于50℃，而生物滴滤塔内优势菌种为硝化菌，硝化菌在较高温度的环境中活性会降低，高于50℃会失活；(2)进气氨浓度随抽气时间迅速上升，再加上由于进气温度的提升引起生物滴滤塔内喷淋液温度的升高，最终导致喷淋液中游离氨浓度远远高于对硝化菌的抑制临界值，从而抑制硝化菌活性；(3)堆料温度从低于45℃上升至60℃往往需要1天的时间，这段时间高压离心抽风机处于不工作状态，使生物滴滤塔无臭气来源，从而使塔内硝化菌有时会处于饥饿状态，这在一定程度上也抑制了硝化菌的生长。

本发明与比较例的不同之处在于本发明的通风控制方式为温度—时间控制，而比较例仅为温度控制。另外，比较例未启用废液回喷系统，使堆料中的氮素由NH3挥发而损失，其累计氨损失高达8550.3g，日平均氨损失为225g；而本发明一方面通过废液回喷抑制氨的挥发，使堆料中累积氨损失仅为423.5g，日平均氨损失为12.1g(如图4所示)，与比较例相比减少约95％的氨损失；另一方面将已挥发的氨通过生物滴滤塔的硝化作用转化为硝态氮，并回喷到堆料中，使氮成分全部得以保留。

经过本系统处理的牛粪达到了无害化卫生标准(GB7959-87)，满足了生物有机肥的标准且最终生成一种含有NH₄NO₃·CaCO₃的有机无机复混肥。

Claims

1.一种有机固体废弃物好氧堆肥除臭保氮的方法，其特征在于：(1)一次发酵反应渠道堆料的中心温度靠高压离心抽风机的间歇抽气而维持在55～65℃，当堆料中心温度超过70℃时，开启机械翻堆机与废液回喷系统进行翻堆与回喷，该离心抽风机由时间继电器控制，工作周期为开启2～5min，关闭10～25min；(2)上述高压离心抽风机将一次发酵反应渠道的堆料所产臭气抽至生物滴滤塔进气口，经填料层被微生物吸附降解；当进气温度高于50℃时加大生物滴滤塔的喷淋液用量；(3)离心水泵将喷淋液提升至生物滴滤塔上部进行喷淋，其喷淋量和喷淋时间通过时间继电器控制离心水泵的开启与关闭来实现；当进气温度高于50℃时采用的喷淋率为1.00～2.21m³喷淋液/m³填料·h，而当进气温度低于50℃时采用的喷淋率为0.25～1.00m³喷淋液/m³填料·h；(4)维持生物滴滤塔喷淋液pH值在6.5～7.5之间；(4)被多次循环使用的生物滴滤塔喷淋液中含NO₃ ^-丰富，进入废液回喷系统中的水质调节池，并与好氧堆肥过程中产生的渗滤液混合，添加饱和Ca(OH)₂溶液调节后回喷，回喷的液体中NO₃ ^-与Ca²⁺摩尔比为2∶1～4∶1。

2.根据权利要求1所述的一种有机固体废弃物好氧堆肥除臭保氮的方法，其特征在于当循环使用的生物滴滤塔喷淋液pH值超出6.5～7.5范围时，分别用饱和Ca(OH)₂与稀HNO₃进行调节。

3.根据权利要求1所述的一种有机固体废弃物好氧堆肥除臭保氮的方法，其特征在于水质调节池调节后的混合液由计量泵、管道系统、阀门及淋水装置大部分回喷于一次发酵反应渠道，其喷淋用量为1～10L/m³堆料·d；为使二次发酵静态垛中堆料的含水率控制在25％～35％，适当洒少量水质调节池的混合液。

4.根据权利要求1所述的一种有机固体废弃物好氧堆肥除臭保氮的方法，其特征在于废液回喷系统回喷量的控制是通过时间继电器控制计量泵的工作周期、改变计量泵的流量及管道中阀门的状态来实现。

5.根据权利要求1所述的一种有机固体废弃物好氧堆肥除臭保氮的方法，其特征在于机械翻堆机翻堆与废液回喷系统回喷采用同步进行或者是不同步进行。

6.根据权利要求1所述的一种有机固体废弃物好氧堆肥除臭保氮的方法，其特征在于高压离心抽风机给一次发酵反应渠道抽风通气的时间与向生物滴滤塔进气口供气的时间一致。