CN101614630B - 一种利用污泥堆肥法加速塑料薄膜性能老化的加速反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用高含水率污泥的好厌氧堆肥，塑料薄膜性能老化的加速反应器，其特征在于由主反应罐系统、保温控温系统、搅拌系统、通风控氧系统、滤液回灌系统和材料加速老化样本承载系统组成，其中主反应罐系统的主反应罐分为反应室和滤液收集室；保温控温系统中，空气热交换器位于鼓风管路中间，温度传感器位于主反应罐外侧并探入反应室内；搅拌系统电机位于主反应罐上部，搅拌叶片位于反应室内；通风控氧系统中排气口位于罐体上方，进气口位于罐体下方；滤液回灌系统位于罐体之外；材料加速老化样本承载系统设置与主反应罐的侧壁上。本发明可大大缩短通常需要一年或是更长时间才能实现的塑料老化试验，提高了工作效率，并缩短了研究周期。

Description

一种利用污泥堆肥法加速塑料薄膜性能老化的加速反应器

技术领域

本发明涉及一种老化的加速装置，特别是涉及一种利用高含水率污泥好厌氧堆肥，塑料薄膜性能老化的加速反应器。

技术背景

1.关于污泥堆肥

污泥(Sludge)是一种介于液体和固体之间的浓稠物，是由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。目前主要的污泥来源是市政污泥(Civil sludge)。污水污泥处理是目前世界各国共同面临的环境问题。污泥成份复杂，有毒有害物质含量高，极易通过大气、水体、食物链等各种途径造成二次污染，危及人类健康。在我国，随着近年来各地城市迅速扩大发展，城市污泥处理系统的不断完善，污水污泥产量逐年剧增；再加上我国缺乏足够的认识重视和合理的规划管理，资金投入严重不足，污泥处理处置严重滞后。污泥堆肥化是依靠污泥中的细菌、放线菌、真菌等微生物在一定的人工条件下，有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。它是实现污泥减量化、无害化、稳定化及资源化较为有效的一种处理方法。

污泥堆肥化按原理可分为厌氧堆肥与好氧堆肥两种。两种方法各有千秋。厌氧堆肥的优点在于自身能耗少，不需外部供氧，运转费用低，且厌氧发酵能够产生高热值的气体燃料-甲烷，是人们利用生物能的一种重要手段，但其处理周期相对较长；好氧堆肥因有机物降解速度快，较充分，堆肥周期短，环境条件较好等优点而被广泛应用。

传统的堆肥方式，成本虽然低，但占用的地面面积大，容易造成环境的二次污染；采用简易性的箱式堆肥方式，仍存在一定的问题，包括了污泥含水率过高问题、堆肥过程存在氮、磷等营养成份的损失的问题、重金属污染问题。

2.关于塑料薄膜材料老化性能的测试与表征

从2008年6月1日起，我国正式实施“限塑令”，在全国范围内实行塑料购物袋有偿使用制度，并禁止生产、销售、使用厚度小于0.025毫米的塑料购物袋。这一限令的颁布，除了表明我国在环境保护意识方面的提高之外，更表明了我国对于当前废弃材料特别是塑料所引起的固废污染有了更为深刻的认识。

污泥中富含各种细菌和微生物，经研究表明，将塑料薄膜材料置于污泥中，由于微生物的存在，能大大加速材料的老化过程，而这就为我们研究塑料薄膜材料的老化性能提供了条件。传统的塑料薄膜材料老化性能测试方法主要有土埋法、碳弧灯人工气候老化试验、氙灯人工气候老化试验、荧光紫外灯人工气候老化试验等等。这些方法各有各的优缺点。就土埋法而言，其实质就是研究塑料薄膜材料在天然土壤环境中的自然老化的速度。它简便且易于操作，然而他的缺点在于实验周期过于长，往往要耗费上年乃至数年的时间。而由于污泥的特殊成分特征，将它应用于材料的埋片试验，便能大大的缩短其实验时间，有利于实验室的大批量测试塑料材料的老化性能。

研究塑料薄膜材料在污泥堆肥条件下的老化性能，特别是可堆肥材料在污泥堆肥条件下的老化性能，即能做为日后材料老化性能表征的一种定性方法，加以推广应用，更能为材料特别是塑料的综合治理提供其生物降解性能方面的科学数据。此外，将污泥的堆肥化处理与材料的堆肥条件下老化性能表征融为一体来思考，更是在固废综合整治方面迈出了重要的一步。

发明内容

鉴于目前污泥堆肥中所面临的上述问题，以及本着深入研究材料在污泥堆肥条件下的老化性能的目的，本发明的目的就是要设计一种利用污泥堆肥加速塑料薄膜性能老化的加速反应器。

本发明主要由以下技术方案实现：加速反应器由主反应罐系统、保温控温系统、搅拌系统、通风控氧系统、滤液回灌系统和材料加速老化样品承载系统组成。

其中，主反应罐系统的主体为主反应罐，呈圆柱形，并分割为反应室和滤液收集室；保温控温系统位于主反应罐外侧，通过位于反应室的上下两端的短温度传感器、位于反应室中间的长温度传感器、空气热交换器及主控制室上的控制开关来控制罐体内的温度；搅拌系统电机位于主反应罐的罐体外上部，搅拌叶片位于反应室内中轴线上；通风控氧系统中排气口位于罐体上方，进气口位于罐体下方；滤液回灌系统位于罐体之外，通过回流管道与主反应罐相连；材料加速老化承载系统设置在主反应罐的侧壁上。

所述的主反应罐系统的主体为主反应罐，罐体上设有污泥进料口、堆肥出料口、过滤网层、滤液收集室、排气阀和排水阀。主反应罐呈圆柱形，罐体下半部的过滤网层，由法兰固定于反应室和滤液收集室之间，将主反应罐分割为反应室和滤液收集室。过滤网采用300目的防腐不锈钢网格，能很好的起到过滤效果。进料口设置在反应室中，位于罐体的侧上端，呈斜向上并凸出罐体，且设有带密封圈的盖子，在保证密封的同时也便于进料；出料口设置在滤液收集室中，位于罐体的侧下端，呈斜向下并凸出罐体，且设有带密封圈的盖子，同样保证了密封及出料的方便；排气阀连接着气体收集装置，位于罐体上方；排水阀位于罐体下方，主要作用为清洗和滤液收集备用。

所述的保温控温系统主要由主反应罐罐体外侧所包裹的聚胺脂发泡保温层、空气热交换器和温度传感器及主控室的控制开关组成。聚胺脂发泡保温层能有效的防止反应室内温度向外扩散，以及降低环境温度对反应室温度的影响。空气热交换器位于空压机与进气口之间的鼓风管路上，通过主控室的功率和温度调节开关，能精确的控制进入反应器的空气温度。温度传感器由位于反应室的上下两端的短温度传感器及位于反应室中间的长温度传感器组成，能有效全面的监测反应室内堆体各个位置的温度。

所述的搅拌系统由位于主反应罐的罐体外上部的电机(功率300W)、位于反应室内中轴线上的螺旋状搅拌叶片及搅拌控制开关组成。能有效起到搅拌及便于出料的作用。

所述的通风控氧系统主要由空压机及进气口、排气口组成。排气口位于罐体上方，进气口位于滤液收集室靠近过滤层的地方，当空气由空压机鼓入后，通过滤液收集室的缓冲后，经过过滤网层的滤孔达到向反应室均匀布气的效果。

所述的滤液回灌系统由滤液调节池、回流管道、喷头及滤液控制开关组成。滤液由滤液收集室流入滤液调节池，在那里进行必要的浓度、微生物、pH等调节后，经回流管道回灌到反应室内。两个球形旋转喷头能使滤液均匀的喷洒在堆体上面。该系统通过装置控制室的滤液回灌控制开关控制。

所述的材料加速老化样本承载系统由样本承载箱及密封门组成，样本承载箱嵌入主反应罐反应室内，置于反应室的中部，固定于主反应罐的侧壁上，密封门的内侧面设置有橡胶密封条。样本承载箱的底面和侧面，分布有网孔，密封门则可保证装置无论是在样本承载箱插入还是取出时，都能保持密封状态。

本发明利用所述的特定结构，以污泥堆肥为填埋条件，加速塑料薄膜材料老化进程，可大大缩短通常需要一年或是更长时间才能实现的塑料填埋老化试验，提高了工作效率和研究周期。并为日益发展的可堆肥材料开发了一种合适的可堆肥性能研究手段与工具。

本装置单就其在堆肥方面的作用而言，可以有效提高污泥堆肥效益，提高污泥堆肥产品肥效，降低污泥堆肥产品重金属污染风险。

附图说明

为了进一步说明本发明的技术方案，结合附图做进一步的说明。

图1是本发明所述的利用污泥堆肥法加速塑料薄膜性能老化的加速的反应器结构图。

图2是样本承载箱的材料老化系统工作示意图。

图1中，1是进料口，2是温度传感器，3是主罐体，4是材料老化箱，5是聚胺脂保温层，6是滤液调节罐，7是回流泵，8是搅拌电机，9是搅拌叶，10是出料口，11是空气加热器，12是直联式空压机，13是总控制室，14是反应器通电线路，15是过滤层，其间夹着一层300目的防腐不锈钢滤网。

图2中，1是材料样品承载箱，2是材料膜片示意图，3是样品承载箱上的条形开口，4是密封门，5是老化加速器器壁，6是聚胺脂保温层，7是反应器内的锥体。

具体实施方式

为了进一步了解本发明的技术特征和技术方案，现结合实施例对本发明做具体说明。

实施例1

PE/CaO复合材料在反应器好氧堆肥条件下的降解性能研究

按照本发明所述的的结构，制造出利用污泥堆肥加速塑料薄膜性能老化的加速反应器。取初始含水率为83.55％的新鲜污泥100kg，按污泥∶聚丙烯酸钠∶锯末＝100∶1∶15的重量比例分别添加1kg的聚丙烯酸钠和15kg的锯末，混和均匀后成污泥混合物。

材料样品选取可堆肥性能良好的PE/CaO复合材料进行老化测试。

将污泥混合物进行适当晾晒，当含水率降到65％左右时，将污泥混合物由进料口送入加速反应器进行好氧堆肥反应。并把PE/CaO复合材料放入样本承载箱中。开启测温开关，每天记录堆体温度。每12小时开启空压机通风0.5小时，以保证反应室内氧气浓度，鼓风时视堆体温度情况灵活开关空气热交换器。并要求每24小时开启搅拌开关搅拌一次，每次10分钟。刚开始每三天回灌一次滤液，尔后随着堆肥进行，滤液量渐少直至没有，回灌次数也逐渐减少直至不用。每五天剪取一次样本承载箱中承载的聚乙烯塑料薄膜的膜片样本的小段，进行扫描电镜(SEM)、红外、力学性能等测试，剪取膜片样本后将剩余膜片放回样本承载箱中，关闭密封门继续反应。20天后，堆肥结束，堆肥产品可出料装袋，造粒，即制成有机颗粒肥。同时老化加速工作也结束，以五天为测试周期的SEM、红外、力学性能相关数据即可得出进行分析。

结果表明，PE/CaO复合材料做为可堆肥材料的一种，在该老化加速器中进行为期20的老化后，老化效果明显。

Claims (6)

1.一种利用污泥堆肥法加速塑料薄膜性能老化的加速反应器，其特征在于加速反应器由主反应罐系统、保温控温系统、搅拌系统、通风控氧系统、滤液回灌系统和材料加速老化承载系统组成，其中主反应罐系统的主体为主反应罐，主反应罐呈圆柱形，并被分割为反应室和滤液收集室；保温控温系统通过位于反应室的上下两端的短温度传感器及位于反应室中间的长温度传感器和温度传感器控制开关控制罐体内的温度；搅拌系统的电机位于主反应罐的罐体外上部，搅拌系统的搅拌叶片位于反应室内中轴线上；通风控氧系统的排气口位于罐体上方，通风控氧系统的进气口位于罐体下方；滤液回灌系统位于罐体之外，通过回流管道与主反应罐相连；材料加速老化承载系统设置于主反应罐内的侧壁上，其中所述的主反应罐系统中的主体为主反应罐，主反应罐的罐体上设有污泥进料口、堆肥出料口、反应室、过滤网层、滤液收集室、排气阀和排水阀；罐体下半部的过滤网层位于罐体下半部、处于反应室和滤液收集室之间；进料口设置在反应室中，位于罐体的侧上端；出料口设置在滤液收集室中，位于罐体的侧下端；排气阀连接着气体收集装置，位于罐体上方；排水阀位于罐体下方。

2.根据权利要求1所述的加速塑料薄膜性能老化的加速反应器，其特征是所述的保温控温系统主要由主反应罐罐体外侧所包裹的聚胺脂发泡保温层、温度传感器和温度传感器控制开关组成。

3.根据权利要求1所述的加速塑料薄膜性能老化的加速反应器，其特征是所述的搅拌系统由位于主反应罐的罐体外上部的电机和位于反应室内中轴线上的螺旋状搅拌叶片及搅拌控制开关组成。

4.根据权利要求1所述的加速塑料薄膜性能老化的加速反应器，其特征是所述的通风控氧系统主要由空压机及进气口、排气口组成，排气口位于罐体上方，进气口位于滤液收集室靠近过滤层的地方。

5.根据权利要求1所述的加速塑料薄膜性能老化的加速反应器，其特征是所述的滤液回灌系统由滤液调节池、回流管道、喷头及滤液控制开关组成，滤液由滤液收集室流入滤液调节池。

6.根据权利要求1所述的加速塑料薄膜性能老化的加速反应器，其特征是所述的材料加速老化承载系统由承载箱及密封门组成，承载箱嵌入主反应罐反应室内，置于反应室的中部，固定于主反应罐的侧壁上，密封门的内侧面设置有橡胶密封条。

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