CN101817699B - 污泥生物干化的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种污泥生物干化处理的系统，其包括：玻璃温室和鼓风机、设于玻璃温室内的倾斜式发酵床，斜式发酵床包括有多孔倾斜的板床，该板床分为上、下发酵区，发酵区分成多个倾斜的发酵仓，上、下发酵区之间以及下发酵区的最下方均设有控制闸板，板床下面设有与鼓风机的排气管联通的空气仓，下半部发酵区的最下方设有出料带，该出料带与一设有筛分机的包装间联通。一双螺旋拌散机由设有移动式下料器的布料带与所述板床的顶部相联，带有污泥高压输送计量泵的污泥仓和带有辅助仓计量控制闸的辅料仓以及带有同步计量泵的菌剂罐分别与双螺旋拌散机相联，发酵仓内还设有温度、湿度、PH值和氧气浓度的传感器。本发明还公开了一种污泥生物干化处理的方法。本发明高效、实用，不需要热源进行干燥就能够连续稳定地对污泥进行工业化的生物干化处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种城市污泥强制通风高温好氧发酵工艺系统，特别是涉及一种利用温室和倾斜式发酵床对污泥进行生物干化处理的系统和方法。
背景技术
城市污水处理厂的脱水污泥含水率在75％～82％之间，常规的处置方式是填埋处理。2007年，建设部颁布了《城镇污水处理厂污泥 泥质》标准(CJ247-2007)，要求污泥含水率必须低于60％才能进填埋场。因此，对城镇污泥进行一定的干化处理很有必要。
污泥常用的干化处理方法有机械强制脱水、热干化和堆肥处理等。污泥堆肥技术有60多年的历史，较早的如Baden堆肥法、Thomas法、条垛式堆肥法等，主要工艺为堆制发酵和翻堆通风。近年来，污泥堆肥技术有了很大的发展，主要表现在辅料的选择，重金属的钝化，微生物菌种，不同的堆肥、翻堆和监控装置等，如“一种应用污泥制备的精致有机肥及其制备方法”(CN1923759A)公开了一种将物料混合、堆制、翻堆、后熟和热炕干燥后，经过二次发酵制备精致有机肥的方法，“利用污泥生产有机肥料的方法”(CN101575227A)公开了一种利用阳光棚和发酵槽将物料混合后进行发酵制备有机肥料的方法。
上述公开的方法中前者需要热源进行干燥，因此，能耗大，后者使用的发酵槽占地面积大，效率低，二者发酵的堆体都需要人工或机械翻堆，发酵周期长(25～60天)，缺乏过程控制，难以实现对城市污泥的工业化规模处理。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有污泥干化处理效率低、能耗大和费用高的技术问题，提出一种高效、实用，不需要热源进行干燥就能够连续稳定地对污泥进行工业化的生物干化处理的系统和方法。
为解决所述的技术问题，本发明提出的污泥生物干化处理的系统，其包括：玻璃温室和鼓风机、设于该玻璃温室内的倾斜式发酵床，该倾斜式发酵床包括设有多孔倾斜的板床，该板床上半部为I发酵区，下半部为II发酵区，所述的发酵区被平均分隔成多个平行向下倾斜的发酵仓，I发酵区与II发酵区之间以及II发酵区的最下方均设有控制闸板，板床下面设有空气仓，该空气仓与鼓风机的排气管联通，II发酵区的最下方设有出料带，该出料带通过输送带与一设有筛分机的包装间联通。一双螺旋拌散机的物料出口通过设有移动式下料器的布料带与所述玻璃温室内的板床的顶部相联，带有污泥高压输送计量泵的污泥仓通过管道与该双螺旋拌散机的物料入口相联，带有辅助仓计量控制闸的辅料仓通过辅料输送带与双螺旋拌散机的物料入口相联，带有同步计量泵的菌剂罐通过管道与双螺旋拌散机的物料入口相联，发酵仓内设有温度、湿度、PH值和氧气浓度的传感器。
本发明提出的污泥生物干化处理的方法，其包括步骤如下：
混料——按一定比例将待处理的污泥、与重金属钝化剂预混合后的调理剂以及菌剂输入双螺旋拌散机；
拌散破碎——进入双螺旋拌散机后的物料，经该机器的交错搅拌和高速破碎后，被分散成均匀的直径为3～5mm的颗粒，再由布料带输送至玻璃温室中的倾斜式发酵床进行生物干化处理；
生物干化——送至倾斜式发酵床上方的物料，通过布料带上的移动式下料器铺设到发酵床板床上部的I发酵区进行一次发酵；一次发酵结束，打开I发酵区和II发酵区之间的控制闸板，物料在重力的作用下，下滑到II发酵区进行二次发酵；二次发酵完成，打开II发酵区下方的控制闸板，经过发酵腐熟和生物干化后的物料滑入下设的出料带；
包装——滑入出料带上的物料通过输送带送入玻璃温室外的包装间，经过筛分机筛分后装袋。
本发明利用好氧微生物菌剂对污水处理厂产生的不稳定脱水污泥，经过有机废料调理后再进行高温好氧发酵。在此过程中，污泥中的有机物转化成了腐殖质类物质，污泥中的细胞水转换为游离水，生化反应中产生的大量的热能使水分快速蒸发，使得污泥的含水率不断下降。整个生物干化过程不需要其它热源干燥，节约能源。添加的有机废料调理剂提高了物料的碳氮比，为微生物发酵提供了充足的碳源，并改善了污泥的通透性；采取的强制通风措施，在为微生物发酵供氧的同时，还具有调节堆料温度和促进水分散发的功效；添加的重金属钝化剂使污泥中的有害重金属由交换态转变为稳定态，降低其活性和减少流失；高温发酵阶段杀灭了污泥中的病原菌和寄生虫卵，使其符合卫生学指标。因此，污泥经过生物干化处理后为进一步的综合利用奠定了良好的基础。
本发明的优势效果还包括污泥生物干化处理的系统可进行并联式组合，可以实现污泥的工业化规模处置，避免了污泥由于直接填埋造成的占用大量土地和二次污染等问题；辅料采用城市绿化废弃物和农作物秸秆等有机废料，促进了有机质回归土地和城乡循环经济的发展；玻璃温室利用太阳能升温，辅助发酵，加速水分蒸发。该系统具有处理速度快、周期短，处理过程不产生废液和废物，封闭式处理环境安全，充分利用空间占地面积少，投资和运行成本明显低于污泥焚烧和热干化处理等优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作出详细的说明，其中：
图1为本发明污泥生物干化处理装置和流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，所述的污泥生物干化处理的系统，其包括：一个长40m、宽10m、单面斜式屋顶和中部高6m的玻璃温室14和设于玻璃温室两旁的鼓风机10、设于该玻璃温室内的倾斜式发酵床12。本实施例的倾斜式发酵床为双向对称的倾斜式发酵床，即其板床呈“∧”形设置，板床均布有多个透气孔。该板床上半部为I发酵区16，下半部为II发酵区17，I发酵区与II发酵区之间设有控制闸板，而II发酵区的最下方也设有控制闸板。这些控制闸板可以通过控制螺杆打开或闭合。所述I发酵区被平均分隔成七个平行向下倾斜的发酵仓，II发酵区也被平均分隔成七个平行向下倾斜的发酵仓，I和II发酵区共有十四个发酵仓。
板床下面还设有空气仓11，该空气仓与鼓风机10的排气管联通。II发酵区17的最下方设有出料带13，该出料带通过输送带20与设置于玻璃温室14右侧的带有筛分机21的包装间联通。一设于玻璃温室14左侧的双螺旋拌散机8，其物料出口通过设有移动式下料器15的布料带9与玻璃温室14内的板床的顶部相联。带有污泥高压输送计量泵4的20m3的污泥仓2通过管道与该双螺旋拌散机8的物料入口7相联，带有辅助仓计量控制闸3的20m3的辅料仓1通过辅料输送带5与双螺旋拌散机8的物料入口7相联，带有同步计量泵23的1200L的菌剂罐6通过管道与双螺旋拌散机8的物料入口7相联，发酵仓内设有检测温度、湿度、PH值和氧气浓度的传感器22。该系统还包括一联通玻璃温室14内上部的引风机18，该引风机通过管道与一设于玻璃温室14旁的吸附塔19的进气口相联，该吸附塔19的排气口通过管道与玻璃温室14内的空气仓11联通。该系统还包括带有计算机系统的控制室24。污泥高压输送计量泵4的计量信息、辅助仓计量控制闸3计量信息和同步计量泵23的计量信息均与该计算机系统连通。检测发酵仓内温度、湿度、PH值和氧气浓度的传感器22与该计算机系统连通。鼓风机10、引风机18和辅料输送带5、布料带9、出料带13及输送带20的电机的控制信息均与该计算机系统连通。
参阅图1，本发明提出的污泥生物干化处理的方法，其步骤如下：
步骤1：混料
根据需要按一定比例，将含水率为75～82％的待处理污泥、与重金属钝化剂预混合后的调理剂以及菌剂输入双螺旋拌散机。各物料混料时的体积比为：污泥∶调理剂∶重金属钝化剂∶菌剂＝100∶40～60∶10～15∶5～10。其中，调理剂可以采用废弃有机物的粉碎料，如绿化废弃物(树枝叶、草屑)、农作物秸秆(稻草、麦草、玉米秆、棉花秆)、谷糠、花生壳、棉籽壳和锯木屑等。重金属钝化剂采用草炭；菌剂可以采用枯草芽孢杆菌、白地霉、乳酸菌和酵母菌分别经过斜面菌种培养、摇瓶种子培养、种子罐培养和发酵培养后，制成的复合微生物菌剂。
本实施例中，将锯木屑(调理剂)与草炭(重金属钝化剂)按比例混合15m3后装入辅料仓1，将含水率82％的污泥15m3装入污泥仓2，将1000L菌剂装入菌剂罐6。启动系统后，污泥由污泥高压输送计量泵4以2.5m3/hr的流量通过管道输入双螺旋拌散机8的物料入口7、辅料仓1内的辅料经过辅助仓计量控制闸3由辅料输送带5以2.5m3/hr的流量送入双螺旋拌散机的物料入口7、菌剂罐6中的菌剂由菌剂同步计量泵23以125L/hr的流量送入双螺旋拌散机的物料入口7。污泥高压输送计量泵的效率高，输送能力可达到4～10吨/hr。
步骤2：拌散破碎
进入双螺旋拌散机8后的混合物料，经过该机器前端搅拌体内两列旋转着的双螺旋桨叶的交错搅拌后，推入尾部的拌散体部分，再经过高速破碎，被分散成均匀的直径为3～5mm的颗粒，然后由布料带9输送至玻璃温室14中的倾斜式发酵床12的发酵仓进行生物干化处理。双螺旋拌散机的处理能力为5～8m3/hr，混合拌散后物料含水率为60～67％。
步骤3：生物干化
送至倾斜式发酵床12上方的物料，通过布料带9上的移动式下料器15铺设到发酵床板床上部的I发酵区16的发酵仓进行一次发酵。一次发酵结束，打开I发酵区16和II发酵区17之间的控制闸板，物料在重力的作用下，下滑到II发酵区17的发酵仓进行二次发酵。二次发酵完成，打开II发酵区下方的控制闸板，经过发酵腐熟和生物干化后的物料滑入下设的出料带13。所述一次发酵的周期为一般6～9天，其中2～3天温度从常温升至最高68～70℃，然后降至55～60℃，发酵4～6天。期间采取强制通风供氧，流入II发酵区17的物料经滑动后松散透气，相当于进行了一次翻堆。所述二次发酵的周期为6～9天，进入中温和降温阶段，其中4～6天温度保持在48～55℃之间，然后降至35～40℃后基本稳定保持2～3天。一次发酵后物料含水率降至50～55％，二次发酵后物料含水率降至35～45％。根据不同污泥处理情况，整个生物发酵干化周期大概可为12～18天。
本实施例中，倾斜式发酵床为双向对称的倾斜式发酵床12，高4.3m。板床长35m，宽6m，为多孔透气的塑胶板。板床的I发酵区16和下半部II发酵区一共被分割成十四个15m3的发酵仓，即上半部I发酵区16和下半部II发酵区17各有七个15m3的发酵仓。紧贴板床表面铺设一层无纺布，阻止物料掉入透气孔，而阻塞通气，板床背面的空气仓11由鼓风机10供气，供气量0.3m3/min.m3(指发酵仓内每分钟每立方空间的供气量为0.3立方的空气)，气体透过板床上的气孔和无纺布进入发酵仓。进入板床的物料在I发酵区16进行一次发酵：两天后进入高温阶段，温度从常温升至58℃，第三天达70℃，此时加大鼓风机10的通风量，使温度降至60℃以下，此后间歇式通风，保持55～60℃继续发酵四天。七天后物料转入II发酵区17进入二次发酵，继续通风供氧，温度在48～55℃之间保持五天，然后降至35～40℃保持两天。七天后经过生物干化的污泥下滑入下方布设的出料带13送出。经过上述步骤处理，一次发酵后物料含水率为52％，二次发酵后降至38％。输入端15.8吨污泥(15m3，污泥容重1.05吨/m3)和3.75吨锯木屑(15m3，比重0.25吨/m3)经过生物发酵后得到12.1吨生物干化污泥。玻璃温室14的温室效应使室内增温3～8℃，以便促进物料发酵和水分蒸发。室内积聚的热汽通过管道由引风机18抽入吸附塔19，经过塔内的活性炭层吸附干燥和除臭处理后，再导入倾斜式发酵床的空气仓11，辅助新铺设的物料升温。物料占用各个发酵仓的时间为七天，七天后下滑腾空，腾空后的仓位继续接收下料器的布料或一次发酵后的物料。发酵仓的容积与物料配送系统的输送能力相吻合，可以连续稳定地对污泥进行生物干化处理。根据工艺要求，本发明通过控制室24内的计算机系统可以自动控制污泥高压输送计量泵4、辅助仓计量控制闸3、同步计量泵23以及检测发酵仓内温度、湿度、PH值和氧气浓度的传感器22、鼓风机10、引风机18和辅料输送带5、布料带9、出料带13及输送带20的电机等零部件协调工作，自动完成物料配送、通风供氧和发酵、转仓的生物干化过程控制。该套系统污泥处理能力为15m3/8hr，能够连续稳定地对污泥进行生物干化处理。同比增加装置数量和发酵仓容积，可以实现污泥工业化规模处理。
步骤4：包装
滑入出料带13上的物料通过输送带20送入玻璃温室14外的包装间，经过筛分机21筛分后装袋。
本发明利用污泥的高温好氧发酵，将污泥中的细胞水转换为游离水，利用生化反应中产生的大量热能使水分快速蒸发，整个生物干化过程不需要其它热源干燥，节约能源。可以实现污泥的工业化规模处置，避免了污泥由于直接填埋造成的占用大量土地和二次污染等问题；辅料采用城市绿化废弃物和农作物秸秆等有机废料，促进了有机质回归土地和城乡循环经济的发展；玻璃温室利用太阳能升温，辅助发酵，加速水分蒸发。该系统具有处理速度快、周期短，处理过程不产生废液和废物，封闭式处理环境安全，充分利用空间占地面积少，投资和运行成本明显低于污泥焚烧和热干化处理等优点。
以上结合较佳实施方式对本发明进行了具体描述，但是本技术领域内的技术人员可以对这些实施方式做出多种变更或变化，这些变更和变化应落入本发明保护的范围之内。
Claims (6)
1.一种污泥生物干化处理的系统，其特征在于包括：玻璃温室和鼓风机、设于该玻璃温室内的倾斜式发酵床，该倾斜式发酵床包括设有多孔倾斜的板床，该板床上半部为Ⅰ发酵区，下半部为Ⅱ发酵区，所述的发酵区被平均分隔成多个平行向下倾斜的发酵仓，Ⅰ发酵区与Ⅱ发酵区之间以及Ⅱ发酵区的最下方均设有控制闸板，板床下面设有空气仓，该空气仓与鼓风机的排气管联通，Ⅱ发酵区的最下方设有出料带，该出料带通过输送带与一设有筛分机的包装间联通，一双螺旋拌散机的物料出口通过设有移动式下料器的布料带与所述玻璃温室内的板床的顶部相联，带有污泥高压输送计量泵的污泥仓通过管道与该双螺旋拌散机的物料入口相联，带有辅助仓计量控制闸的辅料仓通过辅料输送带与双螺旋拌散机的物料入口相联，带有同步计量泵的菌剂罐通过管道与双螺旋拌散机的物料入口相联，发酵仓内设有温度、湿度、pH值和氧气浓度的传感器；
使用所述污泥生物干化处理的系统时，各物料混料的体积比为：污泥︰调理剂︰重金属钝化剂︰菌剂 = 100︰40～60︰10～15︰5～10；其中所述的调理剂为废弃有机物的粉碎料；重金属钝化剂为草炭；菌剂为复合微生物菌剂；
采用二次发酵工艺，一次发酵为6～9天，其中2～3天温度从常温升至最高68～70℃，然后降至55～60℃，发酵4～6天；二次发酵为6～9天，其中4～6天温度保持在48～55℃之间，然后降至35～40℃后，稳定保持2～3天；
所述污泥初始的含水率为75～82%，混合拌散后物料含水率为60～67%，一次发酵后物料含水率降至50～55%，二次发酵后物料含水率降至35～45%。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：还包括一联通所述玻璃温室内上部的引风机，该引风机通过管道与一吸附塔的进气口相联，该吸附塔的排气口与所述玻璃温室内的空气仓联通。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于：还包括带有计算机系统的控制室，所述污泥高压输送计量泵的计量信息、辅助仓计量控制闸计量信息和同步计量泵的计量信息均与该计算机系统连通；检测发酵仓内温度、湿度、pH值和氧气浓度的传感器与该计算机系统连通；所述鼓风机、引风机和辅料输送带、布料带、出料带及输送带的电机的控制信息均与该计算机系统连通。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于：所述的倾斜式发酵床为双向对称的倾斜式发酵床，即其板床呈“∧”形设置；板床为多孔的塑胶板，紧贴板床表面铺设一层无纺布；所述的发酵仓为十四个。
5.一种利用权利要求1所述的系统进行污泥生物干化处理的方法，其特征在于包括步骤如下：
混 料 —— 按一定比例将待处理的污泥、与重金属钝化剂预混合后的调理剂以及菌剂输入双螺旋拌散机；
拌散破碎 —— 进入双螺旋拌散机后的物料，经该机器的交错搅拌和高速破碎后，被分散成均匀的直径为3～5mm的颗粒，再由布料带输送至玻璃温室中的倾斜式发酵床进行生物干化处理；
生物干化 —— 送至倾斜式发酵床上方的物料，通过布料带上的移动式下料器铺设到发酵床板床上部的Ⅰ发酵区进行一次发酵；一次发酵结束，打开Ⅰ发酵区和Ⅱ发酵区之间的控制闸板，物料在重力的作用下，下滑到Ⅱ发酵区进行二次发酵；二次发酵完成，打开Ⅱ发酵区下方的控制闸板，经过发酵腐熟和生物干化后的物料滑入下设的出料带；
包 装 ——滑入出料带上的物料通过输送带送入玻璃温室外的包装间，经过筛分机筛分后装袋；
所述各物料混料时体积比为：污泥︰调理剂︰重金属钝化剂︰菌剂 = 100︰40～60︰10～15︰5～10；其中所述的调理剂为废弃有机物的粉碎料；重金属钝化剂为草炭；菌剂为复合微生物菌剂；
所述一次发酵为6～9天，其中2～3天温度从常温升至最高68～70℃，然后降至55～60℃，发酵4～6天；所述二次发酵为6～9天，其中4～6天温度保持在48～55℃之间，然后降至35～40℃后，稳定保持2～3天；
所述污泥初始的含水率为75～82%，混合拌散后物料含水率为60～67%，一次发酵后物料含水率降至50～55%，二次发酵后物料含水率降至35～45%。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述物料进入发酵仓发酵时，所述的鼓风机开机供气，气体透过板床上的气孔进入发酵仓强制通风供氧；玻璃温室内积聚的热汽通过管道由引风机抽入吸附塔，经过塔内活性炭层吸附干燥和除臭处理后，再导入倾斜式发酵床的空气仓，辅助新铺设的物料升温。
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