CN102060582A - 污泥好氧处理气体的回用减排方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及污泥处理领域，特别涉及一种污泥好氧处理过程中气体物质的回用减排方法，其IPC国际专利分类号为C02F1/74。将污泥好氧处理过程分为两个阶段：主产气阶段和微产气阶段，利用主产气阶段产生的气体物质来改善微产气阶段的微生物活性环境，使微产气阶段的微生物进一步完成有机物质的氧化分解，并除去好氧处理过程中主要的臭气物质，最后是对微产气阶段产生的气体集气达标排放。本发明将污泥氧化处理过程根据污泥微生物活性与环境关系，回用高温氧化阶段产生的气体改善和调控低温阶段微生物环境，整个过程中不用外来菌剂，不用建生物除臭设备，投资和运行费用低，全程无臭气排放，生产周期缩短，大大增加产物肥效。

Description

污泥好氧处理气体的回用减排方法
一、技术领域
本发明涉及污泥处理领域，特别涉及一种污泥好氧处理过程中气体物质的回用减排方法，针对城市生活污水处理厂产生的污泥进行静态好氧处理过程中产生的气体物质进行回收利用并减少排放量，属于环境保护技术领域，其IPC国际专利分类号为C02F1/74。
二、背景技术
随着技术的发展和人们对于环境质量要求的提高，对臭气污染的控制也越来越严格。在污泥静态好氧处理过程中产生的气体主要为CO2、NH3和水汽。另外也不同程度的存在局部厌氧环境，也不同程度的产生一些不同浓度的H2S气体。对其进行控制是污泥静态好氧处理过程中一项主要任务，也成为了衡量污泥处理技术是否先进的一个指标。
目前国内外污泥静态好氧处理过程中产生的废气处理技术主要集中于末端处理技术的开发与应用，对于末端处理的技术也只是在污水处理厂中臭气处理方法上进行改进，有物理法、化学法和生物法，这些方法，针对性不强，而且还要对于处理设备产生的废物进行处理，投资和运行成本也相应较大。对于生产过程产生的臭气控制方法目前有两种方法：1)提高自动化水平，通过控制有关堆肥的过程参数来减少厌氧环境的产生，增加臭气物质暂存于堆体内部而减少臭气物质的“外排”。2)在污泥处理过程中加入特定的固体吸附剂或是特定的菌种，来吸收臭气物质和加速污泥的氧化过程。此两种方法不同程度的存在着较大的弊端，污泥好氧处理过程产生的臭气物质是微生物活动的必然产物，且总量一定，通过控制过程参数加速氧化或是暂存于堆体内部暂时可行，但是当污泥堆体内部环境改变后，迟早会释放出来，只不过不是集中释放，相当于臭气物质的稀释。通过添加特定菌种同样存在上述问题，而且随着《微生物肥料生物安全通用技术准则》的不断强化，会影响污泥产品的安全应用问题，增加菌种及产品的生物检测费用，增加污泥好氧处理的投资和运行成本。因此，本发明是在对我国国情深入调研的基础上，经过深入研究和多次实验基础上提出污泥静态好氧处理过程中产生的气体物质的回用和减排方法，适宜于污泥静态好氧处理技术。
三、发明内容
本发明提供一种污泥好氧处理气体的回用与减排方法，将污泥好氧处理过程分为两个阶段：主产气阶段和微产气阶段，利用主产气阶段产生的气体物质来改善微产气阶段的微生物活性环境，使微产气阶段的微生物进一步完成有机物质的氧化分解，并除去好氧处理过程中主要的臭气物质，步骤如下：
(1)将污泥混料在主产气处理间中进行曝气好氧处理，持续3-8天，在曝气处理期间实时监控污泥混料的温度；
(2)将步骤(1)中产生的气体物质进行密闭收集；
(3)当监测到主产气处理间内的污泥混料处于自然降温时，将其移送到微产气处理间内；
(4)将步骤(2)收集到的气体物质加压后充入微产气处理间中，对微产气处理间内新移送进的进入微产气阶段的污泥混料或上一生产周期产生的进入微产气阶段的污泥混料进行曝气处理，整个过程持续3-8天；
(5)将步骤(4)中微产气处理间中产生的气体物质进行集中收集；如果集中收集后的气体物质达到了排放标准，则通过排气系统进行排空，如果集中收集后的气体物质达不到排放标准，则引入微产气处理间内的曝气系统进行循环曝气处理。
所述的主产气处理间和微产气处理间采用密闭性阳光棚。
所述主产气处理间和微产气处理间的顶部设有集气管，用于收集产生的气体物质。
所述排气系统设置在微产气处理间的顶部。
本发明的特点：1)回收和利用污泥静态好氧处理过程中产生的气体物质；2)减少了污泥静态好氧处理过程中气体物质的排放量；3)减少了污泥静态好氧处理技术中臭气处理投资与运行成本；4)在微产气处理阶段微生物的活性增强，缩短了污泥处理周期，增加了污泥产物肥效。
四、附图说明
图1为本发明的污泥好氧处理气体的回用减排方法示意图
图中，1为主产气处理间，2为微产气处理间，3为集气管，4为曝气管，5为污泥混料，6为风机，7为三通阀，8为阀门。
五、具体实施方式
根据污泥静态好氧处理过程中微生物活性与污泥堆体温度的关系特点一般可分为四个阶段：升温阶段、高温阶段、降温阶段和腐熟阶段。升温阶段主要集中于污泥好氧处理初期1至3天，主要活动微生物是中温好氧的细菌和真菌，利用最易分解的可溶性物质(如淀粉、糖类等)迅速增殖，释放出热量，堆体温度由常温不断升高至45-50度。高温阶段：主要集中于污泥好氧处理的3至8天，其温度范围在50度-70度之间。微生物种类繁多，分解对象随着微生物种群的主导地位发生变化相应的处理对象也发生变化，主要是有机物、纤维素、半纤维素。降温及腐熟阶段：处于污泥好氧处理的8至30天。期间温度自然下降，中温性微生物逐渐成为优势种，主要分解较难分解的有机物和新形成的腐殖质。随着营养物质的相对贫乏，微生物种群减少，活性降低，温度在30-40度之间，之后处于稳定状态即进入腐熟阶段，腐熟阶段主要任务是保存腐殖质和氮素等植物养料。
1.由于在上述四个阶段中微生物的活性不同，四个过程中产生的主要气体物质和量不同。1)在静态好氧处理过程中臭气主要产生于升温和高温阶段，占到整个处理过程中气体产量的79-90％。气体组成主要是NH3和H2S气体，占到臭气总量的69％以上，甚至达到90％以上，2)在升温、高温和降温三个阶段会产生一些挥发性有机质，同时也会产生大量的水汽。据多家污泥处理厂(场)实地调查，挥发性有机质和水汽主要集中于升温、高温阶段，降温阶段产生量较少同时产生量下降也较为迅速，随着降温阶段菌群的稳定，几乎不再产生有机质和水汽。以上几种气体物质绝大部分极易溶于水。
2.降温和腐熟阶段，产气物质和量迅速减少，而此时一些适宜于低温环境的微生物在高温阶段后又恢复活性，成为主导群种。但是随着微生物活性增强，微生物的营养物质也快速消耗，而此时高温阶段产生的气体在适宜的环境下可以成为降温和腐熟阶段某些微生物的营养物质，使得微生物的活性增强，可以减少升温、高温和降温阶段产生的气体物质的外排，从而达到生物除臭的效果，也对于进一步完成污泥混料中一些物质的分解起到一定的作用。
利用上述原理，本发明提出了两阶段好氧处理过程，即将污泥静态好氧处理过程中的升温、高温阶段设定为本发明的高温处理阶段，也称为主产气阶段，主要集中于污泥好氧处理过程中的前8天时间，温度在常温和50度以上的持续期。降温阶段和腐熟阶段设定为本发明的低温处理阶段，也称为次产气阶段或微产气阶段，主要集中于污泥好氧处理过程中8天以后的时间段，温度从50度以上开始自然下降一直进入到污泥好氧处理的稳定状态。这样的划分突破了传统技术的设计思路，进而改变了处理过程中核心工艺的设计。其作法是将主产气阶段和微产气阶段的污泥堆料置于不同的容器或装置中，收集主产气阶段产生的气体物质进入微产气阶段进行曝气回用，同时也可以对于微产气阶段产生的气体物质的进行自身收集循环利用，从而实现了整个污泥好氧处理过程中产生气体物质的回用。对于整个工艺而言，该技术也可视为一种臭气的生物处理。
本发明提供的污泥好氧处理气体的回用与减排方法，主要步骤如下：
(1)将污泥混料在主产气处理间内进行好氧曝气处理。将污泥混料置于主产气处理间内进行间断性或是连续性空气曝气处理3-8天，在曝气处理期间实时监控系统温度、氧气等相关环境参数，确保污泥混料堆体的高温好氧状态，当混料处于自然降温时，将其移送到微产气处理间内。
(2)将主产气处理过程中产生的气体物质进行收集不外泄。污泥混料在主产气处理间进行曝气氧化处理的过程中产生大量的气体物质，对于气体物质利用负压进行收集。主产气处理间为密闭装置或是半密闭装置，以不使产生的气体物质外泄为佳。
(3)将从主产气处理间内收集到的气体物质加压送入微产气处理间的曝气系统进行曝气处理。由于微产气处理间内有新转入的进入微产气阶段的污泥混料或是上一生产周期产生的进入微产气阶段污泥混料，此时将主产气阶段产生的气体送入微产气处理间的曝气系统对处于微产气状态的污泥进行曝气。期间实时监控微产气处理间内污泥混料的温度、PH、氧气等相关参数，确保物料相关微生物的最佳活性环境。
(4)对于微产气处理过程产生的气体物质进行收集。污泥混料在微产气处理间内进行曝气处理时会充分吸附、转化来自主产气阶段产生的气体物质中的有用部分，也会排出一部分气体物质，同时微产气过程还会新产生一部分气体物质。将这些气体物质收集起来，并进行自动化检测，如果达到排放标准要求，即进行排空，如果不能达到排放标准，则将其引入微产气处理间内的曝气系统，与从主产气阶段产生的气体物质进行混合后再利用。
六、具体实施例
对于北京市某生活污水厂污泥的处理采用好氧处理气体回用与减排技术。其主产气阶段处理装置和微产气处理装置，即主产气处理间和微产气处理间采用密闭性阳光棚。
在肩高为5米的密闭性阳光棚内，线性建有两个好氧处理氧化槽，氧化槽两侧用阳光彩板墙通顶密封，与阳光棚共享一个棚顶，两端采用活动门密封。两个槽体联为一体，用工程塑料帘布隔开后，形成两个好氧处理装置，分别确定为主产气处理间和微产气处理间，其对应的好氧处理槽体为主产气处理槽和微产气处理槽。
主产气处理槽体和微产气处理槽体正剖结构一致，呈U型，宽度7m，高度为2m。两者纵向长度比约为3∶1。分别在主产气处理槽和微产气处理槽体底部敷设有曝气系统。在主产气处理间和微产气处理间的顶部敷设集排气系统。
两个槽体的曝气系统的敷设大体一致，不同之处在于曝气系统的进风装置不同。主产气处理槽区的进风装置由阳光棚外的风机提供的室外空气。微产气处理槽的曝气系统的引风口和微产气处理间的集排风口相接，中间有加压风机提供压力。两个好氧处理间的集排气系统大体一致，不同之处是微产气处理间的排气系统装有气体在线自动连续监测设备，出口分接两个接口，一个接口与微产气处理槽的进气系统连接，一个直接与外排系统连接，外排系统由电动自控阀门控制外排系统是否启动。
具体操作方法是：1)主产气处理间进行曝气处理15-25分钟后即开启集气系统，将主产气处理间的气体引出并加压送入微产气处理槽底部的曝气系统。2)微产气处理间的曝气系统运行后，微产气处理间的自动监测设备会确定1)是否开启气体外排系统的电动自控阀和排空引风机，2)是否关闭自身循环的电动控制阀门。如果达到排放标准，则关闭自身循环阀门，启动排空系统最少运行3分钟进行排空。如果达不到排空标准，则开启自身循环阀门，关闭排空阀和排空引风机，使气体物质进入微产气处理间的进气系统，进行循环曝气利用。
本发明的特点：1)回收了污泥好氧处理过程中主产气阶段产生的45-50％挥发性有机物，改善了微产气阶段物料的营养结构；2)利用污泥好氧处理过程中主产气阶段的热量改变了微产气阶段微生物的温度环境；3)重要的是利用主产气阶段产生的二氧化碳、水汽改变了微产气阶段污泥堆体的PH和湿度环境。
通过上面的回收利用，其结果是改善了微产气阶段的种群关系和细菌的活性，此时1)硝化作用和反硝化作用同时增强，对于主产气阶段产生的NH3进行吸收、在有氧环境下硝化作用大于反硝化作用，硝酸盐含量变大，有利于保持降温或腐熟阶段C/N比，达到了保肥增效目的；2)对于主产气阶段产生的含S物质，在微产气阶段营养结构改变后，异氧型硫化菌活性增强，在有氧状况下自氧菌活性也得以增强，达到了去除H2S等含硫恶臭气体的效果；3)对于主产气阶段的未反应完的木质素和难分解的物质在微产气阶段进行再次分解，达到保肥增效目的，同时缩短了腐熟阶段时间，从而缩短了整个生产周期。
本发明的创新点：1)本发明根据污泥静态好氧处理过程中不同阶段产生气体物质和量的不同提出了两阶段理论，从而突破了传统污泥静态好氧处理核心工艺的设计思路，实现了污泥静态好氧处理过程中产生的气体物质的自身回用和总量减排。
2)本发明创造性的提出了在污泥微产气阶段利用主产气阶段产生的气体物质，实现了污泥静态好氧处理中臭气物质的自身处理法，免去或是减少了臭气处理的环保投资，极大的减少了运行成本。
3)本发明创造性提出了在污泥微产气阶段利用主产气阶段产生的气体时将其分置于两个不同的设施而解决了不同阶段产生的气体的存储问题，提高了污泥静态好氧处理技术的卫生安全保障率。
4)本发明提出的污泥分置于两设施进行两阶段氧化处理技术是对于采用污泥静态好氧处理技术中气体物质减排技术的创新。缩短了污泥静态好氧处理的生产周期，扩大了处理规模，减少投资成本和运行成本。
5)改善了静态好氧处理污泥产物的肥效，提高了污泥资源化利用的可能性。

Claims (4)

1.一种污泥好氧处理气体的回用减排方法，其特征在于，将污泥好氧处理过程分为两个阶段：主产气阶段和微产气阶段，利用主产气阶段产生的气体物质来改善微产气阶段的微生物活性环境，使微产气阶段的微生物进一步完成有机物质的氧化分解，并除去好氧处理过程中主要的臭气物质，步骤如下：
(1)将污泥混料在主产气处理间中进行曝气好氧处理，持续3-8天，在曝气处理期间实时监控污泥混料的温度；
(2)将步骤(1)中产生的气体物质进行密闭收集；
(3)当监测到主产气处理间内的污泥混料处于自然降温时，将其移送到微产气处理间内；
(4)将步骤(2)收集到的气体物质加压后充入微产气处理间中，对微产气处理间内新移送进的进入微产气阶段的污泥混料或上一生产周期产生的进入微产气阶段的污泥混料进行曝气处理，整个过程持续3-8天；
(5)将步骤(4)中微产气处理间中产生的气体物质进行集中收集；如果集中收集后的气体物质达到了排放标准，则通过排气系统进行排空，如果集中收集后的气体物质达不到排放标准，则引入微产气处理间内的曝气系统进行循环曝气处理。
2.根据权利要求1所述的污泥好氧处理气体的回用减排装置，所述的主产气处理间和微产气处理间采用密闭性阳光棚。
3.根据权利要求1或2所述的污泥好氧处理气体的回用减排方法，所述主产气处理间和微产气处理间的顶部设有集气管，用于收集产生的气体物质。
4.根据权利要求1所述的污泥好氧处理气体的回用减排方法，所述排气系统设置在所述微产气处理间的顶部。
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