CN104986932B - 一种多层立式生物发酵干化塔及干化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多层立式生物发酵干化塔及干化方法，塔内空间从上至下包括若干层发酵培养区、设置在塔侧壁上的进气布风管和排气布风管、设置在塔底的卸料机以及设置在卸料机下部的聚料斗；温度测量仪、卸料机、进气布风管和排气布风管均与控制器连接；若干层发酵培养区从上至下呈现中温降解‑高温灭害‑次高温发酵‑中温发酵的变化趋势，中温的范围为45‑54℃，高温的范围为55度以上。本发明在发酵培养区设置有温度监测设备和氧、氨、硫化氢在线分析仪，以实时收集干化塔内信息并反馈至控制器，控制器根据预设的指标标准来控制相应组件的开合度，从而调节塔内的生物发酵环境，改善发酵料的指标参数，达到污泥处理减量化、稳定化、无害化的目的。

Description

一种多层立式生物发酵干化塔及干化方法

技术领域

本发明涉及城市污水污泥资源化处理的技术领域，特别地，涉及一种多层立式生物发酵干化塔及干化方法。

背景技术

根据住房城乡建设部《关于全国城镇污水处理设施2013年第四季度建设和运行情况的通报》，截至2013年底，全国城镇污水处理量达到1.49亿立方米/日，脱水污泥(含水率80％)年产生量突破3928万吨。

2011年住房城乡建设部、国家发展改革委共同组织编制了《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南(试行)》，对于我国若干年后污泥处理处置技术的发展有重要指导意义。2012年4月国务院印发《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》，要求到2015年，直辖市、省会城市和计划单列市的污泥无害化处理处置率达到80％，其他设市城市达到70％，县城及重点镇达到30％的目标。污泥处理处置不当会对环境造成“二次污染”，反之，如果把它处理得当，就可以变废为宝。

我国城镇污水处理厂脱水污泥生物发酵干化法处理装置，现多为条垛式发酵堆、发酵滚筒、多层次直落发酵塔等，存在如占地面积大、结棚起拱、物流过程不畅、好氧发酵不在受控状态、析出水分不能有效排出、不能有效翻堆、不能有效测温、工作环境差等问题。

中国专利CN101143758提供了一种城市污水处理厂污泥资源化处置成套设备，包括预混合器、生物反应器、输送装置、供热和通风装置及控制器。城市污水处理厂的污泥机械脱水后含水率在80％左右，该湿污泥置于储泥罐中，通过螺杆输送器与辅料一起进入预混合设备，经搅拌打碎空气气泡并混合均匀的物料，提升至多层结构生物反应器，反应器设有加热、通风装置，污泥在有氧环境下进行微生物发酵，污泥发酵周期约100小时，出口污泥含水率小于30％。该装置适应性强、能耗低、安全性强、易操作，高品质成品易于深加工，制成复混肥及各种土壤改良剂。

中国专利CN102153388公开了一种循环式污泥生物发酵塔，其包括塔体、设于塔体顶部的可开合的塔盖、设于塔体底部的储料罐；平行设于塔体内的多层可转动的发酵装置，该发酵装置将塔体内腔沿其轴向分割为多层发酵仓，每层发酵装置下部设有与一鼓风机相通的通风供氧管道、每层发酵装置上部设有与一引风机相通的出气管道、每层发酵装置上部设有监测装置，该监测装置接受控制室的控制；驱使发酵装置和塔盖运动的机构、鼓风机和引风机均接受控制室的控制。该发明可以高效率、低能耗及连续稳定地对污泥进行工业化的生物发酵干化处理。

上述方法都没有对发酵过程中的相关参数变化进行监测，不能及时调整生产条件，也不能实时掌握生物发酵的进度和运输情况，使得发酵过程不可控，产品质量无法进一步提高。

发明内容

本发明目的在于提供一种多层立式生物发酵干化塔及干化方法，以解决发酵过程不可控的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种多层立式生物发酵干化塔，塔内空间从上至下包括若干层发酵培养区、设置在塔侧壁上的进气布风管和排气布风管、设置在塔底的卸料机以及设置在卸料机下部的聚料斗；发酵培养区设置有温度测量仪，所述温度测量仪、卸料机、进气布风管和排气布风管均与控制器连接；

若干层发酵培养区的温度控制在45℃-72℃，从上至下呈现中温降解-高温灭害-次高温发酵-中温发酵的变化趋势，中温降解和中温发酵的范围为35-54℃，高温灭害的范围为65℃-75℃，次高温发酵的范围为55℃-65℃之间；

在进气布风管和排气布风管上设置防堵罩，所述防堵罩与风管垂直设置。

优选的，所述温度测量仪为水平方向设置，与塔内的发酵料下落方向垂直。

优选的，在排气布风管上设置氧、氨、硫化氢在线分析仪，所述氧、氨、硫化氢在线分析仪与控制器连接，所述控制器根据所述氧、氨、硫化氢在线分析仪反馈的塔內耗氧量、出口氨含量、硫化氢含量，控制进气布风管的进气阀门开启度。

本申请还提供了一种生物发酵干化方法，包括步骤：

将发酵料从进料门投入如权利要求1-3任一项所述的干化塔；塔內各层发酵料在塔底卸料机的控制下，逐层依次通过中温降解区、高温灭害区、次高温发酵区、中温发酵区，匀速均衡地运动到塔底出料；高温发酵区包含有嗜热好氧生物菌；中温降解和中温发酵的范围为35-54℃，高温灭害的范围为65℃-75℃，次高温发酵的范围为55℃-65℃之间；

在发酵料的运动过程中，排气管上的氧、氨、硫化氢在线分析仪向控制器反馈塔內耗氧量、氨含量、硫化氢含量，测温计向控制器反馈发酵温度；

当控制器监测到特定指标的当前含量达到阀门开度的临界点时，相应调整阀门开度。

优选的，塔内发酵料下降至塔底时，从塔底卸料机卸出干化塔体，进入塔底聚料斗。

优选的，控制器监测到排气口氧含量大于17％时，减少阀门开度。

优选的，从进料门投入的发酵料的水份含量为65％-70％。

优选的，从第一个干化塔的聚料斗获得的一次发酵料，通过塔底的输送系统缓缓送至第二个干化塔塔顶，一次发酵料与塔内料再次进行混合，从第二个干化塔的聚料斗获得二次发酵料。

优选的，二次发酵料的水份含量为45％～50％。

本发明具有以下有益效果：

本发明在发酵培养区设置有温度监测设备和氧、氨、硫化氢在线分析仪，以实时收集干化塔内的温度、氧气、氨气、硫化氢含量，并反馈至控制器，控制器根据预设的指标标准来控制相应组件的开合度，从而调节塔内的生物发酵环境，改善发酵料的虫卵死亡率、菌群值等指标参数，达到了污泥处理减量化、稳定化、无害化的目的。

本发明可将若干个生物发酵干化塔联用，使得发酵料经过两次发酵周期后，含水量从65％-70％降低到5％～50％，每个发酵周期为96h左右，提高处理效率。

该多层立式生物发酵干化塔的给料设备、输送设备、卸料设备、送风设备、排水系统、排气设备等在生产监测设备控制下组成一个整体，采用自动化技术实现自动控制，实现可靠运行。

另外，该塔占地面积小，如发酵料处理量为30m²/天的多层立式生物发酵干化塔，单塔占地面积仅为20m²。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的塔外结构示意图；

图2是本发明优选实施例的塔内结构示意图；

图3是图2的I部位放大示意图；

其中，1、进料门；2、料层高度测量仪；3、塔体；4、进气布风管；5、温度测量仪；6、排气布风管；7、人孔；8、塔底卸料机；9、聚料斗；10、塔体立柱；11、塔体保温层；12、防堵罩，121、内布风管，122、防堵钢丝球，123、外防护罩。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1、图2和图3，本发明提供了一种多层立式生物发酵干化塔，塔体3的塔内空间从上至下包括若干层发酵培养区、设置在塔侧壁上的进气布风管4和排气布风管6、设置在塔底的卸料机8以及设置在卸料机下部的聚料斗9。发酵料从塔顶的进料门1进入塔内，在塔底的卸料机的作用下，依次从若干层发酵培养区移动至塔底，然后进入聚料斗输出，经过4-8天时间完成发酵。卸料机实现塔内的物料流动，在物料的流动过程中促进物料翻堆。

塔底卸料机的工作时间、间歇时间由自动控制系统控制，实现有效翻堆，确保物流畅通。塔底卸料机主要是根椐塔内料层高度来确定塔底卸料机的工作时间和间歇时间。为确保塔内不得结棚起拱，以每24小时为一个周期，在一个周期内，塔内料位在塔身总高度的八分之五以上时，工作时间之间的间歇时间就少，塔内料位在塔身总高度的八分之五以下时，工作时间之间的间歇时间就长一些，保证发酵塔內根椐自身料高度，合理调节塔内翻堆力度和时间，达到节能效果，并确保塔內不结棚起拱。与现有的群组螺旋机卸料区别在于，本申请卸料机的卸料方法能使塔内料整体水平有序下降，料层不会被下料打乱，更不会导致塔内出料严重偏心，使料层错乱，卸出料出现发酵不均匀现象。卸料后塔内料位不能少于二分之一，不能高于四分之三。

塔底层设置有输送机，在卸料时能够实现塔内物料在流动过程中的均衡连续卸料。塔体3侧面可设置人孔7以方便查看和维修塔内结构，塔体3底面有塔体立柱10作为支撑，并给塔底留出空间以作卸料运输。

塔身可以为钢结构、钢筋混凝土结构或砖混结构，塔壁的塔体保温层11采用保温材料以便节能保温。该塔水平断面可为圆形、正方形、长方形、多边形等，断面尺寸通常在2-6米，层高为3-15米，每层都是独立的发酵培养区，可单层、双层、三层至多层布置，每层发酵培养区构成一个好氧发酵系统。

每层发酵培养区均设置有温度测量仪，所述温度测量仪与控制器连接；温度测量仪实时将塔内温度传送至控制器，控制器根据预设的温度范围进行调节，实时纠正超出设计值的范围。当温度过高时，控制器打开进气布风管的阀门，使得外部冷空气通入塔内实现降温；当温度过低时，控制器适当调节进气布风管的阀门，保持排气氧含量在17％为宜。所述温度测量仪可为水平方向设置，与塔内的发酵料下落方向垂直，则能最大面积地与发酵料接触，获取更真实更全面的温度信息。

控制器还可控制塔内风量，通过排气阀门、排气氧分析仪、排气布风管组成的排气系统实现生物发酵过程中蒸发水分的及时排出。并且，在干化塔顶层还可设置有料层高度测量仪2，在加料时能够实现塔内物料的高度监测和料位自动控制，方便操作。

若干层发酵培养区的温度控制在45℃-72℃，从上至下呈现中温降解-高温灭害-次高温发酵-中温发酵的变化趋势，中温降解和中温发酵的范围为35-54℃，高温灭害的范围为65℃-75℃，次高温发酵的范围为55℃-65℃之间。

在进气布风管和排气布风管上设置防堵罩12，所述防堵罩与风管垂直设置。防堵罩为中空的三面密封罩，其外壁是由内布风管121、外防护罩123及中间的防堵钢丝球122三部份组成，具有布风功能，能保证布风风量始终均衡平稳，而不会因外部物料粘接形成堵塞，影响布风供氧效果，是此塔核心技术。

在排气布风管上设置氧、氨、硫化氢在线分析仪，所述氧、氨、硫化氢在线分析仪与控制器连接，所述控制器根据所述氧、氨、硫化氢在线分析仪反馈的塔內耗氧量、出口氨含量、硫化氢含量，控制进气布风管的进气阀门开启度。例如，控制器监测到排气口氧含量大于17％时，则减少阀门开度。氨和硫化氢含量变化反映塔内供氧布风工况和卸料工作时间之间间歇时间设置后的塔内好氧工况，有无厌氧状态。

当城镇污泥(发酵料)从塔顶进入干化塔体后，在塔底卸料机的作用下，塔内发酵料间断或不间断卸出，塔内发酵料逐层下降，塔内饱和水分含量气体从排气系统气体不间断析出，使物料水分含量不断减少。当塔内发酵料下降至塔底时，从塔底卸料机卸出干化塔体、进入塔底聚料斗，再由塔底输送机运出。而经过一个发酵周期的发酵料，由于发酵过程中水分的析出、水汽的排出，其水分由进料口时含水率75-55％降至50-35％，从而实现城镇污泥连续动态好氧生物发酵的干化目标。

城镇污泥在进入塔内成为发酵料前，可加入调理剂进行调理后，等待C/N、C/P、含水率、孔隙率、PH值等(例：脱水污泥中碳10％，氮2％，其碳氮比为10/2，加高碳低氮物谷壳混合后，使碳氮比为25/1—30/1)指标均适合好氧发酵要求。例如，将脱水污泥按重量比80％-60％、调理剂3％-10％、干燥料7％-30％混合，通过输送设备送入拌混螺旋机内搅拌均匀，水份含量控制在65％-70％之间。调理剂可包括无机调理剂、有机调理剂和微生物絮凝剂等各种类型。

调理干燥后的污泥送入干化塔内进行生物发酵干化过程。该过程包括步骤：

将发酵料从进料门投入如权利要求1-3任一项所述的干化塔；塔內各层发酵料在塔底卸料机的控制下，逐层依次通过中温降解区-高温灭害区-次高温发酵区-中温发酵区—匀速均衡地运动到塔底出料；中温降解区主要是嗜温好氧生物菌，温度在35℃-45℃之间；高温灭害区主要是利用65℃以上高温杀死有害菌卵，达到灭害作用，一般温度在65℃-75℃之间；温度在55℃-65℃之间高温发酵区包含有嗜热好氧生物菌，如真菌、线菌、酵素菌等。塔内发酵料接触好氧生物菌，并经塔内发酵料产生热量预热升温至45℃随即进入发酵期，发酵料经过多次相互之间聚合和分离，实现翻堆和热能转换，并且自然沉降，向下运动。部分水分经塔内的排气系统排至塔外，而卸料过程中，因发酵料与环境温度存在的差异，抽气系统的作用使大量的水分挥发，发酵料的含水率降低。

在发酵料的运动过程中，排气管上的氧、氨、硫化氢在线分析仪向控制器反馈塔內耗氧量、氨含量、硫化氢含量，测温计向控制器反馈发酵温度。

当控制器监测到特定指标的当前含量达到阀门开度的临界点时，相应调整阀门开度，以调整塔内环境。例如，控制器监测到排气口氧含量大于17％时，则减少阀门开度，避免氧含量过高。

PLC系统根据塔内耗氧状况(如温度、含氧量)自动控制鼓风机的供风量，调节塔内的含氧量，保证生物菌的最佳状态。塔内卸料机通过PLC设定的程序控制发酵料的下降速度(1m³/h-10m³/h)，以保证发酵料与氧气充分接触，高效反应释放热能。鼓风机的供风量按分钟0.2—0.02立方米/立方米发酵料量进行调节，温度高调少风量，反则调大风量，排气氧含量低于17％需加大供风量，反则减少。

以下为具体实施例。

实施例1、

脱水污泥按重量比80％、调理剂(植物残体干粉料)10％、干燥料(发酵干燥后污泥料)10％混合后，送入拌混螺旋机内搅拌均匀，水份含量为68％-70％之间，成为发酵料。

发酵料送入分为三层的干化塔内，依次经过上层45℃、中层55℃、底层45℃的发酵培养区，通过卸料机卸料离开干化塔，发酵料的水分含量约为55％，整个过程约耗时96h。

脱水污泥经多层立式生物发酵干化塔好氧发酵后，蛔虫卵死亡率＞95％；粪大肠菌群菌值＞0.01(个/百个),发热值保持800大卡及以上，氮磷钾该5％及以上，有机质35％及以上。

实施例2、

脱水污泥按重量比60％、调理剂(植物残体干粉料)10％、干燥料(二次发酵污泥料)30％混合后，送入拌混螺旋机内搅拌均匀，水份含量为68％-70％之间，成为发酵料。

发酵料送入分为三层的一次干化塔内，依次经过上层45℃、中层55℃、底层45℃的发酵培养区，通过卸料机卸料离开一次干化塔，一次发酵料的水分含量约为55％，整个过程约耗时96h。

一次发酵料送入分为四层的二次干化塔内，依次经过第一层45℃、第二层50℃、第三层55℃、第三层45℃的发酵培养区，通过卸料机卸料离开二次干化塔，二次发酵料的水分含量约为46％，整个过程约耗时96h。

脱水污泥经多层立式生物发酵干化塔好氧发酵后，蛔虫卵死亡率＞95％；粪大肠菌群菌值＞0.01(个/百个)。发热值保持2200大卡及以上，氮磷钾含量为5％及以上，有机质35％及以上。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多层立式生物发酵干化塔，其特征在于，塔内空间从上至下包括若干层发酵培养区、设置在塔侧壁上的进气布风管和排气布风管、设置在塔底的卸料机以及设置在卸料机下部的聚料斗；发酵培养区设置有温度测量仪，所述温度测量仪、卸料机、进气布风管和排气布风管均与控制器连接；

若干层发酵培养区的温度控制在35℃-75℃，从上至下呈现中温降解-高温灭害-次高温发酵-中温发酵的变化趋势，中温降解和中温发酵的温度范围为35-54℃，高温灭害的温度范围为65℃-75℃，次高温发酵的温度范围为55℃-65℃之间；

在进气布风管和排气布风管上设置防堵罩，所述防堵罩与风管垂直设置；

防堵罩为中空的三面密封罩，其外壁是由内布风管、外防护罩及中间的防堵钢丝球三部份组成。

2.根据权利要求1所述的干化塔，其特征在于，所述温度测量仪为水平方向设置，与塔内的发酵料下落方向垂直。

3.根据权利要求1所述的干化塔，其特征在于，在排气布风管上设置氧、氨、硫化氢在线分析仪，所述氧、氨、硫化氢在线分析仪与控制器连接，所述控制器根据所述氧、氨、硫化氢在线分析仪反馈的塔內耗氧量、出口氨含量、硫化氢含量，控制进气布风管的进气阀门开启度。

4.一种生物发酵干化方法，其特征在于，包括步骤：

将发酵料从进料门投入如权利要求1-3任一项所述的干化塔；塔內各层发酵料在塔底卸料机的控制下，逐层依次通过中温降解区、高温灭害区、次高温发酵区、中温发酵区，匀速均衡地运动到塔底出料；高温灭害区包含有嗜热好氧生物菌；中温降解和中温发酵的温度范围为35-54℃，高温灭害的温度范围为65℃-75℃，次高温发酵的温度范围为55℃-65℃之间；

在发酵料的运动过程中，排气布风管上的氧、氨、硫化氢在线分析仪向控制器反馈塔內耗氧量、出口氨含量、硫化氢含量，温度测量仪向控制器反馈发酵温度；

当控制器监测到特定指标的当前含量达到阀门开度的临界点时，相应调整阀门开度。

5.根据权利要求4所述的干化方法，其特征在于，塔内发酵料下降至塔底时，从塔底卸料机卸出干化塔体，进入塔底聚料斗。

6.根据权利要求4所述的干化方法，其特征在于，控制器监测到排气口氧含量大于17％时，减少阀门开度。

7.根据权利要求4所述的干化方法，其特征在于，从进料门投入的发酵料的水份含量为65％-70％。

8.根据权利要求4所述的干化方法，其特征在于，从第一个干化塔的聚料斗获得的一次发酵料，通过塔底的输送系统缓缓送至第二个干化塔塔顶，一次发酵料与塔内料再次进行混合，从第二个干化塔的聚料斗获得二次发酵料。

9.根据权利要求8所述的干化方法，其特征在于，二次发酵料的水份含量为45％～50％。