CN109265206A - 一种利用腐熟污泥降低固体废物堆肥过程中二氧化氮释放的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于固体废物处理处置过程中温室气体减排领域，具体涉及一种利用腐熟污泥降低固体废物堆肥过程二氧化氮释放的装置与方法；其方法主要包括制备腐熟污泥和接种堆肥等步骤；其装置的主体结构包括堆肥区、曝气网、曝气管、曝气口、渗沥液收集管、渗沥液收集口、渗沥液收集池、渗沥液泵、回流管、喷洒口、废气收集口、阀门、空气泵、废气处理箱、填料区、排水孔、废气排放口、布气管、废气输送管、堆肥箱；其易于操作，运行简单、成本低，可以避免渗沥液的产生同时有效降低堆肥过程中温室气体的排放；应用环境友好。
Description
技术领域：
本发明属于固体废物处理处置过程中温室气体减排领域，具体涉及一种利用腐熟污泥降低固体废物堆肥过程中N2O温室气体释放的装置与方法。
背景技术：
由于城镇化和经济发展需求，我国近年来城镇固体废物产生量呈上升趋势，据统计，2016年我国城市生活垃圾清运量为1.89亿吨，预计到2020年，我国城镇生活垃圾的产生量将超过2亿吨，此外，随着中国畜禽养殖业的快速发展，畜禽粪便的产生量也在迅速增加，固体废物的处理处置方法主要有填埋、焚烧和堆肥等。从国际固体废弃物处理形势看，卫生填埋因初期投资和运行成本较低仍为很多国家和地区采用，但固体废物填埋不仅占地大、选址困难，且很容易对地下水、地表水、土壤和大气等周围环境造成不利影响。每年因填埋场渗滤液和填埋气泄漏所引发的事故层出不穷，同时随着各国环境标准的不断提高，其初期基建投资和填埋费用也相应提高。固体废物焚烧处理因其无害化程度最高、减量化最大而受到各国推崇和应用，但初期投资和运行成本过高，处理焚烧尾气又会产生二次污染和二噁英问题。此外，我国固体废物含水率高、热值低、可燃成分少也是难以全面采用焚烧法的一个重要原因。固体废物堆肥处理技术，不仅可将固体废弃物中的有机可腐物转化为农业土壤可接受且迫切需要的腐殖质，而且为有机垃圾找到了处理出路，维持了自然界物质与能量的良性循环，在一定程度上实现了固体废物的无害化、减量化和资源化。好氧堆肥技术是一种常用的固体废物生物转化技术，是对固体废物进行稳定化、无害化处理的重要方式之一，也是实现固体废物资源化、能源化的关键技术之一。然而，在固体废物堆肥过程中会释放N2O等温室气体，不仅会影响员工的人体健康，还会造成氮素流失。N2O是一种重要的温室气体。若按每千克干物料产生0.5g N2O计算，每年全球仅畜禽粪便好氧堆肥产生的N2O已达1.2×109kg。不仅如此，堆肥过程中堆肥产品肥效还会因N2O的释放而下降。由于环境保护要求的日益提高，如何减少堆肥过程中温室气体N2O的排放，提高堆肥产品质量，促进堆肥产品的推广和相关产业的经济增长已成为重要技术性课题。通过改进原料配比来有效控制N2O的排放可能是一种合理途径，对减少N2O产生和排放具有重要的工程意义。腐熟污泥作为污水污泥的堆肥产品，具有质地松软、结构疏松、较强吸附能力等优点，同时在含水量变化较大时仍能保持一定的孔隙率，利于气体扩散，并且含有大量微生物，因此，向固体废物物料中添加腐熟污泥会改善堆肥原料的物理化学性质和微生物环境，对减少固体废物堆肥过程中N2O 排放不但理论可行，而且成本低，同时实现了废物的循环利用。因此，寻求一种利用腐熟污泥降低固体废物堆肥过程中N2O温室气体释放的装置与方法，具有良好的经济效益和社会效益。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种利用腐熟污泥降低固体废物堆肥过程中N2O释放的装置与方法，通过堆肥箱中微生物反应降低固体垃圾堆肥过程中二氧化氮的产生和释放。
为了实现上述目的，本发明涉及的利用腐熟污泥降低固体废物堆肥过程中 N2O温室气体释放的方法，其具体步骤包括：
(1)制备腐熟污泥：首先将污水厂脱水污泥投加到堆肥箱中的堆肥区中，将调理剂按照质量比1～20％加入到污泥中，调节堆肥物料的碳氮元素摩尔比为 25：1～35:1，含水率为50～60％，通过翻包机将上述堆肥物料混合均匀，启动间歇曝气网以每小时连续曝气5～15分钟，暂停45～55分钟的频率，通过便携式探头连续监测堆体中温度和含水率变化，在10～30℃室温下连续运行15～30 天后，即可制得腐熟污泥；在堆肥中好氧微生物的作用下，堆肥箱内污泥由黑色腥臭状变成棕色带有泥土气息的腐熟污泥；
(2)接种堆肥：
将步骤(1)制备的腐熟污泥填充至废气处理箱中的填料区，调节压实密度，控制孔隙率为10～30％，以便吸收和排出堆肥过程中产生的废气；再将步骤(1) 制备的腐熟污泥以质量比为5～30％的接种量投加到需要堆肥处理的固体废物中，调节堆肥物料基本理化性质使得碳氮元素摩尔比为25：1～35:1，含水率为 50～60％，通过翻包机将上述堆肥物料混合均匀，置于堆肥箱中的堆肥区，启动间歇曝气网以每小时连续曝气5～15分钟，暂停45～55分钟的频率工作，打开渗滤液收集管阀门和启动废气输送管上的空气泵，通过便携式探头实时监测堆体中温度和含水率变化；当堆体物料含水率低于35～40％时，启动渗沥液泵，渗沥液经回流管流至喷洒口并喷洒在堆肥物料表面，连续喷洒为5～35分钟，喷洒速度为5～45升/分钟；堆肥过程中产生的废气经废气处理箱被吸收，部分未吸收的气体通过废气排放口排出；在10～30℃室温下连续运行15～30天后，在堆肥中好氧微生物的作用下，堆肥箱内固体废物转变为堆肥产品，即处理完成。
腐熟污泥的添加一方面可以改善固体废物堆肥原料的理化性质(如孔隙率、含水率等)和微生物组成，从而减少堆肥过程中N2O的产生和排放，另外，废气处理箱中所用的腐熟污泥填料可以吸收废气中的N2O，进一步降低N2O的排放。
本发明涉及的污水厂脱水污泥包括污水厂剩余污泥、好氧污泥、厌氧污泥、消化污泥中的一种或多种。
本发明涉及的堆肥处理的固体废物为生活垃圾、湿垃圾、分类收集垃圾、厨余垃圾、餐厨垃圾、菜市垃圾以及畜禽粪便中的一种或多种。
本发明涉及的调理剂为花生壳或木屑的一种或多种。
本发明涉及堆肥箱的主体结构包括堆肥区、曝气网、曝气管、曝气口、渗沥液收集管、渗沥液收集口、渗沥液收集池、渗沥液泵、回流管、喷洒口、废气收集口、阀门、空气泵、废气处理箱、填料区、排水孔、废气排放口、布气管、废气输送管、堆肥箱；堆肥箱为集装箱式结构，耐酸钢板制成的长方体箱式结构的堆肥箱；堆肥箱内设置有堆肥区，以便放置物料，堆肥箱内设置有多个监测探头，以便实时监测堆体内部温度和含水率变化；堆肥区底部设有曝气网，通过外设的终端联动控制系统调节堆肥过程中的曝气量和曝气时间，曝气网是由曝气管和负压式的曝气口组成，以便将通入的空气均匀分布到堆肥物料中；堆肥箱内底部开有多个渗沥液收集口，渗沥液收集口通过堆肥箱底部外侧设置的渗沥液收集管与堆肥箱外部的渗沥液收集池连接，以便快速收集堆肥过程中产生的渗沥液，渗沥液收集管末端设有阀门；渗沥液收集池与回流管连接，回流管伸长至堆肥区上方并开有多个喷洒口，以便喷洒渗沥液于堆体物料表面，回流管上设置有渗沥液泵；堆肥箱内顶部设有废气收集口，废气收集口通过废气输送管与废气处理箱相连，空气泵设置在废气输送管将废气输送至废气处理箱；废气处理箱内设置有填料区，填料区内填料为腐熟污泥，装填密度为600～ 1000kg/m3，以便吸收废气；废气处理箱的底部设置有布气管与废气输送管连通，布气管将废气均匀分散到调料区中，废气处理箱的底部侧壁上设有排水孔以便多余水分排出，废气处理箱的顶部设置有废气排放口。
本发明涉及的渗沥液收集池为耐酸碱塑料制成，长×宽×高为3m×2m×2m大小的长方体结构，用于贮存堆肥过程中产生的渗沥液。
本发明涉及的堆肥箱为用耐酸钢板制成的长×宽×高为15m×5m×5m大小的长方体结构，且进行密封处理，以保证密闭性。
本发明与现有技术相比，其易于操作，运行简单、成本低，可以避免渗沥液的产生同时有效降低堆肥过程中温室气体的排放；其通过污泥与调节剂混合使得污泥中的微生物产生作用吸收二氧化氮，从而减少温室气体的排放；其通过探头监测堆肥箱内的温度和湿度，控制渗滤液的喷洒，用以调节堆肥区内的微生物状态从而调节堆肥区的温度；腐熟污泥的添加一方面可以改善固体废物堆肥原料的理化性质(如孔隙率、含水率等)和微生物组成，从而减少堆肥过程中N2O的产生和排放，另外，废气处理箱中所用的腐熟污泥填料可以吸收废气中的N2O，进一步降低N2O的排放。
附图说明：
图1为本发明的堆肥箱的主体结构原理示意图
图2为本发明的堆肥箱底部曝气网布置示意图
图3为实施例涉及的腐熟污泥添加前后生活垃圾堆肥过程中N2O释放的对比数据图
具体实施方式：
以下通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
本实施例涉及的利用腐熟污泥降低固体废物堆肥过程中N2O温室气体释放的方法，其具体步骤包括：
(1)制备腐熟污泥：首先将污水厂脱水污泥投加到堆肥箱20中的堆肥区1 中，将调理剂按照质量比10％加入到污泥中，调节堆肥物料的碳氮元素摩尔比为25：1，含水率为60％，通过翻包机将上述堆肥物料混合均匀，启动间歇曝气网2以每小时连续曝气5分钟，暂停55分钟的频率，通过便携式探头(附图未示出)连续监测堆体中温度和含水率变化，在20℃室温下连续运行30天后，即可制得腐熟污泥；在堆肥中好氧微生物的作用下，堆肥箱内污泥由黑色腥臭状变成棕色带有泥土气息的腐熟污泥；
(2)接种堆肥：
将步骤(1)制备的腐熟污泥填充至废气处理箱14中的填料区15，调节压实密度，控制孔隙率为20％，以便吸收和排出堆肥过程中产生的废气；再将步骤(1)制备的腐熟污泥以质量比为20％的接种量投加到需要堆肥处理的固体废物中，调节堆肥物料基本理化性质使得碳氮元素摩尔比为25：1，含水率为60％，通过翻包机将上述堆肥物料混合均匀，置于堆肥箱20中的堆肥区1，启动间歇曝气网2以每小时连续曝气5分钟，暂停5分钟的频率工作，打开渗沥液收集管5的阀门12和启动废气输送管19上的空气泵13，通过便携式探头实时监测堆体中温度和含水率变化；当堆体物料含水率低于40％时，启动渗沥液泵8，渗沥液经回流管9流至喷洒口并喷洒在堆肥物料表面，连续喷洒为20分钟，喷洒速度为20升/分钟；堆肥过程中产生的废气经废气处理箱14被吸收，部分未吸收的气体通过废气排放口17排出；在室温下连续运行30天后，在堆肥中好氧微生物的作用下，堆肥箱内固体废物转变为堆肥产品，即处理完成。
本实施例涉及堆肥箱20的主体结构包括堆肥区1、曝气网2、曝气管3、曝气口4、渗沥液收集管5、渗沥液收集口6、渗沥液收集池7、渗沥液泵8、回流管9、喷洒口10、废气收集口11、阀门12、空气泵13、废气处理箱14、填料区15、排水孔16、废气排放口17、布气管18、废气输送管19、堆肥箱20；堆肥箱20为集装箱式结构，耐酸钢板制成的长方体箱式结构的堆肥箱20；堆肥箱 20内设置有堆肥区1，以便放置物料，堆肥箱20内设置有多个监测探头(附图未示出)，以便实时监测堆体内部温度和含水率变化；堆肥区1底部设有曝气网 2，通过外设的终端联动控制系统调节堆肥过程中的曝气量和曝气时间，曝气网 2是由曝气管3和负压式的曝气口4组成，以便将通入的空气均匀分布到堆肥物料中；堆肥箱20内底部开有多个渗沥液收集口6，渗沥液收集口6通过堆肥箱 20底部外侧设置的渗沥液收集管5与堆肥箱20外部的渗沥液收集池7连接，以便快速收集堆肥过程中产生的渗沥液，渗沥液收集管5末端设有阀门13；渗沥液收集池7与回流管9连接，回流管9伸长至堆肥区上方并开有多个喷洒口10，以便喷洒渗沥液于堆体物料表面，回流管9上设置有渗沥液泵8；堆肥箱20内顶部设有废气收集口11，废气收集口11通过废气输送管19与废气处理箱相连，空气泵13设置在废气输送管19将废气输送至废气处理箱14；废气处理箱14内设置有填料区15，填料区15内填料为腐熟污泥，装填密度为600～1000kg/m3，以便吸收废气；废气处理箱14的底部设置有布气管18与废气输送管19连通，布气管18将废气均匀分散到调料区15中，废气处理箱14的底部侧壁上设有排水孔16以便多余水分排出，废气处理箱14的顶部设置有废气排放口17。
本实施例涉及的渗沥液收集池7为耐酸碱塑料制成，长×宽×高为 3m×2m×2m大小的长方体结构，用于贮存堆肥过程中产生的渗沥液。
本实施例涉及的堆肥箱20为用耐酸钢板制成的长×宽×高为15m×5m×5m大小的长方体结构，且进行密封处理，以保证密闭性。
本实施例涉及的N2O减排效果分析：图3为实施例涉及的腐熟污泥添加前后生活垃圾堆肥过程中N2O释放的对比数据图。由图3可知，未添加腐熟污泥时生活垃圾堆肥过程中N2O的释放呈现较高水平，N2O的释放主要集中于堆肥前期和后期。添加腐熟污泥后，生活垃圾堆肥过程中N2O的释放明显下降，说明腐熟污泥的添加能够有效降低生活垃圾堆肥过程中N2O的释放，其主要原因为腐熟污泥的添加改善生活垃圾堆肥原料的理化性质(如孔隙率、含水率等) 和微生物组成，从而减少堆肥过程中N2O的产生和排放；废气经过本堆肥箱中废气处理箱后，废气中N2O浓度均在检出限以下，说明腐熟污泥作为填料也能有效的降低N2O的排放。
Claims (7)
1.一种利用腐熟污泥降低固体废物堆肥过程中二氧化的氮释放的方法，其特征在于具体步骤包括：
(1)制备腐熟污泥：首先将污水厂脱水污泥投加到堆肥箱中的堆肥区中，将调理剂按照质量比1～20％加入到污泥中，调节堆肥物料的碳氮元素摩尔比为25：1～35:1，含水率为50～60％，通过翻包机将上述堆肥物料混合均匀，启动间歇曝气网以每小时连续曝气5～15分钟，暂停45～55分钟的频率，通过便携式探头连续监测堆体中温度和含水率变化，在10～30℃室温下连续运行15～30天后，即可制得腐熟污泥；在堆肥中好氧微生物的作用下，堆肥箱内污泥由黑色腥臭状变成棕色带有泥土气息的腐熟污泥；
(2)接种堆肥：
将步骤(1)制备的腐熟污泥填充至废气处理箱中的填料区，调节压实密度，控制孔隙率为10～30％，以便吸收和排出堆肥过程中产生的废气；再将步骤(1)制备的腐熟污泥以质量比为5～30％的接种量投加到需要堆肥处理的固体废物中，调节堆肥物料基本理化性质使得碳氮元素摩尔比为25：1～35:1，含水率为50～60％，通过翻包机将上述堆肥物料混合均匀，置于堆肥箱中的堆肥区，启动间歇曝气网以每小时连续曝气5～15分钟，暂停45～55分钟的频率工作，打开渗滤液收集管阀门和启动废气输送管上的空气泵，通过便携式探头实时监测堆体中温度和含水率变化；当堆体物料含水率低于35～40％时，启动渗沥液泵，渗沥液经回流管流至喷洒口并喷洒在堆肥物料表面，连续喷洒为5～35分钟，喷洒速度为5～45升/分钟；堆肥过程中产生的废气经废气处理箱被吸收，部分未吸收的气体通过废气排放口排出；在10～30℃室温下连续运行15～30天后，在堆肥中好氧微生物的作用下，堆肥箱内固体废物转变为堆肥产品，即处理完成。
2.根据权利要求1所述的利用腐熟污泥降低固体废物堆肥过程中N2O温室气体释放的方法，其特征在于所述的污水厂脱水污泥包括污水厂剩余污泥、好氧污泥、厌氧污泥、消化污泥中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的利用腐熟污泥降低固体废物堆肥过程中N2O温室气体释放的方法，其特征在于所述的堆肥处理的固体废物为生活垃圾、湿垃圾、分类收集垃圾、厨余垃圾、餐厨垃圾、菜市垃圾以及畜禽粪便中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的利用腐熟污泥降低固体废物堆肥过程中N2O温室气体释放的方法，其特征在于所述的调理剂为花生壳或木屑的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的利用腐熟污泥降低固体废物堆肥过程中N2O温室气体释放的方法，其特征在于所述的堆肥箱的主体结构包括堆肥区、曝气网、曝气管、曝气口、渗沥液收集管、渗沥液收集口、渗沥液收集池、渗沥液泵、回流管、喷洒口、废气收集口、阀门、空气泵、废气处理箱、填料区、排水孔、废气排放口、布气管、废气输送管、堆肥箱；堆肥箱为集装箱式结构，耐酸钢板制成的长方体箱式结构的堆肥箱；堆肥箱内设置有堆肥区，以便放置物料，堆肥箱内设置有多个监测探头，以便实时监测堆体内部温度和含水率变化；堆肥区底部设有曝气网，通过外设的终端联动控制系统调节堆肥过程中的曝气量和曝气时间，曝气网是由曝气管和负压式的曝气口组成，以便将通入的空气均匀分布到堆肥物料中；堆肥箱内底部开有多个渗沥液收集口，渗沥液收集口通过堆肥箱底部外侧设置的渗沥液收集管与堆肥箱外部的渗沥液收集池连接，以便快速收集堆肥过程中产生的渗沥液，渗沥液收集管末端设有阀门；渗沥液收集池与回流管连接，回流管伸长至堆肥区上方并开有多个喷洒口，以便喷洒渗沥液于堆体物料表面，回流管上设置有渗沥液泵；堆肥箱内顶部设有废气收集口，废气收集口通过废气输送管与废气处理箱相连，空气泵设置在废气输送管将废气输送至废气处理箱；废气处理箱内设置有填料区，填料区内填料为腐熟污泥，装填密度为600～1000kg/m3’以便吸收废气；废气处理箱的底部设置有布气管与废气输送管连通，布气管将废气均匀分散到调料区中，废气处理箱的底部侧壁上设有排水孔以便多余水分排出，废气处理箱的顶部设置有废气排放口。
6.根据权利要求5所述的利用腐熟污泥降低固体废物堆肥过程中N2O温室气体释放的方法，其特征在于所述的渗沥液收集池为耐酸碱塑料制成，长×宽×高为3m×2m×2m大小的长方体结构，用于贮存堆肥过程中产生的渗沥液。
7.根据权利要求5所述的利用腐熟污泥降低固体废物堆肥过程中N2O温室气体释放的方法，其特征在于所述的堆肥箱为用耐酸钢板制成的长×宽×高为15m×5m×5m大小的长方体结构，且进行密封处理，以保证密闭性。
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