CN111718099B - 一种农村面源污染治理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种农村面源污染治理工艺，属于环境保护污染防治领域，包括固体废弃物收集、粪便污泥处理、农业废物处理、生活垃圾处理、混合处理、炭砖制备六个步骤，通过对农村固体废弃物进行无害化和资源化处理，避免固体废弃物对农村水源和空气的污染，且将固体废弃物从污染物转化为资源，实现资源最大化，本发明在进行固体废弃物处理时，采用的燃料是工艺本身产生的沼气，节省了能源，在整个工艺过程中实现外来零能耗，节约了成本，将工艺步骤紧密联系在一起，形成一个整体，互相作用，防止资源外泄，提高了固体废弃物的利用率。

Description

一种农村面源污染治理工艺
技术领域
本发明属于环境保护污染防治领域，具体涉及一种农村面源污染治理工艺。
背景技术
农村面源污染是指农村地区在农业生产和居民生活过程中产生的未经合理处理的污染物对水体、土壤、空气及农产品等造成的污染，如农业生产过程中常用的农药、化肥、农膜，畜禽养殖过程中的饲料、畜禽粪尿、兽药土粒和农村生活中的生活污水及生活垃圾等有机或无机物质，其中农村固体废弃物是影响农村环境的关键因素，比如湘江流域农村面源污染的突出问题主要是畜禽水产养殖污染、农村居民生活垃圾、农业生产过程中过量施肥施药损害生态环境、农膜等农业废弃物损害土壤结构、病死畜禽和医疗垃圾无害化处理没有得到重视以及焚烧秸秆严重污染环境。
由于地域条件的原因，我国农村固体废弃物的处理水平一直很低，主要依靠直接堆放、简单填埋以及简单焚烧的方法进行处理，根本就没有进行无害化处理，更谈不上资源化，固体废物不同于废水和废气，它既是污染物，同时又具有一定的资源属性，是放错地方的资源，尤其是农业生产的秸秆是一种非常有用的再生资源。根据现有资料表明，无论是现代型农村还是传统的农村，对于固体废弃物的处理水平多数依然停留在较为原始的阶段，处理方法简单，技术水平落后，致使很多可以回收的资源白白浪费，因此，基于农村区域性面源固体废弃物，研究一种可以进行无害化、资源化处理的治理工艺，对于有效解决农村区域性面源污染的固体废弃物问题有十分重要的意义。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种农村面源污染治理工艺，通过对农村固体废弃物进行无害化和资源化处理，避免固体废弃物对农村水源和空气的污染，且将固体废弃物从污染物转化为资源，实现资源最大化。
为实现以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种农村面源污染治理工艺，其具体步骤如下：
:步骤1、固体废弃物收集：在农村分别设置粪便污泥收集池、农业废物收集池和生活垃圾收集池；
步骤2、粪便污泥处理：将粪便污泥收集池收集到的粪便污泥放入搅拌器中搅拌均匀，升温至48-55℃，含水率调整至80-85％，然后送入厌氧消化罐进行厌氧消化反应产生沼气；
步骤3、农业废物处理：将农业废物进行干燥至含水率低于30％，然后放入粉碎机中粉碎至50-100目筛得到粉末，再移至干馏釜中进行干馏，用步骤2中得到的沼气作为加热燃料，加热温度为500-580℃，干馏40-50min得到生物质炭；
步骤4、生活垃圾处理：将农村生活垃圾分类为有机生活垃圾、可回收垃圾和其他垃圾，将有机生活垃圾粉碎，备用；
步骤5、混合处理：将步骤4粉碎后有机生活垃圾与NaHCO3溶液混合，进行预处理2-4d，然后放入厌氧反应器中，并向反应器中加入接种物和步骤3得到的生物质炭，调节pH值至7.6-8.0，在温度45-50℃条件下进行厌氧发酵得到发酵物，发酵时间为1-2d；
步骤6、炭砖制备：将步骤5得到的发酵物输送至对辊破碎机中搅拌均匀，利用挤压成型机压制生制品，压制生制品经自然冷却1-2h，再采用步骤5产生的沼气作为燃料进行焙烧，按照规定的曲线进行升温，在最高温度900-950℃条件下保持30-35h后开始降温，冷却24-36h后得到炭砖。
进一步地，所述步骤2厌氧消化反应时间为3-5d。
进一步地，所述步骤3中的农业废物包括秸秆、稻壳、玉米芯。
进一步地，所述步骤3得到的生物质炭还应用于制备高性能机制炭、环保无烟香、具有吸附功能的炭工艺品、肥料。
进一步地，所述步骤4中有机生活垃圾粉碎至200-250目筛。
进一步地，所述步骤5中NaHCO3溶液浓度为85-90％，加入质量为有机生活垃圾质量的5-10％。
进一步地，所述步骤5中的接种物为步骤2产沼气后的沼渣，沼渣的含水率以质量百分比计为15-20％。
进一步地，所述步骤5中有机生活垃圾、接种物、生物质炭之间的质量比为：100-120：15-20：1。
进一步地，所述步骤6中焙烧升温曲线为：升温至100-250℃，持续时间为20-24h，继续升温至250-500℃，持续时间为35-40h，继续升温至500-780℃，持续时间为50-55h，继续升温至780-900℃，持续时间为30-32h，继续升温至900-950℃，持续时间为30-35h。
本发明的有益效果是：(1)本发明提供了一种农村面源污染治理工艺，通过对农村固体废弃物进行无害化和资源化处理，避免固体废弃物对农村水源和空气的污染，且将固体废弃物从污染物转化为资源，实现资源最大化；
(2)本发明在进行固体废弃物处理时，采用的燃料是工艺本身产生的沼气，节省了能源，在整个工艺过程中实现外来零能耗，节约了成本，将工艺步骤紧密联系在一起，形成一个整体，互相作用，防止资源外泄，提高了固体废弃物的利用率；
(3)在处理有机生活垃圾时和沼渣混合，不仅可以利用沼渣中的微生物进行厌氧发酵产生沼气，而且富碳的有机生活垃圾和富氮的沼渣混合后可以调节消化原料中C/N比，有利于提高消化速率，提高甲烷的产气量；将有机生活垃圾采用NaHCO3溶液进行预处理，作用是利用碱性溶液调节pH值至中性或碱性，也可作为催化剂加快生产沼气的速率，因NaHCO3溶液反应会产生大量二氧化碳气体，使有机生活垃圾内部充斥着不容易与其他发生化学反应的气体，为之后制备多孔隙的炭砖准备，使之在挤压砖胚时因物质体内含有气体而产生许多完整的气孔，使得到的炭砖提高其隔热性能，进一步提高砖的强度；
(4)本发明在混合处理中将有机生活垃圾、沼渣、生物质炭三者混合发酵，将发酵物制作成炭砖，而生物质炭在炭砖制备中作为结合剂，将有机生活垃圾中的有机质和N/P/K元素结合形成紧密物质，增强炭砖的耐压、耐热冲击和抗氧化性能，将固体废弃物转化为高质量资源，提高固体废弃价值，对农村经济具有较大影响。
附图说明
图1为变温氧化实验中实施例和对比例制备的炭砖单位面积氧化质量损失随温度变化曲线图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
实施例1：
一种农村面源污染治理工艺，其具体步骤如下：
:步骤1、固体废弃物收集：在农村分别设置粪便污泥收集池、农业废物收集池和生活垃圾收集池；
步骤2、粪便污泥处理：将粪便污泥收集池收集到的粪便污泥放入搅拌器中搅拌均匀，升温至48℃，含水率调整至85％，然后送入厌氧消化罐进行厌氧消化反应产生沼气，时间为3d；
步骤3、农业废物处理：将农业废物进行干燥至含水率低于30％，然后放入粉碎机中粉碎至50目筛得到粉末，再移至干馏釜中进行干馏，用步骤2中得到的沼气作为加热燃料，加热温度为500℃，干馏40min得到生物质炭，所述农业废物包括秸秆、稻壳、玉米芯；
步骤4、生活垃圾处理：将农村生活垃圾分类为有机生活垃圾、可回收垃圾和其他垃圾，将有机生活垃圾粉碎至250目筛，备用；
步骤5、混合处理：将步骤4粉碎后有机生活垃圾与NaHCO3溶液混合，浓度为85％，加入质量为有机生活垃圾质量的5％，进行预处理4d，然后放入厌氧反应器中，并向反应器中加入接种物和步骤3得到的生物质炭，有机生活垃圾、接种物、生物质炭之间的质量比为：100：15：1，调节pH值至7.6，在温度50℃条件下进行厌氧发酵得到发酵物，发酵时间为1d，所述接种物为步骤2产沼气后的沼渣，沼渣的含水率以质量百分比计为15％；
步骤6、炭砖制备：将步骤5得到的发酵物输送至对辊破碎机中搅拌均匀，利用挤压成型机压制生制品，压制生制品经自然冷却1h，再采用步骤5产生的沼气作为燃料进行焙烧，按照规定的曲线进行升温，在最高温度950℃条件下保持30h后开始降温，冷却24h后得到炭砖，所述焙烧升温曲线为：升温至250℃，持续时间为20h，继续升温至500℃，持续时间为35h，继续升温至780℃，持续时间为50h，继续升温至850℃，持续时间为30h，继续升温至950℃，持续时间为30h。
实施例2：
一种农村面源污染治理工艺，其具体步骤如下：
:步骤1、固体废弃物收集：在农村分别设置粪便污泥收集池、农业废物收集池和生活垃圾收集池；
步骤2、粪便污泥处理：将粪便污泥收集池收集到的粪便污泥放入搅拌器中搅拌均匀，升温至55℃，含水率调整至80％，然后送入厌氧消化罐进行厌氧消化反应产生沼气，时间为5d；
步骤3、农业废物处理：将农业废物进行干燥至含水率低于30％，然后放入粉碎机中粉碎至100目筛得到粉末，再移至干馏釜中进行干馏，用步骤2中得到的沼气作为加热燃料，加热温度为580℃，干馏50min得到生物质炭，所述农业废物包括秸秆、稻壳、玉米芯；
步骤4、生活垃圾处理：将农村生活垃圾分类为有机生活垃圾、可回收垃圾和其他垃圾，将有机生活垃圾粉碎至200目筛，备用；
步骤5、混合处理：将步骤4粉碎后有机生活垃圾与NaHCO3溶液混合，浓度为90％，加入质量为有机生活垃圾质量的10％，进行预处理2d，然后放入厌氧反应器中，并向反应器中加入接种物和步骤3得到的生物质炭，有机生活垃圾、接种物、生物质炭之间的质量比为：120：20：1，调节pH值至8.0，在温度45℃条件下进行厌氧发酵得到发酵物，发酵时间为2d，所述接种物为步骤2产沼气后的沼渣，沼渣的含水率以质量百分比计为20％；
步骤6、炭砖制备：将步骤5得到的发酵物输送至对辊破碎机中搅拌均匀，利用挤压成型机压制生制品，压制生制品经自然冷却2h，再采用步骤5产生的沼气作为燃料进行焙烧，按照规定的曲线进行升温，在最高温度900℃条件下保持35h后开始降温，冷却36h后得到炭砖，所述焙烧升温曲线为：升温至100℃，持续时间为22h，继续升温至250℃，持续时间为40h，继续升温至500℃，持续时间为55h，继续升温至780℃，持续时间为32h，继续升温至900℃，持续时间为35h。
实施例3：
一种农村面源污染治理工艺，其具体步骤如下：
:步骤1、固体废弃物收集：在农村分别设置粪便污泥收集池、农业废物收集池和生活垃圾收集池；
步骤2、粪便污泥处理：将粪便污泥收集池收集到的粪便污泥放入搅拌器中搅拌均匀，升温至50℃，含水率调整至82％，然后送入厌氧消化罐进行厌氧消化反应产生沼气，时间为4d；
步骤3、农业废物处理：将农业废物进行干燥至含水率低于30％，然后放入粉碎机中粉碎至80目筛得到粉末，再移至干馏釜中进行干馏，用步骤2中得到的沼气作为加热燃料，加热温度为550℃，干馏45min得到生物质炭，所述农业废物包括秸秆、稻壳、玉米芯；
步骤4、生活垃圾处理：将农村生活垃圾分类为有机生活垃圾、可回收垃圾和其他垃圾，将有机生活垃圾粉碎至220目筛，备用；
步骤5、混合处理：将步骤4粉碎后有机生活垃圾与NaHCO3溶液混合，浓度为88％，加入质量为有机生活垃圾质量的8％，进行预处理3d，然后放入厌氧反应器中，并向反应器中加入接种物和步骤3得到的生物质炭，有机生活垃圾、接种物、生物质炭之间的质量比为：110：19：1，调节pH值至7.8，在温度48℃条件下进行厌氧发酵得到发酵物，发酵时间为1.5d，所述接种物为步骤2产沼气后的沼渣，沼渣的含水率以质量百分比计为18％；
步骤6、炭砖制备：将步骤5得到的发酵物输送至对辊破碎机中搅拌均匀，利用挤压成型机压制生制品，压制生制品经自然冷却1.5h，再采用步骤5产生的沼气作为燃料进行焙烧，按照规定的曲线进行升温，在最高温度930℃条件下保持33h后开始降温，冷却30h后得到炭砖，所述焙烧升温曲线为：升温至150℃，持续时间为24h，继续升温至350℃，持续时间为36h，继续升温至650℃，持续时间为52h，继续升温至900℃，持续时间为31h，继续升温至930℃，持续时间为33h。
对比例1：
对比例1与实施例的不同之处在于，将一种农村面源污染治理工艺步骤5中的NaHCO3溶液改为NaOH溶液，其余步骤内容与实施例相同。
对比例2：
对比例2与实施例的不同之处在于，将一种农村面源污染治理工艺步骤5中的生物质炭去掉，只采用有机生活垃圾和接种物，其余步骤内容和实施例相同。
对比例3：
对比例3与实施例的不同之处在于，将一种农村面源污染治理工艺步骤5中的接种物去掉，只采用有机生活垃圾和生物质炭，其余步骤内容和实施例相同。
对比例4：
将化粪池上清液和从厨房以及洗衣处排放的各种污水由管道收集后排入调节池进行调节混匀，调节后的污水泵入塔式蚯蚓生态滤池进行处理，从化粪池收集的下层沉积物与水稻秸秆按1∶6的比例(质量比，其C/N比为26∶1)混合均匀后投入全混合生物气反应器进行厌氧生物处理，发酵温度为55℃，投料间隔为15天的情况下发酵40天，产生的生物气可直接用作燃料或进一步转化为电能加以利用；产生的热能宜可以用来保持厌氧生物气反应器的温度；厌氧发酵后产生的沼渣可直接或经过进一步加工后作成有机肥，部分来养殖蚯蚓。产生的沼液可以用来作有机肥。
对上述实施例和对比例处理工艺中的化学指标进行检测，检测结果如表1：
表1
Figure BDA0002543700050000071
将上述实施例和对比例1-3制备的炭砖进行物理性能检测，检测结果如表2。
表2
Figure BDA0002543700050000072
从上述表1、2和图1中可以看出，本发明在进行固体废弃物处理时产生的气量和甲烷含量较对比文件高，说明有机生活垃圾和沼渣结合可以提高沼气量，使得到的资源提高，且整个工艺处理过程相互配合、协同使得农村废弃物从污染物转化资源的效率升高，实施例中制备的炭砖资源的各个物理性能也较好，比如气孔率增多，抗折强度和耐压强度增大，抗氧化能力也增强，实施例制备的炭砖随着温度升高单位面积氧化质量损失也逐渐升高，但是升高效率与对比文件相比较低。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员理解和使用本发明。熟悉本领域的技术人员可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种农村面源污染治理工艺，其特征在于，其具体步骤如下：
步骤1、固体废弃物收集：在农村分别设置粪便污泥收集池、农业废物收集池和生活垃圾收集池；
步骤2、粪便污泥处理：将粪便污泥收集池收集到的粪便污泥放入搅拌器中搅拌均匀，升温至48-55℃，含水率调整至80-85%，然后送入厌氧消化罐进行厌氧消化反应产生沼气；
步骤3、农业废物处理：将农业废物进行干燥至含水率低于30%，然后放入粉碎机中粉碎至50-100目筛得到粉末，再移至干馏釜中进行干馏，用步骤2中得到的沼气作为加热燃料，加热温度为500-580℃，干馏40-50min得到生物质炭，所述生物质炭还应用于制备高性能机制炭、环保无烟香、具有吸附功能的炭工艺品、肥料；
步骤4、生活垃圾处理：将农村生活垃圾分类为有机生活垃圾、可回收垃圾和其他垃圾，将有机生活垃圾粉碎，备用；
步骤5、混合处理：将步骤4粉碎后有机生活垃圾与NaHCO3溶液混合，进行预处理2-4d，然后放入厌氧反应器中，并向反应器中加入接种物和步骤3得到的生物质炭，调节pH值至7.6-8.0，在温度45-50℃条件下进行厌氧发酵得到发酵物，发酵时间为1-2d；
步骤6、炭砖制备：将步骤5得到的发酵物输送至对辊破碎机中搅拌均匀，利用挤压成型机压制生制品，压制生制品经自然冷却1-2h，再采用步骤5产生的沼气作为燃料进行焙烧，按照规定的曲线进行升温，在最高温度900-950℃条件下保持30-35h后开始降温，冷却24-36h后得到炭砖。
2.根据权利要求1所述的一种农村面源污染治理工艺，其特征在于，所述步骤2厌氧消化反应时间为3-5d。
3.根据权利要求1所述的一种农村面源污染治理工艺，其特征在于，所述步骤3中的农业废物包括秸秆、稻壳、玉米芯。
4.根据权利要求1所述的一种农村面源污染治理工艺，其特征在于，所述步骤4中有机生活垃圾粉碎至200-250目筛。
5.根据权利要求1所述的一种农村面源污染治理工艺，其特征在于，所述步骤5中NaHCO3溶液浓度为85-90%，加入质量为有机生活垃圾质量的5-10%。
6.根据权利要求1所述的一种农村面源污染治理工艺，其特征在于，所述步骤5中的接种物为步骤2产沼气后的沼渣，沼渣的含水率以质量百分比计为15-20%。
7.根据权利要求1所述的一种农村面源污染治理工艺，其特征在于，所述步骤5中有机生活垃圾、接种物、生物质炭之间的质量比为：100-120：15-20：1。
8.根据权利要求1所述的一种农村面源污染治理工艺，其特征在于，所述步骤6中焙烧升温曲线为：升温至100-250℃，持续时间为20-24h，继续升温至250-500℃，持续时间为35-40h，继续升温至500-780℃，持续时间为50-55h，继续升温至780-900℃，持续时间为30-32h，继续升温至900-950℃，持续时间为30-35h。
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