CN205223041U - 好氧堆肥恶臭原位监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种好氧堆肥恶臭原位监控装置。所述的好氧堆肥恶臭原位监控装置包括好氧堆肥系统、恶臭气体原位控制系统、恶臭气体在线监测系统和堆体环境条件在线监测系统。本实用新型可针对不同种类的堆肥原料及辅料，采用不同工艺参数或采取恶臭自循环方式，开展高效低成本的好氧堆肥过程恶臭污染原位控制的研究；可实现对堆肥恶臭污染原位控制效果的在线监控，并可根据监测结果来调节恶臭原位控制的操作过程；可采集堆肥样品研究堆肥理化性质的变化规律，也使对堆体微生物生态的分析成为可能，进一步可实现堆体中除臭相关微生物的活性优化和调控。

Description

好氧堆肥恶臭原位监控装置

技术领域

本实用新型涉及恶臭污染控制装置，具体涉及一种好氧堆肥恶臭原位监控装置，属于固体废弃物资源化处理利用过程恶臭气体污染生物处理领域。

背景技术

堆肥是以可生物降解的废弃物为主要原料，在自然界中广泛存在的真菌、细菌等微生物的作用下腐熟成为土壤改良剂或是有机肥料的过程。尽管近年来许多研究者在好氧堆肥工艺技术研究方面取得了突破性的进展，但是堆肥过程恶臭污染问题一直未受到足够重视。恶臭是世界七大环境公害之一，危害人类呼吸、循环、内分泌和神经系统，易导致大脑皮层兴奋和抑制的调节功能失调，影响精神状态和大脑的思维活动，引发各类中毒，致癌，甚至死亡。堆肥过程恶臭污染严重影响了工作人员和周边居民的正常工作、生活和健康，并成为周边地区社会的强烈不稳定因素。如不加以控制，将严重影响固体废弃物的正常处理处置，甚至可能制约经济、社会和环境的可持续发展与和谐社会的建设进程，好氧堆肥过程恶臭污染控制已迫在眉睫。

现阶段，尚缺乏有效的好氧堆肥过程恶臭污染控制技术与规范，实际普遍采用自然通风、喷洒化学或生物除臭剂等方法，不仅除臭效果差，而且成本高。生物过滤技术通过吸附、吸收和微生物降解等作用能有效去除恶臭污染物，具有运行成本低、处理效果好和无二次污染等优点，在恶臭污染控制中具有广阔的应用前景。国内外研究者已证实堆肥、木屑、硅藻土、泥炭、陶瓷、蛭石、聚乙烯小球等有机无机材料对恶臭气体具有良好的去除效果。有研究者将堆肥恶臭收集后利用生物过滤器去除，虽然除臭效果好，但存在设备投入多、建设成本高、难以操作管理等问题。因此，如何对好氧堆肥过程的恶臭气体进行高效低耗控制已成为急需解决的关键科学问题之一。

从建设资源节约型、环境友好型社会和可持续发展角度，并结合好氧堆肥处理的实际情况，生物控制技术是解决堆肥过程已产生的恶臭污染的战略选择和现实需要。若可以充分利用堆体自身进行原位生物过滤除臭，便能大大降低恶臭污染治理装备的投入和运行成本。尽管如此，利用堆体本身对恶臭进行原位控制的研究还鲜有报道，对恶臭气体的控制效果及其影响因素和生物转化机制还知之甚少。鉴于好氧堆肥恶臭气体原位控制研究尚处于探索阶段，因此，为分析堆体对恶臭的原位控制效果、摸索最佳工艺参数、探索堆体微生物恶臭原位控制机理，提供一套适合于在实验室开展的好氧堆肥恶臭原位监控研究的装置很有必要。

发明内容

本实用新型要克服现有设备和技术无法对好氧堆肥恶臭进行原位监控研究的缺点，提供一种好氧堆肥恶臭原位监控装置。

好氧堆肥恶臭原位监控装置，包括好氧堆肥系统、恶臭气体原位控制系统、恶臭气体在线监测系统和堆体环境条件在线监测系统；好氧堆肥系统包括相连接的微电脑时间控制器、空气泵、空气流量计、底部进气阀、底部进气口、堆肥反应器、反应器顶盖、净化尾气出口、反应器顶部净化尾气出气阀、反应器底部出液口、渗滤液控制阀和渗滤液收集器，堆肥反应器内底部由上至下设有多孔布气板和防渗滤液单向通气管，多孔布气板和防渗滤液单向通气管相距5cm，多孔布气板上方装填堆料，堆料与反应器顶盖之间留有15～20cm空间，防渗滤液单向通气管与堆肥反应器底部进气口相连，堆肥反应器和反应器顶盖之间由法兰连接，在堆体中心高度位置的堆肥反应器外壁上设有3个堆肥样品取样口，且呈平面120°夹角，堆肥反应器外部包裹保温材料；恶臭气体原位控制系统包括相连接的气体收集缓冲器、恶臭气体循环阀、恶臭气泵、恶臭气体流量计和恶臭气体进气口，恶臭气体进气口与防渗滤液单向通气管相连，恶臭气体进入堆料得以去除；恶臭气体在线监测系统包括相连接的气体收集缓冲器、气体进样阀、气相色谱质谱联用仪或者气体传感器，恶臭气体浓度数据传输至电脑进行记录和处理；堆体环境条件在线监测系统包括位于堆体顶部空间的气压计、堆体中心的温度探头和溶解氧探头，温度探头与温度计相连，溶解氧探头与溶解氧仪相连。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

(1)可针对不同种类的堆肥原料(如厨余垃圾、剩余污泥、园林废弃物和畜禽粪便等)及辅料(如秸秆、稻草、谷壳和生物质炭等)，开展好氧堆肥过程恶臭污染原位控制的实验室研究；

(2)可实现不同工艺参数(如不同的C/N、含水率、通气量、物料配比等)，进而对不同工艺参数对好氧堆肥恶臭产生规律的影响进行探讨，为研发好氧堆肥恶臭原位减排技术提供研究基础；

(3)针对好氧堆肥过程已产生的恶臭，可实现自循环，即将恶臭气体通入堆体，通过生物过滤的作用将其除去，减少了另建生物过滤设备的投入，节约了恶臭污染控制成本，高效低耗地保证了堆肥厂区的空气环境质量；

(4)恶臭气体在线监测系统可对好氧堆肥过程中恶臭的产生和去除情况进行在线监测，根据监测结果来调节恶臭原位控制的操作过程；堆体环境条件在线监测系统可以实时显示反应器内部气压、堆体温度和溶解氧等，为调控堆肥工艺过程提供依据；

(5)空气泵和微电脑时间控制器相连接，可实现定期供氧，保障堆肥好氧环境的同时节省电力并减少热量散失；防渗滤液单向通气管使通入的气体更加均匀分配，减少堆体局部厌氧区域的形成，同时防止渗滤液滴入管内造成堵塞；

(6)方便采集堆肥样品，可对好氧堆肥的理化性质进行研究，也使对堆体微生物生态的分析成为可能，进一步可实现堆体中除臭相关微生物的活性优化和调控。

附图说明

图1是好氧堆肥恶臭原位监控装置结构示意图。

图中：微电脑时间控制器1、空气泵2、空气流量计3、底部进气阀4、底部进气口5、堆肥反应器6、反应器顶盖7、净化尾气出口8、反应器顶部净化尾气出气阀9、反应器底部出液口10、渗滤液控制阀11和渗滤液收集器12，多孔布气板13、防渗滤液单向通气管14、堆料15、法兰16、堆肥样品取样口17、保温材料18、气体收集缓冲器19、恶臭气体循环阀20、恶臭气泵21、恶臭气体流量计22、恶臭气体进气口23、气体进样阀24、气相色谱质谱联用仪或者气体传感器25、电脑26、气压计27、温度探头28、溶解氧探头29、温度计30、溶解氧仪31。

具体实施方式

本实用新型的整体设计思路是以微生物除臭机理、微生物生态学理论、好氧堆肥技术和在线监控技术为指导，从解决好氧堆肥过程恶臭气体污染的现实需求出发，以实现好氧堆肥恶臭污染原位控制为主要目标，以在线监测技术和现代分子生物学技术为手段，通过实验室条件下模拟好氧堆肥工况及其恶臭污染过程，明确工艺参数优化对好氧堆肥过程恶臭气体的源减量作用机制，考察堆体对恶臭气体的原位控制效果和生物转化机制，弄清恶臭源减量过程和堆体恶臭生物控制过程功能微生物群落结构演替规律，揭示恶臭原位控制效果与功能微生物种群动力学之间的相互关系，阐明好氧堆肥过程恶臭气体原位控制机理，建立“堆肥工艺调控—高效原位除臭—功能微生物—在线监测”四位一体关系，为好氧堆肥过程恶臭污染原位控制提供理论依据。

以下结合附图1对本实用新型作进一步说明。

如附图1所示，一种好氧堆肥恶臭原位监控装置，包括好氧堆肥系统、恶臭气体原位控制系统、恶臭气体在线监测系统和堆体环境条件在线监测系统；所述的好氧堆肥系统包括相连接的微电脑时间控制器1、空气泵2、空气流量计3、底部进气阀4、底部进气口5、堆肥反应器6、反应器顶盖7、净化尾气出口8、反应器顶部净化尾气出气阀9、反应器底部出液口10、渗滤液控制阀11和渗滤液收集器12，堆肥反应器6内底部由上至下设有多孔布气板13和防渗滤液单向通气管14，多孔布气板13和防渗滤液单向通气管14相距5cm，多孔布气板13上方装填堆料15，堆料15与反应器顶盖7之间留有15～20cm空间，防渗滤液单向通气管14与堆肥反应器底部进气口5相连，堆肥反应器6和反应器顶盖7之间由法兰16连接，在堆体中心高度位置的堆肥反应器6外壁上设有3个堆肥样品取样口17，且呈平面120°夹角，堆肥反应器6外部包裹保温材料18；所述的恶臭气体原位控制系统包括相连接的气体收集缓冲器19、恶臭气体循环阀20、恶臭气泵21、恶臭气体流量计22和恶臭气体进气口23，恶臭气体进气口23与防渗滤液单向通气管14相连，恶臭气体进入堆料15得以去除；所述的恶臭气体在线监测系统包括相连接的气体收集缓冲器19、气体进样阀24、气相色谱质谱联用仪或者气体传感器25，恶臭气体浓度数据传输至电脑26进行记录和处理；所述的堆体环境条件在线监测系统包括位于堆体顶部空间的气压计27、堆体中心的温度探头28和溶解氧探头29，温度探头28与温度计30相连，溶解氧探头29与溶解氧仪31相连。

本实用新型的具体操作方式：

(1)反应器的装填、启动和调试：好氧堆肥反应器为直径0.4m的圆柱体，反应器底部设置有多孔布气板。将堆肥原料适当破碎，加入辅料、调理剂和接种物等，调节初始C/N和含水率，装填入堆肥反应器中，堆体高度为60cm左右，堆体顶部与反应器顶盖之间留有15～20cm空间。堆肥原料(如厨余垃圾、剩余污泥、园林废弃物和畜禽粪便等)、辅料(如秸秆、稻草、谷壳和生物质炭等)、初始C/N(20～30)和含水率(60～70％)等根据实验设计选定。用法兰将装填完毕的堆肥反应器和顶盖连接、封闭、检漏，并连接各种管道与有关电器设备。由微电脑时间控制器连接空气泵以控制通气时间和供气频率，同时由空气流量计控制气体的供给量(1～3×10^-3m³/s·m³)，满足好氧堆肥条件。

(2)堆体环境条件在线监控：反应器启动以后，定期监测和记录堆体内部温度和溶解氧数值，判断堆肥升温过程是否正常；定期观察反应器内部气压，确保反应器内部压力正常。

(3)渗滤液收集：打开渗滤液控制阀，堆肥过程产生的多余液体通过反应器底部出液口流入反应器下方的渗滤液收集器中。

(4)堆肥恶臭源头减排：比较C/N、含水率和通气量等不同工艺参数下恶臭气体的产生规律与动态变化特征，明确好氧堆肥过程不同工艺参数对恶臭气体释放的影响机制，从而确定恶臭气体最低释放的最佳工艺运行参数。

(5)堆肥恶臭自循环去除：关闭净化尾气出气阀，打开恶臭气体循环阀和恶臭气泵，利用气体收集缓冲器收集堆肥过程产生的气体，通过恶臭气体流量计进行流量调节后从反应器底部恶臭气体进气口通入堆肥反应器，利用堆体的生物过滤作用将恶臭去除。

(6)恶臭气体在线监测：反应器运行期间，按设定的采样时间或按需要，打开气体进样阀，使气体流入气相色谱质谱联用仪或气体传感器，进行在线监测气体成分和浓度变化，数据输入电脑进行记录和处理。

(7)生物样品采集与分析：为分析好氧堆肥恶臭气体原位控制过程堆体微生物的种群结构、活性和数量，定期采集堆肥样品。一般来讲，在堆肥反应运行的关键时间点采集。采样时，停止气泵，打开取样口，进行堆肥生物样品取样，并采用传统微生物学方法和先进的分子生物学方法实施实验分析。

(8)堆肥过程除臭效果调控：以前期实验结果为依据，分析好氧堆肥恶臭原位控制效果与功能微生物种群动力学之间的相互关系，阐明恶臭气体原位控制微生物学机理，并找到环境和生物限制因子，提出好氧堆肥恶臭气体原位控制生物生态调控策略并实施。

本实用新型提出的好氧堆肥恶臭原位监控装置，已对其具体实施方式进行了描述，本领域的技术人员明显能在不脱离本实用新型内容、精神和范围内对本文所述的装置进行改动或适当变更与组合，来实现本实用新型技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本实用新型精神、范围和内容中，均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种好氧堆肥恶臭原位监控装置，其特征在于：包括好氧堆肥系统、恶臭气体原位控制系统、恶臭气体在线监测系统和堆体环境条件在线监测系统；所述的好氧堆肥系统包括相连接的微电脑时间控制器(1)、空气泵(2)、空气流量计(3)、底部进气阀(4)、底部进气口(5)、堆肥反应器(6)、反应器顶盖(7)、净化尾气出口(8)、反应器顶部净化尾气出气阀(9)、反应器底部出液口(10)、渗滤液控制阀(11)和渗滤液收集器(12)，堆肥反应器(6)内底部由上至下设有多孔布气板(13)和防渗滤液单向通气管(14)，多孔布气板(13)和防渗滤液单向通气管(14)相距5cm，多孔布气板(13)上方装填堆料(15)，堆料(15)与反应器顶盖(7)之间留有15～20cm空间，防渗滤液单向通气管(14)与堆肥反应器底部进气口(5)相连，堆肥反应器(6)和反应器顶盖(7)之间由法兰(16)连接，在堆体中心高度位置的堆肥反应器(6)外壁上设有3个堆肥样品取样口(17)，且呈平面120°夹角，堆肥反应器(6)外部包裹保温材料(18)；所述的恶臭气体原位控制系统包括相连接的气体收集缓冲器(19)、恶臭气体循环阀(20)、恶臭气泵(21)、恶臭气体流量计(22)和恶臭气体进气口(23)，恶臭气体进气口(23)与防渗滤液单向通气管(14)相连，恶臭气体进入堆料(15)得以去除；所述的恶臭气体在线监测系统包括相连接的气体收集缓冲器(19)、气体进样阀(24)、气相色谱质谱联用仪或者气体传感器(25)，恶臭气体浓度数据传输至电脑(26)进行记录和处理；所述的堆体环境条件在线监测系统包括位于堆体顶部空间的气压计(27)、堆体中心的温度探头(28)和溶解氧探头(29)，温度探头(28)与温度计(30)相连，溶解氧探头(29)与溶解氧仪(31)相连。