專利名稱：一種污泥快速箱式生物干化的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種污泥快速箱式生物干化的裝置，尤其是涉及ー種強制通風以及快速的箱式生物干化處理裝置。
背景技術：
據中國水網報道，截止至2011年底，我國建成運行污水處理廠3100多座，設計處理生活污水I. 39億m3/d，年產生含水量80%的污泥2000余萬噸。而目前全國城鎮污水處理廠的污泥只有10%左右通過堆肥技術處理處置后回用到土地、大約20%采用填埋、少量采用焚燒和建材材料等，其余大部分隨意外運、簡單填埋或堆放。“十二五”期間全國城鎮污泥處理處置規模將達到2500萬噸/年(80%含水量)，36個重點城市污泥處理處置率達到80%，其他設市城市達70%，縣城及重點鎮達到30%。污泥處理處置技術路線的選擇則堅持污泥土地利用為主，協同焚燒和建材利用、污泥填埋等處置方式為輔。焚燒投資和運行成本高，且易產生二次污染物。2007年，住房和城鄉建設部頒發了《城鎮污水處理廠污泥處置混合填埋泥質》(CJ/T249-2007)標準，要求污泥用于混合填埋時，污泥含水率必須低于60%才能進入填埋場。因此，填埋時，仍需要做進ー步干化處理。且填埋需大量的場地、運輸費用和存在污染地下水的風險。而污泥生物干化是利用微生物有機物降解所產生的生物熱能，通過強制鼓風等過程調控手段促進水分蒸發，從而提高干化效率、縮短干化時間。與普通的堆肥エ藝相比，生物干化主要是強調快速去除物料中的水分，實現減容減量和穩定化要求，污泥生物干化法既可以解決有機廢棄物污染的問題，同時產品又可以進行土地利用，起到改良土壌的效果。污泥生物干化在污泥中添加適量城市和農村有機固體廢棄物作為調理劑，創造適宜好氧微生物生長的多孔、透氣環境條件，無需外部熱源，利用微生物代謝產生的熱量，輔以適當通氣，將污泥中水分蒸發、排除。污泥經生物干化后，達到減量化、資源化和無害化的要求。且合理利用有機廢物資源，實現資源再生利用。具有節約能源、縮短干化時間、便于污泥后續處理利用等特點。中國專利文獻CN101857470(申請號201010183298. 6)公開了ー種污泥的快速堆肥化的方法，中國專利文獻CN101357816A (申請號200810013365. 2)公開了“微生物快速干化污泥エ藝方法及處理產物”、中國專利文CN101817699公開了 “污泥生物干化的系統和方法”，中國專利文獻CN101746941A(申請號200810239356. 5)公開了“ー種城市污水廠脫水污泥生物干化處理方法”，上述公開的方法中添加多種生物調理劑，且需要額外添加微生物菌劑，増加了對外源添加劑的依賴。且生物干化裝置體積龐大，不宣移動，不利于實現城市污泥的エ業化規模處理。后者需額外添加多種堿性破解劑、調理劑和接種劑等且需要借助外部熱源進行生物干化。目前的生物干化方法應用案例不多，且生物干化裝置體積龐大，以磚砌或水泥鑄成的槽式固定裝置，無法移動，臭味嚴重，且多數需添加微生物菌劑并借助外部熱源和翻拋或攪拌裝置。
發明內容
本發明主要解決的技術問題為解決現有污泥干化設備能耗高，生物干化裝置體積龐大，無法移動，物料密實、嚴重厭氧，臭味嚴重，且多數需添加微生物菌劑并借助外部熱源和翻拋或攪拌裝置的缺陷。提供ー種可移動、低能耗、物料蓬松、無需翻拋和額外添加生物菌劑、可實現エ業化生產的快速箱式生物干化裝置和方法。為實現上述目的，本發明的技術方案如下技術方案一一種污泥快速箱式生物干化的裝置，其包括至少ー鋼結構生物干化箱體(1)，其中，箱體中下部設有一水平隔板(13)，該水平隔板(13)將箱體內部分為位于上部分的生物干化區(3)，以及位于下部分的布氣室(4)，生物干化區(3)和布氣室(4)之間分布有氣流通道；所述生物干化區(3)內設有至少ー測溫探頭(6);所述布氣室(4)設有至少一與外界連通的通氣ロ(7)，該通氣ロ(7)和鼓風機(9)的排氣管連接；以及，ー控制設備(8)，其根據測溫探頭(6)的溫度來控制鼓風機(9)運行。在本發明的較佳實施例中，箱體的側面還設有保溫墊層(5 )。在本發明的較佳實施例中，箱體(I)長度為2. 0-8. 0m，寬度為I. 0-3. Om，高度為
I.O-2. Om0在本發明的較佳實施例中，該通氣ロ(7)通過ー軟管(10)和鼓風機(9)的排氣管連接，所述軟管為內嵌不銹鋼鋼絲的軟管。在本發明的較佳實施例中，箱體頂部為敞ロ的或設有ー蓋板(11)，所述蓋板上設有廢氣排出管(16)。在本發明的較佳實施例中，所述生物干化箱體的前側設置門(2)。箱體側面設有樣品取樣孔(12)。在本發明的較佳實施例中，所述的水平隔板(13)為柵形隔板，該柵形隔板上設有一層濾布(14)。使得布氣室的氣流可以通到干化區，而干化區的物料又不會掉落到布氣室中。技術方案ニ一種污泥快速箱式生物干化的方法，包括以下步驟 I)混合物料將脫水污泥和調理劑混合，使混合料的含水率在60%_65%之間；2)攪拌物料將混合料攪拌,使顆粒直徑小于20mm ；3)箱式生物干化經攪拌均勻后的物料再輸送至前述的污泥快速生物干化裝置中進行干化，堆體高度控制在I. Om-1. 5m之間。在本發明的較佳實施例中，所述的調理劑為農業有機廢棄物。所述的農業有機廢棄物包括食用菌培養基下腳料、煙葉渣、玉米芯、農作物秸桿等中的一種或是其混合物。在本發明的較佳實施例中，步驟I)污泥和調理劑混合后，生物干化堆體中的碳氮比控制在25:1-35:1之間。在本發明的較佳實施例中，控制生物干化堆體溫度在45°C -70°C之間，生物干化時間為7-10天。
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在本發明的較佳實施例中，污泥快速生物干化裝置的鼓風機的工作模式為間歇曝氣的工作模式。即先鼓風曝氣一段時間后停止曝氣，間隔一段時間后重新開始鼓風曝氣。在本發明的較佳實施例中，完成堆體的裝填后，對堆體進行間歇通風，通風風量為10-50m3/min,通風間_為生物干化時間為1_2天時,通風Imin停止20min,生物干化時間為2-4天時,通風2min停止30min,生物干化時間為4_7天時,通風Imin停止30min。本發明生物干化裝置采用鋼結構長方形的箱體，體積適中，通風ロ采用活動接頭，箱體四周采用泡沫或海綿材料進行保溫，無需翻拋、攪拌和額外添加微生物菌劑，采用時間-溫度反饋控制系統，盡量避免進行厭氧發酵反應，從而保證物料能充分和快速地進行生物干化，生物干化時間短，為ー種全新的、高效的、可移動及產品化的處理設備。與現有技術相比，本發明的有益效果是I、本發明生物干化裝置采用鋼結構長方形的箱體，體積適中，具有質地輕、耐腐蝕、抗老化、每個箱體可以互相疊加，任意移動，充分利用場地的立體空間。2、通風ロ采用活動接頭來連接箱體、氣管和鼓風機，搬運箱體時就不會影響氣管和氣路，全套設備可分置在集裝箱內隨時移動，便于エ業化生產和運輸。3、采用泡沫或海綿材料對箱體進行保溫，保證四周溫度不容易散發，有利于堆體生物干化。并防止靠近箱壁的發酵污泥因與箱體中部的發酵污泥的溫度差異過大導致污泥沉降差異進而產生裂縫，易終造成發酵干化過程中布氣室內的風壓過小，導致發酵干化的產品質量不均勻。4、采用廢棄的蘑菇土作等農業有機廢棄物為污泥生物干化的調理劑，調整污泥含水率，有利于改善生物干化堆體的好氧生物降解條件，有效控制厭氧區域的出現，無需進行堆體翻拋，無需收集尾氣進行脫臭處理，簡化設施，節省投資和運行成本。不需對污泥再進行干燥脫水，來源廣、易降解，可大大縮短生物干化發酵時間，從而降低生物干化成本。5、污泥和輔料摻混攪拌系統，可實現自動生產，并且能達到均勻混合，解決了人工混合攪拌速度慢、人工成本高、混合不均勻等問題。使后續的污泥生物干化發酵能夠更充分，效率更高，節約生產成本。6、無需翻拋或者攪拌，降低生物干化裝置能耗，避免破壞堆體的穩定性和堆體的好氧環境，從而延長生物干化周期并降低生物干化效果。同時避免翻拋后通風曝氣嘴被堵住以及產生大量臭氣排放。7、無需額外添加微生物菌劑，降低運行成本，同時避免了液態微生物菌劑帶來的二次污染，以及固態菌劑細菌成活低等問題。8、采用時間-溫度反饋控制系統，根據測溫探頭檢測的溫度值，反饋至電路控制箱，再自動調整鼓風機的工作頻率，可根據需要調節生物干化物料的發酵溫度，盡量避免進行厭氧發酵反應，防止發生含水率過快降低造成發酵不完全以及發酵溫度過高造成孔隙率過低，進而導致部分區域布氣、風壓和產品質量不均勻的狀況，從而保證物料能充分和快速地進行生物干化。9、鼓風機控制模式為間歇式控制模式，合理控制通風量，維持理想的堆體溫度和好氧降解速率，可以在很好對堆體供氧的同時，快速地去除水分、減小臭氣發生量和縮短生物干化周期，同時降低生物干化能耗。10、生物干化堆體溫度在45°C _70°C之間，生物干化時間為7_10天，能有效殺滅病原菌。11、生物干化時間短，7-10天即可實現生物干化產品含水率在40%以下，生物干化產品可作為園林緑化用肥等，實現污泥和有機廢棄物的資源化利用。
設備916廢氣排氣管
圖I為本發明箱體的平面布置圖2為本發明箱體的立體結構示意圖3為本發明的剖面圖4為污泥和輔料摻混系統流程圖5為污泥生物干化過程含水率變化圖6為污泥生物干化過程溫度變化圖I至3中
I箱體2門3生物干化區4布氣室5保溫層6溫度探頭鼓風機10通氣軟管11頂蓋12取樣孔13柵形隔板13
7通氣管8控制14濾布15壁板
具體實施例方式
具體實施例方式實施例I :參見圖I，本發明的污泥快速箱式生物干化的裝置，包括多個可固定或可移動的鋼結構生物干化箱體I.參見圖2和圖3，該生物干化箱體I為鋼結構的長方體，長寬高分別為
2.5m*2. 0m*I. 8m。鋼結構的長方體,具有質地輕、耐腐蝕、抗老化等特性,全套設備可分置在集裝箱內隨時移動，便于エ業化生產和運輸。箱體內部的上部分為生物干化區3，下部分為布氣室4，側面為保溫墊層5。頂蓋11上設置有廢氣排出管16 (頂部也可以不設上蓋11，為敞ロ的)，箱體長度較短的ー側設有兩扇對開的門17，進、出料時可開啟。所述保溫墊層材料為泡沫或海綿，厚度為厚度為
O.05-0. IOm,并固定在鋼結構上。布氣室4高度為15_20cm，生物干化區5和布氣室4相通。生物干化區3和布氣室4之間設有一柵形隔板13，柵形隔板13上設有ー層濾布14。其中柵形隔板13的材質為鋼板，鋼板寬度為O. 8-1. 5cm,柵間距為2_8cm。濾布14材質為聚酯濾布，濾布透氣率在2400-3400L/m2 · s，透水率在330_350L/m2 · s之間。如圖2所示，在一箱體I的右側面上，設有三個樣品取樣孔12，其沿同一高度，由前向后均勻分布。樣品取樣孔12取樣孔孔徑為O. 10-0. 15m，取樣孔的高度為距底部
O.30-0. 50m，平時封閉，取樣時可開啟。布氣室4在側面設置與其相通的一金屬或塑料通風管7，通風管7采用活動接頭(圖中未示)連接一通氣軟管10，該通氣軟管10再連接到鼓風機9的出氣口上。該通氣軟管10較佳地采用內嵌不銹鋼鋼絲的軟管。搬運箱體I時可將活動接頭、通氣軟管10以及鼓風機卸下，就不會影響軟管10和氣路。箱體I外還設有其控制設備8，該控制設備8控制ー測溫探頭6，該探頭6伸入生
6物干化區3內部；以及控制鼓風機的運行。控制設備8的工作機制是根據生物干化箱體中測溫探頭檢測的溫度值，反饋至電路控制箱，再自動調整鼓風機的工作頻率，將生物干化堆體溫度控制在45°C -70°C之間。所述鼓風機的供氣方式為底部間歇供氣方式，可為一臺或多臺鼓風機為布氣室進行曝氣供氧，鼓風機功率為750-3000W，通風流量14-200m3/min。使用時，所述物料從生物干化箱體的頂部進入，產生的熱水蒸汽從裝置頂部排出。所述生物干化堆體溫度在45°C -70°C之間，生物干化時間為7-10天，生物干化產品含水率在40%以下。實施例2 首先對廈門市某污水處理廠的脫水污泥進行采樣分析，該廠主要處理生活污水(約95%以上)，采用生物濾池エ藝處理，剰余污泥采用陽離子混合型絮凝劑調理后離心脫水，污泥含水率在80%左右，有機質含量在50%-55%之間，pH在6. 8-7. O之間。生物干化調理劑為蘑菇土，含水率約30%-35%，有機質約67%-70%，pH在7. 30左右。在污水處理廠的廠房內建設箱式生物干化裝置，箱體的材質為鋼結構的長方形，長2. 5米、寬2米、高I. 5米，距箱體底部20厘米安裝隔板作為布氣室，布氣室底部設有通風曝氣系統，利于生物干化的通風曝氣。四周采用泡沫板作為保溫材料。參見圖4，干化步驟包括混合物料污泥生物干化輔料為蘑菇土，含水率約30%_35%，作為污泥生物干化的調理劑。將脫水污泥(含水率在76%左右)和蘑菇土調理劑(含水率在30%左右)(按重量比)為7:3-5:5配比，使得物料的初始含水率控制在60%-65%之間。分別通過污泥箱式給料機和輔料給料機通過皮帶輸送至雙軸攪拌機。所述的污泥和輔料箱式給料機通過調整和控制電機的轉速來改變給料速度和出料閘門板的升降來調節污泥給料數量。通過調速電機帶動管式螺旋機將物料送到皮帶輸送機的尾部。所述污泥給料機功率為4000W，處理量為120-300噸/吋，輔料給料機功率為350W，處理量為30噸/吋。攪拌物料雙軸攪拌機為生物干化污泥摻混攪拌系統的核心設備，進入雙軸攪拌機的物料，通過雙軸的交錯攪拌和高速混合，被分散成均勻的顆粒，雙軸攪拌機能很好解決粘性較大的污泥不易跟菌土攪拌均勻的難題，提高生產效率，達到均勻混合。所述的雙軸攪拌機功率為3000瓦，處理量為I. 5-2. O噸/時。均勻破碎經雙螺旋攪拌機混合均勻的物料經破碎機破碎后，顆粒直徑小于20mm。所述破碎機結構為電動機傳動的、立軸上裝有雙層鏈盤，每層鏈盤帶有6條環鏈，每條環鏈的尾部帶有鏈錘，物料自進料ロ落下時經過兩層高速旋轉的環鏈切割、撞擊，達到粉碎的目的，所述的SHF型立式破碎機，功率為llkW，處理量為2. 5噸/吋。生物干化經破碎后的物料再輸送至箱式生物干化裝置中，堆體高度控制在
I.Om-1. 5m之間，堆體的形式對供氧效果有明顯影響。堆體過高會導致自壓實嚴重，難以保持堆體縱向疏松度的均勻性，且靠近低端通風ロ處物料越密實，通風ロ堵塞越嚴重，難以保證供氧均勻。因此，箱式生物干化裝置高度宜采用I. 5-2. 0m，這個高度也和廢棄エ業集裝箱的高度類似，不會造成對廢棄集裝箱的改裝成本的大幅増加。生物干化過程采用時間-溫度控制系統進行控制，該時間-溫度控制系統包括一個或多個測溫探頭，且生物干化堆體溫度在45°C -70°C之間。鼓風供氧完成堆體的裝填后，對堆體底部進行間歇通風，便于ェ業化運行生產，
7尤其便干物料的裝卸。通過合理控制通風量，維持理想的堆體溫度和好氧降解速率，可以在很好對堆體供氧的同時，快速地去除水分、減小臭氣發生量和縮短生物干化周期，同時降低生物干化能耗。鼓風控制系統包括電路控制箱、鼓風機和通風管道。鼓風機通過內嵌不銹鋼鋼絲的軟管、金屬進氣管與布氣室連通。軟管直徑8-15cm;金屬進氣管直徑8-15cm。鼓風機的供氣方式底部供氣，可為一臺或多臺鼓風機為布氣室進行曝氣和供氧，鼓風機功率為750-3000W，通風流量14-200m3/min，通風間隔為生物干化時間為1_2天時，通風Imin停止20min,生物干化時間為2_4天時,通風2min停止30min,生物干化時間為4_7天時,通風Imin停止30min。在實驗過程中通過不斷調節通風量和通風時間，向箱體供氣層補充氧氣，來滿足生物干化過程中對氧氣的需要，使生物發酵維持在較理想的狀態。在本實施例中，所述輔料采用蘑菇土，含水率約30%_35%，有機質約67%_70%，采用立式破碎機破碎后的蘑菇土長約5到50mm，寬和高各約I到3mm。pH為7. 0-7. 5。所述的污泥和蘑菇土的最佳配比為7:3，使得生物干化堆體中的碳氮比在25:1-35:1之間，物料初始含水率控制在60%-65%之間。在箱體中投入I. 5噸濕污泥，含水率在80%_82%，加入蘑菇土 O. 64噸，蘑菇土含水率25%-30%.之間，生物干化過程中采用鼓風機進行強制通風，風量14-200m3/min，通風間隔為生物干化時間為1-2天時,通風Imin停止20min,生物干化時間為2_4天時,通風2min停止30min,生物干化時間為7_10天時,通風Imin停止30min。生物干化溫度45_70°C,并連續持續5天以上。生物期間每天監測生物干化的溫度、含水率，pH的變化情況，如圖5和圖6所示。7-10天生物干化結束后，對生物干化物料進行各項理化指標的檢測，結果如下總氮(以N if) 2. 61%，總磷(以 P2O5 if) 3. 63%，鉀(以 K2O if) O. 6%，總養分6. 84%，鎳17. 4mg/kg,鎘1. 94mg/kg,鋅555mg/kg,銅92mg/kg,鉻45. lmg/kg,鉛32. Omg/kg,神3. 55mg/kg,汞3. 474mg/kg,含水率37. 91%，有機質(以干基計)42. 4%，有機物63. 5%，pH 6. 3。實施例3:生物干化產品在位于龍海市榜山鎮北溪頭村臺灣北蕉種植項目的應用中，每株每次施用生物干化產品重量為250g_1000g之間。隨著生物干化產品施用量的増加，香蕉的株高、莖圍和有效葉片數有不同程度的提高。施用生物干化污泥中后期能保持較多的綠葉數，株高增高，莖圍增粗，有利于香蕉的生長。合理施用生物干化產品的香蕉果實的重金屬含量均低于國家食品衛生標準。表I施用不同量的香蕉重金屬含量(mg/kg)
權利要求
1.一種污泥快速生物干化的裝置，其特征在于，包括 至少ー鋼結構生物干化箱體(1)，其中，箱體中下部設有一水平隔板(13)，該水平隔板(13)將箱體內部分為位于上部分的生物干化區(3)，以及位于下部分的布氣室(4)，生物干化區(3)和布氣室(4)之間分布有氣流通道；所述生物干化區(3)內設有至少ー測溫探頭(6);所述布氣室(4)設有至少一與外界連通的通氣ロ(7)，該通氣ロ(7)和鼓風機(9)的排氣管連接； 以及，ー控制設備(8)，其根據測溫探頭(6)的溫度來控制鼓風機(9)運行。
2.根據權利要求I所述的ー種污泥快速生物干化的裝置，其特征在于箱體側面還設有保溫墊層(5)。
3.根據權利要求I所述的ー種污泥快速生物干化的裝置，其特征在于箱體頂部為敞ロ的或設有ー蓋板(11)，所述蓋板上設有廢氣排出管(16 )。
4.根據權利要求I所述的ー種污泥快速生物干化的裝置，其特征在于所述的水平隔板(13)為柵形隔板，該柵形隔板上設有ー層濾布(14)。
5.根據權利要求I所述的ー種污泥快速生物干化的裝置，其特征在于該通氣ロ(7)通過ー軟管(10)和鼓風機(9)的排氣管連接，所述軟管為內嵌不銹鋼鋼絲的軟管。
6.一種污泥快速箱式生物干化的方法，包括以下步驟 O混合物料將脫水污泥和調理劑混合，使混合料的含水率在60%-65%之間； 2)攪拌物料將混合料攪拌,使顆粒直徑小于20mm； 3)箱式生物干化經攪拌均勻后的物料再輸送至權利要求I至五任一項所述的污泥快速生物干化裝置中進行干化，堆體高度控制在I. Om-1. 5m之間。
7.根據權利要求6所述的ー種污泥快速箱式生物干化的方法，其特征在于步驟I)所述的調理劑為農業有機廢棄物。
8.根據權利要求6所述的ー種污泥快速箱式生物干化的方法，其特征在于步驟I)污泥和調理劑混合后，生物干化堆體中的碳氮比控制在25:1-35:1之間。
9.根據權利要求6所述的ー種污泥快速箱式生物干化的方法，其特征在于控制生物干化堆體溫度在45°C _70°C之間，生物干化時間為7-10天。
10.根據權利要求6所述的ー種污泥快速箱式生物干化的方法，其特征在于污泥快速生物干化裝置的鼓風機的工作模式為間歇曝氣的工作模式。
全文摘要
本發明公開了一種污泥快速箱式生物干化的裝置及方法，屬于環境保護技術領域。本發明箱式生物干化裝置，采用一個或多個鋼結構箱體作為污泥生物干化裝置，易采用機械設備進行搬運。其中，箱體中下部設有一個柵形隔板，隔板上墊有聚酯濾布，隔板上部為生物干化區，干化區內設有測溫探頭，隔板下部為布氣室，通過鼓風供氧系統對箱體定時鼓風。本發明還公開了一種污泥快速箱式生物干化方法，采用農業有機廢棄物作為生物干化調理劑，物料經摻混、攪拌，破碎、裝箱等步驟進行污泥箱式生物干化發酵。生物干化堆體溫度控制在45℃-70℃之間，生物干化時間為7-10天，即可實現生物干化產品含水率在40%以下。且生物干化產品可作為園林綠化用肥等，實現污泥和有機廢棄物的資源化利用。
文檔編號C02F11/02GK102910790SQ20121015033
公開日2013年2月6日 申請日期2012年5月15日 優先權日2012年5月15日
發明者劉美齡, 謝小明, 戴蘭華, 黃珍藝, 陳向強, 張榮海, 吳偉, 余淑蓉, 謝小青 申請人:廈門水務中環污水處理有限公司