一种污泥快速箱式生物干化的装置及方法

摘要

本发明公开了一种污泥快速箱式生物干化的装置及方法，属于环境保护技术领域。本发明箱式生物干化装置，采用一个或多个钢结构箱体作为污泥生物干化装置，易采用机械设备进行搬运。其中，箱体中下部设有一个栅形隔板，隔板上垫有聚酯滤布，隔板上部为生物干化区，干化区内设有测温探头，隔板下部为布气室，通过鼓风供氧系统对箱体定时鼓风。本发明还公开了一种污泥快速箱式生物干化方法，采用农业有机废弃物作为生物干化调理剂，物料经掺混、搅拌，破碎、装箱等步骤进行污泥箱式生物干化发酵。生物干化堆体温度控制在45℃-70℃之间，生物干化时间为7-10天，即可实现生物干化产品含水率在40%以下。且生物干化产品可作为园林绿化用肥等，实现污泥和有机废弃物的资源化利用。

权利要求

1.一种污泥快速生物干化的装置，其特征在于，包括：

至少一钢结构生物干化箱体（1），其中，箱体中下部设有一水平隔板（13），该水平隔板（13）将箱体内部分为位于上部分的生物干化区（3），以及位于下部分的布气室（4），生物干化区（3）和布气室（4）之间分布有气流通道；所述生物干化区（3）内设有至少一测温探头（6）；所述布气室（4）设有至少一与外界连通的通气口（7），该通气口（7）和鼓风机（9）的排气管连接；

以及，一控制设备（8），其根据测温探头（6）的温度来控制鼓风机（9）运行，其中，箱体侧面还设有保温垫层（5），该保温垫层（5）位于箱体（1）的内侧面；所述的水平隔板（13）为2

栅形隔板，该栅形隔板上设有一层滤布（14），滤布透气率在2400-3400L/m·s，透水率在2

330-350L/m·s之间；

箱体（1）长度为2.0-8.0m，宽度为1.0-3.0m，高度为1.0-2.0m；

通气口（7）通过一软管（10）和鼓风机（9）的排气管连接，所述软管为内嵌不锈钢钢丝的软管。

2.根据权利要求1所述的一种污泥快速生物干化的装置，其特征在于：箱体顶部为敞口的或设有一盖板（11），所述盖板上设有废气排出管（16）。

3.一种污泥快速箱式生物干化的方法，包括以下步骤：

1）混合物料：将脱水污泥和调理剂混合，使混合料的含水率在60%-65%之间，所述的调理剂为蘑菇土；

2）搅拌物料：将混合料搅拌，使颗粒直径小于20mm；

3）箱式生物干化：经搅拌均匀后的物料再输送至权利要求1至2任一项所述的污泥快速生物干化装置中进行干化，堆体高度控制在1.0m-1.5m之间。

4.根据权利要求3所述的一种污泥快速箱式生物干化的方法，其特征在于：步骤1）污泥和调理剂混合后，生物干化堆体中的碳氮比控制在：25:1-35:1之间。

5.根据权利要求3所述的一种污泥快速箱式生物干化的方法，其特征在于：控制生物干化堆体温度在45℃-70℃之间，生物干化时间为7-10天。

6.根据权利要求3所述的一种污泥快速箱式生物干化的方法，其特征在于：污泥快速生物干化装置的鼓风机的工作模式为间歇曝气的工作模式。

说明书

一种污泥快速箱式生物干化的装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种污泥快速箱式生物干化的装置，尤其是涉及一种强制通风以及快速的箱式生物干化处理装置。

背景技术

[0002] 据中国水网报道，截止至2011年底，我国建成运行污水处理厂3100多座，设计处理生活污水1.39亿m3/d，年产生含水量80%的污泥2000余万吨。而目前全国城镇污水处理厂的污泥只有10%左右通过堆肥技术处理处置后回用到土地、大约20%采用填埋、少量采用焚烧和建材材料等，其余大部分随意外运、简单填埋或堆放。

[0003] “十二五”期间全国城镇污泥处理处置规模将达到2500万吨/年(80%含水量)，36个重点城市污泥处理处置率达到80%，其他设市城市达70%，县城及重点镇达到30%。污泥处理处置技术路线的选择则坚持污泥土地利用为主，协同焚烧和建材利用、污泥填埋等处置方式为辅。

[0004] 焚烧投资和运行成本高，且易产生二次污染物。2007年，住房和城乡建设部颁发了《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋泥质》（CJ/T249-2007）标准，要求污泥用于混合填埋时，污泥含水率必须低于60%才能进入填埋场。因此，填埋时，仍需要做进一步干化处理。且填埋需大量的场地、运输费用和存在污染地下水的风险。而污泥生物干化是利用微生物有机物降解所产生的生物热能，通过强制鼓风等过程调控手段促进水分蒸发，从而提高干化效率、缩短干化时间。与普通的堆肥工艺相比，生物干化主要是强调快速去除物料中的水分，实现减容减量和稳定化要求，污泥生物干化法既可以解决有机废弃物污染的问题，同时产品又可以进行土地利用，起到改良土壤的效果。

[0005] 污泥生物干化在污泥中添加适量城市和农村有机固体废弃物作为调理剂，创造适宜好氧微生物生长的多孔、透气环境条件，无需外部热源，利用微生物代谢产生的热量，辅以适当通气，将污泥中水分蒸发、排除。污泥经生物干化后,达到减量化、资源化和无害化的要求。且合理利用有机废物资源，实现资源再生利用。具有节约能源、缩短干化时间、便于污泥后续处理利用等特点。

[0006] 中国专利文献CN101857470(申请号：201010183298.6)公开了一种污泥的快速堆肥化的方法，中国专利文献CN101357816A（申请号：200810013365.2）公开了“微生物快速干化污泥工艺方法及处理产物”、中国专利文CN101817699公开了“污泥生物干化的系统和方法”，中国专利文献CN101746941A(申请号：200810239356.5）公开了“一种城市污水厂脱水污泥生物干化处理方法”，上述公开的方法中添加多种生物调理剂，且需要额外添加微生物菌剂，增加了对外源添加剂的依赖。且生物干化装置体积庞大，不宜移动，不利于实现城市污泥的工业化规模处理。后者需额外添加多种碱性破解剂、调理剂和接种剂等且需要借助外部热源进行生物干化。目前的生物干化方法应用案例不多，且生物干化装置体积庞大，以砖砌或水泥铸成的槽式固定装置，无法移动，臭味严重，且多数需添加微生物菌剂并借助外部热源和翻抛或搅拌装置。

发明内容

[0007] 本发明主要解决的技术问题为：解决现有污泥干化设备能耗高，生物干化装置体积庞大，无法移动，物料密实、严重厌氧，臭味严重，且多数需添加微生物菌剂并借助外部热源和翻抛或搅拌装置的缺陷。提供一种可移动、低能耗、物料蓬松、无需翻抛和额外添加生物菌剂、可实现工业化生产的快速箱式生物干化装置和方法。

[0008] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

[0009] 技术方案一：

[0010] 一种污泥快速箱式生物干化的装置，其包括：

[0011] 至少一钢结构生物干化箱体（1），其中，箱体中下部设有一水平隔板（13），该水平隔板（13）将箱体内部分为位于上部分的生物干化区（3），以及位于下部分的布气室（4），生物干化区（3）和布气室（4）之间分布有气流通道；所述生物干化区（3）内设有至少一测温探头（6）；所述布气室（4）设有至少一与外界连通的通气口（7），该通气口（7）和鼓风机（9）的排气管连接；

[0012] 以及，一控制设备（8），其根据测温探头（6）的温度来控制鼓风机（9）运行。

[0013] 在本发明的较佳实施例中，箱体的侧面还设有保温垫层（5）。

[0014] 在本发明的较佳实施例中，箱体（1）长度为2.0-8.0m，宽度为1.0-3.0m，高度为1.0-2.0m。

[0015] 在本发明的较佳实施例中，该通气口（7）通过一软管（10）和鼓风机（9）的排气管连接，所述软管为内嵌不锈钢钢丝的软管。

[0016] 在本发明的较佳实施例中，箱体顶部为敞口的或设有一盖板（11），所述盖板上设有废气排出管（16）。

[0017] 在本发明的较佳实施例中，所述生物干化箱体的前侧设置门（2）。箱体侧面设有样品取样孔（12）。

[0018] 在本发明的较佳实施例中，所述的水平隔板（13）为栅形隔板，该栅形隔板上设有一层滤布（14）。使得布气室的气流可以通到干化区，而干化区的物料又不会掉落到布气室中。

[0019] 技术方案二：

[0020] 一种污泥快速箱式生物干化的方法，包括以下步骤：

[0021] 1）混合物料：将脱水污泥和调理剂混合，使混合料的含水率在60%-65%之间；

[0022] 2）搅拌物料：将混合料搅拌，使颗粒直径小于20mm；

[0023] 3）箱式生物干化：经搅拌均匀后的物料再输送至前述的污泥快速生物干化装置中进行干化，堆体高度控制在1.0m-1.5m之间。

[0024] 在本发明的较佳实施例中，所述的调理剂为农业有机废弃物。所述的农业有机废弃物包括食用菌培养基下脚料、烟叶渣、玉米芯、农作物秸秆等中的一种或是其混合物。

[0025] 在本发明的较佳实施例中，步骤1）污泥和调理剂混合后，生物干化堆体中的碳氮比控制在：25:1-35:1之间。

[0026] 在本发明的较佳实施例中，控制生物干化堆体温度在45℃-70℃之间，生物干化时间为7-10天。

[0027] 在本发明的较佳实施例中，污泥快速生物干化装置的鼓风机的工作模式为间歇曝气的工作模式。即先鼓风曝气一段时间后停止曝气，间隔一段时间后重新开始鼓风曝气。

[0028] 在本发明的较佳实施例中，完成堆体的装填后，对堆体进行间歇通风，通风风量为3
10-50m/min，通风间隔为：生物干化时间为1-2天时，通风1min停止20min，生物干化时间为2-4天时，通风2min停止30min,生物干化时间为4-7天时，通风1min停止30min。

[0029] 本发明生物干化装置采用钢结构长方形的箱体，体积适中，通风口采用活动接头，箱体四周采用泡沫或海绵材料进行保温，无需翻抛、搅拌和额外添加微生物菌剂，采用时间-温度反馈控制系统，尽量避免进行厌氧发酵反应，从而保证物料能充分和快速地进行生物干化，生物干化时间短，为一种全新的、高效的、可移动及产品化的处理设备。

[0030] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0031] 1、本发明生物干化装置采用钢结构长方形的箱体，体积适中，具有质地轻、耐腐蚀、抗老化、每个箱体可以互相叠加，任意移动，充分利用场地的立体空间。

[0032] 2、通风口采用活动接头来连接箱体、气管和鼓风机，搬运箱体时就不会影响气管和气路，全套设备可分置在集装箱内随时移动，便于工业化生产和运输。

[0033] 3、采用泡沫或海绵材料对箱体进行保温，保证四周温度不容易散发，有利于堆体生物干化。并防止靠近箱壁的发酵污泥因与箱体中部的发酵污泥的温度差异过大导致污泥沉降差异进而产生裂缝，易终造成发酵干化过程中布气室内的风压过小，导致发酵干化的产品质量不均匀。

[0034] 4、采用废弃的蘑菇土作等农业有机废弃物为污泥生物干化的调理剂，调整污泥含水率，有利于改善生物干化堆体的好氧生物降解条件，有效控制厌氧区域的出现，无需进行堆体翻抛，无需收集尾气进行脱臭处理，简化设施，节省投资和运行成本。不需对污泥再进行干燥脱水，来源广、易降解，可大大缩短生物干化发酵时间，从而降低生物干化成本。

[0035] 5、污泥和辅料掺混搅拌系统，可实现自动生产，并且能达到均匀混合，解决了人工混合搅拌速度慢、人工成本高、混合不均匀等问题。使后续的污泥生物干化发酵能够更充分，效率更高，节约生产成本。

[0036] 6、无需翻抛或者搅拌，降低生物干化装置能耗，避免破坏堆体的稳定性和堆体的好氧环境，从而延长生物干化周期并降低生物干化效果。同时避免翻抛后通风曝气嘴被堵住以及产生大量臭气排放。

[0037] 7、无需额外添加微生物菌剂，降低运行成本，同时避免了液态微生物菌剂带来的二次污染，以及固态菌剂细菌成活低等问题。

[0038] 8、采用时间-温度反馈控制系统，根据测温探头检测的温度值，反馈至电路控制箱，再自动调整鼓风机的工作频率，可根据需要调节生物干化物料的发酵温度，尽量避免进行厌氧发酵反应，防止发生含水率过快降低造成发酵不完全以及发酵温度过高造成孔隙率过低，进而导致部分区域布气、风压和产品质量不均匀的状况，从而保证物料能充分和快速地进行生物干化。

[0039] 9、鼓风机控制模式为间歇式控制模式，合理控制通风量，维持理想的堆体温度和好氧降解速率，可以在很好对堆体供氧的同时，快速地去除水分、减小臭气发生量和缩短生物干化周期，同时降低生物干化能耗。

[0040] 10、生物干化堆体温度在45℃-70℃之间，生物干化时间为7-10天，能有效杀灭病原菌。

[0041] 11、生物干化时间短，7-10天即可实现生物干化产品含水率在40%以下，生物干化产品可作为园林绿化用肥等，实现污泥和有机废弃物的资源化利用。

附图说明

[0042] 图1为本发明箱体的平面布置图；

[0043] 图2为本发明箱体的立体结构示意图；

[0044] 图3为本发明的剖面图；

[0045] 图4为污泥和辅料掺混系统流程图；

[0046] 图5为污泥生物干化过程含水率变化图；

[0047] 图6为污泥生物干化过程温度变化图；

[0048] 图1至3中：

[0049] 1箱体 2门 3生物干化区 4布气室 5保温层 6温度探头 7通气管8控制设备 9鼓风机 10通气软管 11顶盖 12取样孔 13栅形隔板13 14滤布 15壁板16废气排气管

具体实施方式

[0050] 具体实施方式：

[0051] 实施例1：

[0052] 参见图1，本发明的污泥快速箱式生物干化的装置，包括多个可固定或可移动的钢结构生物干化箱体1.

[0053] 参见图2和图3，该生物干化箱体1为钢结构的长方体，长宽高分别为2.5m*2.0m*1.8m。钢结构的长方体，具有质地轻、耐腐蚀、抗老化等特性，全套设备可分置在集装箱内随时移动，便于工业化生产和运输。

[0054] 箱体内部的上部分为生物干化区3，下部分为布气室4，侧面为保温垫层5。顶盖11上设置有废气排出管16（顶部也可以不设上盖11，为敞口的），箱体长度较短的一侧设有两扇对开的门17，进、出料时可开启。所述保温垫层材料为泡沫或海绵，厚度为厚度为
0.05-0.10m，并固定在钢结构上。布气室4高度为15-20cm，生物干化区5和布气室4相通。
生物干化区3和布气室4之间设有一栅形隔板13，栅形隔板13上设有一层滤布14。其中栅形隔板13的材质为钢板，钢板宽度为0.8-1.5cm，栅间距为2-8cm。滤布14材质为聚酯
2 2
滤布，滤布透气率在2400-3400L/m·s，透水率在330-350L/m·s之间。

[0055] 如图2所示，在一箱体1的右侧面上，设有三个样品取样孔12，其沿同一高度，由前向后均匀分布。样品取样孔12取样孔孔径为0.10-0.15m，取样孔的高度为距底部0.30-0.50m，平时封闭，取样时可开启。

[0056] 布气室4在侧面设置与其相通的一金属或塑料通风管7，通风管7采用活动接头（图中未示）连接一通气软管10，该通气软管10再连接到鼓风机9的出气口上。该通气软管10较佳地采用内嵌不锈钢钢丝的软管。搬运箱体1时可将活动接头、通气软管10以及鼓风机卸下，就不会影响软管10和气路。

[0057] 箱体1外还设有其控制设备8，该控制设备8控制一测温探头6，该探头6伸入生物干化区3内部；以及控制鼓风机的运行。控制设备8的工作机制是根据生物干化箱体中测温探头检测的温度值，反馈至电路控制箱，再自动调整鼓风机的工作频率，将生物干化堆体温度控制在45℃-70℃之间。所述鼓风机的供气方式为底部间歇供气方式，可为一台或3
多台鼓风机为布气室进行曝气供氧，鼓风机功率为750-3000W，通风流量14-200m/min。

[0058] 使用时，所述物料从生物干化箱体的顶部进入，产生的热水蒸汽从装置顶部排出。所述生物干化堆体温度在45℃-70℃之间，生物干化时间为7-10天，生物干化产品含水率在40%以下。

[0059] 实施例2：

[0060] 首先对厦门市某污水处理厂的脱水污泥进行采样分析，该厂主要处理生活污水（约95%以上），采用生物滤池工艺处理，剩余污泥采用阳离子混合型絮凝剂调理后离心脱水，污泥含水率在80%左右，有机质含量在50%-55%之间，pH在6.8-7.0之间。生物干化调理剂为蘑菇土，含水率约30%-35%，有机质约67%-70%，pH在7.30左右。在污水处理厂的厂房内建设箱式生物干化装置，箱体的材质为钢结构的长方形，长：2.5米、宽：2米、高1.5米，距箱体底部20厘米安装隔板作为布气室，布气室底部设有通风曝气系统，利于生物干化的通风曝气。四周采用泡沫板作为保温材料。

[0061] 参见图4，干化步骤包括：

[0062] 混合物料：污泥生物干化辅料为蘑菇土，含水率约30%-35%，作为污泥生物干化的调理剂。将脱水污泥（含水率在76%左右）和蘑菇土调理剂（含水率在30%左右）（按重量比）为7:3-5:5配比，使得物料的初始含水率控制在60%-65%之间。分别通过污泥箱式给料机和辅料给料机通过皮带输送至双轴搅拌机。所述的污泥和辅料箱式给料机通过调整和控制电机的转速来改变给料速度和出料闸门板的升降来调节污泥给料数量。通过调速电机带动管式螺旋机将物料送到皮带输送机的尾部。所述污泥给料机功率为4000W，处理量为120-300吨/时，辅料给料机功率为350W，处理量为30吨/时。

[0063] 搅拌物料：双轴搅拌机为生物干化污泥掺混搅拌系统的核心设备，进入双轴搅拌机的物料，通过双轴的交错搅拌和高速混合，被分散成均匀的颗粒，双轴搅拌机能很好解决粘性较大的污泥不易跟菌土搅拌均匀的难题，提高生产效率，达到均匀混合。所述的双轴搅拌机功率为3000瓦，处理量为1.5-2.0吨/时。

[0064] 均匀破碎：经双螺旋搅拌机混合均匀的物料经破碎机破碎后，颗粒直径小于20mm。所述破碎机结构为电动机传动的、立轴上装有双层链盘，每层链盘带有6条环链，每条环链的尾部带有链锤，物料自进料口落下时经过两层高速旋转的环链切割、撞击，达到粉碎的目的，所述的SHF型立式破碎机，功率为11kW，处理量为2.5吨/时。

[0065] 生物干化：经破碎后的物料再输送至箱式生物干化装置中，堆体高度控制在1.0m-1.5m之间，堆体的形式对供氧效果有明显影响。堆体过高会导致自压实严重，难以保持堆体纵向疏松度的均匀性，且靠近低端通风口处物料越密实，通风口堵塞越严重，难以保证供氧均匀。因此，箱式生物干化装置高度宜采用1.5-2.0m，这个高度也和废弃工业集装箱的高度类似，不会造成对废弃集装箱的改装成本的大幅增加。

[0066] 生物干化过程采用时间-温度控制系统进行控制，该时间-温度控制系统包括一个或多个测温探头，且生物干化堆体温度在45℃-70℃之间。

[0067] 鼓风供氧：完成堆体的装填后，对堆体底部进行间歇通风，便于工业化运行生产，尤其便于物料的装卸。通过合理控制通风量，维持理想的堆体温度和好氧降解速率，可以在很好对堆体供氧的同时，快速地去除水分、减小臭气发生量和缩短生物干化周期，同时降低生物干化能耗。鼓风控制系统包括电路控制箱、鼓风机和通风管道。鼓风机通过内嵌不锈钢钢丝的软管、金属进气管与布气室连通。软管直径8-15cm；金属进气管直径8-15cm。鼓风机的供气方式底部供气，可为一台或多台鼓风机为布气室进行曝气和供氧，鼓风机功率3
为750-3000W，通风流量14-200m/min，通风间隔为生物干化时间为1-2天时，通风1min停止20min，生物干化时间为2-4天时，通风2min停止30min,生物干化时间为4-7天时，通风
1min停止30min。在实验过程中通过不断调节通风量和通风时间，向箱体供气层补充氧气，来满足生物干化过程中对氧气的需要，使生物发酵维持在较理想的状态。

[0068] 在本实施例中，所述辅料采用蘑菇土，含水率约30%-35%，有机质约67%-70%，采用立式破碎机破碎后的蘑菇土长约5到50mm，宽和高各约1到3mm。pH为7.0-7.5。所述的污泥和蘑菇土的最佳配比为7:3，使得生物干化堆体中的碳氮比在：25:1-35:1之间，物料初始含水率控制在60%-65%之间。

[0069] 在箱体中投入1.5吨湿污泥，含水率在80%-82%，加入蘑菇土0.64吨，蘑菇土含水3
率25%-30%.之间，生物干化过程中采用鼓风机进行强制通风，风量14-200m/min，通风间隔为生物干化时间为1-2天时，通风1min停止20min，生物干化时间为2-4天时，通风2min停止30min,生物干化时间为7-10天时，通风1min停止30min。生物干化温度45-70℃，并连续持续5天以上。生物期间每天监测生物干化的温度、含水率，pH的变化情况，如图5和图
6所示。7-10天生物干化结束后，对生物干化物料进行各项理化指标的检测，结果如下：

[0070] 总氮（以N计）：2.61%，总磷（以P2O5计）：3.63%，钾（以K2O计）：0.6%，总养分：6.84%，镍：17.4mg/kg，镉：1.94mg/kg，锌：555mg/kg，铜：92mg/kg，铬：45.1mg/kg，铅：32.0mg/kg，砷：3.55mg/kg，汞：3.474mg/kg，含水率：37.91%，有机质（以干基计）：42.4%，有机物：63.5%，pH：6.3。

[0071] 实施例3：

[0072] 生物干化产品在位于龙海市榜山镇北溪头村台湾北蕉种植项目的应用中，每株每次施用生物干化产品重量为250g-1000g之间。随着生物干化产品施用量的增加，香蕉的株高、茎围和有效叶片数有不同程度的提高。施用生物干化污泥中后期能保持较多的绿叶数，株高增高，茎围增粗，有利于香蕉的生长。合理施用生物干化产品的香蕉果实的重金属含量均低于国家食品卫生标准。

[0073] 表1施用不同量的香蕉重金属含量（mg/kg）

[0074]

[0075] 上述仅为本发明的一些具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，本发明还可以有一些变形，例如：污泥生物干化辅料可为蘑菇土，也可循环上批生物干化产品作为调理剂，以节省蘑菇土用量。生物干化箱体规格可在长度为2.0～8.0m，宽度为1.0～3.0m，高度为1.0～2.0m范围，可根据污泥生物干化处理量进行灵活调整，另箱体设计可为方型或圆型，也可直接利用废弃的集装箱进行改造，或增加除臭装置或滤布反冲洗装置，以改善生物干化环境和提高自动化程度等。凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。