污泥好氧机械堆肥方法及动态滚筒堆肥装置

摘要

污泥好氧机械堆肥方法及动态滚筒堆肥装置，为解决目前存在的堆肥条件不好控制，不易于自动化连续操作，堆肥时间较长，有严重的二次污染等问题而设计的，本发明经堆料前处理和动态好氧机械堆肥处理两大步骤及自制堆肥用复合调理剂与原始污泥按给定重量百分比及含水率要求进行混合、粉碎；再利用自制的专用动态滚筒堆肥装置进行翻堆、通风以及渗滤液收集和循环利用，堆肥发酵7－8天即可。在堆肥过程中装置内堆料无粘结或成块等现象，成功将发酵仓内堆体温度迅速升至55℃并能维持在3天以上，C/N值从9.57升至11.49。可见本发明完全达到了污泥堆肥要求。特点及有益效果：堆肥周期短，质量好，不产生二次污染；易于实现自动化连续操作，能耗低，降低了堆肥成本。这对实现城市污泥无害化、资源化起到了极大的推动作用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种堆肥方法及装置，尤其涉及一种污泥快速好氧机械堆肥方法和动态滚筒堆肥装置。本发明以城市污水处理过程中所产生的污泥为主要原料，并通过动态滚筒堆肥装置制备有机肥。属于环保应用技术领域。

背景技术

近年来随着我国经济和城市化发展进程的加快，公众对环境质量要求的日渐提高，使我国城市污水处理程度和处理规模与日俱增。在城市污水处理过程中，一般会产生占污水体积0.02％的城市污泥，因此作为污水处理产物的城市污泥量也势必迅速增加。目前全世界污水处理厂年产干污泥量已超过1亿t，预计未来十年内，我国每年将产生干污泥540万吨(含水率为80％污泥约2700万吨)。一方面，污泥的任意堆放占用大量土地，并可能造成二次污染；另一方面，污泥中的许多有益成分不善加利用又造成资源浪费。因此，如何将产量大、成分复杂的污泥合理处置利用以避免二次污染并创造经济价值便成为今后我国创建节约型社会、实现可持续发展进程中一个前景广阔的发展方向。

由于污泥中含有大量的有机质，且氮、磷等养分含量也很丰富，所以污泥通过微生物发酵使之成为可被植物利用的养料已成为污泥处理处置方法中一条非常具有前景的选择。传统的堆肥是采用作物的剩余物如秸秆、稻壳和动物排泄物混合堆肥以做田地肥料的做法，但是这种堆肥方法有周期长，产品肥效不理想，有恶臭等缺点。现代的堆肥化过程就是从这种传统的堆肥方式发展而来的，最早的用于混合固体原料的堆肥方法是由印度的爱德华·霍华德在1925年提出的，通常也把这种方法称为班加罗法(BangaloreProcess)。1931年，荷兰VAW公司对班加罗法进行了改进，主要是在搅拌方法上采用起重抓斗车翻堆。几乎在同一时间，德国的Schweinfurt和瑞士的Biel采用了固定式固定床方法堆肥且都取得较显著效果。20世纪30年代，开始采用机械连续生产，在丹麦出现了Drano(丹诺)堆肥装置。1949年美国发明了弗兰泽法。德国Southern Water公司自1978年开始研究稻草、秸秆、垃圾与污泥混合堆肥。八十年代，堆肥处理研究很活跃，有许多混合堆肥研究，并将堆肥成品用于农业和林业。美国M.S.Finstein等人研究了污泥堆肥过程中温度与热量的相互关系、通风情况、控制过程及其评价和监测堆肥过程的方法。日本的H.kubota等对堆肥工艺进行了系统研究，并提出了腐熟度的判别标准，V.Mckinley等对堆肥微生物进行了研究。九十年代初，德国Sever公司、Brackett Polson公司和Southern Water的Horsham污水处理厂为降低堆肥成本进行了纯污泥堆肥，1994年取得了满意效果。目前，国外污泥堆肥研究已较广泛，并有工程实际应用，一些国家还实现了商品化生产。根据1996年统计，美国大约有100座污泥堆肥厂运行；在欧洲约有50座堆肥厂，每年生产20万吨堆肥产品。我国在垃圾堆肥技术方面，八十年代同济大学等单位进行了较为深入的研究；近些年来，在天津、上海、无锡、北京等地建立了规模不等的城市垃圾堆肥厂。目前，我国垃圾堆肥技术的应用正在由静态发酵向高温快速动态发酵转变。

现今国内外污泥好氧堆肥技术的发展方向和重点都是在反应器连续化堆肥方式上。其他堆肥方式，如条垛式翻堆堆肥方式已经被欧美国家在上个世纪70年代所放弃，原因是堆肥条件不好控制，堆肥时间较长，对大型污水处理厂来说需要大量的空余土地，产生渗滤液，有严重的二次污染问题，不能实现自动化操作，操作人员需与污泥接触。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的堆肥条件不好控制，堆肥时间较长，有二次污染问题以及不易于实现自动化连续化操作等不足，提供一种快速污泥好氧机械堆肥方法及动态滚筒堆肥装置，该堆肥方法是通过下述步骤实现的：

堆料前处理

1)堆肥用复合调理剂的制备

取占堆料总重量百分比为1％-2％的秸秆、重量百分比3％-5％的晒干污泥和重量百分比占6％-8％的堆肥成品；堆肥前，按上述比例将秸秆、晒干污泥和堆肥成品平铺于户外晾晒；晾晒后，秸秆含水率约为0.5％，晒干污泥含水率约为4.3％，堆肥成品含水率约为28％；再进行粉碎、混合制得堆肥用复合调理剂待用；

堆料准备

取占堆料总重量百分比为85％-90％的原始污泥，其含水率约为80％，再将原始污泥和堆肥用复合调理剂混合，搅拌至颗粒均匀且粒径≤10mm待用；

动态好氧机械堆肥处理

利用动态滚筒堆肥装置进行动态好氧机械堆肥的实现步骤：

1)填充堆料

将经过堆料前处理的堆肥原料，按发酵仓容量的70％通过进料口均匀填充至发酵仓，在填料的同时打开空气泵通风；

2)翻堆

每次通气前转动滚筒一次，并使每次翻堆后发酵仓顶部和底部位置转换180°；翻堆周期4s/r，3.5r/次，1次/h；

3)通风

采用间歇式强制通风方式，翻堆后即开始通风，通风周期为1h，每周期通风15min停45min，通风量0.08-0.10m³/min；

4)渗滤液收集和循环喷淋

通过发酵仓和仓壁导流槽随时导出渗滤液至积液储罐，当渗滤液收集至设定量时可开启压缩泵，并通过搅拌叶片轴心管的喷淋孔喷淋回发酵仓，以实现渗滤液的回收；

按照翻堆、通风步骤中对时间周期的要求重复进行，动态好氧机械堆肥的发酵周期为7-8天。

污泥好氧机械堆肥方法中使用的动态滚筒堆肥装置主要由发酵仓，搅拌器、进料口和出料口以及通风系统组成，所述发酵仓为卧式倾斜滚筒，其轴向与支架水平面呈10°夹角；其筒壁为双层，双层间为保温板夹层；在滚筒高端一侧装有滚筒双向驱动装置；所述通风系统主要由两通风管、排风口、外管路和空气压缩泵组成，两通风管轴对称固定在发酵仓低端的侧壁上；两根通风管在朝向搅拌器轴心方向一侧设有一排透气孔，其中一根为进气管，穿过滚筒内壁开孔通过软管连接于仓外的空气压缩泵；另一根为排气管，穿过滚筒内壁开孔通过软管直接与仓外相通；该装置还包括渗滤液收集循环喷淋系统，所述渗滤液收集循环喷淋系统主要由两导流槽、外管路、积液储罐、压缩泵和喷淋管组成；所述两导流槽凹进发酵仓壁夹层内，并与搅拌器轴向平行对称，槽的截面为等腰三角形，并分别与置于其中的两通风管相互平行、位置相应，在相应的通风管与导流槽之间留有间距；其中一条导流槽通过发酵仓低端侧壁，经软管连接于仓外的渗滤液储罐，另一条导流槽经侧壁与温度计连接；所述积液储罐内设有压缩泵，通过软管连接到搅拌器轴心处的空心喷淋管上；所述空心喷淋管上设有一组透气孔。

本发明的特点及有益效果：采用自制的低成本复合调理剂、独特的滚筒叶片搅拌发酵仓、小功率间歇通风系统以及渗滤液自动回收和循环喷淋设计，开发了一种能够实现堆体内快速升温，成本低廉，显著降低能耗的污泥好氧机械堆肥方法及动态滚筒堆肥装置。

不仅解决了以往堆肥周期较长、堆肥物料易粘结成块影响堆肥质量、产生渗滤液有氮流失和二次污染、需要大量的空余土地、以及不能实现连续自动化操作等问题，还显著降低了能耗，降低堆肥的成本，对实现城市污泥无害化、资源化起到了极大的推动作用。

附图说明

图1动态滚筒堆肥装置结构示意图

图2是图1的A-A剖视图

图3是图1中滚筒高端一侧的结构示意图

具体实施方式

污泥好氧机械堆肥方法，是按照下述步骤实现的：

堆料前处理

1)堆肥用复合调理剂的制备

取占堆料总重量百分比为1％-2％的秸秆、重量百分比3％-5％的晒干污泥和重量百分比占6％-8％的堆肥成品；堆肥前，按上述比例将秸秆、晒干污泥和堆肥成品平铺于户外晾晒；晾晒后，秸秆含水率约为0.5％，晒干污泥含水率约4.3％，堆肥成品含水率28％；再进行粉碎、混合制得堆肥用复合调理剂待用；

2)堆料准备

取占堆料总重量百分比为85％-90％的原始污泥，其含水率约为80％，再将原始污泥和堆肥用复合调理剂混合，搅拌至颗粒均匀且粒径≤10mm待用；

动态好氧机械堆肥处理

利用动态滚筒堆肥装置进行动态好氧机械堆肥的实现步骤：

1)填充堆料

将经过堆料前处理的堆肥原料，按发酵仓容量的70％通过进料口均匀填充至发酵仓，在填料的同时打开空气泵通风；

2)翻堆

每次通气前转动滚筒一次，并使每次翻堆后发酵仓顶部和底部位置转换180°；翻堆周期4s/r，3.5r/次，1次/h；

3)通风

采用间歇式强制通风方式，翻堆后即开始通风，通风周期为1h，每周期通风15min停45min，通风量0.08-0.10m³/min；

4)渗滤液收集和循环喷淋

通过发酵仓和仓壁导流槽随时导出渗滤液至积液储罐，当渗滤液收集至设定量时可开启压缩泵，并通过搅拌叶片轴心管的喷淋孔喷淋回发酵仓，以实现渗滤液的回收；

按照翻堆、通风步骤中对时间周期的要求重复进行，动态好氧机械堆肥的发酵周期为7-8天。

参看图1-图3，污泥好氧机械堆肥方法中使用的动态滚筒堆肥装置，它主要由发酵仓1，搅拌器、进料口和出料口以及通风系统组成，所述发酵仓1为卧式倾斜滚筒，其轴向与支架6水平面呈10°夹角；其筒壁为双层，双层间为保温板夹层13；在滚筒高端一侧装有滚筒双向驱动装置5；所述通风系统主要由两通风管8、排风口10、外管路和空气压缩泵11组成，两通风管8轴对称固定在发酵仓4低端的侧壁上；两根通风管在朝向搅拌器轴心方向一侧设有一排透气孔9，其中一根为进气管，穿过滚筒内壁开孔通过软管连接于仓外的空气压缩泵11；另一根为排气管，穿过滚筒内壁开孔通过软管直接与仓外相通；该装置还包括渗滤液收集循环喷淋系统，所述渗滤液收集循环喷淋系统主要由两导流槽7、外管路、积液储罐12、压缩泵和喷淋管2组成；所述两导流槽7凹进发酵仓壁夹层内，并与搅拌器轴向平行对称，槽的截面为等腰三角形，并分别与置于其中的两通风管相互平行、位置相应，在相应的通风管与导流槽之间留有间距；其中一条导流槽7通过发酵仓低端侧壁，经软管连接于仓外的渗滤液储罐12，另一条导流槽7经侧壁与温度计连接；所述积液储罐12内设有压缩泵，通过软管连接到搅拌器轴心处的空心喷淋管2上；所述空心喷淋管2上设有一组喷淋孔3。

所述搅拌器采用空心喷淋管2作为空心轴，在空心轴上等距离分布着扇形不锈钢叶片组，每组3个叶片，在相邻两叶片之间互成120°角排列，每片叶片与空心轴成60°角固定，相邻叶片组之间指向均差60°角。

所述双向驱动装置5采用在滚筒高端一侧安装摇动手柄，进行人工搅拌；或采用在滚筒高端一侧装有双向驱动电机和时间继电器，通过时间继电器控制电机驱动滚筒旋转。在所述滚筒高端一侧设有观察窗14。

所述渗滤液储罐12上装有液位传感器，控制罐内积液到达设定值时启动渗滤液储罐12内的压缩泵将渗滤液压进喷淋管2经喷淋孔3进入发酵仓1内。

实施例

污泥好氧机械堆肥方法，是通过堆料前处理和动态好氧机械堆肥处理两大步骤实现的：

具体方法：

堆料前处理：

首先制备堆肥用复合调理剂，采用少量秸秆、晾晒后的原始污泥和堆肥成品的混合物自制复合调理剂。堆肥前，将秸秆、少量原始污泥和污泥堆肥后的产品平铺于户外晾晒以控制含水率(环境温度3-30℃均可)，粉碎待用。

根据好氧微生物的生长繁殖所需的适宜含水率、C/N值、pH值和通气率，采用污泥原料和复合调理剂中各成分的含水率和所占重量百分比分别为：

按上表中重量百分比取各堆肥原料并混合，搅拌至各成分颗粒均匀且粒径≤10mm，以便进行后续好氧机械堆肥。

动态好氧机械堆肥处理：

动态滚筒堆肥装置包括堆肥系统、通风系统和渗滤液收集循环喷淋系统三个部分。

堆肥系统主要包括发酵仓1、搅拌器、进料口和出料口。

根据堆肥要求和热量计算，发酵仓1为两端置于支架6上，且与水平面形成夹角10°的卧式倾斜滚筒，高端一侧设有可视窗14，端面中心设有摇动手柄，摇动手柄可使滚筒沿轴心顺、逆时针转动；或在滚筒高端一侧装有双向驱动电机和时间继电器，通过时间继电器控制电机驱动滚筒沿轴心顺、逆时针转动。滚筒式发酵仓1卧高600mm，容积192L，为双层不锈钢板圆筒，中间的保温板13采用苯板夹层，苯板厚度70mm即可满足堆肥反应所需的温度条件，不需外加热源。

搅拌器在堆肥中的主要作用是促进混匀物料及翻堆。搅拌器以一根直径15mm的空心不锈钢管2(等距离分布喷液孔3)为轴固定在发酵仓滚筒的低端一侧内壁上，轴上等距离分布外径200mm的扇形不锈钢叶片组4，每3个叶片为一组，在与轴垂直的360°平面空间互成120°角排列，每片叶片与轴成60°角固定，相邻叶片组之间指向均差60°角。与单独采用滚筒转动方式相比，带有叶片组搅拌器可以明显地促进物料均匀，改善翻堆效果。

通风系统主要包括通风管8、排风口10(温度探测口)、外管路和空气压缩泵11。

通风管8采用两根直径15mm的空心不锈钢管固定在发酵仓滚筒的低端一侧内壁上，平行卧于发酵仓内壁的两条导流槽7上，但不接触留有一定空间。在两根通风管8上分别以100mm等间距在朝向搅拌器轴心方向一侧打一排透气孔9，因此两根通风管8形状相同位置互为对称，均可做进气管或排气管。若其中一根为进气管，穿过滚筒内壁开孔通过软管连接于仓外的空气压缩泵11；则另一根为排气管，穿过滚筒内壁开孔的排风口10(温度探测口)通过软管直接与仓外相通。

渗滤液收集循环喷淋系统主要包括导流槽7、外管路、渗滤液储罐12、压缩泵和喷淋管2(搅拌器空心轴管)。

在发酵仓壁的滚筒上沿搅拌器轴向上下对称各做一条导流槽7，槽的截面最好为等腰直角三角形，开孔于发酵仓低端一侧壁。转到发酵仓底部的导流槽作渗滤液导流槽，穿过滚筒内壁开孔通过软管连接到仓外的渗滤液储罐12上，而此时另一条导流槽7的开孔为排风口10作为温度计插孔用。渗滤液储罐12最好采用透明材质，内有压缩泵通过软管连接到搅拌器轴心处的空心喷淋管2上。通过透明渗滤液储罐12，当观察罐内累积到指定体积的渗滤液时启动压缩泵便可将渗滤液压进喷淋管喷淋回发酵仓内；或采用在渗滤液储罐12上装有液位传感器，控制罐内积液到达设定值时启动渗滤液储罐12内的压缩泵将渗滤液压进喷淋管2经喷淋孔3进入发酵仓1内。

操作过程：

1)填充堆料

首先将经过前处理的堆肥原料通过进料口均匀填充至发酵仓容量的70％。填料的同时打开空气压缩泵11通风，防止堆肥原料堵塞通气口。

2)翻堆

每次通气前转动滚筒一次，并使每次翻堆后的发酵仓顶部和底部换位。翻堆周期4s/r，3.5r/次，1次/h(即每小时翻堆一次，每次转3.5圈，转速为4秒/每圈)。这样做的目的，一方面可以充分搅拌堆料，保持堆料颗粒均匀，达到均匀供氧和促进水分蒸发；另一方面还可以保持实验装置底部的堆料干燥，防止堆料粘结沉积堵塞通气口。

3)通风

采用间歇式强制通风方式，翻堆后即开始通风，通风周期为1h，每周期通风15min，停45min；通风量0.08-0.10m³/min。

4)渗滤液收集和循环喷淋

污泥在堆肥过程中由于微生物的分解作用会产生氨和一定量的渗滤液，如果不及时处理容易造成堆体因水分蒸发而降温，发酵仓底部堆料的粘结和沉积以及氮流失。通过倾斜角度的发酵仓1和仓壁导流槽7，可以随时导出渗滤液至透明积液储罐12中，当渗滤液收集至一定量时可手工开启压缩泵通过搅拌叶片轴心管的喷淋孔3喷淋回发酵仓，以实现渗滤液的回收；或采用在渗滤液储罐12上装有液位传感器，控制罐内积液到达设定值时启动渗滤液储罐12内的压缩泵将渗滤液压进喷淋管2经喷淋孔3回发酵仓1内。

动态好氧机械堆肥周期为7天。各参考数据为实验室小试结果，若大规模应用则需重新计算。

在7天的动态好氧机械堆肥过程中，装置内物料没有粘结或成块等现象出现，成功地将发酵仓内堆体温度迅速升至55℃，且维持在该温度以上的天数＞3天，C/N值从9.57升至11.49。可见本方法和装置能够达到污泥堆肥要求。