申请日2015.12.25
公开(公告)日2016.05.18
IPC分类号C02F11/02
摘要
本发明公开了一种立式无分层污泥好氧发酵系统及处理方法，该发酵系统包括发酵仓，供风装置及出料装置，发酵仓中设置有支撑体;供风装置包括设置在发酵仓的相对两侧面的多个供风单元，相邻供风单元之间设置有氧传感器和温度传感器，出料装置设置在发酵仓的底端。该处理方法包括：将包含支撑体的混合物料送入发酵仓中;根据氧传感器和温度传感器控制供风装置，使物料好氧发酵;好氧发酵完成后，将含支撑体的混合物料输出;通过筛分将支撑体和混合物料分离开来。本发明的立式无分层污泥好氧发酵系统及处理方法，将混合物料和支撑体进行混合，采用侧向分布式智能供风系统，增加了混合物料的堆积高度，减小了占地面积，氧气环境分布均匀，节约能源。
摘要附图
权利要求书
1.一种立式无分层污泥好氧发酵系统，其特征在于，包括：发酵仓、供风装置、出料装置;其中：
所述发酵仓中的混合物料中设置有可随所述混合物料向下移动的支撑体;所述支撑体存在预定的空隙率，用于为所述发酵仓中的混合物料提供支撑骨架，相邻所述支撑体的边缘交接，相互支撑，用于支撑和传递重力;
所述供风装置包括多个供风单元，多个所述供风单元设置于所述发酵仓的相对的两侧面，所述发酵仓的每个侧面的多个所述供风单元沿所述发酵仓的高度方向间隔设置;相邻两个所述供风单元之间设置有氧传感器和温度传感器，所述氧传感器用于检测所述发酵仓中的氧含量，根据所述氧含量来控制与其相邻的所述供风单元的开或关，所述温度传感器用于检测所述发酵仓中的温度，根据所述温度来控制与其相邻的所述供风单元的开或关;
所述出料装置设置于所述发酵仓中，位于所述发酵仓的底端，用于将所述支撑体以及所述混合物料输出至所述发酵仓的外部。
2.根据权利要求1所述的污泥好氧发酵系统，其特征在于，所述发酵仓的侧壁包括两部分，分别为第一部分和第二部分，所述第一部分位于所述第二部分的上面;
所述第一部分为直壁部分，所述第二部分为阶梯部分。
3.根据权利要求1所述的污泥好氧发酵系统，其特征在于，还包括引风装置，所述引风装置垂直设置于所述发酵仓中，将所述发酵仓分为左右两个仓室，当所述引风装置安装在所述发酵仓中时，为封闭结构;
所述引风装置包括多个引风单元，多个所述引风单元设置于所述引风装置的相对的两侧面，且所述引风单元与所述供风单元面对面设置。
4.根据权利要求3所述的污泥好氧发酵系统，其特征在于，所述引风装置的风量和/或风压小于所述供风装置的风量和/或风压。
5.根据权利要求3所述的污泥好氧发酵系统，其特征在于，所述引风装置中设置有钢构支架。
6.根据权利要求3所述的污泥好氧发酵系统，其特征在于，所述引风单元的数量大于所述供风单元的数量。
7.根据权利要求3所述的污泥好氧发酵系统，其特征在于，每个所述引风单元包括多个并排设置的回风口，进一步地，
每个所述引风单元包括多个并排设置的供风口。
8.根据权利要求7所述的污泥好氧发酵系统，其特征在于，所述供风口包括供风帽和布风口，进一步地，
所述布风口为条缝式布风口和/或所述布风口为向下倾斜的斜坡面。
9.根据权利要求1至8任一项所述的污泥好氧发酵系统，其特征在于，还包括：筛分装置，其与所述出料装置相连，用于将所述支撑体和所述混合物料进行分离。
10.一种立式无分层污泥好氧发酵处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101：将支撑体和混合物料充分混合;
S102：在发酵仓中填入含所述支撑体的所述混合物料，使相邻所述支撑体的边缘交接，相互支撑，根据所述混合物料的高度分层开启供风单元;
S103：所述发酵仓填满后，通过氧传感器和温度传感器来自动控制与所述氧传感器和温度传感器相邻的供风单元的开或关，使所述混合物料在发酵仓中进行好氧发酵过程;
S104：好氧发酵完成后，将下部的所述支撑体以及混合物料输出至发酵仓的外部，上部的所述支撑体在重力作用下随所述混合物料一起向下移动;
S105：将所述支撑体中的混合物料筛出。
11.根据权利要求10所述的污泥好氧发酵处理方法，其特征在于，所述步骤S103进一步包括：
S1031：在污泥高温发酵过程中，通过温度传感器来自动控制与其相邻的所述供风单元的开或关;
S1032：在污泥好氧发酵稳定化过程中，通过氧传感器来自动控制与其相邻的所述供风单元的开或关。
12.根据权利要求11所述的污泥好氧发酵处理方法，其特征在于，所述步骤S1031进一步为：在污泥高温发酵过程中，当所述温度传感器感应到的温度低于预设温度值时，关闭与其相邻的所述供风单元;经过预设时间后，开启所述供风单元，如此循环。
13.根据权利要求11所述的污泥好氧发酵处理方法，其特征在于，所述步骤S1032进一步为：在污泥腐蚀稳定化过程中，当所述氧传感器感应到的氧含量高于预设氧含量值时，关闭与其相邻的所述供风单元;经过预设时间后，开启所述供风单元，如此循环。
说明书
一种立式无分层污泥好氧发酵系统及处理方法
技术领域
本发明涉及一种污泥处理设备，特别涉及一种立式无分层污泥好氧发酵系统及处理方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展，我国水资源短缺、水污染严重的问题日益彰显。为治理并缓解水污染现状，我国新建了大量的污水处理厂。根据统计，截止2011年末，我国城市污水厂达到2996座，日处理能力达到11244万㎡。于此同时，目前我国城市污水处理厂每年排放的污泥量大约为900万吨(含水80%计，下同)，而且每年以10%的速度增长，因此，巨量的污泥亟需得到妥善的处理处置。
为加强污泥的处理处置，中央有关部门制定和发布了《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》等政策和规定，明确要求加强城镇污水处理厂污泥的处理处置工作，加大污泥处理处置设施的建设力度，规定2015年设市城市污泥无害化处理率要达到70%。综上所述，污泥处理处置问题已经刻不容缓，必须得到妥善的解决。目前国内外对污泥处理处置主流方式为填埋、干化焚烧和土地利用，在处理工艺中主要应用厌氧消化技术、好氧发酵技术。
污泥好氧发酵技术是利用污泥中的微生物进行发酵的一项新的生物处理技术，即在污泥中加入一定比例的膨松剂和调理剂，利用微生物群落在潮湿环境下对多种有机物进行氧化分解并转化为稳定性较高的类腐殖质，即可在实际应用中可以达到“稳定化、无害化、减量化、可资源化”的效果，并且具有经济、实用、不需外加能源、不产生二次污染等特点。好氧发酵技术是适合我国分散建设的小型污水处理厂污泥处理处置的实用技术。
对于污泥好氧发酵处理技术，很多学者已经具有多年研究，其基本原理和控制方法都经过实践和工程化应用。目前国内，尤其在华南一带污泥处理的主要技术都是好氧发酵技术，包括日本东芝公司带来的快速好氧发酵脱水技术。虽然好氧发酵技术近年来得到了较大的发展，但是仍然面临着较多制约其进一步应用的因素，主要有占地面积、辅料、智能化控制、小型化和装置集成化、接种菌剂以及臭气处理等。
随着国家相关产业政策的支持，好氧发酵或将成为解决城镇污泥出路的主流工艺之一。城镇污泥通过好氧发酵处理，尤其是本项目研发的小型智能化污泥好氧发酵技术装备因其具有占地小、自控程度高、运行稳定、升温快、无害化彻底、臭味低、可实现资源化等优势，解决了城市小型污水处理厂的污泥处理难题，削除了城市污泥二次污染环境的威胁，达到污泥处理和处置“稳定化、无害化、减量化、可资源化”的目的，具有十分广阔市场前景和应用价值。
现有的污泥好氧发酵系统为将有机物(污泥)、水份以及菌种(微生物)混合在发酵仓中，从发酵仓的底端通入氧气，菌种要对有机物进行氧化作用需要在氧气环境中，因此，污泥的堆积高度不能太高，高度过大时由于污泥的重量作用，堆体下部会被压实，无法进行正常通风，不能为菌种提供很好的氧气环境，好氧发酵无法持续进行，影响发酵效果。
为了保证较好的通风效果，有人提出了在发酵仓的底部均匀铺设球型悬浮滤料，其记载在申请号为：201310506314.4，名称为：“一种仓式污泥好样堆肥方法”的专利中，该发明专利中的球型悬浮滤料能够起到从下部给上层混合物料均匀布风的作用，但是其高度仍然不能堆积太高，只能堆积到两米左右，再高的话，上部污泥的重力会将下部压实，空隙率太低，还是无法保证通风。在堆积高度不高的情况下，要处理一定量的污泥，就需要占用很大的面积，且所需的膨松剂和调理剂多，成本高。
另外，现有的污泥好氧发酵系统大都采用底部供风，在堆体高度在2米左右时其能够满足供风的均匀性，但在堆体高度比较高时，采用现有的底部供风系统就不能满足供风的均匀性，上部风量非常小，不能满足微生物所需的氧气环境，且此时需要很高的风压，造成了能源的浪费。
针对上述缺点，也有人提出分层叠加的方案，这样虽然能够节省占地面积，但是其每一层都需要进料、出料、供风等装置，造成整体机械结构非常复杂，且成本非常高。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种立式无分层污泥好氧发酵系统及处理方法，在发酵仓中的混合物料中混入人工支撑体，起到堆体混合物料支撑骨架的作用，上部混合物料的重力可以通过相互交接的支撑体结构向下传递，直至作用在底板上，可避免下部混合物料直接受到上部混合物料重力的作用被压实，既可有效增加堆积高度，又可保证堆体通风，解决了现有技术的发酵仓只能堆积到两米左右、需要的膨松剂和调理剂多、成本高的问题;另外，采用侧向分布式智能供风系统，既能够保证发酵仓中氧气环境的均匀性，且能够节约能源。
为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明提供一种立式无分层污泥好氧发酵系统，其包括：发酵仓、供风装置、出料装置;其中：
所述发酵仓中的混合物料中设置有可随所述混合物料向下移动的支撑体;所述支撑体存在预定的空隙率，用于为所述发酵仓中的混合物料提供支撑骨架，相邻所述支撑体的边缘交接，相互支撑，用于支撑和传递重力;
所述供风装置包括多个供风单元，多个所述供风单元设置于所述发酵仓的相对的两侧面，所述发酵仓的每个侧面的多个所述供风单元沿所述发酵仓的高度方向间隔设置;相邻两个所述供风单元之间设置有氧传感器和温度传感器，所述氧传感器用于检测所述发酵仓中的氧含量，根据所述氧含量来控制与其相邻的所述供风单元的开或关，所述温度传感器用于检测所述发酵仓中的温度，根据所述温度来控制与其相邻的所述供风单元的开或关;
所述出料装置设置于所述发酵仓中，位于所述发酵仓的底端，用于将所述支撑体以及所述混合物料输出至所述发酵仓的外部。
本发明的支撑体存在一定的空隙率，用于填充混合物料;且支撑体填充到发酵仓中时，相邻的支撑体的边缘之间相互交接支撑，传递重力，上部混合物料的重力叠加在下部的支撑体上，其中的混合物料的空隙不会受到影响，保证所需的空隙率，从底部通风口进来的风即使在压力很小的情况下也能够很容易的充满整个发酵仓，为好氧菌种提供很好的氧气环境，保证好氧发酵的良好运行。由于支撑体的存在使得发酵仓中堆体的高度可以达到15m~20m，如果继续采用现有的底部供风系统，发酵仓中的空气不均匀，上部物料中的微生物所需的氧气环境不能满足，且供风系统需要很高的风压，非常耗能;本发明采用侧向供风系统，且沿发酵仓的高度方向间隔分布多个供风单元，能够保证发酵仓中空气的均匀性，且每个供风单元所需的风压非常低，能够节约能耗;另外，每个供风单元的开关单独控制，在其附近氧气环境能够达到微生物所需的氧气环境时，即停止供风，能够进一步有效的节约能耗。
较佳地，所述发酵仓的侧壁包括两部分，分别为第一部分和第二部分，所述第一部分位于所述第二部分的上面;所述第一部分为直壁部分，所述第二部分为阶梯部分。混合物料在发酵仓中要历经好氧发酵的全过程，即进料升温阶段、高温发酵阶段、稳定化阶段以及含水率吹脱阶段，进料升温阶段和高温发酵阶段采用直壁形式，随着进出料运行，混合物料在这两个阶段可以平稳向下移动，模拟静态高温好氧发酵过程;随后的稳定化阶段和含水率吹脱阶段采用阶梯形式，混合物料在向下运行经过这个阶梯状结构的截面时，会发生横向位移，有位置重排、翻滚、震荡等现象，模拟混合物料翻堆过程，有利于经过高温发酵结团物料的松解，空隙率增加，可以强化水汽的逸出。
较佳地，还包括引风装置，所述引风装置垂直设置于所述发酵仓中，将所述发酵仓分为左右两个仓室，当所述引风装置安装在所述发酵仓中时，为封闭结构;所述引风装置包括多个引风单元，多个所述引风单元设置于所述引风装置的相对的两侧面，且所述引风单元与所述供风单元面对面设置。通过设置引风装置能够更好的保证发酵仓中空气的流通，更好地保证微生物所需的氧气环境。
较佳地，所述引风装置的风量和/或风压小于所述供风装置的风量和/或风压。进风大于出风，能够强制使风进入堆体的各个空隙中。
较佳地，所述引风装置中设置有钢构支架，设置钢构支架，既增加了引风装置的结构稳定性，使其不易受堆积物料的挤压而变形，且能够保证引风装置中的良好通风性能。
较佳地，所述引风单元的数量大于所述供风单元的数量，即相邻两个所述引风单元之间的距离小于相邻两个所述供风单元之间的距离，能够更好地保证空气流通。
较佳地，每个所述引风单元包括多个并排设置的回风口，进一步地，每个所述引风单元包括多个并排设置的供风口;每个引风单元包括多个回风口和/或供风口，能够保证发酵仓中沿宽度方向的空气流通。
较佳地，所述供风口包括供风帽和布风口，，进一步地，所述布风口为条缝式布风口和/或所述布风口为向下倾斜的斜坡面;所述供风帽为稳压室，用于稳定布风口的风量，采用条缝式布风口，能够有效防止物料中的颗粒堵塞布风口;由于物料是从上向下流动，所以布风口向下倾斜能够防止物料进入布风口，造成布风口的堵塞，且向下倾斜随着物料的流动方向通风性能更好;根据物料的流动特性，设计合适的倾斜角度，使其既不影响物料的流动，又能很好的保证物料不流入布风口中。
较佳地，还包括：筛分装置，其与所述出料装置相连，用于将所述支撑体和所述混合物料进行分离，分离后的支撑体可回收再利用。
本发明还提供一种立式无分层污泥好氧发酵处理方法，其包括以下步骤：
S101：将支撑体和混合物料充分混合;
S102：在发酵仓中填入含所述支撑体的所述混合物料，使相邻所述支撑体的边缘交接，相互支撑，根据所述混合物料的高度分层开启供风单元;
S103：所述发酵仓填满后，通过氧传感器和温度传感器来自动控制与所述氧传感器和温度传感器相邻的供风单元的开或关，使所述混合物料在发酵仓中进行好氧发酵过程;
S104：好氧发酵完成后，将下部的所述支撑体以及混合物料输出至发酵仓的外部，上部的所述支撑体在重力作用下向下运动;
S105：将支撑体中的混合物料筛出。
较佳地，所述步骤S103进一步包括：
S1031：在污泥高温好氧发酵过程中，通过温度传感器来自动控制与其相邻的所述供风单元的开或关;
S1032：在污泥好氧发酵稳定化过程中，通过氧传感器来自动控制与其相邻的所述供风单元的开或关。
较佳地，所述步骤S1031进一步为：在污泥高温发酵过程中，当所述温度传感器感应到的温度低于预设温度值时，关闭与其相邻的所述供风单元;经过预设时间后，开启所述供风单元，如此循环。
较佳地，所述步骤S1032进一步为：在污泥腐蚀稳定化过程中，当所述氧传感器感应到的氧含量高于预设氧含量值时，关闭与其相邻的所述供风单元;经过预设时间后，开启所述供风单元，如此循环。
相较于现有技术，本发明具有以下优点：
(1)本发明提供的立式无分层污泥好氧发酵系统及处理方法，可以在所述发酵系统中实现污泥好氧发酵及稳定化全部过程。通过计算和控制掺混比，在发酵仓中添加了支撑体，用于为混合物料提供支撑骨架，当混合物料堆积时，由于人工支撑体的存在，上面混合物料的重量仅作用于支撑体上并通过支撑体向下传递，不会施加到下部的混合物料上，混合物料不会被压实，且存在足够的空隙，保证下面物料中微生物的氧气环境，使下部的混合物料也能得到很好的发酵，这样上部含有支撑体的混合物料就可以叠加比较高的高度，为现有发酵系统高度的5倍~10倍，可堆到15米以上，在处理相同量的混合物料时，比现有的发酵系统占地面积大大缩小;
(2)本发明的采用上部为直壁结构，下部为阶梯结构的发酵仓，在进料升温阶段和高温发酵阶段采用直壁形式，物料可以在这两个阶段平稳向下移动，模拟静态高温好氧发酵过程，发酵温度可以很快达到所需温度，达到无害化要求;稳定化阶段和含水率吹脱阶段采用阶梯形式，可模拟混合物料翻堆过程，含有支撑骨架的混合物料经过阶梯截面时，会发生位置重排、翻滚、震荡等现象，有利于经过高温发酵阶段后结团物料的松解，增加物料的空隙率，从而强化水汽的逸出;
(3)本发明的发酵仓为立式、连续、无分层的结构，与分层堆积结构相比，在堆积高度相同的情况下，本发明只需要一组进料装置、出料装置等设备，机械结构简单，成本低;
(4)本发明的好氧发酵过程完成后，只需将带有混合物料的支撑体从发酵仓底部的出料装置中输出即可，出料方便、结构简单;
(5)本发明的支撑体可回收利用，节省开支;
(6)支撑体与混合物料按一定容积比在发酵仓中好氧发酵，随物料升温以及水分蒸发，物料体积逐步减小;但是基于支撑体的骨架作用，堆体空间不会缩小;因此物料间空隙率相应增加，有利于物料后期通风，进一步排除水汽，可进一步节约机械搅拌排除水汽时的干化能耗，可进一步节约运行成本;
(7)本发明采用沿高度方向间隔分布的侧向供风系统，并且通过自动控制系统控制各个供风单元的开关，在不提高风压的基础上，既能保证供风的均匀性，又能节省能源;
(8)本发明还设计了与供风系统对应的引风系统，能够更好的保证通风良好，有利于微生物的好氧发酵过程。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。