公布日：2023.12.05
申请日：2023.08.28
分类号：C02F11/02(2006.01)I;B01D53/00(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明涉及一种污泥好氧发酵干化处理方法及其配套装置，该污泥好氧发酵干化处理方法，其特征在于，包括：将污泥与辅料、微生物菌剂进行预混合，后于设定湿度和设定氧气含量下进行发酵，并于发酵过程中对所述污泥和辅料进行翻抛和对发酵产生的气体进行冷凝。本发明利用微生物细胞对恶臭物质的吸附、吸收，进入微生物细胞的恶臭成分作为微生物生命活动的能源或养分被分解和利用，微生物降解有机物释放热量为发酵提供热量，从而使污染物最终降解为水和二氧化碳，该过程无外加热源、无臭气、废水，从而在根本上杜绝了二次污染的发生。本发明的方法处理之后的产物可作为土壤改良剂或有机肥料资源化利用。
权利要求书
1.一种污泥好氧发酵干化处理方法，其特征在于，包括：将污泥与辅料、微生物菌剂进行预混合，后于设定湿度和设定氧气含量下进行发酵，并于发酵过程中对所述污泥和辅料进行翻抛和对发酵产生的气体进行冷凝。
2.根据权利要求1所述的污泥好氧发酵干化处理方法，其特征在于，所述辅料为锯木面和秸秆。
3.根据权利要求1所述的污泥好氧发酵干化处理方法，其特征在于，所述微生物菌剂包括乳酸菌、米曲、光合菌和芽孢杆菌。
4.根据权利要求3所述的污泥好氧发酵干化处理方法，其特征在于，所述乳酸菌、米曲、光合菌和芽孢杆菌的质量比为5:8:10:77。
5.根据权利要求1或2所述的污泥好氧发酵干化处理方法，其特征在于，所述污泥与所述辅料和所述的微生物菌剂的质量比为900～1100：1：0.6。
6.根据权利要求1所述的污泥好氧发酵干化处理方法，其特征在于，所述设定湿度为35％～70％rh。
7.根据权利要求1所述的污泥好氧发酵干化处理方法，其特征在于，所述设定氧气含量为5％至15％。
8.根据权利要求1所述的污泥好氧发酵干化处理方法，其特征在于，所述发酵的时间为6～8天。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的污泥好氧发酵干化处理方法的配套装置，其特征在于，包括预混合系统、发酵干化系统、在线监测系统和物联网智控系统；所述预混合系统包括原料计量器(1)、辅料计量器(2)和混料机(3)，所述原料计量器(1)和所述辅料计量器(2)与所述混料机(3)的入口连接；所述发酵干化系统包括半开放式发酵干化槽(4)、引风机(5)、冷凝器(6)和翻抛机(7)，所述发酵干化槽(4)的入口与所述混料机(3)的出口连接，所述发酵干化槽(4)底部设置有曝气装置(8)，所述发酵干化槽(4)顶部设置有引风机(5)，所述发酵干化槽(4)上部设置有冷凝器(6)，所述发酵干化槽(4)内设置有翻抛机(7)；所述在线监测系统包括设置于所述发酵干化槽(4)上的温度传感器、湿度传感器和氧气传感器；所述物联网智控系统包括物联网主控柜、传感器采集柜和就地控制柜，所述传感器采集柜与所述在线监测系统和所述物联网主控柜通信连接，所述就地控制柜与所述物联网主控柜、所述冷凝器(6)、所述曝气装置(8)和所述引风机(5)通信连接。
10.根据权利要求9所述的污泥好氧发酵干化处理系统，其特征在于，所述半开放式的发酵干化槽(4)包括槽体和设置于槽体上方的大棚(9)，所述大棚(9)两端开口。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种污泥好氧发酵干化处理方法及其配套装置。本发明通过控制发酵的环境参数，创造有利于微生物生长繁殖的环境，利用微生物细胞将恶臭成分分解利用，从而去除。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种污泥好氧发酵干化处理方法，包括：
将污泥与辅料、微生物菌剂进行预混合，后于设定湿度和设定氧气含量下进行发酵，并于发酵过程中对所述污泥和辅料进行翻抛和对发酵产生的气体进行冷凝。
本发明的原理说明：污泥与辅料混合均匀后，进入人为创造的利于微生物生长繁殖的环境中，其中污泥中的营养性物质：碳水化合物、脂肪、蛋白质等有机化合物被微生物分解，会产生大量的热量，一部分用于合成高能物质(ATP三磷酸腺苷或GTP鸟苷三憐酸)把热量储存起来，其余部分则以热量的形式散发出来，污泥干化所用的热量则为这部分散发出来的剩余热量，热量蒸发水分并将水分转变为水蒸气；恶臭成分被微生物吸附、吸收，恶臭成分从水中转移至微生物体内。作为吸收剂的水被再生复原，继而再用以溶解新的废气成分。被吸附的有机物经过生物转化，即通过微生物胞外酶对不溶性和胶体状有机物的溶解作用后相继地被微生物摄入体内，如蛋白质等大分子有机物在微生物细胞外酶(水解酶)的作用下，被水解为小分子后再进入细胞体内，作为微生物生命活动的能源或养分被分解和利用，从而使污染物得以去除，烃类和其他有机物成分被氧化分解为CO2和H2O，含硫还原性成分被氧化为S、SO42-，含氮成分被氧化分解成NH4+、NO2-和NO3-等。最终，污泥发酵干化过程中产生的水和二氧化碳可直接排放，处理后的污泥可资源化利用。
本申请中，污泥中有机化合物被微生物分解，会产生大量的热量散发出来，从而使发酵槽内温度可达到65-85℃这个温度区间，峰值温度最高可达85℃。在此温度区间内能够杀灭虫卵、杂草种子，沙门氏伤寒菌46℃以上不生长，55～60℃在30分钟内死亡；沙门氏菌属56℃1小时内死亡；60℃在15～20分钟内死亡；结核分枝杆菌66℃在15～20分钟内死亡。
本发明的有益效果是：本发明利用微生物细胞对恶臭物质的吸附、吸收，进入微生物细胞的恶臭成分作为微生物生命活动的能源或养分被分解和利用，微生物降解有机物释放热量为发酵提供热量，从而使污染物最终降解为水和二氧化碳，该过程无外加热源、无臭气、废水，从而在根本上杜绝了二次污染的发生。本发明的方法处理之后的产物可作为土壤改良剂或有机肥料资源化利用，产物的含水率≤40％、粒径≤10mm、有机质(以干基计)≥35％。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述辅料为锯木面和秸秆。
采用上述进一步方案的有益效果是：锯木面和秸秆可以增强微生物的生长和活性，促进有机物的降解。
进一步，所述微生物菌剂为包括乳酸菌、米曲、光合菌和芽孢杆菌。
采用上述进一步方案的有益效果是：
乳酸菌：在污泥发酵中的主要作用是产酸和调节酸碱平衡。乳酸菌通过发酵过程产生乳酸，降低发酵环境的pH值，从而抑制有害菌的生长。同时，适当的酸性环境还促进有益菌的繁殖和活性，提高发酵过程的效率和稳定性。
米曲：①改善稳定性：米曲中的红酵母菌能够发酵有机质，产生有益酶和有机酸。这些物质可以改善发酵污泥的稳定性，抑制有害菌的生长，减少异味和腐败的风险。②抗菌作用：米曲中的有机酸和其他化合物具有一定的抗菌作用，可以抑制有害菌的繁殖，并有助于控制发酵污泥的微生物组成。这对于维持发酵污泥中有益微生物的优势地位、提高发酵效果至关重要。③丰富营养：米曲富含蛋白质、脂肪、维生素、矿物质等营养物质，可以提供发酵污泥所需的营养补充。这有助于有益微生物的生长和代谢活性，同时提高发酵污泥产物的营养价值。
光合菌：在污泥发酵过程中，光合菌通过光合作用利用光能和二氧化碳，产生有机物质和释放氧气。这些有机物质可以提供能量和营养物质，促进有益微生物的生长，并对发酵过程的产物质量和稳定性起到积极作用。
芽孢杆菌：是一种耐受极端环境条件的细菌，对于有机物的降解和分解能力较强。在污泥发酵中，芽孢杆菌可以分解复杂的有机物质，将其转化为简单的有机物和气体。这有助于提高发酵过程的稳定性和产物质量，并减少有机物的残留量。
上述微生物菌剂可形成稳定高效相互协同、互不抵抗具有适应高中低温度层次且数量庞大的生物菌群，除臭、杀菌改善发酵环境，促进有机物的降解、发酵活性，提高污泥发酵效率和质量。
进一步，所述乳酸菌、米曲、光合菌和芽孢杆菌的质量比为5:8:10:77。
进一步，所述污泥与所述辅料和所述的微生物菌剂的质量比为900～1100：1：0.6。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过控制污泥与辅料的用量，从而可保证微生物的生长，同时保证污泥被充分的分解和利用。
进一步，所述设定湿度为35％～70％rh。
采用上述进一步方案的有益效果是：合适的湿度可以提供足够的水分，同时保持堆料的透气性，水分可以使微生物细胞处于适宜状态，维持细胞内的生化反应和物质转运，水分可以提供必要的媒介和条件，使微生物能够有效接触和分解有机废弃物。适宜的湿度可以促进好氧发酵过程中的微生物活性和有机物的降解效率，适宜的湿度可以防止污泥过早失去水分，维持适当的微生物活动。适当的湿度对温度调节有影响，湿度的加入可以帮助吸收和散发热量，从而调节堆料的温度，保持合适的湿度有助于避免温度过高或过低对发酵过程的不利影响。过度干燥的条件可能导致微生物的休眠或死亡，从而降低发酵的效率和质量。过度湿润会导致通气不良，阻碍氧气的供应，从而抑制微生物的生长和代谢。
进一步，所述设定氧气含量为5％至15％。
采用上述进一步方案的有益效果是：氧气是微生物呼吸和代谢活动中必不可少的底物，用于提供能量和碳源。在好氧条件下，污泥中的微生物主要通过氧化降解有机物，产生能量并完成生长繁殖。适量的氧气供应可以促进好氧发酵过程中的微生物活性和生物降解效率，氧气作为电子受体参与微生物代谢途径，帮助微生物将有机物转化为二氧化碳、水和其他代谢产物。该氧气含量可提供较高的氧化电位，抑制厌氧微生物的生长和代谢，可以有效预防厌氧条件下产生的有害物质，如硫化氢和甲烷等，有助于维持发酵过程的稳定性和污泥的质量。适当的氧气供应可以减少发酵过程中产生的异味和臭气，氧气参与了许多有机物的氧化过程，有助于降解产生异味物质的浓度，提高环境友好性。
进一步，所述发酵的时间为6～8天。
采用上述进一步方案的有益效果是：本发明可以快速高效干化污泥，相较于以往的方式处理效率显著提高。
本发明为实现上述目的之二提供一种污泥好氧发酵干化处理方法的配套装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种污泥好氧发酵干化处理方法的配套装置，包括预混合系统、发酵干化系统、在线监测系统和物联网智控系统；
所述预混合系统包括原料计量器、辅料计量器和混料机，所述原料计量器和所述辅料计量器与所述混料机的入口连接；
所述发酵干化系统包括半开放式发酵干化槽、引风机、冷凝器和翻抛机，所述发酵干化槽的入口与所述混料机的出口连接，所述发酵干化槽底部设置有曝气装置，所述发酵干化槽顶部设置有引风机，所述发酵干化槽上部设置有冷凝器，所述发酵干化槽内设置有翻抛机；
所述在线监测系统包括设置于所述发酵干化槽上的温度传感器、湿度传感器和氧气传感器；
所述物联网智控系统包括物联网主控柜、传感器采集柜和就地控制柜，所述传感器采集柜与所述在线监测系统和所述物联网主控柜通信连接，所述就地控制柜与所述物联网主控柜、所述冷凝器、所述曝气装置和所述引风机通信连接。
采用上述方案的有益效果是：预混合系统主要是使原料与辅料进行充分的混合，使其达到生物活性的标准，从而利于发酵干化。发酵干化系统通过发酵干化槽、引风机、冷凝器和翻抛机人为的创造适合微生物生长繁育的环境，混合料在槽内高温快速发酵，以此达到生物降解与转化的目的。在线监测系统用于监测发酵干化槽内的温度、湿度、氧气含量，并将数据通过传感器采集柜反馈至物联网主控柜，物联网主控柜再通过就地控制柜调控冷凝器、曝气装置和引风机，从而将发酵干化槽内的温度、湿度、氧气含量调控至目标值，实现了对污泥好氧发酵干化处理系统中各种设备的数据的传输与精确控制。
进一步，所述半开放式的发酵干化槽包括槽体和设置于槽体上方的大棚，所述大棚两端开口。
采用上述进一步方案的有益效果是：采用半开放式结构可便于观察发酵进展情况。
（发明人：彭乐;王磊;曹雅雯;李婧;宋睿雨）