粪便堆肥设计|城市污泥处置无害化

好氧发酵技术是在有氧条件下以有机固体废物为主要底物，通过大量微生物的降解过程，实现其稳定化和无害化，并转化为适于土壤改良提质的物料，其很大程度上实现了有机固体废物中营养物质和有机组分的回收，是典型的资源化处置方式之一。有机固体废物的来源复杂而且性质多变，包括具体的粒子尺寸、材料水分、营养物质类型、分子大小、复杂性，以及物料整体的C/N、含水率、孔隙分布等，其决定了好氧发酵过程的可行性。因此，好氧发酵物料调配优化是提升系统运行效率及稳定性的基础。另一方面，在微生物氧化降解混合有机物的过程中，仅有40-50％的化学能可以被微生物利用，剩余的都会转换为热能形式，并进一步对物料微生物活性、系统运行效率及产品卫生质量等产生影响。因此，好氧发酵温度调控是过程控制的关键参数。根据不同底物类型及各地气候，普遍认为15-20℃及1 .0m3左右分别是物料好氧发酵的起始临界温度和体积。
污泥是污水处理中的产物，污泥中富含有机物和营养物质，随着污水资源化研究的深入，污泥资源化领域的研究已成为全球研究热点，我国城市污泥量大，质差；国外既有污泥处理处置理论和技术无法切实解决当前面临的困境，迫切需要通过科技创新，形成我国污泥绿色低碳安全的理论体系和系统性解决方案，污泥处理处置现状与我国污水处理差距甚大，远远落后发达国家，与我国大国地位及生态文明建设不相符，《水十条》中提出污水处理设施产生的污泥应进行稳定化、无害化和资源化处理处置。
污泥资源化也越来越受到重视，污泥资源化能源化符合目前科技发展水平。污泥好氧发酵可使城市污泥中C、N、P资源化回收，可替代一部分氮、磷肥需求。传统污泥处置方法有：焚烧、填埋和土地利用。国外多采用焚烧工艺，但投资巨大，易造成大气污染；国内多采用填埋，但需要占用大量的土地，同时会造成环境的二次污染，随着对其弊端的深入了解，选择恰当的处理方式越来越谨慎。污泥处置后可土地利用的技术包括好氧发酵技术和厌氧消化技术，综合考虑环境影响和投用，优先推荐好氧发酵污泥处理技术。
污泥好氧发酵工艺主要有混凝土槽式发酵、反应器发酵等，由于作业环境差、发酵过程易产生二次污染、占地面积大、运行费用高等缺点，使得污泥好氧发酵技术的发展受到了一定限制，因此研制开发一种新型污泥好氧发酵工艺，降低投资和运行成本，节约土地使用面积，保证发酵过程的低耗、连续稳定运行，无二次污染，对污泥好氧发酵技术在我国大规模的推广应用具有十分重要的意义。

发酵指人们借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体本身、或者直接代谢产物或次级代谢产物的过程。发酵有时也写作酦酵，其定义由使用场合的不同而不同，通常所说的发酵，多是指生物体对于有机物的某种分解过程，发酵是人类较早接触的一种生物化学反应，如今在食品工业、生物和化学工业中均有广泛应用。发酵罐是好氧发酵工业生产中关键生化反应设备，在生物发酵生产中，当今普遍采用的罐内具有多级机械搅拌器的传动搅拌装置和罐底设有多种形式通气装置的通用式发酵罐。传统的发酵罐并不能将浆料均匀搅拌，也不能和足量的气体接触，究其原因发现，搅拌叶只能对浆料进行无规律的搅动，浆料不能形成整体的循环移动，因此留下许多无氧死角。这些无氧死角的存在导致了浆料发酵不完全，变质甚至产生有毒物质，危害十分严重，因此，急需提供一套搅拌充分的发酵罐。

厨余垃圾作为一种有机质废弃物，有机质含量丰富，在实际处理处置过程中常采用好氧发酵技术对厨余垃圾进行资源化。好氧发酵过程中，含水率是关键的控制因素之一，过高的含水率会阻碍气体在好氧发酵体系中的传质，从而使得好氧发酵体系趋于厌氧 ；过低的含水率会使得体系中微生物的活动受到抑制，不利于有机质的分解和腐殖化。好氧发酵过程中含水率会持续下降，为了使体系的含水率保持在一个合适的范围，通常采用外源补充水分的方式实现，但在好氧发酵产物贮藏、运输和使用过程中又要求含水率保持在较低的水平，因此这部分外源添加的水分在好氧发酵后期又需要被去除，这在无形中增加了好氧发酵的成本。而通过调控厨余垃圾好氧发酵体系的水分形态，在不外源添加水分的前提下，能改变好氧发酵体系的含水率状况，并有效促进好氧发酵体系的稳定和腐熟。

餐厨垃圾泛指产生于餐饮业与居民生活的食物加工下脚料(厨余)和食用残余，组要成分包括蛋白质、淀粉、油脂等有机成分，具有含水率高，油脂、盐分高，易腐烂发臭等特点。中国城市每年产生餐厨垃圾不低于6000万吨，大中城市餐厨垃圾产量惊人，重庆、北京、广州等餐饮业发达城市问题尤其严重。目前，餐厨垃圾的处理技术主要有厌氧消化、饲料化、餐厨粉碎机、好氧堆肥以及小型生化就地处理设备等。厌氧消化工艺主要分为前端预处理分选、中端厌氧消化产沼、后端沼气资源化利用3个阶段；饲料化是指用餐厨垃圾饲养畜禽，特别是喂猪，但非洲猪瘟爆发蔓延下，各地严控餐厨垃圾饲料化；餐厨粉碎机是放置在厨房水槽与管道连通处的一个小机器，用高速旋转的电机带动研磨腔中的转盘，使餐厨垃圾在离心力的作用下相互撞击，在短的时间内将食物垃圾研磨成细小的颗粒顺水流排出管道。好氧堆肥工艺流程主要是：餐厨垃圾行破碎、分选处理，去除不适合堆肥处理的杂物，进行压缩脱水处理；然后在布料箱内添加堆肥所需的添加剂，进行50-70天的好氧堆肥处理。小型生化就地处理设备与好氧堆肥原理相同，辅以加热，发酵温度保持在50-70℃，发酵迅速。厌氧消化工艺起建规模高，消化周期长，且因为沼气产品不纯，利用困难；消化后的沼渣基本还是填埋，对产品尚未有一个很好的利用计划，导致整体效果不好。饲料化因食物同源性等问题逐渐被取缔。经破碎后的餐厨垃圾直接进入下水管道容易造成管道堵塞，同时目前的市政污水管网，尚未有能力接纳破碎后的餐厨垃圾，该工艺并不适合我们国内的管道情况。好氧堆肥占地大、周期长。堆肥过程中产生的污水和臭气会对周边环境造成二次污染。小型生化就地处理机则因为预处理中脱水及油水分离不能很好得分离出餐厨垃圾中的油脂，而高含量油脂和高含盐量不利于微生物的生长，从而制约了处理机的处理效果。此外，其产生的废水、废气未经处理直接排放，容易导致二次污染；加热模块也使得设备能耗较高。
餐厨垃圾是居民日常生活及食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的垃圾，包括丢弃不用的菜叶、剩菜、剩饭、果皮、蛋壳、茶渣、骨头等，其主要来源为家庭厨房、餐厅、饭店、食堂、市场及其他与食品加工有关的行业。因此，每天都会产生大量的餐厨垃圾。需要对餐厨垃圾进行妥善的处理。好氧发酵工艺是餐厨垃圾，湿垃圾资源化处置的主要工艺。在好氧发酵过程中，一般的供氧方案为使用高压风机供氧，供氧管道上放置加热装置来加热供氧气体。发酵过程中产生的温度为50-70度的含有氨气NH3、硫化氢H2S、甲醇、水蒸气的混合气体通过排风机排出好氧发酵设备。
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