超高溫好氧堆肥發酵倉設計優化研究

摘要：為促進可持續發展，國家提出了固體廢棄物“無害化”“減量化”“資源化”的口號。本文主要對超高溫自發熱好氧堆肥工藝進行了研究，以吳忠市第二污水處理廠脫水污泥為基礎，設計研發一款簡易發酵的設備來實現污泥的超高好氧發酵，最終實現污泥削減總量達85%，堆肥結束后，堆肥產品穩定無異味，可達到安全回田的目的，最終實現資源化利用。

關鍵詞：超高溫;好氧發酵;污泥;發酵倉

中圖分類號：X705 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）03-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.03.078

Design and optimization of ultra-high temperature aerobic compost fermentation bin

Chang Hong

（College of Resources and Environment，Ningxia University，Yinchuan Ningxia 750021，China）

Abstract：In order to promote sustainable development， the state has put forward the slogans of “harmless” ， “reduction” and “resource” of solid waste， based on the dewatered sludge from the second Sewage Treatment in Wuzhong， a simple fermentation device was designed to achieve the ultra-high Aerobic fermentation of sludge. The total amount of sludge was reduced by 85% . After composting， the compost product was stable and odorless， the utility model can achieve the goal of returning farmland safely and finally realize the utilization of resources.

Key words：Ultra high temperature;Aerobic compost;Sludge;Fermentation tank

本文以吳忠市第二污水處理廠的脫水污泥為研究對象，旨在以一種方便、簡易的方式對固體廢棄物進行處理，設計研發出一款簡易方便的設備對污泥進行超高溫好氧堆肥工藝，并通過對發酵前后污泥的理化性質的變化進行最后的分析，確定該設備對污泥超高溫好氧堆肥的適應狀況，最終確定污泥資源化利用途徑，為城市生活污水污泥的無害化、資源化、減量化奠定一定的基礎。

1 研究材料

實驗菌種來自于江蘇鵬鷂環保有限公司，污泥取自吳忠第二污水處理廠。菌種和污泥的性質及用量見表1。

2 發酵倉設備設計

2.1 主要結構和工作原理

根據處理過程中起作用微生物對氧氣的不同要求，有機廢棄物堆肥處理技術分為好氧堆肥和厭氧堆肥兩種，厭氧堆肥是一種在缺氧條件下利用微生物進行發酵的技術，具有使用成本高，發酵周期長和用地面積大的特點;好氧堆肥具有處理快速，耗能較低，用地面積小，經濟實用等特點，好氧堆肥堆體溫度高，一般在50～60℃，所以也稱為高溫堆肥。對于固體廢棄物的生物堆肥處理系統主要有條垛式、槽式和發酵倉式三種，其中條垛式具有設備投資低，土建投資大，總體投資低，占地面積大，運行成本低，人員配置高，臭氣無法收集的特點，此方法農業應用效果好;槽式具有設備投資、土建投資、總體投資和占地面積適中，運行成本高，人員配置高，臭氣部門收集的特點，此方法農業應用效果一般;發酵倉式具有設備投資高，土建投資低，總體投資高，占地面積小，運行成本高，人員配置少，臭氣完全收集的特點，此方法農業應用效果低。本設備主要應用發酵倉式技術，在此方法配置的優點基礎上，對不良方法進行改進，針對設備、總體和運行投資成本高以及應用效果一般的效果進行改良，再不另行添加輔料的基本上，確保成本適宜，并提高應用效果。[1] [2]

本設備使用方式為好氧堆肥方式，和一般好氧堆肥最大的區別是堆肥溫度較高，可以達到100℃ 以上超高溫發酵，通過這種方式可以確保最大限度殺滅病原菌，并且提高有機質的降解速度，確保發酵產物更安全的資源化使用。該設備結構簡圖如圖1所示，發酵倉為0.8mm不銹鋼板倉體，尺寸為1m1m1.5m，倉體下部共設立六根內徑為3cm曝氣管，曝氣管間距為15cm，管長80cn，頂部保持密封狀態，為確保曝氣效果，每根管子確保6個通氣孔，管子下部每間隔10cm有一孔徑為30mm小孔。

2.2 溫度控制系統設計

本實驗發酵倉室下部共設立六根曝氣管，每個管子間距為15cm，管長80cm，頂部保持密封狀態，管子下部每間隔10cm有一孔徑為30mm小孔，每根管子確保6個通氣孔，為確保曝氣效果，在管部下面用墊片將其稍微抬起。實驗倉內的曝氣管道與外部相連接，外連管道上連接流量計，球閥和鼓風機，鼓風機對室內氧氣進行補充，實現發酵的好氧狀況，通過對球閥的操作和流量計上風速的調控，確保發酵堆體可實現100℃以上超高溫發酵狀態。

3 工藝流程驗證

試驗根據多次實驗驗證，當發酵含水率為45%時可確保發酵優質完成。以吳忠第二污水處理廠污泥為基準，原始含水率為80% ，將污泥與菌種混合，確保含水率為45%時，確定污泥與菌種摻混比例為1：1.5，將其置于發酵倉內，堆體呈直角梯形，上邊長0.9m，下邊長1m，寬1m，發酵過程中，以15天為一個周期，每一個周期進行一次翻堆，4個周期后發酵結束，總反應時間為60天。[3][ 4]

4 結論

本研究根據好氧發酵工藝要求，設計了簡易處理有機廢物的發酵倉，并通過污泥進行試驗驗證，最終確保污泥在發酵周期內發酵最高溫可高達110℃，發酵產物減量化高達80%，產物含水量低于35%，并完全去除病原菌和微生物。通過實驗驗證確定該發酵倉具有發酵周期短，綠色環保等優點。[5] [6]

參考文獻

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[2]華佳，陳玉輝，霍苗，等.正交優化制備污泥水解蛋白質的實驗研究[J].環境科學與技術，2006，29（12）：28-30.

[3]董平，矯健，張鑫，等.堿性過硫酸鉀—水楊酸法測定脫水污泥總氮[J].黑龍江科技學院學報，2009，19（4）：258-261.

[4]Zhang L，Yan J H，Zhou M J，et al.Fabrication and photocatalytic properties of spheres-in-spheres ZnO / ZnAl2 O4 composite hollow microspheres [J].Applied Surface Science，2013，268：237-245.

[5]Kezhen L，Li J，Qing X X，et al. Synthesis and photo-degradation application of WO3 / TiO2 hollow spheres [J].Journal of Hazardous Materials，2011，189（1-2） 329-335.

[6] Wu T X，Liu G M，Zhao J C.Photoassisted degradation of dye pollutants. v. self-photosensitized oxidative transformation of rhodamine B under visible light irradiation in aqueous TiO2 dispersions [J]. J Phys Chem B，1998，102 （ 30） 5845-5851.

收稿日期：2019-12-31

基金項目：寧夏回族自治區重點研發（科技惠民）項目（2016KJHM30）

作者簡介：常虹（1978-），女，漢族，碩士，研究方向為環境科學相關。