污泥、垃圾的OTM好氧生化處理法
“堆肥”是一個古老的名詞,在垃圾處理中,更準確的理解應是污泥、垃圾的好氧生化處理。
1.堆肥在污泥、垃圾處理中的主要應用
制作肥料或土壤改良劑,也就是常說的堆肥
污泥、垃圾填埋以前的預處理,起到減量化和無害化的作用
垃圾生物干燥,利于儲運并降低后續焚燒的處理成本
2.污泥、垃圾填埋以前的預處理
堆肥過程中,由于堆肥堆中的水份被蒸發、有機物被降解,所以,經過處理后的體積僅為未經處理前的10%。最初收集來的垃圾是松散的,每噸垃圾體積可達3 立方米,經壓實后體積約1.3立方米。垃圾經焚燒后的殘余物體積約0.2立方米。而經過堆肥處理以后,最終體積僅約0.3立方米。可見,堆肥在減量化和充分利用有限填埋空間上所起的作用是不容忽略的。
在重量的變化上,經過堆肥處理可以減量一半,而焚燒是最有效。但是,如果我們假定有一半的堆肥能夠用于綠化或填地,那么最終需要填埋的那部分與垃圾焚燒后殘余的量幾乎相等。但是,值得我們注意的是,垃圾焚燒中煙氣凈化的殘余物是屬于特殊的有毒有害廢棄物,是不能夠進入垃圾填埋廠的。
3.垃圾的生物干燥
垃圾好氧生化處理的另一個非常重要的意義,就是垃圾的生物干燥。收集來的垃圾含水率高達50-70%,如果直接焚燒,會極大地影響發電效率,既不經濟,也不環保。而當前流行的、通過添加煤粉來焚燒垃圾、提高發電效率的做法,從宏觀上講,是對煤資源的浪費,因此并不是真正意義上的廢物發電。
堆肥過程中,微生物在氧化垃圾中的有機物時,會放出熱量。通過控制,可以有效地利用這一熱量來蒸發垃圾中的水份,提高垃圾的熱值。這一手段,我們便稱為生物干燥。采用“氧——溫度——濕度(OTM)控制法”,僅需一周時間,就可以把垃圾的含水率降到20%以下,熱值提高50%-250%。這對于降低垃圾焚燒成本、提高發電效率,有著不可估量的價值。
4.垃圾好氧生物處理設施設計與運行的關鍵
高速反應以及避免二次污染是垃圾好氧生物處理設施設計與運行的關鍵。在固體垃圾中,氧氣首先溶解到有大量微生物存在的液相中,然后再參與反應。如果假定微生物富集在固體表面的水膜里,通過理論計算可以推測,水膜中有很大一部分是處于厭氧狀態的。高分子有機物需要先經過水解后溶于水相,水分子再逐步擴散至表層。當生物氧化受到制約,如溶氧量不夠或微生物濃度較低時,一些小分子中間產物便會擴散到氣相中。廢氣中的NH3、H2S及其他生化反應半產物等便是氣味污染的來源。
在供氧問題上,關鍵不在于向系統提供的氧氣總量是否充分,而是要解決以下問題:
1)避免由于供氧不足而產生臭氣,或垃圾處理時間過長;
2)避免由于過量通風而帶來的能耗高、帶出的半產物過多、和垃圾堆溫度下降堆肥中,能進行干預的根本手段是通風。通風不足,系統就會出現厭氧狀態,這時反應速度下降,產生臭氣;通風過量,物料變干、溫度下降、反應速度減慢;通風速度過快,氣體輸送不均勻,不僅耗能,系統狀態也不均勻。
那么如何來確定通風量呢?這便和系統的溫度、氧氣的含量和濕度有關。
5.氧-溫度-濕度(OTM)綜合控制技術
氧-溫度-濕度(OTM)綜合控制技術的開發與應用基于對堆肥反應動力學的長期研究。該技術從根本上解決了人們長期以來無法直接根據好氧生物反應的真實情況來實現優化的操作的問題。
OTM系統主要包括三個基本組成:
氧氣濃度、溫度在線檢測系統與濕度控制
控制系統
通風供氧系統
在線檢測系統將檢測的氧氣濃度、溫度傳輸至控制系統,控制系統對這些數據進行處理、計算濕度的變化并對反應過程進行優化,自動控制通風供氧系統。其結果是,一方面保證系統中足夠的氧氣含量;另一方面避免了由于過量的通風而引起系統的溫度與濕度下降,最大程度減少氣味物質的產生,同時,將運行能耗降至最低。
與傳統方法比,氧-溫度-濕度(OTM)綜合控制堆肥具有以下優越性:
反應速度最快、不需專業翻堆設備
與傳統通風、機械翻堆相比,氧控制堆肥通過自動控制通風供氧,使反應系統具有最佳的含氧量、溫度與濕度,好氧反應速度最大化,節省停留時間一半以上(約60%),加大處理效率。
反應時間的比較
從根本上避免堆肥過程中的臭氣產生
氣味氣體的排放是由于生物氧化中的半反應物(多出現在供氧不足的厭氧情況下)未被有效氧化,就被不適宜的通風帶出而引起的。傳統堆肥在機械翻堆時,造成廠內大量CO、H2S、有機酸等成分的排放,不僅污染環境,而且腐蝕機械設備及構筑物。氧控制堆肥,自動控制通風供氧量,避免了厭氧產生的惡臭及腐蝕性氣體的排放。另外,由于均勻、緩慢、柔和的通風供氧,不僅進行高效的堆肥過程,同時起著廢氣生物過濾的功能。
通風電耗、翻堆設備油耗、翻堆設備備品備件是運行費用的重要組成。傳統堆肥過程中,通風電耗要占整個運行費用的一半以上。氧控制堆肥,通過在線檢測實現自動控制,采用小風量通風技術,通風量約是傳統的1/4。一方面確保系統的好氧條件,同時又避免了盲目通風,因此將系統的通風電耗降到最小。
電耗比較
有效控制濕度
生物垃圾處理過程中,微生物富集在固體表面的水膜里,高分子有機物需先經過水解后溶于水相,水分子再逐步擴散至表層。水解產物的生化降解反應釋放的熱能是系統熱能的根本來源。通過在線檢測溫度和含氧量,以及自動控制通風量,從而可得到與熱量平衡相關的全部信息,進而實現:任何情況下都能保證系統反應速度不受通風量的制約;在保證系統有氧的前提下,可有序改變反應系統的溫度與濕度,進而控制水分的蒸發量。
6.氧-溫度-濕度綜合控制法主要優點
將發酵時間縮短約60%,減少廠區占地面積
與常規方法比,系統更穩定,更經濟
將氣味產生降至最低,與常規方法比減少90%以上
大大降低運行成本,與常規方法比可節省運行投資50%以上
顯著改善堆肥質量
老廠、新建廠均適用
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