屠宰污泥制备蚓粪肥料的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种使用污泥制备有机肥料的装置及方法，属于生物技术处理污泥装置及方法的技术领域，具体地涉及一种屠宰污泥制备蚓粪肥料的装置及方法。
背景技术
近年来，由于城镇化和经济发展的需求，我国污水排放量和处理量呈显著上升趋势，与此同时，污水的衍生品污泥产量也在不断上升，“重水轻泥”的现状导致大量污泥未得到规范化处理，未经处理的污泥严重污染了水体、土壤和大气，对生态环境造成了极大的破坏，另外，随意弃置污泥也造成了资源的浪费，如今亟需开发高效化处理污泥并将其资源化利用的设备或方法。
中国发明专利申请(申请公布号：CN105645688A，申请公布日：2016-6-8)公开了一种屠宰废水处理成套装置以及利用所述装置处理废水的方法，其特点在于采用固液分离+水解酸化+好氧的工艺原理处置污水，然而目前针对屠宰场污泥调理的设备或方法较少，也缺乏将污泥调理与其资源化利用紧密结合起来的工艺流程，另外，屠宰污泥相比于其他污泥有着更高含量的有机质(≥650g·kg-1)以及氮、磷、钾营养成分，其经定向调理之后可以制备出优良蚯蚓饲料及高端有机肥料，高附加值资源化利用前景大，由此如何“低成本、高价值”实现屠宰场污泥的高效轻量化、无害化、资源化，意义十分重大。
污泥是一种由有机残片、细菌体、无机颗粒和胶体等组成的非均质体，其中，屠宰场污泥中氮、磷、钾及有机质含量较高，资源化利用潜力大，但其高含水率、大量的病原微生物、寄生虫卵以及重金属致使资源化利用前景受限，对资源化利用前的污泥进行处理就显得尤为重要。中国发明专利申请(申请公布号：CN108585392A，申请公布日：2018-9-28)公开了一种高压泄放式生化污泥调理方法，其特点是往密闭容器内加压至设定值后短时间完成泄压，利用泄压瞬间产生的气体膨胀和振荡冲击实现污泥微生物细胞破壁，完成调理过程，其优点是简单方便，处理效率高，无副产品生产，然而加压成本过高，静置污泥存在处理不均匀的现象。
中国发明专利申请(申请公布号：CN104525039A，申请公布日：2015-4-22)公开了一种污泥调理搅拌桨和包括该搅拌桨的搅拌机，其特点是搅拌桨包括向下延伸的中心轴、搅拌桨叶和若干齿板，其优点是水体可以水平与纵向流动，加速与调理剂的混合，然而单纯靠机械式搅拌与化学试剂混合对污泥进行调理，存在处理速率较低，调理成本较高的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明公开了一种屠宰污泥制备蚓粪肥料的装置及方法，该套装置将屠宰污泥高效转化成有机肥料，具有处理周期短、气味小、安全可靠、产品附加值高等特点。
为实现上述技术目的，本发明公开了一种屠宰污泥制备蚓粪肥料的装置，它包括用于对所述屠宰污泥重塑理化性质的热调理系统，连接所述热调理系统的高温微生物降解系统，及连接所述高温微生物降解系统的蚓粪养殖系统，所述高温微生物降解系统包括用于将重塑理化性质后屠宰污泥转变为有机粗肥的自落式微生物降解反应器；
其中，所述自落式微生物降解反应器包括沿水平方向放置的转轴，依次套设在所述转轴外侧的空心内腔体、空心外腔体，所述空心外腔体连接外部固定架，所述空心内腔体一端连接转盘，所述转盘连接外部动力源并在所述外部动力源提供的动力作用下带动空心内腔体、转轴做周向转动。
进一步地，所述转轴为空心轴管，在所述空心轴管表面上分布有螺纹及位于螺纹之间的一个以上曝气通孔。
进一步地，所述转轴上还固定设有叶片一，所述空心内腔体的内侧壁上还固定设有叶片二，所述叶片一和叶片二在空心内腔体内呈位置交错分布。
进一步地，所述空心内腔体的内侧壁上还分布有若干个凹凸不平部。
进一步地，所述自落式微生物降解反应器与所述热调理系统之间设有进料管，所述进料管内部设有螺旋进料通道。
进一步地，所述空心内腔体上设有出料口一，所述空心外腔体上设有与所述出料口一在竖直方向位置对应的出料口二，所述出料口二连接蚓粪养殖系统；
所述空心外腔体上还设有工质入口和工质出口。
为更好的实现本发明技术目的，本发明还公开了一种采用上述装置制备蚓粪肥料的方法，它包括向热调理系统中加入屠宰污泥、填充物及pH调理剂经搅匀后得到pH值为8.00～8.50的调理污泥，所述调理污泥输送至自落式微生物降解反应器内在50～70℃下被负载在多孔碳材料上的微生物降解获得有机粗肥，所述有机粗肥被引入蚓粪养殖系统内经蚯蚓的消化分解获得蚓粪肥料。
进一步地，所述自落式微生物降解反应器的空心内腔体转速为25～30r/min。
进一步地，所述有机粗肥中病原微生物、寄生虫卵灭活率达92％以上，有机质含量达489.33g以上每千克有机粗肥。
进一步地，所述多孔碳材料的比表面积>2000m3/g。
有益效果：
1、本发明设计的装置各部件之间协同作用，其中，屠宰场污泥在热调理系统中通过机械脱水并在添加填充物和pH调理下以重塑污泥理化性质，在高温微生物降解系统中，主要采用螺旋进料道、自落式回转反应腔体、涡轮叶片、凹凸不平部和螺纹等结构，并添加超高表面积多孔碳材料作为高温微生物的载体，实现污泥的快速降解以及病原微生物、寄生虫卵等有害组分灭活；处理效率高。
2、本发明设计的装置还包括蚯蚓养殖系统装置，经过周期15天的蚯蚓堆肥，利用蚯蚓具备的特殊生态功能和肠道微生物与环境微生物协同作用，可制备出高孔隙率、表面积、高微生物含量的蚯蚓粪肥，具备处理周期短、气味小、安全可靠、产品附加值高的特点。
3、本发明设计的处理方法结合了传统堆肥“降害肥化”和“高温炭化”快速的优势，应用于自落式微生物降解反应器中，高效推进污泥消化降解进程，再利用比表面积>2000m3/g的超高表面积多孔碳材料作为高温微生物载体，控制高温微生物的密度，提高污泥在反应器中与高温微生物接触效率，并改善污泥的导热性能，同时，在出料后可以回收载体重复利用，因此，该处理方法经济实用性好，便于推广。
4、本发明设计的处理方法制得的有机粗肥中病原微生物、寄生虫卵灭活率达92％以上，有机质含量达489.33g/kg以上。
附图说明
图1为本发明设计的装置结构示意图；
图2为图1中转盘与空心内腔体间位置关系结构示意图；
图3为本发明设计的使用图1装置的工艺流程图；
其中，上述附图中各部件编号如下：
热调理系统1、高温微生物降解系统2、蚓粪养殖系统3、自落式微生物降解反应器4(转轴4.1(螺纹4.11、曝气通孔4.12)、空心内腔体4.2(凹凸不平部4.21、出料口一4.22)、空心外腔体4.3(工质入口4.31、工质出口4.32、出料口二4.33)、转盘4.4(齿轮一4.41、齿轮二4.42)、端盖4.5、叶片一4.6、叶片二4.7、排气口4.8)、外部动力源5、外部气源6(进气通道6.1、压力阀6.2)、外部固定架7、进料管8(螺旋进料通道8.1、进料阀8.2)。
具体实施方式
本发明为解决现有屠宰污泥处理成本较高，处理效率低的技术问题，提供了一种屠宰污泥制备蚓粪肥料的装置，如图1所示，该装置包括用于对所述屠宰污泥重塑理化性质自落式微生物降解反应器的热调理系统1，连接所述热调理系统1的高温微生物降解系统2，及连接所述高温微生物降解系统2的蚓粪养殖系统3，所述高温微生物降解系统2包括用于将重塑理化性质后屠宰污泥转变为有机粗肥的自落式微生物降解反应器4；
其中，所述自落式微生物降解反应器4包括沿水平方向放置的转轴4.1，依次套设在所述转轴4.1外侧的空心内腔体4.2、空心外腔体4.3，所述空心外腔体4.3连接外部固定架7，所述空心内腔体4.2一端连接转盘4.4，所述转盘4.4连接外部动力源5并在所述外部动力源5提供的动力作用下带动空心内腔体4.2、转轴4.1做周向转动。对于空心内腔体4.2、空心外腔体4.3的具体形状，结合图1可知，本发明优选中部为圆柱体，位于圆柱体两端的为具备一定锥度的锥台。所述空心内腔体4.2、空心外腔体4.3各部具体尺寸，本发明不作特殊限定要求。
同时，为保证污泥物料在空心内腔体4.2内完成充分搅拌，本发明还选择在转轴4.1外表面上固定设置叶片一4.6，在空心内腔体4.2的内侧壁上还固定设有叶片二4.7，所述叶片一4.6和叶片二4.7在空心内腔体4.2内呈位置交错分布。对于叶片一4.6、叶片二4.7的具体形状，本发明不作特殊限定要求，但本发明优选叶片一4.6和叶片二4.7均为涡轮叶片，该涡轮叶片的螺旋角为78°左右，利用该叶片一4.6和叶片二4.7分别在转轴4.1、空心内腔体4.2带动下转动实现了污泥物料在径向和轴向的流动均质，有利于降低搅拌能耗。
为增加污泥物料在空心内腔体4.2、转轴4.1上的滞留时间从而强化搅拌与翻料进程，本发明还选择在空心内腔体4.2上设置凹凸不平部4.21，在转轴4.1上设置螺纹4.11，本发明优选凹凸不平部4.21呈锯齿状，所述螺纹4.11为单向螺纹或多向螺纹，具体不作特殊限定要求。对于上述的能够带动转轴4.1、空心内腔体4.2周向转动的转盘4.4，本发明优选该转盘4.4为轮齿传动盘，具体的结合图2可知，其为由齿轮一4.41与齿轮二4.42组成，其中，齿轮一4.41中心套设在转轴4.1上，齿轮一4.41的外部轮齿与齿轮二4.42的外部轮齿相啮合，齿轮二4.42的外部轮齿还啮合空心内腔体4.2内侧壁上的部分锯齿状凹凸不平部4.21，从而实现外部动力源5为轮齿传动盘提供动力，所述轮齿传动盘带动转轴4.1、空心内腔体4.2周向转动的技术目的，而污泥物料在空心内腔体4.2内充分运动、碰撞并回落。同时，所述轮齿传动盘外侧连接端盖4.5，所述端盖4.5固定连接外部固定架7。本发明还优选空心内腔体4.2转速为25～30r/min。
同时，由于屠宰污泥物料在高温微生物降解系统2内需要在好氧微生物的消化分解下完成降解，本发明优选所述转轴4.1为空心轴管，所述空心轴管一端伸出空心内腔体4.2并连接外部气源6，所述外部气源6与空心轴管之间的进气通道6.1上设有压力阀6.2，本发明优选通往空心轴管的通气量为2.2～2.7L/min。所述空心轴管外侧壁表面开设有曝气通孔4.12，在空心内腔体4.2上开设有排气口4.8，本发明优选空心轴管半径为0.05m，各曝气通孔直径为0.01m，在空心轴管周向转动过程中充分强化曝气效果。
此外，由于本发明设计的好氧微生物需要在高温条件下完成生物降解，本发明进一步优选在空心内腔体4.2、空心外腔体4.3之间的夹层空腔内通入传热工质，具体的，本发明优选通入水蒸气或热空气，其中，在空心外腔体4.3上设置工质入口4.31和工质出口4.32，所述工质入口4.31连接外部智能加热系统。本发明优选加热速率为1℃/min～5℃/min，并调控空心内腔体4.2内温度为50～70℃。
与此同时，所述热调理系统1与自落式微生物降解反应器4之间设有进料管8，本发明优选在进料管8内设置螺旋进料通道8.1和进料阀8.2以保证污泥物料的预混。
其中，本发明选择的污泥物料自然堆积密度为1000kg/m3，螺旋进料通道8.1的进料速率为10～12L/min。
当屠宰污泥物料在好氧高温微生物分解下生成了有机粗肥，为方便该有机粗肥从空心内腔体4.2转移至蚓粪养殖系统3，本发明还设计在空心内腔体4.2上设置出料口一4.22，在空心外腔体4.3上设置出料口二4.33，且出料口一4.22与出料口二4.33在竖直方向相对应以保证有机粗肥能顺利排出。
结合图1还可知，所述热调理系统1内设有设有搅拌装置以实现屠宰污泥充分的机械搅拌脱水。
所述蚓粪养殖系统可为现有装置系统，本发明不做详细赘述。
本发明设计的自落式微生物降解反应器4在工作时，出料口一4.22、出料口二4.33均处于关闭状态，工质入口4.31、工质出口4.32处于开启状态，外部动力源5、外部气源6也处于打开状态，实现屠宰污泥物料在好氧高温微生物作用下的充分分解。
本发明设计的整体装置工作过程为：在热调理系统1中，屠宰污泥经过机械脱水、并添加填充物和pH调理，进一步进行搅拌均质，重塑污泥理化性质，得到调理污泥。在高温微生物降解系统2中，调理污泥在高温微生物适宜温度50～70℃的自落式微生物降解反应器4内进行消化反应，利用超高表面积多孔碳材料作为如枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌等的高温微生物载体对污泥进行接种，通入干空气，并利用自落式搅拌技术进行均质曝气处理，以此实现水分的快速脱除和污泥的快速降解，获得有机粗肥。基于调理后的污泥在蚓粪养殖系统3中进行环境调控，向有机粗肥中加入调理剂，改善其适口性，调节pH和湿度等，并对有机粗肥进行蚯蚓生物调理，得到具备生物性质的蚯蚓粪有机肥。
此外，本发明还公开了一种上述装置制备蚓粪肥料的方法，它包括向热调理系统1中加入屠宰污泥、填充物及pH调理剂经搅匀后得到pH值为8.00～8.50的调理污泥，所述调理污泥输送至自落式微生物降解反应器4内在50～70℃下被负载在多孔碳材料上的微生物降解获得有机粗肥，所述有机粗肥被引入蚓粪养殖系统3内经蚯蚓的消化分解获得蚓粪肥料。其中，所述有机粗肥中病原微生物、寄生虫卵灭活率达92％以上，有机质含量达489.33g/kg以上。而所述多孔碳材料的比表面积>2000m3/g，保证对高温微生物的充分负载。
本发明优选填充物重量为屠宰污泥湿重的30％以上。所述填充物为锯末、秸秆中的一种或两种，所述pH调理剂为草木灰、小苏打中的一种或两种。
为更好的解释本发明，以下结合具体实施例进行详细说明。
实施例1
在热调理系统中，取含水率为80.23％的屠宰污泥在热调理系统装置中进行离心机械脱水，并添加小苏打和草木灰调节污泥pH至8.00～8.50，向其中添加30％的锯末，搅拌器搅拌均质，得到调理污泥。在高温微生物降解系统中，由螺旋进料通道向自落式微生物降解反应器中添加0.5m3的调理污泥，并加入适量高温微生物的超高表面积多孔碳材料载体，智能调控反应温度为50℃，旋转空心内腔体以转速25～30r/min转动，降解消化12h得到有机粗肥。基于调理后的污泥在蚯蚓养殖系统中进行环境调控，蚯蚓养殖周期为15天，得到蚯蚓粪有机肥。
实施例2～3
其中实施例2添加20％的锯末，实施例3添加10％的锯末；其他均与实施例1保持相同。其中，实施例1～实施例3中各物料理化性质列表如表1。
表1实施例1～3中各反应原料及产物理化性质列表
实施例4～6
其中实施例4添加30％的秸秆，实施例5添加20％的秸秆，实施例6添加10％的秸秆；其他均与实施例1保持相同。其中，实施例4～实施例6中各物料理化性质列表如表2。
表2实施例4～6中各反应原料及产物理化性质列表
实施例7～8
实施例7为实施例1基础上调控反应温度为70℃，实施例8为实施例4基础上调控反应温度为70℃。
实施例9～10
实施例9为实施例1基础上延长降解消化至24h，实施例10为实施例4基础上延长降解消化至24h；其中，实施例7～10中各物料理化性质列表如表3。
表3实施例7～10中各反应原料及产物理化性质列表
由上述实施例可知，发明设计的处理方法结合了传统堆肥“降害肥化”和“高温炭化”快速的优势，应用于自落式微生物降解反应器中，高效推进污泥消化降解进程，实现污泥的快速降解以及病原微生物、寄生虫卵等有害组分灭活；制备出了高孔隙率、表面积、高微生物含量的蚯蚓粪肥，其中，所述有机粗肥中病原微生物、寄生虫卵灭活率达92％以上，有机质含量达489.33g/kg以上，因此该设计装置及方法能较好的用于污泥的转换利用。
