一种农村污泥处理方法和污泥处理资源罐

1.本发明涉及环境工程领域，具体涉及农村污泥处理领域。


背景技术：

2.随着城乡一体化的不断推进，对农村环境问题的关注力度也逐渐加大，政府开始兴建分散式农村污水处理设施。据住建部统计，预计到2035年我国农村污水处理率将达到70％。
3.虽然农村污水处理得到了重视，处理率逐步提高，但农村分散式污水处理装置伴随产生的剩余污泥仍未得到有效的处理与处置，污泥排放量还在以每年10％的速度增加。污泥随意堆置和直接排放导致农村土地与河道的严重污染，同时还造成了巨大的农用资源浪费。
4.常见有如下污泥处理方式：一是基于人工湿地的污泥干化滤床，污泥通过污泥泵均匀布置到滤床上，经过滤床上种植的植物、微生物及滤料间的相互协同作用处理，以减少污泥体积；二是厌氧消化，在无氧的条件下，利用兼性菌与厌氧菌进行消化反应，将污泥中的有机质分解为甲烷等气体以资源化利用。但上述处理方式存在处理污泥负荷不高、运行周期较长、污泥回田率低和反应器体积过大等问题，因此亟需一种资源化的一体化的分散式污泥就地处理方法和装置。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的是提供一种污泥处理资源罐，能够就地一体化地处理农村污泥，并可有效提高污泥处理负荷和污泥干化稳定化效果。
6.为实现上述目的的污泥处理资源罐，包括腔体、多层基质层、出水设备和通风设备。腔体用于形成污泥处理空间；多层基质层层层铺设在所述污泥处理空间中；出水设备用于提供所述污泥处理空间中的渗滤液排出通道；通风设备用于向所述污泥处理空间内供应气体，还包括一开关，所述开关用于调节通风间歇比、通风周期和通风量，以实现间歇通风。
7.在一个或多个实施例中，所述多层基质层包括小粒径基质层、中粒径基质层和大粒径基质层，所述小粒径基质层的小粒径基质层填料粒径范围为2-4mm，所述中粒径基质层的填料粒径范围为7-10mm，所述大粒径基质层填料粒径范围为16-25mm，所述小粒径基质层、所述中粒径基质层和所述大粒径基质层的铺设厚度为200-400mm。
8.在一个或多个实施例中，所述小粒径基质层的填料为珍珠砂、陶粒、沸石的一种或几种，所述中粒径基质层的填料为小粒径砾石、沸石、火山石、高炉渣、硫铁矿的一种或几种，所述大粒径基质层的填料为大砾石。
9.在一个或多个实施例中，所述污泥处理资源罐还包括一穿孔板，设置在所述多层基质层底部，并在所述腔体内限定出一空间。
10.在一个或多个实施例中，所述穿孔板的开孔率为15％-20％，孔径为6-10mm。
11.在一个或多个实施例中，所述腔体的高度为1200-3000mm，所述腔体的横截面为圆
形、方形、长方形的任一种，所述腔体的材质为玻璃钢、pvc、pe、不锈钢、碳钢的其中一种。
12.在一个或多个实施例中，所述通风设备设置在污泥处理资源罐的底部。
13.本发明的另一个目的在于提供一种农村污泥处理方法，以每周一日进泥至每周四日进泥的范围内向污泥处理资源罐通入污泥，污泥负荷为50～150kg ts/(m2.a)；通过通风设备的开关控制所述污泥处理资源罐通风参数，以实现间歇通风，通风间歇比范围为1:5～1:1，通风周期的范围为1～8小时，每升污泥的通风量的范围为0.04～0.2l/min。
14.在一个或多个实施例中，进泥方式为间歇进泥，污泥处理资源罐内的污泥1～2年清理一次。
15.上述污泥处理资源罐将污泥处理湿地的装置进行了一体化设计，并通过设置带有开关的通风设备，使装置的通风间歇比、通风周期和通风量实现灵活调节，从而优化了污泥干化和稳定化效果。
16.上述农村污泥处理方法通过对进泥方式、进泥负荷、通风量、通风间歇比和通风周期参数的控制，明确了不同通风间歇比、通风周期和通风量等参数对装置处理效果的影响，并选取了能够获得最佳效果的运行参数范围，从而显著增强污泥的干化和稳定化效果，使得污泥渗滤液达标排放，使得污泥在稳定化的同时也能够有效保留污泥中的氮磷元素，处理后的污泥能够作为有机肥还田，可以实现资源化利用，且能够就地应用，适用于农村环境。
附图说明
17.本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
18.图1是污泥处理资源罐的一个实施例的截面示意图。
具体实施方式
19.下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
20.需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。
21.在处理完农村污水后，剩下的污泥中含有一定量的氮、磷等营养物及有机物，该部分有机物能够通过污泥干化和稳定化环节后被再次利用。
22.污泥干化是指降低污泥中的含水量，污泥稳定化是指去除污泥中的部分有机物质或将污泥中的不稳定有机物质转化为较稳定物质，以进一步减少污泥含水量，杀灭污泥中的细菌、病原体等，使其可以安全地作为肥料。
23.参照图1所示，本公开所涉及的污泥处理资源罐可以就地使用污泥，且具有较佳的污泥的干化和稳定化效果，使污泥可以回田再次利用，实现资源最大化利用。
24.污泥处理资源罐包括一腔体1、多层基质层20、通风设备6和出水设备7。腔体1用于形成污泥处理空间10，污泥处理空间10用于提供污泥存放、处理的空间。多层基质层20层层
铺设在污泥处理空间10中，用于干化污泥。通风设备6用于向污泥处理空间10内供应氧气，出水设备7用于提供污泥处理空间10中的渗滤液排出通道。通风设备6还带有开关，以实现间歇通风。
25.具体的，处理完污水后剩下的污泥由腔体1顶部进入，并在罐内发生干化反应，产生渗滤液。渗滤液经重力下渗，并经过多层基质层20处理后最终落入罐底，通过出水设备7排出。干化后的污泥在腔体1内形成一层干化的泥饼层，位于多层基质层20上方。可以理解的是，多次通入污泥，则干化的多层污泥与基质层20层层积累。
26.微生物存附在多层基质层20中，不断下渗的污泥渗滤液提供多层基质层20中微生物所需的有机物和营养物质。位于基质层20顶部的泥饼层内部也含有微生物，泥饼层内部的微生物消耗污泥中的有机物，从而去除污泥中的部分有机物质或将污泥中的不稳定有机物质转化为较稳定物质，杀灭污泥中的细菌、病原体等，使得污泥稳定化。
27.下一批污泥进入腔体时，通过表面蒸发降低含水率，渗滤液继续通过重力下渗，并同时通过上一批污泥所形成的泥饼层和多层基质层，为微生物提供有机物和营养物质，并通过微生物降解实现污泥的稳定化。多批干化后的污泥层层积累，逐层叠加在基质层20上方。在一个实施例中，腔体1的高度范围为1200-3000mm，以储存一定容量的污泥。腔体的横截面为圆形、方形、长方形的任一种，以储存多层干化污泥。将该部分干化污泥取出，可排入田中，作为有机肥实现二次利用。
28.多层基质层20层层铺设在污泥处理空间10中，用于处理渗滤液和便于干化污泥。在一个实施例中，多层基质层20包括小粒径基质层2、中粒径基质层3和大粒径基质层4。小粒径基质层2的填料粒径范围为2-4mm，中粒径基质层3的填料粒径范围为7-10mm，大粒径基质层填料粒径范围为16-25mm。
29.例如，小粒径基质层2的填料为珍珠砂、陶粒、沸石的一种或几种，中粒径基质层3的填料为小粒径砾石、沸石、火山石、高炉渣、硫铁矿的一种或几种，大粒径基质层4的填料为大砾石，从而形成不同间隙的空间，供微生物附着。在上述实施例的基础之上，小粒径基质层2、中粒径基质层3和大粒径基质层4的铺设厚度均为200-400mm，用于充分处理污泥所产生的渗滤液。
30.在一个实施例中，污泥处理资源罐还包括一穿孔板5，设置在多层基质层20的底部，并在腔体内限定出一空间15。穿孔板5与腔体10的底面形成空间15，穿孔板5底部的空间15用于收集下渗的渗滤液，并具有排水和通风功能：通风口和排水口与空间15连通。穿孔板5能够有效承托住上部的基质层和污泥，还可以方便渗滤液淋下和通风气体的上升。进一步的，穿孔板的开孔率为15％-20％，孔径为6-10mm，方便渗滤液的流通。
31.出水设备7用于提供污泥处理空间10中的渗滤液排出通道。出水设备7的开口与空间15连通，在污泥进入罐内后，产生的渗滤液经过多层基质层后落至空间15内，并由出水设备7排出。
32.在一个实施例中，出水设备7为与污泥处理空间10联通的出水管；在另一个实施例中，出水设备7也可以为带有抽吸泵的抽吸设备，从而控制渗滤液的出水量。
33.在一个实施例中，通风设备6设置在污泥处理空间10底部，用于向污泥处理空间10内供应气体，所述气体主要为微生物提供所需的氧气。通风设备6还包括一开关，所述开关用于调节通风间歇比、通风周期和通风量，以实现间歇通风。
34.由于污泥从上部进入，上部的氧气较多而下部氧气较少，将通风设备6的通风口设置在底部，能够实现更高的通风效率；同时，气体从底部向上流动能更好地防止装置中基质层的堵塞。本领域人员可以理解的是，污泥处理资源罐只设置一个通风口时，优选设在底部为最佳；污泥处理资源罐也可以设置多个开口，从多处供应气体。
35.进一步的，通风设备6包括一通风管路和一带时控开关的供氧设备，由供氧设备提供氧气，氧气经通风管路进入腔体1。带时控的开关用于控制进入腔体1中的氧气的通风流量、通风周期以及通风间歇比控制元素，以实现间歇通风。
36.间歇通风作为影响污泥干化和稳定化的重要因素，对干化和稳定化效果具有重要影响。
37.该污泥处理资源罐结构简单，使用方便，能够适用于农村环境，实现污泥的就地处理，还通过设置带有开关的通风设备，使装置具有较佳的污泥干化和稳定化效果，便于农村回收利用。结合上述对于污泥处理资源罐的介绍，可以理解到一种农村污泥处理方法，该方法通过调整间歇通风的参数，有效增强污泥的干化和稳定化效果，还能够有效保留污泥中的氮磷元素，使得该污泥处理后能够回用到农田作为肥料。
38.上述农村污泥处理方法的步骤包括：将污泥以每周一日进泥至每周四日进泥的范围内向污泥处理资源罐通入污泥，污泥负荷为50～150kg ts/(m2.a)；通过通风设备的开关控制所述污泥处理资源罐通风参数，以实现间歇通风，通风间歇比范围为1:5～1:1，通风周期的范围为1～8小时，每升污泥的通风量的范围为0.04～0.2l/min。
39.具体的，通风周期为一天24小时中任一次通风阶段与相邻的不通风阶段的时间总长。例如通风周期为4小时，则一天具有6个通风周期；再如通风时间为8小时，则一天具有3个通风周期。
40.通风间歇比为在一个通风周期内通风阶段与不通风阶段时长的比值。例如，当通风周期为4小时、通风间歇比为1:1时，在一天24h内按照通风2小时-不通风2小时-通风2小时-不通风2小时等共计6个循环的规律向污泥处理空间10内通入氧气。再如当通风周期为8小时、通风间歇比为1:3时，在一天24h内按照通风2小时-不通风6小时-通风2小时-不通风6小时-通风2小时-不通风6小时的规律向污泥处理空间10通入氧气。
41.通风间歇比和通风周期两个指标共同决定了通风时间的工况，也决定了一天中的通风总时长，污泥干化和稳定效果在该范围内随通风周期的增大而更优。
42.具体而言，受通风间歇比和通风周期的影响，通风时间增加，污泥单位面积的透气孔越多，也越均匀。透气孔越多使得污泥的比表面积增大，有利于渗滤液通过透气孔下渗，也有利于增加污泥表面水的蒸发量。同时，一定时长的持续通风有利于污泥孔隙间持续充满氧气。微生物好氧分解有机物需要氧气，如果氧气不足，则会限制好氧微生物分解有机物的速度，因此提供充足的氧气能够促进污泥内有机物的分解。因此，通风时间增加使得体系内部透气孔越多，氧含量高，有利于渗滤液通过透气孔下渗和污泥所含有的有机物的分解，从而强化污泥干化和稳定化效果。
43.但是，通风时间并不是越长越好，还需考虑到经济效益和总氮(tn)的去除效果等因素。因此，通风周期的范围优选为1～8小时，且在该设定范围内优选通风周期的最大值，污泥干化和稳定效果在该范围内随通风周期的增大而更优；通风间歇比的范围优选为1:1至1:5，且在该设定范围内优选通风间歇比的最大值，污泥干化和稳定效果在该范围内随通
风间歇比的增大而更优。
44.但当通风周期高于8小时时，在相同通风间歇比的情况下，不通风阶段持续的时长会过长，罐中多层基质层氧含量降幅过大，氧含量过低，不利于渗滤液中的有机物分解和硝化反应，因此，为保证罐内具有合适的氧含量，通风周期优选不长于8小时。当通风周期低于1小时时，通风与不通风交替的频率过高，导致湿地内部氧含量一直处于较高的状态，基质层内的微生物对污泥渗滤液中tn的去除效果下降，同时不利于维持基质层和污泥所形成的堆体的温度，使得污泥干化和稳定效果下降。
45.污泥干化和稳定化效果上述设定范围内随通风间歇比的增大而更优。例如，当通风间歇比最大为1:1时，表明一个通风周期内通风时长等于不通风的时长。当通风间歇比减小到1:5时，表面在一个通风周期内不通风时间是通风时间的五倍。
46.但通风间歇比的增长超过1:1后，也即通风时间长于不通风时间时，污泥的干化和稳定效果提升不明显，且通风时长的增加导致通风能耗增加，经济性下降。此外，通风时间长于不通风时间，湿地对污泥渗滤液中tn的去除效果下降。由于tn的去除是通过反硝化菌在缺氧条件下发生反硝化反应、将污泥中的硝氮转化成氮气去除的，因此通风间歇比高于1:1时，装置内溶解氧含量过高，不利于生成缺氧环境，因此不利于tn去除。
47.当通风间歇比低于1:5时，通风时间不够，污泥单位面积的透气孔较少，不利于渗滤液的下渗，也不利于有机物的分解。因此，通风间歇比范围优选为1:5～1:1。
48.在一优选实施例中，每升污泥的通风量的范围为0.04～0.2l/min，并在该设定范围内取最大值，污泥干化和稳定效果在该范围内随通风量的增大而更优。
49.通风量越大，干化后污泥单位面积的透气孔越多，使得渗滤液的下渗量越多。通风量增大能够增加污泥内的透气孔，从而使得污泥的比表面积增大，以增加污泥表面的水蒸发量。同时，含有较多透气孔的污泥的氧含量更高，能够促进微生物对污泥中的有机物的分解。但通风量过高，也将导致过高的经济消耗。
50.上述通风周期、通风间歇比和通风量范围是在全面综合考虑污泥干化、稳定化、资源化以及污泥渗滤液处理的基础之上，得到的优选方案，实现了在保证污泥干化的同时，回田用做肥料时污泥内的氮磷元素仍较高，且排出的渗滤液也符合国家标准。
51.进泥周期为一周7天，进泥方式为每周一日进泥至每周四日进泥，并在相同污泥负荷下，在该设定范围内优选单次污泥量较大的方式。
52.具体的，每周一日进泥是指进泥1天后间隔6天，并以上述的规律在每个进泥周期内循环，在下一周内进泥1天后间隔6天。每周四日进泥是指进泥4天后间隔3天，再进泥4天，以上述规律在连续进泥周期中循环。可以理解的是，每周三日进泥是指进泥3天后间隔4天，并以上述的规律在每个进泥周期内循环。
53.需要说明的是，上述两种进泥方式的总进泥量是一样的，也即污泥负荷是一致的，但每周一日进泥相对每周四日进泥来说，进泥次数减少，但单次进泥量增加。根据污水处理量确定污泥处理装置尺寸后，每次进泥的量根据总污泥量确定，如果以每周多日的规律，则每日的进泥量平均分配。
54.在污泥处理资源罐承受相同污泥负荷下，每周一日进泥的污泥量多，污泥质量增加从而产生较大重力，增强渗滤作用，同时也能够打开污泥间孔隙，具有多孔隙的污泥能够增加与氧的接触时间，从而促进微生物分解污泥内的有机物，进一步增强污泥干化和稳定
效果。
55.在污泥处理资源罐承受相同污泥负荷下，每周进泥日多意味着单次投加污泥量小，污泥蒸发比表面积大，水分蒸发快。但超过每周四日进泥将使得渗滤作用不足，且比表面积增大带来的水分蒸发速度增长不明显，不利于污泥的干化和稳定效果。因此在综合考虑污泥处理量和处理效果的基础上，进泥方式优选为每周一日进泥至每周四日进泥。
56.污泥负荷是指单位面积的装置每年能处理的污泥总固体量。在一优选实施例中，污泥负荷范围为50～150kg ts/(m2.a)。优选的，在该设定范围内取最小值，污泥干化和稳定效果在该范围内随污泥负荷降低而更优。
57.可以理解的是，污泥负荷越低，微生物对单位污泥的干化和稳定效果就越佳。
58.向污泥处理资源罐进泥的方式为间歇进泥，污泥处理资源罐内的污泥1～2年清理一次。处理后的污泥含水率低于75％，vs含量低于40％，toc含量15mg/g，处理后的污泥无机养分含量和重金属含量都满足有机肥标准(ny525-2002)，有机质养分含量低于标准。将该污泥作为有机肥还田，可以实现资源化利用。
59.对于不同污水处理量，所需污泥处理资源罐的尺寸和数量也不同。结合表1所示，在另一实施例中，若每天的污水处理量为7.5m3时，仅需一个污泥处理资源罐即可，污泥处理资源罐的直径优选为1.5m，高度为1.8m，此时通风量需要满足每分钟0.032m3。在再一实施例中，若每天的污水处理量为20m3时，需设置两个污泥处理资源罐，每个污泥处理资源罐的直径优选为1.8m，高度为1.8m，此时通风量需要满足每分钟0.084m3，才能实现较佳的污泥干化、稳定性效果，以及较佳的渗滤液处理效果。
60.表1
[0061][0062]
现有的农村污泥处理湿地或使用无通风、或者使用一直通风的方式，但少有间歇通风的方式，上述污泥处理资源罐能够凭借带时控开关的通风设备控制罐体内的间歇通风参数，明确了不同通风间歇比、通风周期和通风量等参数对污泥的处理效果，并给出较佳的优选范围，该通风参数能够增加装置内干化后污泥单位面积的透气孔，提高渗滤液下渗和表面水蒸发量，提高氧含量有利于有机物的分解，强化装置对污泥的干化和稳定效果，并使得渗滤液cod、tn、nh
4+-n指标达到城镇污水处理厂污染物一级b排放标准。
[0063]
本技术使用了特定词语来描述本技术的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本技术至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本技术的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
[0064]
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。