專利名稱：一種利用污泥堆肥法加速塑料薄膜性能老化的加速反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種老化的加速裝置，特別是涉及一種利用高含水率污泥好厭 氧堆肥的塑料薄膜性能老化的加速反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
1.關(guān)于污泥堆肥
污泥(Sludge)是一種介于液體和固體之間的濃稠物，是由有機殘片、細 菌菌體、無機顆粒、膠體等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體。目前主要的污泥來源 是市政污泥(Civil sludge)。污水污泥處理是目前世界各國共同面臨的環(huán)境問 題。污泥成份復(fù)雜，有毒有害物質(zhì)含量高，極易通過大氣、水體、食物鏈等各 種途徑造成二次污染，危及人類健康。在我國，隨著近年來各地城市迅速擴大 發(fā)展，城巿污泥處理系統(tǒng)的不斷完善，污水污泥產(chǎn)量逐年劇增；再加上我國缺 乏足夠的認(rèn)識重視和合理的規(guī)劃管理，資金投入嚴(yán)重不足，污泥處理處置嚴(yán)重 滯后。污泥堆肥化是依靠污泥中的細菌、放線菌、真菌等微生物在一定的人工 條件下，有控制地促進可被生物降解的有機物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的生物化學(xué) 過程。它是實現(xiàn)污泥減量化、無害化、穩(wěn)定化及資源化較為有效的一種處理方 法。
污泥堆肥化按原理可分為厭氧堆肥與好氧堆肥兩種。兩種方法各有千秋。 厭氧堆肥的優(yōu)點在于自身能耗少，不需外部供氧，運轉(zhuǎn)費用低，且厭氧發(fā)酵能 夠產(chǎn)生高熱值的氣體燃料-甲烷，是人們利用生物能的一種重要手段，但其處理 周期相對較長；好氧堆肥因有機物降解速度快，較充分，堆肥周期短，環(huán)境條 件較好等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的堆肥方式，成本雖然低，但占用的地面面積大，容易造成環(huán)境的二 次污染；采用簡易性的箱式堆肥方式，仍存在一定的問題，包括了污泥含水率 過高問題、堆肥過程存在氮、磷等營養(yǎng)成份的損失的問題、重金屬污染問題。
2.關(guān)于塑料薄膜材料老化性能的測試與表征
從2008年6月1日起，我國正式實施"限塑令"，在全國范圍內(nèi)實行塑料 購物袋有償使用制度，并禁止生產(chǎn)、銷售、使用厚度小于O. 025毫米的塑料購 物袋。這一限令的頒布，除了表明我國在環(huán)境保護意識方面的提高之外，更表 明了我國對于當(dāng)前廢棄材料特別是塑料所引起的固廢污染有了更為深刻的認(rèn)識。
污泥中富含各種細菌和微生物，經(jīng)研究表明，將塑料薄膜材料置于污泥中， 由于微生物的存在，能大大加速材料的老化過程，而這就為我們研究塑料薄膜 材料的老化性能提供了條件。傳統(tǒng)的塑料薄膜材料老化性能測試方法主要有土 埋法、碳弧燈人工氣候老化試驗、氤燈人工氣候老化試驗、熒光紫外燈人工氣 候老化試驗等等。這些方法各有各的優(yōu)缺點。就土埋法而言，其實質(zhì)就是研究 塑料薄膜材料在天然土壤環(huán)境中的自然老化的速度。它簡便且易于操作，然而 他的缺點在于實驗周期過于長，往往要耗費上年乃至數(shù)年的時間。而由于污泥 的特殊成分特征，將它應(yīng)用于材料的埋片試驗，便能大大的縮短其實驗時間， 有利于實驗室的大批量測試塑料材料的老化性能。
研究塑料薄膜材料在污泥堆肥條件下的老化性能，特別是可堆肥材料在污 泥堆肥條件下的老化性能，即能做為日后材料老化性能表征的一種定性方法， 加以推廣應(yīng)用，更能為材料特別是塑料的綜合治理提供其生物降解性能方面的 科學(xué)數(shù)據(jù)。此外，將污泥的堆肥化處理與材料的堆肥條件下老化性能表征融為一體來思考，更是在固廢綜合整治方面邁出了重要的一步。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于目前污泥堆肥中所面臨的上述問題，以及本著深入研究材料在污泥堆 肥條件下的老化性能的目的，本發(fā)明的目的就是要設(shè)計一種利用污泥堆肥加速 塑料薄膜性能老化的加速反應(yīng)器。
本發(fā)明主要由以下技術(shù)方案實現(xiàn)加速反應(yīng)器由主反應(yīng)罐系統(tǒng)、保溫控溫 系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、通風(fēng)控氧系統(tǒng)、濾液回灌系統(tǒng)和材料加速老化樣品承載系統(tǒng) 組成。
其中，主反應(yīng)罐系統(tǒng)的主體為主反應(yīng)罐，呈圓柱形，并分割為反應(yīng)室和濾 液收集室；保溫控溫系統(tǒng)位于主反應(yīng)罐外側(cè)，通過溫度傳感器和空氣熱交換器 及主控制室上的控制開關(guān)來控制罐體內(nèi)的溫度；攪拌系統(tǒng)電機位于主反應(yīng)罐的 罐體外上部，攪拌葉片位于反應(yīng)室內(nèi)中軸線上；通風(fēng)控氧系統(tǒng)中排氣口位于罐 體上方，進氣口位于罐體下方；濾液回灌系統(tǒng)位于罐體之外，通過回流管道與 主反應(yīng)罐相連；材料加速老化承載系統(tǒng)設(shè)置在主反應(yīng)罐的側(cè)壁上。
所述的的主反應(yīng)罐系統(tǒng)的主體為主反應(yīng)罐，罐體上設(shè)有污泥進料口、堆肥 出料口，過濾網(wǎng)層、濾液收集室、排氣閥，排水閥。主反應(yīng)罐呈圓柱形，罐體 下半部的過濾網(wǎng)層，由法蘭固定于反應(yīng)室和濾液收集室之間，將主反應(yīng)罐分割 為反應(yīng)室和濾液收集室。過濾網(wǎng)采用300目的防腐不銹鋼網(wǎng)格，能很好的起到 過濾效果。進料口位于反應(yīng)室罐體的側(cè)上端，呈斜向上并凸出罐體，且設(shè)有帶 密封圈的蓋子，在保證密封的同時也便于進料；出料口位于收集室罐體的側(cè)下 端，呈斜向下并凸出罐體，且設(shè)有帶密封圈的蓋子，同樣保證了密封及出料的 方便；排氣闊連接著氣體收集裝置，位于罐體上方；排水閥位于罐體下方，主要作用為清洗和濾液收集備用。
所述的保溫控溫系統(tǒng)主要由罐體主反應(yīng)罐外側(cè)所包裹的聚胺脂發(fā)泡保溫 層、空氣熱交換器和溫度傳感器及主控室的控制開關(guān)組成。聚胺脂發(fā)泡保溫層 能有效的防止反應(yīng)室內(nèi)溫度向外擴散，以及降低環(huán)境溫度對反應(yīng)室溫度的影響。 空氣熱交換器位于空壓機與進氣口之間的鼓風(fēng)管路上，通過主控室的功率和溫 度調(diào)節(jié)開關(guān)，能精確的控制進入反應(yīng)器的空氣溫度。溫度傳感器由位于反應(yīng)室 的上下兩端的短溫度傳感器及位于反應(yīng)室中間的長溫度傳感器組成，能有效全 面的監(jiān)測反應(yīng)室內(nèi)反應(yīng)室內(nèi)堆體各個位置的溫度。
所述的攪拌系統(tǒng)由位于主反應(yīng)罐的罐體外上部的電機(功率300W)、位于反 應(yīng)室內(nèi)中軸線上的螺旋狀攪拌葉片及攪拌控制開關(guān)組成。能有效起到攪拌及便 于出料的作用。
所述的通風(fēng)控氧系統(tǒng)主要由空壓機及進氣口、排氣口組成。排氣口位于罐 體上方，進氣口位于濾液收集室靠近過濾層的地方，當(dāng)空氣由空壓機鼓入后， 通過濾液收集室的緩沖后，經(jīng)過過濾網(wǎng)層的濾孔達到向反應(yīng)室均勻布氣的效果。
所述的濾液回灌系統(tǒng)由濾液調(diào)節(jié)池、回流管道、噴頭及濾液控制開關(guān)組成。 濾液由濾液收集室流入濾液調(diào)節(jié)池，在那里進行必要的濃度、微生物、pH等調(diào) 節(jié)后，經(jīng)回流管道回灌到反應(yīng)室內(nèi)。兩個球形旋轉(zhuǎn)噴頭能使濾液均勻的噴灑在 堆體上面。該系統(tǒng)通過裝置控制室的濾液回灌控制開關(guān)控制。
所述的材料加速老化樣本承載系統(tǒng)由樣本承載箱及密封門組成，樣本承載 箱嵌入主反應(yīng)罐反應(yīng)室內(nèi)，置于反應(yīng)室的中部，固定于主反應(yīng)罐的側(cè)壁上，密 封門的內(nèi)側(cè)面設(shè)置有橡膠密封條。樣本承載箱的底面和側(cè)面，分布有網(wǎng)孔，密 封門則可保證裝置無論是在樣本承載箱插入還是取出時，都能保持密封狀態(tài)。2009 本發(fā)明利用所述的特定結(jié)構(gòu)，以污泥堆肥為填埋條件，加速塑料薄膜材料 老化進程，可大大縮短通常需要一年或是更長時間才能實現(xiàn)的塑料填埋老化試 驗，提高了工作效率和研究周期。并為日益發(fā)展的可堆肥材料開發(fā)了一種合適 的可堆肥性能研究手段與工具。
本裝置單就其在堆肥方面的作用而言，可以有效提高污泥堆肥效益，提高 污泥堆肥產(chǎn)品肥效，降低污泥堆肥產(chǎn)品重金屬污染風(fēng)險。


為了進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，結(jié)合附圖做進一步的說明。 圖1是本發(fā)明所述的利用污泥堆肥法加速塑料薄膜性能老化的加速的反應(yīng) 器結(jié)構(gòu)圖。
圖2是樣本承載箱的材料老化系統(tǒng)工作示意圖。
圖1中，l是進料口 ， 2是溫度傳感器，3是主罐體，4是材料老化箱， 5是聚胺脂保溫層，6是濾液調(diào)節(jié)罐，7是回流泵，8是攪拌電機，9是攪拌葉10 是出料口， 11是空氣加熱器，12是直聯(lián)式空壓機，13是主控制室，14是反應(yīng) 器通電線路，15是過濾層，其間夾著一層300目的防腐不銹鋼濾網(wǎng)。
圖2中，1是材料樣品承載箱，2是材料膜片示意圖，3是樣品承載箱上的 條形開口， 4是密封門，5是老化加速器器壁，6是聚胺脂保溫層，7是反應(yīng)器 內(nèi)的堆體。
具體實施例方式
為了進一步了解本發(fā)明的技術(shù)特征和技術(shù)方案，現(xiàn)結(jié)合實施例對本發(fā)明做 具體說明。實施例1
PE/CaO復(fù)合材料在反應(yīng)器好氧堆肥條件下的降解性能研究 按照本發(fā)明所述的的結(jié)構(gòu)，制造出利用污泥堆肥加速塑料薄膜性能老化的 加速反應(yīng)器。取初始含水率為83.55%的新鮮污泥100kg，按污泥聚丙烯酸鈉 :鋸末=100 : 1 : 15的重量比例分別添加lkg的聚丙烯酸鈉和15kg的鋸末，混
和均勻后成污泥混合物。
材料樣品選取可堆肥性能良好的PE/CaO復(fù)合材料進行老化測試。 將污泥混合物進行適當(dāng)晾曬，當(dāng)含水率降到65%左右時，將污泥混合物由進 料口送入加速反應(yīng)器進行好氧堆肥反應(yīng)。并把PE/CaO復(fù)合材料放入樣本承載箱 屮。開啟測溫開關(guān)，每天記錄堆體溫度。每12小時開啟空壓機通風(fēng)0.5小時， 以保證反應(yīng)室內(nèi)氧氣濃度，鼓風(fēng)時視堆體溫度情況靈活開關(guān)空氣熱交換器。并 要求每24小時開啟攪拌開關(guān)攪拌一次，每次10分鐘。剛開始每三天回灌一次 濾液，爾后隨著堆肥進行，濾液量漸少直至沒有，回灌次數(shù)也逐漸減少直至不 用。每五天剪取一次樣本承載箱中承載的聚乙烯塑料薄膜的膜片樣本的小段， 進行掃描電鏡(SEM)、紅外、力學(xué)性能等測試，剪取膜片樣本后將剩余膜片放 回樣本承載箱中，關(guān)閉密封門繼續(xù)反應(yīng)。20天后，堆肥結(jié)束，堆肥產(chǎn)品可出料 裝袋，造粒，即制成有機顆粒肥。同時老化加速工作也結(jié)束，以五天為測試周 期的SEM、紅外、力學(xué)性能相關(guān)數(shù)據(jù)即可得出進行分析。
結(jié)果表明，PE/CaO復(fù)合材料做為可堆肥材料的一種，在該老化加速器中進 行為期20的老化后，老化效果明顯。
權(quán)利要求
1、一種利用污泥堆肥法加速塑料薄膜性能老化的加速反應(yīng)器，其特征在于加速反應(yīng)器由主反應(yīng)罐系統(tǒng)、保溫控溫系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、通風(fēng)控氧系統(tǒng)、濾液回灌系統(tǒng)和材料加速老化承載系統(tǒng)組成，其中主反應(yīng)罐系統(tǒng)的主體為主反應(yīng)罐，呈圓柱形，并分割為反應(yīng)室和濾液收集室；保溫控溫系統(tǒng)位于主反應(yīng)罐外側(cè)，通過溫度傳感器和溫度傳感器控制開關(guān)控制罐體內(nèi)的溫度；攪拌系統(tǒng)電機位于主反應(yīng)罐的罐體外上部，攪拌葉片位于反應(yīng)室內(nèi)中軸線上；通風(fēng)控氧系統(tǒng)中排氣口位于罐體上方，進氣口位于罐體下方；濾液回灌系統(tǒng)位于罐體之外，通過回流管道與主反應(yīng)罐相連；材料加速老化承載系統(tǒng)設(shè)置與主反應(yīng)罐的側(cè)壁上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速塑料薄膜性能老化的加速反應(yīng)器，其特征是 所述的主反應(yīng)罐系統(tǒng)中的主體為主反應(yīng)罐體上，還設(shè)有污泥進料口、堆肥出料 口 過濾網(wǎng)層、濾液收集室、排氣閥，排水閥，罐體下半部的過濾網(wǎng)層，位于 反應(yīng)室和濾液收集室之間，進料口位于反應(yīng)室罐體的側(cè)上端；出料口位于收集 室罐體的側(cè)下端；排氣閥連接著氣體收集裝置，位于罐體上方；排水閥位于罐 體下方。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的加速塑料薄膜性能老化的加速反應(yīng)器，其特征是 所述的保溫控溫系統(tǒng)主要由罐體主反應(yīng)罐外側(cè)所包裹的聚氨脂發(fā)泡保溫層、溫 度傳感器和溫度傳感器控制開關(guān)組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的加速塑料薄膜性能老化的加速反應(yīng)器，其特征是所述的溫度傳感器由位于反應(yīng)室的上下兩端的短溫度傳感器及位于反應(yīng)室中間 的長溫度傳感器組成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速塑料薄膜性能老化的加速反應(yīng)器，其特征是 所述的攪拌系統(tǒng)由位于主反應(yīng)罐的罐體外上部的電機和位于反應(yīng)室內(nèi)中軸線上的螺旋狀攪拌葉片及攪拌控制開關(guān)組成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速塑料薄膜性能老化的加速反應(yīng)器，其特征是 所述的通風(fēng)控氧系統(tǒng)主要由空壓機及進氣口、排氣口組成，排氣口位于罐體上 方，進氣口位于濾液收集室靠近過濾層的地方。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速塑料薄膜性能老化的加速反應(yīng)器，其特征是所述的濾液回灌系統(tǒng)由濾液調(diào)節(jié)池、回流管道、噴頭及濾液控制開關(guān)組成，濾 液由濾液收集室流入濾液調(diào)節(jié)池。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速塑料薄膜性能老化的加速反應(yīng)器，其特征是 所述的材料加速老化承載系統(tǒng)由承載箱及密封門組成，承載箱嵌入主反應(yīng)罐反 應(yīng)室內(nèi)，置于反應(yīng)室的中部，固定于主反應(yīng)罐的側(cè)壁上，密封門的內(nèi)側(cè)面設(shè)置 有橡膠密封條。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用高含水率污泥的好厭氧堆肥，塑料薄膜性能老化的加速反應(yīng)器，其特征在于由主反應(yīng)罐系統(tǒng)、保溫控溫系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、通風(fēng)控氧系統(tǒng)、濾液回灌系統(tǒng)和材料加速老化樣本承載系統(tǒng)組成，其中主反應(yīng)罐系統(tǒng)的主反應(yīng)罐分為反應(yīng)室和濾液收集室；保溫控溫系統(tǒng)中，空氣熱交換器位于鼓風(fēng)管路中間，溫度傳感器位于主反應(yīng)罐外側(cè)并探入反應(yīng)室內(nèi)；攪拌系統(tǒng)電機位于主反應(yīng)罐上部，攪拌葉片位于反應(yīng)室內(nèi)；通風(fēng)控氧系統(tǒng)中排氣口位于罐體上方，進氣口位于罐體下方；濾液回灌系統(tǒng)位于罐體之外；材料加速老化樣本承載系統(tǒng)設(shè)置與主反應(yīng)罐的側(cè)壁上。本發(fā)明可大大縮短通常需要一年或是更長時間才能實現(xiàn)的塑料老化試驗，提高了工作效率，并縮短了研究周期。
文檔編號G01N1/28GK101614630SQ20091011196
公開日2009年12月30日 申請日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日
發(fā)明者劉欣萍, 楊文卿, 肖荔人, 兢 許, 旋 鄧, 陳慶華, 黃寶銓 申請人:福建師范大學(xué)