CN101172899B - 一种以竹炭为重金属固定剂的污泥堆肥及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以竹炭为重金属固定剂的污泥堆肥及其制备方法。含水率为75～80％的城市污水厂污泥1，稻米糠0.025～0.05，污泥发酵菌剂0.025～0.05，炭化温度为400～600℃、粒径为1～3mm的竹炭颗粒0.05～0.15，充分混合后置于堆槽中，保持初始含水率50～65％，碳氮比20～25∶1，采用静态强制通风方式进行堆肥处理，经30～50天后污泥混合物达到腐熟，得到污泥堆肥产品。该产品可作为观赏性植物、苗木栽培和城市绿化基质。本发明对污泥中重金属铜、锌起到固定作用，降低或消除其潜在生态毒性。同时强调资源的循环利用，实现了城市污泥和竹块废料两类废物的合理利用，变废为宝。
Description
技术领域
本发明涉及肥料领域，特别涉及一种以竹炭为重金属固定剂的污泥堆肥及其制备方法。
背景技术
随着污水处理设施进一步普及和污水处理量的与日俱增，污泥排放量也必将大幅度增加。污泥不仅占用大片土地，而且给生态环境带来极不安全的隐患。因此，解决城市污泥处理处置问题迫在眉睫。
污泥好氧堆肥是将污泥转化为优质有机肥的重要的无害化和资源化途径。目前制约污泥堆肥广泛应用的主要原因是重金属的潜在生物毒性。重金属的毒性不仅取决于其总含量，更大程度上取决于其生物有效态的含量。通过添加合适的固化稳定化制剂，可以实现污泥中重金属的固化稳定化，消除其对生态环境的潜在威胁。
竹炭是竹材经热解得到的黑色多孔性产物。作为一种新型吸附材料，其分子细密多孔，表面积是木炭的2倍，具有超强的吸附能力，在环境保护、医学和食品等领域具有广泛的应用前途。我国竹林资源丰富，竹子具有生长周期短，成材快等特点，具备来源丰富、成本低廉和性能优良等特性。目前，我国竹材利用率大部分在30～60％之间，竹纸在80％以上，竹地板、竹胶板、竹席(麻将席)为40～50％，竹筷子仅为30％左右，大量的竹子废料缺乏有效的利用途径，造成资源的浪费。因此，开发和利用竹炭资源具有重要的经济和环保意义。
研究表明，竹炭对土壤理化性质具有改良作用。由于竹炭不易腐烂，多孔以及比表面积较大的特性，施过竹炭颗粒的土壤中水解氮、有效磷、速效钾、交换性钙和镁等元素含量均明显提高，而有效态锌和铜等重金属含量则相对降低；此外，竹炭能作为土壤微生物和有机营养成份的载体，增强土壤的活力；同时黑色的竹炭还能较好地吸收太阳光照，提高地表温度，减轻寒冷对植物的冻害。因此，竹炭对于土壤的改良具有相当重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以竹炭为重金属固定剂的污泥堆肥及其制备方法。
本发明所采用的技术方案如下：
1、一种以竹炭为重金属固定剂的污泥堆肥，污泥堆肥中以质量份表示的组分如下：
含水率为75～80％的城市污水厂污泥1；
稻米糠0.025～0.05；
污泥发酵菌剂0.025～0.05；
炭化温度为400～600℃、粒径为1～3mm的竹炭颗粒0.05～0.15。
2、一种以竹炭为重金属固定剂的污泥堆肥的制备方法：
含水率为75～80％的城市污水厂污泥1；稻米糠0.025～0.05；污泥发酵菌剂0.025～0.05；炭化温度为400～600℃、粒径为1～3mm的竹炭颗粒0.05～0.15，充分混合后置于堆槽中，保持初始含水率50～65％，采用静态强制通风方式进行堆肥处理，通气量为10～40m3/h·t，控制堆肥过程中高温期的温度在50～65℃，经30～50天后污泥混合物达到腐熟，得到污泥堆肥产品。
本发明以竹块废料为原料烧制竹炭，工艺如下：开炉时以木炭为烘炉料，初始阶段加烘炉料并加温，当炉温升至200℃时，从出料口出料，出料后即开始从加料口加竹块废料，受炉内自下而上的烟气直接燃烧而升温，使所含的游离水分蒸发，接着发生半纤维素的分解，即预炭化阶段。炭化是放热反应，炉内温度会继续上升，随即进入主炭化阶段，纤维素和木质素开始分解，同时生成大量的热解产物，如有机酸、醇、酚、醚、醛、酮等200～300种物质。放热反应大致在400～600℃结束，热解产物急剧减少，此时竹块废料已基本炭化并下移到煅烧区，与导入的空气发生有控制的燃烧，使该区段的温度达到并稳定在700～1000℃，在此条件下，上述已基本炭化的初级竹炭发生自发芳化过程与石墨化过程，固定炭含量不断增加，炭体结构收缩更加密实化。初级竹炭继续下移进入冷却阶段，冷却至接近室温后便可从出料口取出，经粉碎筛选1～3mm竹炭颗粒备用。
本发明具有的有益效果是：
1、与现有其他材料相比，添加本发明所述的重金属固定剂可以明显降低堆肥污泥重金属铜、锌的生物有效性，从而降低或消除其潜在生态毒性，最终获得的污泥堆肥产品对土壤的理化性能起到很好的改良作用，可以作为观赏性植物、苗木栽培和城市绿化基质。
2、本发明以竹块废料为原料烧制竹炭，将其作为污泥堆肥中的重金属固定剂，实现资源的循环利用，变废为宝。
具体实施方式
实施例1：
以竹块废料为原料烧制竹炭。开炉时用木炭作为烘炉料，初始阶段加烘炉料并逐渐加温，当炉温升至200℃时，从出料口出料，出料后即开始从加料口加原料。将含水率约为40％的竹块废料装入回转炭化炉，受炉管内自下而上的烟气直接燃烧而升温，使所含的游离水分蒸发，接着发生半纤维素的分解，即预炭化阶段。炭化是放热反应，炉内温度会继续上升，随即进入主炭化阶段，在400～600℃结束。此时竹块废料已基本炭化并下移到煅烧区，与导入的空气发生有控制的燃烧，使该区段的温度达到并稳定在700～1000℃，在此条件下，上述已基本炭化的初级木炭的结构收缩更加密实化。初级木炭继续下移进入冷却阶段，冷却至接近室温后便可从出料口取出，经粉碎筛选1～3mm竹炭颗粒备用。
杭州某污水厂含水率约为78％的脱水生污泥200kg，添加稻米糠5kg，污泥发酵菌剂5kg，掺混本发明所述的竹炭颗粒30kg，充分混合，调节含水率为60％左右，碳氮比约为25∶1，之后将混合物置于堆槽中。试验采用静态堆强制通风方式对污泥混合物进行堆肥处理。水泥堆槽尺寸为L×W×H＝1.0m×0.8m×0.1m；槽体底部放置4根直径10mm左右的PVC通风管，管壁四周打有小孔，通风管一端密封，一端与鼓风机相连，每天通气三次，每次两小时。堆体高度均为0.8m左右。
堆肥期间每周采样一次，主要测定指标包括堆料pH、含水率、重金属Cu和Zn有效态含量、种子发芽指数等。由堆料中DTPA-提取态重金属的含量变化可以发现，添加竹炭颗粒可以显著降低堆肥污泥中可提取态Cu、Zn的含量，即对重金属Cu、Zn起到固定稳定化作用。堆肥结束后，其中可提取态Cu的含量较堆肥前减少约51％，可提取态Zn的含量减少约18％。与未添加竹炭的污泥堆肥相比较，添加竹炭可直接降低可提取态Cu的含量约24％，可提取态Zn含量约12％。
实施例2：
杭州某污水厂含水率约为78％的脱水生污泥200kg，添加稻米糠10kg，污泥发酵菌剂10kg，掺混本发明所述的竹炭颗粒10kg，充分混合，调节含水率为60％左右，碳氮比约为20∶1，之后将混合物置于堆槽中。试验采用静态堆强制通风方式对污泥混合物进行堆肥处理。水泥堆槽尺寸为L×W×H＝1.0m×0.8m×0.1m；槽体底部放置4根直径10mm左右的PVC通风管，管壁四周打有小孔，通风管一端密封，一端与鼓风机相连，每天通气三次，每次两小时。堆体高度均为0.8m左右。
堆肥期间每周采样一次，主要测定指标包括堆料pH、含水率、重金属Cu和Zn有效态含量、种子发芽指数等。由堆料中DTPA-提取态重金属的含量变化可以发现，添加竹炭颗粒可以显著降低堆肥污泥中可提取态Cu、Zn的含量，即对重金属Cu、Zn起到固定稳定化作用。堆肥结束后，其中可提取态Cu的含量较堆肥前减少约43％，可提取态Zn的含量减少约13％。与未添加竹炭的污泥堆肥相比较，添加竹炭可直接降低可提取态Cu的含量约16％，可提取态Zn含量约7％。
实施例3：
杭州某污水厂含水率约为78％的脱水生污泥200kg，添加稻米糠8kg，污泥发酵菌剂7kg，掺混本发明所述的竹炭颗粒15kg，充分混合，调节含水率为60％左右，碳氮比约为23∶1，之后将混合物置于堆槽中。试验采用静态堆强制通风方式对污泥混合物进行堆肥处理。水泥堆槽尺寸为L×W×H＝1.0m×0.8m×0.1m；槽体底部放置4根直径10mm左右的PVC通风管，管壁四周打有小孔，通风管一端密封，一端与鼓风机相连，每天通气三次，每次两小时。堆体高度均为0.8m左右。
堆肥期间每周采样一次，主要测定指标包括堆料pH、含水率、重金属Cu和Zn有效态含量、种子发芽指数等。由堆料中DTPA-提取态重金属的含量变化可以发现，添加竹炭颗粒可以显著降低堆肥污泥中可提取态Cu、Zn的含量，即对重金属Cu、Zn起到固定稳定化作用。堆肥结束后，其中可提取态Cu的含量较堆肥前减少约46％，可提取态Zn的含量减少约16％。与未添加竹炭的污泥堆肥相比较，添加竹炭可直接降低可提取态Cu的含量约19％，可提取态Zn含量约10％。
Claims (3)
1.一种以竹炭为重金属固定剂的污泥堆肥，其特征在于污泥堆肥中以质量份表示的组分如下：
含水率为75～80％的城市污水厂污泥1；
稻米糠0.025～0.05；
污泥发酵菌剂0.025～0.05；
炭化温度为400～600℃、粒径为1～3mm的竹炭颗粒0.05～0.15。
2.一种以竹炭为重金属固定剂的污泥堆肥的制备方法，其特征在于：含水率为75～80％的城市污水厂污泥1；稻米糠0.025～0.05；污泥发酵菌剂0.025～0.05；炭化温度为400～600℃、粒径为1～3mm的竹炭颗粒0.05～0.15，充分混合后置于堆槽中，保持初始含水率50～65％，采用静态强制通风方式进行堆肥处理，通气量为10～40m3/h·t，控制堆肥过程中高温期的温度在50～65℃，经30～50天后污泥混合物达到腐熟，得到污泥堆肥产品。
3.根据权利要求2所述的一种以竹炭为重金属固定剂的污泥堆肥的制备方法，其特征在于：所述的竹炭颗粒烧制工艺：本竹炭开炉时以木炭为烘炉料，初始阶段加烘炉料并加温，当炉温升至200℃时，从出料口出料，出料后即开始从加料口加竹块废料，受炉内自下而上的烟气直接燃烧而升温，使所含的游离水分蒸发，接着发生半纤维素的分解，即预炭化阶段。炭化是放热反应，炉内温度会继续上升，随即进入主炭化阶段，纤维素和木质素开始分解，同时生成大量的热解产物，放热反应在400～600℃结束，此时竹炭基本炭化并下移到煅烧区，与导入的空气发生有控制的燃烧，使该区段的温度达到并稳定在700～1000℃，竹炭下移进入冷却阶段，冷却至室温后便可从出料口取出，经粉碎筛选1～3mm竹炭颗粒备用。
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