CN101307332B - 一种人类粪便的生物技术无害化综合处理方法 - Google Patents

一种人类粪便的生物技术无害化综合处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种人类粪便的生物技术无害化综合处理方法，是一种城镇人类粪便无害化集中处理的综合技术。本发明由以下步骤组成：①将人类粪便、水生植物和土生植物加入发酵罐，再将酵母菌、芽孢杆菌和乳酸杆菌的复合菌种混合液投放于发酵罐，首先进行好氧发酵，然后进行厌氧性发酵；②发酵过程中产生的沼气送到沼气发电装置发电；③发酵后产物进行固液分离，固体发酵产物经脱水、烘干、调配、再造粒，制成固体有机肥；④固液分离的液体发酵产物经过脱色、过滤、沉降分层，下层液体经粗过滤、精过滤、杀菌、调配，制成液体有机肥；上清液体经曝气、沉降过滤得到排放标准清水。本发明可实现清洁、环保、能源生态型生产。

Description

一种人类粪便的生物技术无害化综合处理方法
技术领域
本发明涉及一种人类粪便的生物技术无害化综合处理方法，是一种城镇人类粪便无害化集中处理的综合技术，属于生物技术、化工工程技术和环境保护技术的交叉领域。
背景技术
现有的粪便处理技术是采用固体发酵的方法。粪便不同于一般的城市生活污水，粪便中含有大量的杂物和悬浮物。从粪便的物理化学成分看，其污染特性是高浓度粪渣、恶臭和致病菌。处理粪便的关键在于如何有效地去除粪便中的有机物质和杂物，以消除粪便对环境的污染和对人体的危害。去除粪便中的固化物，防止致病菌和臭气对外扩散是处理工作的关键所在。
目前固体发酵粪便的处理方法是将粪便运往农村，与垃圾混合后经过一段时间的自然发酵，然后作为农肥施用于农田。这种处理粪便的方法虽可将粪便转成能用的肥料，但在堆腐过程中恶臭四溢，蚊蝇孳生，对周围环境造成二次污染，而且这种方法中粪便所含有的致病菌会通过农作物返回人群，造成疾病的传播。此外，由于目前我国城市广泛采用水冲式厕所，致使粪便总体含水率偏高、有机物浓度偏低，且化粪池污泥也不适宜直接用于农田施肥。随着化肥的推广使用，农村对粪便的需求日益减少，寻找粪便用途的出路困难。
固体肥发酵的另一缺点是不能够有效的利用粪水，粪水排入下水道，既导致了水系统的污染，又浪费了可以加工利用的肥源。
粪便处理工程作为城市基础设施建设中一个重要的组成部分，已逐渐受到越来越多的重视。
以前的堆肥固体发酵的方法，由于存在污染环境、传播疾病、肥力不足等弊端，已逐渐被淘汰。目前国内尚无成熟可靠的处理方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种人类粪便的生物技术无害化综合处理方法，可实现清洁、环保、能源生态型生产，全套生产线中无异味、无危害、无污染物排出。
解决本发明的技术问题所采用的方案如下：
①以人类粪便为主，与水生植物和土生植物共同加入发酵罐，再将具有分解蛋白质和分解淀粉能力的细菌，酵母菌、芽孢杆菌和乳酸杆菌的复合菌种混合液投放于发酵罐，首先进行好氧发酵，然后进行厌氧性发酵；
②发酵过程中产生的沼气送到沼气发电装置发电；
③发酵后产物进行固液分离，固体发酵产物经脱水、烘干、调配、再造粒，制成固体有机肥；
④固液分离的液体发酵产物经过脱色、过滤、沉降分层，下层液体经粗过滤、精过滤、杀菌、调配，制成液体有机肥；上清液体经曝气、沉降过滤得到排放标准清水。
本发明的具体技术技术方案还包括：
复合菌种中的酵母菌采用隐球酵母科(crypococcaceae)的假丝酵母种(candidspp)，芽孢杆菌采用枯草芽孢杆菌[编号Strain NumberAccc 11060，拉丁学名Bacillus subtilis(Ehrenberg)cohn]，乳酸杆菌采用枯草芽孢杆菌种(属乳酸杆菌Lactobacillus，植物乳酸杆菌种Lactobacillus planetarium)；在发酵罐中的物料的发酵液pH值控制在6.7～7.2之间，好氧发酵时间为2天～3天，温度为20℃～30℃，厌氧性发酵时间为10天～12天，温度为30℃～38℃；发酵的各物料重量配比份数为，人类粪便80份、水生植物15份、土生植物5份；菌种投放量为1‰～2‰。
物料发酵采用罐组群发酵，即每日有一个罐在进料，另外有一个罐在出料，其余罐组处在发酵中，每小时搅拌1次，搅拌时间8分钟；复合菌种的重量配比份数为，酵母菌0.5份～1份、芽孢杆菌1.5份～2份、乳酸杆菌0.5份～1份。
发酵物料的水生植物采用水葫芦，蓝藻类水草，土生植物采用秸杆植物类原料；发酵前，水生植物应经过打浆处理，制成草浆，其块状直径0.5mm以下，土生植物的秸秆应切碎，碎秸秆直径0.5mm以下。
物料发酵完成后，经过离心机分离过滤，将固体物含水分减少到85％，再经过螺旋压榨机脱水，固体物含水份降到75％，然后经过气流干燥机进行热力式烘干，使水份降到30％，然后加入添加剂调配，搅拌混匀后，通过平模式造粒机，挤压成直径为6mm，长度为10mm的柱状颗粒，再经冷风急剧冷却后，成为固体颗粒有机肥料；发酵完成后固液分离所得的液体加入聚丙烯酰胺絮凝剂进行沉降，上清液可用作农田灌溉；沉降得到的下层液体经过砂棒过滤机除去杂质，再经过膜过滤机过滤净化，又经过紫外线杀菌，然后根据实际植物种类，加入微量元素及其它添加剂调配，调制成液体有机肥。
本发明的有益结果是：
处理了有污染的人粪便及大型水体中的水草、水葫芦。除臭彻底，无害化达100％。产品有机质含量40％，磷(P2O5)含量5％。
固体肥产品生产成本为每吨600元，出厂价860元，每吨利税260元。
液体肥产品生产成本为每吨500元，出厂价860元/吨，每吨利税360元。
沼气用于发电，电力自用，降低了生产成本，并节约了能源。
整个生产过程没有污染物排出，实现了“零排放”，是典型的节能减排的生产。
总之，本项技术发明是推进环境保护，维持与改善生态平衡，化害为利的一项重要的技术。通过粪便无害化处理工程，能够大力发展节能减排，实现清洁能源再生；通过处理蓝藻类水草和水葫芦，可以实现对大型水体污染的治理；还具有高效有机肥还于农田的良性循环模式。从而开辟了可持续发展与科学发展经济的新途径。具有显著的社会效益和经济效益，利于当今，泽及后代。
附图说明
图1为本发明技术工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例：
一、枯草芽孢杆菌的培养与操作
一级种子培养
枯草芽孢杆菌菌种购自云南省生物研究所。将枯草芽孢杆菌菌种在无菌条件下接入到营养琼脂培养基培养24～30小时，温度在37℃。然后加入到无菌水试管中，摇匀、振荡30分钟，待均匀后用血球计数板计数。达到108个/mL，可得菌悬液，如不足，则延长培养时间。
二级增值扩大培养
取出1％的芽孢杆菌菌悬液。放入到500mL锥形瓶(已灭活)的培养基菌种。
培养基配方：葡萄糖3％，蛋白胨1.5％，豆汁2％。牛肉膏3％，吐温800.1％，磷氢二钾0.2％，柠檬酸铵0.2％，硫酸铵0.058％，氯化钠0.5％，水400mL。
恒温振荡，转速120转/分，30～35℃。培养40～72小时，用血球计数板计数，菌数达109个/mL以上，得到菌落二级培养物。
三级增殖扩大培养，培养基体积5000mL，取20％的芽孢杆菌在无菌条件下接种到培养基中。
培养基配方：2％葡萄糖，4％蛋白胨，1％牛肉膏、0.5KH2PO4和0.02％K2HPO4，3％豆汁。
培养条件：温度35℃，时间120小时，每mL菌液中有活菌数10亿个，杂菌数＜1％，得到液态芽孢杆菌液。
经观察，枯草芽孢杆菌单个细胞0.7～0.8×2～3微米，着色均匀，无荚膜，周生鞭毛，能运动，革兰氏阳性菌，芽孢0.6～0.9×1.0～1.5微米，椭圆到柱状，位于菌种中央。菌落表面不透明、粗糙、微黄色。
酵母菌培养基配方：酪蛋白胨15g/L，酵母粉25g/L，葡萄糖30g/L，磷酸二氢钾2.4g/L，磷酸氢二钾16.4g/L，培养温度30℃。振荡培养，转速150r/min。
乳酸杆菌培养基配方：乳糖3％，胨1.5％，豆胨2％。牛肉膏3％，蛋白胨2％，吐温800.1％，磷氢二钾02.％，乙酸钠0.5％，柠檬酸铵0.2％，硫酸镁0.058％，硫酸锰0.025％，水1000mL。
二、发酵工艺与操作
取8吨人类粪便，人类粪便来自公厕化粪池，经过旋转式除渣机，除去其中的砖、石等杂物，除渣机中设有一个带筛网的旋转圆筒，同时喷入清水，粪便自筛网孔中流下，石、杂块自一端送出，粪便流到集液槽中，用泵将其送到容积15m3的发酵罐中。
取1.5吨滇池所产的水草、水葫芦，用打浆机将其打碎，成为草浆，直径不超过0.5mm，再取0.5吨玉米桔杆，将其粉碎到直径5mm以下，投入到发酵罐中。
发酵罐中共装有10吨物料，开动搅拌，转速15r/min，同时加入配好的复合菌种液，其中酵母菌，芽孢杆菌，植物乳酸杆菌，比例依次为0.5∶1.5∶0.5。菌种总投放量为10Kg，占发酵液物的千分之一。
搅拌10分钟后，停止搅拌，关闭所有出口，开始发酵，进入发酵期。
根据连续测温，发酵温度从15℃开始，逐渐升温，第3天时达到30℃。此时打开沼气气管，进入厌氧发酵阶段，产出沼气。
沼气产量在第3天时为1.5m3/h，逐渐增加，到第12天时达到5m3/h，发酵温度达到38℃。
发酵中PH值在6.7～7.2之间，碳氮比在20～25之间，发酵后的发酵液体含10％固体物，无臭味，略有氨味，固体物呈絮状，灰黑色，静置20小时后发生沉降。
三、固体有机肥的制造方法
发酵完成后，发酵液总量为10吨，其中含固体物(发酵后的残渣)1吨，占10％。
首先将发酵液泵出，送到离心机，进行分离过滤，离心机设有筛网，目数为80，转速为每分钟1250转，采用三足鼎式离心机。过滤后的液体部份再泵送到液体处理池，得到的固体物含水份85％，重量6.6吨。
然后再用螺旋输送机输送到螺旋压榨机，螺旋压榨机型号为LW-350A，不锈钢材质，电机功率15KW，又称为卧式螺旋卸料沉降离心机。主机有柱——锥转鼓，螺旋卸料器(带BD板结构)、差速系统、轴承座、机座、罩壳、主付电机及电器系统构成。在离心机高速旋转而产生强大离心力的作用下，使得发酵液进行连续脱水。主电机通过三角皮带转动转鼓，通过行星齿轮差速器与付电机产生转鼓与螺旋差速实现发酵液脱水和推料功能。离心机具有二种自动控制功能，即差转速控制和力矩控制，由于发酵液进料含固率可能会有波动，采用差转速控制系统是保证差转速稳定，达到泥饼干度恒定，采用恒力矩控制使离心机负荷处于稳定状态，使得分离效果处于最佳状态，很好地保证离心机可靠安全运行。离心机具备优良的密封性能(保证运行过程中无物质泄露)，发酵液脱水处于全密封状态下工作，使得环境清洁干净。
卧式螺旋机脱水后，得到的固体物含水份75％，重量4吨。
然后用螺旋输送机将其送到气流干燥机进行热力烘干，气流干燥机的热气流由燃烧炉热供，热空气是燃烧炉燃烧无烟煤后产生的烟道气。经过滤除尘后进入到气流干燥机，作为热源使用。
气流干燥机由不同直径的管道组成，其中直径500mm管道长12米，直径800mm管道长6米，入口处设有鼓风机，在气流干燥机出口处设有引风机和旋风分离器，其作用是分离气流干燥后的固体物与气体，气体再经袋式降尘器过滤后排到室外，固体物则回收，干燥后固体物含水份30％，重量1.4吨，将其送到搅拌机中，根据检测加入有机氮、磷、钾等添加剂，达到相关标准后再送入到平模造粒机，挤压成柱状粒，柱状颗粒6mm直径，长度10mm左右，灰黑色，可以作为固体有机肥使用。
固体肥检测结果
  序号   项目   GB标准   实测值
  1   杂物，％   ≤3   ≤0.5
  2   蛔虫卵死亡率，％   95-100   100
  3   大肠菌种   101-102   未测出
  4   总镉(以Cd计)，mg/kg   ≤3   0.15
  5   总汞(以Hg计)，mg/kg   ≤5   2
  6   总铅(以Pb计)，mg/kg   ≤100   3.0g
  7   总铬(以Cr计)，mg/kg   ≤300   11.8
  8   总砷(以As计)，mg/kg   ≤30   3
  9   有机质(以C计)，％   ≥10   40
  10   总氮(以N计)，   ≥0.5   3
  11   总磷(以P2O5计)，％   ≥0.3   5
  12   总钾(以K2O计)，％   ≥1.0   1.8
  13   PH   6.5-8.5   7.1
  14   水份，％   ≤40   30
四、液体有机肥的制造方法
液体肥生产系统可同时产生出70吨/日液体肥及150～200吨/日中性水，其生产工艺如下：
由离心机和压榨机脱除的发酵液体共8吨回收到液体处理池、液体处理池40m3，分为四个池子，每个池子10m3，进行净化分层处理。发酵液体处理池分为三个部分，第一个池中装有3吨活性木炭，可对发酵液体进行吸附，脱色，第二个池中装有5吨石英砂，对发酵液体进行过滤、净化。除去悬浮杂质。第三个池中加入絮凝剂、聚丙烯酰，在絮凝剂的生化作用下，液体发生沉降分层，其中上清液约三分之二，作为中性水引出，而沉降液约三分之一，因含有丰富的有机物，作为液体肥基料引出。先经砂棒过滤机进行过滤，然后再经微孔膜过滤机过滤，过滤压力0.05Mpa除去液体中的大肠杆菌，蛔虫卵等有害物质。然后通过带有搅拌的调配罐，加入适量的微量元素进行调配，其配方依据不同品种、用途的液体肥而定。完成调配后，即进行包装、密封成袋。

Claims (4)

1.一种人类粪便的生物技术无害化综合处理方法，其特征在于由以下步骤组成：
①以人类粪便为主，与水葫芦、蓝藻类水草的水生植物和秸杆植物类的土生植物共同加入发酵罐，再将假丝酵母种的酵母菌、枯草芽孢杆菌和乳酸杆菌的复合菌种混合液投放于发酵罐，其中复合菌种的重量配比份数为，酵母菌0.5份～1份、芽孢杆菌1.5份～2份、乳酸杆菌0.5份～1份，发酵的各物料重量配比份数为，人类粪便80份、水生植物15、土生植物5份；菌种投放量为1‰～2‰，在发酵罐中的物料的发酵液pH值控制在6.7～7.2之间，首先进行好氧发酵，时间为2天～3天，温度为20℃～30℃，然后进行厌氧性发酵，时间为10天～12天，温度为30℃～38℃；
②发酵过程中产生的沼气送到沼气发电装置发电；
③发酵后产物进行固液分离，固体发酵产物经脱水、烘干、调配、再造粒，制成固体有机肥；
④固液分离的液体发酵产物经过脱色、过滤、沉降分层，下层液体经粗过滤、精过滤、杀菌、调配，制成液体有机肥；上清液体经曝气、沉降过滤得到排放标准清水。
2.根据权利要求1所述的一种人类粪便的生物技术无害化综合处理方法，其特征在于：物料发酵采用罐组群发酵，即每日有一个罐在进料，另外有一个罐在出料，其余罐组处在发酵中，每小时搅拌1次，搅拌时间8分钟。
3.根据权利要求2所述的一种人类粪便的生物技术无害化综合处理方法，其特征在于：发酵前，水生植物应经过打浆处理，制成草浆，其块状直径0.5mm以下，土生植物的秸秆应切碎，碎秸秆直径0.5mm以下。
4.根据权利要求3所述的一种人类粪便的生物技术无害化综合处理方法，其特征在于：
 ①物料发酵完成后，经过离心机分离过滤，将固体物含水分减少到85%，再经过螺旋压榨机脱水，固体物含水份降到75%，然后经过气流干燥机进行热力式烘干，使水份降到30%，然后加入添加剂调配，搅拌混匀后，通过平模式造粒机，挤压成直径为6mm，长度为10mm的柱状颗粒，再经冷风急剧冷却后，成为固体颗粒有机肥料；
②发酵完成后固液分离所得的液体加入聚丙烯酰胺絮凝剂进行沉降；
③沉降得到的下层液体经过砂棒过滤机除去杂质，再经过膜过滤机过滤净化，又经过紫外线杀菌，然后根据实际植物种类，加入微量元素及其它添加剂调配，调制成液体有机肥。
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