CN101333510A - 一种处理污泥制备生物有机肥料的方法及其专用发酵剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种处理污泥制备生物有机肥料的方法及其专用发酵剂。本发明所提供的污泥发酵剂，它的活性成分由枯草芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、黑曲霉、嗜热侧孢霉和酿酒酵母菌组成。本发明所提供的处理污泥制备生物有机肥料的方法，是将污泥与辅料混合，再接种本发明的污泥发酵剂进行发酵，得到腐熟污泥，再向其中接入细黄链霉菌继续进行培养，得到生物有机肥料。本发明处理污泥制备生物有机肥料的方法，技术工艺简易，设备投资少，污泥发酵脱水、除臭、腐熟效果好，是一种污泥无害化、资源化及循环利用的实用技术。

Description

一种处理污泥制备生物有机肥料的方法及其专用发酵剂

技术领域

本发明属于城市污泥无害化处理及循环利用领域，特别涉及一种处理污泥制备生物有机肥料的方法及其专用发酵剂。

背景技术

随着我国城市化进程的加快和城市污水处理率逐年提高，城市污水处理厂的脱水污泥产量也急剧增加，如何有效地处理处置这些污泥已成为我国环境保护急需解决的问题。常用的污泥处理处置方法包括填埋、焚烧、热干化、投海及堆肥，这些处理处置措施都存在一些不足之处，例如：污泥填埋，不仅占用大量土地，而且污染周边环境及地下水体；污泥焚烧虽然占地少，但由于设备投资大、运转成本高及空气污染等问题，很难被普遍采用；污泥热干化也因设备投资大和消耗资源多而很难普及推广；污泥投海虽然成本很低，但由于污染海洋环境，已被禁止；污泥堆肥可能存在重金属、难降解有机物和一些病原体的污染，会影响它的农用推广。但是，城市污泥可以通过前期无害化处理和污泥堆肥的合理施用大大减少农用带来的负面影响，并且污泥堆肥后农用具有投资少、能耗低、运行费用低、改良土壤和增加土壤肥力等特点，既合理处置了污泥、又能创造经济、社会和生态效益，是目前我国最有发展前景的一种污泥处理处置方式。随着城市污泥堆肥的生物发酵技术日益成熟，城市污泥堆肥后制成生物有机肥已经获得广泛应用，英、美、法等许多国家城市污泥的农用率在70％以上，有的高达80％，在我国的海南、深圳、西安等地区也出现了城市污泥堆肥产品。

近二十年来，城市污泥堆肥处理工艺已经获得许多科技成果，如条垛式堆肥工艺、发酵槽(池)式堆肥工艺和筒仓式堆肥工艺等，并出现一批相关的专利，如“利用城市污泥制造生物有机肥技术”(中国专利申请CN 200510045172.1)、“利用城市污泥生产生物型有机复合肥的方法”(中国专利申请CN 00132414.4)、“利用城市污泥制系列专用肥”(中国专利申请CN 200410043637.5)、和“城市污泥生物肥”(中国专利申请CN 02117359.1)等。但是，目前还没有出现被普遍认可的城市污泥堆肥处理生产有机肥或生物有机肥技术，主要原因包括以下几个方面：

1.传统堆肥方式处理污泥，由于没有添加污泥发酵剂，城市污泥未能快速达到高温发酵，污泥发酵时间长，无害化程度低，腐熟和除臭效果不佳，只适用于农民自产自用，无法实现大量污泥的无害化、资源化和商品化处理。

2.采用“扩大菌”发酵污泥，在污泥中添加大量的红糖，造成资源的浪费和生产成本提高；同时，“扩大菌”由酵素菌进一步扩大培养而来，成分复杂易变和难检测，在国内没有统一的质量标准，无法保证污泥发酵效果的稳定性。

3.当前使用的污泥发酵剂主要由好氧菌组成，缺少由好氧菌和兼性好氧菌组成的污泥发酵剂。当通风工艺达不到好氧发酵要求时，常常出现污泥脱水及除臭效果不佳的问题；当通风过量时，堆肥很难保持高温，无害化程度低，难以达到农用标准。

4.塔式好氧发酵或槽式好氧发酵的堆肥工艺需要外界强制性通风，设备投资较大，同时需要消耗大量的资源，造成污泥堆肥处理成本大大提高。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种污泥发酵剂。

本发明所提供的污泥发酵剂，其活性成分由好氧菌和兼性好氧菌组成，所述好氧菌具体可以为枯草芽孢杆菌、嗜热侧孢霉和黑曲霉，所述兼性好氧菌具体可以为嗜热脂肪芽孢杆菌和酿酒酵母菌。

所述污泥发酵剂中，所述枯草芽孢杆菌、所述嗜热脂肪芽孢杆菌、所述黑曲霉、所述嗜热侧孢霉菌、所述酿酒酵母菌的CFU之比可以为1∶(0.5-1.5)∶(0.5-1.5)∶(0.5-1.5)∶(0.5-1.5)，如所述枯草芽孢杆菌∶所述嗜热脂肪芽孢杆菌∶所述黑曲霉∶所述嗜热侧孢霉菌∶所述酿酒酵母菌＝1∶1∶1∶1∶1。

实际应用中，上述污泥发酵剂具体可以通过将菌种分别加入到麸皮辅料中发酵后，再按所述比例混匀制备而成。

上述枯草芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、黑曲霉、嗜热侧孢霉菌和酿酒酵母菌具体可以是在中国工业微生物菌种保藏管理中心购买的菌，其编号分别是10163、10208、2105、2441和1923。

本发明的另一个目的是提供一种处理污泥制备生物有机肥料的方法。

本发明所提供的处理污泥制备生物有机肥料的方法，是将污泥与辅料混合，再接入上述任一所述污泥发酵剂进行发酵，得到腐熟污泥，再向其中接入细黄链霉菌继续进行培养，得到生物有机肥料。

其中，所述辅料只要能调节污泥的含水量、透气性、阳离子交换量或可以增加污泥的腐殖酸含量的均可以。

为了提高发酵效率，所述辅料与所述污泥的质量份数比可以为辅料∶污泥＝1∶(0.7-1.2)，如1∶(0.7-0.75)。

所述辅料可以为页岩、草炭、锯末、椰糠或木薯渣中的一种或任意组合。锯末、木薯渣或椰糠可以调节污泥的含水量和透气性，页岩可以调节污泥的阳离子交换量，草炭增加污泥的腐殖酸含量和调节污泥的阳离子交换量。

所述辅料具体可以为下述1)、2)或3)中的一种：1)页岩、草炭和锯末，其质量份数比为页岩∶草炭∶锯末＝(1-1.5)∶1∶(1-1.5)；页岩、草炭和椰糠，其质量份数比为页岩∶草炭∶椰糠＝(1-1.5)∶1∶(1-1.5)；页岩、草炭和木薯渣，其质量份数比为页岩∶草炭∶木薯渣＝(1-1.5)∶1∶(1-1.5)。

所述接种污泥发酵剂的量可以为1×10⁷-5×10⁷CFU/kg污泥；所述接入细黄链霉菌的量可以为1×10⁸-2×10⁸CFU/kg腐熟污泥。

为了使污泥发酵过程中透气性好，以得到更好的提高发酵效果，所述方法中，在接种所述污泥发酵剂后，可以将所述污泥、所述辅料和所述污泥发酵剂的混合物剁成条垛，在所述条垛的两侧每隔75厘米交错斜埋一条多孔的通气管，然后再进行腐熟发酵。

所述细黄链霉菌具体可以从中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)购买，编号是40027。

本发明的方法及发酵剂特别适合于处理城市污泥。

本发明的污泥发酵剂由好氧菌及兼性好氧菌组成，发酵污泥时，在氧气充足时由好氧菌起作用；在氧气不充足时，由兼性好氧菌发挥作用；这种由好氧菌及兼性好氧菌组成的发酵剂能使污泥得到充分发酵、快速脱水、腐熟、除臭和无害化。

本发明的处理污泥制备生物有机肥料的方法采用条垛式兼性好氧发酵工艺，避免了塔式好氧发酵或槽式好氧发酵工艺设备投资大和能源大量消耗的缺点，只需要在条垛两侧每隔75厘米斜埋一条多孔的通气管和每隔3天翻一次堆就可以达到良好的发酵效果，不仅设备投资少，运转成本低，操作简单，而且更适于城市污泥的大量处理。其中，用于调节城市污泥水分含量的辅料为锯末、椰糠或木薯渣等，这些辅料使污泥的发酵效果好且稳定，而且来源广泛，可取性强。

本发明的污泥处理生产生物有机肥料的方法中的堆肥温度可维持60℃以上3-5天，可以大量杀死病原微生物和寄生虫卵等。

本发明方法将腐熟污泥散开后采用静态好氧培养细黄链霉菌，工艺操作简单，细黄链霉菌生长良好，污泥水分散失快速，容易生产出符合农业部NY 884--2004标准要求的生物有机肥料。

因此，本发明城市污泥处理制备生物有机肥料的方法，技术工艺简易，设备投资少，污泥发酵脱水、除臭、腐熟效果好，是一种污泥无害化、资源化及循环利用的实用技术。

附图说明

图1为处理污泥生产生物有机肥料的方法的流程图。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。

实施例1、制备污泥发酵剂

本发酵剂的活性成分由好氧菌和兼性好氧菌组成，所述好氧菌为枯草芽孢杆菌、黑曲霉和嗜热侧孢霉；所述兼性好氧菌为嗜热脂肪芽孢杆菌和酿酒酵母菌。

上述5种菌均购自中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)，枯草芽孢杆菌的保藏编号是10163、嗜热脂肪芽孢杆菌的保藏编号是10208、黑曲霉的保藏编号是2105、嗜热侧孢霉菌的保藏编号是2441，酿酒酵母菌的保藏编号是1923。

制备方法：

1、将各种菌单独制成粉状活菌剂：是将各种菌(枯草芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、黑曲霉、酿酒酵母、嗜热侧孢霉)分别接种到麸皮中发酵而成。

2、按照CFU比为1∶1∶1∶1∶1的比例将上述5种菌的粉状活菌剂混匀，制成污泥发酵剂。对该污泥发酵剂按照农业部NY 609-2002标准进行检测，结果表明有效活性菌2.5亿CFU/克，纤维素酶酶活334U/ml，淀粉酶活11.3U/g、蛋白酶活12.4U/g，重金属含量符合农业部NY 609-2002标准。

实施例2、发酵污泥制备生物有机肥料

一、发酵污泥制备生物有机肥料

本实验中用到的污泥的各项技术指标的测量方法均按照中华人民共和国农业行业标准(NY884-2004)进行。待处理污泥的各项技术指标的检测结果如表1所示。

1、发酵污泥制备生物有机肥料

(1)污泥的腐熟：

按质量份数比为污泥∶页岩∶草炭∶锯末＝2.3∶1.4∶1∶1混合下料，再按照1×10⁷CFU/kg污泥的比例向其中接入实施例1获得的污泥发酵剂，将上述各种物质混合搅拌均匀；然后将搅拌混匀的混合物运到发酵车间，堆成长30米、宽2米、高0.8米的条垛，沿条垛的长向，在条垛两侧每隔75厘米交错斜埋一条多孔通气管(“篓式通气管”)，该多孔通气管从条垛一侧面顶部通至对侧底部且与条垛横截面平行，该条垛两侧的通气管的交错距离是75cm。该多孔通气管的内径为190mm，通气管壁上的通孔的直径为26mm，通孔在该通气管上的设置密度为350个通孔/m²。

发酵车间的温度为常温(25-35℃)，发酵2天后，条垛的温度达到60℃，并维持60℃以上3天，在此阶段大量病原微生物和寄生虫卵等被杀死，往后每隔3天翻一次堆，共发酵14天，污泥基本腐熟，臭味消失，温度降到40℃以下，水分含量降到35％以下。

(2)向腐熟污泥中接入细黄链霉菌：

以1×10⁸CFU/kg腐熟污泥的比例向步骤(1)获得的腐熟污泥中接入细黄链霉菌(购于中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)，编号是40027)，搅拌均匀后将污泥散开进行静态好氧培养2天，发酵车间的温度为常温(25-35℃)，即获得含有大量细黄链霉菌的生物有机肥料。

根据农业部NY 884--2004标准，对得到的生物有机肥料进行检测，检测结果如表1所示，表明得到的生物有机肥料符合农业部NY 884--2004标准。

将生物有机肥料粉碎，计量，包装和入库。

表1、生物有机肥料的各项指标检测结果及待处理污泥的各项指标结果

2、检测步骤1得到的污泥生物有机肥料的效果

将上述步骤1得到的生物有机肥料施于不同的作物，进行种植，同时分别以施农家肥的相同作物作为对照，保证同一种作物除了施用的肥料不同外，其余的条件均相同；然后分别统计其增产率。结果如表2所示。

试验结果表明，本发明方法得到的生物有机肥料在冬瓜、辣椒、茄子、西瓜、香蕉、芒果、荔枝、龙眼、槟榔和橡胶等作物中都已经广泛使用，而且可使作物产量增产12(-20％)以上(表2)。与农家肥相比，本发明方法得到的生物有机肥料的肥效要高一倍。

表2、污泥生物有机肥与农家肥田间肥效比较结果

二、发酵污泥制备生物有机肥料

本实验中用到的污泥的各项技术指标的测量方法均按照中华人民共和国农业行业标准(NY884-2004)进行。待处理污泥的各项技术指标的检测结果如表3所示。

(1)污泥的腐熟：

按质量份数比为污泥∶页岩∶草炭∶椰糠＝2.4∶1.2∶1∶1混合，再按照1×10⁷CFU/kg污泥的比例向其中接入实施例1获得的污泥发酵剂，将上述各种物质混合搅拌均匀；然后将搅拌好的污泥运到发酵车间，堆成长50米、宽2米、高0.8米的条垛，沿条垛的长向，在条垛两侧每隔75cm交错斜埋一条多孔通气管(“篓式通气管”)，该多孔通气管从条垛一侧面顶部通至对侧底部且与条垛横截面平行，该条垛两侧的通气管的交错距离是75cm。

发酵车间的温度为常温(25-35℃)，污泥发酵2天后温度达到60℃以上，并维持60℃以上3天，往后每隔3天翻一次堆，共发酵15天，污泥基本腐熟，臭味消失，温度降到40℃以下，水分含量降到35％以下。

(2)向腐熟污泥中接入细黄链霉菌：

以1×10⁸CFU/kg腐熟污泥的比例向步骤(1)获得的腐熟污泥中接入细黄链霉菌(购于中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)，编号是40027)，搅拌均匀后将污泥散开进行静态好氧培养2天发酵车间的温度为常温(25-35℃)，即获得含有大量细黄链霉菌的生物有机肥料。

根据农业部NY 884--2004标准，对得到的生物有机肥料进行质量检测，检测结果见表3，表明产品质量符合农业部NY 884--2004标准。然后将生物有机肥料粉碎，计量，包装和入库。

表3、生物有机肥料的各项指标检测结果及待处理污泥的各项指标结果

三、发酵污泥制备生物有机肥料

本实验中用到的污泥的各项技术指标的测量方法均按照中华人民共和国农业行业标准(NY884-2004)进行。待处理污泥的各项技术指标的检测结果如表4所示。

(1)污泥的腐熟：

按质量分数比为污泥∶页岩∶草炭∶锯末＝2.4∶1.2∶1∶1比例混合各原料，再按照1×10⁷CFU/kg污泥的比例向其中接入实施例1获得的污泥发酵剂，将上述各种物质混合搅拌均匀；然后将配好的污泥运到发酵车间，堆成长60米、宽2米、高0.8米的条垛，沿条垛的长向，在条垛两侧每隔75cm交错斜埋一条多孔通气管(“篓式通气管”)，该多孔通气管从条垛一侧面顶部通至对侧底部且与条垛横截面平行，该条垛两侧的通气管的交错距离是75cm。

发酵车间的温度为常温(25-35℃)，污泥发酵2天后温度达到60℃以上，并维持60℃以上3天，往后每隔3天翻一次堆，共发酵14天，污泥基本腐熟，臭味消失，温度降到40℃以下，水分含量降到35％以下。

(2)向腐熟污泥中接入细黄链霉菌：

以1×10⁸CFU/kg腐熟污泥的比例向步骤(1)获得的腐熟污泥中接入细黄链霉菌(购于中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)，编号是40027)，搅拌均匀后将污泥散开进行静态好氧培养3天，发酵车间的温度为常温(25-35℃)，即获得含有大量细黄链霉菌的生物有机肥料。

根据农业部NY 884--2004标准，对得到的生物有机肥料进行质量检测，检测结果见表4，产品技术指标符合农业部NY 884--2004标准。然后将生物有机肥料粉碎，计量，包装和入库。

表4、生物有机肥料的各项指标检测结果及待处理污泥的各项指标结果

Claims (10)

1、一种污泥发酵剂，它的活性成分由枯草芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、黑曲霉、嗜热侧孢霉和酿酒酵母菌组成。

2、根据权利要求1所述的污泥发酵剂，其特征在于：所述枯草芽孢杆菌、所述嗜热脂肪芽孢杆菌、所述黑曲霉、所述嗜热侧孢霉菌、所述酿酒酵母菌的CFU之比为1∶0.5-1.5∶0.5-1.5∶0.5-1.5∶0.5-1.5。

3、根据权利要求1或2所述的污泥发酵剂，其特征在于：所述枯草芽孢杆菌、所述嗜热脂肪芽孢杆菌、所述黑曲霉、所述嗜热侧孢霉菌、所述酿酒酵母菌的CFU之比为1∶1∶1∶1∶1。

4、根据权利要求1、2或3所述的污泥发酵剂，其特征在于：所述枯草芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、黑曲霉、嗜热侧孢霉菌和酿酒酵母菌在中国工业微生物菌种保藏管理中心的编号分别是10163、10208、2105、2441和1923。

5、一种处理污泥制备生物有机肥料的方法，是将污泥与辅料混合，再接种权利要求1-4中任一所述污泥发酵剂进行发酵，得到腐熟污泥，再向其中接入细黄链霉菌继续进行培养，得到生物有机肥料。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述辅料与所述污泥的质量份数比为辅料∶污泥＝1∶0.7-1.2，优选为1∶0.7-0.75。

7、根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：所述辅料为页岩、草炭、锯末、椰糠或木薯渣中的一种或任意组合。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述辅料为下述1)、2)或3)中的一种：1)页岩、草炭和锯末，其质量份数比为页岩∶草炭∶锯末＝1-1.5∶1∶1-1.5；页岩、草炭和椰糠，其质量份数比为页岩∶草炭∶椰糠＝1-1.5∶1∶1-1.5；页岩、草炭和木薯渣，其质量份数比为页岩∶草炭∶木薯渣＝1-1.5∶1∶1-1.5。

9、根据权利要求5-8中任一所述的方法，其特征在于：所述接种污泥发酵剂的量为1×10⁷-5×10⁷CFU/kg污泥；所述接入细黄链霉菌的量为1×10⁸-2×10⁸CFU/kg腐熟污泥。

10、根据权利要求5-9中任一所述的方法，其特征在于：所述方法中，在接种所述污泥发酵剂后，将所述污泥、所述辅料和所述污泥发酵剂的混合物剁成条垛，在所述条垛的两侧每隔75厘米交错斜埋一条多孔的通气管，进行发酵。

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