CN101475411A - 一种固相污泥联合处理方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用堆肥技术和生物溶淋技术联合进行污泥无害化处理的方法及其应用。针对现有污泥无害化处理方法资金花费高、土地占用大的缺陷，本发明提供一种污泥联合处理方法。本发明提供的处理方法整合生物溶淋重金属去除技术和堆肥技术，通过联合处理，同时去除污泥中的重金属、病原菌、虫卵、有机污染物等。并且使上述两种技术在运用中相互创造有利的反应条件，节约了处理成本，也大大提高了无害化质量。处理后的污泥毒害成份少、营养元素保留高，可以继续加工成为符合国家标准的生物有机无机复混肥，在绿色农业生产中适用。本发明具有工艺过程简单，实用性强，使用成本低，易实现产业化的特点，尤其适合我国国情。

Description

一种固相污泥联合处理方法及应用

技术领域

本发明涉及一种固相污泥无害化处理方法，特别是涉及一种利用堆肥技术和生物溶淋技术联合进行固相污泥无害化处理的方法及其应用。

背景技术

城市污水污泥是城市污水处理厂在污水净化处理过程中产生的沉积物，产生量占污水处理量的1％(重量比)左右。随着城市发展，城市污泥量呈现逐年增加的趋势。据预测，2010年我国城市污泥产生量将达到3000万吨(脱水污泥)。

污泥中含有大量植物所需的营养成分和微量元素，施用于农田后会提高土壤有机质和氮、磷、钾等的含量，增加土壤的肥力，促进作物生长。污泥的肥效高于一般农家肥，又不像化学肥会使土壤板结，养分失衡，地力下降。因此农业中施用污泥既可肥田，又有利于土壤质量的改良，并减少了生产成本。但是污泥中含有一定量的重金属、有机污染物和病虫卵，若处置不当将会造成严重的二次环境污染，这成为限制污泥大规模土地利用的最重要因素。

污泥处理与处置的目的主要有减量化、稳定化、无害化、资源化四个方面。通过去除污泥中的重金属、杀灭病原菌微生物、降解有毒有机物质，再经深加工使其达到国家肥料标准，提高土地利用的安全性，可实现城市污泥的资源化利用。

城市污泥的处置方式很多，因国家情况不同而有很大差异。填埋、焚烧、水体消纳和土地利用是许多国家常用的几种主要方式。各个国家和地区通常根据实际情况选择某种较为合适的处置方式。例如，西欧以填埋为主，美、英、北爱尔兰以农用为主，而日本主要采用焚烧。可以看出土地利用已成为发达国家处置污泥的一条主要途径。

目前，我国城市污水处理厂的污泥经二级中温消化处理后有三种处理方法：露天堆放、运往垃圾填埋场填埋和直接作为农肥，其中大多数运往垃圾填埋场填埋。上述处理一方面费用昂贵，一般一个污水处理厂的污泥处理费约占总运行费用的10～15％，总投资的30～50％；另一方面对土地占用量很大。由于处理污泥花费巨大，一些污水处理厂将污泥直接排放，给环境造成严重破坏。污泥已成为困扰污水处理厂和全社会的重大环保难题。

由于城市污泥处理技术不成熟，我国还没有一座规模化运营的污泥无害化处理厂。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足提供一种适用于污泥全面无害化处理的方法。该方法处理原料适合城市固相污泥特性，能使污泥的处理同时满足稳定化、无害化以及资源化的需要。该方法处理污泥速度快、效果好，建设成本低、运行费用低。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本技术方案采用联合工艺对固相污泥进行处理：首先启动污泥好氧堆肥处理，然后向堆肥物料接种菌种进行生物溶淋重金属去除处理，生物溶淋处理完毕后继续污泥好氧堆肥处理。

上述处理方法特征在于：向堆肥物料接种菌种进行生物溶淋重金属去除处理的时机是在堆肥反应初期的pH值变化阶段。

上述处理方法所述生物溶淋重金属去除处理在优化条件下具体操作为：在堆肥反应初期堆肥物料pH＝5.5～6时投入酸化剂并接种复合硫杆菌，控制堆肥物料pH＝3～5；其次添加硫酸亚铁，并与堆肥物料充分混合均匀；整个生物溶淋过程期间保持氧浓度为10％～15％，温度为25℃～35℃。

上述联合处理方法中所述好氧堆肥在优化条件下可选择CNP平衡快速堆肥，具体为：生物溶淋重金属去除处理完毕后，调节堆肥物料pH＝6～8，调节碳氮磷含量比为C:N＝25～30:1，C:P＝40～75:1，并接种发酵微生物，再继续堆肥处理。

本技术方案提供的污泥处理方法利用了污泥好氧堆肥处理与生物溶淋处理两种原理。

污泥好氧堆肥是好氧发酵处理污泥的方法。在堆肥过程中，微生物分解物料中的有机质并产生50～70℃高温，不仅降低污泥水分达到干燥污泥的目的，还可杀死病原微生物、寄生虫及其虫卵和草籽等，降解有机污染物。腐熟后的物料无臭，含有的复杂有机物被降解为植物可吸收的简单化合物，成为高效有机肥料。污泥重金属的生物溶淋是在一定的酸度、温度条件下，通过以硫杆菌为主的复合微生物的直接作用或由其代谢产物的间接作用实现的。利用微生物分泌的各种酶对重金属的氧化还原和三价铁氧化起间接浸溶作用，使金属硫化物变成可溶性的金属硫酸盐，通过固液分离达到去除污泥中重金属的目的。本发明通过将污泥好氧堆肥和生物溶淋两种处理方法联合进行，能够使污泥中的重金属、毒害微生物和有机污染物同时得到有效去除，并利用两种处理方法联合运用时相互创造的有利反应条件节约了处理成本也大大提高了无害化质量。

本技术方案提供的联合处理方法首先启动对污泥材料的好氧堆肥处理。在堆肥初期，由于微生物产生的有机酸和物料中的氮素尚未分解，污泥材料的pH值首先出现一个先降后升的过程，然后再随着有机氮的分解而逐渐升高。在此时对污泥材料接种铁氧化硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)、硫氧化硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans)等常见的用于污泥重金属生物溶淋处理的复合硫杆菌进行污泥材料的生物溶淋重金属去除处理，可以有效利用pH值下降、温度上升阶段的条件，减少酸化剂的投入量，又可以利用料堆的温度，给复合硫杆菌创造适宜的生存环境，由此提高重金属去除效率。

优化条件下，好氧堆肥处理采用CNP平衡调节快速堆肥处理能够从以下3方面增强污泥处理的效果，解决了传统堆肥周期长、效率低、成本高、产品质量差的关键问题。

在氮素保留方面。单纯的高温堆肥处理存在氮素损失大的不利因素。氮素以氨的形式挥发后不仅污染环境，还造成肥效的下降。与之相比，本技术方案提供的联合处理方法有效增加了堆肥后污泥材料的氮素含量。本发明在普通好氧堆肥启动后进行生物溶淋重金属去除处理，由于加入了硫酸亚铁和硫物质，使堆肥期间保氮效果显著。同时，在生物溶淋处理结束后继续堆肥处理前进行CNP平衡调节，特别是将物料C/P比调整到一个较高值，对堆肥处理期间的氮素保留也有显著效果。经检测，堆肥成品全氮量为3.5％～4.7％。

在提高堆肥质量方面。CNP平衡快速堆肥在污泥材料中接种发酵微生物，并添加营养调节剂平衡C、N、P及微生物营养需求，通过控氧、控温、调整pH值为堆肥微生物创造适宜的内部与外部条件，增强微生物反应强度，堆肥养分提高30％以上，提高了堆肥质量。

在节约成本方面。一方面，C/P值的控制能够增强磷素的活性，提高了磷的利用率，节约了成本；另一方面，CNP平衡快速堆肥工艺充分利用生物能和太阳能干燥物料，能够节约建设资金。较常规堆肥法，建设费用节省约1/3，能耗降低2/3以上，发酵时间缩短5～7d。

在CNP平衡快速堆肥处理中，堆肥物料的C/N值、C/P值如调节不适当易使有机物快速分解产生氨气，造成pH值下降期间短、下降幅度小，给实际操作带来不便。经反复试验对比，本技术方案将CNP值控制在C:N＝25～30:1，C:P＝40～75:1。

本发明整合生物溶淋重金属去除技术和堆肥技术两种技术，通过联合处理，同时去除污泥中的重金属、病原菌、虫卵、有机污染物等。通过在污泥堆肥初期投入硫制剂和硫酸亚铁等物质，利用堆肥初期pH值下降、料堆温度升高、物料中产生酸性基团的有利时机，进行生物溶淋重金属可取得事半功倍的效果，实现了生物溶淋重金属和堆肥的联合处理。生物溶淋处理结束后，通过调整pH值使物料的后期堆肥发酵处于最佳状态，堆肥继续进行，同时也提高了堆肥的保氮效果。

处理后的污泥毒害成份少、品质好，可以加工成为生物有机无机复混肥，在农业生产中适用。固相污泥连续处理方法实现了固相污泥的稳定化、无害化、资源化处理以及进一步产业化处置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

所述方法在较高的重金属初始浓度下，使污泥中As、Cd、Pb、Cr、Hg得到全面去除，去除率均在60％以上。去除后污泥中剩余重金属含量低于GB18877标准的79％以上；对城市污泥中重金属、病原菌、虫卵、有毒有机污染物进行全面、高效率的消减；用处理后的污泥生产的生物有机无机复混肥Cd、Hg含量在测出限以下，As、Pb、Cr含量符合绿色农产品使用肥料的要求，可广泛用于粮食、蔬菜、果树的无公害标准化生产。处理方法对城市污泥无害化处理成本较低，工艺过程简单，是实现产业化处置的实用技术。本发明特别适于城市固相污泥的处理。

本技术方案具有工艺过程简单，实用性强，使用成本低，易实现产业化的特点，尤其适合我国国情。

附图说明

图1是固相污泥联合处理方法总技术流程图。

图2是固相污泥联合处理方法工艺流程示意图。

图3是固相污泥联合处理方法中生物溶淋重金属工艺流程图。

具体实施方式

下面对结合优选实施例对本发明技术方案作进一步描述。

实施例一

成都污水处理厂固相污泥处理试验，相关工艺流程如图1、图2、图3所示。

试验时间：2006年1月至2007年11月底。

试验地点：成都禾力宝生物肥料有限责任公司的成都新繁镇基地和磨盘山基地。

试验材料：固相污泥，取自成都市污水处理厂。

污泥以100t为一个处理单元，共分4个处理。CK处理编号0#，生污泥加工处理设置3组平行试验，编号：1#、2#、3#。

CK处理(0#)：每10t生污泥取样2kg鲜污泥，按各处理相同比例添加调节剂，以保证试验和检测结果的一致性。风干后单独保管。最后将风干污泥粉碎，充分混合后取样1kg送检。生污泥重金属含量见表1。

表1 生污泥重金属含量

 

重金属种类	As	Cd	Pb	Cr	Hg
						含量(％)	≥0.0008	≥0.004	≥0.0076	≥0.0215	≥0.0004

对生污泥的无害化处理设置3组平行试验(编号：1#、2#、3#)，具体操作如下：

(1)启动污泥好氧堆肥处理

建堆时堆肥物料为含水率80％以下的城市鲜污泥材料与调节剂填充料风干污泥或其他干有机物质的混合物，其水分控制在55％～60％，混合质量比为6:4。

(2)生物溶淋重金属去除处理

好氧堆肥处理启动后，监测pH值变化情况，在堆肥物料pH值＝5.5～6时，投入酸化剂，接种以铁氧化硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)和硫氧化硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans)为主的复合硫杆菌，接种量为2‰。在堆肥物料pH＝3～5时，添加硫酸亚铁，并与污泥充分混合均匀。

生物溶淋处理过程中保持料堆氧浓度为10％～15％，环境温度以25℃～35℃为益。溶淋周期根据环境温度控制在5～8d。

(3)CNP平衡快速堆肥处理

生物溶淋处理结束后立即进行CNP平衡调节，加入CNP平衡调节剂调节堆肥物料C:P＝40～75:1、C:N＝25～30:1。CNP平衡调节剂可用含碳量高的有机物(如谷壳粉、青蒿粉等)和磷铵或磷酸钙等原料和自然风干污泥的均匀混合物。同时加入pH值调节剂调节堆肥物料pH＝6～8。pH值调节剂选用石灰等常用碱性调节剂。堆肥物料与CNP平衡调节剂和pH值调节剂充分混合。

调节完毕，向堆肥物料接种常规发酵微生物，接种量3‰，继续堆肥处理。

堆肥周期根据环境温度调整。污泥堆肥环境温度在25℃左右时，堆内温度达到50℃的时间为32～36hr，最高温度可达到68℃。本试验污泥堆肥温度控制在55℃～65℃，高温持续时间5～7d，能够保证病原菌、虫卵死亡率99％以上，有毒有机物降解60％左右。堆肥期间控制料堆含水率为55％～60％，氧浓度为10％～15％。

对处理后污泥按单元进行10个点位取样，抽取2kg样品充分混合后取1kg送检。经检测，处理后污泥pH约7.5(符合相关肥料标准)，水分约45％，C/N值＝(16～18)/1。

处理后1#～3#污泥重金属含量的平均值与0#风干污泥比较，重金属去除率为As：75％，Cd：67％，Pb：60％，Cr：99％，Hg：75％。

经处理后的污泥无害化程度显著提高，污泥中重金属、病原菌、虫卵含量等指标远远低于GB18877和NY884肥料标准。As低于GB18877标准96％，Cd低于GB18877标准86.7％，Pb低于GB18877标准80％，Cr低于GB18877标准97.6％，Hg低于GB18877标准80％。处理后污泥重金属含量见表2。

表2 处理后污泥与相关标准的比较结果

用处理后污泥深加工制成生物有机无机复混肥，加工产品重金属含量见表3。

表3 处理后污泥和有机无机复混肥重金属含量

详细比较各项检测结果与GB18877可知：用处理后的污泥生产的生物肥料安全性高，其中Cd、Hg、Pb、Cr均低于畜禽粪便堆肥和过磷酸钙等磷肥的含量。

加工成的有机无机复混肥产品中，堆肥污泥占50％～60％，无机化学肥料占50％～40％。通用肥料NPK比例为10:3:7，总养分18％～25％。实测结果见表4，其中N原料为尿素，K原料为硫酸钾，P原料为磷酸钙。

表4 用污泥堆肥生产的生物有机无机复混肥实测结果

 

项目名称(％)	技术指标/	实测值	结论
				总养分(N+P2O5+K2O)	≥20	22.1	合格

 

有机质	≥20	26	合格
				氯离子(Cl-)	------	0.4	------
有效磷(P2O5)	≥2	3.8	合格
				总氮(N)	≥9	10.5	合格
氯化钾(K2O)	≥6	7.8	合格
				砷及其化合物(以As计)	≤0.0050	0.0006	合格
镉及其化合物(以Cd计)	≤0.0010	0.0000	合格
				铅及其化合物(以Pb计)	≤0.0150	0.0034	合格
铬及其化合物(以Cr计)	≤0.0500	0.0018	合格
				汞及其化合物(以Hg计)	≤0.0005	0.0000	合格
钙(Ca)	------	2.6	------
				镁(Mg)	------	1.2	------

由于磷酸钙的制造过程中使用废硫酸，并且四川的磷矿中大多都含有As、Cr、Pb，用此原料增加了肥料中的重金属。

试验结果表明，用处理后污泥加工的生物有机无机复混肥产品经分析，Cd、Hg在测出限以下，Cr、As、Pb分别为GB18877的12％、23％、3.6％，达到和超过绿色农产品生产用肥的有关重金属标准，可广泛用于粮食、蔬菜、果树的无公害标准化生产。

实施例二

与实施例一相同之处不再赘述，其不同之处在于：启动污泥好氧堆肥处理后即向堆肥物料接种菌种进行生物溶淋重金属去除处理。向堆肥内送热风，使堆肥内温度上升，并保持在30～35℃，pH值≤7、氧浓度≥12条件下，溶淋时间10～15d，生物溶淋重金属去除处理完毕后继续污泥好氧堆肥处理。

实施例三

与实施例一相同之处不再赘述，其不同之处在于：堆肥启动后，增加酸制剂用量，调低pH值进行溶淋(使pH值达到5)，氧浓度保持在10％，溶淋时间10d，在生物溶淋重金属去除处理结束后继续进行普通好氧堆肥处理。重金属有较大幅度的去除。处理后污泥重金属含量见表5。

表5 处理后污泥重金属含量

 

重金属种类	As	Cd	Pb	Cr	Hg
						含量(％)	≤0.0004	≤0.0001	≤0.0022	≤0.0156	≤0.0001

实施例四

与实施例一相同之处不再赘述，其不同之处在于：在生物重金属溶淋处理中接种以热硫氧化硫化芽孢杆菌(Sulfobacillus thermosulfidooxidans)为主的复合硫杆菌。

实施例五

与实施例一相同之处不再赘述，其不同之处在于：在生物重金属溶淋处理中接种以布氏酸双面菌(Acidianus brierleyi)为主的复合硫杆菌。

实施例六

与实施例一相同之处不再赘述，其不同之处在于：在生物重金属溶淋处理中，在接种复合硫杆菌的基础上，增加巨大芽孢杆菌(Bacillus megdterium)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，但仍以复合硫杆菌为主。

Claims (10)

1.一种固相污泥联合处理方法，其特征在于：首先启动污泥好氧堆肥处理，然后向堆肥物料接种菌种进行生物溶淋重金属去除处理，生物溶淋处理完毕后继续污泥好氧堆肥处理。

2.根据权利要求1所述的污泥处理方法，其特征在于：所述向堆肥物料接种菌种进行生物溶淋重金属去除处理的时机是在堆肥反应初期的pH值变化阶段。

3.根据权利要求2所述的污泥处理方法，其特征在于：所述向堆肥物料接种菌种进行生物溶淋重金属去除处理的时机是在堆肥反应初期的pH值下降阶段；所述生物溶淋重金属去除处理接种的是常用复合硫杆菌。

4.根据权利要求1或2或3所述的污泥处理方法，其特征在于：所述生物溶淋重金属去除处理的具体操作为：在堆肥反应初期堆肥物料pH＝5.5～6时投入酸化剂并接种复合硫杆菌，控制堆肥物料pH＝3～5；其次添加硫酸亚铁，并与堆肥物料充分混合；整个生物溶淋过程期间保持氧浓度为10％～15％，温度为25℃～35℃。

5.根据权利要求1或2或3所述的污泥处理方法，其特征在于：所述好氧堆肥为CNP平衡快速堆肥，具体为：生物溶淋重金属去除处理完毕后，调节堆肥物料pH＝6～8，调节碳氮磷含量比为C:N＝25～30:1，C:P＝40～75:1，并接种发酵微生物，再继续堆肥处理。

6.根据权利要求4所述的污泥处理方法，其特征在于：所述好氧堆肥为CNP平衡快速堆肥，具体为：生物溶淋重金属去除处理完毕后，调节堆肥物料pH＝6～8，调节碳氮磷含量比为C:N＝25～30:1，C:P＝40～75:1，并接种发酵微生物，再继续堆肥处理。

7.根据权利要求1或6所述的固相污泥联合处理方法的应用，其特征在于：适用于城市固相污泥的处理。

8.一种生物有机无机复混肥，其特征在于：由根据权利要求1或6所述的固相污泥联合处理方法处理后的污泥为原料加工制成。

9.根据权利要求8所述的生物有机无机复混肥，其特征在于：所含堆肥污泥占50％～60％，无机化学肥料占50％～40％。

10.根据权利要求8或9所述的生物有机无机复混肥，其特征在于：肥料氮磷钾比例为10:3:7，总养分为18％～25％。

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