CN102093097B - 污泥堆肥生产有机铁肥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了污泥堆肥生产有机铁肥的方法，包括以下步骤：将城市污泥与有机质混合，调节混合物的含水率为40～60%；将混合物进行好氧堆肥，当堆肥混合物的温度达到50℃后，每天翻堆一次；待污泥堆体温度降至35℃以下后，接种铁还原菌，混匀，发酵，得到酵熟料；将酵熟料粉碎，过筛，得到生物有机铁肥。本发明方法充分利用了污泥中丰富的有机物及内源铁氧化物，可以大幅度降低有机铁肥生产成本，实现废弃物的资源化利用，具有城市污泥处置与高附加值产品生产的双重功效。同时，本发明方法也充分利用了一般作为废弃物焚烧的有机质，如木屑、菇渣、秸秆等，有利于可持续发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种废弃物资源化的方法，特别涉及一种利用污泥堆肥生产有机铁肥的方法。
背景技术
铁是植物必需的微量营养元素。缺铁时植物根系膨大、幼叶失绿，光合作用、呼吸作用减弱，植株生长受到严重影响。据统计，全世界约有40%的土壤上生长的植物容易表现缺铁失绿症，果树尤为容易发生。铁元素的缺乏严重威胁作物的生产性能。
铁具有可变的氧化价态和生物活性，在自然条件下， Fe(II)很容易被氧化成难溶性的Fe(III)。土壤中铁含量虽然丰富，但主要以难溶性的Fe(III)存在，难以被植物吸收利用。
现有研究结果表明，土壤中能够被作物吸收的铁主要为可溶性铁盐。Fe(II)是植物的吸收形态，水溶性的Fe(II)可被作物直接吸收，而可溶性Fe(III)必须在输入细胞质之前通过根系分泌物还原为Fe(II)才能被植物吸收。因此，提高土壤中可溶性铁盐是防治植物缺铁症的主要手段。目前，主要依靠施用无机铁肥和有机铁肥等手段进行防治。
无机铁肥特别是硫酸亚铁价格便宜，施用方便，是我国施用的主要铁肥。但是在土壤施肥或叶面喷施时，无机铁肥在土壤或空气中很容易被氧化，形成难溶性的高铁物质，生物利用率低。有机铁肥含铁量高，稳定性好，又多为水溶性，与无机铁肥相比，能防止发生一般的土壤反应，提高铁在植物中的转运能力，促进植物对铁的吸收，是目前最好的铁肥。但是现有的有机铁肥生产工艺复杂，价格昂贵，主要用于叶面喷施，严重制约了有机铁肥在我国的推广与应用。
城市污泥是指城市污水处理过程中产生的沉淀物。我国污水处理主要方法为活性污泥法，该方法需加入大量铁盐如三氯化铁、聚合氯化铝铁等作为絮凝剂或助凝剂以提高污水处理效果，脱水后城市污泥铁盐含量丰富。一般情况下城市污水处理厂污泥，三氯化铁投加量可达5%～10%，聚合氯化铁铝可达1%～3%。城市污泥含有较为丰富的铁元素，以及未能完全降解的在机质。现有的城市污泥，一般通过填埋或焚烧处理，其资源化处理方法一般为好氧堆肥，但是这样依然未能充分利用其中的大量铁盐。
如何充分利用污泥有机质及铁盐丰富的特性，妥善地处置污水厂污泥，实现其资源化利用，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用污泥堆肥生产有机铁肥的方法。
本发明所采取的技术方案是：
污泥堆肥生产有机铁肥的方法，包括以下步骤：
1) 物料调配：将城市污泥与有机质混合，调节混合物的含水率为40～60%；
2) 高温好氧堆肥：将混合物进行好氧堆肥，当堆肥混合物的温度达到50℃后，每天翻堆一次；
3) 二次发酵：待污泥堆体温度降至35℃或35℃以下后，优选为25～35℃，接种铁还原菌，混匀，发酵，得到酵熟料；
4) 粉碎筛分：将酵熟料粉碎，过筛，得到生物有机铁肥。
优选的，城市污泥与有机质的混合质量比为45～55：45～55，有机质为木屑、菇渣、秸秆中的至少一种。
优选的，二次发酵时前，在高温好氧堆肥好的堆肥混合物中混入铁盐或铁的氧化物。
优选的，铁还原菌为产气肠杆菌Enterobacter aerogenes XM02（CGMCC 1969）、成团泛菌Pantoea agglomerans MFC4（CGMCC 2353）和腐殖质棒杆菌Corynebacterium humireducens MFC5（CGMCC 2352）中的至少一种。
本发明方法对设备要求简单，投资小，能耗低，克服了有机铁肥投资大、工艺流程复杂的缺陷。
本发明方法充分利用了污泥中丰富的有机物及内源铁氧化物，可以大幅度降低有机铁肥生产成本，实现废弃物的资源化利用，具有城市污泥处置与高附加值产品生产的双重功效。同时，本发明方法也充分利用了一般作为废弃物焚烧的有机质，如木屑、菇渣、秸秆等，有利于可持续发展。
本发明方法生产的有机铁肥，易溶于水，易被植物吸收，生物利用率高，肥效长。
通过在二次发酵的过程中添加铁盐或铁的氧化物，可进一步增加有机铁肥的铁含量，增强其肥效。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
本发明所采取的技术方案是：
污泥堆肥生产有机铁肥的方法，包括以下步骤：
1) 物料调配：将城市污泥与有机质混合，调节混合物的含水率为40～60%；
2) 高温好氧堆肥：将混合物进行好氧堆肥，当堆肥混合物的温度达到50℃后，每天翻堆一次；
3) 二次发酵：待污泥堆体温度降至35℃或35℃以下后，优选为25～35℃，接种铁还原菌，混匀，发酵，得到酵熟料；
4) 粉碎筛分：将酵熟料粉碎，过筛，得到生物有机铁肥。
其工艺流程如图1所示。
高温好氧堆肥中，堆肥混合物的温度达到50℃后，一般要翻堆15～25天，堆体的温度才会自然下降到所需温度；二次发酵中，一般要发酵10～15天才可以得到酵熟料，当然，如本领域技术人所知，翻堆、二次发酵也可根据具体情况进行适当的延长和缩短。
优选的，城市污泥与有机质的混合质量比为45～55：45～55，有机质为木屑、菇渣、秸秆中的至少一种。当然，也可以采用其他类似的有机质。各种有机质可以混合使用。
优选的，二次发酵时前，在高温好氧堆肥好的堆肥混合物中混入铁盐或铁的氧化物。铁盐或铁氧化物的加入量视污泥中的铁含量而定。为进一步降低成本，可直接使用粉碎的铁矿石，如水铁矿、针铁矿、纤铁矿、赤铁矿等。
优选的，铁还原菌为产气肠杆菌Enterobacter aerogenes XM02（CGMCC 1969）、成团泛菌Pantoea agglomerans MFC4（CGMCC 2353）和腐殖质棒杆菌Corynebacterium humireducens MFC5（CGMCC 2352）中的至少一种。
下面结合实施例，进一步说明本发明。
以下实施例中，使用的城市污泥为脱水城市污泥，其含水率为70～80%。
实施例1
1) 物料调配：将城市污泥45份与水稻秸秆55份混合，调节混合物的含水率为50%；
2) 高温好氧堆肥：将混合物堆成条垛状，进行好氧堆肥，当堆肥混合物的温度达到50℃后，每天翻堆一次，发酵15天；
3) 二次发酵：待污泥堆体温度降至35℃后，按污泥堆制物：铁还原菌接种剂：水铁矿质量比为500：5：10的比例，接种铁还原菌E. aerogenes XM02，混入水铁矿，混匀，继续发酵10天，得到酵熟料；
4) 粉碎筛分：将酵熟料粉碎，过筛，得到生物有机铁肥。
实施例2
1) 物料调配：将城市污泥50份与玉米秸秆50份混合，调节混合物的含水率为60%；
2) 高温好氧堆肥：将混合物堆成条垛状，进行好氧堆肥，当堆肥混合物的温度达到50℃后，每天翻堆一次，发酵18天；
3) 二次发酵：待污泥堆体温度降至35℃后，按污泥堆制物：铁还原菌接种剂：针铁矿质量比为500：5：10的比例，接种铁还原菌P. agglomerans MFC4，混入针铁矿，混匀，继续发酵12天，得到酵熟料；
4) 粉碎筛分：将酵熟料粉碎，过筛，得到生物有机铁肥。
实施例3
1) 物料调配：将城市污泥55份与菇渣45份混合，调节混合物的含水率为55%；
2) 高温好氧堆肥：将混合物堆成条垛状，进行好氧堆肥，当堆肥混合物的温度达到50℃后，每天翻堆一次，发酵15天；
3) 二次发酵：待污泥堆体温度降至25℃后，按污泥堆制物：铁还原菌接种剂质量比为500：5的比例，接种铁还原菌C. humireducens MFC5，混匀，继续发酵10天，得到酵熟料；
4) 粉碎筛分：将酵熟料粉碎，过筛，得到生物有机铁肥。
实施例4
1) 物料调配：将城市污泥50份与菇渣25份、水稻秸秆25份混合，调节混合物的含水率为40%；
2) 高温好氧堆肥：将混合物堆成条垛状，进行好氧堆肥，当堆肥混合物的温度达到50℃后，每天翻堆一次，发酵20天；
3) 二次发酵：待污泥堆体温度降至30℃后，按污泥堆制物：铁还原菌接种剂：赤铁矿质量比为500：5：5的比例，接种铁还原菌C. humireducens MFC5，混匀，继续发酵15天，得到酵熟料；
4) 粉碎筛分：将酵熟料粉碎，过筛，得到生物有机铁肥。
经检测，以上实施例中的生物有机铁肥，有机质含量在25%以上，铁元素的质量百分含量大于2%，活菌数大于1亿/g。
肥效实验
试验1
田间试验在河南桃园缺铁比较严重、树龄、长势、树型大小、缺铁症基本一致的桃园进行。田间试验设计为单株小区，3个处理，10次重复，随机区组排列。
试验步骤：
2010年4月15日，按树冠垂直投影面积，将每平方米用实施例1的生物有机铁肥100克及对照药剂叶绿灵（荷兰AKZONOBEL化学公司研制）15g溶入7kg清水中，沟施1次，空白对照为清水。沟施的方法是，沿树冠外缘在地面挖1个宽、深各约10cm的环状沟，沟中能见到须根，将清水或肥液灌施入沟中渗下后，立即覆土填沟。
7月15日采收时调查单株产量，8月25日调查每树的新梢长度，9 月08日从各处理植株的树冠中部不同方位随机取60片叶，采用SPAD—520型叶绿素测定仪测定其SPAD值，计算每平方厘米叶片含叶绿素毫克数。试验结果见表1。
表1、沟施生物有机铁肥对桃树叶片叶绿素含量及新梢长度的影响
从表1可知，施用本发明制备的生物有机铁肥后，桃树叶绿素含量及新梢长度都明显高于空白对照，也高于对照药剂叶绿灵。结果表明桃树不仅能防治桃树缺铁性病害，并且能促进植物生长。
试验2
田间防治试验选择在河南梨园缺铁比较严重、树龄、长势、树型大小、缺铁症基本一致的田间进行。田间试验设计为单株小区，3个处理，10次重复，随机区组排列。
试验步骤：
2010年3月15日及4月8日，按树冠垂直投影面积，将每平方米用实施例2的生物有机铁肥100克及对照药剂叶绿灵（荷兰AKZONOBEL化学公司研制）15g溶入7kg清水中，沟施2次，空白对照为清水。沟施的方法是，沿树冠外缘在地面挖1个宽、深各约10cm的环状沟，沟中能见到须根, 将清水或肥液灌施入沟中渗下后，立即覆土填沟；
5月20日从各处理植株的树冠中部不同方位随机取100片叶，采用SPAD—520型叶绿素测定仪测定其SPAD值，计算每平方厘米叶片含叶绿素毫克数。实验结果见表2。
表2. 2009年沟施生物有机铁肥对梨树叶片叶绿素含量的影响
从表2可知，，施用本发明制备的生物有机铁肥后，梨树叶绿素含量明显高于空白对照，也高于对照药剂叶绿灵。结果表明生物有机铁肥能够有效防治梨树缺铁性病害。
Claims (6)
1.污泥堆肥生产有机铁肥的方法，包括以下步骤：
1) 物料调配：将城市污泥与有机质混合，调节混合物的含水率为40～60%；
2) 高温好氧堆肥：将混合物进行好氧堆肥，当堆肥混合物的温度达到50℃后，每天翻堆一次；
3) 二次发酵：待污泥堆体温度降至35℃或35℃以下后，接种铁还原菌，混匀，发酵，得到酵熟料；
4) 粉碎筛分：将酵熟料粉碎，过筛，得到生物有机铁肥。
2.根据权利要求1所述的污泥堆肥生产有机铁肥的方法，其特征在于：城市污泥与有机质的混合质量比为45～55：45～55。
3.根据权利要求1所述的污泥堆肥生产有机铁肥的方法，其特征在于：二次发酵时前，在高温好氧堆肥好的堆肥混合物中混入铁盐或铁的氧化物。
4.根据权利要求1所述的污泥堆肥生产有机铁肥的方法，其特征在于：二次发酵时，待污泥堆体温度降至25～35℃时，接种铁还原菌。
5.根据权利要求1所述的污泥堆肥生产有机铁肥的方法，其特征在于：有机质为木屑、菇渣、秸秆中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的污泥堆肥生产有机铁肥的方法，其特征在于：铁还原菌为产气肠杆菌Enterobacter aerogenes XM02，其保藏编号为CGMCC No. 1969。
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