CN102173888A - 一种污泥炭肥及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种污泥炭肥及其生产方法，可以解决现有污泥处置方法造成的环境污染严重且污泥中蕴含的资源不能有效回收利用的问题。技术方案：一种污泥炭肥，包括生物质废弃物和有机污泥，其质量混合比例为1∶5～1∶1。还提供了污泥炭肥的生产方法，经过混合→干燥造粒→炭化→冷却→过筛→自然冷却→包装一系列步骤得污泥炭肥。本发明所得的污泥炭肥不仅解决了现有污泥处理方法带来的环境污染问题，而且充分回收利用了蕴含在污泥中的有机质和氮磷钾等土壤营养元素，可作为土壤改良剂和肥料缓释增效剂。

Description

一种污泥炭肥及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种污泥炭肥及其生产方法，该污泥炭肥可作为土壤改良剂和肥料缓释增效剂。

背景技术

近50年以来，农业生产中过量使用化肥，而施加的化肥利用率偏低，普遍只有10～30％，大量的氮磷钾元素随水流入河流湖泊或者渗入地下水，形成了河流湖泊的面源污染，造成其富营养化严重，或污染了地下水。

由于化肥的使用、农业耕作复种指数的提高、农业生产机械化的提高造成的机械碾压、人畜践踏等各种不合理耕种，最终造成土壤板结，功能退化，作物抗病能力、抗倒伏能力降低。

生活污泥(也叫市政污泥、城市污泥)不仅含有大量的有机质，同时含有丰富的氮磷钾等元素，其中有机质含量为30～70％，氮含量为2～8％，磷含量为1～6％，钾为0.1～0.9％，(以上数据来自国家环保部2009年10月颁布的《污水处理厂污泥处理处置最佳可行技术导则》)，而且随着国家污水处置水平的提高，生活污水和工业污水的分流必将越来越完善，以上数据均会提高，以日本为例，其有机质含量达到了80％以上。

造纸污泥的主要成分是天然有机质——植物短纤维沉淀。它富含有机质(一般有机质含量为30～60％)、氮、磷、钾，而病原菌、重金属等有害物质则远远低于畜禽粪便。

公开号为CN101747900A的专利介绍了一种湖泊底泥的炭化制备土壤改良剂的方法，该发明先将湖泊底泥脱水至35％，经造粒后，再干燥至含水率10～15％，以水蒸气为保护气，将碳化炉升温至400～500度后，停留50～70分钟进行炭化处理。该生产方法无法适用于大批量的生活污泥和造纸污泥，其生产周期较长，也不能实现连续生产。

随着国内“十一五”规划的完成，各地污水处理厂大批量建成，随之带来了污泥的处置问题已被列入国家“十二五规划”。当前存在的处置技术主要包括干化、焚烧(干化焚烧、混烧)、堆肥和填埋等，以上处置方法均将污泥视为废弃物，忽视了其所蕴含的丰富资源的回收利用，其中焚烧方式虽然可以利用污泥蕴含的热量来发电，但却是最低级的资源回收方式，且燃烧后释放了大量的二氧化碳和有毒烟气；堆肥方式虽然重视了污泥中所蕴含资源的最大回收，却因为堆肥产品易造成土壤板结、重金属污染等问题，同时处置周期长、占地面积大，二次污染严重，故不被市场所广泛认同。其他处置方式均未进行资源的回收利用，或仅是中间的处理过程。

综上所述，污泥中蕴含丰富的有机质和氮磷钾等土壤营养元素，现有的处置方法均造成了资源的浪费，如果能将其蕴含的资源充分利用，制成土壤改良剂，则可以实现碳元素、磷元素、钾元素的地产地消，减少农业生产对化肥的依赖，促进循环社会的形成。

发明内容

本发明提供了一种污泥炭肥及其生产方法，可以解决现有污泥处置方法造成的环境污染严重且污泥中蕴含的资源不能有效回收利用的问题，本发明提供的污泥炭肥可作为土壤改良剂和肥料缓释增效剂。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种污泥炭肥，包括生物质废弃物和有机污泥，其质量混合比例为1∶5～1∶1。

在本发明的上述技术方案中，还具有以下技术特征：所述生物质废弃物指植物秸秆、稻壳、竹子、树木和灌类枝杈、木屑、谷壳、糠渣农林业废弃物；所述有机污泥指干态有机质质量百分含量为20～85％的污泥。

当然，所述有机污泥包括但不限于生活污泥、造纸污泥。

有机污泥是指干态有机质质量百分含量超过20％，且重金属含量符合国家标准《CJT309-2009城镇污水处理厂污泥处置农用泥质》。

污水污泥中含有大量的有机质，其含量及成分因污水的来源、处理工艺、城市居民的生活水平和饮食结构的不同而不同。目前我国干污泥中有机质含量平均值为38.4％，并随着经济的不断发展，有机质含量逐步提高(本处指生活污泥)。

一种污泥炭肥的生产方法，包括如下步骤：

(1)混合：先将生物质废弃物粉碎至粒径1～15mm，然后与有机污泥经过搅拌充分混合得混合物料，生物质废弃物与有机污泥的质量混合比例为1∶5～1∶1；

(2)干燥造粒：将上述混合物料在60～180℃下进行干燥造粒，经干燥造粒后的物料为含水率20～40％，粒度1～20mm的圆形颗粒；

(3)炭化：物料经过干燥造粒后，进入炭化处理流程段，将物料在300～800℃、无氧或低氧环境中进行加热处理，根据处理温度的不同(主要是物料的有机质含量与含水率的不同)，处理时间为15～240分钟，处理过程中产生固、气两相物质；

(4)冷却：炭化产生的固体物进行冷却，将温度降至150～250℃，以防止其与空气接触后自燃(自燃点为350℃)；

(5)过筛：冷却后的固体物进行过筛，筛孔直径为4～5mm，以保证污泥炭肥具有均匀的颗粒度；筛上物经过进一步自然降温至常温后包装，即成为污泥炭肥，作为成品销售；

进一步地，步骤(5)中过筛后的筛下物回混至干燥造粒流程段，起到造粒核的作用，并能利用其多孔性的特点提高干燥效率：即利用其多孔比表面积大的特点，加大混合物的空隙，起到辅助干燥的作用；

进一步地，所述混合物料经过炭化流程处理过程中产生大量的可燃气体，首先将其进行燃烧，产生的辐射热回用至物料炭化所需的热量。

又进一步地，燃烧后的尾气经过热能回收后，回用至干燥造粒流程，经过热能回收利用后的尾气(温度已从900℃左右降至100℃左右)同干燥造粒流程所产生的尾气一起经过冷凝、除尘、除臭后达标排放。

又进一步地，所述可燃气体主要包括但不仅限于甲烷、氢气、一氧化碳。

更进一步地，所述干燥造粒步骤采用的设备为桨叶式干燥机或者转炉。

物料经过炭化流程处理后成为黑色固体物，主要构成物质为碳和灰分组成，以二氧化硅和微量金属化合物(如C-Cr化合物等)，并含有丰富的氮磷钾元素(总含量一般为8～20％，部分种类污泥可能低于这个数值)，降温后进行过筛，筛下物经过密闭传输管道返回干燥造粒流程，筛上物则进入储存设备，进行自然降温至常温后包装，即成为污泥炭肥。

经实验测得，最终所得污泥炭肥为黑色颗粒状固体物：直径为1～10mm；比表面积为50～200m³/g；含氮量：1～3％；含磷量：2～12％；含钾量：0.2～3％，上述含量指质量百分含量。

本发明提供的一种通过本身具备的多孔、比表面积高、吸光率高等特点改善土壤生态环境，通过吸附、缓释的特点提高化肥利用率的兼顾土壤改良功能与肥料增效的炭肥，同时含有氮磷钾等肥效成分，可部分替代化肥来使用。以生物质废弃物和有机污泥(主要包括生活污泥(即市政污泥)和造纸污泥)为原料，在低氧环境下高温加热，将有机物转变成生物炭成为污泥炭肥。污泥炭肥原料易得，每年我国产生超过1000万吨(干基)的有机污泥，其中大部分目前处于随意丢弃状态，环境污染严重。污泥炭肥利用其多孔吸附性，可以在与其他肥料混合使用时成为肥效成分的载体，使其维持较长时间动态平衡，从而为作物生长提供长期的肥料供应，也能减少肥料流失带来的各种环境污染，同时污泥炭肥可以吸附水分，维持土壤的湿润环境，减少灌溉成本；污泥炭肥利用其多孔比表面高的特点，可以增强土壤的通透性，并为土壤有益微生物提供适宜的生长环境，使水、肥、气、热形成的土壤微生态系统协调作用，从而促进作物的根系发展，提高作物抗倒伏能力和产量。污泥炭肥为黑色颗粒，具有较高的吸光率(吸光率超过90％)，可以提高地表环境温度，从而减轻霜冻等危害。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

1、解决了两种固体废弃物(农林业植物类废弃物和有机污泥)处理的难题；

2、实现了污泥处置的稳定化(最终产物为黑色、木炭状颗粒，燃点为350～400℃)、减量化(产出率为10～20％)、无害化(相比焚烧方式，可减排二噁英、二氧化碳和其他有毒气体及烟尘等)、资源化(产出物为污泥炭肥可作为土壤改良剂和肥料缓释增效剂，附加值较高)；

3、污泥炭肥中含有丰富的营养元素，根据原料的不同，其磷含量可达2～12％，钾含量可达0.2～3％，可以部分替代化学肥料；

4、污泥炭肥为多孔状，有较大的比表面积，作为土壤改良剂可疏松土壤，增加透气性，增强土壤中微生物的活性，改善土壤微生态环境；同时避免植株烂根，使植株发根迅速，增强作物的抗倒伏能力；

5、污泥炭肥为多孔状，有较大的比表面积，具有活性炭吸附的特性，因此可以作为肥料的缓释增效剂，起到固定肥料、水分的作用，达到延长肥效，提高化肥利用率的目的；

6、污泥炭肥可以增强作物对病虫害的抵抗力，同时含有作物生长必须的微量元素；

7、污泥炭肥可提高地表温度(约可提高0.6～1.5℃)，不仅可以增强作物的生长，同时在北方寒冷天气中可降低霜冻等危害；

8、炭粒呈弱碱性，同时有一定的解毒作用，可缓解因农药、化肥的使用造成的土壤酸化等问题；

9、污泥炭肥的农用可实现人类农业生产、社会生活、与污泥处理与处置中重要的循环-“碳、磷、钾”元素。

附图说明

图1是本发明所述污泥炭肥生产方法的流程示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种污泥炭肥，包括质量混合比例为1∶5～1∶1的生物质废弃物和有机污泥。其中，生物质废弃物指植物秸秆、稻壳、竹子、树木和灌类枝杈、木屑、谷壳、糠渣等农林业废弃物；有机污泥指干态有机质质量百分含量为20～85％的污泥，包括生活污泥、造纸污泥。通过将污泥转化为炭肥，从而有效解决了农林业废弃物、生活污泥、造纸污泥对环境污染严重的问题。

一种上述的污泥炭肥的生产方法，包括如下步骤，如图1所示的流程示意图：

(1)混合：先将生物质废弃物粉碎至粒径15mm以下，然后与有机污泥经过搅拌充分混合得混合物料，生物质废弃物与有机污泥的质量混合比例为1∶5～1∶1；

(2)干燥造粒：将上述混合物料在60～180℃下进行干燥造粒(采用的设备为桨叶式干燥机或者转炉)，经干燥造粒后的物料为含水率20～40％，粒度1～20mm的圆形颗粒；

(3)炭化：物料经过干燥造粒后，进入炭化处理流程段，将物料在300～800℃、无氧或低氧环境中进行加热处理，处理时间为15～240分钟，处理过程中产生固、气两相物质；

(4)冷却：炭化产生的固体物进行冷却，将温度降至150～250℃；

(5)过筛：冷却后的固体物进行过筛，筛孔直径为4～5mm；筛上物经过进一步自然降温至常温后包装，即成为污泥炭肥；筛下物回混至干燥造粒流程段，起到造粒核的作用。

所述混合物料经过炭化流程处理过程中产生大量的可燃气体(可燃气体以甲烷、氢气、一氧化碳为主)，首先将其进行燃烧，产生的辐射热回用至物料炭化所需的热量；燃烧后的尾气经过热能回收后，回用至干燥造粒流程，经过热能回收利用后的尾气同干燥造粒流程所产生的尾气一起经过冷凝、除尘、除臭后达标排放。

实施例1：

取某生活污水处理厂污泥10kg(含水率为80％)、锯末5kg，混合搅拌后，铺到凉晒场，太阳直射进行干燥至含水率30％，得混合物10kg，再将混合物通过敲打将大的凝结物破碎至直径20mm以下。将实验马弗炉(马弗炉是一种实验用密闭式高温炉，在试验中可替代炭化炉)加热至750℃，将混合物放入托盘后，置入马弗炉中，加热15分钟，降温后取出，即得污泥炭肥约4kg。

实验测得，最终所得黑色颗粒状固体物：

直径为2～8mm；

比表面积为195m³/g；

含氮量：2.21％；

含磷量：8.24％；

含钾量：1.97％。

实施例2：

取某生活污水处理厂污泥10吨(含水率80％)，将竹子、树枝等用粉碎机破碎至直径为1～15mm的木屑(竹屑)，并取用3吨，木炭厂木炭粉末2吨(直径为1～15mm)，充分混合，合计总重15吨；将物料输送至KJG型桨叶式干燥机，采取导热油间接加热的方式(导热油温度为160℃)，对物料进行加热干燥，并通过干燥机内部的叶片的滚动搅拌对物料进行充分混合造粒，经过25分钟后，物料干燥至含水率30％，通过密闭式螺旋输送管进入BMS型污泥炭化炉；炭化炉温度预加热至760℃，开始接收物料，经过18分钟炭化处理后，成为黑色炭化物。炭化物经过管状水冷装置冷却至200℃后，进入振动筛进行筛分，筛上物进行自然冷却降温处理后，打包得污泥炭肥。

物料在炭化过程中产生的可燃性炭化气体，经过供氧点燃后，将热量用于炭化处理过程所要吸收的热量，热量不足可采用电加热进行补充，燃烧后的尾气连同桨叶干燥机排放的尾气经过除尘、降温和除臭后排放。

实验测得，最终所得黑色颗粒状固体物：

直径为2～10mm；

比表面积为178m³/g；

含氮量：2.11％；

含磷量：9.14％；

含钾量：1.20％。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种污泥炭肥，其特征在于：包括生物质废弃物和有机污泥，其质量混合比例为1∶5～1∶1。

2.根据权利要求1所述的污泥炭肥，其特征在于：所述生物质废弃物指植物秸秆、稻壳、竹子、树木和灌类枝杈、木屑、谷壳、糠渣农林业废弃物；所述有机污泥指干态有机质质量百分含量为20～85％的污泥。

3.根据权利要求2所述的污泥炭肥，其特征在于：所述有机污泥包括生活污泥、造纸污泥。

4.一种权利要求1所述的污泥炭肥的生产方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)混合：先将生物质废弃物粉碎至粒径1～15mm，然后与有机污泥经过搅拌充分混合得混合物料，生物质废弃物与有机污泥的质量混合比例为1∶5～1∶1；

(2)干燥造粒：将上述混合物料在60～180℃下进行干燥造粒，经干燥造粒后的物料为含水率20～40％，粒度1～20mm的圆形颗粒；

(3)炭化：物料经过干燥造粒后，进入炭化处理流程段，将物料在300～800℃、无氧或低氧环境中进行加热处理，处理时间为15～240分钟，处理过程中产生固、气两相物质；

(4)冷却：炭化产生的固体物进行冷却，将温度降至150～250℃；

(5)过筛：冷却后的固体物进行过筛，筛孔直径为4～5mm；筛上物经过进一步自然降温至常温后包装，即成为污泥炭肥。

5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于：步骤(5)中过筛后的筛下物回混至干燥造粒流程段，起到造粒核的作用。

6.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于：所述混合物料经过炭化流程处理过程中产生大量的可燃气体，首先将其进行燃烧，产生的辐射热回用至物料炭化所需的热量。

7.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于：燃烧后的尾气经过热能回收后，回用至干燥造粒流程，经过热能回收利用后的尾气同干燥造粒流程所产生的尾气一起经过冷凝、除尘、除臭后达标排放。

8.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于：所述可燃气体包括甲烷、氢气、一氧化碳。

9.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于：所述干燥造粒步骤采用的设备为桨叶式干燥机或者转炉。

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