CN102372407A - 城市生活污泥的生物干燥方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种城市生活污泥的生物干燥方法，包括(1)将城市生活污泥与有机填充辅料按照1∶0.1-0.6的重量比例混合均匀；(2)向混合物中接入好氧性发酵菌剂，得到发酵物料；(3)将发酵物料堆置成长条状的发酵垛进行好氧发酵；(4)当发酵物料的温度升到38-42℃时，对发酵物料进行第一次翻料处理；当发酵物料的温度升到60℃～75℃时，进行第二次翻料处理；以后每隔8-24小时翻料处理一次；(5)当发酵物料的含水量降至30wt％以下，即得。本发明方法大大减少了有机填充辅料用量，只需要7-9天就将污泥的含水量降到30wt％以下，有害病菌和重金属含量符合国家标准要求，具有步骤简捷、耗时短、成本低等优点。

Description

城市生活污泥的生物干燥方法
技术领域
本发明涉及一种污泥的干燥方法，尤其涉及城市生活污泥的生物干燥方法，属于城市生活污泥的处理领域。
背景技术
随着城市规模的不断扩大及人口的急剧膨胀，城市生活污泥的产生量也越来越大，如何妥善处理城市生活污泥已成为一个世界性的难题。污水经过各种不同工艺处理后，所得到的污泥既含有大量的氮、磷等养分，含有高达80％的水分，同时该污泥中含有多种重金属元素，此外还含有致病菌、寄生虫卵等危害人类健康的因素。如果这些污泥不经过处理直接填埋，不仅会造成疾病的传播，还会对周围环境(包括地下水等)造成巨大的破坏。
利用生物干燥方法对城市污泥进行处理是目前处理城市污泥的一条重要途径。城市生活污泥的生物干燥，除了实现其含水量小于30％、尽可能小于20％以外，还必须使污泥充分腐熟分解，进一步清除其中的各种有害物质，真正实现无害化处理或制成肥料，使之成为作物的营养源而顺利回归大自然。
在采用生物干燥方法对城市污泥进行干燥处理时，常采用将污泥与有机填充辅料混合在一起后再加入好氧发酵菌剂进行好氧发酵，该方法主要存在以下几方面的问题，有待改进：1、生产成本过高：需要向待处理的污泥中添加大量的有机辅料(目前的处理方法需要添加的有机辅料的用量大多超过待处理的污泥的用量)，消耗大量的资源，导致该方法处理成本过高；(2)发酵周期长：现有的好氧发酵方法至少需要15天以上的发酵时间才能把城市污泥的含水量及有害物质的含量降低到标准要求，这极大的影响了物料周转和转化效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有的城市生活污泥的生物干燥方法所存在的成本高、步骤繁琐、处理周期长等问题，提供一种新的城市生活污泥的生物干燥方法，该方法具有步骤简捷、耗时短、成本低等优点。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：
一种城市生活污泥的生物干燥方法，包括以下步骤：(1)将城市生活污泥与有机填充辅料按照1∶0.1-0.6的重量比例混合均匀，得到混合物；(2)向混合物中接入好氧性发酵菌剂，得到发酵物料；(3)将发酵物料堆置成长条状的发酵垛进行好氧发酵；(4)经24-48小时当发酵物料的温度升到38-42℃时，对发酵物料进行第一次翻料处理；当翻料处理后的发酵物料的温度升到60℃-75℃时，进行第二次翻料处理；以后每隔8-24小时翻料处理一次；(5)当发酵物料的含水量降至30wt％以下，即得。
其中，步骤(1)中所述的有机填充辅料优选自作物秸秆、木屑、谷壳、杂草或家禽干粪便中的任意一种或一种以上按任意重量比例所组成的混合物。其中，所述的作物秸秆可以是麦秸秆或稻秸秆等；所述的家禽干粪便可以是鸡、鸭或鹅干粪便；
步骤(1)中可以将城市生活污泥与有机填充辅料按照1∶0.1-0.3重量比例混合均匀，得到混合物；
步骤(2)中所述的好氧性发酵菌剂可以枯草芽孢杆菌，黑曲酶，酿酒酵母；这些好氧性发酵菌种都可从商业途径购买得到[中国农业微生物菌种保藏管理中心购买得到(ACCC)或中国农工业微生物菌种保藏管理中心购买得到(CICC)]。
本发明人通过大量的实验发现，当步骤(3)中的发酵垛高度控制在0.5-1.3米之间的高度，相比于其它的高度，在相同的发酵条件下(发酵时间、翻料次数)能最大限度的提高好氧发酵效率，使发酵产物的含水率、重金属、有害病菌等降到最低。
本发明人还通过大量的试验发现，步骤(4)中在对发酵物料进行好氧发酵时，当发酵物料的温度升到38-42℃时，尤其是当发酵物料的温度升到40℃时，此时对发酵物料进行第一次翻料处理，相比于在其它的温度进行翻料处理，能够有效提升发酵效率；随后，当翻料处理后的发酵物料的温度升到60℃-75℃时，进行第二次翻料处理；以后每隔8-24小时翻料处理一次，这些都能有效的提高发酵效率，改善发酵产物的品质。
步骤(4)中所述的翻料方式优选为：将发酵物料由原位置整体依次垂直于发酵物料垛长方形的方向向左或向右位移，将发酵物料上下里外颠倒的翻动，翻动过程中将物料搅拌、搅散；更优选的，在翻动中让发酵物料完全分散暴露在空气中达20～60秒钟，使水蒸气充分蒸发扩散。
本发明生物发酵方法将污泥中的结合水分解为游离水，同时产生发酵热将水分转变为水蒸气蒸发，水分蒸发后实现干燥。类似慢火炒花生，将污泥慢火“炒干”。其“慢火”即发酵热，经生物发酵干燥后的污泥，臭味得以消除、松散透气、得到了无害化处理，可直接用作肥料或填埋而不会污染环境。
本发明的生物干燥污泥过程中，基本是零排放，对环境不造成任何污染，适合在人口稠密的城市实施。生物干燥过程中除排放水蒸气和少量二氧化碳气，不排放包括异味气体在内的其他任何污染环境的有害物质。经生物干燥后的污泥。不再稀稠粘连，疏松透气，略带酱香味，可直接掩埋、铺垫或用作种植用土。条件好的污泥添加恰当的辅料处理后可直接当作肥料使用，变废为宝，化害为益。
本发明方法基本不需要设备，操作工艺简单，占用场地不大。经测算，干燥每吨污泥需占场地约18m2(按堆放9天计)。如果每天干燥污泥1000吨，其干燥场地约30亩即可。本发明方法完全不需要耗能烘干，不需要对污泥进行预成型处理和堆体构建，更不需要密封发酵仓。在物料初始温度和堆场环境温度不低于15℃的条件下，可遮风挡雨的普通水泥地坪上就可进行。
总之，本发明的污泥生物干燥方法相比于现有的污泥生物干燥方法，所需要加入的有机填充辅料的用量有大幅度的减少，每吨城市生活污泥只需要添加0.1-0.6吨的有机填充辅料，大大的降低了生产成本，整个过程只需要7-9天就可将城市生活污泥的含水量降低到30％以下，有害病菌和重金属的含量也完全符合国家标准要求。整个干燥过程耗能低，耗时短，对环境不造成任何污染。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
一、试验材料
本实施例中所用到的“枯草芽孢杆菌菌种”购自中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)，其商品编号是：10163。采用通用的液体深层发酵方法，种子培养基用营养肉汁培养基，发酵生产培养基为豆粉、淀粉为主要原料的通用培养基。将培养基投放于发酵罐，发酵容积为罐体体积的70％，121℃高压灭菌1.5小时，冷却至37℃时，将种子罐中已培养好的种子接种于发酵罐中，接种量为发酵体积的4％。通气发酵36小时，通风比为1∶1.2。菌体成芽孢率为90％时，停止发酵，加入助滤济板框压滤，滤饼用沸腾干燥方式干燥，所得菌粉芽孢含量为800-1000CFU/克，将菌粉用滑石粉配成50亿CFU/克的产品用于污泥的好氧发酵。
实施例1
将含水率为75％的城市生活污泥运输至水平地面掺入有机填充辅料搅拌均匀(处理时的气温为15-20℃)，得到混合物；其中，城市生活污泥与有机填充辅料的重量比为1∶0.3(每一吨的城市生活污泥中掺入300公斤的有机填充辅料)，有机填充辅料由秸秆、稻壳粉和鸡粪按照任意的重量比例所组成，其水分含量小于25％；
向上述混合物中按照2％的接种量接入枯草芽孢杆菌菌剂，混合均匀，得到发酵物料；
将发酵物料堆置高小于1.3米大于0.5米的长条形发酵垛(该长条形的发酵垛的长度和宽度可根据具体情况进行设定)进行发酵；当发酵物料的温度升到40℃时(大约在发酵开始后的24小时)将发酵物料由原位置整体依次向左或向右位移，将物料上下里外颠倒的翻动，同时又在翻动过程中将物料搅拌、搅散，在翻动中让发酵物料完全分散暴露在空气中达20～60秒钟；在第一次翻料处理后，当发酵物料的温度升到65℃时，进行第二次翻料处理；以后每隔8-24小时翻料处理一次；在发酵开始后的8天物料的含水降至25％以下，物料温度也降到了40℃以下，实现了污泥的干燥。经生物干燥后的污泥不再稀稠粘连，疏松透气，略带酱香味，经检测，本实施例所发酵得到的产物的各性能指标见表1。
表1
  发酵处理后的污泥产物   发酵处理前的污泥
  含水量(％)   21.3   75
  大肠杆菌数量(个/100克)   860
  虫卵死亡率(％)   99.8
  汞及化合物(mg/kg)   1.18   3.08
  铬及化合物(mg/kg)   18.6   49.7
  砷及化合物(mg/kg)   2.18   5.78
  铅及化合物(mg/kg)   20.1   46.8
  镉及化合物(mg/kg)   1.06   3.2
实施例2
将含水率为60％的城市生活污泥运输至水平地面掺入有机填充辅料搅拌均匀(处理时的气温为15-20℃)，得到混合物；其中，城市生活污泥与有机填充辅料的重量比为1∶0.1(每一吨的城市生活污泥中掺入100公斤的有机填充辅料)，有机填充辅料由秸秆、稻壳粉和鸡粪按照任意的重量比例所组成，其水分含量小于25％；
向上述混合物中按照2％的接种量接入枯草芽孢杆菌菌剂，混合均匀，得到发酵物料；
将发酵物料堆置高小于1.3米大于0.5米的长条形发酵垛(该长条形的发酵垛的长度和宽度可根据具体情况进行设定)进行发酵；当发酵物料的温度升到40℃时(大约在发酵开始后的24小时)将发酵物料由原位置整体依次像左或向右位移，将物料上下里外颠倒的翻动，同时又在翻动过程中将物料搅拌、搅散，在翻动中让发酵物料完全分散暴露在空气中达20～60秒钟；在第一次翻料处理后，当发酵物料的温度升到60℃时，进行第二次翻料处理；以后每隔8-24小时翻料处理一次；在发酵开始后的9天物料的含水降至25％以下，物料温度也降到了40℃以下，实现了污泥的干燥。经生物干燥后的污泥不再稀稠粘连，疏松透气，略带酱香味，经检测，经检测，本实施例所发酵得到的产物的各性能指标见表2。
表2
  发酵处理后的污泥产物   发酵处理前的污泥
  含水量(％)   22.6   70
  大肠杆菌数量(个/100克)   870
  虫卵死亡率(％)   99.7
  汞及化合物(mg/kg)   1.21   3.08
  铬及化合物(mg/kg)   19.4   49.7
  砷及化合物(mg/kg)   2.21   5.78
  铅及化合物(mg/kg)   21.3   46.8
  镉及化合物(mg/kg)   1.12   3.2
实施例3
将含水率为70％的城市生活污泥运输至水平地面掺入有机填充辅料搅拌均匀(处理时的气温为15-20℃)，得到混合物；其中，城市生活污泥与有机填充辅料的重量比为1∶0.2(每一吨的城市生活污泥中掺入200公斤的有机填充辅料)，有机填充辅料由秸秆、稻壳粉和鸡粪按照任意的重量比例所组成，其水分含量小于25％；
向上述混合物中按照2％的接种量接入枯草芽孢杆菌菌剂，混合均匀，得到发酵物料；
将发酵物料堆置高小于1.3米大于0.5米的长条形发酵垛(该长条形的发酵垛的长度和宽度可根据具体情况进行设定)进行发酵；当发酵物料的温度升到40℃时(大约在发酵开始后的24小时)将发酵物料由原位置整体依次像左或向右位移，将物料上下里外倒个的翻动，同时又在翻动过程中将物料搅拌、搅散，在翻动中让发酵物料完全分散暴露在空气中达20～60秒钟；在第一次翻料处理后，当发酵物料的温度升到75℃时，进行第二次翻料处理；以后每隔8-12小时翻料处理一次；在发酵开始后的8-9天物料的含水降至25％以下，物料温度也降到了40℃以下，实现了污泥的干燥。经生物干燥后的污泥不再稀稠粘连，疏松透气，略带酱香味，经检测，本实施例所发酵得到的产物的各性能指标见表3。
表3
  发酵处理后的污泥产物   发酵处理前的污泥
  含水量(％)   18.7   60
  大肠杆菌数量(个/100克)   850
  虫卵死亡率(％)   99.8
  汞及化合物(mg/kg)   1.05   3.08
  铬及化合物(mg/kg)   16.7   49.7
  砷及化合物(mg/kg)   2.12   5.78
  铅及化合物(mg/kg)   19.9   46.8
  镉及化合物(mg/kg)   1.02   3.2
对比试验例1
一、试验方法
设置了5组对比试验：
对比试验1组在发酵开始后，当发酵物料的温度升到45℃时进行第一次翻料，其余条件均同实施例1。
对比试验2组在发酵开始后，当发酵物料的温度升到50℃时进行第一次翻料，其余条件均同实施例1。
对比试验3组在发酵开始后，当发酵物料的温度升到55℃时进行第一次翻料，其余条件均同实施例1。
对比试验4组在发酵开始后，当发酵物料的温度升到35℃时进行第一次翻料，其余条件均同实施例1。
对比试验5组在发酵开始后，当发酵物料的温度升到30℃时进行第一次翻料，其余条件均同实施例1。
二、试验结果
将上述上述5组发酵开始后的第8天得到的发酵产物进行检测，检测结果见表4。
表4
Figure BSA00000227259100091
Figure BSA00000227259100101
对比试验例2
一、试验方法
本试验设置了5组对比试验：
对比试验1组在发酵开始后，当发酵物料的温度升到45℃时进行第一次翻料；在第一次翻料处理后，当发酵物料的温度升到45℃时，进行第二次翻料处理；以后每隔4小时翻料处理一次；其余条件均同实施例1。
对比试验2组在发酵开始后，当发酵物料的温度升到45℃时进行第一次翻料；在第一次翻料处理后，当发酵物料的温度升到50℃时，进行第二次翻料处理；以后每隔18小时翻料处理一次；其余条件均同实施例1。
对比试验3组在发酵开始后，当发酵物料的温度升到45℃时进行第一次翻料；在第一次翻料处理后，当发酵物料的温度升到55℃时，进行第二次翻料处理；以后每隔18小时翻料处理一次；其余条件均同实施例1。
对比试验4组在发酵开始后，当发酵物料的温度升到45℃时进行第一次翻料；在第一次翻料处理后，当发酵物料的温度升到80℃时，进行第二次翻料处理；以后每隔24小时翻料处理一次；其余条件均同实施例1。
对比试验5组在发酵开始后，当发酵物料的温度升到45℃时进行第一次翻料；在第一次翻料处理后，当发酵物料的温度升到85℃时，进行第二次翻料处理；以后每隔24小时翻料处理一次；其余条件均同实施例1。
二、试验结果
将上述5组发酵开始后的第8天得到的发酵产物进行检测，检测结果见表5。
表5
Figure BSA00000227259100111
Figure BSA00000227259100121
从表5的实验数据可见，对比试验1-5组所得到产品的各项性能相比于实施例1的产品有显著性差异，实施例1所生物干燥得到的产品不论是在含水量和有害物质的含量上都显著优于对比试验1-5组的产品。
对比试验例3
一、试验方法
本试验设置了6组对比试验：
对比试验1组(简称“1组”)：与实施例1的差别仅在于翻动物料的方式，即：翻动中让发酵物料完全分散暴露在空气不超过15秒；
对比试验2组(简称“2组”)：与实施例1的差别仅在于翻动物料的方式，即：翻动中让发酵物料完全分散暴露在空气不超过10秒；
对比试验3组(简称“3组”)：与实施例1的差别仅在于翻动物料的方式，即：翻动中让发酵物料完全分散暴露在空气不超过5秒；
对比试验4组(简称“4组”)：与实施例1的差别仅在于翻动物料的方式，即：翻动中让发酵物料完全分散暴露在空气超过70秒；
对比试验5组(简称“5组”)：与实施例1的差别仅在于翻动物料的方式，即：翻动中让发酵物料完全分散暴露在空气不超过90秒；
对比试验5组(简称“6组”)：与实施例1的差别仅在于翻动物料的方式，即：翻动中让发酵物料完全分散暴露在空气不超过120秒；
二、将上述5组发酵开始后的第8天得到的发酵产物进行检测，检测结果见表6。
表6
Figure BSA00000227259100131
从表6的实验数据可见，实施例1生物干燥得到的产品不论是在含水量还是在有害物质的含量上都显著优于对比试验1-6组的产品。

Claims (10)

1.一种城市生活污泥的生物干燥方法，包括以下步骤：(1)将城市生活污泥与有机填充辅料按照1∶0.1-0.6的重量比例混合均匀，得到混合物；(2)向混合物中接入好氧性发酵菌剂，得到发酵物料；(3)将发酵物料堆置成长条状的发酵垛进行好氧发酵；(4)当发酵物料的温度升到38℃-42℃时，对发酵物料进行第一次翻料处理；当翻料处理后的发酵物料的温度升到60℃-75℃时，进行第二次翻料处理；以后每隔8-24小时翻料处理一次；(5)当发酵物料的含水量降至30wt％以下，即得。
2.按照权利要求1的生物干燥方法，其特征在于：步骤(1)中所述的有机填充辅料选自作物秸秆、木屑、谷壳、杂草或家禽干粪便中的任意一种或一种以上按任意重量比例所组成的混合物。
3.按照权利要求1的生物干燥方法，其特征在于：步骤(1)中将城市生活污泥与有机填充辅料按照1∶0.1-0.3重量比例混合均匀，得到混合物。
4.按照权利要求1的生物干燥方法，其特征在于：步骤(2)中所述的好氧性发酵菌剂选自枯草芽孢杆菌，黑曲酶或酿酒酵母。
5.按照权利要求1的生物干燥方法，其特征在于：步骤(3)中的发酵垛高度控制在0.5-1.3米之间。
6.按照权利要求1的生物干燥方法，其特征在于：步骤(4)中在对发酵物料进行好氧发酵时，当发酵物料的温度升到38℃-42℃时对发酵物料进行第一次翻料处理。
7.按照权利要求6的生物干燥方法，其特征在于：步骤(4)中在对发酵物料进行好氧发酵时，当发酵物料的温度升到40℃时对发酵物料进行第一次翻料处理。
8.按照权利要求6或7的生物干燥方法，其特征在于：步骤(4)中在对发酵物料进行第一次翻料处理后，当翻料处理后的发酵物料的温度升到60℃-75℃时，进行第二次翻料处理；以后每隔8-24小时翻料处理一次。
9.按照权利要求1的生物干燥方法，其特征在于：步骤(4)中所述的翻料方式为：将发酵物料由原位置整体依次垂直于发酵物料垛长方形的方向向左或向右位移，将发酵物料上下里外颠倒的翻动，翻动过程中将物料搅拌、搅散。
10.按照权利要求9的生物干燥方法，其特征在于：在翻动中让发酵物料完全分散暴露在空气中达20-60秒钟。
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