CN102863128A - 污水处理厂污泥剔除重金属发酵制成各种专用肥的方法 - Google Patents

Abstract

污水处理厂污泥剔除重金属发酵制成各种专用肥的方法，是在污泥料浆剔除重金属、脱水拌菌调配物料之后，经高温矿质化反应发酵杀灭细菌、各种寄生虫卵、病原微生物并制得有机原肥的基础上，通过两次元素配位产出微生物有机肥及各种作物专用肥。本发明为新建污水处理厂同步建设或现有污水处理厂改造配套污泥处置设施提供了一种可行的方案，既节省大量污泥外运的费用，又产出高品质肥料产品以及由此带来的经济效益；污泥就地安全处置，避免了填埋、焚烧、堆肥可能带来的土壤、大气和水资源的二次污染；提供适宜各种作物的专用肥料，提高农作物产量，提供无公害农产品，支持农业可持续发展。

Description

污水处理厂污泥剔除重金属发酵制成各种专用肥的方法

技术领域

本发明涉及一种利用有机物料制肥的方法，属有机肥料生产技术领域，特别是涉及一种污水处理厂污泥剔除重金属发酵制成各种专用肥的方法。

背景技术

污泥处置现状：由于国家对环境保护的重视和一系列政策的出台，我国大多数城市及一批县城都相继筹建了污水处理厂。随着我国污水处理能力的快速提高，污泥量也同步大幅增加，但与污水处理厂同步建设污泥处置配套设施的为数极少。截至2010年底，全国城镇污水处理量达到456亿立方米，湿污泥(含水率80％)产生量突破3200万吨。根据调研结果显示，我国污水处理厂所产生的污泥，有80％左右没有得到妥善处理，污泥随意堆放所造成的污染与再污染问题已经凸显出来，并且引起了社会的关注。污泥是由污水处理过程所产生的固体沉淀物质组成的，是污水处理过程中不可避免的副产物，且含水率大多在80％以上，容积又大，给堆放、运输、储存造成诸多不便。从污泥的成分来看，它既富含大量的有机质以及作物需要的氮磷钾主养分和多种中微量元素，又含有包括重金属以及细菌、各种寄生虫卵、病原微生物等有害物质。若能趋利避害，污泥就是加工农用肥料的宝贵资源。在过去常用的处置方法中，填埋除占用较多土地外，一则会导致发酵曝气，污染大气，二则其渗滤液会对土壤和地下水源造成二次污染；焚烧除因水分大有一定难度外，还因尾气含有二恶英致癌物质难以根除带来的环境和健康风险；在污泥填埋、焚烧基本遭否定的情况下，堆肥法处理污泥成为首选并被推崇。堆肥法虽然利用了污泥的多种营养成分，但遗憾的是，堆肥法无法剔除镉、汞、铅、铬、砷等重金属危害，而这5种重金属含量是有机肥料标准所限制的。据光大水务(济南)有限公司二厂分析结果，干污泥的重金属含量为：总镉4.22g/kg，总汞1.15g/kg，总铅83.28g/kg，总铬434.6g/kg，总砷9.9g/kg，如不加以剔除，就难以达到国家有机肥料标准。再就是堆肥发酵时间长(35天左右)，占地面积大，难以控制高温矿质化反应和发酵腐熟程度，肥力低，被市场否定，销售困难。

要想利用污水处理厂的污泥作肥料，必须具备三个条件：一是污泥中需含有较高的植物所必需的营养成分。这一条污泥自身已经具备，诸多分析资料都证实，污泥中含有大量的矿质元素和营养元素，比一般家庭肥料的含量都高，具有很高的肥料价值；二是污泥中的重金属应加以剔除，其在有机肥料中的含量必须符合国家标准要求；三是污泥中所含的细菌、各种寄生虫卵、病原微生物等，必须经过严格的无害化处理，予以杀灭。而这后两条，堆肥做不到，或做不彻底。

污泥处置的新思路：我们曾针对生活垃圾堆肥存在的问题，发明了生活垃圾制肥技术。鉴于污水处理厂的污泥与生活垃圾的成分有诸多相似之处，都富含有机质和作物所需营养元素，都含有重金属，也都含有细菌、各种寄生虫卵、病原微生物等，因此可借鉴生活垃圾制肥处理工艺。不过污泥对作物来说营养价值更高，制肥过程又可省去垃圾分选、制练打浆环节，添加的配料还可相应减少，因而肥料成本还可降低。

发明内容

发明的目的：参照生活垃圾制肥技术，为城市污水处理厂配套建设污泥处置设施提供一种污泥剔除重金属发酵制成各种专用肥的方法。

发明原理：(1)污泥中富含有机质、植物生长所必需的营养元素和多种中微量元素，为生产农用肥料奠定了物质基础。资料显示，大连开发区污水处理一厂干污泥中有机质平均占68.7％，氮、磷、钾以N、P₂O₅、K₂O计分别为5.18％、9.3％、0.9％，因此从养分含量来分析，污泥的养分含量颇高；潮州市第一污水处理厂污泥泥质分析资料证实，污泥中除含氮磷钾主养分外，其它营养元素有镁Mg(6352.4-8255.9mg/kg)、钙Ca(2891.3-4199.6mg/kg)、锰Mn(5474.3-6939.2mg/kg)、铁Fe(8.079-8.828％)、锌Zn(2632.1-2739.4mg/kg)；光大水务(济南)有限公司二厂的分析资料证实，污泥中还含有作物需要的微量元素镍189.5g/kg干污泥、铜201.1g/kg干污泥、硼38.01g/kg干污泥。由此可见，污泥是一种值得合理利用的肥源。(2)污泥中含有镉、汞、铅、铬、砷等有害重金属，可采用络合沉淀法在重金属剔除装置内加以剔除。这是基于：在搅拌浆料(细度50-80目)的同时配入腐植酸钠(Sodium humate)，可将污泥有机物细胞内分子态、离子态重金属分离出来；在浆料搅拌中添加金属络合剂乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetraacetic acid；EDTA)，可络合分子态、离子态重金属形成结合物而沉淀排出；鉴于剔除重金属过程具备厌氧发酵条件，可在料浆搅拌中配入酵母菌(yeast)、乳酸菌(LAB，Lactic acid bacteria)和黑曲霉(Aspergillus niger)，进行微生物深层厌氧发酵，获取乳酸蛋白。(3)细菌、各种寄生虫卵、病原微生物等，可利用太阳能控温发酵室装置，通过高温矿质化反应发酵将其杀灭。(4)因缺补缺，添加污泥中含量不足的主养分钾元素、中微量元素以及生物制剂、植物生长调节物质、土壤调理剂，生产出高品质微生物有机肥以及各种作物专用肥。

本发明的技术方案，其技术特征是按以下步骤进行：(1)用压滤机脱水控制污泥含水率在80％，并在储浆池搅拌成匀浆(浓度过大，不利于络合沉淀剔除重金属；若含水过多，将为后道工序增加负担)；(2)用泥浆泵将料浆抽入重金属剔除装置，配入腐植酸钠、金属络合剂乙二胺四乙酸，分离、络合、沉淀剔除重金属；并配入酵母菌、乳酸菌和黑曲霉，兼顾微生物深层厌氧发酵；(3)利用脱水拌菌物料调配机组使料浆脱水至含水率30-35％，并拌入促进发酵腐熟的木霉(Trichoderma)、放线菌(Actinomycetes)以及作为生物培养基的米糠、麦麸、桐麸等高有机质物料并搅拌均匀，调整C∶N和C∶P均为25∶1，PH值为6.5-7.5，以满足发酵条件；(4)利用太阳能供热超导暖气片升温可控生物发酵室装置，实施控温发酵，在室温≥38℃、料温升至72℃左右条件下发酵，使物料实现高温矿质化反应，腐熟度≥80％，以获取水溶性有机质、氨基酸、蛋白质；(5)利用自行设计的双配位生物有机肥生产线进行两次元素配位造粒制成微生物有机肥和各种作物专用肥。即把不怕烘干挥发而造成失效的原肥和元素在第一次造粒前配入作为第一次配料，进而造粒、烘干(含水分≤15％)、筛选(直径2-4mm颗粒为合格)；第二次配料造粒则是在原肥中添加不宜烘干但又必需调进有机肥料的生物制剂、土壤调理剂、植物生长调节物质以及量很少的作物敏感元素，混合均匀后造粒。然后按5(第一次配位造粒)∶1(第二次配位造粒)的比例进抛光机混合、抛光，再经筛选后而为成品(直径2-4mm，含水分≤20％)。

本发明的有益效果：(1)为新建污水处理厂同步建设配套的污泥处置设施或在现有污水处理厂改造配套污泥处置设施提供了一种切实可行的方案，既节省了大量的污泥向外运输的费用，又为本厂增加了一个高科技产品以及由此带来的经济效益；(2)污泥就地安全处置，避免了污泥填埋、焚烧、堆肥可能带来的土壤、大气和水资源的二次污染，更好地保护和改善生态环境；(3)提供适宜各种作物的专用肥料，提高农产品产量和品质，为市场增添有机无公害农产品，支持农业可持续发展。

附图说明

图1：重金属离子剔除兼备厌氧发酵装置结构示意图

图中所示：1、圆筒形大罐2、主轴3、电机4、进浆管5、配料口6、有机物料发酵仓7、搅拌叶8、轴承固定板9、浆料出口及控制阀10、重物料仓11、螺旋绞出器12、重物出口电动阀门13、重物出料滑板14、支撑腿

图2：脱水拌菌物料调配机组结构示意图

图中所示：1、配料配位搅拌机2、配料仓3、螺旋推进器4、压滤机5、抽浆机及输浆管6、储料箱7、混合料仓8、强制搅拌机

图3：太阳能供热超导暖气片升温可控生物发酵室装置示意图

图中所示：1、循环水泵2、超导暖气片3、墙体4、上水管5、供水塔6、供水管7、太阳能热水器8、下水管9、抽风换气装置10、即开即热水龙头11、信息窗12、进出料大门

图4：双配位新型生物有机肥生产线整体结构示意图

图中所示：1、配料混合机2、粉碎机3、输送带4、造粒盘5、烘干机6、圆筒筛7、控制计量器8、抛光机9、电子包装机

具体实施方式

污水处理后的污泥未挤压之前一般含水率在90％左右，需用压滤机挤压脱水，控制污泥含水率在80％，并在储浆池搅拌成匀浆。

剔除重金属兼备深层厌氧发酵(图1)：将储浆池中搅拌均匀的污泥料浆通过泥浆泵和进浆管抽进剔除重金属离子装置(圆筒形大罐)，当抽进大罐三分之二容积时，启动电机先正转带动主轴和搅拌叶旋转搅拌，同时经配料口添加浆料重量1.0％的腐植酸钠，用于分离污泥有机物细胞内重金属离子；在搅拌中若起泡可经配料口添加浆料重量0.01％的硅酸钠消除浆料起泡涨潮；搅拌3小时后静置12小时，再搅拌时经配料口添加浆料重量0.01％乙二胺四乙酸，螯合分子态、离子态重金属，形成重金属结合物向底部沉淀；继续搅拌3小时，静置12小时；第三次搅拌时，分别按浆料重量的0.01％配入乳酸菌、酵母菌、黑曲霉，以加速有机物料深层厌氧发酵；搅拌够3小时后静置12小时，第四次搅拌时，经配料口添加浆料重量0.02％的聚丙烯酰胺，以絮凝有机物发酵菌团向上漂浮。按照操作规程，每搅拌3小时，密封静置12小时，如此循环，3天时间圆筒形大罐上部有机物料发酵仓的匀浆可达到厌氧发酵的效果，而后通过浆料出口及控制阀抽出进入下道工序。抽完料浆后，让电机反转带动主轴和重物料仓内螺旋绞出器，将重金属和沙石料经电动阀门按层次(重金属比重大于沙石料处于最底层)先后绞出(为防止沉淀结块出料难而特设螺旋绞出)，落到重物出料滑板滑落出来回收利用。在砂石料和匀浆结合处是泥土类结合料，可制作家用花卉营养土。

脱水拌菌物料调配(图2)：借助抽浆机及输浆管从重金属剔除装置抽出匀浆强压进大型压滤机；从压滤机滤布中挤出的清水(已经过污水处理，达标)，可用于制肥时造粒喷浆。挤出后的物料含水量应在30-35％。压滤机中料压满后，出料落入下部储料仓；按照配方将配料(高有机质物料、菌种以及调整碳氮比、碳磷比需要添加的元素)放入配料配位搅拌机，搅拌均匀后开阀落入配料仓；再通过螺旋推进器分别将配料仓和储料仓的物料推入位于下方的元素配位混合料仓，约1吨时，打开混合料仓控制板，把双物料送强制搅拌机搅拌均匀后，用农用车送入下道工序。

高温矿质化反应发酵(图3)：把上道工序搅拌均匀后的物料送入控温发酵室，用钩机堆成5-6米高的梯形，关闭门窗；启动循环水泵通过上水管将水(循环使用)输进供水塔，塔中的水经供水管进入太阳能热水器；打开太阳能热水器，将热水(≥35℃)通过下水管和即开即热水龙头输入安装在墙体上的超导暖气片，室温和料温会很快上升，用信息窗(热电偶)监测温度。在室温≥38℃、料温升至72℃左右条件下发酵2天，然后关闭超导暖气片，打开抽风换气装置降温换气，同时用钩机翻堆。翻堆后打开超导暖气片、关闭抽风换气装置，再次升温发酵两天，再翻堆一次。如此经过三次翻堆，可基本达到发酵腐熟的均匀度，腐熟度≥80％，即可出料，这就是高温发酵原肥。

双配位微生物有机肥成品制作(图4)：采用双配位新型生物有机肥生产线来完成。第一次配位是将原肥送入配料混合机内并添加不怕烘干挥发而造成失效的元素，经搅拌混合均匀后流入粉碎机中粉碎(因配料后搅拌会形成团状料)，然后经输送带送造粒盘成球，再经输送带送进烘干机，烘干15分钟后，流经输送带送进圆筒筛筛选(直径＜2mm或＞4mm的料回笼重做)，符合要求(直径2-4mm，含水率≤15％)的颗粒料经输送带向抛光机移动；第二次配位是将原肥送入另一套配料混合机内并添加不宜烘干但又必需调进有机肥料的生物制剂、土壤调理剂、植物生长调节物质以及量很少的作物敏感元素，经搅拌混合均匀后流入粉碎机中粉碎(因配料后搅拌会形成团状料)，然后经输送带送进造粒盘成球，再经输送带送进控制计量器，控制流入与烘干颗粒共用的输送带，与烘干的颗粒料一同进抛光机，两种颗粒进抛光机的比例为5(第一次造粒)∶1(第二次造粒)，混合与抛光同时完成，再经筛选后取直径2-4mm颗粒为成品(含水率≤20％)。

各种作物专用肥是在微生物有机肥基础上，添加各种作物敏感的中量、微量元素，比如水稻专用肥要添加硅元素、锌元素，小麦专用肥要添加钼元素、铜元素，甘蔗专用肥要添加镁元素、硼元素，玉米专用肥要添加锰元素、硅元素，如此等等。

Claims (1)

1.污水处理厂污泥剔除重金属发酵制成各种专用肥的方法，包括以下步骤：1、用压滤机脱水控制污泥含水率在80％，并在储浆池搅拌成匀浆；2、用泥浆泵将料浆抽入重金属剔除装置，配入腐植酸钠、金属络合剂乙二胺四乙酸，分离、络合、沉淀剔除重金属，并配入酵母菌、乳酸菌和黑曲霉，兼顾微生物深层厌氧发酵；3、利用脱水拌菌物料调配机组使料浆脱水至含水率30-35％，并拌入促进发酵腐熟的木霉、放线菌以及作为生物培养基的米糠、麦麸、桐麸等高有机质物料并搅拌均匀，调整碳氮比、碳磷比和PH值，以满足发酵条件；4、利用太阳能供热超导暖气片升温可控生物发酵室装置，实施控温发酵，在室温≥38℃、料温升至72℃左右条件下发酵，使物料实现高温矿质化反应；5、利用自行设计的双配位生物有机肥生产线进行两次元素配位造粒制成微生物有机肥及各种作物专用肥，即把不怕烘干挥发而造成失效的原肥和元素在第一次造粒前配入作为第一次配料，进而造粒、烘干至含水分≤15％、筛选出直径2-4mm合格颗粒；第二次配料造粒则是在原肥中添加不宜烘干但又必需调进肥料的生物制剂、土壤调理剂、植物生长调节物质以及量很少的作物敏感元素，混合均匀后造粒；然后按第一次配位造粒与第二次配位造粒5∶1的比例进抛光机混合、抛光，再经筛选，制得直径2-4mm、含水分≤20％的成品。

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