CN103449848A - 一种利用污水处理产生的淤泥生产肥料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用污水处理产生的淤泥生产肥料的方法，其特征在于，它是采用以污水处理过程中产生的淤泥为原料，按照以下步骤进行的：（1）重金属离子的检出；（2）重金属离子的处置；（3）有毒有害难降解的有机物的检出；（4）有毒有害难降解的有机物的处置；（5）配料制肥。该方法工艺简便，能实现对淤泥成分的全分析检测，并能对其中可能存在的重金属和有毒有害有机物加以处置，进而可充分利用淤泥批量制备肥料。

Description

一种利用污水处理产生的淤泥生产肥料的方法

技术领域

本发明涉及污水处理过程中产生的淤泥的资源化再处置，具体涉及一种利用污水处理产生的淤泥生产肥料的方法。

背景技术

为使生产和生活中得到的污水达到排水某一水体或再次使用的水质要求，需要对其进行净化处理，这一过程即为污水处理。目前单就三峡库区所辖二省市二十九个市区县、上百个沿岸城镇，按国务院三建委要求都应建一至三个废水处理厂，经处理后的生活废水或工业生产废水达标后方可排入长江库区段内。在处理污水的同时，这上百座废水处理厂日产数十万吨的淤泥。

这些污水处理过程中产生的淤泥，其成分复杂，产生量巨大。通常不同功能区域内所产生的污水是不同的，其产生的淤泥的成分也是不同的，比如生活废水和工业废水。其淤泥的产生量也大不相同，一般依据废水处理厂日处理废水量而定，通常其占比在日处理废水总量的1～15%的范围内。

目前国内外普遍感到这些淤泥的处理是一个相当大的难题。而之所以难处理，是由于没有定性定量分析清楚并处置淤泥中的有毒有害有异味的成分，而盲目的对淤泥加以处置，这样不管用什么方法都会带来二次环境问题。也正是由于后续淤泥处理工艺未能跟上，这些淤泥未得到及时处置，而造成了亟待解决的次生环境问题。

虽然目前针对淤泥的处理，常规采用的方法也有以下几种，但这些方法都存在诸多问题：

（1）、简易倾倒，露置或填壑；其未经无害化处理，在不清楚淤泥是否有害有毒有异味的情况下，露置堆积或填壑会产生严重的次生环境问题。

（2）、直接焚烧处理；但易产生多环芳烃和二噁英等二次大气污染物，且重金属仍存于焚烧灰中，其焚烧处理设备成本昂贵。

（3）、发酵堆肥；但其周期太长，过程烦琐，占用场地较宽。且由于没有检测是否含有重金属和有毒有害难降解的有机物，所生产的肥料不能直接用作粮食肥料，且大多存在养分不全，肥效较低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用污水处理产生的淤泥生产肥料的方法，该方法工艺简便，能实现对淤泥成分的全分析检测，并能对其中可能存在的重金属和有毒有害有机物加以处置，进而可充分利用淤泥批量制备肥料。

本发明的目的是这样实现的：

一种利用污水处理产生的淤泥生产肥料的方法，其特征在于，它是采用以污水处理过程中产生的淤泥为原料，按照以下步骤进行的：

（1）重金属离子的检出

①根据对区域功能污水的调研，初步确定淤泥中可能存在的重金属种类；

②采用常规的化学分析方法，例如硫化氢组系统等，对以淤泥配制的溶液进行初步定性检测，以检测出可能含有的Al、As、Cd、Cr、Cu、Hg、Mn、Ni、Pb、Zn等重金属离子的存在和形态；

③以罗丹明6G（Rh6G）荧光猝灭法测定以淤泥配制的溶液中重金属离子的总量；

④再以溶剂萃取－Rh6G荧光猝灭法分别测定以淤泥配制的溶液中各种重金属离子的含量；

（2）重金属离子的处置

若检测出淤泥中含有的重金属离子的含量在10^-2mg/kg以上，或是超过我国《农用污泥中污染物控制标准》，则应处置除去该重金属离子，其处置方法包括：①沸石吸附消除：利用沸石表面具有的空穴，吸附除去污水中的重金属离子；②微波稳固失活：借助微波降解，并针对检出的金属离子添加相应的不同失活稳固剂使重金属稳固失活，以降低污水中具有生物活性的重金属的含量；经这两步处理，使得污水中活性重金属离子浓度降低到10^-2mg/kg以下；

（3）有毒有害难降解的有机物的检出

①根据对区域功能污水的调研，初步确定淤泥中可能存在的有毒有害难降解的有机物；

②采用煅烧法测定淤泥中总有机质的含量；

③以测得的此总有机质的含量为标准值建模，用近红外光谱快速检测淤泥中总有机质的化学耗氧量(COD)；

④再以高效液相色谱(HPLC) 定性定量测定以淤泥配制的溶液中的各种不同的有毒有害难降解的有机物，并分别建模，采用近红外光谱检测固体淤泥样本中的各种有毒有害难降解的有机物的含量；

（4）有毒有害难降解的有机物的处置

若检测出淤泥中含有的有毒有害难降解的有机物的含量在10^-2mg/kg以上，或是超过我国《农用污泥中污染物控制标准》，则应处置除去该有毒有害难降解的有机物，其处置方法包括：①微波消解：根据检出的结果，采用微波消除病原细菌，消解有毒有害难降解的有机物；经该方法处置，使得淤泥中有毒有害难降解的有机物的浓度降低到10^-2mg/kg以下，达到上述我国农用控标；

（5）配料制肥。

上述硫化氢组系统分析方法是较为成熟的一种化学分析方法，其主要实验步骤为：a）取淤泥样本配制溶液，利用微波充分降解，使其重金属游离；b)分四组分别进行试验，第一组为盐酸组，可分析鉴定Ag⁺、Hg²⁺、Pb²⁺等离子；第二组为硫化氢组，可以鉴定Pb²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、As(III,VI)、Sb(III,VI)、Sn⁴⁺等离子；第三组为硫化铵组，可鉴定Al³⁺、Cr³⁺、Fe(III,II)、Mn²⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Ni²⁺等离子，第四组为碳酸铵组，可鉴定Ba²⁺、Sr²⁺、Ca²⁺等离子。该方法属于常规的化学分析方法，其检测限为1‰，属常微量分析，一般分析化学教科书上都能查阅，其方法中用到的仪器为普通玻璃仪器，主要试剂为HCl、H₂S、(NH₄)₂S和(NH₄)₂CO₃等组试剂。本步骤仅仅是为上述常规的化学分析方法提供一种选择，当然，也可以采用其他常规的化学分析方法，以检测出淤泥中可能含有的重金属离子的存在和形态。

上述以Rh6G荧光猝灭法测定以淤泥配制的溶液中重金属离子的总量，其主要实验步骤为：取淤泥配制成溶液，微波消解处理后离心过滤，取澄清液稀释，调节pH值后，用1-(2-吡啶偶氮)-2萘酚（PAN）与所得溶液中的重金属离子络合形成Meⁿ⁺-PAN配合物，之后加入Rh6G溶液中，在荧光仪上测量其荧光猝灭程度，进而可测量其金属离子的总浓度。经研究发现：罗丹明6G（Rh6G）有很强的荧光(λex/λem=543nm/558nm)，而以淤泥配制的溶液中的重金属离子均能与PAN络合，将其络合物PAN-Me³⁺和PAN-Me²⁺加入Rh6G溶液中，则会导致Rh6G的荧光发生猝灭，且荧光猝灭程度与金属离子的总浓度呈正比，基于此可以建立起测定淤泥中的重金属离子总浓度的快速简捷方法，该方法的检测限可达10^-2mg/kg，属痕微量分析。其定量方法中用到的仪器为普通荧光仪，主要试剂为Rh6G、PAN，以及常规的pH调节缓冲液等。

上述以溶剂萃取－Rh6G荧光猝灭法分别测定以淤泥配制的溶液中各种重金属离子的含量，其主要操作步骤为：取淤泥配制成溶液，经微波消解处理后离心过滤，取澄清液稀释后，分多次分别针对检出的某一金属离子添加过量的相应其他离子的掩蔽剂进行络合，其每掩蔽一重金属离子后用CHCl₃萃取，之后分别解析该重金属离子；其解析过程是这样进行的：调节pH值后，用PAN与解析的各个重金属离子络合形成Meⁿ⁺-PAN配合物，之后加入Rh6G溶液中，在荧光仪上测量其荧光猝灭程度，进而可测量其各个重金属离子的浓度。其荧光猝灭程度与各种金属离子的浓度成正比，基于此建立起溶剂萃取－Rh6G荧光猝灭法测定淤泥中各种重金属离子含量的快速简捷的方法，此方法的检测限可达10^-2mg/kg以下。本步骤中针对不同重金属离子的掩蔽和解析过程，其所添加的掩蔽剂等根据实际实验情况，按照现有技术中关于掩蔽剂的研究报道情况，进行常规选择，其属于成熟技术。

上述采用沸石吸附消除处置重金属离子的步骤，其主要操作步骤为：调节污水沉淀池的pH值为6.5～7.5，用市售的以无机絮凝剂聚合氯化铝铁（PAFC）改性沸石吸附Pb²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、Al³⁺、Cr³⁺、Fe(III,II)、Mn²⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Ni²⁺等重金属离子，其沸石空穴的腔径和表面积，根据检出的金属离子的存在和形态进行选择，以吸附不同形态和不同粒径的重金属化合物微粒，形成沉淀先期排除。其中，该聚合氯化铝铁改性沸石是一种新型的吸附材料，它经聚合无机材料后致使沸石增加亲水性和亲合能，提高了吸附效率，这种材料市场已有销售，故此处不再赘述。本处置操作过程当在污水处理过程中淤泥形成之前进行，而采用聚合氯化铝铁改性沸石吸附消除处理前已出的少量淤泥可再返污水中来进行处置，该方法属于物理吸附，其重金属离子的消除率可达75%～89%。

上述采用微波稳固失活处置重金属离子的步骤，其主要操作步骤为：根据检出的金属离子的存在和形态，调适微波频率，微波降解流动路径中的污水，并根据检出的重金属离子加入常规的对应失活稳固剂，致使重金属化合物降解或转变形态，而被钝化失活。该方法利用微波将重金属化合物降解后，与不同的对应失活稳固剂反应，而进行物理－化学作用，以降低经污水处理后所得的淤泥中具有生物活性的重金属的含量。例如，芳烃类重金属经微波降解游离后，再加无机稳固剂被束缚失活。

上述采用煅烧法测定总有机质的含量，其主要操作步骤为：精确称取一定量淤泥样品，置于恒重的坩埚中，升温至600℃，恒温6～8h后取出，冷却后称重，从而可计算得到淤泥中的总有机质的含量。该方法按城市生活垃圾有机质测定的煅烧法标准（CJ/T96-1999）进行，以600℃高温煅烧淤泥后测得的失重计算总有机质的含量。

上述有毒有害难降解的有机物的检出中的步骤④，其主要操作步骤为：a.取淤泥样本配制成若干份澄清的溶液样品；b.以高效液相色谱(HPLC)定性定量测定溶液样品中的各种不同的有毒有害难降解的有机物的化学参考值；c.扫描批量淤泥样品的近红外光谱；d.利用Bruker OPUS软件建立关联化学参考值与近红外光谱的模型；e.模型的修正、优化、预测和应用。该方法可连续无损快速地测定各种不同的有毒有害难降解的有机物，其检测限可达10^-4mg/kg以下。

上述采用微波消解以处置有毒有害难降解的有机物的步骤，其主要操作为：根据检出的有毒有害难降解的有机物的情况，调整微波的相应工作波频和时间，而分批将淤泥进行微波扫描降解，以消除病原细菌，消解有毒有害难降解的有机物。

上述配料制肥，其主要操作为：①将经上述步骤处理后的淤泥检测pH值，之后根据需要添加市售常规肥料或/和常规的肥料填料，以调节其pH最终为6.0～7.0即可；②后再经堆肥发酵、烘干、成型。

更为详细的，上述利用污水处理产生的淤泥生产肥料的方法，其特征在于，它是采用以污水处理过程中产生的淤泥为原料，按照以下步骤进行的：

（1）污水调研

根据对区域功能污水的调研，初步确定淤泥中可能存在的重金属离子和有毒有害难降解的有机物；

（2）重金属离子的检出

①采用常规的化学分析方法，对以淤泥配制的溶液进行初步定性检测，以检测出可能含有的Al、As、Cd、Cr、Cu、Hg、Mn、Ni、Pb、Zn等重金属离子的存在和形态；其中，具体采用硫化氢组系统进行初步定性检测，其主要实验步骤为：a）取淤泥样本配制溶液，利用微波充分降解，使其重金属游离；b)分四组分别进行试验，第一组为盐酸组，分析鉴定Ag⁺、Hg²⁺、Pb²⁺等离子；第二组为硫化氢组，分析鉴定Pb²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、As(III,VI)、Sb(III,VI)、Sn⁴⁺等离子；第三组为硫化铵组，分析鉴定Al³⁺、Cr³⁺、Fe(III,II)、Mn²⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Ni²⁺等离子，第四组为碳酸铵组，分析鉴定Ba²⁺、Sr²⁺、Ca²⁺等离子；

②以罗丹明6G（Rh6G）荧光猝灭法测定以淤泥配制的溶液中重金属离子的总量；其主要实验步骤为：取淤泥配制成溶液，微波消解处理后离心过滤，取澄清液稀释，调节pH值后，用PAN与所得溶液中的重金属离子络合形成Meⁿ⁺-PAN配合物，之后加入Rh6G溶液中，在荧光仪上测量其荧光猝灭程度，进而可测量其金属离子的总浓度；

③再以溶剂萃取－Rh6G荧光猝灭法分别测定以淤泥配制的溶液中各种重金属离子的含量；其主要操作步骤为：取淤泥配制成溶液，经微波消解处理后离心过滤，取澄清液稀释，分多次分别针对检出的某一金属离子添加过量的相应其他离子的掩蔽剂进行络合，其每掩蔽一重金属离子后用CHCl₃萃取，再分别解析各个重金属离子，调节pH值后，用PAN与解析出的各个络合重金属离子络合形成Meⁿ⁺-PAN配合物，之后加入Rh6G溶液中，在荧光仪上测量其荧光猝灭程度，进而可测量其各个重金属离子的浓度；

（3）重金属离子的处置

若检测出淤泥中含有的重金属离子的含量在10^-2mg/kg以上，或是超过我国《农用污泥中污染物控制标准》，则应处置除去该重金属离子，其处置方法包括：①沸石吸附消除：在污水处理过程中淤泥形成之前，调节污水沉淀池的pH值为6.5～7.5，以常规市售的无机絮凝剂聚合氯化铝铁（PAFC）改性沸石吸附Pb²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、Al³⁺、Cr³⁺、Fe(III,II)、Mn²⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Ni²⁺等重金属离子，其沸石空穴的腔径和表面积，根据检出的金属离子的存在和形态进行选择，以吸附不同形态和不同粒径的重金属化合物微粒，形成沉淀先期排除；②微波稳固失活：根据检出的金属离子的存在和形态，调适微波频率，微波降解流动路径中的污水，并根据检出的重金属离子加入对应添加剂，致使重金属化合物降解或转变形态，而被钝化失活，再经沉淀、过滤除去；

（4）有毒有害难降解的有机物的检出

①采用煅烧法测定总有机质的含量；其主要操作步骤为：精确称取一定量淤泥样品，置于恒重的瓷坩埚中，于马弗炉中升温至600℃，恒温6～8h后取出坩埚移入干燥器中，冷却后称重，从而可计算得到淤泥中的总有机质的含量；

②以测得的此总有机质的含量为标准值建模，用近红外光谱快速检测总有机质的化学耗氧量(COD)；

③其主要操作步骤为：a.取淤泥样本配制成若干份澄清的溶液样品；b.以高效液相色谱(HPLC)定性定量测定溶液样品中的各种不同的有毒有害难降解的有机物的化学参考值；c.扫描批量淤泥样品的近红外光谱；d.利用Bruker OPUS软件建立关联化学参考值与近红外光谱的模型；e.模型的修正、优化、预测和应用；

（5）有毒有害难降解的有机物的处置

若检测出淤泥中含有的有毒有害难降解的有机物的含量在10^-2mg/kg以上，或是超过我国《农用污泥中污染物控制标准》，则应处置除去该有毒有害难降解的有机物，其处置方法包括：①微波消解：根据检出的有毒有害难降解的有机物的情况，调整微波到相应的工作波频和时间，而分批将淤泥进行微波扫描降解，以消除病原细菌，消解有毒有害难降解的有机物；

（6）配料制肥

其主要操作为：①将经上述步骤处理后的淤泥检测pH值，若呈酸性，则加入由草木灰和锯末组成的混合物；若呈碱性，则加入由桐壳灰和锯末组成的混合物，至测其pH最终为6.0～7.0即可，以提高淤泥肥质，并改善其酸碱性和疏松性；②后再经堆肥发酵、烘干、成型。其中，加入的桐壳灰(酸性灰分)或草木灰(碱性灰分)是用来调节pH，加锯末是要改善肥料的颗粒结构和松散度。

实际应用中，若检测不出个别重金属离子和有毒有害难降解的有机物，则在其重金属离子的处置和有毒有害难降解的有机物的处置步骤中减少相应的处置步骤，所谓检不出，即其浓度在10^-2mg/kg以下，也就是十分之一ppm，则可认为它不存在即可。当然，在进行检测之前也可对污水来源作详细调研，比如纯粹的生活废水就可以考虑不检测一些不常见的重金属或有毒有害物，这样就减少了一些后续工作量。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过结合化学方法和仪器方法对不同淤泥的成分进行全分析检测，主要针对其中的无机重金属和有毒有害有机物两大类进行检测和有针对性地消除处置，最后加入调节功能的添加剂，干燥压制成肥料，实现了对污水处理中生成的淤泥资源化再处理，批量生产淤泥肥料，切实变废为宝，化害为利，减少了二次环境污染。本发明综合定性定量的方法检测，具有全面可靠灵敏度高、操作简便快捷、选择性好和多种成分同时测定，且其检测和处置周期较短，对环境友善，成本不高的特点，其中，重金属检测限可达10^-5mg/kg以下，有毒有害有机物的检测限也可达10^-4mg/kg，其检测指标或结果的可靠可行是显而易见的，可不再用其它方法验证。总之，本方法解决了污水处理中产生的固废的次生环境问题，整个过程目的明确，工艺简单，环境友善，可作为不同淤泥成分全检测与处置的通用方法而值得推广。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，但以下实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对其保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例   1 

一种利用污水处理产生的淤泥生产肥料的方法，它是采用以污水处理过程中产生的淤泥为原料，具体按照以下步骤进行制备：

（1）污水调研：

根据对区域功能污水的调研，初步确定淤泥中可能存在的重金属离子和有毒有害难降解的有机物；本例中的污水是重庆武隆县污水处理厂涉及武隆县城及周边乡镇所产生的污水，该区域靠乌江边，取用生活水源为乌江水，其辖区内无化工等污染企业，该厂所处理污水为城镇生活污水，其污水处理是按城镇二级污水处理厂设置和运作的，所达标准按《污水综合排放标准》(GB8978-1996)执行，经处理达标后排入乌江。

（2）重金属离子的检出

①采用硫化氢组系统进行初步定性检测，其主要实验步骤为：a）取淤泥样本配制溶液：每日上午和下午分别取所生产的淤泥各一次，每次1000g，连续取一周后将所得淤泥混均，配制成质量浓度为20%的悬浊液；之后设置微波降解仪为高频档，利用高频微波充分批量降解每批20分钟，使其重金属游离；再经离心过滤得澄清液，分成若干份备用；b)分四组分别进行试验，第一组为盐酸组，分析鉴定Ag⁺、Hg²⁺、Pb²⁺等离子；第二组为硫化氢组，分析鉴定Pb²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、As(III,VI)、Sb(III,VI)、Sn⁴⁺等离子；第三组为硫化铵组，分析鉴定Al³⁺、Cr³⁺、Fe(III,II)、Mn²⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Ni²⁺等离子，第四组为碳酸铵组，分析鉴定Ba²⁺、Sr²⁺、Ca²⁺等离子；因硫化氢组系统定性分析属于成熟的经典分析方法，操作是规范统一的操作，此处不再赘述；经检测确定该区域提供淤泥样本中含的重金属元素有Hg和Mn；

②取步骤①中经微波消解处理、离心过滤所得的澄清液，稀释10倍后得待测溶液，调节其pH值至弱酸性 (pH范围为5～7,用常规盐酸和氢氧化钠稀溶液调节) 后，取所得处理后的试样5份，各为5mL，分别加入1mol/L的PAN 5mL，搅拌让其充分反应后，静置30分钟，再分别加入2mol/L的Rh6G 10mL, 搅拌混均后，在荧光仪上测量其荧光猝灭程度，取其五次平均值进行计算。其计算过程具体为：根据事先用已知准确含量的重金属离子的系列浓度的标准品溶液，在与本步骤同样反应和操作条件下测得的总量标准曲线，从而据此计算出试样中重金属离子的含量，再根据配制溶液时的稀释放大倍数，推算出淤泥样品中实际的重金属离子的总含量；

③取步骤②中经稀释后所配制的待测溶液两等份，针对检出的Hg和Mn离子分别进行检测：先取一份待测溶液，调节为酸性溶液后加入三乙醇胺，之后用NaOH调至pH为12.5，搅拌进行氧化，后加入预先配制好的略为过量的KCN溶液，以掩蔽Mn离子，至以Mn离子的特效鉴定反应检不出为准， 之后加入CHCl₃萃取三次，来进行测定Hg离子，依上述步骤②方法和操作分别加入PAN和Rh6G后测量荧光猝灭程度，再在根据预先测定的已知准确含量的Hg的标准曲线的基础上，可计算得到Hg的含量；同样再取另一份待测溶液加入常规的由二巯基丙醇、NH₂OH和HCl组成的组合掩蔽剂，掩蔽Hg离子，至以Hg离子的特效鉴定反应检不出为准，之后加入CHCl₃萃取三次，来进行测定Mn离子，依上述步骤②方法和操作分别加入PAN和Rh6G后测量荧光猝灭程度，再在根据预先测定的已知准确含量的Mn的标准曲线的基础上，可计算得到Mn的含量；检测结果可见，该区域提供的淤泥样本中含的总Hg、总Mn均在0.05mg/kg以下，说明其重金属离子的浓度较大，可推测这两类重金属均属乌江水源所致；

（3）重金属离子的处置

经检测分析确认总Hg和总Mn两类重金属超标后，在污水处理的最后一步设置消化池，调节该池污水中的pH值为中性 (添加常规的盐酸或氢氧化钠调节)，之后在池中加入市售的聚合氯化铝铁（PAFC）改性沸石流动吸附，并在污水流动路径中设置微波，调适微波频率设置为高频档，后添加作为有机稳固剂的胺羧络合剂改变重金属形态致失活，最后加入无机絮凝剂经沉淀、过滤先行去除；

（4）有毒有害难降解的有机物的检出

①精确称取一定量淤泥样品，置于恒重的瓷坩埚中，于马弗炉中升温至600℃，恒温7h后取出坩埚移入干燥器中，冷却后称重，计算得到所供淤泥样本中的总有机质的含量为260mg/kg；

②以测得的此总有机质的含量为标准值使用Bruker公司的OPUS软件建模，用Bruker公司Victory/n22型近红外光谱仪进行近红外光谱的快速检测总有机质的化学耗氧量(COD)为400mg/kg；

③取上述用淤泥样本配制成的待测溶液90份 (此采集样品数量理论上越多越好，越能表达统计可靠性，但实际上以100个样品以内为宜) ，以常规测定有机物的的高效液相色谱(HPLC)方法定量测定该溶液样品中的各种不同的有毒有害难降解的有机物的化学参考值；然后扫描批量淤泥样品的近红外光谱；之后再利用Bruker OPUS软件建立关联化学参考值与近红外光谱的模型，最后进行模型的修正、优化、预测和应用；经检测主要的有机物为蛋白质、纤维素、酯肪酸、氨氮类、有机磷等，含量均在10~45mg/kg之间； 

（5）有毒有害难降解的有机物的处置

根据检测出的主要的有机物，调整微波到相应的工作波频、设置工作时间，并加入常规的能加速有机物分解反应的催化剂作为消化剂，而直接分批将淤泥进行微波扫描降解，以消除病原细菌，消解有毒有害难降解的有机物，直至达到《农用污泥中污染物控制标准》；

（6）配料制肥

检测经上述步骤处理后的淤泥pH值为偏碱性，则按照占淤泥的重量百分比为5%~15%的比例添加桐壳灰并搅均，至测其pH最终为6~8，烘干至含水量为10~20%，后按照占淤泥的重量百分比为5%~15%的比例添加锯末调整淤泥颗粒结构；然后再压紧堆放，保持35℃~45℃堆肥发酵，之后再烘干，最后经压制成型出肥。

实施例  2

一种利用污水处理产生的淤泥生产肥料的方法，它是采用以污水处理过程中产生的淤泥为原料，具体按照以下步骤进行制备：

（1）污水调研：

根据对区域功能污水的调研，初步确定淤泥中可能存在的重金属离子和有毒有害难降解的有机物；本例中的污水是重庆涪陵白涛镇污水处理厂涉及白涛镇和建峰化工厂等周边企业的污水，该区域靠乌江边，取用生活水源仍为乌江水，该厂所处理污水为工业污水和生活污水，其污水处理是按城镇二级污水处理厂设置和运作的，所达标准按《污水综合排放标准》(GB8978-1996)执行，经处理达标后排入乌江。

（2）重金属离子的检出

①采用硫化氢组系统进行初步定性检测，其主要实验步骤为：a）取淤泥样本配制溶液：每日上午和下午分别取所生产的淤泥各一次，每次1000g，连续取一周后将所得淤泥混均，配制成质量浓度为20%的悬浊液；之后设置微波降解仪为高频档，利用高频微波充分批量降解，每批20分钟，使其重金属游离；再经离心过滤得澄清液，分成若干份备用；b)分四组分别进行试验，第一组为盐酸组，分析鉴定Ag⁺、Hg²⁺、Pb²⁺等离子；第二组为硫化氢组，分析鉴定Pb²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、As(III,VI)、Sb(III,VI)、Sn⁴⁺等离子；第三组为硫化铵组，分析鉴定Al³⁺、Cr³⁺、Fe(III,II)、Mn²⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Ni²⁺等离子，第四组为碳酸铵组，分析鉴定Ba²⁺、Sr²⁺、Ca²⁺等离子；因硫化氢组系统定性分析属于成熟的经典分析方法，操作是规范统一的操作，此处不再赘述；经检测确定该区域提供淤泥样本中含的重金属元素有Hg、Mn、Pb、Cu和Zn；

②取步骤①中经微波消解处理、离心过滤所得的澄清液，稀释10倍后得待测溶液，调节其pH值至弱酸性 (pH范围为5～7,用常规盐酸和氢氧化钠稀溶液调节) 后，取所得处理后的试样5份，各为5mL，分别加入1mol/L的PAN 5mL，搅拌让其充分反应后，静置30分钟，再分别加入2mol/L的Rh6G 10mL, 搅拌混均后，在荧光仪上测量其荧光猝灭程度，取其五次平均值进行计算。其计算过程具体为：根据事先用已知准确含量的重金属离子的标准品，在与本步骤同样反应和操作条件下测得的总量标准曲线，而计算出试样中重金属离子的含量，再根据配制溶液时的稀释放大倍数，推算出淤泥样品中实际的重金属离子的总含量；

③取步骤②中经稀释后所配制的待测溶液五等份，针对检出的Hg、Mn、Pb、Cu和Zn离子分别进行检测；Hg离子含量的检测：先取一份待测溶液，调节为弱酸性后加入预先配制好的略为过量的二巯基丙醇作为Pb离子掩蔽剂，至以Pb离子的特效鉴定反应检不出为准，后加入CHCl₃萃取三次，再加入略为过量的巯基乙胺作为Cu离子掩蔽剂，至以Cu离子的特效鉴定反应检不出为准，后加入CHCl₃萃取三次，再调节溶液至中性，再加入略为过量的巯基乙酸作为Zn掩蔽剂，至以Zn离子的特效鉴定反应检不出为准，后加入CHCl₃萃取三次，再在调节为酸性溶液后加入三乙醇胺，之后用NaOH调至pH为12.5，搅拌进行氧化，后加入预先配制好的略为过量的KCN溶液，以掩蔽Mn离子，至以Mn离子的特效鉴定反应检不出为准，之后加入CHCl₃萃取三次，来进行测定Hg离子，依上述步骤②方法和操作分别加入PAN和Rh6G后测量荧光猝灭程度，再在根据预先测定的已知准确含量的Hg的标准曲线的基础上，可计算得到Hg的含量；Mn离子含量的检测：另取一份待测溶液加入常规的由二巯基丙醇、NH₂OH和HCl组成的组合掩蔽剂，掩蔽Hg离子，至以Hg离子的特效鉴定反应检不出为准，之后加入CHCl₃萃取三次，其他的非检测离子的掩蔽按照Hg离子含量的检测的方法和步骤进行；Pb、Cu和Zn离子含量的检测：分别结合Hg和Mn离子含量的检测过程中，各个离子对应的掩蔽剂的选择、掩蔽过程和含量检测的操作进行掩蔽和含量检测；所得检测结果为：该区域提供的淤泥样本中含的总Hg、总Mn、总Pb、总Cu和总Zn均在0.04~0.07 mg/kg之间，说明其重金属离子的浓度较大，可推知这几类重金属分属工业污水和乌江水源所致；

（3）重金属离子的处置

经检测分析确认总Hg、总Mn、总Pb、总Cu和总Zn几类重金属超标后，在污水处理的最后一步设置消化池，调节该池污水中的pH值为中性 (添加常规的盐酸或氢氧化钠调节)，之后在池中加入市售的聚合氯化铝铁（PAFC）改性沸石流动吸附，并在污水流动路径中设置微波，调适微波频率设置为高频，后添加作为有机稳固剂的胺羧络合剂改变重金属形态致失活，最后加入无机絮凝剂经沉淀、过滤先行去除；

（4）有毒有害难降解的有机物的检出

①精确称取一定量淤泥样品，置于恒重的瓷坩埚中，于马弗炉中升温至600℃，恒温7h后取出坩埚移入干燥器中，冷却后称重，计算得到所供淤泥样本中的总有机质的含量为260mg/kg；

②以测得的此总有机质的含量为标准值使用Bruker公司的OPUS软件建模，用Bruker公司Victory/n22型近红外光谱仪进行近红外光谱的快速检测总有机质的化学耗氧量(COD)为400mg/kg；

③取上述用淤泥样本配制成的待测溶液100份，以常规测定有机物的的高效液相色谱(HPLC)方法定量测定该溶液样品中的各种不同的有毒有害难降解的有机物的化学参考值；然后扫描批量淤泥样品的近红外光谱；之后再利用Bruker OPUS软件建立关联化学参考值与近红外光谱的模型，最后进行模型的修正、优化、预测和应用；经检测主要的有机物为蛋白质、纤维素、酯肪酸、氨氮类、有机磷等，含量均在10~40mg/kg之间，还有建峰化工产品：碳氨类和聚氰胺类，含量均在60mg/kg以下；

（5）有毒有害难降解的有机物的处置

根据检测出的主要的有机物，调整微波到相应的工作波频、设置工作时间，并加入常规的能加速有机物分解反应的催化剂作为消化剂，而直接分批将淤泥进行微波扫描降解，以消除病原细菌，消解有毒有害难降解的有机物，直至达到《农用污泥中污染物控制标准》；

（6）配料制肥

检测经上述步骤处理后的淤泥pH值为偏酸性，则按照占淤泥的重量百分比为5%~15%的比例添加草木灰并搅均，至测其pH最终为6~8，烘干至含水量为10~20%，后按照占淤泥的重量百分比为5%~15%的比例添加锯末调整淤泥颗粒结构；然后再压紧堆放，保持35℃~45℃堆肥发酵，之后再烘干，最后经压制成型出肥。

Claims (9)

1.一种利用污水处理产生的淤泥生产肥料的方法，其特征在于，它是采用以污水处理过程中产生的淤泥为原料，按照以下步骤进行的：

（1）重金属离子的检出

①根据对区域功能污水调研，初步确定淤泥中可能存在的重金属种类；

②采用常规的化学分析方法，对以淤泥配制的溶液进行初步定性检测，以检测出可能含有的重金属离子的存在和形态；

③以罗丹明6G荧光猝灭法测定以淤泥配制的溶液中重金属离子的总量；

④再以溶剂萃取－Rh6G荧光猝灭法分别测定以淤泥配制的溶液中各种重金属离子的含量；

（2）重金属离子的处置

若检测出淤泥中含有的重金属离子的含量在10^-2mg/kg以上，或是超过我国《农用污泥中污染物控制标准》，则应处置除去该重金属离子，其处置方法包括：①沸石吸附消除；②微波稳固失活，使得污水中活性重金属离子浓度降低到10^-2mg/kg以下；

（3）有毒有害难降解的有机物的检出

①根据对区域功能污水的调研，初步确定淤泥中可能存在的有毒有害难降解的有机物；

②采用煅烧法测定淤泥中总有机质的含量；

③以测得的此总有机质的含量为标准值建模，用近红外光谱快速检测淤泥中总有机质的化学耗氧量；

④再以高效液相色谱定性定量测定以淤泥配制的溶液中的各种不同的有毒有害难降解的有机物，并分别建模，采用近红外光谱检测固体淤泥样本中的各种有毒有害难降解的有机物的含量；

（4）有毒有害难降解的有机物的处置

若检测出淤泥中含有的有毒有害难降解的有机物的含量在10^-2mg/kg以上，或是超过我国《农用污泥中污染物控制标准》，则应处置除去该有毒有害难降解的有机物，其处置方法包括：①微波消解，使得淤泥中有毒有害难降解的有机物的浓度降低到10^-2mg/kg以下，达到上述我国农用控标；

（5）配料制肥。

2.根据权利要求1所述的利用污水处理产生的淤泥生产肥料的方法，其特征在于：所述重金属离子的检出中的步骤②中具体采用的常规化学分析方法为硫化氢组系统分析方法；其主要实验步骤为：a）取淤泥样本配制溶液，利用微波充分降解，使其重金属游离；b)分为盐酸组、硫化氢组、硫化铵组和碳酸铵组这四组分别进行试验；所述以Rh6G荧光猝灭法测定以淤泥配制的溶液中重金属离子的总量，其主要实验步骤为：取淤泥配制成溶液，微波消解处理后离心过滤，取澄清液稀释，调节pH值后，用1-(2-吡啶偶氮)-2萘酚与所得溶液中的重金属离子络合形成Meⁿ⁺-PAN配合物，之后加入Rh6G溶液中，在荧光仪上测量其荧光猝灭程度，进而可测量其金属离子的总浓度。

3.根据权利要求1或2所述的利用污水处理产生的淤泥生产肥料的方法，其特征在于：所述以溶剂萃取－Rh6G荧光猝灭法分别测定以淤泥配制的溶液中各种重金属离子的含量，其主要操作步骤为：取淤泥配制成溶液，经微波消解处理后离心过滤，取澄清液稀释后，分多次分别针对检出的某一金属离子添加过量的相应其他离子的掩蔽剂进行络合，其每掩蔽一重金属离子后用CHCl₃萃取，之后解析该重金属离子；其解析过程是这样进行的：调节pH值后，用PAN与解析的各个重金属离子络合形成Meⁿ⁺-PAN配合物，之后加入Rh6G溶液中，在荧光仪上测量其荧光猝灭程度，进而可测量其各个重金属离子的浓度。

4.根据权利要求1-3任一所述的利用污水处理产生的淤泥生产肥料的方法，其特征在于：所述采用沸石吸附消除处置重金属离子的步骤，其主要操作步骤为：在污水处理过程中淤泥形成之前，调节污水沉淀池的pH值为6.5～7.5，用市售的以无机絮凝剂聚合氯化铝铁（PAFC）改性沸石吸附重金属离子；所述采用微波稳固失活处置重金属离子的步骤，其主要操作步骤为：根据检出的金属离子的存在和形态，调适微波频率，微波降解流动路径中的污水，并根据检出的重金属离子加入常规的对应失活稳固剂，致使重金属化合物降解或转变形态，而被钝化失活。

5.根据权利要求1-4任一所述的利用污水处理产生的淤泥生产肥料的方法，其特征在于：所述采用煅烧法测定总有机质的含量，其主要操作步骤为：精确称取一定量淤泥样品，置于恒重的坩埚中，升温至600℃，恒温6～8h后取出，冷却后称重，从而可计算得到淤泥中的总有机质的含量。

6.根据权利要求1-5任一所述的利用污水处理产生的淤泥生产肥料的方法，其特征在于：所述有毒有害难降解的有机物的检出中的步骤④，其主要操作步骤为：a.取淤泥样本配制成若干份澄清的溶液样品；b.以高效液相色谱定性定量测定溶液样品中的各种不同的有毒有害难降解的有机物的化学参考值；c.扫描批量淤泥样品的近红外光谱；d.利用Bruker OPUS软件建立关联化学参考值与近红外光谱的模型；e.模型的修正、优化、预测和应用。

7.根据权利要求1-6任一所述的利用污水处理产生的淤泥生产肥料的方法，其特征在于：所述采用微波消解以处置有毒有害难降解的有机物的步骤，其主要操作为：根据检出的有毒有害难降解的有机物的情况，调整微波的相应工作波频和时间，而分批将淤泥进行微波扫描降解。

8.根据权利要求1-7任一所述的利用污水处理产生的淤泥生产肥料的方法，其特征在于：所述配料制肥，其主要操作为：①将经所述步骤处理后的淤泥检测pH值，之后根据需要添加市售常规肥料或/和常规的肥料填料，以调节其pH最终为6.0～7.0即可；②后再经堆肥发酵、烘干、成型。

9.根据权利要求1所述的利用污水处理产生的淤泥生产肥料的方法，其特征在于，它是采用以污水处理过程中产生的淤泥为原料，按照以下步骤进行的：

（1）污水调研

根据对区域功能污水的调研，初步确定淤泥中可能存在的重金属离子和有毒有害难降解的有机物；

（2）重金属离子的检出

①采用常规的化学分析方法，对以淤泥配制的溶液进行初步定性检测，以检测出可能含有的重金属离子的存在和形态；其中，具体采用硫化氢组系统进行初步定性检测，其主要实验步骤为：a）取淤泥样本配制溶液，利用微波充分降解，使其重金属游离；b)分为盐酸组、硫化氢组、硫化铵组和碳酸铵组四组分别进行试验；

②以罗丹明6G荧光猝灭法测定以淤泥配制的溶液中重金属离子的总量；其主要实验步骤为：取淤泥配制成溶液，微波消解处理后离心过滤，取澄清液稀释，调节pH值后，用PAN与所得溶液中的重金属离子络合形成Meⁿ⁺-PAN配合物，之后加入Rh6G溶液中，在荧光仪上测量其荧光猝灭程度，进而可测量其金属离子的总浓度；

③再以溶剂萃取－Rh6G荧光猝灭法分别测定以淤泥配制的溶液中各种重金属离子的含量；其主要操作步骤为：取淤泥配制成溶液，经微波消解处理后离心过滤，取澄清液稀释，针对检测的金属离子分别添加相应其他离子的掩蔽剂络合所有存在的其他重金属离子，然后用CHCl₃萃取多次，再分别解析各个重金属离子，调节pH值后，用PAN与解析出的各个络合重金属离子络合形成Meⁿ⁺-PAN配合物，之后加入Rh6G溶液中，在荧光仪上测量其荧光猝灭程度，进而可测量其各个重金属离子的浓度；

（3）重金属离子的处置

若检测出淤泥中含有的重金属离子的含量在10^-2mg/kg以上，或是超过我国《农用污泥中污染物控制标准》，则应处置除去该重金属离子，其处置方法包括：①沸石吸附消除：在污水处理过程中淤泥形成之前，调节污水沉淀池的pH值为6.5～7.5，以常规市售的无机絮凝剂聚合氯化铝铁改性沸石吸附重金属离子，其沸石空穴的腔径和表面积，根据检出的金属离子的存在和形态进行选择，以吸附不同形态和不同粒径的重金属化合物微粒，形成沉淀先期排除；②微波稳固失活：根据检出的金属离子的存在和形态，调适微波频率，微波降解流动路径中的污水，并根据检出的重金属离子加入对应添加剂，致使重金属化合物降解或转变形态，而被钝化失活，再经沉淀、过滤除去；

（4）有毒有害难降解的有机物的检出

①采用煅烧法测定总有机质的含量；其主要操作步骤为：精确称取一定量淤泥样品，置于恒重的瓷坩埚中，于马弗炉中升温至600℃，恒温6～8h后取出坩埚移入干燥器中，冷却后称重，从而可计算得到淤泥中的总有机质的含量；

②以测得的此总有机质的含量为标准值建模，用近红外光谱快速检测总有机质的化学耗氧量；

③其主要操作步骤为：a.取淤泥样本配制成若干份澄清的溶液样品；b.以高效液相色谱定性定量测定溶液样品中的各种不同的有毒有害难降解的有机物的化学参考值；c.扫描批量淤泥样品的近红外光谱；d.利用Bruker OPUS软件建立关联化学参考值与近红外光谱的模型；e.模型的修正、优化、预测和应用；

（5）有毒有害难降解的有机物的处置

若检测出淤泥中含有的有毒有害难降解的有机物的含量在10^-2mg/kg以上，或是超过我国《农用污泥中污染物控制标准》，则应处置除去该有毒有害难降解的有机物，其处置方法包括：①微波消解：根据检出的有毒有害难降解的有机物的情况，调整微波到相应的工作波频和时间，而分批将淤泥进行微波扫描降解，以消除病原细菌，消解有毒有害难降解的有机物；

（6）配料制肥

其主要操作为：①将经处理后的淤泥检测pH值，若呈酸性，则加入由草木灰和锯末组成的混合物；若呈碱性，则加入由桐壳灰和锯末组成的混合物，至测其pH最终为6.0～7.0即可；②后再经堆肥发酵、烘干、成型。