CN103981219A

CN103981219A - 由生物污泥堆肥化制备腐植酸的方法

Info

Publication number: CN103981219A
Application number: CN201410202248.6A
Authority: CN
Inventors: 刘勇; 郭祥; 辛世纪
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2014-08-13

Abstract

本发明公开了一种由生物污泥堆肥化制备腐植酸的方法，利用我国产量较大且未能有效处置的生物污泥为原料，通过好氧堆肥制备腐植酸，并利用盐酸预处理及碱溶酸析的工艺流程分离提取出腐植酸粗制品。通过好氧堆肥，腐熟肥体干基中腐植酸含量达到36.65％，优于低含量的煤炭资源；由碱溶酸析分离制备出腐植酸粗品，腐植酸回收率最高可达46.78％。以上均验证了该技术的有效性。该发明技术不仅有利于解决我国脱水污泥填埋、焚烧带来的环境污染及投资较高的问题，而且可以生产具有较好市场价值的腐植酸产品，该腐植酸产品也可用于蓄电池、旱作农业、中医药、化妆品、绿化荒山和城市美化等方面。

Description

由生物污泥堆肥化制备腐植酸的方法

技术领域

本发明涉及一种由生物污泥堆肥化制备腐植酸的方法，属于固体废物处理与资源化领域。

背景技术

随着城市化进程和人口增长速度的加快，污水处理量也在逐年增多。截止2011年第三季度底，我国已建污水处理厂3078座，污水处理总能力达1.36亿吨/天，截至2012年6月底，我国城镇污水处理3272座，处理能力1.40亿吨/天。伴随着污水处理量同时增长的还有生物污泥的产量，十二五末，我国脱水污泥年产量将超过2600万吨。生物污泥是城市污水处理厂在污水净化处理过程中产生的沉积物，是由有机残片、细菌菌体、无机颗粒及胶体等组成的极其复杂的非均质体。目前，就污泥处置方式而言，主要有填埋、焚烧、制备建材及堆肥，其中，污泥堆肥与其占他处置方式相比，具有建设投资少、运行费用低等优点，比较适合我国的国情。堆肥化过程有好氧堆肥和厌氧堆肥2种，目前国内外污泥堆肥化基本上采用的都是高效好氧发酵工艺。

腐植酸是一种无定型的高分子胶体,既无热塑性,也无弹性,多为黑色或棕色,含有多种活性基团，在蓄电池、旱作农业、中医药、化妆品、绿化荒山和城市美化等方面都有多种用途。腐植酸目前主要从泥炭、褐煤、风化煤等中提取，这就存在矿物开采中环境、植被破坏问题及矿产资源的枯竭问题。由生物污泥堆肥化制备腐植酸，就可避免以上问题，并且解决生物污泥难处置问题，将其变废为宝，具有较好的环境效益及经济效益。

目前，由生物污泥堆肥化来制备和提取腐植酸的专利未见报道。就污泥好氧堆肥专利而言，大多需要添加发酵菌种，定期翻堆，操作费用较高且用时较长；就从堆肥中提取腐植酸的专利而言，采用了先用有机螯合剂除去金属离子，再用焦磷酸钠进行提取的碱溶酸析处理工艺，药剂费用较高且存在有机试剂的污染问题。因此，开发一种简洁、高效、经济的由生物污泥堆肥化制备腐植酸的方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种由生物污泥堆肥化制备腐植酸的方法，可为生物污泥的治理、资源化利用和堆肥中腐植酸的提取提供技术选择。

本发明的技术方案如下：

一种由生物污泥堆肥化制备腐植酸的方法，其特征是采用：

1)脱水污泥与落叶均匀混合作为堆肥原料，含水率达50～60％，同时碳氮比达25～30；

2)混合均匀的堆肥原料移入生物污泥好氧堆肥装置进行好氧发酵，密封堆肥容器的出气由导气管收集，并依次通过冷凝装置、碱吸收液和酸吸收液的装置分离，物料发酵腐熟后出料；

3)发酵腐熟的物料经风干、粉碎及过筛处理，筛下物作为腐植酸提取原料；

4)腐植酸提取原料与稀盐酸混合并在沸水浴中加热浸提，冷却抽滤，滤液弃去，滤饼加混合碱液在水浴抽提，冷却后混合抽提液离心分离，弃去固体，上部液体进行抽滤，滤液加盐酸酸化至pH＝1～2，水浴加热加热1～1.5h，静置过夜分层，容器底部的腐植酸胶体离心分离并用稀盐酸洗涤，在烘箱中干燥得到腐植酸粗品。

混合碱为体积比为2～4:1的NaOH和NH₄HCO₃混合液。

所述腐植酸提取原料与稀盐酸混合优选：腐植酸提取原料按照1:8～1:10固液比(g/ml)加入浓度为10～18％的稀盐酸溶液。

本发明所提供的由生物污泥堆肥化制备腐植酸的工艺包括堆肥原料混合、好氧堆肥、出料、腐植酸提取原料制备、腐植酸提取、沉淀、洗涤和干燥等环节。

本发明采用好氧堆肥技术，生物污泥通过好氧发酵处理使有机物降解并杀灭病菌，实现污泥的稳定化、无害化及资源化的目的。堆肥过程中产生了含量为36.65％(干基)的腐植酸，优于低含量的煤炭资源，并利用酸预处理及碱溶酸析的分离工艺，得到腐植酸粗制品，最高回收率为46.78％。该发明技术不仅有利于解决我国脱水污泥填埋、焚烧带来的环境污染及投资较高的问题，而且可以生产具有较好市场价值的腐植酸产品，该腐植酸产品也可用于蓄电池、旱作农业、中医药、化妆品、绿化荒山和城市美化等方面。

附图说明

图1生物污泥好氧堆肥装置图。

图2堆肥中腐植酸提取工艺流程图。

图3腐殖酸产品图片。

其中：1-好氧堆肥反应器；2-热电偶；3-盖板；4-导气管；5-气泵；6-阀门；7-流量计；8-排液口；9-冷凝罐；10-碱吸收罐；11-酸吸收罐；12-底板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明：

1、含水率80～85％的脱水污泥(碳氮比(C/N)为6:1)与含水率约为10～15％落叶(碳氮比(C/N)为60:1)混合均匀，使含水率达50～60％，同时碳氮比(C/N)达25～30，将均匀混合的物料布料放置于堆肥容器内，如图1中好氧堆肥反应器1所示。

2、堆肥装置如图1所示。通过好氧堆肥反应器1底部由气泵5、阀门6及流量计7组成的曝气系统向堆体提供空气，控制通气量范围3～12m³/(h·m³堆料)。密封堆肥容器的出气由穿过盖板3的导气管4收集，并依次通过冷凝装置9、分别装有NaOH吸收液的装置10和HCl吸收液的装置11，然后排空。堆体温度由插在堆体中央的热电偶2实时监测。堆肥过程中堆体温度先升后降，依次经过升温和中温阶段(由环境温度速升至45oC并继续升至60oC)、高温阶段(60～65oC)及降温和冷却阶段(由高温回归环境温度)。依据温度变化调整通风量，当堆体温度过高时，要通过增大装置底部阀门6的开度增大通气量，带走过多热量，从而使堆体温度降低。堆肥过程产生的渗沥液透过底板12由反应器底部的排液口8排出。

3、经过45～60天发酵腐熟的物料移出发酵桶，经过风干、粉碎机粉碎及过筛处理，筛下物作为腐植酸提取原料。

4、腐植酸提取的基本工艺流程如图2所示。将腐植酸提取原料按照1:8～1:10固液比(g/ml)加入浓度为10～18％的稀盐酸溶液，沸水浴加热搅拌1～1.5h，冷却后抽滤，弃去滤液；向滤饼按1:8～1:10的固液比加入0.5mol/L NaOH和0.5mol/L NH₄HCO₃(体积比为2:1～4:1)组成的混合碱抽提液，在80～100℃水浴中加热搅拌100～120min。冷却后离心分离，弃去固体，上部液体进行抽滤，滤液用50％的盐酸溶液酸化至pH＝1～2，70℃水浴加热1～1.5h，静置过夜分层，离心并用盐酸溶液(pH＝1)对腐植酸胶体洗涤数次，至洗涤液变为无色为止，在60～65℃的烘箱中干燥得到腐植酸粗品。腐植酸粗品性状如图3所示，粗品为黑色粉末状固体。

实施例1.

取10kg脱水污泥和含水率为15％的6kg落叶混合，混合物料含水率达55.6％，碳氮比(C/N)达26.3。将混合物料均匀装入好氧发酵桶内，通过发酵桶底部的曝气系统向堆体提供空气，依据堆体温度变化情况在3～12m³/(h·m³堆料)范围内进行风量调整。出气由导气管收集，并依次通过冷凝装置及分别装有10％NaOH和0.1mol/L HCl吸收液的集气装置，净化后排空。经过45～60天发酵腐熟，将腐熟的肥样自然风干，粉碎机粉碎及过筛处理，筛下物作为腐植酸提取原料。

取腐植酸提取原料15g，放入250ml锥形瓶中，按1:10的固液比(g/ml)加入150ml10％的稀盐酸溶液，在沸水浴中加热搅拌1～1.5h。冷却后抽滤，滤液弃去，再按1:8的固液比将滤饼与0.5mol/L NaOH和0.5mol/LNH₄HCO₃(体积比为4:1)组成的混合碱抽提液混合，在100℃水浴中加热搅拌120min。冷却后离心分离，弃去固体，上部液体真空抽滤，滤液用50％的盐酸溶液酸化至pH＝1～2，70℃水浴加热1～1.5h，静置过夜分层，容器底部的腐植酸胶体离心处理并用盐酸溶液(pH＝1)进行洗涤数次，至洗涤液变为无色为止，在60～65℃的烘箱中干燥得到腐植酸粗品，质量为2.6694g，腐植酸回收率为46.78％。

实施例2.

堆肥过程同实施例1。腐殖酸提取分离过程与实施例1类似。不同之处为碱提取的固液比为1:9，提取温度为80℃，时间为100min。腐殖酸产品质量为2.6045g，腐植酸回收率为40.63％。

实施例3.

堆肥过程同实施例1。腐殖酸提取分离过程与实施例1类似。不同之处为碱提取的固液比为1:10，提取温度为90℃，时间为110min。腐殖酸产品质量为2.6032g，腐植酸回收率为43.19％。

实施例4.

堆肥过程同实施例1。腐殖酸提取分离过程与实施例1类似。不同之处为碱提温度为80℃，时间为100min。腐殖酸产品质量为2.6253g，腐植酸回收率为41.78％。

实施例5.

堆肥过程同实施例1。腐殖酸提取分离过程与实施例1类似。不同之处为碱提取的固液比为1:10，提取温度为80℃，时间为100min。腐殖酸产品质量为2.5832g，腐植酸回收率为40.49％。

实施例6.

堆肥过程同实施例1。腐殖酸提取分离过程与实施例1类似。不同之处为碱提取液NaOH与NH₄HCO₃的体积比为3:1。腐殖酸产品质量为2.6094g，腐植酸回收率为42.48％。

实施例7.

堆肥过程同实施例1。腐殖酸提取分离过程与实施例1类似。不同之处为碱提取液NaOH与NH₄HCO₃的体积比为2:1。腐殖酸产品质量为2.1498g，腐植酸回收率为39.78％。

实施例8.

堆肥过程同实施例1。腐殖酸提取分离过程与实施例1类似。不同之处为酸浸提的固液比为1:8，稀盐酸浓度为18％。腐植酸产品质量为2.6203g，腐植酸回收率为41.08％。

实施例9.

堆肥过程同实施例1。腐殖酸提取分离过程与实施例1类似。不同之处为酸浸提的固液比为1:9，稀盐酸浓度为15％。腐植酸产品质量为2.5977g，腐植酸回收率为40.87％。

本发明公开和提出简洁、高效、经济的由生物污泥堆肥化制备腐植酸的方法。本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变堆肥及腐植酸提取原料的制备方法或处理条件即可实现。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims

1.一种由生物污泥堆肥化制备腐植酸的方法，其特征是步骤如下：

2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的脱水污泥与落叶是将含水率80～85％的脱水污泥、碳氮比为6:1，与含水率为10～15％落叶、碳氮比为60:1混合均匀，使含水率达50～60％，碳氮比达25～30。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是好氧堆肥采用生物污泥好氧堆肥装置。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的混合碱为体积比为2～4:1的NaOH和NH₄HCO₃混合液。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的物料发酵腐熟是经45～60天发酵腐熟的。

6.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的所述腐植酸提取原料与稀盐酸混合条件为：腐植酸提取原料按照1:8～1:10固液比加入浓度为10～18％的稀盐酸溶液(g/ml)。