CN104628484B - 一种由污泥制备生态肥料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生态肥料制备领域，特别是一种由污泥制备生态肥料的方法，有效克服现有污泥处理与利用的过程中存在的不足与缺陷，其解决问题的技术方案是：一种污泥制备生态肥料的方法，包括以下步骤：步骤一，污泥预处理；步骤二，污泥标准化处理；步骤三，重金属阻断处理；本发明技术所生产的污泥生态肥料呈团粒状，施用于土壤后在一定时间内可独立存在，相对于其他技术，利用污泥生产生态肥料既可以充分利用污泥中的各种养分，又可以实现土壤的改良，促进了自然循环的良性进行，是目前经济低碳、资源循环利用的最佳技术路线之一，从生态循环与经济成本角度两方面考虑，本技术均有一定的优势，符合未来低碳发展的方向。

Description

一种由污泥制备生态肥料的方法

技术领域

本发明涉及生态肥料制备领域，特别是一种由污泥制备生态肥料的方法。

背景技术

近年来，随着越来越多城市污水处理厂投入运行，特别是一些大中型污水处理厂的投入运行，我国在污水处理率不断提高的同时，污泥产量也迅速增加，如何处理和处置这些污泥一直是各方面关注的问题。

长期以来，由于污泥处理/处置难度大、费用高，导致大量污泥“积压”，未得到合理安全的处理/处置。我国约有80％的污水处理厂在运行过程中实现了污泥的浓缩脱水，达到了一定程度的减容，但由于处置目标不明确、投资不足，大部分污泥在污水处理厂内未实现稳定化和无害化处理。未进行规范化处理/处置的污泥含有大量的病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质，大量污泥被随意堆放或抛弃，甚至未经处理就与生活垃圾一起填埋，极易对地下水、土壤等造成二次污染，直接威胁环境安全和公众健康，使得已经建成投运的大批污水处理设施的环境效益大打折扣。

常见的污泥处理方式有卫生填埋、厌氧消化、干化焚烧等。

污泥卫生填埋始于20世纪60年代，是一项比较成熟的污泥处置技术。卫生填埋操作简单、费用低，而且经过消化后的污泥有机物含量减少、性能相对稳定，填埋场一般为废弃的矿坑或天然的低洼地，鉴于目前国内经济的发展状况，污泥填埋在相当长的时间内仍会继续存在。但是污泥填埋也存在一些问题，由于污泥含水率往往高于普通生活垃圾卫生填埋场的要求,需经再处理后才能送至生活垃圾填埋场填埋，或者根据污泥的含水率及理化特性等因素，设置专用的污泥填埋场。专用污泥填埋场存在占地面积较大、选址不易、渗沥液难处理，并可能影响地下水质以及其他安全隐患等问题，一旦处理不当，很可能会造成二次污染。另外，适合污泥填埋的场所也因城市污泥的大量产出而越来越有限，这也限制了该技术的进一步发展。

污泥厌氧消化是目前世界上应用最为广泛的污泥稳定化处理方法。污泥厌氧消化是指在无氧条件下，由兼性菌和厌氧菌将污泥中的可生物降解的有机物分解成二氧化碳、甲烷和水等稳定物质，同时减少污泥体积，去除臭味，杀死寄生虫卵，回收利用消化过程中产生的沼气的过程，具有减少污泥体积(污泥体积可减少1/2-1/3)、稳定污泥性质(有机物降解率可达到60％以上)、提高污泥脱水效果、杀灭病原菌实现污泥的无害化以及可利用消化过程中产生的甲烷气体等优势。但总体来说污泥厌氧消化技术在我国尚未取得突破性进展，关键技术和设备主要依靠进口，投资相对较高，运行效果差，沼气利用环节存在障碍，共同构成了该技术在国内推广应用的限制因素。

污泥焚烧是指在空气供给过量的条件下，将污泥加热并在高温(800-1100℃)下氧化、热解并彻底破坏其中的有机物和病原体等物质的方式，焚烧装置有多种形式，目前使用较多的有竖式多级焚烧炉、转筒式焚烧炉，硫化焚烧炉等。为了实现节能目的，需要将污泥先干化，大幅降低其含水率后再进行焚烧。因此，目前的污泥焚烧工程一般采用干化和焚烧联用的处理工艺。国内干化焚烧技术总体水平不高，主要采用国外的关键技术和设备，对大气污染控制的技术瓶颈依然存在，这些因素制约了干化焚烧在我国污泥处理处置方面的推广范围和应用规模。

污泥土地利用是将污泥直接或间接经过好氧发酵或厌氧消化，经稳定化和无害化处理后的污泥通过深耕、散播等方式施用于土壤中或土壤表面的一种污泥处置方法，其工艺类型主要包括农用、园林绿化、林地利用、土壤修复及改良等几种方法。污泥中含有丰富的有机质和氮、磷、钾等营养元素以及植物生长必须的各种微量元素，综合肥力高于农家肥，具有增强土壤肥力，防止土壤板结，增强土壤后续使用能力等功能。相对于其他技术，污泥的土地利用技术可以充分利用污泥中的各种养分，既可以实现土壤的改良，又促进了自然循环的良性进行，符合资源可持续发展的要求。对于泥质较好、重金属含量低的污泥，土地利用的成本相对于焚烧较低，是目前经济低碳、资源循环利用的最佳技术路线之一。因此从生态循环角度与经济成本角度两方面考虑，污泥土地利用技术均有一定的优势，符合未来低碳发展方向。要真正解决我国的污泥难题，相当部分污泥经过稳定处理，土地利用是不可回避的现实。

限制污泥农用的最主要因素是污泥农用过程中的重金属和其他有害物质向土壤中转移并累积下来。在污水处理过程中，除了生物合成所需的微量元素外，污水中50％-80％的重金属通过细菌吸收、表面吸附以及与无机盐共沉淀等多种途径，浓缩在污泥中并沉淀下来，即使污泥经过稳定化处理(包括好氧消化，厌氧消化等)，重金属也不会得到有效的降解，当含有重金属的污泥施用于土壤后，随着施用次数的增加，污泥中的重金属会逐渐累积于土壤的表层，从而对土壤产生累积性污染。这些重金属可能随雨水再次进入水体，并在微生物作用下转化为毒性更强的金属化合物；或植物从土壤中摄取重金属后通过食物链的放大作用，在较高级生物体内富集起来，最终通过食物链进入人和动物体内，引起人和动物慢性中毒。因此阻断污泥中的重金属和其他有害物质向土壤中扩散，避免污泥肥料在施用过程中产生累积性污染，同时不影响作物吸收污泥肥料中的养分是污泥农用的关键所在。

目前各国污泥土地利用标准都将重金属作为主要的污染物控制目标之一，从某种程度上来说解决污泥重金属污染问题，尤其是污泥农用所带来的累积性污染问题，是实现污泥资源化的关键。

目前对污泥中重金属主要采用两种处理方法，一是采用淋滤、浸提、电动修复、植物提取等手段将重金属从污泥中去除；二是将污泥中的重金属通过物理、化学等方法固定或稳定化。前者通过减少污泥中重金属的总量，使污泥无害化。后者通过改变污泥中重金属的化学形态使其从不稳定形态到稳定形态，降低重金属的活性，达到污泥无害化。

重金属去除技术是将重金属从污泥中分离出来，使污泥中剩余重金属含量可满足污泥农用的标准，从而安全的应用于农田，避免污泥使用过程中对土壤造成长期的重金属污染；污泥中重金属的固化、稳定化是指利用物理化学方法将污泥和稳定化惰性材料掺合在一起，依靠惰性材料的吸附、固化等作用使重金属转变成低溶解性及低迁移性的稳定状态而不易被浸出和吸收，以达到消除重金属污染的目的。

从处理效果来看，现有重金属固定技术能在一定程度上和一定时期内减轻重金属的危害，但重金属形态随着环境条件的变化和时间的推移，最终仍会显示出其不利影响，因而该技术只能起到缓解作用不能从根本上消除重金属对土壤的污染；利用化学法和生物法去除污泥中的重金属不仅需要大量的物力和财力，而且对每年数百万吨的污泥采用这种方法显然是不实际的，因此上述方法只能是补救措施，不能从根本上解决污泥农用所带来的重金属污染问题。

发明内容

针对上述现有污泥利用过程中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种将污泥制备成生态肥料的新方法，克服现有污泥处理与利用的过程中存在的不足与缺陷。

其解决问题的技术方案是：

一种污泥制备生态肥料的方法，包括以下步骤：

步骤一，污泥预处理：

将污水处理厂剩余活性污泥按照“污泥→浓缩→厌氧消化→脱水→干化”的方式进行预处理，实现污泥的稳定化；预处理后的污泥(以下简称“预处理污泥”)无恶臭味、无明显机械杂质、无腐败味，污泥中粪大肠菌群菌值在0.1-0.01之间，蛔虫及其他寄生虫卵死亡率≥95％，污泥含水率在40％-60％之间；

步骤二，标准化处理：

对预处理污泥中的有机质和氮、磷、钾养分指标进行化验分析，然后根据作物生长需要以及污泥中氮、磷、钾养分的含量指标，向污泥中添加一定量特定种类的化肥，并根据不同作物的生长需要，向污泥中添加特定种类的芽孢杆菌生物添加剂，其中，所述特定种类芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌或纳豆芽孢杆菌，其功效如表1所示，提高污泥的肥效和利用率，添加上述添加剂后的污泥(以下简称“标准化污泥”)肥效达到国家土肥标准的要求，其中：有机质含量(以干基计)≥30％；总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)(以干基计)≥4％；

表1肥料中常用的芽孢杆菌及其功效

步骤三，重金属阻断处理：

将重量分数的多糖聚合物5％-10％、多糖0.2％-5％、甘油0.2％-1％、柠檬酸三丁酯0.2％-0.5％、邻苯二甲酸二甲酯0.5％-1％、水82.5％-93.9％组成的污泥重金属阻断剂，其制备方法是：依次将多糖聚合物、多糖、甘油、柠檬酸三丁酯和邻苯二甲酸二甲酯加入到水中溶解，在温度为150℃-200℃、压力为0.1-0.2MPa、pH值为5-9的条件下进行反应2-4h，反应结束后所得到的溶液即为污泥阻断剂。按照与标准化污泥的质量比为1％-10％的比例添加到标准化污泥中，充分混合后采用自然晾干或烘干的方式进行干化，使其含水率降低至20％以下，干化后所得到的污泥颗粒即为经重金属阻断剂阻断处理后所得到的生态肥料。

利用该技术所生产的污泥生态肥料呈团粒状，施用于土壤后可独立存在，并且与土壤之间有明确的界限，在阻止重金属向土壤中转移的同时不影响作物对肥料中营养成分的吸收和利用，污泥肥料中含有丰富的有机质和氮、磷、钾等营养元素以及植物生长必须的各种微量元素，添加化肥和芽孢杆菌后提高了肥料的肥效和利用率，施用于土壤后具有增强土壤肥力，防止土壤板结，增强土壤后续使用能力等功能；相对于其他技术，利用污泥生产生态肥料既可以充分利用污泥中的各种养分，又可以实现土壤的改良，促进了自然循环的良性进行，是目前经济低碳、资源循环利用的最佳技术路线之一。从生态循环与经济成本角度两方面考虑，本技术均有一定的优势，符合未来低碳发展的方向。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的具体内容作详细说明：

实施例1

一种污泥制备水稻生态肥料的方法，包括以下步骤：

步骤一，污泥预处理：

将污水处理厂剩余活性污泥按照“污泥→浓缩→厌氧消化→脱水→干化”的方式进行预处理，实现污泥的稳定化；预处理后的污泥无恶臭味、无明显机械杂质、无腐败味，污泥中粪大肠菌群菌值在0.1-0.01之间，蛔虫及其他寄生虫卵死亡率≥95％，污泥含水率在40％-60％之间；

步骤二，标准化处理：

对预处理污泥中的有机质和氮、磷、钾养分指标进行化验分析，然后根据水稻生长需要以及污泥中氮、磷、钾养分的含量等指标，向污泥中添加一定量的化肥和枯草芽孢杆菌生物添加剂，标准化污泥的肥效达到国家土肥标准的要求，其中：有机质含量(以干基计)≥30％；总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)(以干基计)≥4％；

步骤三，重金属阻断处理：

将重量分数的多糖聚合物5％-10％、多糖0.2％-5％、甘油0.2％-1％、柠檬酸三丁酯0.2％-0.5％、邻苯二甲酸二甲酯0.5％-1％、水82.5％-93.9％组成的污泥重金属阻断剂，按照与标准化污泥的质量比为1％-10％的比例添加到污泥中，充分混合后采用自然晾干或烘干的方式进行干化，使其含水率降低至20％以下，干化后所得到的污泥颗粒即为经重金属阻断剂阻断处理后所得到的生态肥料。

实施例二

一种污泥制备蔬菜生态肥料的方法，包括以下步骤：

步骤一，污泥预处理：

将污水处理厂剩余活性污泥按照“污泥→浓缩→厌氧消化→脱水→干化”的方式进行预处理，实现污泥的稳定化；预处理的污泥无恶臭味、无明显机械杂质、无腐败味，污泥中粪大肠菌群菌值在0.1-0.01之间，蛔虫及其他寄生虫卵死亡率≥95％，污泥含水率在40％-60％之间；

步骤二，标准化处理：

对预处理污泥中的有机质和氮、磷、钾养分指标进行化验分析，然后根据蔬菜生长需要以及污泥中氮、磷、钾养分的含量等指标，向污泥中添加一定量的化肥和胶质芽孢杆菌生物添加剂，提高污泥的肥效和利用率，标准化污泥的肥效达到国家土肥标准的要求，其中：有机质含量(以干基计)≥30％；总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)(以干基计)≥4％；

步骤三，重金属阻断处理：

将重量分数的多糖聚合物5％-10％、多糖0.2％-5％、甘油0.2％-1％、柠檬酸三丁酯0.2％-0.5％、邻苯二甲酸二甲酯0.5％-1％、水82.5％-93.9％组成的污泥重金属阻断剂，按照与标准化污泥的质量比为1％-10％的比例添加到污泥中，充分混合后采用自然晾干或烘干的方式进行干化，使其含水率降低至20％以下，干化后所得到的污泥颗粒即为经重金属阻断剂阻断处理后所得到的生态肥料。

实施例三

一种污泥制备小麦生态肥料的方法，包括以下步骤：

步骤一，污泥预处理：

将污水处理厂剩余活性污泥按照“污泥→浓缩→厌氧消化→脱水→干化”的方式进行预处理，实现污泥的稳定化；预处理后的污泥无恶臭味、无明显机械杂质、无腐败味，污泥中粪大肠菌群菌值在0.1-0.01之间，蛔虫及其他寄生虫卵死亡率≥95％，污泥含水率在40％-60％之间；

步骤二，标准化处理：

对预处理污泥中的有机质和氮、磷、钾养分指标进行化验分析，然后根据小麦生长需要以及污泥中氮、磷、钾养分的含量等指标，向污泥中添加一定量的化肥和蜡样芽孢杆菌生物添加剂，提高污泥的肥效和利用率，其中：有机质含量(以干基计)≥30％；总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)(以干基计)≥4％；

步骤三，重金属阻断处理：

将重量分数的多糖聚合物5％-10％、多糖0.2％-5％、甘油0.2％-1％、柠檬酸三丁酯0.2％-0.5％、邻苯二甲酸二甲酯0.5％-1％、水82.5％-93.9％组成的污泥重金属阻断剂，按照与标准化污泥的质量比为1％-10％的比例添加到污泥中，充分混合后采用自然晾干或烘干的方式进行干化，使其含水率降低至20％以下，干化后所得到的污泥颗粒即为经重金属阻断剂阻断处理后所得到的生态肥料

生态肥料中重金属阻断效果测定

1.水溶出性：将按照上述步骤制备的生态肥料颗粒浸泡在水中5-7d，采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)分别测定浸泡前后溶液及肥料中总砷(As)、总镉(Cd)、总铬(Cr)、总铜(Cu)、总汞(Hg)、总镍(Ni)、总铅(Pb)、总锌(Zn)等重金属的含量，测定结果如下表所示。

表2浸泡前后溶液及肥料中的重金属浓度

注：--表示未检出。

从表中的数据可以看出，浸泡前后溶液及肥料中各重金属浓度变化均在测量误差范围之内，可以认为浸泡前后溶液及肥料中各重金属浓度没有发生变化。水溶性试验结果表明，利用重金属阻断技术所制备的污泥生态肥料，其中的重金属不会转移到水中。

2.土壤埋覆试验：将按照上述步骤制备的污泥生态肥料埋覆在未受污染的土壤中5-7d，采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)分别测定埋覆前后土壤及肥料中总砷(As)、总镉(Cd)、总铬(Cr)、总铜(Cu)、总汞(Hg)、总镍(Ni)、总铅(Pb)、总锌(Zn)等重金属的含量，测定结果如下表所示。

表3埋覆前后土壤及肥料中的重金属浓度

从表中的数据可以看出，埋覆前后土壤及肥料中各重金属浓度变化均在测量误差范围之内，可以认为埋覆前后土壤及肥料中各重金属浓度没有发生变化。埋覆试验结果表明，利用重金属阻断技术所制备的污泥生态肥料，其中的重金属不会向土壤中转移或渗漏。

生态肥料安全性验证试验

为了验证肥料的安全性，首先在实验室进行小麦种植试验。在小麦生长过程中施用污泥生态肥料，测定小麦可食用部位中的重金属含量，以及作物生长前后土壤中重金属的含量，结果如下表所示。

表4肥料安全性验证试验结果

从表中可以看出，在小麦种植过程中施用污泥生态肥料，小麦可食用部位中的重金属含量均符合相关国家标准，土壤中各重金属浓度也没有发生变化。实验研究结果表明，施用采用重金属阻断技术所制备的污泥肥料不会对作物及土壤的安全性产生影响，可有效解决解决污泥土地利用过程中产生的重金属累积性污染问题。

Claims (1)

1.一种污泥制备生态肥料的方法，包括以下步骤：

步骤一，污泥预处理：

将污水处理厂剩余活性污泥按照“污泥→浓缩→厌氧消化→脱水→干化”的方式进行预处理，实现污泥的稳定化；预处理后的污泥无恶臭味、无明显机械杂质、无腐败味，污泥中粪大肠菌群菌值在0.1-0.01之间，蛔虫及其他寄生虫卵死亡率≥95%，污泥含水率在40%-60%之间；

步骤二，标准化处理：

对预处理污泥中的有机质和氮、磷、钾养分指标进行化验分析，然后根据作物生长需要以及污泥中氮、磷、钾养分的含量指标，向污泥中添加一定量特定种类的化肥，并根据不同作物的生长需要，向污泥中添加特定种类的芽孢杆菌生物添加剂，其中，所述特定种类芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌或纳豆芽孢杆菌，添加添加剂后的污泥肥效要达到国家土肥标准的要求，其中：有机质含量以干基计≥30%；总养分以干基计≥4%；

步骤三，重金属阻断处理：

将重量分数的多糖聚合物5%-10%、多糖0.2%-5%、甘油0.2%-1%、柠檬酸三丁酯0.2%-0.5%、邻苯二甲酸二甲酯0.5%-1%、水82.5%-93.9%组成的污泥重金属阻断剂，按照与标准化污泥的质量比为1%-10%的比例添加到标准化污泥中，充分混合后采用自然晾干或烘干的方式进行干化，使其含水率降低至20%以下，干化后所得到的污泥颗粒即为经重金属阻断剂阻断处理后所得到的生态肥料。