CN105367148A

CN105367148A - 一种脱水污泥高效好氧堆肥方法

Info

Publication number: CN105367148A
Application number: CN201510921701.3A
Authority: CN
Inventors: 黄健; 舒增年
Original assignee: Lishui University
Current assignee: Lishui University
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2016-03-02

Abstract

本发明公开了一种脱水污泥高效好氧堆肥方法，采用城市生活污水处理厂脱水污泥为原料，添加调理剂和重金属钝化剂，混合均匀后在堆肥容器中好氧堆肥。具体步骤为：（1）预处理：将城市生活污水处理厂的脱水污泥散开，露天晾晒；（2）混合搅拌：将堆肥物料混合均匀，在混合过程中喷洒堆肥菌剂；（3）好氧堆肥：将混合物倒入特制堆肥容器中，采用静态强制通风的方式进行好氧堆肥，经过20~25天后，堆体达到完全腐熟。蒙脱石对重金属有较好的吸附性，并且在堆肥过程中可明显改变重金属形态，使其活性降低，从而减小堆肥产品的生物毒性，且大大提高堆肥效率，最终获得的堆肥产品对土壤的理化性能起到很好的改良作用。

Description

一种脱水污泥高效好氧堆肥方法

技术领域

本发明属于污泥堆肥方法，具体涉及固体废弃物资源化利用领域。

背景技术

随着城市生活污水处理量和处理程度的不断提高，污泥量快速增加。《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》中指出我国污泥处置规模达到518万吨/年，并且要求城市污泥无害化处置率达到70%以上。堆肥化土地利用是污泥资源化处置的最有效方式之一，但污泥中含有重金属等有害物质，必须对其进行处置才能将堆肥产品农用。

在堆肥过程中，有机物形态变化络合固定重金属，降低其生物有效性。然而，堆肥化过程仍然存在重金属钝化率不高的问题，添加钝化材料有助于进一步降低污泥中重金属活性。专利“采用氨羧螯合剂协同高羊茅修复堆肥基质重金属的方法”（授权号CN102640647B）公布了一种降低堆肥基质中重金属含量的方法。该方法向堆肥基质中添加一定含量的氨羧螯合剂和高羊茅种子，结果显示高羊茅对Cr、Cd、Cu和Zn具有良好的富集效果。CN101696136B公布了一种降低畜禽粪便堆肥中重金属生物有效性的钝化剂及使用方法，在堆肥时，按每1000kg堆肥原料添加20～35kg重金属钝化剂；堆肥30天左右腐熟后的堆肥中可交换态As的钝化效果为70％以上，可交换态Cd的钝化效果为85％以上，可交换态Cr的钝化效果为90％以上，可交换态Cu的钝化效果为90％以上，可交换态Pb的钝化效果为85％以上，可交换态Zn的钝化效果为90％以上。除此之外，曾正中等研究了粉煤灰对污泥堆肥过程中重金属Cu、Zn、Pb形态的影响，结果表明，添加粉煤灰能使重金属向更稳定形态转化。王哲等也将粉煤灰加入到污泥中对重金属进行钝化，研究表明，钝化污泥处理土壤渗滤液中Cr、Cu、Mn、Pa、Zn的含量均远远低于不加粉煤灰的污泥处理。冯瑞等研究发现，添加5%石灰的堆体，对Cu、Ni、Zn具有较好的钝化效果，浸出中重金属含量最低。膨润土、沸石、钙镁磷肥等也被用于堆肥中重金属钝化。钝化材料虽能在一定程度上降低重金属活性，起到钝化效果，但存在成本太高和不易获取等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种脱水污泥高效好氧堆肥方法。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：一种脱水污泥高效好氧堆肥方法，采用城市生活污水处理厂脱水污泥为原料，添加调理剂和重金属钝化剂，混合均匀后在堆肥容器中好氧堆肥。

各物料重量比为：

脱水污泥：60~75%；

调理剂：20%~35%；

重金属钝化剂：5~15%；

具体步骤为：

（1）预处理：将城市生活污水处理厂的脱水污泥散开，露天晾晒，至含水率为70-80%之间；堆肥调理剂为猪粪、废弃菌棒、玉米秸秆、稻草秸秆、枯树叶的一种或多种的组合；重金属钝化剂为蒙脱石；在堆肥前，调理剂晾干、粉碎；

（2）混合搅拌：将堆肥物料混合均匀，使其C/N比为22~35:1之间，初始含水率为55~65%，在混合过程中喷洒堆肥菌剂；

（3）好氧堆肥：将混合物倒入特制堆肥容器中，采用静态强制通风的方式进行好氧堆肥，经过20~25天后，堆体达到完全腐熟。

作为优选方案：所述堆肥菌剂包括细菌、耐高温放线菌、酵母菌、地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌。

作为优选方案：所述堆肥菌剂还包括从当地土壤中分离得到的菌群。

作为优选方案：重金属钝化剂为钠基蒙脱石，阳离子交换容量为1.5mmol/g，用沉降法提取粒径小于1μm的颗粒；使用前对其进行改性，具体改性方法如下：

将蒙脱石分散于蒸馏水中，配制成悬浮液，然后加入邻菲罗啉，使蒙脱石与邻菲罗啉的质量比为1:2.5，然后搅拌6h，静置一周，离心分离、烘干、粉碎，然后过100目筛。

作为优选方案：所述蒙脱石钝化剂在混合物中的质量分数为1~15%之间。

作为优选方案：鼓风方式为间歇式鼓风，且在堆肥开始的前两天不鼓风，从第三天开始，每鼓风10min停止2h，控制鼓风量为0.5m³/h，当堆体温度超过70℃时提高鼓风量至2m³/h，当堆体温度下降至60℃时，恢复原值。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：与其他材料相比，蒙脱石对重金属有较好的吸附性，并且在堆肥过程中可明显改变重金属形态，使其活性降低，从而减小堆肥产品的生物毒性，并且蒙脱石加入之后，可大大提高堆肥效率，最终获得的堆肥产品对土壤的理化性能起到很好的改良作用。

蒙脱石是一种储量丰富的层状硅酸盐矿物，价格低廉，具有较大的比表面积和孔隙率，对重金属有良好的吸附能力，在堆肥过程中一方面吸附堆料中的重金属离子，改变其形态，降低毒性；另一方面，蒙脱石大的比表面积可为堆料中微生物提供良好的附着载体，有利于堆肥微生物的生长繁殖，从而提高堆肥效率。

具体实施方式

实施例1

将1kg蒙脱石分散于蒸馏水中，配制成悬浮液，加入2.5kg邻菲罗啉，用磁力搅拌器搅拌6h，静置一周。将所得溶液在6000转/min的转速下进行离心分离，并用蒸馏水清洗数次，以去除未反应的邻菲罗啉，于60℃左右烘干，粉碎，然后过100目筛。将废弃菌菇棒和猪粪晒干，粉碎至粒径为3~5μm之间，含水率低于5%。将污水处理厂的脱水污泥自然晾晒，使其含水率低于80%。

实施例2

选用实施例1中的污泥为堆肥原料，菌菇棒和猪粪作为调理剂，改性蒙脱石为重金属钝化剂进行好氧堆肥。堆肥原料组成为700kg脱水污泥，250kg菌菇棒渣和猪粪，50kg改性蒙脱石，喷洒1kg堆肥菌剂，使其混合均匀，C/N比为22:1，含水率为68%，之后将混合物置于圆柱形反应器中，采用静态强制通风方式，进行为期20天的堆肥处理。堆肥期间每天9:00、15:00、21:00记录堆体温度，其平均值作为当天的堆体温度，同时记录环境温度，每三天采用四分法取样一次，样品风干粉碎后，过0.5mm筛储存备用。检测样品pH、含水率、种子发芽指数、重金属Cu、Pb、Zn含量以及重金属形态，并计算重金属钝化率。

用去离子水浸提鲜样，固液质量比为1:10，过滤后滤液保存于冰箱中待测。pH值用PHS-3C型pH计测定。取10.00mL上清液于培养皿中，放入滤纸，然后均匀放入30粒雪里蕻（Brassicajunceavar.crispifolia）种子，在室温下（25±1℃）于黑暗条件下培养48h，测定种子发芽率GI，并用蒸馏水做对照。GI用以下公式计算：

重金属含量采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定（Optima5300DV型光谱仪），用BCR法测定重金属4种形态：可交换态、还原态、氧化态、残渣态。重金属不同形态分配率（P）和钝化效果（IPE）由下列公式计算：

结果显示，在整个堆肥过程中，pH值始终保持在6.5~8.5之间，适合微生物的生长繁殖，有利于堆体快速腐熟。同时，添加蒙脱石可使堆体的高温期（＞55℃）维持6d，最高温度达70℃，种子发芽指数达95%以上，堆体完全腐熟，达到堆肥无害化标准。堆体含水率从起始的68%降低至35%，下降了46.2%。在不含钝化剂的堆肥过程中，Cu和Pb的可交换态含量增加，迁移性增强；而添加蒙脱石的堆肥化能有效抑制重金属的活化，对Cu、Pb、Zn的钝化效果分别为90.6%、98.3%和89.6%。

实施例3

选用实施例1中的污泥为堆肥原料，菌菇棒和猪粪作为调理剂，改性蒙脱石为重金属钝化剂进行好氧堆肥。堆肥原料组成为650kg脱水污泥，275kg菌菇棒渣和猪粪，75kg改性蒙脱石，喷洒1kg堆肥菌剂，使其混合均匀，C/N比为23:1，含水率为62%，之后将混合物置于圆柱形反应器中，采用静态强制通风方式，进行堆肥处理。堆肥期间每天9:00、15:00、21:00记录堆体温度，其平均值作为当天的堆体温度，同时记录环境温度，每三天采用四分法取样一次，样品风干粉碎后，过0.5mm筛储存备用。检测样品pH、含水率、种子发芽指数、重金属Cu、Pb、Zn含量以及重金属形态，并计算重金属钝化率。各指标检测方法参照实施例2。

结果显示，在整个堆肥过程中，pH值始终保持在7.2~8.5之间，适合微生物的生长繁殖，有利于堆体快速腐熟。堆体的高温期（＞55℃）维持8d，最高温度达68℃，可完全杀灭病原菌。为期23天堆肥后，种子发芽指数达98%，堆体完全腐熟，达到堆肥无害化标准。堆体含水率降低至32.4%，下降明显。添加钝化剂之后，堆体中可迁移态Cu、Pb、Zn的质量分数分别下降了90.5%、88.2%和89.1%，重金属含量满足农用标准。

实施例4

选用实施例1中的污泥为堆肥原料，菌菇棒和猪粪作为调理剂，改性蒙脱石为重金属钝化剂进行好氧堆肥。堆肥原料组成为750kg脱水污泥，275kg菌菇棒渣和猪粪，100kg改性蒙脱石，喷洒1.5kg堆肥菌剂，使其混合均匀，C/N比为28:1，含水率为71.3%，之后将混合物置于圆柱形反应器中，采用静态强制通风方式，进行堆肥处理。堆肥期间每天9:00、15:00、21:00记录堆体温度，其平均值作为当天的堆体温度，同时记录环境温度，每三天采用四分法取样一次，样品风干粉碎后，过0.5mm筛储存备用。检测样品pH、含水率、种子发芽指数、重金属Cu、Pb、Zn含量以及重金属形态，并计算重金属钝化率。各指标检测方法参照实施例2。

结果显示，堆体的高温期（＞55℃）维持10d，最高温度达72℃，可完全杀灭病原菌。为期21天堆肥后，种子发芽指数达99%，堆体完全腐熟，达到堆肥无害化标准。堆体含水率降低至33.8%，下降明显。在整个堆肥过程中，pH值始终保持在6.2~8.3之间，适合微生物的生长繁殖，有利于堆体快速腐熟。添加钝化剂之后，堆体中可迁移态Cu、Pb、Zn的质量分数分别下降了90.5%、95.2%和93.1%，重金属含量满足农用标准。

上述实施例中，所述堆肥菌剂包括细菌、耐高温放线菌、酵母菌、地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌。所述堆肥菌剂还包括从当地土壤中分离得到的菌群。重金属钝化剂为钠基蒙脱石，阳离子交换容量为1.5mmol/g，用沉降法提取粒径小于1μm的颗粒；使用前对其进行改性，具体改性方法如下：将蒙脱石分散于蒸馏水中，配制成悬浮液，然后加入邻菲罗啉，使蒙脱石与邻菲罗啉的质量比为1:2.5，然后搅拌6h，静置一周，离心分离、烘干、粉碎，然后过100目筛。鼓风方式为间歇式鼓风，且在堆肥开始的前两天不鼓风，从第三天开始，每鼓风10min停止2h，控制鼓风量为0.5m³/h，当堆体温度超过70℃时提高鼓风量至2m³/h，当堆体温度下降至60℃时，恢复原值。

实施例2、3、4相比，实施例4的堆体中可迁移态Cu、Pb、Zn的质量分数的降幅均达到较高水平，效果相对较佳，为最佳实施例。

Claims

1.一种脱水污泥高效好氧堆肥方法，其特征在于：采用城市生活污水处理厂脱水污泥为原料，添加调理剂和重金属钝化剂，混合均匀后在堆肥容器中好氧堆肥；

各物料重量比为：

脱水污泥：60~75%；

调理剂：20%~35%；

重金属钝化剂：5~15%；

具体步骤为：

2.根据权利要求1所述的一种脱水污泥高效好氧堆肥方法，其特征在于：所述堆肥菌剂包括细菌、耐高温放线菌、酵母菌、地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌。

3.根据权利要求1所述的一种脱水污泥高效好氧堆肥方法，其特征在于：所述堆肥菌剂还包括从当地土壤中分离得到的菌群。

4.根据权利要求1所述的一种脱水污泥高效好氧堆肥方法，其特征在于：重金属钝化剂为钠基蒙脱石，阳离子交换容量为1.5mmol/g，用沉降法提取粒径小于1μm的颗粒；使用前对其进行改性，具体改性方法如下：

5.根据权利要求4所述的一种脱水污泥高效好氧堆肥方法，其特征在于：所述蒙脱石钝化剂在混合物中的质量分数为1~15%之间。

6.根据权利要求1所述一种脱水污泥高效好氧堆肥方法，其特征在于：鼓风方式为间歇式鼓风，且在堆肥开始的前两天不鼓风，从第三天开始，每鼓风10min停止2h，控制鼓风量为0.5m³/h，当堆体温度超过70℃时提高鼓风量至2m³/h，当堆体温度下降至60℃时，恢复原值。