CN106495945B - 一种利用城市污泥快速制备土壤改良剂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用城市污泥快速制备土壤改良剂的方法，该方法是将包括生活污泥、稻秆、畜禽粪便、重金属钝化剂和微生物菌剂在内的原料组分混合均匀，得到混合物料；所述混合物料采用多层立式混翻发酵塔进行高温好氧发酵，得到发酵物料；将所述发酵物料造粒后，进行低温干燥，即得；该方法有效实现了污泥的稳定化、无害化、减量化和资源化处理，可以将污泥制成可以用于提升土壤质量、改善植物生长的土壤改良剂，且制备成本低，装置占地面积小，能实现过程的全自动控制，有利于工业化生产。

Description

一种利用城市污泥快速制备土壤改良剂的方法

技术领域

本发明涉及一种土壤改良剂的制备方法，具体涉及一种利用城市污泥快速制成土壤改良剂，实现了污泥的资源化、无害化和减量化的方法，属于污泥处理处置技术领域。

背景技术

近年来，随着我国城市化进程的快速发展，城市人口的数量不断增加，生活污泥的产出量急剧增加。大量生活污泥的出路问题己成为许多污水处理厂面临的重大难题。

目前国内城镇污水处理厂产生的污泥主要有以下几种处理处置工艺：

1、浓缩+深度脱水+就地填埋

工艺特点：

该工艺是最简单、最直接的污泥处理工艺，由于调质剂的加入，污泥增重较多，同时污泥中的有效成分和能量未能加以利用，且填埋后可能对环境造成二次污染。

2、浓缩+脱水+好氧发酵+土地利用

工艺特点：

好氧发酵的最终代谢物是CO₂、H₂O和热量，大量热量的释放使污泥维持持续高温，降低污泥的含水率，有效地杀灭病原体、寄生虫卵和杂草种子，使污泥达到减量化、稳定化、无害化、资源化目的。

3、浓缩+脱水+干燥+焚烧(协同焚烧)

工艺特点：

①干化焚烧减量化和稳定化程度较高，占地面积较小；

②含水率降低明显，减容量大，一般可减容80％～90％，可节约大量填埋场地和运输费用；

③污泥中的病原体被彻底消灭，无害化程度高；

④该方法容易受到外部条件的制约。

4、浓缩+脱水+中温厌氧消化+压滤+土地利用。

工艺特点：

①可对有机物进行降解，使污泥稳定化，不会腐臭，避免在运输及最终处置过程中对环境造成不利影响；

②通过厌氧过程对有机物进行降解，减少污泥量，同时可以改善污泥的脱水性能，减少污泥脱水的药剂消耗，降低污泥含水率；

③可回收生物质能源(产沼气)，降低污水处理厂能耗及减少温室气体排放；

④该方法一般适用于北方污泥，因其有机质含量较高，但对有机质含量较低的南方污泥就不太适用。

十三五规划期间，国家首推污泥土地利用作为污泥的最终处理处置方式，作为一个发展中国家同时又是农业大国的中国而言，相较于其它处理与处置技术，污泥土地利用更符合我国国情。目前，污泥的堆肥化技术发展较快，涌现了多种能提高污泥堆肥效率的新技术，随着研究的深入，污泥堆肥工艺及装置的局限性开始显现：占地面积大；堆肥周期长；臭气污染严重；有机质损耗大(好氧呼吸)，损耗达60％～70％；堆肥过程受环境气候的影响较大，技术风险大。

发明内容

针对现有的处理城市污泥的技术存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种能有效实现了污泥的稳定化、无害化、减量化和资源化处理的方法，该方法可以将污泥制成可以用于提升土壤质量、改善植物生长的土壤改良剂，制备成本低，装置占地面积小，能实现过程的全自动控制，有利于工业化生产。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种利用城市污泥快速制备土壤改良剂的方法，该方法包括以下步骤：

1)将包括生活污泥、稻秆、畜禽粪便、重金属钝化剂和微生物菌剂在内的原料组分混合均匀，得到混合物料；

2)所述混合物料采用多层立式混翻发酵塔进行高温好氧发酵，得到发酵物料；所述高温好氧发酵的条件为：通风量为0.1～0.4m³空气/min.m³发酵料，温度为50～70℃，时间为12～18天；

3)将所述发酵物料造粒后，在70～80℃温度下干燥，即得。

优选的方案，生活污泥、稻秆、畜禽粪便、重金属钝化剂和微生物菌剂的质量比为(55～65)：(20～30):(5～15):(4～5):(0.3～0.8)；其中，生活污泥的含水率为75％～85％。

较优选的方案，稻秆破碎至长度为2～5mm。

较优选的方案，重金属钝化剂由沸石和膨润土按质量比(1.5～2.5):1组成。

较优选的方案，微生物菌剂由白腐菌、地衣芽孢杆菌和耐辐射枯草芽孢杆菌按数量比(1.5～2.5):(0.5～1.5):1组成。

优选的方案，混合通过梨刀式污泥混合机实现。

优选的方案，所述多层立式混翻发酵塔的塔体顶部设有布料门，塔体内部由上至下设有五层可翻转的发酵床，将塔体内部分隔成六个发酵室，塔体底部设有受料斗；每个发酵室的塔体外壁分别连接有用于排出氧化产物水的接水管和用于通入含氧空气的进风管，相邻两层发酵室的进风管进风方向相互垂直。

优选的方案，所述混合物料由多层立式混翻发酵塔塔顶进入，依次经过五层发酵床连续高温好氧发酵后，从多层立式混翻发酵塔塔底排出。

优选的方案，发酵物料质地松散，其含水率为45％～55％。

优选的方案，发酵物料造粒后，干燥至含水率为30％～40％。

优选的方案，生活污泥(75～85％含水率)、稻秆(长度为2～5mm)、畜禽粪便、重金属钝化剂和微生物菌剂的最佳质量比为60:25:10:4.5:0.5。破碎至适当粒度大小的稻秆一方面用来调整初始物料的自由空域，增加物料中的供氧通路，另一方面增加污泥中的有机质含量。畜禽粪便主要用于增加有机质含量，保证为发酵过程中微生物生长提供充足的能量。微生物菌剂主要以白腐菌、地衣芽孢杆菌和耐辐射枯草芽孢杆菌为菌种，能加速降解物料中的纤维素和木质素，缩短整体发酵时间。重金属钝化剂主要由沸石和膨润土组成，能有效固定发酵产品中的水溶性重金属。各种组分协同增效作用明显，能为好氧微生物提供良好的生长环境，提高发酵效率，且同时实现污泥中有机质及重金属等固定利用。本发明采用以污泥为主的各组分原料通过高温好氧发酵制成土壤改良剂，一方面，污泥中有机物进行氧化分解转化为类腐殖质，可大大增加了土壤肥效；另一方面，土壤改良剂可以改善土壤结构，有效促进土壤团粒结构的形成，从而改善土壤孔隙度，透水性等土壤物理性质；第三方面，通过高温好氧发酵后物料中含有丰富的植物生长所需的营养成分和微量元素，有助于提升土壤质量，且含有更丰富的微生物和酶，能促进土壤有效养分的转化，提高植物养分吸收效率。

优选的方案，多层立式混翻发酵塔内排出的发酵尾气和带式干燥机产生的尾气，进入生物除臭系统；所述生物除臭系统通过含微生物的固体填料对臭味物质进行吸收、分解。

优选的方案，混合物料在多层立式混翻发酵塔中制成1.5m高堆体。

本发明的技术方案主要用于处理生活污泥。污泥含水率在80％左右，污泥和辅料混合后置于特殊的多层立式混翻发酵塔中进行高温好氧发酵，使污泥含水率降低到50％左右，然后造粒，用低温对发酵物料进行热干化，含水率降低到35％左右，即得土壤改良剂产品。使生活污泥彻底达到无害化、稳定化、减量化和资源化的治理目标，经过处理的污泥减量化程度达到90％以上。

本发明的技术方案中的采用的多层立式混翻发酵塔参见(CN 205420210U)公开的“一种多层立式混翻发酵塔”。采用多层立式混翻发酵塔，使其不受空间环境限制，灵活组合，完成污泥的高温好氧发酵；优化设计供氧装置，本装置采用环绕式供氧。污泥在好氧发酵过程中，经常会出现堆体中心区域缺氧，导致臭气的产生，使发酵不充分且效率低下，本装置的供氧系统，刚好处于堆体中心的位置，由中心向周围供氧，克服供氧不足的问题，同时，对发酵塔内部温度进行在线监测，并与发酵塔供风系统进行连锁，确保发酵塔内温度能长时间稳定在高温区55～65℃。

本发明的技术方案中，多层立式混翻发酵塔设置有环绕式供氧系统，保证发酵过程中氧气的充分供应和温度的精准调控。塔顶部设置有抽风口，统一收集发酵产生的废气送入尾气处理装置。供氧抽风系统能增加发酵效率，缩短发酵时间，且能有效排出水分。多层立式混翻发酵塔内设置多功能发酵床(塔内从上至下共5层发酵床)，发酵床设置有重力翻堆、曝气和保温装置。每组发酵工艺设置3个发酵塔，发酵过程中每天翻堆一次，发酵15天后出料。利用该发酵塔能频繁翻堆(每天一次)，保证发酵的均匀性，增加水分的蒸发速率。

本发明的技术方案采用梨刀式污泥混合机进行混合，一方面确保物料混合均匀，还可以在混合过程中对团状物料进行破碎，以确保污泥发酵均匀。

本发明的技术方案在高温好氧发酵完成后的物料造粒后，采用低温干燥处理确保污泥在干燥过程中有机质不会分解，同时不产生臭味气体，将污泥含水率进一步降低到35％左右。

本发明的技术方案中高温好氧发酵过程及热干化过程产生的尾气进入生物除臭系统。生物除臭收集到的废气，在适宜的条件下通过长满微生物的固体载体(填料)，臭味物质被填料吸收，然后被填料上的微生物氧化分解，完成废气的除臭过程，彻底消除尾气对周边环境的影响，使尾气达标排放。

本发明的多层立式混翻发酵塔完全密封，大大减少了臭气产生的环境污染，使该工艺在城市等人口密集区的应用得以实现。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：

本发明技术方案关键在于采用“高温好氧发酵+造粒低温热干化”相结合将生活污泥等制成土壤改良剂的工艺，实现了污泥的稳定化、无害化、减量化和资源化处理，本发明的土壤改良剂的制备过程运行成本低，装置占地面积小，能实现过程的全自动控制，制备的土壤改良剂可以改善土壤结构，提升土壤质量，有利于植物生长。

1、采用适当的辅料与污泥组合进行高温发酵，各组分科学配伍，各种组分之间协同增效作用明显，能为好氧微生物提供良好的生长环境，提高发酵效率，且同时实现污泥中有机质及重金属等固定利用，发酵过程中能加速降解物料中木质素、纤维素等难降解物质，缩短了发酵时间，增加了土壤改良剂中的养分利用率。

2、采用好氧发酵工艺解决了现有污泥堆肥系统中微生物发酵效率低及臭气产生等问题。通过采用多层立式混翻发酵塔，可根据干化场地空间及污泥处理量等条件自由组合、布置，完成污泥的高温好氧发酵过程，通过控制合理的发酵条件，以达到升温速度快、发酵温度高、发酵时间短、发酵彻底的目的。通过严格控制发酵条件，可使有机物有效降解，且污泥含水率可降低到50％左右；高温好氧发酵的发酵效率高，从源头消除臭气的产生。

3、发酵物料造粒后进行低温热干化处理，确保污泥在干燥过程中有机质不会分解，同时不产生臭味气体，为后续尾气的治理创造较好的条件。

4、采用以污泥为主的各组分原料通过高温好氧发酵制成土壤改良剂，一方面，污泥中有机物进行氧化分解转化为类腐殖质，可大大增加了土壤肥效；另一方面，土壤改良剂可以改善土壤结构，有效促进土壤团粒结构的形成，从而改善土壤孔隙度，透水性等土壤物理性质；第三方面，通过高温好氧发酵后物料中含有丰富的植物生长所需的营养成分和微量元素，有助于提升土壤质量，且含有更丰富的微生物和酶，能促进土壤有效养分的转化，提高植物养分吸收效率。

5、本发明的整个土壤改良剂制备工艺具有时间短的特点：发酵中外加微生物菌剂，加快发酵过程；利用低温干燥工艺快速降低含水率，缩短了整个工艺的运行时间。

附图说明

【图1】为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。

实施例1

利用城市污泥快速制成土壤改良剂的生产工艺如图1所示。

城市生活污泥(75～85％含水率)、稻秆(长度为2～5mm)、畜禽粪便、重金属钝化剂(由沸石和膨润土按质量比2:1组成)和微生物菌剂(由白腐菌、地衣芽孢杆菌和耐辐射枯草芽孢杆菌，按数量比2:1:1组成)按质量比60:25:10:4.5:0.5混合，进入犁刀混粉机，混合时间约5min。通过螺旋输送机将混合后的物料送入多层立式混翻发酵塔中，通过计量设备使堆高保持在1.5m左右，调控发酵过程中的参数，进行供风、翻堆，使堆体快速发酵。其中，发酵塔内通风量为0.2m³空气/min.m³发酵料，在12小时内，发酵塔内温度升至55℃以上，在此温度维持6-8天，以充分灭杀病原菌和寄生虫卵，达到无害化。经过15天左右的发酵后，物料呈褐色、无臭味、含水率达到50％、pH值为7.1、重金属沁出毒性达标、稻秆中木质素充分降解、养分含量较高，各项指标均达到国家好氧发酵标准(各指标检测值和标准值对比见表1)。将其造粒后利用低温干燥技术(在75℃温度下干燥)烘干至含水率35％，即可包装制成土壤改良剂产品。

表1发酵产品各指标检测值

从表1中可以看出，通过各指标检测值和标准值对比分析，得出堆肥产品满足农作物堆肥标准。

实施例2

对照实验组：操作步骤按实施例1，仅在采用不同的生物菌剂；白腐菌记为A，地衣芽孢杆菌记为B，耐辐射枯草芽孢杆菌记为C。

表2采用不同微生物菌剂的对照实验组

注：菌剂配比指白腐菌：地衣芽孢杆菌：耐辐射枯草芽孢杆菌的数量比。

从表2中可以看出，通过对白腐菌、地衣芽孢杆菌和耐辐射枯草芽孢杆菌的配比试验得出，三种微生物配比为2:1:1时，发酵效果最优。

以上仅为本发明具体实施案例说明，不能以此限定本发明的权利保护范围。凡根据本发明申请权利要求书及说明书内容所作的等效变化与修改，皆在本发明保护的范围内。

Claims (8)

1.一种利用城市污泥快速制备土壤改良剂的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将包括生活污泥、稻秆、畜禽粪便、重金属钝化剂和微生物菌剂在内的原料组分混合均匀，得到混合物料；

2)所述混合物料采用多层立式混翻发酵塔进行高温好氧发酵，得到发酵物料；所述高温好氧发酵的条件为：通风量为0.1～0.4m³空气/min.m³发酵料，温度为50～70℃，时间为12～18天；

3)将所述发酵物料造粒后，在70～80℃温度下干燥，即得；

所述的重金属钝化剂由沸石和膨润土按质量比(1.5～2.5):1组成；

所述的微生物菌剂由白腐菌、地衣芽孢杆菌和耐辐射枯草芽孢杆菌按数量比(1.5～2.5):(0.5～1.5):1组成。

2.根据权利要求1所述的利用城市污泥快速制备土壤改良剂的方法，其特征在于：生活污泥、稻秆、畜禽粪便、重金属钝化剂和微生物菌剂的质量比为(55～65)：(20～30):(5～15):(4～5):(0.3～0.8)；其中，生活污泥的含水率为75％～85％。

3.根据权利要求2所述的利用城市污泥快速制备土壤改良剂的方法，其特征在于：所述的稻秆破碎至长度为2～5mm。

4.根据权利要求1所述的所述的利用城市污泥快速制备土壤改良剂的方法，其特征在于：所述的混合通过梨刀式污泥混合机实现。

5.根据权利要求1所述的所述的利用城市污泥快速制备土壤改良剂的方法，其特征在于：所述多层立式混翻发酵塔的塔体顶部设有布料门，塔体内部由上至下设有五层可翻转的发酵床，将塔体内部分隔成六个发酵室，塔体底部设有受料斗；每个发酵室的塔体外壁分别连接有用于排出氧化产物水的接水管和用于通入含氧空气的进风管，相邻两层发酵室的进风管进风方向相互垂直。

6.根据权利要求5所述的所述的利用城市污泥快速制备土壤改良剂的方法，其特征在于：所述混合物料由多层立式混翻发酵塔塔顶进入，依次经过五层发酵床连续高温好氧发酵后，从多层立式混翻发酵塔塔底排出。

7.根据权利要求1所述的所述的利用城市污泥快速制备土壤改良剂的方法，其特征在于：所述的发酵物料含水率为45％～55％。

8.根据权利要求1所述的所述的利用城市污泥快速制备土壤改良剂的方法，其特征在于：发酵物料造粒后，干燥至含水率为30％～40％。