CN109134003A - 一种利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺，包括絮凝浓缩、水解反应、板框压滤、低温真空浓缩步骤。本申请加工过程中不会产生人体有害气体及其他有害物质，不会对环境造成二次污染；市政污泥无需事先脱水处理，加工工艺简单，操作简便，能耗低，无污染，处理时间较短，降低了生产成本，效益好。

Description

一种利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺

技术领域

本发明属于环境保护与固体废弃物资源化利用技术领域，尤其涉及一种利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺。

背景技术

广义上讲，污泥包括污水污泥(即市政污泥)、工业污泥、管网污泥、给水污泥和河湖底泥等。市政污泥是指市政污水处理厂处理污水后的产物，包括初沉污泥、剩余污泥以及部分沉沙地的污泥等。随着我国城市化进程的加快，城市污水处理率逐年提高，城市污水处理厂的污泥产量也急剧增加，如处置不当的污泥进入环境后，直接会给水体和大气带来二次污染，一个城市污水处理厂、污泥处理就不能充分发挥它消除污染保护环境的作用，同时还将对生态环境和人类活动构成严重的威胁。

市政污泥是在污水处理过程中产生的粘稠状固体沉淀物，其含有大量的菌类、团丝、胞间质、微生物及重金属、无机物，其中的微生物以好氧、厌氧微生物为主体类型，具有有机质含量高、与水体结合紧密的特点，极高的含水率使污泥占据庞大的体积。目前全国污泥产量超过了2000万吨，而其中被安全处置的污泥仅占30％，大量的污泥被直接填埋处理，不仅严重污染环境，而且占用了大量的土地资源。因此，污泥无害化处理的问题亟待解决，而在污泥无害化处理的过程中要解决的首要问题就是污泥的减量化。

因此，市政污泥对环境的影响较大，必须对市政污泥进行妥善的处理。为了较好地解决污泥处置问题，国内外科研人员进行了大量的研究与实践。

目前市政污泥的处理方法主要有下述几种：其一：焚烧填埋法，即先对市政污泥垃圾进行焚烧处理，然后进行填埋处理；这种方法焚烧时能耗巨大，产生的烟尘污染空气，并且填埋时占用大量土地，目前我国用于填埋的土地资源紧张，污泥填埋渠道将很快没有出路，所以在我国人均土地资源紧张的状况下尤不适用。其二：污泥的资源化利用法，即污泥与化肥制作复混肥、污泥制饲料及污泥制建筑材料等；这些方法都无法有效去除污泥中的重金属或有害气体，容易造成二次污染，且能耗大。

因此，还需要开辟一条对市政污泥进行无害化、减量化和资源化处理的有效途径，以更好的合理充分利用资源势。目前，关于利用市政污泥制备肥料的方法有一些，例如：专利申请CN201710083861.4，公开了一种利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法，以污泥为原料，将污泥与调理剂混合后于惰性气体的环境气氛中，经水热碳化处理，获取水热碳化废液，调节废液经蒸发浓缩后得到的混合物中的大量元素、微量元素及pH值，得到高质量液态肥料，从而实现了有机废液的资源化利用，减少环境污染，同时创造了经济效益；且本申请提供的利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法，工艺步骤简单易行，成本低廉，易于推广应用，制备得到的肥料更为安全、肥效更佳。该专利虽然实现了有机废液的资源化利用，减少环境污染；但是在制备过程中，碳化能源消耗高，还需要添加大量元素和微量元素，这会提高了生产成本。

专利申请CN201110196472.5，公开了一种用市政污泥生产的生物有机肥料及其制造方法，它采用市政污泥、生石灰粉、硫酸亚铁、硫酸镁、玉米秸秆、生物有机肥快速发酵菌种菌剂、有机物料腐熟剂、赖氨酸、米糠枯饼、骨粉、硝酸铵、磷酸一铵、硫酸钾、三十烷醇、复硝酚钠和有机活化剂，采用双轴桨叶混合搅拌机进行混合均匀，制成粉料或颗粒经包装制成市政污泥生物有机肥料产品。该产品营养成分齐全，其中含有氮、磷、钾和多种微量元素及有机酸各种养分可供作物生长需要，无污染，成本低，效益好，解决了市政污泥的二次污染难题，保护了环境，又节约了土地的优点及效果。该专利申请先将市政污泥经过机械脱水至含水率为45～65％才使用，虽然在一定程度上解决了市政污泥的二次污染难题，保护了环境，但是该方法能耗大，工艺步骤复杂，提高了市政污泥的处理成本，不利于工厂化规模化进行。

专利申请CN201110199865.1，公开了一种林业绿化用污泥有机肥料及其制备方法，该有机肥料含全碳：30～35％、N：1～2％、P2O5：2～3％、K2O：1～3％，含水量：25～30％，采用污泥发酵而得，具体方法为A、将污泥调整至水分含量55～65％、C/N值27～33，全碳35～45％；B、第一次发酵堆肥：发酵温度50～52℃，pH值7～11的条件下，发酵65～75h；C、第二次发酵堆肥：在发酵温度53～55℃，pH值7～9的条件下，发酵55～75h。本发明采用二步好氧堆肥制备有机肥料，将传统的条垛污泥堆肥法的腐熟时间30～40d减少为110～160h。本发明的发酵温度相对较低(但不低50℃)，有机肥含水量高因而生产的能耗较少，生产成本较低，适用林业绿化方面的肥料生产。施用生活污泥肥料，能增加土壤的有机质，有利于林区植被生长，体现了林区生态平衡、循环经济的理念。该专利发酵温度低，能耗少，生产成本低，但是该专利申请是采用污泥经水热反应直接获取液体肥料，存在大分子有机物降解不彻底、重金属、有机物、营养物质含量低等缺点，直接作为液体肥料使用，不仅肥效低，且还会对环境造成二次污染。

目前，桂林市限制进行填埋处理，所以只能考虑资源化利用。因此，研制出一种更好地将市政污泥加工成膏肥的方法尤为重要。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺。本申请向水中添加聚丙烯酰胺进行絮凝浓缩，然后加入木瓜蛋白酶进行水解反应，能够充分降解污泥中的有机物，提高水解液中水溶性腐殖酸含量，使得膏肥基液中含有丰富的水溶性氨基酸、腐殖酸和活性多肽，提高了膏肥基液的肥效；加工过程中不会产生人体有害气体及其他有害物质，不会对环境造成二次污染；市政污泥无需事先脱水处理，加工工艺简单，操作简便，能耗低，无污染，处理时间较短，降低了生产成本，效益好。

为了能够达到上述所述目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺，包括以下步骤：

(1)絮凝浓缩：将新鲜的市政污泥送入高位浓缩罐，搅拌状态下添加聚丙烯酰胺进行絮凝浓缩，重力澄清排掉上清液，获得絮凝浓缩污泥；

(2)水解反应：将步骤(1)的絮凝浓缩污泥送入水解反应罐中，加热升温并保温自溶，然后继续加热升温至55～57℃保温，加入烧碱调节pH，再加入木瓜蛋白酶，搅拌反应，获得水解液；

(3)板框压滤：将步骤(2)的水解液送入暂存罐升温到75～80℃，然后进行板框压滤，压滤所得的中间产品为富含多肽和氨基酸的清液和滤泥，清液经过低温真空浓缩成细菌抽提物，即得所述膏肥基液。

进一步地，在步骤(1)，所述市政污泥含水率为≤97％。

进一步地，在步骤(1)，所述絮凝浓缩污泥含固率为9～12％。

进一步地，在步骤(2)，所述保温自溶的温度为52～53℃，时间为8～13h。

进一步地，在步骤(2)，所述pH调节为6.2～6.5。

进一步地，在步骤(2)，所述搅拌反应的速度为600～800r/min，反应时间为10～15h。

进一步地，在步骤(3)，所述细菌抽提物含水率为50～60％；板框压滤机采用常规的板框压滤，工作压力0.3～0.5Mpa，采用序批式运行，压力上升到预定压力后自动停止进料并卸料。

进一步地，在步骤(3)，所述滤泥的主要成分为无机质，含水率为35～50％，能用做农用泥土。

进一步地，所述市政污泥、聚丙烯酰胺、烧碱和木瓜蛋白酶的绝干重量份配比＝1000:3:20:1。

进一步地，所述高位浓缩罐、水解反应罐、暂存罐以及低温真空浓缩所用装置的材质均为304不锈钢；所述水解反应罐和暂存罐自带加温、保温和搅拌装置，并配有在线pH和温度计。

本申请制得的膏肥基液符合NY 1107-2010标准的相关规定。

本申请所用原料功效如下：

聚丙烯酰胺：向市政污泥中加入聚丙烯酰胺搅拌至起絮凝后，达到分离和澄清水质的作用。

木瓜蛋白酶，即蛋白水解酶，在合适的温度和pH下把蛋白质分解为多肽和氨基酸。

烧碱：氢氧化钠，化学式为NaOH，俗称烧碱、火碱、苛性钠，为一种具有强腐蚀性的强碱，与酸类起中和作用而生成盐和水，在此用于调节pH值。

本申请反应原理：细菌生物干物质蛋白含量50％，蛋白质含氮量16％。活细胞干重的8％为蛋白质。细菌在52～53℃即开始自溶，细胞自容后pH会下降到5.5左右，蛋白酶在pH＝6.2～6.5之间活性最高，所以用烧碱调节pH，从而提高木瓜蛋白酶的活性。

本申请加工工艺制得的膏肥基液产品干物质总氮为8～9％，氨基氮为2.5～3％，水溶性良好。

由于本发明采用了以上技术方案，具有以下有益效果：

(1)本申请向水中添加聚丙烯酰胺进行絮凝浓缩，然后加入木瓜蛋白酶进行水解反应，能够充分降解污泥中的有机物，提高水解液中水溶性腐殖酸和氨基酸的含量，使得膏肥基液中含有丰富的水溶性氨基酸、腐殖酸和活性多肽，提高了膏肥基液的肥效。

(2)本申请加工过程中不会产生人体有害气体及其他有害物质，不会对环境造成二次污染；市政污泥无需事先脱水处理，加工工艺简单，操作简便，能耗低，无污染，处理时间较短，降低了生产成本，处理后所得膏肥基液能够用作肥料，效益好，实现了污泥的无害化处理，具有较高的推广价值。

(3)采用本申请工艺避免了三氯化铁和石灰的使用，减少了化学物质的添加，大幅度降低处理成本。

(4)本申请工艺实现了污泥减量和资源化双重目的，不会产生高浓度污水，避免了对污水处理厂的冲击。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本申请利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺流程图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

实施例1

一种利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺，包括以下步骤：

(1)絮凝浓缩：将新鲜的市政污泥送入高位浓缩罐，搅拌状态下添加聚丙烯酰胺进行絮凝浓缩，重力澄清排掉上清液，获得絮凝浓缩污泥；所述市政污泥含水率为≤97％；所述絮凝浓缩污泥含固率为9％；所述保温自溶的温度为52℃，时间为8h；所述pH调节为6.2；所述搅拌反应的速度为600r/min，反应时间为10h；

(2)水解反应：将步骤(1)的絮凝浓缩污泥送入水解反应罐中，加热升温并保温自溶，然后继续加热升温至55℃保温，加入烧碱调节pH，再加入木瓜蛋白酶，搅拌反应，获得水解液；

(3)板框压滤：将步骤(2)的水解液送入暂存罐升温到75℃，然后进行板框压滤，压滤所得的中间产品为富含多肽和氨基酸的清液和滤泥，清液经过低温真空浓缩成细菌抽提物，即得所述膏肥基液；所述细菌抽提物含水率为50％；板框压滤机采用常规的板框压滤，工作压力0.3Mpa，采用序批式运行，压力上升到预定压力后自动停止进料并卸料；所述滤泥的主要成分为无机质，含水率为35％，能用做农用泥土。

进一步地，所述市政污泥、聚丙烯酰胺、烧碱和木瓜蛋白酶的绝干重量份配比＝1000:3:20:1。

实施例2

一种利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺，包括以下步骤：

(1)絮凝浓缩：将新鲜的市政污泥送入高位浓缩罐，搅拌状态下添加聚丙烯酰胺进行絮凝浓缩，重力澄清排掉上清液，获得絮凝浓缩污泥；所述市政污泥含水率为≤97％；所述絮凝浓缩污泥含固率为12％；所述保温自溶的温度为53℃，时间为13h；所述pH调节为6.5；所述搅拌反应的速度为800r/min，反应时间为15h；

(2)水解反应：将步骤(1)的絮凝浓缩污泥送入水解反应罐中，加热升温并保温自溶，然后继续加热升温至57℃保温，加入烧碱调节pH，再加入木瓜蛋白酶，搅拌反应，获得水解液；

(3)板框压滤：将步骤(2)的水解液送入暂存罐升温到80℃，然后进行板框压滤，压滤所得的中间产品为富含多肽和氨基酸的清液和滤泥，清液经过低温真空浓缩成细菌抽提物，即得所述膏肥基液；所述细菌抽提物含水率为60％；板框压滤机采用常规的板框压滤，工作压力0.5Mpa，采用序批式运行，压力上升到预定压力后自动停止进料并卸料；所述滤泥的主要成分为无机质，含水率为50％，能用做农用泥土。

进一步地，所述市政污泥、聚丙烯酰胺、烧碱和木瓜蛋白酶的绝干重量份配比＝1000:3:20:1。

实施例3

一种利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺，包括以下步骤：

(1)絮凝浓缩：将新鲜的市政污泥送入高位浓缩罐，搅拌状态下添加聚丙烯酰胺进行絮凝浓缩，重力澄清排掉上清液，获得絮凝浓缩污泥；所述市政污泥含水率为≤97％；所述絮凝浓缩污泥含固率为10％；所述保温自溶的温度为52℃，时间为9h；所述pH调节为6.3；所述搅拌反应的速度为650r/min，反应时间为11h；

(2)水解反应：将步骤(1)的絮凝浓缩污泥送入水解反应罐中，加热升温并保温自溶，然后继续加热升温至55℃保温，加入烧碱调节pH，再加入木瓜蛋白酶，搅拌反应，获得水解液；

(3)板框压滤：将步骤(2)的水解液送入暂存罐升温到76℃，然后进行板框压滤，压滤所得的中间产品为富含多肽和氨基酸的清液和滤泥，清液经过低温真空浓缩成细菌抽提物，即得所述膏肥基液；所述细菌抽提物含水率为52％；板框压滤机采用常规的板框压滤，工作压力0.35Mpa，采用序批式运行，压力上升到预定压力后自动停止进料并卸料；所述滤泥的主要成分为无机质，含水率为40％，能用做农用泥土。

进一步地，所述市政污泥、聚丙烯酰胺、烧碱和木瓜蛋白酶的绝干重量份配比＝1000:3:20:1。

实施例4

一种利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺，包括以下步骤：

(1)絮凝浓缩：将新鲜的市政污泥送入高位浓缩罐，搅拌状态下添加聚丙烯酰胺进行絮凝浓缩，重力澄清排掉上清液，获得絮凝浓缩污泥；所述市政污泥含水率为≤97％；所述絮凝浓缩污泥含固率为11％；所述保温自溶的温度为53℃，时间为12h；所述pH调节为6.4；所述搅拌反应的速度为750r/min，反应时间为14h；

(2)水解反应：将步骤(1)的絮凝浓缩污泥送入水解反应罐中，加热升温并保温自溶，然后继续加热升温至57℃保温，加入烧碱调节pH，再加入木瓜蛋白酶，搅拌反应，获得水解液；

(3)板框压滤：将步骤(2)的水解液送入暂存罐升温到79℃，然后进行板框压滤，压滤所得的中间产品为富含多肽和氨基酸的清液和滤泥，清液经过低温真空浓缩成细菌抽提物，即得所述膏肥基液；所述细菌抽提物含水率为58％；板框压滤机采用常规的板框压滤，工作压力0.45Mpa，采用序批式运行，压力上升到预定压力后自动停止进料并卸料；所述滤泥的主要成分为无机质，含水率为45％，能用做农用泥土。

进一步地，所述市政污泥、聚丙烯酰胺、烧碱和木瓜蛋白酶的绝干重量份配比＝1000:3:20:1。

实施例5

一种利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺，包括以下步骤：

(1)絮凝浓缩：将新鲜的市政污泥送入高位浓缩罐，搅拌状态下添加聚丙烯酰胺进行絮凝浓缩，重力澄清排掉上清液，获得絮凝浓缩污泥；所述市政污泥含水率为≤97％；所述絮凝浓缩污泥含固率为10.5％；所述保温自溶的温度为52.5℃，时间为10h；所述pH调节为6.3；所述搅拌反应的速度为700r/min，反应时间为12h；

(2)水解反应：将步骤(1)的絮凝浓缩污泥送入水解反应罐中，加热升温并保温自溶，然后继续加热升温至56℃保温，加入烧碱调节pH，再加入木瓜蛋白酶，搅拌反应，获得水解液；

(3)板框压滤：将步骤(2)的水解液送入暂存罐升温到78℃，然后进行板框压滤，压滤所得的中间产品为富含多肽和氨基酸的清液和滤泥，清液经过低温真空浓缩成细菌抽提物，即得所述膏肥基液；所述细菌抽提物含水率为55％；板框压滤机采用常规的板框压滤，工作压力0.4Mpa，采用序批式运行，压力上升到预定压力后自动停止进料并卸料；所述滤泥的主要成分为无机质，含水率为42％，能用做农用泥土。

进一步地，所述市政污泥、聚丙烯酰胺、烧碱和木瓜蛋白酶的绝干重量份配比＝1000:3:20:1。

为了进一步说明本发明能够达到所述技术效果，做以下实验：

对比例1

按照专利申请CN201710083861.4中的实施例进行。

对比例2

按照专利申请CN201110196472.5中的实施例进行。

对比例3

按照专利申请CN201110199865.1中的实施例进行。

对比例4

按照专利申请CN201711495877.2中的实施例进行。

将本申请实施例1～5和对比例1～4方法进行市政污泥的处理，并将本申请实施例1～5和对比例1～3制得的肥料给农作物施肥，发明人惊奇的发现，对比例1虽然实现了有机废液的资源化利用，减少环境污染，但是在制备过程中，还需要添加大量元素和微量元素，提高了生产成本；对比例2虽然在一定程度上解决了市政污泥的二次污染难题，但在市政污泥脱水处理过程中能耗大，工艺步骤复杂，提高了市政污泥的处理成本；对比例3虽然发酵温度低，能耗少，生产成本低，但是存在大分子有机物降解不彻底、有机物、营养物质含量低等缺点，直接作为液体肥料使用，不仅肥效低，且还会对环境造成二次污染；对比例4虽然能够降低能耗，解决环境污染问题，但是处理过程对设备要求高，操作步骤繁琐，处理所需时间较长。而将本申请实施例1～5均为出现以上问题，并能够达到本申请所述技术效果。

综上所述，本申请向水中添加聚丙烯酰胺进行絮凝浓缩，然后加入木瓜蛋白酶进行水解反应，能够充分降解污泥中的有机物，提高水解液中水溶性腐殖酸含量，使得膏肥基液中含有丰富的水溶性腐殖酸，提高了膏肥基液的肥效；加工过程中不会产生人体有害气体及其他有害物质，不会对环境造成二次污染；市政污泥无需事先脱水处理，加工工艺简单，操作简便，能耗低，无污染，处理时间较短，降低了生产成本，效益好。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在没有背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同腰间的含义和范围内的所有变化囊括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)絮凝浓缩：将新鲜的市政污泥送入高位浓缩罐，搅拌状态下添加聚丙烯酰胺进行絮凝浓缩，重力澄清排掉上清液，获得絮凝浓缩污泥；

(2)水解反应：将步骤(1)的絮凝浓缩污泥送入水解反应罐中，加热升温并保温自溶，然后继续加热升温至55～57℃保温，加入烧碱调节pH，再加入木瓜蛋白酶，搅拌反应，获得水解液；

(3)板框压滤：将步骤(2)的水解液送入暂存罐升温到75～80℃，然后进行板框压滤，压滤所得的中间产品为富含多肽和氨基酸的清液和滤泥，清液经过低温真空浓缩成细菌抽提物，即得所述膏肥基液。

2.根据权利要求1所述的一种利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺，其特征在于：在步骤(1)，所述市政污泥含水率为≤97％。

3.根据权利要求1所述的一种利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺，其特征在于：在步骤(1)，所述絮凝浓缩污泥含固率为9～12％。

4.根据权利要求1所述的一种利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺，其特征在于：在步骤(2)，所述保温自溶的温度为52～53℃，时间为8～13h。

5.根据权利要求1所述的一种利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺，其特征在于：在步骤(2)，所述pH调节为6.2～6.5。

6.根据权利要求1所述的一种利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺，其特征在于：在步骤(2)，所述搅拌反应的速度为600～800r/min，反应时间为10～15h。

7.根据权利要求1所述的一种利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺，其特征在于：在步骤(3)，所述细菌抽提物含水率为50～60％；板框压滤机采用常规的板框压滤，工作压力0.3～0.5Mpa，采用序批式运行，压力上升到预定压力后自动停止进料并卸料。

8.根据权利要求1所述的一种利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺，其特征在于：在步骤(3)，所述滤泥的主要成分为无机质，含水率为35～50％，能用做农用泥土。

9.根据权利要求1所述的一种利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺，其特征在于：所述市政污泥、聚丙烯酰胺、烧碱和木瓜蛋白酶的绝干重量份配比＝1000:3:20:1。

10.根据权利要求1所述的一种利用市政污泥生产膏肥基液的加工工艺，其特征在于：所述高位浓缩罐、水解反应罐、暂存罐以及低温真空浓缩所用装置的材质均为304不锈钢；所述水解反应罐和暂存罐自带加温、保温和搅拌装置，并配有在线pH和温度计。