CN110342764A - 基于生物捕食技术的有机污泥快速消解剂及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于生物捕食技术的有机污泥快速消解剂及处理方法，所述消解剂包括：无机物粉剂载体和高效菌剂；所述无机物粉剂载体以总质量为100％计算，包含以下组分：钠化膨润土5％～10％；陈化钢渣磨细粉50％～60％；粉煤灰磨细粉10％～20％；矿渣磨细粉20％～30％；三乙醇胺聚合物0.5～3％；甲酸钙0.5％～1.5％；所述高效菌剂由经过驯化的氧化亚铁钩端螺旋菌干粉和嗜酸硫化杆菌干粉按质量比4～5:3混合而成，所述高效菌剂中菌落总数至少为1.0*10⁸cfu/g。本发明其污泥消解果好、生产成本低、工程使用性强、设备条件要求低，同时又能使得有机污泥能够快速就近资源化利用。

Description

基于生物捕食技术的有机污泥快速消解剂及处理方法

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域。更具体地说，本发明涉及一种基于生物捕食技术的由无机矿物复合高效菌剂制成用于河道疏浚或湖泊底泥生态修复的环境友好型有机污泥快速消解剂。

背景技术

目前，我国城镇污水处理达到1.62亿m³/d，伴生的污泥约为3359万吨(含水率>80％)，其中31.03％用于土地填埋，13.79％直接堆弃，3.45％混合填埋。由此导致的土地侵占严重，以2017年为例，约1700万吨剩余污泥排放到垃圾填埋场或储存坑，占地约81.1～162.2万 m²，近30年累计占地超过3000万m²；环境危害巨大：填埋、堆弃污泥中的有机物、病原菌、重金属、有毒有害物以及散发的气味对环境危害巨大，严重威胁人类健康。我国环境质量现状堪忧，环境治理被提升到重要地位，而污水处理“重水轻泥”现象严重，剩余污泥的不当处置导致污泥围城和环境保护“事倍功半”。传统的有机污泥的处理污泥污染的处理多是利用发酵进行处理后，将污泥进行再利用。其使用的发酵剂多数为进口产品，价格昂贵，并且其发酵过程本身存在一定的局限性，其周期长，处理能力小，而导致不能大规模的使用和推广。因此开发有机污泥消解剂，可以将污泥中有机污染因子很好的消解处理，后对污泥进行减量化处理，同时消除其部分臭味，做到环境无害化，其本身并不改变污泥本身的物理属性，而有利于其后续的工程化再利用。从以上论述可知，开展污泥有机消解剂的开发工作，不但可以提升污泥的处理和再利用水平，也有利于我国具有自主知识产权的核心技术的建立，可谓一举两得，这对于企业的转型升级发展举足轻重。

现有的有机污泥处理材料通常分为两种，一种是脱水固结剂，另一种是螯合稳定剂。第一种是通过加强化学改性的手段使得底泥中的有机质和水分固结在固结体内，从而改变底泥的物相和状态，达到工程处理的目的，经过固结后的底泥可以作为工程填筑壅土，但是普遍碱度偏高，容易引泛霜等盐碱化现象，对周围环境存在一定程度的影响，另外其对原辅材料的要求以及造价也相对较高，不利于大批量推广和工业化生产；第二种则是依靠化学药剂本身的螯合或偶联作用将底泥中的有毒成分如持久性有机物以及重金属等通过化学键的形式结合在螯合体上，从而达到对土壤的稳定化处理，这种药剂本身的掺入量比较大成本高昂，同时不利于改善底泥的污泥性能，在后期处理及运输方面仍面临较大困难，目前国内市场该种药剂多为进口，核心技术掌握在发达国家手中，制约着该项技术在我国的大规模应用和推广。

因此，国内外研究人员一直致力于开发出一种污泥消解果好、生产成本低、工程使用性强、设备条件要求低，同时又能使得有机污泥能够快速就近资源化利用的环境友好型有机污泥快速消解剂，以满足我国经济建设与生态文明协调发展的需要。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种基于生物捕食技术的主要由无机材料复合高效菌剂复合而成的一种有机污泥快速消解剂，其污泥消解果好、生产成本低、工程使用性强、设备条件要求低，同时又能使得有机污泥能够快速就近资源化利用。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于生物捕食技术的有机污泥快速消解剂，所述消解剂包括：无机物粉剂载体和高效菌剂；

所述无机物粉剂载体以总质量为100％计算，包含以下组分：

钠化膨润土 5％～10％；

陈化钢渣磨细粉 50％～60％；

粉煤灰磨细粉 10％～20％；

矿渣磨细粉 20％～30％；

三乙醇胺聚合物 0.5～3％；

甲酸钙 0.5％～1.5％；

所述高效菌剂由经过驯化的氧化亚铁钩端螺旋菌干粉和嗜酸硫化杆菌干粉按质量比 4～5:3混合而成，所述高效菌剂中菌落总数至少为1.0*10⁸cfu/g。

优选的是，所述无机物粉剂载体和高效菌剂的质量比为50～60:3～4。

优选的是，氧化亚铁钩端螺旋菌和嗜酸硫化杆菌在混合前分别经过驯化，驯化具体包括以下步骤：

S1、对有机污泥进行粗滤处理；

S2、配制灭菌的9k培养基，并调节9k培养基pH值为2.0，在9k培养基中加入质量分数为15～20％的经S1处理的有机污泥；

S3、将氧化亚铁钩端螺旋菌(保藏号CCTCCAB206158)或嗜酸硫化杆菌(保藏号CCTCCM2015011)接种到步骤二中的培养基中，在温度为30～35℃，转速为100～150rpm，摇床振荡培养7～10d，之后在培养基中继续加入质量分数为15～20％预处理后的有机污泥，如此培养3～5次，完成氧化亚铁钩端螺旋菌或嗜酸硫化杆菌的驯化，得到氧化亚铁钩端螺旋菌发酵液或嗜酸硫化杆菌发酵液；

S4、通过压滤机在压力为0.3MPa下将氧化亚铁钩端螺旋菌发酵液或嗜酸硫化杆菌发酵液压干至含水量为45％，之后通过干燥塔将发酵液制备成氧化亚铁钩端螺旋菌干粉或嗜酸硫化杆菌干粉。

优选的是，所述陈化钢渣磨细粉的制备方法为将陈化钢渣用浓度为15％盐酸浸泡4小时，然后用球磨机磨细至不低于200目。

优选的是，所述钠化膨润土的吸蓝量不低于80mg/g。

优选的是，所述三乙醇胺聚合物分子量为30000～70000。

优选的是，陈化钢渣磨细粉、粉煤灰磨细粉以及矿渣磨细粉的比表面积不低于400m²/kg。

本发明还提供了一种利用消解剂处理有机污泥的方法，包括以下步骤：

步骤一、每吨有机污泥中加入100～120kg无机物粉剂载体，在温度为30～35℃下搅拌 40～80min；

步骤二、在步骤一的搅拌物中加入高效菌剂进行消解反应，每吨有机污泥中高效菌剂的加入量为6～8kg，反应温度为35℃，反应72～96小时。

本发明至少包括以下有益效果：

钠化膨润土是有机污泥湿度控制的关键组分，能够保持污泥中的自由水分含量，这样在污泥消解过程中可以保持高效菌种的活性，消解过程大大提速，同时可以保持消解后污泥的肥力和水分，有利于污泥自身的生态恢复或改良。钠化膨润土的掺入量低于5％时，污泥保水能力差，污泥在改良过程中养分力散失快菌种活性低，若钠化膨润土掺入量大于 10％，则消解剂和易性指标下降明显，不利于消解剂本身的工业化推广且成本上升明显。

陈化钢渣磨细粉是无机材料碱基体，用于整个体系无机材料的碱性环境控制，经过酸处理后可以减少系统碱集料反应，同时可以增大钢渣材料自身的晶格凹陷度，有利于后期物料强度的提升，其掺量高于60％时会影响整个体系酸碱度指标，造成污泥盐碱化现象，不利于高效菌种的活性和生物捕食，掺量低于50％，则会使得污泥塑性改善能力下降，不利于污泥消解的工程化操作。

矿渣磨细粉与陈化钢渣磨细粉组合使用，组成整个体系的酸度控制因素。矿渣磨细粉可选用市售95级矿渣微粉，为整个体系酸碱度的控制提供决定性作用，其掺入量按照本申请的配比选取。

粉煤灰磨细粉是无机材料矿化剂与结构晶胚提供者，主要用于提高无机粉剂材料的矿化性，用于降低无机物料界面反应热，减少高效菌剂的外损指标，同时也是系统结构的结晶胚体提供者。粉煤灰磨细粉含量低于10％，矿化效果差，系统结晶成核速度慢，无机粉体材料集聚速度慢，易形成裂缝导致载体强度降低；粉煤灰磨细粉含量高于20％，系统吸附桥链甚至结晶通道容易被填充堵塞，对系统保水性指标影响较大，同时也降低系统本身的物理性能。

分子量为30000～70000三乙醇胺聚合物：主要起分散作用，能降低表面张力，促进各种离子在体系中的分散效果。分子量为30000～70000三乙醇聚合物含量低于0.5％，降低表面张力不明显，含量高于3％，导致系统中粘度增加，影响固结物粘接的均匀性，且成本增加。

有机污泥消解剂，可以将污泥中有机污染因子很好的消解处理，后对污泥进行减量化处理，同时消除其部分臭味，做到环境无害化，其本身并不改变污泥本身的物理属性，而有利于其后续的工程化再利用。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

本实施例和对比例中有机污泥选自武汉市巡司河有机污染底泥进行处理，巡司河有机污染底泥的性能：含水率为89.75％(真空抽滤泥饼含水率)，溶解性COD含量为673.22mg/L，绝干有机污泥的有机质含量为46.7％。

本实施例中所述消解剂包括：无机物粉剂载体和高效菌剂。所述无机物粉剂载体以总质量为100重量份计算，包含以下组分：钠化膨润土5～10份；陈化钢渣磨细粉50～60份；粉煤灰磨细粉10～20份；矿渣磨细粉20～30份；三乙醇胺聚合物0.5～3份；甲酸钙0.5～1.5 份。所述高效菌剂由经过驯化的氧化亚铁钩端螺旋菌干粉和嗜酸硫化杆菌干粉按质量比 4～5:3混合而成，所述高效菌剂中菌落总数至少为1.0*10⁸cfu/g。

其中，陈化钢渣磨细粉的制备方法为将陈化钢渣用浓度为15％盐酸浸泡4小时，然后用球磨机磨细至不低于200目，钠化膨润土的吸蓝量不低于80mg/g，三乙醇胺聚合物分子量为30000～70000。

其中，氧化亚铁钩端螺旋菌和嗜酸硫化杆菌在混合前分别经过驯化，驯化具体包括以下步骤：S1、对有机污泥进行粗滤处理，去掉污泥中的大颗粒物质，例如大的石块，过滤网径是4cm。S2、配制灭菌的9k培养基，并调节9k培养基pH值为2.0，在9k培养基中加入质量分数为15％的经S1处理的有机污泥。S3、将氧化亚铁钩端螺旋菌(保藏号 CCTCCAB206158)或嗜酸硫化杆菌(保藏号CCTCCM2015011)接种到步骤二中的培养基中，在温度为30℃，转速为150rpm，摇床振荡培养7d，之后在培养基中继续加入质量分数为15％预处理后的有机污泥，如此培养3次，完成氧化亚铁钩端螺旋菌或嗜酸硫化杆菌的驯化，得到氧化亚铁钩端螺旋菌发酵液或嗜酸硫化杆菌发酵液；S4、通过压滤机在压力为0.3MPa下将氧化亚铁钩端螺旋菌发酵液或嗜酸硫化杆菌发酵液压干至含水量为 45％，之后通过干燥塔将发酵液制备成氧化亚铁钩端螺旋菌干粉或嗜酸硫化杆菌干粉。

消解剂处理有机污泥的方法，包括以下步骤：

步骤一、每吨有机污泥中加入100kg无机物粉剂载体，在温度为35℃下搅拌60min。

步骤二、在步骤一的搅拌物中加入高效菌剂进行消解反应，每吨有机污泥中高效菌剂的加入量为6kg，反应温度为35℃，反应72小时。

实施例1、实施例2、实施例3、对比例1和对比例2中有机污泥快速消解剂的制备方法相同，且处理有机污泥的方法相同。

实施例1～实施例3、对比例1～2中无机物粉剂载体配比如下表1所示。

表1

按照上述配比处理武汉市巡司河有机污染底泥，将处理后的污泥进行样品检测，发现对污泥消解效果十分明显，结果见表2。

表2

注：有机质消解率％＝(处理后的绝干有机污泥中有机质的质量/处理前的绝干有机污泥中有机质的质量)*％；保水率％＝(处理后的污泥含水率/处理前的污泥含水率)*100％。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (8)

1.基于生物捕食技术的有机污泥快速消解剂，其特征在于，所述消解剂包括：无机物粉剂载体和高效菌剂；

所述无机物粉剂载体以总质量为100％计算，包含以下组分：

钠化膨润土 5％～10％；

陈化钢渣磨细粉 50％～60％；

粉煤灰磨细粉 10％～20％；

矿渣磨细粉 20％～30％；

三乙醇胺聚合物 0.5～3％；

甲酸钙 0.5％～1.5％；

所述高效菌剂由经过驯化的氧化亚铁钩端螺旋菌干粉和嗜酸硫化杆菌干粉按质量比4～5:3混合而成，所述高效菌剂中菌落总数至少为1.0*10⁸cfu/g。

2.如权利要求1所述的基于生物捕食技术的有机污泥快速消解剂，其特征在于，所述无机物粉剂载体和高效菌剂的质量比为50～60:3～4。

3.如权利要求1所述的基于生物捕食技术的有机污泥快速消解剂，其特征在于，氧化亚铁钩端螺旋菌和嗜酸硫化杆菌在混合前分别经过驯化，驯化具体包括以下步骤：

S1、对有机污泥进行粗滤处理；

S2、配制灭菌的9k培养基，并调节9k培养基pH值为2.0，在9k培养基中加入质量分数为15～20％的经S1处理的有机污泥；

S3、将氧化亚铁钩端螺旋菌或嗜酸硫化杆菌接种到步骤二中的培养基中，在温度为30～35℃，转速为100～150rpm，摇床振荡培养7～10d，之后在培养基中继续加入质量分数为15～20％预处理后的有机污泥，如此培养3～5次，完成氧化亚铁钩端螺旋菌或嗜酸硫化杆菌的驯化，得到氧化亚铁钩端螺旋菌发酵液或嗜酸硫化杆菌发酵液；

S4、通过压滤机在压力为0.3MPa下将氧化亚铁钩端螺旋菌发酵液或嗜酸硫化杆菌发酵液压干至含水量为45％，之后通过干燥塔将发酵液制备成氧化亚铁钩端螺旋菌干粉或嗜酸硫化杆菌干粉。

4.如权利要求1所述的基于生物捕食技术的有机污泥快速消解剂，其特征在于，所述陈化钢渣磨细粉的制备方法为将陈化钢渣用浓度为15％盐酸浸泡4小时，然后用球磨机磨细至不低于200目。

5.如权利要求1所述的基于生物捕食技术的有机污泥快速消解剂，其特征在于，所述钠化膨润土的吸蓝量不低于80mg/g。

6.如权利要求1所述的基于生物捕食技术的有机污泥快速消解剂，其特征在于，所述三乙醇胺聚合物分子量为30000～70000。

7.如权利要求1所述的基于生物捕食技术的有机污泥快速消解剂，其特征在于，陈化钢渣磨细粉、粉煤灰磨细粉以及矿渣磨细粉的比表面积不低于400m²/kg。

8.一种利用权利要求1～7任一项所述的消解剂处理有机污泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、每吨有机污泥中加入100～120kg无机物粉剂载体，在温度为30～35℃下搅拌40～80min；

步骤二、在步骤一的搅拌物中加入高效菌剂进行消解反应，每吨有机污泥中高效菌剂的加入量为6～8kg，反应温度为35℃，反应72～96小时。