CN111357611A - 一种高有机质配方营养土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高有机质配方营养土及其制备方法。高有机质配方营养土的原料组成包括：55‑80wt％污泥产物、20‑45wt％辅料；所述辅料选自腐殖酸、腐殖酸钾、硫酸铵、磷酸二铵、硫酸钾和颗粒增强材料中的至少一种。本发明实现了城镇生活污泥的无害化、稳定化、减量化处理，处理过程完全通过密闭设施进行，污泥处理产物无害化、稳定度高，再结合传统农业有机肥造粒工法，生产高有机质配方营养土产品。产品具有有机质含量高的优势，并配方氮、磷、钾等营养元素，营养均衡，肥效缓释持久，对土壤具有培肥改土效果，对植物生长具有积极改善作用。

Description

一种高有机质配方营养土及其制备方法

技术领域

本发明属于城镇生活污泥资源化利用和土壤肥料技术领域，更具体地，涉及一种高有机质配方营养土及其制备方法。

背景技术

近年来，随着社会的发展和环保要求的日益提升，国内城镇污水处理厂数量和污水处理设施不断增加、提标升级，污泥产量不断增加。据住房和城乡建设部统计，截止2018年底，全国共有城镇污水处理厂4332座，每年产生城镇生活污泥近7000余万吨(含水率80％)，且在逐年增加。如何更有效、更安全、更可持续的开展污泥处理处置工作一直是社会环保关注的重点。

城镇生活污泥不仅含有大量的有机质、氮磷等营养成分，同时含有重金属、病原菌等有害成分。若不合理处理处置极易造成环境的二次污染，若经稳定化、无害化处理后开展土地利用，可有效利用污泥中的有益资源，使其变废为宝。在土壤方面，污泥开展土地利用，能改善土壤团粒结构，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，增强田间持水量，提高微生物活性，改善土壤理化性状，同时补充土壤有机质和氮磷钾等营养元素，肥沃土壤。在地上植物方面，能促进叶绿素合成和养分积累，促进根系和地上生物量生长，增强植物抗逆性。因此，将污泥产品与自然生态相结合，应用于城市园林绿化、林地养护、矿山修复、土地改良等领域，既可减小城市环境压力，体现污泥附加值，又促进我国生态可持续发展，符合我国国情。

虽然国内关于污泥产品开展土地利用的应用研究很多，但多以好氧堆肥发酵原料再加工应用为主，而好氧发酵处理过程通常受温度、湿度、C/N、时间等因素影响，发酵产物稳定度不一。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种利用城镇生活污泥生产的无害化、稳定化程度高的高有机质配方营养土，同时解决城市中生活污泥体量大、处置难、资源利用价值低、社会认可度低的技术问题，可应用于城市园林绿化、林地养护、矿山修复、土地改良等多领域。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种高有机质配方营养土的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：

步骤1：将城镇生活污泥的含固率调整至14-18wt％，进行热水解反应，然后闪蒸泄压并在常压下冷却；

步骤2：将步骤1所得物质的含固率调整至8-12wt％，然后进行厌氧消化；

步骤3：将步骤2所得物质进行板框脱水，至含水率为50-60％，得到污泥产物；

步骤4：将污泥产物破碎至粒径≤5mm，与辅料混合均匀得到混合物料；所述辅料选自腐殖酸、腐殖酸钾、硫酸铵、磷酸二铵、硫酸钾和颗粒增强材料中的至少一种；所述颗粒增强材料为黏土或膨润土；

步骤5：将步骤4所得混合物料经挤压造粒、抛圆、烘干、冷却、筛分后，得到所述高有机质配方营养土；

步骤1、步骤2均在密闭条件下进行。

作为优选方案，热水解反应的条件包括：

温度为160-170℃，压力为6-8bar，时间为25-35min。

经上述热水解反应处理后，病原菌消杀率99.9％，可实现污泥无害化。

作为优选方案，厌氧消化的条件包括：

温度为35-40℃，厌氧消化的时间为20-25d。

经上述厌氧消化处理后，相对于原始生活污泥，有机物降解率可达到40％以上，且处理后得到的污泥产物具有稳定化的优点。

作为优选方案，高有机质配方营养土的原料组成包括：

55-80wt％污泥产物、20-45wt％辅料。

根据本发明，在上述辅料原料中，腐殖酸、腐殖酸钾均可提供天然有机质，腐殖酸钾还可提供钾元素，硫酸铵和磷酸二铵可提供相应氮元素，磷酸二铵还可提供磷元素，硫酸钾可提供钾元素，颗粒增强材料(如黏土、膨润土)可提高产品颗粒强度。

本领域技术人员可根据需要对各个辅料的用量进行搭配，使获得的高有机质配方营养土的氮磷钾总量≥8％。具体的氮、磷、钾的各自用量，根据高有机质配方营养土的应用方式进行选择即可。

根据本发明，作为一种较具体的优选方案，高有机质配方营养土的原料组成包括：

55-80wt％污泥产物、腐殖酸或腐殖酸钾15-30wt％、5-15wt％硫酸铵、0-5wt％硫酸钾、0-5wt％颗粒增强材料。

作为优选方案，挤压造粒包括：将混合物料挤压成直径为4-6mm的圆柱状颗粒。

作为优选方案，抛圆包括：将圆柱状颗粒整形成直径为3-6mm的圆球状颗粒。

作为优选方案，烘干后的产品的含水率≤50％。

作为优选方案，通过烘干筒利用热风对颗粒产品进行烘干，如控制进风温度为200-250℃，出风温度为50-80℃，时间为20-30min。

作为优选方案，筛分后的高有机质配方营养土的粒径＞3mm。

本发明的第二方面提供由上述制备方法制备得到的高有机质配方营养土。

本发明的有益效果：

本发明利用“热水解+厌氧消化+板框脱水”工艺实现城镇生活污泥的无害化、稳定化、减量化处理，比传统好氧发酵产品无害化、稳定化程度更高，本发明处理过程完全通过密闭设施进行，智能监控指标，污泥处理产物无害化、稳定度高，再结合传统农业有机肥造粒工法，通过“破碎、混合配料、造粒、抛圆、烘干、冷却、筛分”工艺流程，生产高有机质配方营养土产品。产品具有高有机质含量的优势，并组配氮、磷、钾等营养元素，营养均衡，肥效缓释持久，对土壤具有培肥改土效果，对植物生长具有积极改善作用。同时，本发明能有效促进城镇生活污泥的处置工作，使其变废为宝，实现资源循环利用。

对产品进行抽样检测，品质达到含水率≤50％、粒径≤6mm、有机质≥45％、氮磷钾总养分≥8％。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施例的高有机质配方营养土的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明的一个实施例的高有机质配方营养土的制备方法的流程图。如图1所示，热水解系统包括浆化罐、反应罐、闪蒸罐，城镇生活污泥首先进入浆化罐，将含固率调整至14-18wt％；其次进入反应罐，在160-170℃、6-8bar下进行30min的热水解反应；最后通过闪蒸泄压的方式进入闪蒸罐，并在常压下冷却；污泥热水解处理结束后，将得到的污泥的含固率调整至8-12wt％，后泵送至厌氧消化反应器在35-40℃下厌氧消化20-25d，再脱水至含水率为50-60％，得到污泥产物；将污泥产物破碎至粒径≤5mm，与辅料混合均匀得到混合物料；再经挤压造粒、抛圆、烘干、冷却、筛分、包装后，得到高有机质配方营养土；筛分后粒径≤3mm的部分，再次经挤压造粒、抛圆、烘干、冷却、筛分、包装，得到高有机质配方营养土。

实施例1

一种利用城镇生活污泥生产高有机质配方营养土的制备方法。污泥来自北京市朝阳区高碑店再生水厂污泥处理中心。

(1)将城镇生活污水厂产生的污泥收集后，首先进入热水解处理系统：污泥通过密封管道依次进入浆化罐调质，至污泥的含固率为16wt％；在反应罐中保持165-170℃、6bar高压下反应30min，其后闪蒸泄压并在常压下冷却至温度为45℃。该过程病原菌消杀率达到99.9％，实现污泥无害化。

(2)污泥热水解处理结束后，将得到的污泥的含固率调整至10wt％，再泵送至厌氧消化反应器在40℃下厌氧消化24d，在此过程实现污泥的稳定化，步骤(1)、(2)均在密闭条件下进行，经上述处理后，污泥中有机物的降解率为40-50％。

(3)污泥经厌氧消化处理后，通过板框压滤机，脱水至含水率为55-60％，实现污泥的减量化。

(4)污泥经脱水后，得到污泥产物，通过破碎机，将其破碎至5mm粒径以下。

(5)配料重量比例为：污泥产物55wt％、腐殖酸30wt％、硫酸铵12wt％、硫酸钾3wt％，混合均匀。

(6)通过平模挤压造粒机将混合物料挤压成直径为4-6mm的圆柱状颗粒。

(7)通过三级抛圆整形机，将4-6mm的圆柱状颗粒整形成直径为3-6mm的圆球状颗粒。

(8)通过烘干筒利用热风对颗粒产品进行烘干，进风温度200-250℃，出风温度50-80℃，时间20-30min，该过程使得产品的含水率≤50％，再经冷却筒冷却至室温。

(9)产品通过3mm筛分网，筛上物通过皮带传送机送至包装机料仓，筛下物通过返料皮带机传送至造粒机前端再次进行造粒等步骤。

(10)最终产品通过全自动包装机，利用50kg编织袋进行产品包装。

(11)对包装产品进行抽样检测，品质达到含水率≤50％、粒径3-6mm、有机质49.8％、氮磷钾总养分9.67％(其中，总氮5.04％、总磷2.1％、总钾2.53％)。

实施例2

与实施例1的不同之处在于：

高有机质配方营养土的配料重量比例包括：污泥产物60wt％、腐殖酸钾30wt％、硫酸铵5wt％、膨润土5wt％，混合均匀。品质达到含水率≤50％、粒径3-6mm、有机质47.5％、氮磷钾总养分9.54％(其中，总氮3.07％、总磷2.30％、总钾4.17％)。

实施例3

与实施例1的不同之处在于：

高有机质配方营养土的配料重量比例包括：污泥产物80wt％、腐殖酸15wt％、硫酸铵5wt％，混合均匀。品质达到含水率≤50％、粒径3-6mm、有机质47.6％、氮磷钾总养分8.01％(其中，总氮3.98％、总磷3.76％、总钾0.27％)。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种高有机质配方营养土的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：

步骤1：将城镇生活污泥的含固率调整至14-18wt％，进行热水解反应，然后闪蒸泄压并在常压下冷却；

步骤2：将步骤1所得物质的含固率调整至8-12wt％，然后进行厌氧消化；

步骤3：将步骤2所得物质进行板框脱水，至含水率为50-60％，得到污泥产物；

步骤4：将污泥产物破碎至粒径≤5mm，与辅料混合均匀得到混合物料；所述辅料选自腐殖酸、腐殖酸钾、硫酸铵、磷酸二铵、硫酸钾和颗粒增强材料中的至少一种；所述颗粒增强材料为黏土或膨润土；

步骤5：将步骤4所得混合物料经挤压造粒、抛圆、烘干、冷却、筛分后，得到所述高有机质配方营养土；

步骤1、步骤2均在密闭条件下进行。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，热水解反应的条件包括：

温度为160-170℃，压力为6-8bar，时间为25-35min。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，厌氧消化的条件包括：

温度为35-40℃，厌氧消化的时间为20-25d。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，高有机质配方营养土的原料组成包括：

55-80wt％污泥产物、20-45wt％辅料。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，高有机质配方营养土的原料组成包括：

55-80wt％污泥产物、腐殖酸或腐殖酸钾15-30wt％、5-15wt％硫酸铵、0-5wt％硫酸钾、0-5wt％颗粒增强材料。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，

挤压造粒包括：将混合物料挤压成直径为4-6mm的圆柱状颗粒。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，

抛圆包括：将圆柱状颗粒整形成直径为3-6mm的圆球状颗粒。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，烘干后的产品的含水率≤50％。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，筛分后的高有机质配方营养土的粒径＞3mm。

10.由权利要求1-9中任意一项所述的制备方法制备得到的高有机质配方营养土。

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