CN111377761B

CN111377761B - 一种复合调理脱水污泥蚯蚓堆肥减量化的方法

Info

Publication number: CN111377761B
Application number: CN202010162387.6A
Authority: CN
Inventors: 胡修韧; 边博; 田甘沛; 张利民; 张桐
Original assignee: Nanjing Normal University
Current assignee: Nanjing Normal University
Priority date: 2020-03-10
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2022-06-10
Anticipated expiration: 2040-03-10
Also published as: CN111377761A

Abstract

本发明公开了一种复合调理脱水污泥蚯蚓堆肥减量化的方法，向调理液原液中加入水和葡萄糖进行稀释后向待处理的脱水污泥中喷洒混合均匀；脱水污泥中加入蚯蚓粪和木屑，混合均匀；调理后的脱水污泥搅散后均匀铺入提前投放蚯蚓的蚯蚓床表面；当蚯蚓床上的污泥全部转化为蚯蚓粪之后，收集蚯蚓粪、成品蚯蚓，铺入新的调理后的脱水污泥进行下一周期处理。调理液原液为无异味的褐色清液，包含有纤溶酶、抗氧化酶、水解蛋白酶、抗菌肽、矿物元素、维生素和微生物，调理液原液中有效活菌数为1～2亿/g。本发明复合调理脱水污泥蚯蚓堆肥可将污泥处理周期缩短至24小时，大大缩短了污泥处理周期。

Description

一种复合调理脱水污泥蚯蚓堆肥减量化的方法

技术领域

本发明涉及污泥处理及减量化领域，特别是涉及一种复合调理脱水污泥蚯蚓堆肥减量化的方法。

背景技术

目前，污水处理厂污泥产生的规模越来越大，污泥中可能含有病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质，容易易对地下水、土壤、空气等环境造成二次污染，形成了巨大的生态环境压力。使用填埋、焚烧、堆肥、高温发酵、沼气工程方式对污泥进行无害化处理是普遍采用的处置方法,但填埋、焚烧等方法处理污泥的同时容易造成二次污染，堆肥、高温发酵、沼气工程方式处理污泥的发酵最终物料也仍然不能将污泥彻底降解。蚯蚓是一种具有环境保护功能动物，基于蚯蚓的生物无害化处理技术是很有潜力的可持续环保处理技术。污泥通过蚯蚓的消化系统和微生物的联合作用下转化成为蚯蚓粪，通过蚯蚓对重金属的富集作用等降低污泥中重金属的环境危害，同时生成的蚯蚓蛋白质和氨基酸等不会对环境产生二次污染，因而可更为高效和彻底地实现污泥无害化和资源化。但是现有的蚯蚓处理污泥技术大多存在处理周期长、处理效率低、蚯蚓发病率高、臭气扩散和蚊虫滋生等问题，尤其是在季节交替期间水肿症、蛋白中毒症等蚯蚓疾病频发容易造成蚯蚓大量死亡，这使得蚯蚓处理污泥的推广受到了很大的阻碍。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的蚯蚓处理周期长、季节更替期间蚯蚓发病率和死亡率高等问题，本申请提供了一种复合调理脱水污泥蚯蚓堆肥减量化的方法。该方法结合污泥的理化性质、蚯蚓处理的特点以及蚯蚓的生理习性进行复合调理污泥后进行蚯蚓堆肥实现污泥减量化，具有处理效率高、蚯蚓产量和存活率高、可处理多种污泥等特点。

技术方案：一种复合调理脱水污泥蚯蚓堆肥减量化的方法，包括如下方法：

(1)向调理液原液中加入水和葡萄糖进行稀释后向待处理的脱水污泥中喷洒混合均匀；

(2)向步骤(1)脱水污泥中加入蚯蚓粪和木屑，混合均匀；

(3)将步骤(2)调理后的脱水污泥搅散后均匀铺入提前投放蚯蚓的蚯蚓床表面；

(4)当步骤(3)中蚯蚓床上的污泥全部转化为蚯蚓粪之后，收集蚯蚓粪、成品蚯蚓，铺入新的调理后的脱水污泥进行下一周期处理；

所述调理液原液为无明显异味的褐色清液，包含有纤溶酶、抗氧化酶、水解蛋白酶、抗菌肽、矿物元素、维生素和微生物，调理液原液中有效活菌数为1～2亿/g。

调理液中含有大量的生物活性酶、有益活性菌群和抗菌肽，可以刺激蚯蚓肠道和体内免疫细胞活性，促进机体的细胞免疫，体液免疫应答，增强肠道粘膜免疫力，提升分泌型免疫球蛋白的含量达150％，全面提升蚯蚓的免疫力。减少污泥中有毒物质和有害病菌对蚯蚓的伤害，有效预防水肿症、蛋白中毒症等蚯蚓疾病，还可以促进蚯蚓体内蛋白合成，有利于蚯蚓堆肥过程中养分吸收与运转，平衡蚯蚓养分应求，可以在一定程度上帮助蚯蚓消化污泥中的营养物质，提高处理效率和污泥的减量化效果。调理液含有丰富的矿物元素和维生素，能够提高蚯蚓的免疫力，进而促进蚯蚓摄食及生长提高蚯蚓处理污泥的效率。

具体地，步骤(1)中，所述调理液原液通过如下方法配制：

(a)通过蚯蚓反应器处理污泥，并从反应器中收集得到蚯蚓渗滤液；

(b)向步骤(a)所得蚯蚓渗滤液中添加含量为0.8mg/ml的蚯蚓纤溶酶，添加比例为5-20ml/L；添加酶活力50000u的SOD超氧化物歧化酶冻干粉，添加比例为10-40g/L；添加食品级的水解蛋白酶，添加比例为10-60g/L；添加抗菌肽CEC-381，添加比例为30-80g/L；添加食品级复合维生素粉，添加比例为20-70g/L；

(c)将步骤(b)所得液体加入储存罐中，在36-39℃下，培养40-48小时即得。

其中，步骤(a)采用的蚯蚓反应器与申请号CN2019106943242中相同，通过相同的污泥处理步骤得到蚯蚓渗滤液，其中包含有丰富的Proteobacteria菌、Bacteroidetes菌、Chloroflexi菌、Saccharibacteria菌、Acidobacteria菌、Actinobacteria菌和Firmicutes菌。

具体地，所述调理液原液中，优势菌为Proteobacteria(变形菌门，30.11～43.43％)、Bacteroidetes(拟杆菌门，2.94～23.05％)、Chloroflexi(绿弯菌门，0.28～22.52％)、Saccharibacteria(TM7门，4.53～17.68％)、Acidobacteria(酸杆菌门，1.23～12.07％)、Actinobacteria(放线菌门，0.82～10.83％)和Firmicutes(厚壁菌门，1.08～3.89％)，优势菌占总群落相对丰度的83.95～92.53％。

具体地，步骤(1)中，所述脱水污泥为脱水至含水率75-90wt％的市政污泥。

优选地，步骤(1)中，所述调理液原液与水和葡萄糖的重量比为1:(100～200):(1～2)，稀释时水温控制在25-35℃之间。

步骤(1)中，稀释后的调理液喷洒使用量为1-3L/m³脱水污泥。

优选地，步骤(2)中，所述木屑为刨花木屑，加入量为脱水污泥质量的3-7％；所述蚯蚓粪为(4)得到的蚯蚓粪，含水率为40％-65％，碳氮比为7.5-12.5，加入量为脱水污泥质量的10-25％。加入蚯蚓粪和木屑用于调节污泥的含水率、孔隙率和污泥蚯蚓适口性，是前处理的必须步骤。

步骤(3)将腐熟后的污泥搅散之后均匀铺设在蚯蚓床表面是为了给蚯蚓处理过程提供更多空间和氧气，研究发现将待处理污泥搅散后均匀铺平蚯蚓处理效率更高，蚯蚓损耗更小。

优选地，所述蚯蚓床为将蚯蚓粪、刨花木屑、发酵后牛粪按照7:0.5:2.5的比例混合均匀后，调整含水率55％-65％，堆成宽60cm，厚30cm的长垄，投放蚯蚓种苗后得到；所述蚯蚓为赤子爱胜蚓；脱水污泥在蚯蚓床内的铺设厚度为3-7cm。

有益效果：

1、本发明复合调理脱水污泥蚯蚓堆肥可将污泥处理周期缩短至24小时，大大缩短了污泥处理周期。

2、本发明污泥蚯蚓堆肥方法能够有效避免季节更替期间蚯蚓处理污泥过程中的水肿症和蛋白中毒症等多种蚯蚓病症的发生，可以大大提高蚯蚓活性，降低蚯蚓死亡率，减少蚯蚓损耗，产出大量的成品蚯蚓和高质量蚯蚓粪有机肥。

3、本发明污泥蚯蚓堆肥方法可以增加蚯蚓的耐受性适应于更多种类污泥处理，不产生二次污染，投资和运行费用低、适应面广，经济效益、环境效益和社会效益良好。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为实施例1脱水污泥在蚯蚓堆肥处理过程中含水率和有机质的变化情况。

图2为实施例1脱水污泥在蚯蚓堆肥处理前后质量和体积的变化情况。

图3为实施例2不同调理液稀释比例对堆肥周期的影响。

图4为实施例3不同蚯蚓粪添加比例对堆肥周期的影响。

图5为实施例3不同铺泥厚度对堆肥周期的影响。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。

通过申请号CN2019106943242中相同的污泥处理步骤得到蚯蚓渗滤液和蚯蚓粪，向所得蚯蚓渗滤液中添加含量为0.8mg/ml的蚯蚓纤溶酶，添加比例为5-20ml/L；添加酶活力50000u的SOD超氧化物歧化酶冻干粉，添加比例为10-40g/L；添加食品级的水解蛋白酶(CAS号：59-67-6)，添加比例为10-60g/L；添加抗菌肽CEC-381，添加比例为30-80g/L；添加食品级复合维生素粉，添加比例为20-70g/L；

将所得液体加入储存罐中，在36-39℃下，培养40-48小时得到调理液原液。

对调理液16sV3-V4区PE300测序分析，测得调理液原液中有效活菌数为1～2亿/g，优势菌为Proteobacteria(变形菌门，30.11～43.43％)、Bacteroidetes(拟杆菌门，2.94～23.05％)、Chloroflexi(绿弯菌门，0.28～22.52％)、Saccharibacteria(TM7门，4.53～17.68％)、Acidobacteria(酸杆菌门，1.23～12.07％)、Actinobacteria(放线菌门，0.82～10.83％)和Firmicutes(厚壁菌门，1.08～3.89％)，优势菌占总群落相对丰度的83.95～92.53％。

以下实施例中，蚯蚓床为将蚯蚓粪、刨花木屑、发酵后牛粪按照7:0.5:2.5的比例混合均匀后，调整含水率55％-65％，堆成宽60cm，厚30cm的长垄，投放赤子爱胜蚓种苗后得到。

实施例1

将调理液原液按照原液：水：葡萄糖＝1:100:1的比例进行稀释，稀释水温为30℃。按照1.5L/m³污泥的比例向含水率85％污泥喷洒混合均匀，加入蚯蚓粪和刨花木屑，加入量分别为待处理污泥重量的20％和10％，混合均匀后将污泥搅散开均匀铺入蚯蚓床表层，铺泥厚度为6cm，20小时后污泥全部转化为蚯蚓粪，一个处理周期结束收集反应箱内的蚯蚓粪和成品蚯蚓，铺入新的调理后的脱水污泥进行下一周期处理。测试得蚯蚓粪含水率72.15％，有机质含量由44.7％降至41.38％，分别利用未处理污泥和收集到的蚯蚓粪培养小白菜种子后测得种子发芽指数GI分别为24.6％和57.2％，产出蚯蚓粪总质量为投入污泥质量的59％，收取成年蚯蚓0.13kg。

图1是脱水污泥在蚯蚓堆肥处理过程中含水率和有机质的变化情况，在处理20小时后污泥全部转化为颗粒状的蚯蚓粪含水率由76.83％下降至72.15％。在蚯蚓处理的过程中污泥基质湿度保持在70％-80％，在此湿度区间蚯蚓取食最为活跃。在蚯蚓处理过程中蚯蚓吞食活动和微生物联合作用可以将污泥中部分结合水转化为自由水，使得污泥脱水性能增加，蚯蚓处理后的污泥直接板框压滤可将含水率将至60.23％。由于进行试验的污泥混合基质添加了蚯蚓粪和木屑这两种物料，所以试验开始时的有机质含量由原始污泥的45.57％升至52.86％，有机质含量的提高给蚯蚓生长和繁殖的过程增加了食物来源，使蚯蚓的生长活动能为增强，有利于蚯蚓更好的处理污泥基质，在处理20小时后污泥基质有机质由调理后的52.86％下降至41.38％。图2是脱水污泥在蚯蚓堆肥处理前后质量和体积的变化情况。经过20小时的蚯蚓处理污泥的体积减小28.23％，质量减少27％，减量化效果明显。

实施例2

将调理液原液与水和葡萄糖按照不同比例进行稀释，稀释水温为30℃。按照1.5L/m³污泥的比例向含水率85％污泥喷洒混合均匀，加入蚯蚓粪和刨花木屑，加入量分别为待处理污泥重量的20％和10％，混合均匀后将污泥搅散开均匀铺入蚯蚓床表层，铺泥厚度为6cm，污泥全部转化为蚯蚓粪视为一个处理周期结束，记录不同实验组的处理周期。

将8组不同调理液稀释比例实验的堆肥周期时间进行记录，结果分析如图3所示，稀释调理机时随着水添加比例对增加最终处理周期时长有所增加，且添加比例超过1:200时周期增加较为明显，而葡萄糖添加比例对增加则会缩短处理周期，但添加比例超过1:2时周期缩短较少，因此处理脱水污泥的调理液最佳稀释比例为1:(100～200):(1～2)。

实施例3

将调理液原液按照原液：水：葡萄糖＝1:100:1的比例进行稀释，稀释水温为30℃。按照1.5L/m³污泥的比例向含水率85％污泥喷洒混合均匀，加入10％木屑，按照5种不同比例加入蚯蚓粪，混合均匀后将污泥搅散开均匀按照6种不同厚度铺入蚯蚓床表层进行蚯蚓堆肥。

将5组不同蚯蚓粪添加比例实验的堆肥周期时间进行记录，取3组重复试验的平均值，结果分析如图4所示，相较于未添加蚯蚓粪的对照组，所有添加蚯蚓粪的实验组堆肥周期都有一定程度上的减少，且随着蚯蚓粪添加比例的增加，堆肥周期先减少后增加，蚯蚓粪添加比例为15％时堆肥周期最短。在蚯蚓粪添加比例相同时，添加调理液的实验组相较于未添加调理液的实验组堆肥周期更短，蚯蚓粪添加比例为15％且添加调理液的实验组处理一批污泥仅需要20.25小时。因此处理脱水污泥的最佳调理方案为添加调理液和15％蚯蚓粪。

将6组不同铺泥厚度实验的堆肥周期时间进行记录，取3组重复试验的平均值，结果分析如图5所示，随着铺泥厚度的增加堆肥周期随之增加，且铺泥厚度为3-6cm时堆肥周期增加较小，铺泥厚度为7-8cm时堆肥周期增加较为显著，原因可能是铺泥厚度超过6cm后蚯蚓床内供氧不足导致蚯蚓活动活性降低进而导致堆肥周期变长。因此处理脱水污泥的最佳铺泥厚度为6cm。

本发明提供了一种复合调理脱水污泥蚯蚓堆肥减量化的方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims

1.一种复合调理脱水污泥蚯蚓堆肥减量化的方法，其特征在于，包括如下方法：

（1）向调理液原液中加入水和葡萄糖进行稀释后向待处理的脱水污泥中喷洒混合均匀；

（2）向步骤（1）脱水污泥中加入蚯蚓粪和木屑，混合均匀；

（3）将步骤（2）调理后的脱水污泥搅散后均匀铺入提前投放蚯蚓的蚯蚓床表面；

（4）当步骤（3）中蚯蚓床上的污泥全部转化为蚯蚓粪之后，收集蚯蚓粪、成品蚯蚓，铺入新的调理后的脱水污泥进行下一周期处理；

所述调理液原液中，包含有纤溶酶、抗氧化酶、水解蛋白酶、抗菌肽、矿物元素、维生素和微生物，调理液原液中有效活菌数为 1~2亿/g；

步骤（1）中，所述调理液原液通过如下方法配制：

（a）通过蚯蚓反应器处理污泥，并从反应器中收集得到蚯蚓渗滤液；

（b）向步骤（a）所得蚯蚓渗滤液中添加含量为0.8mg/ml的蚯蚓纤溶酶，添加比例为5-20ml/L；添加酶活力50000u的SOD超氧化物歧化酶冻干粉，添加比例为10-40g/L；添加食品级的水解蛋白酶，添加比例为10-60g/L；添加抗菌肽CEC-381，添加比例为30-80g/L；添加食品级复合维生素粉，添加比例为20-70g/L；

（c）将步骤（b）所得液体加入储存罐中，在36-39℃下，培养40-48小时即得；

所述调理液原液中，优势菌为Proteobacteria、Bacteroidetes、Chloroflexi、Saccharibacteria、Acidobacteria、Actinobacteria和Firmicutes，占总群落相对丰度的83.95~92.53%；

步骤（1）中，所述调理液原液与水和葡萄糖的重量比为1:（100~200）:（1~2），稀释时水温控制在25-35℃之间。

2.根据权利要求1所述的复合调理脱水污泥蚯蚓堆肥减量化的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述脱水污泥为脱水至含水率75-90 wt%的市政污泥。

3.根据权利要求1所述的复合调理脱水污泥蚯蚓堆肥减量化的方法，其特征在于，步骤（1）中，稀释后的调理液喷洒使用量为1-3L/m³脱水污泥。

4.根据权利要求1所述的复合调理脱水污泥蚯蚓堆肥减量化的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述木屑为刨花木屑，加入量为脱水污泥质量的3-7%；所述蚯蚓粪为（4）得到的蚯蚓粪，含水率为40%-65%，碳氮比为7.5-12.5，加入量为脱水污泥质量的10-25%。

5.根据权利要求1所述的复合调理脱水污泥蚯蚓堆肥减量化的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述蚯蚓床为将蚯蚓粪、刨花木屑、发酵后牛粪按照7:0.5:2.5的比例混合均匀后，调整含水率55%-65%，堆成宽60cm，厚30cm的长垄，投放蚯蚓种苗后得到；脱水污泥在蚯蚓床内的铺设厚度为3-7cm。