CN112094141A - 一种将城镇污水处理厂污泥直接施用的自然堆肥方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种将城镇污水处理厂污泥直接施用的自然堆肥方法，步骤：1)在待利用的土地上划分网格；2)分三到五批次间隔开挖污泥自然发酵坑，其排列方式随机，并保留挖坑所得的原土；3)将坑底平整并压实，压实后的密度达到1.4～1.5g/cm3；4)分层加入污泥、氧化钙粉末以及硫酸亚铁，先加入污泥，在污泥上均匀覆盖氧化钙粉末，再在最上层的氧化钙粉末上均匀喷洒的硫酸亚铁溶液；5)原土回填。本发明将城镇污水厂污泥与氧化钙、硫酸亚铁分层加入，可实现污泥的除臭除毒和资源化利用，并且污泥处理量大，基本能耗，操作简单，投资运行成本低，不破坏土地的利用现状及自然景观，具有良好的推广价值。

Description

一种将城镇污水处理厂污泥直接施用的自然堆肥方法
技术领域
本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种将城镇污水处理厂污泥直接施用的自然堆肥方 法。
背景技术
未经处理的污泥中有每克以亿计的大肠菌、大肠粪菌、粪链球菌、噬菌体、沙门氏菌、痢 疾菌属、寄生虫卵/幼虫和肠道病毒等病原菌。而这些病原菌在污水/污泥中的比率同当地传染 病的流行有关。因此，机械脱水后的污泥如果处置不当，进入人类的食物链，必然会导致疾病 的传播，从而对人体造成伤害。
污泥处理就是对污泥进行浓缩、调制、脱水、稳定、干化或焚烧及回收再利用的加工过程。 目前，城镇污水处理厂污泥的主要处置方式有：填埋、投海、焚烧和土地利用等。一般来说， 各地区对于污泥处置方式的选择是根据本地区的地理环境、经济水平、技术措施和交通运输等 因素而确定的，而且会随着公众认识的提高和兴趣的改变而发生变化。美国有49％的生活污泥 农用，35％填埋或丢弃，15％焚烧，其他方式只占1％；而日本填埋和焚烧却占污泥处置总量 的82％，其他方式则较少(参见：北京交通大学硕士学位论文，2009年，污泥活性炭在抗生 素废水处理中的应用研究)。但填埋处置存在不易寻找合适的场地的情况，污泥运输和填埋场 地建设费用较高，填埋场容量有限，有害成分的渗漏可能会对地下水造成污染，填埋场的废气 排放等问题。投海操作比较简单，对于海岸城市来讲费用也较低。但是，污泥投海后对海洋生 态环境可能存在影响。因此，美国、欧共体、日本和中国等国家相继制定了法律法规或禁止或 做污泥投海的严格规定。污泥焚烧虽可利用污泥的热值，但一直存在着投资和操作费用较高， 计划实施较困难，焚烧产生的气体若控制不当可能会产生二次污染，污泥中的有用成分未得到 充分的利用等诸多问题。
污泥土地利用因投资少、能耗低、运行费用低和有机部分可转化成土壤改良的成分等优点， 被认为是最有发展潜力的一种处置方式。这种处置方式是把污泥应用于农田、菜地、果园、市 政绿化、育苗基质及严重扰动的土地修复与重建等。污泥中含有大量的有机质和植物所需的营 养成分，是有价值的生物资源，科学合理的土地利用，可减少污泥带来的负面效应，使污泥重 新进入自然环境的物质、能量循环中。林地和市政绿化的利用因不易造成食物链的污染而成为 污泥土地利用的有效方式。污泥用于严重扰动的土地(如矿场土地、森林采伐场、垃圾填埋场、 地表严重破坏区等需要复垦的土地)的修复与重建，减少了污泥对人类生活的潜在威胁，既处 置了污泥又恢复了生态环境。污泥土地利用正在成为世界各国主要的污泥处置方式，如英、美、 法等许多国家城市污泥的土地利用可达70％。污泥土地利用率在不断持续增加，因此，污泥的 林地和市政绿化利用是一条很有发展前途的利用方式。但是，污泥的土地利用需要具备的一个 重要的条件是：其所含有的有害成分不超过环境所能承受的容量范围。污泥由于来源于各种不 同成分和性质的污水，一般不可避免地含有一些有害成分，如各种病原菌、重金属和有机污染 物等，这都在一定程度上限制了污泥在土地利用方面的发展。因此，污泥利用前一般需要经过 一定的无害化处理，来降低污泥中易腐化发臭的有机物，减少污泥的体积和数量，杀死病原菌， 降低有害成分的危险性。
污泥稳定化和无害化方法有好氧消化、厌氧消化、堆肥化、双消化以及加石灰或氯气等。 这些方法均有各自的优缺点。如：好氧高温发酵对有机物分解快、降解彻底、发酵均匀，脱水 速度快、脱水效率高、发酵周期短，杀灭病菌、寄生虫(卵)和杂草种子及除臭效果好。但需 要占用的场地面积较大，吞吐量小、不适合流水线化作业的车间生产，也不适合快速处理，也 不能满足大量吞吐作业的污水处理厂的需要。现有技术污泥堆肥发酵因污泥含水率太高，均需 要加入大量干料，如木屑、花生壳、玉米秸等，加入干料的重量一般为污泥重量的10％左右， 同时还需要加入25～50％的返混料，因有机干料密度很小，使发酵污泥体积大大增加，占用的 发酵仓容积很大，处理1吨污泥投资30万元以上，处理吨泥运行成本超过180元；在我国北 方，冬季气温很低，污泥温度接近冰点，污泥发酵很难完成。因此，寻求便捷高效、占地少、 处理量大的污泥处理技术具有重要意义。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种将城镇污水处理厂污泥直接施用的自然 堆肥方法，该方法为新兴的污泥土地利用技术，具有便捷高效、能耗低、无二次污染、处理量 大、不影响土地利用现状及不破坏自然景观等显著特点，是适合我国国情的污泥处理处置技术。
为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
一种将城镇污水处理厂污泥直接施用的自然堆肥方法，包括如下步骤：
步骤1，将待利用的土地划分网格；
步骤2，再在划分的网格上间隔分批次开挖出污泥自然发酵坑；
步骤3，再将开挖好的污泥自然发酵坑的坑底平整并压实；
步骤4，再在每个污泥自然发酵坑中分若干层倒入城镇污水处理厂的脱水污泥，并在每层 脱水污泥上面覆盖氧化钙粉末，在最上层氧化钙粉末上喷洒硫化亚铁溶液、氯化铁溶液或聚合 硫酸铁溶液；
步骤5，再对表层覆盖原土。
所述步骤1中，待利用土地所在位置的地下水位不低于6m。
所述步骤2中，污泥自然发酵坑的总面积占待利用土地面积的30％～50％。
所述步骤2中，分3～5批在划分的网格上间隔开挖污泥自然发酵坑，每年开挖一批。
所述步骤3中，污泥自然发酵坑的坑底平整并压实后，坑底的密度为1.4～1.5g/cm3。
所述步骤4中，在污泥自然发酵坑中分4～6层倒入城镇污水处理厂的脱水污泥。
所述步骤4中，每层脱水污泥的厚度为20～25cm，每层脱水污泥上面均匀铺洒1～1.25kg/m2的氧化钙粉末。
所述步骤4中，硫化亚铁溶液的浓度为1000mg/L，喷洒量为2L/m2。
所述步骤5中，原土层的厚度为20～25cm，原土采用开挖时的表土。
所述步骤1中，划分网格为矩形网格。
网格的大小可采用长×宽＝1m×1m。
所述步骤2中，污泥自然发酵坑的深度为1.2～1.5m。
本发明具有如下有益效果：
本发明在划分的网格上间隔开挖出污泥自然发酵坑，能够提高单位土地面积上的污泥处置 量，还通过分批次开挖污泥自然发酵坑来处理污泥，能够最大限度提高土地的污泥处置能力， 但又不破坏土地对污泥的处置能力；将开挖好的污泥自然发酵坑的坑底平整并压实能够有效防 止渗滤液的渗漏，防止渗滤液对地下水造成的二次污染；在每层脱水污泥上面覆盖氧化钙粉末 能够利用污泥中的水分与氧化钙粉末发生放热的化学反应，使一部分水被蒸发；反应导致的 pH升高和温度升高能够起到杀灭病原菌的作用。在最上层氧化钙粉末上喷洒硫化亚铁溶液、 氯化铁溶液或聚合硫酸铁溶液，通过硫化亚铁溶液、氯化铁溶液或聚合硫酸铁溶液能够除去臭 味，并能钝化污泥中含有的少量重金属离子；在污泥自然发酵坑的表面覆盖原土，能够不改变 土地的利用现状，并且不破坏自然景观。综上，本发明具有便捷高效、占地少、能耗低、无二 次污染、处理量大、不影响土地利用现状及不破坏自然景观等显著特点，是适合我国国情的污 泥处理处置技术。
附图说明
图1是本发明实施例提供的城镇污水厂污泥直接施用的自然堆肥方法的实现流程图；
图2为本发明实施例提供的单个污泥自然发酵坑中污泥、氧化钙粉末、硫化亚铁分层的横 断面示意图；
图3为本发明实施例提供的开挖污泥自然发酵坑的平面示意图(
Figure BDA0002661114580000051
表示第一批开挖；
Figure BDA0002661114580000052
表 示第二批开挖；
Figure BDA0002661114580000053
表示第三批开挖)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进 一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发 明。
参照图1，本发明提供的一种将城镇污水厂污泥直接施用的自然堆肥方法，按照如下步骤 进行：
1)将待利用的土地划分网格，划分网格大小为长×宽＝1m×1m，参照图1和图3；
2)参照图1，将在划分的网格上间隔分3～5批开挖出污泥自然发酵坑，污泥自然发酵坑 的尺寸为长×宽×深＝1m×1m×(1.2～1.5)m，其排列方式随机，并保留挖坑所得的原土，开 挖的污泥自然发酵坑占土地面积的30％～50％，其中，分3批开挖出污泥自然发酵坑为分3～5 年开挖，第一年开挖10％～17％，第二年开挖10％～17％，第三年开挖10％～17％；
3)将开挖好的坑底平整并压实，使坑底的密度达到1.4～1.5g/cm3；
4)在开挖好并平整、压实后的坑中分4～6层倒入城镇污水处理厂的脱水污泥，每层高度 为20～25cm，并分层覆盖氧化钙粉末，并在最后一次倒入污泥和铺洒氧化钙粉末后喷洒硫化 亚铁溶液、氯化铁溶液或聚合硫酸铁溶液，其中，硫化亚铁溶液、氯化铁溶液或聚合硫酸铁溶 液的浓度为1000mg/L，喷洒量为2L/m2；
参照图2，具体过程为：首先在平整并压实的坑底倒入20～25cm厚的城镇污水处理厂脱 水污泥，然后在污泥表面均匀铺洒1～1.25kg/m2的氧化钙粉末；之后倒入第二层20～25cm厚 的城镇污水处理厂脱水污泥，在污泥表面均匀铺洒1～1.25kg/m2的氧化钙粉末；再倒入第三层 20～25cm厚的城镇污水处理厂污泥，在污泥表面均匀铺洒1～1.25kg/m2的氧化钙粉末；再倒 入第四层20～25cm厚的城镇污水处理厂污泥，在污泥表面均匀铺洒1～1.25kg/m2的氧化钙粉 末；再倒入第五层20～25cm厚的城镇污水处理厂污泥，在污泥表面均匀铺洒1～1.25kg/m2的 氧化钙粉末；再倒入第六层20～25cm厚的城镇污水处理厂污泥，在污泥表面均匀铺洒1～1.25 kg/m2的氧化钙粉末，并均匀喷洒硫化亚铁溶液、氯化铁溶液或聚合硫酸铁溶液；其中，硫化 亚铁溶液、氯化铁溶液或聚合硫酸铁溶液的浓度为1000mg/L，喷洒量为2L/m2；
5)再对表层覆盖开挖时的原土，原土的厚度为20～25cm，并尽量采用开挖时的表土。
本发明的发明原理和实施过程为：
本发明将城镇污水处理厂的脱水污泥、氧化钙粉末以及硫化亚铁按照不同层次加入污泥自 然发酵坑中自然发酵，具体原理包括在自然条件下，利用污泥中的微生物发酵的过程。
本发明中，待利用土地所在位置的地下水位不低于6m，可有效防止渗滤液对地下水造成 的二次污染。
本发明中，将坑底平整并压实至密度达到1.4～1.5g/cm3，可有效防止渗滤液的渗漏，防止 渗滤液对地下水造成的二次污染。
本发明中将污泥分4～6层倒入污泥自然发酵坑中，并在每层均匀铺洒氧化钙粉末，其作用 在于氧化钙粉末与污泥中的水反应，其反应式为:
1kg CaO+0.32kg H2O→1.32kg Ca(OH)2+1177KJ
每投加1kg的氧化钙有0.32kg的水被结合成为Ca(OH)2，反应所生成的热相当于蒸发约 0.5kg的水所需要的热量，所以处理后污泥中一部分水被结合行程固体物质Ca(OH)2，还有一 部分水得到了蒸发。
Ca(OH)2还能发生反应，如：
1.32kg Ca(OH)2+0.8kg CO2→1.78kg CaCO3+0.32kg H2O+2212KJ
CaO和Ca(OH)2还能和污泥中所含的SiO2、Al2O3、磷酸根等发生一系列反应，如：
1.32kg Ca(OH)2+1.45kg AlPO4→1.84kg Ca3(PO4)2+0.93kg Al(OH)3
上述反应由于碱性物质的作用致使污泥的pH值升高；由于反应放热导致污泥温度升高， 反应生成物中结合了游离水，同时由于放热反应，一部分游离的水被蒸发。可达到如下的目的：
(1)杀菌：温度的升高和pH的升高可以起到杀菌的作用，从而保证在污泥处置过程中 的卫生安全性；
(2)脱水：污泥的含水率可明显降低，实现污泥固化的效果，可减少污泥中有毒有害物 质的渗漏；
(3)钝化重金属离子：投加一定量的氧化钙使污泥呈碱性，可以结合污泥中的部分金属 离子起到钝化重金属离子的效果；
(4)污泥改性：可显著改善污泥的形态，避免二次污染，渗滤液渗漏。
本发明中在第四到六层污泥表面均匀铺洒氧化钙粉末后，均匀喷洒硫化亚铁溶液、氯化铁 溶液或聚合硫酸铁溶液，其与氧化钙粉末的共同作用在于：使污泥中的有机物腐殖质分解成水， 二氧化碳和氮等稳定无毒物质，达到污泥除臭的效果。
以处理含水率为80％的城镇污水处理厂脱水污泥为例，已有的文献资料表明每公顷土地上 每年的投加量一般为几十吨，可看到文献报道最高值为225吨。如采用本发明技术方法，每年 每公顷土地上可以处理的污泥量为10000m2(1公顷土地面积)×10～17％(每年开挖比例) ×1m(单个污泥自然发酵坑长度)×1m(单个污泥自然发酵坑宽度)×0.20～0.25m(每个 污泥自然发酵坑中每层污泥的厚度)×4～6(单个污泥自然发酵坑中储存污泥的层数)×1.14 t/m3(80％城镇污水处理厂污泥的密度)＝912～2326t。与现有的污泥土地利用的方法相比，本 发明提供的方法能够最大限度的增大污泥的处理量，能够大大提高单位土地面积上的污泥处置 量。在每层污泥表面均匀铺洒氧化钙粉末，能够由于污泥中的水分与氧化钙粉末发生放热的化 学反应，使一部分水被蒸发；反应导致的pH升高和温度升高起到杀灭病原菌的作用。在最后 一层污泥表面喷洒硫化亚铁溶液，可除去臭味，并能钝化污泥中含有的少量重金属离子。在污 泥自然发酵坑的表面覆盖20～25cm的原土，不改变土地的利用现状，并且不破坏自然景观。 最后，本发明采用自然堆肥的方法，基本无能耗，操作简单，投资运行成本低，具有良好的推 广价值。
最后应该说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而并非对其限制；尽管参照 较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发 明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精 神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种将城镇污水处理厂污泥直接施用的自然堆肥方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将待利用的土地划分网格；
步骤2，再在划分的网格上间隔分批次开挖出污泥自然发酵坑；
步骤3，再将开挖好的污泥自然发酵坑的坑底平整并压实；
步骤4，再在每个污泥自然发酵坑中分若干层倒入城镇污水处理厂的脱水污泥，并在每层脱水污泥上面覆盖氧化钙粉末，在最上层氧化钙粉末上喷洒硫化亚铁溶液、氯化铁溶液或聚合硫酸铁溶液；
步骤5，再对表层覆盖原土。
2.根据权利要求1所述的一种将城镇污水处理厂污泥直接施用的自然堆肥方法，其特征在于，所述步骤2中，污泥自然发酵坑的总面积占待利用土地面积的30％～50％。
3.根据权利要求2所述的一种将城镇污水处理厂污泥直接施用的自然堆肥方法，其特征在于，所述步骤2中，分3～5批在划分的网格上间隔开挖污泥自然发酵坑，每年开挖一批。
4.根据权利要求1所述的一种将城镇污水处理厂污泥直接施用的自然堆肥方法，其特征在于，所述步骤3中，污泥自然发酵坑的坑底平整并压实后，坑底的密度为1.4～1.5g/cm3。
5.根据权利要求1所述的一种将城镇污水处理厂污泥直接施用的自然堆肥方法，其特征在于，所述步骤4中，在污泥自然发酵坑中分4～6层倒入城镇污水处理厂的脱水污泥。
6.根据权利要求1所述的一种将城镇污水处理厂污泥直接施用的自然堆肥方法，其特征在于，所述步骤4中，每层脱水污泥的厚度为20～25cm，每层脱水污泥上面均匀铺洒1～1.25kg/m2的氧化钙粉末。
7.根据权利要求6所述的一种将城镇污水处理厂污泥直接施用的自然堆肥方法，其特征在于，所述步骤4中，硫化亚铁溶液、氯化铁溶液或聚合硫酸铁溶液的浓度为1000mg/L，喷洒量为2L/m2。
8.根据权利要求6所述的一种将城镇污水处理厂污泥直接施用的自然堆肥方法，其特征在于，所述步骤5中，原土层的厚度为20～25cm，原土采用开挖时的表土。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种将城镇污水处理厂污泥直接施用的自然堆肥方法，其特征在于，所述步骤1中，划分网格为矩形网格。
10.根据权利要求9所述的一种将城镇污水处理厂污泥直接施用的自然堆肥方法，其特征在于，所述步骤2中，污泥自然发酵坑的深度为1.2～1.5m。
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