CN112898056A - 一种城市生活污泥资源化利用的先进技术 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种城市生活污泥资源化利用先进技术，其工艺过程为经预处理后的城市生活污泥按照一定比例掺加禽畜粪、辅料与高温生物菌混合，将混合后的物料通过传送带输送至混拌区，在混拌区利用自动加菌混拌推送一体机进行充分混合，混合后的物料含水率控制在50‑60％，通过铲车将物料堆建纳米膜好氧发酵仓，用石墨烯光催化纳米膜覆盖，在光照和曝气系统作用下，通过微生物菌群实现污泥高温有氧快速发酵，经12天完成发酵腐熟，去膜后转运至贮存室进行15天的陈化形成粉状有机肥，实现污泥无害化、减量化、资源化利用。

Description

一种城市生活污泥资源化利用的先进技术
技术领域
本发明涉及污泥资源化利用技术领域，特别是涉及一种城市生活污泥资源化利用先进技术。
背景技术
随着我国环保治理强度不断加大，城市生活污泥如何处理成为污水处理厂的一大难题。2020年我国城市污水处理厂产生含水量80％的生活污泥达7000多万吨，且往后每年都会快速增长。目前几乎所有污水厂都建有污泥的浓缩脱水设施，并储存保管，避免对环境造成二次污染。未经恰当处理处置的污泥进入环境后，直接给水体和大气带来二次污染，对生态环境和人类的活动构成了严重的威胁。根据2020年我国出台的固废法管理办法，污水厂污泥必须进行稳定化、无害化处理。目前市政生活污泥的处理技术通常为污泥的堆肥化处理技术、污泥的建材化技术、污泥的燃料化技术、污泥的厌氧消化(制沼气)技术，太阳能污泥干化技术、污泥的电离辐射处理技术、微波技术、污泥的微生物处理技术等正处在研发和试用阶段。目前普遍采用的处理处置路线污泥有卫生填埋、土地利用和建材利用。
从对污泥处理的趋势来看，实现污泥的资源化利用是未来的重点和发展趋势，随着环保要求的提高，卫生填埋因土地资源紧缺，填埋厂的建造空间极为有限，长期将卫生填埋作为主要的污泥处置方式将不可持续；焚烧后建材路线投资大，同时面临二次污染问题；随着我国农田改良和土地绿化率提升的实际需求，对有机肥料需求量将大幅增加。因此，研发一种先进的城市生活污泥资源化利用技术是目前城市污水处理厂所渴求的。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供了一种城市生活污泥资源化利用先进技术，可将污泥与禽畜粪、秸秆/稻壳与高温生物菌混合，在纳米膜好氧发酵仓，实现污泥高温有氧快速发酵腐熟，去膜转运贮存室陈化形成粉状有机肥。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种城市生活污泥资源化利用先进技术，其工艺过程为经预处理后的城市生活污泥按照一定比例掺加禽畜粪、辅料与高温生物菌混合，将混合后的物料通过传送带输送至混拌区，在混拌区利用自动加菌混拌推送一体机进行充分混合，混合后的物料含水率控制在50-60％，通过铲车将物料堆建纳米膜好氧发酵仓，用石墨烯光催化纳米膜覆盖，在光照和曝气系统作用下，通过微生物菌群实现污泥高温有氧快速发酵，经12天左右完成发酵腐熟，去膜后转运至贮存室进行15天的陈化形成粉状有机肥。
优选的，所述城市生活污泥的预处理是重金属和脱水处理，重金属处理采用化学方法，用EDTA、柠檬酸络合剂通过氯化作用、离子交换作用、酸化作用、螯合剂和表面活性剂的络合作用，将其中的重金属分离出来，使污泥中重金属钝化。
优选的，所述城生活污泥与禽畜粪、秸秆、稻壳等按一定比例参混，按重量百分比计，污泥40-50％，禽畜粪30-40％，辅料15-18％，高温生物菌2-5％。
优选的，所述禽畜粪为牛羊粪便，利用城市污泥和牛羊粪耦合掺混，高温生物菌作用下，在石墨烯光催化纳米膜好氧发酵仓进行静态好氧高温发酵成有机肥。
优选的，所述辅料为秸秆粉或稻壳，便于调节物料的通气性。
优选的，所述高温生物菌为PGPR超级菌种，自然发酵8小时快速升温65℃以上，耗能低，无需加温，不受季节及雨雪天气影响。
优选的，所述石墨烯光催化纳米膜，表层有抗紫外线石墨烯光催化超高分子聚脂纤维材料、中间层由具有特殊选择性的高分子纳米材料半透膜和内层由抗酸碱、抗腐蚀的超高分子聚脂纤维材料层复合而成；覆盖膜的分子过滤微孔结构可以从外部保护分解物，使其不受雨水淋湿，寒冷天气等气候影响。从内部保持气味、灰尘、细菌和病菌留在里面，但空气和水分则可以渗透。
有益效果：本发明提供了一种城市生活污泥资源化利用先进技术，其工艺过程为经稳定化预处理后的城市生活污泥按照一定比例掺加禽畜粪、辅料与高温生物菌混合，将混合后的物料通过传送带输送至混拌区，在混拌区利用自动加菌混拌推送一体机进行充分混合，混合后的物料含水率控制在50-60％，通过铲车将物料堆建纳米膜好氧发酵仓，用石墨烯光催化纳米膜覆盖，采用密封式"高温生物菌+光催化纳米膜覆盖+PLC智能控制系统+光催化联动技术”静态高温好氧发酵系统，通过微负压气体交换供氧，多因素联动控制微生物的活性，发酵过程通过仪器数据自动采集、采用计算机反馈控制,曝气供氧系统根据物料发酵过程中能量消耗，实现氧气供给的自动控制；通过保持优化发酵仓内的温度、湿度和氧气供应，有效缩短有机废弃物腐植化过程，提高发酵效率,石墨烯光催化纳米膜具有防雨、保温、透湿、除臭的功能，既能维持发酵仓一定的湿度和温度，使外界的湿气水分子或冷空气无法进入，又能确保发酵仓内水蒸气正常通过，大部分臭气和氨气被有效阻断在纳米膜内，少部分透过的臭气和氨气被光催化纳米纤维分解成二氧化碳和水，实现真正的高温无害化处理，在光照和曝气系统作用下，通过微生物菌群实现污泥高温有氧快速发酵，经12天左右完成发酵腐熟，去膜后转运至贮存室进行15天的陈化形成粉状有机肥。本发明充分利用了牛羊粪便,在降低生产成本的同时,降低了化学肥料的使用量,提供的有机肥克服了长期使用化肥给农副产品农药残留,重金属残留,改良土壤,使土壤松软，增加土壤的有机质含量,提高了土壤的肥效,而且环保高效营养均衡，同时解决养殖场畜禽粪污存放困难、难以消纳、设备维护、环境保护、废气直排等难题，石墨烯光催化纳米膜覆盖静态好氧高温发酵技术运行环节少、可靠性高、能耗低、故障率极低，自动化程度高，工艺技术先进合理，适于城市污泥的大量处理，实现城市生活污泥无害化、减量化、资源化利用。
附图说明
图1是本工艺技术的工艺流程图。
图2是石墨烯光催化纳米膜覆盖静态好氧高温发酵系统。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1：
一种城市生活污泥资源化利用先进技术，其工艺过程为经预处理后的城市生活污泥与禽畜粪、辅料与高温生物菌掺混，掺混按重量百分比为：污泥50％，禽畜粪30％，辅料18％，高温生物菌2％，辅料为秸秆粉或稻壳，混合后的物料通过传送带输送至混拌区，在混拌区利用自动加菌混拌推送一体机进行充分混合，混合后的物料含水率控制在50-60％，通过铲车将物料堆建纳米膜好氧发酵仓，用石墨烯光催化纳米膜覆盖，采用密封式"高温生物菌+光催化纳米膜覆盖+PLC智能控制系统+光催化联动技术”静态高温好氧发酵系统，通过微负压气体交换供氧，多因素联动控制微生物的活性，发酵过程通过仪器数据自动采集、采用计算机反馈控制,曝气供氧系统根据物料发酵过程中能量消耗，实现氧气供给的自动控制；通过保持优化发酵仓内的温度、湿度和氧气供应，有效缩短有机废弃物腐植化过程，提高发酵效率,石墨烯光催化纳米膜具有防雨、保温、透湿、除臭的功能，既能维持发酵仓一定的湿度和温度，使外界的湿气水分子或冷空气无法进入，又能确保发酵仓内水蒸气正常通过，大部分臭气和氨气被有效阻断在纳米膜内，少部分透过的臭气和氨气被光催化纳米纤维分解成二氧化碳和水，实现真正的高温无害化处理，在光照和曝气系统作用下，通过微生物菌群实现污泥高温有氧快速发酵，经12天左右完成发酵腐熟，去膜后转运至贮存室进行15天的陈化形成粉状有机肥。
根据农业部NY884-2012标准，对待处理的污泥及得到的生物有机肥料进行检测，检测结果如表1所示，结果表明,污泥重金属符合农用泥质标准(CJ/T309-2009)中A级污泥的限值，得到的生物有机肥料各项指标符合农业部NY884-2012标准。制得的生物有机肥主要用于城市园林绿化和林地以及农作物。
表1生物有机肥料及待处理污泥检测结果
Figure BDA0002921570740000061
城市污泥为供试材料,通过室内试验与盆栽试验，结果表明:第一茬作物玉米苗期株高,根长,地上部/地下部干重随着污泥施用量的增加均呈先增加后降低的趋势,且供试污泥施用量为12g/kg时,以上指标均为最大；而第二茬作物油菜苗期株高,根长,地上部和地下部干重随着施用量的增加多数呈增加趋势，随着供试污泥施用量的增加,第二茬作物苗期土壤有机质、氮、磷、钾含量均呈现增加趋势,且有机质和养分含量高的污泥对土壤有机质和养分的增加作用较大，施用污泥均不同程度提高了作物氮、磷、钾养分含量,且第一茬作物玉米苗期养分含量大于第二茬作物油菜。随着供试污泥施用量的增加,土壤全Cu,全Zn,全Pb,全Cd,全Cr,全As含量均呈增加趋势,且施用污泥后土壤中重金属除了Cd以铁锰氧化物结合态为主外,其余重金属Cu,Zn,Pb和Cr均以残渣态为主，施用污泥对第一茬作物玉米重金属含量地下部大于地上部,而油菜重金属含量地上部大于地下部。
实施例2：
一种城市生活污泥资源化利用先进技术，其工艺过程为经预处理后的城市生活污泥与禽畜粪、辅料与高温生物菌掺混，掺混按重量百分比为：污泥40％，禽畜粪40％，辅料15％，高温生物菌5％，辅料为秸秆粉或稻壳，混合后的物料通过传送带输送至混拌区，在混拌区利用自动加菌混拌推送一体机进行充分混合，混合后的物料含水率控制在50-60％，通过铲车将物料堆建纳米膜好氧发酵仓，用石墨烯光催化纳米膜覆盖，采用密封式"高温生物菌+光催化纳米膜覆盖+PLC智能控制系统+光催化联动技术”静态高温好氧发酵系统，通过自动控制系统保持优化发酵仓内的温度、湿度和氧气供应，有效缩短有机废弃物腐植化过程，提高发酵效率,在光照和曝气系统作用下，通过微生物菌群实现污泥高温有氧快速发酵，经12天左右完成发酵腐熟，去膜后转运至贮存室进行15天的陈化形成粉状有机肥。
根据农业部NY884-2012标准，对待处理的污泥及得到的生物有机肥料进行检测，检测结果如表2所示，结果表明,污泥重金属符合农用泥质标准(CJ/T309-2009)中A级污泥的限值，得到的生物有机肥料各项指标符合农业部NY884-2012标准。
表2生物有机肥料及待处理污泥检测结果
Figure BDA0002921570740000081
实施例3：
一种城市生活污泥资源化利用先进技术，其工艺过程为经预处理后的城市生活污泥与禽畜粪、辅料与高温生物菌掺混，掺混按重量百分比为：污泥45％，禽畜粪35％，辅料15％，高温生物菌5％，辅料为秸秆粉或稻壳，混合后的物料通过传送带输送至混拌区，在混拌区利用自动加菌混拌推送一体机进行充分混合，混合后的物料含水率控制在50-60％，通过铲车将物料堆建纳米膜好氧发酵仓，用石墨烯光催化纳米膜覆盖，采用密封式"高温生物菌+光催化纳米膜覆盖+PLC智能控制系统+光催化联动技术”静态高温好氧发酵系统，通过自动控制系统保持优化发酵仓内的温度、湿度和氧气供应，有效缩短有机废弃物腐植化过程，提高发酵效率,在光照和曝气系统作用下，通过微生物菌群实现污泥高温有氧快速发酵，经12天左右完成发酵腐熟，去膜后转运至贮存室进行15天的陈化形成粉状有机肥。
根据农业部NY884-2012标准，对待处理的污泥及得到的生物有机肥料进行检测，检测结果如表3所示，结果表明,污泥重金属符合农用泥质标准(CJ/T309-2009)中A级污泥的限值，得到的生物有机肥料各项指标符合农业部NY884-2012标准。
表3生物有机肥料及待处理污泥检测结果
Figure BDA0002921570740000091

Claims (7)

1.一种城市生活污泥资源化利用先进技术，其特征在于，其工艺过程为经预处理后的城市生活污泥按照一定比例掺加禽畜粪、辅料与高温生物菌混合，将混合后的物料通过传送带输送至混拌区，在混拌区利用自动加菌混拌推送一体机进行充分混合，混合后的物料含水率控制在50-60％，通过铲车将物料堆建纳米膜好氧发酵仓，用石墨烯光催化纳米膜覆盖，在光照和曝气系统作用下，通过微生物菌群实现污泥高温有氧快速发酵，经12天完成发酵腐熟，去膜后转运至贮存室进行15天的陈化形成粉状有机肥。
2.根据权利要求1所述的一种城市生活污泥资源化利用先进技术，其特征在于，所述城市生活污泥的预处理是重金属和脱水处理，重金属处理采用化学方法，加入EDTA、柠檬酸，通过螯合剂的络合作用，使污泥中重金属钝化。
3.根据权利要求1所述的一种城市生活污泥资源化利用先进技术，其特征在于，所述城市生活污泥与禽畜粪、辅料等按一定比例参混，按重量百分比计，污泥40-50％，禽畜粪30-40％，辅料15-18％，高温生物菌2-5％。
4.根据权利要求1所述的一种城市生活污泥资源化利用先进技术，其特征在于，所述禽畜粪为牛羊粪便，利用城市污泥和牛羊粪耦合掺混，高温生物菌作用下，在石墨烯光催化纳米膜好氧发酵仓进行静态好氧高温发酵成有机肥。
5.根据权利要求1所述的一种城市生活污泥资源化利用先进技术，其特征在于，所述辅料为秸秆粉或稻壳，便于调节物料的通气性。
6.根据权利要求1所述的一种城市生活污泥资源化利用先进技术，其特征在于，所述高温生物菌为PGPR超级菌种，自然发酵8小时快速升温65℃以上，耗能低，无需加温，不受季节及雨雪天气影响。
7.根据权利要求1所述的一种城市生活污泥资源化利用先进技术，其特征在于，所述石墨烯光催化纳米膜，表层有抗紫外线石墨烯光催化超高分子聚脂纤维材料、中间层由具有特殊选择性的高分子纳米材料半透膜和内层由抗酸碱、抗腐蚀的超高分子聚脂纤维材料层复合而成；覆盖膜的分子过滤微孔结构可以从外部保护分解物，使其不受雨水淋湿，寒冷天气等气候影响。从内部保持气味、灰尘、细菌和病菌留在里面，但空气和水分则可以渗透。
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