CN115231790B - 一种污泥热解碳化耦合污泥处理的土壤改良工艺 - Google Patents

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Abstract

一种污泥热解碳化耦合污泥处理的土壤改良工艺，通过生物炭与污泥处理工艺进行耦合制备土壤改良剂。将生物炭用作调理脱水的骨架材料，实现污泥的胞外聚合物的破壁，减少污泥调理脱水过程中化学药剂投加量，实现降低电导，提升脱水效率；生物炭用作高级厌氧消化的微生物载体与电子传递介质，提高消化效率；生物炭用作好氧发酵的辅料，减少其他辅料的添加，减少好氧发酵过程中臭味产量，缩小腐熟时间。污泥基生物炭与土壤微生物菌剂复配，污泥基生物炭与高级厌氧消化污泥复配以及污泥基生物炭与好氧发酵污泥复配形成土壤改良剂，施入土壤，提升土壤有机质，提升根系菌丝侵染，改善土壤结构，提高生物量，实现了污泥资源化利用与土壤改良效能的提高。

Description

一种污泥热解碳化耦合污泥处理的土壤改良工艺
技术领域
本发明申请属于污泥处理处置与资源化利用领域，尤其涉及一种污泥热解碳化耦合污泥处理的土壤改良工艺。
背景技术
研究表明，伴随着人民生活水平的提高和城镇化的快速发展，我国污泥年产量高达约3094万吨。污泥年产量大，含水率高，有限的消纳空间，越来越成为限制污泥处理处置与资源化利用过程中的难题。同时，我国沙化土地面积已达17.3万km2，贫瘠、矿山土壤遗留问题严重，园林绿化面积逐年增加。如何安全、经济、高效的将污泥的资源化与土壤改良进行衔接，是污泥领域迫在眉睫的问题。
早期的污泥处理工艺简单，工艺仅局限于调理脱水，干化等。伴随着国内外技术的发展，好氧发酵技术，高级厌氧消化技术，热解技术，逐步开始用于污泥的处理处置。
目前，因为流程简单、成本低廉，污泥好氧发酵技术常用于制备污泥基肥料。污泥基肥料进行土壤改良，可实现污泥中矿质营养元素与有机质等的循环利用。然而，污泥好氧发酵存在秸秆等辅料添加量大、工艺过程臭味大、土壤改良肥料性能差等问题，制约了其大规模利用。
近年来，污泥高级厌氧消化技术，已成为我国城镇污泥处理处置主流的工艺之一。但是，由于胞外聚合物破壁难，使得污泥高级厌氧消化效率不高，调理脱水困难，同样限制了该技术规模化应用。
热解技术是指生物质材料，在低氧或无氧环境下，经过一定时间的高温或低温下，形成高碳化合物。由于热解技术可削减污泥的体量，杀灭相关病原微生物，形成具有多孔性、高比表面积、含矿物元素、芳香炭结构、羟基或羧基官能团的高碳化合物，因而成为了一种新型的污泥处理处置的方法。
发明内容
本发明的目的是针对污泥处理工艺中，高级厌氧消化效率不高、脱水困难，好氧发酵辅料添加量大、臭气排放多，污泥资源化利用产品土壤改良效能低等问题；同时，为了充分利用热解技术制备的生物炭，具备良好的物理、化学、生物学特性这一优势，优化高级厌氧消化污泥，好氧发酵污泥，污泥基生物炭，三者用于土壤改良之间的关系，提出了一种污泥热解碳化耦合污泥处理的土壤改良工艺。
本发明采取的技术方案如下：
本发明通过对污泥热解碳化与污泥处理工艺进行耦合(①热解碳化处理工艺，②厌氧消化处理工艺，③好氧发酵处理工艺)(图1)，形成三种污泥资源化产品：1)污泥基生物炭耦合土壤微生物菌剂复配形成土壤改良剂，2)污泥热解碳化处理工艺耦合厌氧消化处理工艺形成土壤改良剂，3)污泥热解碳化处理工艺耦合好氧发酵处理工艺形成土壤改良剂，应用于沙化、贫瘠或矿山及园林绿化土壤改良。这三种污泥资源化产品，通过以下三种方式获得：
方式一(图2)：污泥基生物炭耦合土壤微生物菌剂复配形成土壤改良剂。将生物炭作为调理骨架材料，添加到污泥中进行调理脱水。采取低温热干化技术，热解碳化处理技术，制备污泥基生物炭。通过污泥基生物炭与土壤微生物菌剂进行复配，形成土壤改良剂，应用于沙化、贫瘠或矿山及园林绿化土壤改良。
方式二(图3)：污泥热解碳化处理工艺耦合高级厌氧消化处理工艺形成土壤改良剂。将生物炭作为微生物载体和电子传递介质，添加到厌氧环境的污泥反应罐中进行厌氧消化。将生物炭作为调理骨架材料，添加到厌氧消化污泥中进行调理脱水，生产高级厌氧消化污泥。通过高级厌氧消化污泥与经干化、热解制备的污泥基生物炭进行复配，形成土壤改良剂；污泥基生物炭与土壤微生物菌剂进行复配，形成土壤改良剂，应用于沙化、贫瘠或矿山及园林绿化土壤改良。
方式三(图4)：污泥热解碳化处理工艺耦合好氧发酵处理工艺形成土壤改良剂。将生物炭作为调理骨架材料，添加到污泥中进行调理脱水。将生物炭用作辅料投加到经调理脱水后的污泥中进行好氧发酵，生产好氧发酵污泥。通过好氧发酵污泥与经干化、热解，制备的污泥基生物炭进行复配，形成土壤改良剂；污泥基生物炭与土壤微生物菌剂进行复配，形成土壤改良剂，应用于沙化、贫瘠或矿山及园林绿化土壤改良。
一种污泥热解碳化耦合污泥处理的土壤改良工艺，所述方法包括以下步骤：
方式一：污泥基生物炭耦合土壤微生物菌剂复配形成土壤改良剂。如图2所示，在本方式中，包括下述内容：
步骤一：调理脱水：(1)向待调理污泥中分别或共同加入污泥基生物炭和生物质生物炭，并搅拌混合均匀；(2)将铁盐或铝盐混凝剂加入经过(1)处理后的污泥中并搅拌混合均匀；(3)将高分子絮凝剂加入经过(2)处理后的污泥中；(4)采用污泥脱水机对经过(3)处理的污泥进行脱水。调理脱水后的污泥，可溶性盐分总量不超过10％，相比传统调理技术，污泥电导率大幅降低，污泥含水率降至60％-70％。
1、进一步的，步骤一中，上述生物质生物炭包含但不限于，秸秆生物炭、稻壳生物炭、木屑生物炭、草本生物炭，当中的一种或几种。
2、进一步的，步骤一中，污泥基生物炭、生物质生物炭、铁盐或铝盐混凝剂、高分子絮凝剂投加顺序可根据污泥的性质进行调整。
3、进一步的，步骤一中，污泥基生物炭、生物质生物炭的投加量不超过污泥干重的50％。
4、进一步的，步骤一中，铁盐、铝盐混凝剂的投加量不超过污泥干重的10％。
5、进一步的，步骤一中，高分子絮凝剂投加量不超过污泥干重的2％。
步骤二：热干化：调理脱水后的污泥，采用低温热干化方式进行干化，干化过程中污泥温度在60-95℃之间，低温热干化后的污泥含水率降低至30％以下。
步骤三：热解碳化：(1)将热干化后的污泥，输送至热解装置进行热解，制备污泥基生物炭；(2)将经过(1)制备的污泥基生物炭，作为骨架材料，部分回流输送至步骤一：调理脱水过程中。
进一步的，步骤三中，热解温度400-800℃，升温速率10-100℃/min，污泥在装置中停留时间20-120min，通过连续热解装置产生气体，装置内实现低氧或无氧环境，或采用通入氮气、氩气、二氧化碳、水蒸气保护气氛。
步骤四：土壤改良：(1)将热解碳化制备的污泥基生物炭，接种土壤微生物菌剂；(2)将经过(1)处理的污泥基生物炭，施用于沙化、贫瘠或矿山及园林绿化土壤改良。提高菌根侵染5％-15％，提高生物量5％-20％。
1、进一步的，步骤四中，土壤微生物菌剂包括：固氮菌、根瘤菌、以及菌根真菌一种或几种；其中，菌根真菌可分为：外生菌根，用于树木和灌木；内生菌根，如：杜鹃花类菌根，用于杜鹃花科的园林绿化，兰花菌根，用于兰科的园林绿化；广泛的丛枝菌根，用于沙化或贫瘠的土壤改良。
2、进一步的，步骤四中，污泥基生物炭接种土壤微生物菌剂的接种量为10-200g/kg。
3、进一步的，步骤四中，污泥基生物炭接种土壤微生物菌剂后，土壤施入量为300kg/ha-30t/ha。
方式二：污泥热解碳化处理工艺耦合高级厌氧消化处理工艺形成土壤改良剂。如图3所示，在本方式中，包括下述内容：
步骤一：高级厌氧消化：将污泥基生物炭和生物质生物炭分别或共同添加到厌氧消化反应罐中，发酵罐温度54℃-56℃左右，在厌氧环境的微生物作用下，灭活病原菌，进行水解、产酸、产甲烷的过程。生物炭作为微生物载体与电子传递介质，调节产酸菌和产甲烷菌的生长，消化效率提升5％-20％。
1、进一步的，步骤一中，上述生物质生物炭包含但不限于，秸秆生物炭、稻壳生物炭、木屑生物炭、草本生物炭，当中的一种或几种。
2、进一步的，步骤一中，污泥基生物炭、生物质生物炭的投加量不超过污泥干重的50％。
步骤二：调理脱水：(1)向厌氧消化后的污泥中，加入污泥基生物炭和生物质生物炭，并搅拌混合均匀；(2)将铁盐或铝盐混凝剂加入经过(1)处理后的污泥中并搅拌混合均匀；(3)将高分子絮凝剂加入经过(2)处理后的污泥中；(4)采用污泥脱水机对经过(3)处理的污泥进行脱水。调理脱水后的污泥，可溶性盐分总量不超过10％，相比传统调理技术，污泥电导率大幅降低，污泥含水率降至60％-70％。
1、进一步的，步骤二中，上述生物质生物炭包含但不限于，秸秆生物炭、稻壳生物炭、木屑生物炭、草本生物炭，当中的一种或几种。
2、进一步的，步骤二中，污泥基生物炭、生物质生物炭、铁盐或铝盐混凝剂、高分子絮凝剂投加顺序可根据污泥的性质进行调整。
3、进一步的，步骤二中，污泥基生物炭、生物质生物炭的投加量不超过污泥干重的50％。
4、进一步的，步骤二中，铁盐、铝盐混凝剂的投加量不超过污泥干重的10％。
5、进一步的，步骤二中，高分子絮凝剂投加量不超过污泥干重的2％。
步骤三：土壤改良：(1)将调理脱水后的高级厌氧消化污泥，与污泥基生物炭复配；(2)将经过(1)处理的高级厌氧消化污泥，施用于沙化、贫瘠或矿山及园林绿化土壤改良。提高土壤有机质1％以上，提高生物量5％-20％。
1、进一步的，步骤三中，高级厌氧消化污泥与污泥基生物炭复配，污泥基生物炭所占质量比例不超过50％。
2、进一步的，步骤三中，高级厌氧消化污泥与污泥基生物炭复配后，土壤施入量为300kg/ha-30t/ha。
步骤四：热干化：调理脱水后的污泥，采用低温热干化方式进行干化，干化过程中污泥温度在60-95℃之间，低温热干化后的污泥含水率降低至30％以下。
步骤五：热解碳化：(1)将热干化后的污泥，输送至热解装置进行热解，制备污泥基生物炭；(2)将经过(1)制备的污泥基生物炭，作为微生物载体与电子传递介质，部分回流输送至步骤一，高级厌氧消化过程中；(3)将经过(1)制备的污泥基生物炭，作为骨架材料，部分回流输送至步骤二，调理脱水过程中；(4)将经过(1)制备的污泥基生物炭，输送至步骤三，土壤改良中，与高级厌氧消化污泥复配生产土壤改良剂。
进一步的，步骤五中，热解温度400-800℃，升温速率10-100℃/min，污泥在装置中停留时间20-120min，通过连续热解装置产生气体，装置内实现低氧或无氧环境，或采用通入氮气、氩气、二氧化碳、水蒸气保护气氛。
步骤六：土壤改良：(1)将热解碳化制备的污泥基生物炭，接种土壤微生物菌剂；(2)将经过(1)处理的污泥基生物炭，施用于沙化、贫瘠或矿山及园林绿化土壤改良。提高菌根侵染5％-15％，提高生物量5％-20％。
1、进一步的，步骤六中，土壤微生物菌剂包括：固氮菌、根瘤菌、以及菌根真菌一种或几种；其中，菌根真菌可分为：外生菌根，用于树木和灌木；内生菌根，如：杜鹃花类菌根，用于杜鹃花科的园林绿化，兰花菌根，用于兰科的园林绿化；广泛的丛枝菌根，用于沙化或贫瘠的土壤改良。
2、进一步的，步骤六中，污泥基生物炭接种土壤微生物菌剂的接种量为10-200g/kg。
3、进一步的，步骤六中，污泥基生物炭接种土壤微生物菌剂后，土壤施入量为300kg/ha-30t/ha。
方式三：污泥热解碳化处理工艺耦合好氧发酵处理工艺形成土壤改良剂。如图4所示，在本方式中，包括下述内容：
步骤一：调理脱水：(1)向待调理污泥中分别或共同加入污泥基生物炭和生物质生物炭，并搅拌混合均匀；(2)将铁盐或铝盐混凝剂加入经过(1)处理后的污泥中并搅拌混合均匀；(3)将高分子絮凝剂加入经过(2)处理后的污泥中；(4)采用污泥脱水机对经过(3)处理的污泥进行脱水。调理脱水后的污泥，可溶性盐分总量不超过10％，相比传统调理技术，污泥电导率大幅降低，污泥含水率降至60％-70％。
1、进一步的，步骤一中，上述生物质生物炭包含但不限于，秸秆生物炭、稻壳生物炭、木屑生物炭、草本生物炭，当中的一种或几种。
2、进一步的，步骤一中，污泥基生物炭、生物质生物炭、铁盐或铝盐混凝剂、高分子絮凝剂投加顺序可根据污泥的性质进行调整。
3、进一步的，步骤一中，污泥基生物炭、生物质生物炭的投加量不超过污泥干重的50％。
4、进一步的，步骤一中，铁盐、铝盐混凝剂的投加量不超过污泥干重的10％。
5、进一步的，步骤一中，高分子絮凝剂投加量不超过污泥干重的2％。
步骤二：好氧发酵：(1)向调理脱水后的污泥中分别或共同添加污泥基生物炭和生物质生物炭，混合均匀；(2)将经过(1)处理后的污泥，在室内按堆体进行堆肥，定时翻堆。生物炭作为好氧发酵辅料，减少秸秆或稻壳生物质辅料的投加量50％-100％，缩小腐熟时间5-10％，降低氨气、硫化氢、甲硫醇等臭气约10％-25％。
1、进一步的，步骤二中，上述生物质生物炭包含但不限于，秸秆生物炭、稻壳生物炭、木屑生物炭、草本生物炭，当中的一种或几种。
2、进一步的，步骤二中，污泥基生物炭、生物质生物炭的投加量不超过污泥干重的50％。
3、进一步的，步骤二中，好氧发酵的堆体，翻堆频率为3-6天/次。
步骤三：土壤改良：(1)将好氧发酵后的污泥与污泥基生物炭复配；(2)将经过(1)处理的好氧发酵污泥，施用于沙化、贫瘠或矿山及园林绿化土壤改良。提高土壤有机质1％以上，提高生物量5％-20％。
1、进一步的，步骤三中，好氧发酵污泥与污泥基生物炭复配，污泥基生物炭所占质量比例不超过50％。
2、进一步的，步骤三中，好氧发酵污泥与污泥基生物炭复配后，土壤施入量为300kg/ha-30t/ha。
步骤四：热干化：调理脱水后的污泥，采用低温热干化方式进行干化，干化过程中污泥温度在60-95℃之间，低温热干化后的污泥含水率降低至30％以下。
步骤五：热解碳化：(1)将热干化后的污泥，输送至热解装置进行热解，制备污泥基生物炭；(2)将经过(1)制备的污泥基生物炭，作为骨架材料，部分回流输送至步骤一，调理脱水过程中；(3)将经过(1)制备的污泥基生物炭，作为好氧发酵辅料，部分回流输送至步骤二，好氧发酵过程中；(4)将经过(1)制备的污泥基生物炭，输送至步骤三，土壤改良中，与好氧发酵污泥复配生产土壤改良剂。
进一步的，步骤五中，热解温度400-800℃，升温速率10-100℃/min，污泥在装置中停留时间20-120min，通过连续热解装置产生气体，装置内实现低氧或无氧环境，或采用通入氮气、氩气、二氧化碳、水蒸气保护气氛。
步骤六：土壤改良：(1)将热解碳化制备的污泥基生物炭，接种土壤微生物菌剂；(2)将经过(1)处理的污泥基生物炭，施用于沙化、贫瘠或矿山及园林绿化土壤改良。提高菌根侵染5％-15％，提高生物量5％-20％。
1、进一步的，步骤六中，土壤微生物菌剂包括：固氮菌、根瘤菌、以及菌根真菌一种或几种；其中，菌根真菌可分为：外生菌根，用于树木和灌木；内生菌根，如：杜鹃花类菌根，用于杜鹃花科的园林绿化，兰花菌根，用于兰科的园林绿化；广泛的丛枝菌根，用于沙化或贫瘠的土壤改良。
2、进一步的，步骤六中，污泥基生物炭接种土壤微生物菌剂的接种量为10-200g/kg。
3、进一步的，步骤六中，污泥基生物炭接种土壤微生物菌剂后，土壤施入量为300kg/ha-30t/ha。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、污泥基生物炭和生物质生物炭(秸秆、稻壳、木屑、草本生物炭)，具有大量的活性点位，可通过电中和、吸附等作用对胞外聚合物进行破壁，提升脱水性能，改善污泥毛细吸水时间，减小污泥比阻；同时，脱水压滤过程中，提供自由水通道，减少毛细管堵塞等问题，提高脱水速度。添加生物炭，减少化学药剂的使用，避免引入过多的盐分，实现降电导的目的，有利于土地利用。生物炭用作调理脱水的骨架材料，可提高脱水性能5％-30％。
2、污泥基生物炭和生物质生物炭，具有丰富的孔隙通道，为好氧微生物提供生长环境；碳含量高，可以调节污泥中的C/N比。污泥基生物炭和生物质生物炭，用作好氧发酵的辅料，可降低秸秆等生物质辅料的投加量50％-100％，缩小腐熟时间5％-10％，降低氨气、硫化氢、甲硫醇等臭气10％-25％。
3、污泥基生物炭和生物质生物炭，具有比表面积大，矿物元素多样，矿物表面含有芳香结构、羟基或羧基官能团等特征。污泥基生物炭和生物质生物炭，用作高级厌氧消化的微生物载体与电子传递介质，可调节产酸菌和产甲烷菌的生长所需的pH范围6.0-7.2，提供上述微生物的生长环境，可提高高级厌氧消化效率5％-20％。
4、污泥基生物炭和生物质生物炭，孔隙发达、具备较大的阳离子交换量，含有丰富的氮、磷、钾等矿质营养元素和相对稳定的碳含量，可以调节土壤酸碱性、改善土壤的物理结构，提供土壤微生物适宜的环境。生物炭与固氮菌、根瘤菌、内生菌根、外生菌根和丛植菌根配施，菌剂的添加比例为10-200g/kg，用于沙化、贫瘠或矿山土壤改良及园林绿化，施入土壤的比例为300kg/ha-30t/ha，提高菌根侵染5％-15％，生物量提高5％-20％。
综上所述，本发明通过调理脱水技术、高级厌氧消化技术、好氧发酵技术与热解技术耦合联用，用于强化土壤改良。生物炭用作调理脱水的骨架材料，实现污泥的胞外聚合物的破壁，提升脱水效率，减少污泥调理脱水过程中药剂投加量，实现降电导的作用；用作高级厌氧消化的微生物载体与电子传递介质，提高消化效率；用作好氧发酵的辅料，减少其他辅料的添加比例，减少好氧发酵过程中臭味产量。最终，生物炭与固氮菌、根瘤菌、内生菌根、外生菌根和丛植菌根配施，提高了菌根的侵染，有益于沙化、贫瘠或矿山土壤改良及园林绿化的乔木、灌木及花卉的生长。
附图说明
图1是本发明的整体工艺流程图。包括：污泥热解碳化与污泥处理工艺进行耦合制备土壤改良剂(①热解碳化处理工艺，②厌氧消化处理工艺，③好氧发酵处理工艺)。
图2是整体工艺的一部分。即，方式一：污泥基生物炭耦合土壤微生物菌剂复配形成土壤改良剂。
图3是整体工艺的一部分。即，方式二：污泥热解碳化处理工艺耦合高级厌氧消化处理工艺形成土壤改良剂。
图4是整体工艺的一部分。即，方式三：污泥热解碳化处理工艺耦合好氧发酵处理工艺形成土壤改良剂。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
污泥基生物炭和生物质生物炭(秸秆、稻壳、木屑、草本生物炭)分别或共同投加到污泥调理脱水过程中，用作调理脱水骨架材料，实现污泥的胞外聚合物的破壁，提升脱水效率，减少污泥调理脱水过程中药剂投加量，避免引入过多的可溶性盐分，实现降低电导率的作用。污泥基生物炭和生物质生物炭分别或共同投加到高级厌氧消化过程中，用作高级厌氧消化的微生物载体与电子传递介质，提高厌氧消化效率。污泥基生物炭和生物质生物炭分别或共同投加到好氧发酵过程中，用作好氧发酵的辅料，减少其他辅料的添加，减少好氧发酵过程中臭味产量。
生物炭具备低电导率，多孔性，高比表面积、含丰富矿物元素、羟基或羧基官能团的特性，有利于改良土壤孔隙度和土壤团聚体结构、提升土壤有机质和矿质养分。污泥基生物炭与土壤微生物菌剂复配，污泥基生物炭与高级厌氧消化污泥复配以及污泥基生物炭与好氧发酵污泥复配，形成土壤改良剂，具备良好的土壤改良效果。
实施例1
某污水处理厂，在污泥调理脱水单元，将污泥基生物炭(添加量为5％的污泥干重)，稻壳生物炭(添加量为5％的污泥干重)，聚合硫酸铝(添加量为2％污泥干重)和高分子絮凝剂PAM(添加量为4‰污泥干重)，混匀后加入到污泥中进行调理，搅拌混匀，反应1小时后，输送至污泥脱水机，进行压滤脱水，污泥含水率降至60％，调理脱水后的污泥电导率增加了7％，脱水滤液经生物炭吸附新污染物后，排至污水处理厂。采用低温干化机，将调理脱水后的污泥，干化至含水率20％后，通过热解装备，制备出污泥基生物炭。其中，热解的工艺参数为：热解温度600℃，污泥在装置中停留时间60min，装置内通入氮气保护实现低氧或无氧环境。
菌根微生物菌剂按60g/kg的比例添加到污泥基生物炭中，混合均匀后，作为土壤改良剂，配合灌溉设备，施入沙化土壤，施入量为2t/ha。沙化土壤种植沙生植物白刺，约90天后，白刺地上部分生物量、地下部分生物量、地上部分氮含量、地下部分氮含量，分别比未添加土壤改良剂的白刺提升了20％、21％、16％、18％。白刺的菌根侵染率为13％，沙化土壤的有机质增加了1％，土壤团聚体结构明显改善，土壤氮含量增加了5％。
实施例2
某污水处理厂，在污泥调理脱水单元，将秸秆生物炭(添加量为10％的污泥干重)，聚合硫酸铝(添加量为1％污泥干重)，高分子絮凝剂PAM(添加量为2‰污泥干重)，按先后顺序，依次加入污泥中进行调理，搅拌混匀，反应1小时后，输送至污泥脱水机，进行压滤脱水，污泥含水率降至60％，调理脱水后的污泥电导率升高了5％，脱水滤液经生物炭吸附新污染物后，排至污水处理厂。采用低温干化机，将调理脱水后的污泥干化至含水率20％后，通过热解装备，制备出污泥基生物炭。其中，热解的工艺参数为：热解温度600℃，污泥在装置中停留时间60min，装置内通入氮气保护实现低氧或无氧环境。
菌根微生物菌剂按80g/kg的比例，添加到污泥基生物炭中，混合均匀后，作为土壤改良剂，使用灌溉设备，施入沙化土壤中，施入量为5t/ha。沙化土壤种植沙生植物白刺，约90天后，白刺地上部分生物量、地下部分生物量、地上部分氮含量、地下部分氮含量，分别比未添加土壤改良剂的白刺提升了10％、14％、16％、18％。白刺的菌根侵染率为15％，沙化土壤的有机质增加了2％，土壤团聚体结构明显改善，土壤持水性提高。
实施例3
某污水处理厂，在污泥厌氧消化单元，将污泥基生物炭作为高级厌氧消化的微生物载体和强化电子传递介质，投加到厌氧消化反应罐中进行厌氧消化反应，投加量为10％的污泥干重，消化效率和产气效率提升了5％。在污泥调理脱水单元，向厌氧消化污泥中，按先后顺序，依次加入污泥基生物炭(添加量为15％的污泥干重)，聚合硫酸铝(添加量为3％污泥干重)，高分子絮凝剂PAM(添加量为3‰污泥干重)进行调理，搅拌混匀，反应1小时后，输送至污泥脱水机进行脱水，使得污泥含水率降至70％，调理脱水后的污泥电导率升高了5％，脱水滤液经生物炭吸附新污染物后，排至污水处理厂。采用低温干化机，将调理脱水后的污泥，干化至含水率19％后，使用热解装备，制备出污泥基生物炭。热解装备的工艺参数为：热解温度600℃，污泥在装置中停留时间60min，通过连续热解装置，实现设备无氧环境下连续运行。
菌根微生物菌剂按80g/kg的比例，添加到污泥基生物炭中，混合均匀后，作为土壤改良剂，施入沙土中，施用量为5t/ha，种植紫苜蓿。35天后，紫苜蓿分蘖枝数目，比未添加土壤改良剂的紫苜蓿，平均增加了1根。紫苜蓿地上部分生物量、地下部分生物量、地上部分氮含量、地下部分氮含量，分别比未添加土壤改良剂的紫苜蓿提高了15％、18％、12％、17％。
5吨厌氧消化污泥与0.5吨污泥基生物炭混合均匀后，作为土壤改良剂，播撒到某园林绿化示范区，施用量为5t/ha。3个月后，施用了该土壤改良剂的园林绿化植被，比未使用土壤改良剂的植被，长势明显提升，土壤有机碳提升2％。
实施例4
某污水处理厂，在污泥厌氧消化单元，使用稻壳生物炭作为高级厌氧消化的微生物载体和强化电子传递介质，投加到厌氧消化反应罐中进行厌氧消化反应，投加量为5％的污泥干重，消化效率和产气效率提升了5％以上。在污泥调理脱水单元，按先后顺序，将稻壳生物炭(添加量为10％的污泥干重)，聚合硫酸铝(添加量为2％污泥干重)，高分子絮凝剂PAM(添加量为3‰污泥干重)加入厌氧消化污泥中进行调理，搅拌混匀，反应1小时后，输送至污泥脱水机进行脱水，使得污泥含水率降至65％，调理脱水后的污泥电导率升高了6％，脱水滤液经生物炭吸附新污染物后，排至污水处理厂。采用低温干化机，将调理脱水后的污泥，干化至含水率19％后，使用热解装备，制备出污泥基生物炭。热解装备的工艺参数为：热解温度650℃，污泥在装置中停留时间60min，通过连续热解装置，实现设备无氧环境下连续运行。
菌剂添加比例为100g/kg，作为土壤改良剂，配合灌溉设备，施入沙化土壤，施用量为3t/ha，种植沙生植物白刺。80天后，白刺地上部分生物量、地下部分生物量、地上部分氮含量、地下部分氮含量，分别比未添加土壤改良剂的白刺提升了19％、25％、17％、18％。白刺菌根侵染率为14％，沙化土壤有机碳提升了2％。
5吨高级厌氧消化污泥与0.4吨污泥基生物炭混合均匀后，作为土壤改良剂，施入沙化土壤，施用量为3t/ha，种植植物为沙生植物白刺。80天后，白刺地上部分生物量、地下部分生物量、地上部分氮含量、地下部分氮含量，分别比未添加土壤改良剂白刺提升了20％、21％、10％、18％，土壤有机碳提升了2％。
实施例5
某污水处理厂，在污泥调理脱水单元，按先后顺序，依次向待调理污泥中加入稻壳生物炭(添加量为10％的污泥干重)，聚合硫酸铝(添加量为2％污泥干重)，高分子絮凝剂PAM(添加量为1‰污泥干重)进行调理，搅拌混匀，反应1小时后，输送至污泥脱水机，进行压滤脱水，污泥含水率降至70％，调理脱水后的污泥电导升高了4％，脱水滤液经生物炭吸附新污染物后，排至污水处理厂。在污泥好氧发酵单元，将稻壳生物炭(添加量为10％的污泥干重)，作为好氧发酵辅料，与调理脱水后的污泥，进行堆肥发酵，每3天翻堆一次。臭味产生量削减了20％，发酵腐熟时间由20天削减到18天。
将好氧发酵污泥，作为土壤改良剂，播撒到某园林绿化示范区，土壤类型为褐土，施用量为6t/ha。3个月后，施用了该土壤改良剂的园林绿化植被长势较好，土壤有机碳提升了2％，土壤氮和磷提升了2％以上。

Claims (3)

1.一种污泥热解碳化耦合污泥处理的土壤改良工艺，其特征在于：所述工艺包括三个实施方式：
方式一：污泥基生物炭耦合土壤微生物菌剂复配形成土壤改良剂；在本方式中，包括下述内容：
步骤一：调理脱水：(1)向待调理污泥中共同加入污泥基生物炭和生物质生物炭，并搅拌混合均匀；(2)将铁盐、铝盐混凝剂加入经过(1)处理后的污泥中并搅拌混合均匀；(3)将高分子絮凝剂加入经过(2)处理后的污泥中；(4)采用污泥脱水机对经过(3)处理的污泥进行脱水；
步骤二：热干化：调理脱水后的污泥，采用低温热干化方式进行干化，干化过程中污泥温度在60-95℃之间，低温热干化后的污泥含水率降低至30％以下；
步骤三：热解碳化：(1)将热干化后的污泥，输送至热解装置进行热解，制备污泥基生物炭；(2)将经过(1)制备的污泥基生物炭，作为骨架材料，部分回流输送至步骤一：调理脱水过程中；
步骤四：土壤改良：(1)将热解碳化制备的污泥基生物炭，接种10-200g/kg土壤微生物菌剂；(2)将经过(1)处理的污泥基生物炭，施用于沙化、贫瘠、矿山、园林绿化中的一种的土壤改良，土壤施入量为300kg/ha-30t/ha；
方式二：污泥热解碳化处理工艺耦合高级厌氧消化处理工艺形成土壤改良剂；在本方式中，包括下述内容：
步骤一：高级厌氧消化：将污泥基生物炭和生物质生物炭共同添加到厌氧消化反应罐中，发酵罐温度54℃-56℃，在厌氧环境的微生物作用下，灭活病原菌，进行水解、产酸、产甲烷的过程；
步骤二：调理脱水：(1)向厌氧消化后的污泥中共同加入污泥基生物炭和生物质生物炭，并搅拌混合均匀；(2)将铁盐、铝盐混凝剂加入经过(1)处理后的污泥中并搅拌混合均匀；(3)将高分子絮凝剂加入经过(2)处理后的污泥中；(4)采用污泥脱水机对经过(3)处理的污泥进行脱水；
步骤三：土壤改良：(1)将调理脱水后的高级厌氧消化污泥，与污泥基生物炭复配，污泥基生物炭所占质量比例不超过50％；(2)将经过(1)处理的高级厌氧消化污泥，施用于沙化、贫瘠、矿山、园林绿化中的一种的土壤改良，土壤施入量为300kg/ha-30t/ha；
步骤四：热干化：调理脱水后的污泥，采用低温热干化方式进行干化，干化过程中污泥温度在60-95℃之间，低温热干化后的污泥含水率降低至30％以下；
步骤五：热解碳化：(1)将热干化后的污泥，输送至热解装置进行热解，制备污泥基生物炭；(2)将经过(1)制备的污泥基生物炭，作为微生物载体与电子传递介质，部分回流输送至步骤一，高级厌氧消化过程中；(3)将经过(1)制备的污泥基生物炭，作为骨架材料，部分回流输送至步骤二，调理脱水过程中；(4)将经过(1)制备的污泥基生物炭，输送至步骤三，土壤改良中，与高级厌氧消化污泥复配生产土壤改良剂；
步骤六：土壤改良：(1)将热解碳化制备的污泥基生物炭，接种10-200g/kg土壤微生物菌剂；(2)将经过(1)处理的污泥基生物炭，施用于沙化、贫瘠、矿山、园林绿化中的一种的土壤改良，土壤施入量为300kg/ha-30t/ha；
方式三：污泥热解碳化处理工艺耦合好氧发酵处理工艺形成土壤改良剂；在本方式中，包括下述内容：
步骤一：调理脱水：(1)向待调理污泥中共同加入污泥基生物炭和生物质生物炭，并搅拌混合均匀；(2)将铁盐、铝盐混凝剂加入经过(1)处理后的污泥中并搅拌混合均匀；(3)将高分子絮凝剂加入经过(2)处理后的污泥中；(4)采用污泥脱水机对经过(3)处理的污泥进行脱水；
步骤二：好氧发酵：(1)向调理脱水后的污泥中共同添加污泥基生物炭和生物质生物炭，混合均匀；(2)将经过(1)处理后的污泥，在室内按堆体进行堆肥，定时翻堆，翻堆频率为3-6天/次；
步骤三：土壤改良：(1)将好氧发酵后的污泥与污泥基生物炭复配，污泥基生物炭所占质量比例不超过50％；(2)将经过(1)处理的好氧发酵污泥，施用于沙化、贫瘠、矿山、园林绿化中的一种的土壤改良，土壤施入量为300kg/ha-30t/ha；
步骤四：热干化：调理脱水后的污泥，采用低温热干化方式进行干化，干化过程中污泥温度在60-95℃之间，低温热干化后的污泥含水率降低至30％以下；
步骤五：热解碳化：(1)将热干化后的污泥，输送至热解装置进行热解，制备污泥基生物炭；(2)将经过(1)制备的污泥基生物炭，作为骨架材料，部分回流输送至步骤一，调理脱水过程中；(3)将经过(1)制备的污泥基生物炭，作为好氧发酵辅料，部分回流输送至步骤二，好氧发酵过程中；(4)将经过(1)制备的污泥基生物炭，输送至步骤三，土壤改良中，与好氧发酵污泥复配生产土壤改良剂；
步骤六：土壤改良：(1)将热解碳化制备的污泥基生物炭，接种10-200g/kg土壤微生物菌剂；(2)将经过(1)处理的污泥基生物炭，施用于沙化、贫瘠、矿山、园林绿化中的一种的土壤改良，土壤施入量为300kg/ha-30t/ha；
以上所述生物质生物炭包含秸秆生物炭、稻壳生物炭、木屑生物炭、草本生物炭中的一种；上述调理脱水步骤中，所述污泥基生物炭和生物质生物炭的投加量不超过污泥干重的50％；所述铁盐、铝盐混凝剂的投加量不超过污泥干重的10％；所述高分子絮凝剂投加量不超过污泥干重的2％；
上述热解碳化步骤中，热解参数为：热解温度400-800℃，升温速率10-100℃/min，污泥在装置中停留时间20-120min，通过连续热解装置产生气体，装置内采用通入氮气、氩气、二氧化碳、水蒸气保护气体中的一种；
上述土壤改良步骤中，所述土壤微生物菌剂包括：固氮菌、根瘤菌以及菌根真菌一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种污泥热解碳化耦合污泥处理的土壤改良工艺，其特征在于：所述菌根真菌包括外生菌根，内生菌根和广泛的丛枝菌根。
3.根据权利要求2所述的一种污泥热解碳化耦合污泥处理的土壤改良工艺，其特征在于：所述内生菌根为杜鹃花类菌根和兰花菌根。
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