CN115490408A - 一种用于优化市政污泥生物干化技术的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污泥处理与处置领域，提出一种用于优化市政污泥生物干化技术的方法，包括：筛选菌种，取市政污泥好氧堆肥高温期的堆芯污泥，选取嗜热菌种；复配菌剂，将嗜热菌属与自养菌属按一定比例混合，包括嗜热菌属和自养菌属，嗜热菌属和自养菌属按比例复配；产热升温，将菌剂与市政污泥原料以及调理剂混合后发酵；嗜热自养；鼓风干化；翻堆；机械压滤5‑7天制作生物质燃料；每月重复上述过程n次；本发明通过调节调理剂比例及含水率，达到热电厂焚烧要求，变废为宝，将市政污泥最终制作为生物质燃料棒，实现了市政污泥的资源化和减量化。
Description
技术领域
本发明涉及污泥处理与处置领域，特别是指一种用于优化市政污泥生物干化技术的方法。
背景技术
市政污泥是错置的资源，其含有丰富的有机质及氮、磷、钾等营养元素，若处置不当会造成大气、水体、土壤环境污染；按照“减量化、稳定化、无害化和资源化”的处置目标，常见的处置方法包括填埋、焚烧、农用、建筑和工程制品等；
在市政污泥的处理过程中，脱水是现阶段污泥处置的限制性缓解，市政污泥含水量一般大于90％，在污泥无害化和资源化处理前，必须将污泥的含水量降至低于60％，污泥制砖或其他建筑和工程材料时，含水率需要降至低于40％，污泥制肥料或焚烧发电等方面时的含水量需要降至低于30％；目前城市污水处理厂所产生的脱水污泥通常含水率都比较高，即使在污水处理厂经浓缩脱水处理后，其含水率仍会高达80％左右，此时的污泥具有体积大、生化性质不稳定、运输不方便等缺点；因此，需要对污泥进行干化处理，以降低污泥的含水率，减少污泥的体积，这是目前解决污泥处置问题的关键所在；
现在使用的去除污泥中大量水分的方法是对含水率80％左右的污泥进行污泥干化；目前，污泥干化技术主要有热干化脱水技术、水热脱水技术、深度脱水技术、生物干化技术等；热干化技术主要包括电能干化法、蒸汽干化法、太阳能干化法等；电能干化法存在能耗高、效率低的缺点，不适于用电紧张、泥量大的污水处理厂，同时需要高温高压脱水设备，这也限制了其工业规模；蒸汽干化法利用蒸汽热能，经过换热器壳层进行热交换，其耗能高、投资高等缺点，不符合可持续发展理念；基于太阳能的太阳能干燥法，借助传统温室干燥工艺进行干燥，其受太阳辐射的不稳定的限制，占地面积大且产生的氨气有害气体挥发易造成大气污染；水热脱水技术，是在密闭压力容器中120～240℃的温度下进行污泥热水解脱水的技术，水热处理过程中，EPS溶解或分解释放其结合水，细胞壁破坏溢出细胞内水，并将难降解有机物质转化为易降解物质，提高其生物降解性，研究显示，180℃水热处理30min即可改善污泥的脱水性，压滤后含水量从85％降低至33％，但副反应形成焦炭和焦油限制了该技术的实际应用，且能耗高，因地制宜受周围环境限制，因此，现有热干化法的脱水技术在能耗、生态和环保方面具有一定的局限性；
污泥的生物干化技术最早由美国康奈尔大学Jewell等人于1984年研究牛粪生物干燥的操作参数时提出的，在生物干化过程中，通过微生物降解有机物进行好氧降解、产生热量，同时配以大量的通风，以实现水分的去除；生物干化的原理是，微生物在通风供氧条件下利用污泥中的易降解有机物进行好氧呼吸，在满足自身繁殖生长需要的同时释放大量的生物能，这部分生物能使物料的温度明显升高，一般可达到55℃，最高可以达70℃及以上，同时，微生物的活动还可使污泥中束缚水活化，令其更容易因温度升高而蒸发，污泥中水分经生物能加热转化成水蒸气，并通过强制对流和自由扩散进入物料的间隙，再由风机鼓入的干燥空气带出体系，从而实现连续不断的脱水干化；生物干化技术具有耗能低、投资少、周期短、占用面积小等优点，其在污泥处理方面有着更为良好的发展前景；
但现有生物干化技术仍存在发热缓慢、需要消耗污泥内有机质，降低污泥生物质属性、产生的干化后污泥出路困难等问题；传统的高能耗、易产生污染等污泥脱水措施逐步受到限制，应找到消耗有机质量少、成本低、节能环保等符合我国资源循环利用和可持续发展要求的新型生物干化技术。
发明内容
本发明提出一种用于优化市政污泥生物干化技术的方法，本着利用最小的有机物降解产热，尽量利用无机质(保留污泥内有机质为能源物质)的目的，利用堆肥高温期污泥，筛选嗜热干化菌种、自养型碳捕获菌种，包括如枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等，自制复配菌剂，一方面好氧嗜热菌为堆体提供热量，使水分转化为水蒸气，排出堆体；另一方面，自养型细菌不需要消耗现成的有机物，利用二氧化碳合成有机物，增加污泥中有机质含量，最终5～7 天污泥即能干化至30～40％含水率(质量比)，之后采用机械压滤设备，通过调节调理剂比例及含水率，达到热电厂焚烧要求，变废为宝，将市政污泥最终制作为生物质燃料棒，实现了市政污泥的资源化和减量化。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于优化市政污泥生物干化技术的方法，包括：
筛选菌种，取市政污泥好氧堆肥高温期的堆芯污泥，选取嗜热菌种；
复配菌剂，将嗜热菌属与自养菌属按一定比例混合，包括嗜热菌属和自养菌属，嗜热菌属和自养菌属按比例复配，可以相互提供底物共同繁殖生长；
产热升温，将菌剂与市政污泥原料以及调理剂混合后发酵，堆体自产热能力强，可使物料最高温度75℃以上；
嗜热自养，利用无机物进行生长繁殖，并制造有机物；
鼓风干化，在高温环境下，产生大量水蒸气，利用空气对流排出水分，进行快速干化；
翻堆；
机械压滤5-7天制作生物质燃料；
每月重复上述过程n次，根据污泥的产生量以及处理污泥的速度，每月分批进行多次污泥处理；
其中，产热升温、嗜热自养、鼓风干化及翻堆为同时进行，或者在产热升温、嗜热自养的过程中定时进行所述鼓风干化或翻堆。
进一步，在筛选菌种时，利用平板划线法进行多次富集、筛选来筛选菌种。
进一步，在筛选菌种时，选取的所述嗜热菌种包括但不限于Bacillus、Geobacillus、 Ureibacillus或Firmicutes，并使用其中的一种或多种，通常情况下，多种菌种同时使用，共同发挥作用。
进一步，在复配菌剂中，使用的所述自养菌属包括但不限于Rhodococcus、desulfurization bacteria、Alicyclobacillus，并使用其中的一种或多种，通常情况下，多种菌种同时使用，共同发挥作用。
进一步，在复配菌剂中，所述嗜热菌属与所述自养菌属的复配比例为100:1—1:100，比如90:1,80:1，70：1，75:1，60:1，55,1，50:1，40:1，30:1，1:1，1：30,1:50,1:60,1:70,1:75， 1:80，等，根据污泥的成分以及预期达到的干化效果，在该区间内进行适应性调整。
进一步，在产热升温中，升温时间为2-3天，发酵时间为至升温后再持续2-4天，即总时间为5-7天。
进一步，在产热升温中，所述调理剂包括但不限于花生壳、小麦秸秆或树皮，并使用其中的一种或多种，比如，可以单独使用花生壳、小麦秸秆或者树皮，可以使用花生壳与小麦秸秆的混合物、花生壳与树皮的混合物、小麦秸秆与树皮的混合物等；
所述调理剂与污泥的质量比为：1:3—1:5，比如，1:3.5，1:3.7，1:3.8,1:3.9，1:4,1:4.5,1:5 等。
进一步，在产热升温中，所述菌剂与市政污泥及调理剂的的比例为10L:10T:1T—10L:10T:3T，比如10L:10T:1.5T，10L:10T:1.75T，10L:10T:2T，10L:10T:2.25T，10L:10T:2.5T。
进一步，所述产热升温与嗜热自养的过程伴随产热升温同步进行，持续时间5-7天。
更进一步，在机械压滤中，机械压滤后，污泥的含水率降至30-40％，通过机械压滤将含水率30-40％左右的污泥与调理剂挤压成型，制成生物质燃料，其热值在2000～3500大卡·kg-1左右，用于焚烧发电；
所述生物质燃料的含水率低于20％，含水率可降至18％，15％，12％。
本发明本着利用最小的有机物降解产热，尽量利用无机质(保留污泥内有机质为能源物质)的目的，利用堆肥高温期污泥，筛选嗜热干化菌种、自养型碳捕获菌种，包括如枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等，自制复配菌剂，一方面好氧嗜热菌为堆体提供热量，使水分转化为水蒸气，排出堆体；另一方面，自养型细菌不需要消耗现成的有机物，利用二氧化碳合成有机物，增加污泥中有机质含量，最终5～7天污泥即能干化至30～40％含水率(质量比)，之后采用机械压滤设备，通过调节调理剂比例及含水率，达到热电厂焚烧要求，变废为宝，将市政污泥最终制作为生物质燃料棒，实现了市政污泥的资源化和减量化。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的具体实施例一中，一种用于优化市政污泥生物干化技术的方法，包括：筛选菌种，取市政污泥好氧堆肥高温期的堆芯污泥，选取嗜热菌种；
复配菌剂，将嗜热菌属与自养菌属按一定比例混合，包括嗜热菌属和自养菌属，嗜热菌属能够在中温和高温环境下生长，嗜热菌属和自养菌属按比例复配，可以相互提供底物、共同繁殖生长；
产热升温，将菌剂与市政污泥原料以及调理剂混合后发酵，堆体自产热能力强，可使物料最高温度75℃以上；
嗜热自养，利用无机物进行生长繁殖，并制造有机物；
鼓风干化，在高温环境下，产生大量水蒸气，利用空气对流排出水分，进行快速干化；
翻堆；
机械压滤5-7天制作生物质燃料；
每月重复上述过程n次，根据污泥的产生量以及处理污泥的速度，每月分批进行多次污泥处理；
其中，产热升温、嗜热自养、鼓风干化及翻堆为同时进行，或者在产热升温、嗜热自养的过程中定时进行所述鼓风干化或翻堆。
进一步，在筛选菌种时，利用平板划线法进行多次富集、筛选来筛选菌种。
进一步，在筛选菌种时，选取的所述嗜热菌种包括但不限于Bacillus、Geobacillus、Ureibacillus、Firmicutes，嗜热菌属包含十几种，多种嗜热菌属一起混合使用。
进一步，在复配菌剂中，使用的所述自养菌属包括但不限于Rhodococcus，desulfurization bacteria，Alicyclobacillus，自养菌属包含十几种，多种嗜热菌属一起混合使用。
进一步，在复配菌剂中，所述嗜热菌属与所述自养菌属的复配比例为1:1。
进一步，在产热升温中，升温时间为2天，发酵时间为至升温后2天。
进一步，在产热升温中，所述调理剂为花生壳。
进一步，在产热升温中，所述菌剂与市政污泥及调理剂的的比例为10L:10T:1T。
进一步，所述产热升温与嗜热自养的过程伴随产热升温同步进行，持续时间5.5天。
进一步，在机械压滤中，经产热升温、嗜热自养、翻堆后，含水率降至50％左右，通过机械压滤将含水率40％左右的污泥与调理剂挤压成型，制成生物质燃料，生物质燃料的含水率为20％左右。
在本发明的具体实施例二中，一种用于优化市政污泥生物干化技术的方法，包括：筛选菌种，取市政污泥好氧堆肥高温期的堆芯污泥，选取嗜热菌种；
复配菌剂，将嗜热菌属与自养菌属按一定比例混合，包括嗜热菌属和自养菌属，嗜热菌属和自养菌属按比例复配，可以相互提供底物共同繁殖生长；
产热升温，将菌剂与市政污泥原料以及调理剂混合后发酵，堆体自产热能力强，可使物料最高温度75℃以上；
嗜热自养，利用无机物进行生长繁殖，并制造有机物；
鼓风干化，在高温环境下，产生大量水蒸气，利用空气对流排出水分，进行快速干化；
翻堆；
机械压滤5-7天制作生物质燃料；
每月重复上述过程n次，根据污泥的产生量以及处理污泥的速度，每月分批进行多次污泥处理；
其中，产热升温、嗜热自养、鼓风干化及翻堆为同时进行，或者在产热升温、嗜热自养的过程中定时进行所述鼓风干化或翻堆。
进一步，在筛选菌种时，利用平板划线法进行多次富集、筛选来筛选菌种。
进一步，在筛选菌种时，选取的所述嗜热菌种包括但不限于Bacillus，Geobacillus， Ureibacillus，Firmicutes，嗜热菌属包含十几种，多种嗜热菌属一起混合使用。
进一步，在复配菌剂中，使用的所述自养菌属包括但不限于Rhodococcus，desulfurization bacteria，Alicyclobacillus，自养菌属包含十几种，多种嗜热菌属一起混合使用。
进一步，在复配菌剂中，所述嗜热菌属与所述自养菌属的复配比例为1:50。
进一步，在产热升温中，升温时间为2.5天，发酵时间为至升温后3天。
进一步，在产热升温中，所述调理剂为小麦秸秆。
进一步，在产热升温中，所述菌剂与市政污泥及调理剂的的比例为10L:10T:2T。
进一步，所述产热升温与嗜热自养的过程伴随产热升温同步进行，持续时间6天。
进一步，在机械压滤中，经产热升温、嗜热自养、翻堆后，含水率降至30％左右，通过机械压滤将含水率30％左右的污泥与调理剂挤压成型，制成生物质燃料，生物质燃料的含水率为16％左右。
在本发明具体实施例三中，一种用于优化市政污泥生物干化技术的方法，包括：筛选菌种，取市政污泥好氧堆肥高温期的堆芯污泥，选取嗜热菌种；
复配菌剂，将嗜热菌属与自养菌属按一定比例混合，包括嗜热菌属和自养菌属，嗜热菌属和自养菌属按比例复配，可以相互提供底物共同繁殖生长；
产热升温，将菌剂与市政污泥原料以及调理剂混合后发酵，堆体自产热能力强，可使物料最高温度75℃以上；
嗜热自养，利用无机物进行生长繁殖，并制造有机物；
鼓风干化，在高温环境下，产生大量水蒸气，利用空气对流排出水分，进行快速干化；
翻堆；
机械压滤5天制作生物质燃料；
每月重复上述过程n次，根据污泥的产生量以及处理污泥的速度，每月分批进行多次污泥处理；
其中，产热升温、嗜热自养、鼓风干化及翻堆为同时进行，或者在产热升温、嗜热自养的过程中定时进行所述鼓风干化或翻堆。
进一步，在筛选菌种时，利用平板划线法进行多次富集、筛选来筛选菌种。
进一步，在筛选菌种时，选取的所述嗜热菌种包括但不限于Bacillus，Geobacillus， Ureibacillus，Firmicutes，嗜热菌属包含十几种，多种嗜热菌属一起混合使用。
进一步，在复配菌剂中，使用的所述自养菌属包括但不限于Rhodococcus，desulfurization bacteria，Alicyclobacillus，自养菌属包含十几种，多种嗜热菌属一起混合使用。
进一步，在复配菌剂中，所述嗜热菌属与所述自养菌属的复配比例为1:100。
进一步，在产热升温中，升温时间为3天，发酵时间为至升温后4天。
进一步，在产热升温中，所述调理剂为树皮。
进一步，在产热升温中，所述菌剂与市政污泥及调理剂的的比例为10L:10T:3T。
进一步，所述产热升温与嗜热自养的过程伴随产热升温同步进行，持续时间7天。
进一步，在机械压滤中，经产热升温、嗜热自养、翻堆后，含水率降至40％左右，通过机械压滤将含水率40％左右的污泥与调理剂挤压成型，制成生物质燃料，制成的生物质燃料的含水率为18％左右。
进一步，在筛选菌种时，选取的所述嗜热菌种包括但不限于Bacillus，Geobacillus， Ureibacillus，Firmicutes，嗜热菌属包含十几种，多种嗜热菌属一起混合使用。
进一步，在复配菌剂中，使用的所述自养菌属包括但不限于Rhodococcus，desulfurization bacteria，Alicyclobacillus，自养菌属包含十几种，多种嗜热菌属一起混合使用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明与传统微生物干化处理技术相比，复配利用自养型菌属，将二氧化碳捕获为有机质，减少了污泥中能量的损耗，为后期制作燃料棒保留更多热能；高温期提前，一般混料后 12～24小时候温度就会急速上升至55℃以上，且保持3～5天，能起到迅速干化的目的；由于整个干化周期短，有机质使用少，加上微生物强氧化作用，整个干化期间产生的氨等臭味气体为好氧堆肥等技术的1/2以下，有着非常好的除臭效果，如果与喷淋EM菌等技术共用，可达到基本完全除臭的效果。
实验过程：
采用本工艺，在青岛市小涧西垃圾填埋场进行日处理100吨污泥(80％含水率)处理工程，工程运行周期2020年4月20日至7月20日；
该项目每天需要处理100吨污泥，投入复合菌剂为100L，将嗜热菌属与自养复合菌剂投入到污泥中，随后加入花生壳(按照质量比污泥：花生壳＝4：1)进行搅拌，加入花生壳可增大污泥空隙，便于空气流通，使污泥内部有足够的氧气并且将污泥中的水蒸气带走，同时利用铲车等大型机械进行堆翻加速水蒸气的流通；
经过生物干化深度脱水后，污泥含水率下降到35％以下，随后利用压滤机进行压滤，污泥被压滤制备成燃料棒，且含水率下降到20％以下，用于焚烧发电，焚烧产生的灰分一部分制成鸟粪石，用于氮、磷的回收，剩余部分制作防辐射的建筑材料。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于优化市政污泥生物干化技术的方法，其特征在于包括：
筛选菌种，取市政污泥好氧堆肥高温期的堆芯污泥，选取嗜热菌种；
复配菌剂，将嗜热菌属与自养菌属按一定比例混合，包括嗜热菌属和自养菌属，嗜热菌属和自养菌属按比例复配；
产热升温，将菌剂与市政污泥原料以及调理剂混合后发酵；
嗜热自养；
鼓风干化；
翻堆；
机械压滤5-7天制作生物质燃料；
每月重复上述过程n次；
其中，产热升温、嗜热自养、鼓风干化及翻堆为同时进行，或者在产热升温、嗜热自养的过程中定时进行所述鼓风干化或翻堆。
2.如权利要求1所述的一种用于优化市政污泥生物干化技术的方法，其特征在于：在筛选菌种时，利用平板划线法进行多次富集、筛选来筛选菌种。
3.如权利要求1所述的一种用于优化市政污泥生物干化技术的方法，其特征在于：在筛选菌种时，选取的所述嗜热菌种包括Bacillus、Geobacillus、Ureibacillus或Firmicutes中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的一种用于优化市政污泥生物干化技术的方法，其特征在于：在复配菌剂中，使用的所述自养菌属包括Rhodococcus、desulfurization bacteria或Alicyclobacillus中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的一种用于优化市政污泥生物干化技术的方法，其特征在于：在复配菌剂中，所述嗜热菌属与所述自养菌属的复配比例为100:1—1:100。
6.如权利要求1所述的一种用于优化市政污泥生物干化技术的方法，其特征在于：在产热升温中，升温时间为2-3天，发酵时间为至升温后再持续2-4天。
7.如权利要求1所述的一种用于优化市政污泥生物干化技术的方法，其特征在于：在产热升温中，所述调理剂包括花生壳、小麦秸秆或树皮中的一种或多种，所述调理剂与污泥的质量比为：1:3—1:5。
8.如权利要求1所述的一种用于优化市政污泥生物干化技术的方法，其特征在于：在产热升温中，所述菌剂与市政污泥及调理剂的的比例为10L:10T:1T—10L:10T:3T。
9.如权利要求1所述的一种用于优化市政污泥生物干化技术的方法，其特征在于：所述产热升温与嗜热自养的过程伴随产热升温同步进行，持续时间5-7天。
10.如权利要求1所述的一种用于优化市政污泥生物干化技术的方法，其特征在于：在机械压滤中，通过机械压滤将含水率30-40％左右的污泥与调理剂挤压成型，制成生物质燃料，所述生物质燃料的含水率低于20％。
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- 2022-09-14 CN CN202211117369.1A patent/CN115490408A/zh active Pending
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