公开(公告)号CN106946630A
IPC分类号C05G3/04
摘要
本发明同时提供了生物絮团在污泥无害化处理中的应用，有机菌肥及其制备方法，有机菌肥的原料配方包含污泥、生物絮团以及发酵菌，其中生物絮团包含腐熟秸秆粉末、第一微生物菌剂、硝化菌以及反硝化菌，其中第一微生物菌剂包含第一枯草芽孢杆菌和选择性的放线菌;制备方法包括步骤(1)：堆肥、发酵;步骤(2)：翻堆、补水;步骤(3)：再发酵;步骤(4)：造粒;本发明将生物絮团应用到城市污水处理厂废弃污泥中，将其无害化处理制成有机肥，既能快速解决农业废弃物的堆积、污染和浪费问题，又能实现资源的回收利用，且制备的有机菌肥还取得了意想不到的优异肥效。
权利要求书
1.一种有机菌肥，其特征在于，所述有机菌肥的原料配方包含污泥、生物絮团以及发酵菌，其中所述生物絮团包含腐熟秸秆粉末、第一微生物菌剂、硝化菌以及反硝化菌，其中所述第一微生物菌剂包含第一枯草芽孢杆菌和选择性的放线菌。
2.根据权利要求1所述的有机菌肥，其特征在于，所述发酵菌包含第二枯草芽孢杆菌。
3.根据权利要求2所述的有机菌肥，其特征在于，所述第一、第二枯草芽孢杆菌分别为保藏号为CCTCC NoM208057的枯草芽孢杆菌KX-1、保藏号为CCTCC NoM208058的枯草芽孢杆菌KX-2、保藏号为CCTCC NoM208060 的枯草芽孢杆菌KX-4中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求3所述的有机菌肥，其特征在于，所述第一、第二枯草芽孢杆菌分别为保藏号为CCTCC NoM208057的枯草芽孢杆菌KX-1、保藏号为CCTCC NoM208058的枯草芽孢杆菌KX-2、保藏号为CCTCC NoM208060 的枯草芽孢杆菌KX-4的组合，三者的质量比为1：0.4~0.85: 0.5~0.85。
5.根据权利要求4所述的有机菌肥，其特征在于，所述的第一微生物菌剂还包含其他有益微生物，所述的其他有益微生物为选自乳酸菌、纳豆菌、光合细菌、酵母菌、地衣芽孢杆菌中的一种或多种，所述的枯草芽孢杆菌KX-1与所述的其他有益微生物的用量质量比为1:0.1~0.8;所述第一微生物菌剂的用量为所述腐熟秸秆粉末的5wt%~25wt%;所述硝化菌和反硝化菌的用量大于等于80ml/每千克腐熟秸秆粉末;所述生物絮团通过以下步骤制得：向所述腐熟秸秆粉末中加入第一微生物菌剂，混匀，然后依次加入硝化菌和反硝化菌，即得。
6.根据权利要求1所述的有机菌肥，其特征在于，所述腐熟秸秆粉末通过如下步骤制备：首先将第二微生物菌剂进行激活，然后与营养物质配制成混合液，进而与干秸秆和选择性的火山岩生物制剂混合，对秸秆进行堆制腐熟，最后粉碎至80目以上，其中所述火山岩生物制剂包括火山岩颗粒载体和植入于所述的火山岩颗粒载体上的第三微生物菌剂，所述第二微生物菌剂、第三微生物菌剂分别包括保藏号为CCTCC NoM208057的枯草芽孢杆菌KX-1、放线菌、保藏号为CCTCC NoM208058的枯草芽孢杆菌KX-2、保藏号为CCTCC NoM208060 的枯草芽孢杆菌KX-4，四者的质量比依次为1: 0.3~0.75: 0.4~0.85: 0.5~0.85，所述的第二微生物菌剂、第三微生物菌剂还选择性地包括其他有益微生物和酶制剂，所述的其他有益微生物为选自乳酸菌、光合细菌、酵母菌、地衣芽孢杆菌中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的有机菌肥，其特征在于，所述污泥包含质量占比大于等于70%的来自城市生活污水处理厂的老化污泥和/或干化污泥。
8.根据权利要求7所述的有机菌肥，其特征在于，所述污泥中不含絮凝剂或助凝剂，且各类重金属指标满足国家标准NY884-2012规定。
9.根据权利要求1所述的有机菌肥，其特征在于，所述生物絮团与污泥的添加质量比为1︰1~20，所述发酵菌占污泥的重量比例为0.01%~1%。
10.根据权利要求9所述的有机菌肥，其特征在于，所述生物絮团和污泥的添加比例为1︰3~10，所述发酵菌占污泥的重量比例为0.05%~0.5%。
11.根据权利要求1所述的有机菌肥，其特征在于，所述有机菌肥为将所述污泥、生物絮团以及发酵菌混合堆肥发酵得到的发酵产物或所述发酵产物与其他肥料添加剂的混合物。
12.一种如权利要求1-11中任一项权利要求所述的有机菌肥的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤(1)：堆肥、发酵
将所述生物絮团、所述污泥和所述发酵菌混合且搅拌均匀形成混合物料，将该混合物料堆成圆锥形或长条状梯形，并在所述混合物料表层盖上薄膜以及在所述混合物料的底部设置曝气管，开始进行堆肥发酵，堆肥发酵过程中利用曝气管向堆体内曝气;
步骤(2)：翻堆、补水
在所述混合物料的堆心温度升至最高点，并持续1-5天后，对所述混合物料进行翻堆并补充水分;
步骤(3)：再发酵
将经步骤(2)处理过的所述混合物料进行再次堆肥发酵至发酵成熟;
步骤(4)：造粒
将经步骤(3)再次发酵后的所述混合物料进行造粒成型，得颗粒状有机菌肥。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，所述混合物料的堆心温度先上升后下降，当其与和所述混合物料的的表面温度两者之差在±5℃内时，发酵成熟。
14.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)之后直接进行步骤(4)，或者将步骤(3)的产物与其他肥料添加剂混合后再进行步骤(4)。
15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述其他肥料添加剂包含缓释剂，所制备的有机菌肥为缓释肥。
16.如权利要求1至11中任一项所述的生物絮团应用在污泥无害化处理中制备肥料的用途。
17.根据权利要求16所述的用途，其特征在于：所述肥料为有机菌肥。
说明书
一种以污泥为原料的有机菌肥及其制备方法
技术领域
本发明属于污水处理厂污泥无害化处理技术领域，尤其涉及一种生物絮团在污水处理厂污泥无害化处理中的应用，具体涉及一种以污泥为原料的有机菌肥及其制备方法。
背景技术
我国污水处理厂每年排放的污泥量逐年增长，污泥产生的环境污染问题日益突出，已造成极大的安全隐患、环境压力和经济负担。污泥中含有大量的重金属物质、病原菌等有毒有害物质，没有得到安全、环保处理处置的污泥对环境的危害较大。污泥处理工艺单元主要包括污泥浓缩、脱水、消化、发酵、干化等工艺过程。污泥处理通常有这几种：(1)填埋，指污泥在专用填埋场进行填埋处置，平展、压实像通常的固体废物填埋一样进行覆土。(2)焚烧，指处置污泥是在焚烧过程中利用了污泥本身的热量，且经过焚烧后有机物完全矿化，自身性质已完全改变。污泥干化焚烧产生的大气污染物、灰飞、灰渣的排放都做相应的处理处置。(3)建筑材料利用，目前一般包括用作水泥添加料、制砖和制轻质骨料等，另外，污泥建筑材料利用还有污泥制生化纤维板、路基材料、围栏等工艺，这些工艺目前还存在技术不够成熟或者消纳量太小，满足不了污泥的排放量。(4)农用，可以解决大量污泥，污泥处理处置技术种类繁多，但是技术却参差不齐，没有统一的标准来指导污泥处理导致成本的加大，更有甚者造成了环境的二次污染。
生物絮团的概念出现于水产养殖领域。水产养殖中的生物絮团是指在养殖水体中以好氧微生物为主体的有机体和无机物，经生物絮凝作用形成的团聚物，多由细菌、浮游动植物、有机碎屑和一些无机物质相互絮凝组成。如今，生物絮团技术(Bio-flocTechnology,technology，BFT))是通过向养殖水体大量投饵补充有机碳物质，使水体保持一定的碳氮比，定向调控养殖系统微生物群落，并且利用微生物转换水中氨氮成为菌体蛋白，从而显著提高饲料利用率的一种新型养殖技术。生物絮团技术最早在1999年由以色列的养殖专家Avnimelec系统提出，并于2005年在印度尼西亚试验成功。生物絮团技术作为能起到维持水环境稳定、减少换水量、提高养殖成活率、增加产量和降低饲料系数等作用的一项技术，被认为是解决水产养殖产业发展所面临的环境制约和饲料成本的有效替代技术，既降低了饵料成本，又能解决了养殖过程中的水质问题。
虽然生物絮团在水产养殖领域早已为人知晓，但是从未见将生物絮团应用于污泥制备有机菌肥中，同时，也未见任何关于此类有机菌肥的成分及其制备工艺的报道，本申请提供一种生物絮团配合污泥制备的有机菌肥及其制备方法，所制得的有机菌肥的肥效优异。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种肥效优异、原料来源广泛且成本低廉的有机菌肥。
本发明同时还提供了本申请有机菌肥的制备方法。
为解决以上技术问题，本发明采用的一种技术方案如下：
一种有机菌肥，所述有机菌肥的原料配方包含污泥、生物絮团以及发酵菌，其中所述生物絮团包含腐熟秸秆粉末、第一微生物菌剂、硝化菌以及反硝化菌，其中所述第一微生物菌剂包含第一枯草芽孢杆菌和选择性的放线菌。
进一步地，所述发酵菌包含第二枯草芽孢杆菌。在一个具体实施方式中，发酵菌为第二枯草芽孢杆菌。
优选地，所述第一、第二枯草芽孢杆菌分别为保藏号为CCTCC NoM208057的枯草芽孢杆菌KX-1、保藏号为CCTCC NoM208058的枯草芽孢杆菌KX-2、保藏号为CCTCC NoM208060的枯草芽孢杆菌KX-4中的一种或多种的组合。
在本发明的一些具体实施方式中，所述第一枯草芽孢杆菌、第一枯草芽孢杆菌分别为保藏号为CCTCC NoM208057的枯草芽孢杆菌KX-1、保藏号为CCTCC NoM208058的枯草芽孢杆菌KX-2、保藏号为CCTCC NoM208060的枯草芽孢杆菌KX-4的组合，三者的质量比为1：0.4～0.85:0.5～0.85。
优选地，所述第一微生物菌剂包含放线菌，且放线菌与所述保藏号为CCTCCNoM208057的枯草芽孢杆菌KX-1的质量比为0.3～0.75:1。
本发明中限定“第一枯草芽孢杆菌”、“第二枯草芽孢杆菌”仅仅是为了区分所述生物絮团与所述有机菌肥中分别包括枯草芽孢杆菌，且“第一枯草芽孢杆菌”、“第二枯草芽孢杆菌”可以为组成成分相同的也可以是不同的。
在本发明的一些具体实施方式中，所述的第一微生物菌剂还包含其他有益微生物，所述的其他有益微生物为选自乳酸菌、纳豆菌、光合细菌、酵母菌、地衣芽孢杆菌中的一种或多种。
优选地，所述的枯草芽孢杆菌KX-1与所述的其他有益微生物的用量质量比为1:0.1～0.8，更优选为1:0.5～0.8。
优选地，所述第一微生物菌剂的用量为所述腐熟秸秆粉末的5wt%～25wt%;所述硝化菌和反硝化菌的用量大于等于80ml/每千克腐熟秸秆粉末。作为优选方案，第一微生物菌剂的用量为腐熟秸秆粉末的8wt%～20wt%，进一步优选地，第一微生物菌剂的用量为腐熟秸秆粉末的12wt%～20wt%，硝化菌和反硝化菌的用量大于等于100ml/每千克腐熟秸秆粉末。
优选地，所述生物絮团通过以下步骤制得：向所述腐熟秸秆粉末中加入第一微生物菌剂，混匀，然后依次加入硝化菌和反硝化菌，即得。
优选地，所述生物絮团的水分含量为10wt%～30wt%。
根据本发明，所述的腐熟秸秆粉末为发酵腐熟后的秸秆粉碎而成。腐熟秸秆可以采用现有的发酵腐熟方法来进行。然而，优选按照本发明如下将要描述的方法来制备，采取该方法不受温度条件的限制，在非常低的温度下也能确保制备出的腐熟秸秆粉末，秸秆的腐熟更加彻底，具有较高的营养成分，同时还储存了大量的有益菌。
作为本发明的优选实施方案，所述腐熟秸秆粉末通过如下步骤制备：首先将第二微生物菌剂进行激活，然后与营养物质配制成混合液，进而与干秸秆和选择性的火山岩生物制剂混合，对秸秆进行堆制腐熟，最后粉碎至80目以上，所述火山岩生物制剂包括火山岩颗粒载体和植入于所述的火山岩颗粒载体上的第三微生物菌剂。
进一步优选地，所述第二微生物菌剂、第三微生物菌剂分别包括保藏号为CCTCCNoM208057的枯草芽孢杆菌KX-1、放线菌、保藏号为CCTCC NoM208058的枯草芽孢杆菌KX-2、保藏号为CCTCC NoM208060的枯草芽孢杆菌KX-4，四者的质量比依次为1:0.3～0.75:0.4～0.85:0.5～0.85。
更优选地，所述的第二微生物菌剂、第二微生物菌剂还分别可选择地包括其他有益微生物和酶制剂，所述的其他有益微生物为选自乳酸菌、光合细菌、酵母菌、地衣芽孢杆菌中的一种或多种。
根据本发明，第一微生物菌剂、第二微生物菌剂以及第二微生物菌剂可以相同或不同，没有特别限制。
优选地，第二微生物菌剂包含其他有益微生物且第二微生物菌剂中的枯草芽孢杆菌KX-1与其他有益微生物的用量质量比为1:0.1～0.8，更优选为1:0.5～0.8。
优选地，第三微生物菌剂包含其他有益微生物且第三微生物菌剂中的枯草芽孢杆菌KX-1与其他有益微生物的用量质量比为1:0.1～0.8，更优选为1:0.5～0.8。
优选地，所述的火山岩生物制剂通过以下步骤制备：
1)、将火山岩磨碎成20～40目的火山岩颗粒，去除粉末后得到火山岩颗粒载体;
2)、将所述的第三微生物菌剂与水按照用量质量比为1:20～50配置成菌液，然后加入氮源和碳源对菌种进行激活，当菌液中的芽孢杆菌80%以上呈营养体状态，活菌数>50亿/m L时，将所述的火山岩颗粒载体在所述的菌液中浸泡24～72h，然后将所述的火山岩颗粒载体捞出沥干，即得所述的火山岩生物制剂。
优选地，第二微生物菌剂、干秸秆的投料质量比为1:1000～2000。
根据本发明的一个方面，步骤(1)中，采用火山岩生物制剂，且第二微生物菌剂、火山岩生物制剂、干秸秆的投料用量质量比为1:50～80:1000～2000。
优选地，第二微生物菌剂中枯草芽孢杆菌KX-1、放线菌、枯草芽孢杆菌KX-2、枯草芽孢杆菌KX-4的用量质量比为1:0.6～0.7:0.7～0.8:0.7～0.8。
优选地，所述的第二微生物菌剂包含酶制剂以使其酸性蛋白酶≥2000u/g，中性蛋白酶≥10000u/g，纤维素酶≥10000u/g。其中，酶制剂为酸性蛋白酶、中性蛋白酶、纤维素酶，当所述的微生物菌剂中的某种酶不足时，即添加相应的酶制剂。
本发明中可采用常规方法进行菌种激活。
优选地，所述的营养物质包括尿素和氨基酸颗粒。
优选地，所述秸秆进行堆制发酵腐熟时，控制湿度在50～65%。
优选地，所述秸秆堆制时，安插透气管，然后在堆制上覆盖薄膜，待堆制的温度上升至50～60℃，除去透气管上方覆盖的薄膜继续发酵10～15天，然后进行翻堆补水，继续发酵5～15天完成发酵腐熟。
根据本发明，所述污泥优选包含质量占比大于等于70%的来自城市生活污水处理厂的老化污泥和/或干化污泥。污泥优选为活性污泥。进一步优选的，所述污泥中不含絮凝剂或助凝剂，且各类重金属指标满足国家标准NY884-2012规定。
根据本发明，所述生物絮团与污泥的添加质量比优选为1︰1～20，更优选为1︰3～10，进一步优选为1：5～10。
根据本发明，所述发酵菌占污泥的重量比例为0.01%～1%，更优选为0.05%～0.5%。
在本发明的一些具体实施方式中，所述有机菌肥为将所述污泥、生物絮团以及发酵菌混合堆肥发酵得到的发酵产物或发酵产物与其他肥料添加剂的混合物。所述其他肥料添加剂可以是本领域常用的那些。根据本发明的一个具体方面，其他肥料添加剂包含缓蚀剂，这样所制备的有机菌肥为缓释肥。
本发明采取的第二种技术方案：一种上述的有机菌肥的制备方法，所述方法包括：
步骤(1)：堆肥、发酵
将所述生物絮团、所述污泥和所述发酵菌混合且搅拌均匀形成混合物料，将该混合物料堆成圆锥形或长条状梯形，并在所述混合物料表层盖上薄膜以及在所述混合物料的底部设置曝气管，开始进行堆肥发酵，堆肥发酵过程中利用曝气管向堆体内曝气;
步骤(2)：翻堆、补水
在所述混合物料的堆心温度升至最高点，并持续1-5天后，对所述混合物料进行翻堆并补充水分;
步骤(3)：再发酵
将经步骤(2)处理过的所述混合物料进行再次堆肥发酵至发酵成熟;
步骤(4)：造粒
将经步骤(3)再次发酵后的所述混合物料进行造粒成型，得颗粒状有机菌肥。
“最高点”即为所述混合物料的温度在堆腐发酵过程中所能达到的温度上限值。
进一步地，在所述步骤(3)中，所述混合物料的堆心温度先上升后下降，当其与和所述混合物料的的表面温度两者之差在±5℃内时，发酵成熟。
进一步地，在步骤(3)之后直接进行步骤(4)，或者将步骤(3)的产物与其他肥料添加剂混合后再进行步骤(4)。优选地，所述其他肥料添加剂包含缓释剂，所制备的有机菌肥为缓释肥。
根据本发明，所述的微生物菌剂可以是如上多种物质的混合物;也可以是多种物质单独包装，使用时按配比进行混合即可。优选地，微生物菌剂是可以是如上多种物质的混合物。
本发明中所用到的包括枯草芽孢杆菌在内的全部菌均是已知的。第一微生物菌剂、第二微生物菌剂以及第三微生物菌剂不包含硝化菌和反硝化菌。
本发明所述的秸秆可以是任意农作物的秸秆，具体例如玉米秸秆，水稻秸秆等。
本发明还涉及如上述所述的生物絮团应用在污泥无害化处理中制备肥料的用途。优选地，肥料为有机菌肥。具体方法包括例如将生物絮团、污泥以及发酵菌混合堆肥发酵。
本发明将生物絮团应用到城市污水处理厂废弃污泥中，将其无害化处理制成有机肥，既能快速解决农业废弃物的堆积、污染和浪费问题，又能实现资源的回收利用。在农业生产中大力推广施用有机肥，尽量少施或不施化肥，将有力促进农业的可持续发展，实现农业、工业废弃物的无害化处理和资源化利用。
利用生物絮团将污泥加工成有机肥料，一方面减少了环境污染问题，防止有机废物污染环境，有利于改善城乡生态环境，有利于人类身心健康;另一方面有机肥施入土壤，替代了部分化肥，改善了土壤结构，增加了土壤养分含量，提高了土壤生物活性，起到了养分还田、培肥地力以及改善作物品质，增加了农产品产量等作用，并有效促进了农民节本增收，降低了种植业的投入，最终为生态农业、有机农业的发展起到了积极促进作用。
由于上述技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明提供了的有机菌肥，以污泥为主体，配上特定生物絮团，再混合发酵剂制得，其相比目前市场上出售的有机肥而言具有显著更好的肥效，且原料来源广泛、成本低廉，尤其是解决了污泥的无害化处理和废弃资源的处理问题。
本发明的有机菌肥的制备方法，所述方法包括步骤(1)：堆肥、发酵步骤;(2)：翻堆、补水;步骤(3)：再发酵;步骤(4)：造粒。一方面，制备有机菌肥的工艺简单、制备速度快，省时省力，节约了大量的成本，可实现污水处理厂用400元/吨左右的价格制备本申请的有机菌肥，且制备所得的有机菌肥相对于现有市场外购的有机肥的肥效显著;另一方面，生物絮团的制备需要大量的腐熟秸秆再混合更大量的污泥制备有机菌肥，可对目前国家急需解决的秸秆、污泥生态化处理提供了技术支持，为国家的可持续发展战略添砖加瓦。
