申请日2016.10.09
公开(公告)日2017.03.15
IPC分类号C05G3/00; C05F7/00; C02F11/12; C02F11/14; C02F11/04
摘要
本发明涉及一种污泥有机肥的制备方法，属肥料领域，包括以下步骤：分别浓缩初沉池污泥和二沉池污泥，浓缩后以1:1的体积比混合得混合污泥;向混合污泥中加入聚氯化铝、聚丙烯酰胺、木质磺酸钠和月桂酸钠，在弱碱性条件下处理，得调理污泥;将调理污泥进行脱水;在脱水后调理污泥中加入粉煤灰，于无氧条件下进行分段变温消化，得消化污泥;在消化污泥中加入玉米秸秆粉和聚丙烯酸铵，搅拌均匀并中高温密闭处理，得污泥物料;将污泥物料进行干燥、破碎、造粒，均匀喷洒缓冲液，低温烘干后筛分，与珍珠岩混合得有机肥。通过本发明方法制备的有机肥性质稳定、营养丰富、技术简单，投入合理，可在中小型污泥处理厂推广使用。
权利要求书
1.一种污泥有机肥的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、取初沉池污泥和二沉池污泥，重力浓缩初沉池污泥，离心浓缩二沉池污泥，浓缩后以1:1的体积比混合得混合污泥;
步骤二、向每千克混合污泥中加入6-8mL质量体积浓度为40g/L的聚氯化铝水溶液、30-40mL质量体积浓度为1.5g/L的聚丙烯酰胺水溶液、5-8mL质量体积浓度为10g/L的木质磺酸钠和10-15mL质量体积浓度为6g/L的月桂酸钠，搅拌均匀;调节pH至7.0-7.5，静置处理5-7h，得调理污泥;
步骤三、将调理污泥进行离心机械脱水，脱水后含水率为65-75%;
步骤四、将脱水后的调理污泥转移到真空密闭反应器中进行厌氧消化，首先加入待消化污泥质量的10-15%的粉煤灰，搅拌均匀，pH值稳定在6.8-7.5，再向真空密闭反应器中充入体积比为2:8的CO2：N2的无氧混合气，进入温控阶段，即30-36℃温度条件下反应4-5d，再将温度调至50-53℃继续处理5-6d，最后降至25-28℃继续处理9-10d，得消化污泥;其中，整个厌氧消化过程中真空密闭反应器内气压为100-150kPa;
步骤五、将消化污泥移入料斗，料斗中加入玉米秸秆粉和聚丙烯酸铵，加入的玉米秸秆粉质量为消化污泥质量的10%-15%，加入的聚丙烯酸铵质量为玉米秸秆粉质量的1%，搅拌均匀，60-65℃密闭处理48h，得污泥物料;
步骤六、将污泥物料进行干燥至含水率为45-55%，随后破碎，造粒，每千克成粒产品均匀喷洒2mL 0.2mol/L磷酸盐缓冲液，再低温烘干至含水率为20-25%，10目筛分后，将污泥原料与珍珠岩以质量比6:1混合均匀，得有机肥。
2.如权利要求1所述的一种污泥有机肥的制备方法，其特征在于：步骤一所述重力浓缩的固体通量为4-6kg/m2h，浓缩时间为12-15h;所述离心浓缩转速为60-80rpm/min。
3.如权利要求1所述的一种污泥有机肥的制备方法，其特征在于：步骤三所述的离心机械脱水的转速为5-8rpm/min。
4.如权利要求1所述的一种污泥有机肥的制备方法，其特征在于：在步骤四所述温控阶段，每隔5-6h将待消化污泥翻搅一次。
说明书
一种污泥有机肥的制备方法
技术领域
本发明属于污泥处理和农用肥料技术领域，具体涉及一种污泥有机肥的制备方法。
背景技术
污水处理过程中产生的沉淀物质，包括污水中所含固体物质、悬浮物质、胶体物质以及从水中分离出来的沉渣，统称为污泥。在对城市污水或工业废水的处理过程中，会产生各种类型的污泥。按污泥的性质，可将其分为泥渣和有机污泥两大类，以无机为主要成分的污泥称为泥渣，以有机物为主要成分的污泥为有机污泥，通常所说的污泥指的是有机污泥。初沉池污泥和二沉池污泥会排出以有机物为主、数量大且易腐化发臭的有机污泥，通常所称的要处理或处置的污泥主要指这部分污泥。污泥处理与处置的目的主要有以下几个方面：1、减量化：减少污泥最终处置前的体积，以降低污泥处理及最终处置的费用;2、稳定化：通过处理使容易腐化变臭的污泥稳定化，最终处置后不再产生污泥的进一步降解，从而避免产生二次污染;3、无害化：使有毒有害物质得到妥善处理或利用，达到污泥的无害化与卫生化，如去除重金属或灭菌等;4、资源化：在处理污泥的同时达到变害为利、综合利用、保护环境的目的，如产生沼气等。
传统污泥处理方法有3种，焚烧、填埋和资源化利用。焚烧工艺投资巨大，易造成大气污染;国内多采用的填埋需要占用大量的土地，同时会造成环境的二次污染，国内大中城市土地再生资源少，难以长期采用此方式;利用物理、化学、生物或三者兼有的现代化处理技术，将污泥资源化，不仅能实现污泥再利用，还能有效控制污泥的二次污染，环境效益也同样显著。
目前，各界致力于研究有效的污泥处理处置工艺，处理步骤围绕浓缩、稳定、调理、脱水和利用几个环节进行，通过不断调整各步骤工艺技术以期寻找更经济、更合理、再利用最大化的污泥处理方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污泥有机肥的制备方法，该方法能耗低，投入合理，制备的有机肥肥效好，与一般污泥有机肥相比，发芽率可提高20%，根部生长率最高可提高22%，使用安全方便。
一种污泥有机肥的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、取初沉池污泥和二沉池污泥，重力浓缩初沉池污泥，离心浓缩二沉池污泥，浓缩后以1:1的体积比混合得混合污泥;
步骤二、向每千克混合污泥中加入6-8mL质量体积浓度为40g/L的聚氯化铝水溶液、30-40mL质量体积浓度为1.5g/L的聚丙烯酰胺水溶液、5-8mL质量体积浓度为10g/L的木质磺酸钠和10-15mL质量体积浓度为6g/L的月桂酸钠，搅拌均匀;调节pH至7.0-7.5，静置处理5-7h，得调理污泥;
步骤三、将调理污泥进行离心机械脱水，脱水后含水率为65-75%;
步骤四、将脱水后的调理污泥转移到真空密闭反应器中进行厌氧消化，首先加入待消化污泥质量的10-15%的粉煤灰，搅拌均匀，pH值稳定在6.8-7.5，再向真空密闭反应器中充入体积比为2:8的CO2：N2的无氧混合气，进入温控阶段，即30-36℃温度条件下反应4-5d，再将温度调至50-53℃继续处理5-6d，最后降至25-28℃继续处理9-10d，得消化污泥;其中，整个厌氧消化过程中真空密闭反应器内气压为100-150kPa;
步骤五、将消化污泥移入料斗，料斗中加入玉米秸秆粉和聚丙烯酸铵，加入的玉米秸秆粉质量为消化污泥质量的10%-15%，加入的聚丙烯酸铵质量为玉米秸秆粉质量的1%，搅拌均匀，60-65℃密闭处理48h，得污泥物料;
步骤六、将污泥物料进行干燥至含水率为45-55%，随后破碎，造粒，每千克成粒产品均匀喷洒2mL 0.2mol/L磷酸盐缓冲液，再低温烘干至含水率为20-25%，10目筛分后，将污泥原料与珍珠岩以质量比6:1混合均匀，得有机肥。
作为进一步优化，步骤一所述重力浓缩的固体通量为4-6kg/m2h，浓缩时间为12-15h;所述离心浓缩转速为60-80rpm/min。
作为进一步的优化，步骤三所述的离心机械脱水的转速为5-8rpm/min。
作为进一步的优化，在步骤四所述温控阶段，每隔5-6h将待消化污泥翻搅一次。
有益效果：
一、本发明在微碱性条件下采用聚氯化铝、聚丙烯酰胺、木质磺酸钠和月桂酸钠协同作用对浓缩污泥进行调质，其中，聚氯化铝是多核络合体的无机高分子，有较强的架桥吸附性，与有机高分子聚丙烯酰胺共同作用，在污泥胶质颗粒表面起化学反应，中和污泥胶质颗粒的电荷，促使污泥颗粒凝聚成大的颗粒絮体，同时使水从污泥颗粒中分离出来，而聚丙烯酰胺大分子可与月桂酸钠的羧酸离子发生氢键缔合，而羧酸离子间以疏水力形成二聚体，从而使聚丙烯酰胺分子链上带有电荷，使其大分子链伸展，有利于颗粒絮体的产生和稳定。木质磺酸钠在污泥介质中显示出聚合电介的行为，改变形成的颗粒絮体的表面性质，月硅酸钠渗透污泥絮体，分散颗粒分子，使颗粒分子间的凝聚与分散处于平衡状态，扩大作用范围，有效提高消化水平，同时有机分子对重金属，尤其是铁、铜、亚锡离子表现出较好的螯合能力，降低重金属离子的生物有效性，减少污泥后续再利用时的物理毒性;
二、本发明对污泥进行厌氧消化，其中重金属的稳定性提高，污泥经厌氧消化后污泥中硫酸盐等含硫化合物可被硫酸盐还原菌转化成硫离子，硫离子可促进重金属由不稳定态向硫化物稳定态的形式转化，粉煤灰含有丰富的氧化钙和氧化镁，能稳定污泥中的重金属并杀死病原菌。在消化过程中，不断充入无氧混合器以制造无氧环境，采用体积比为2:8的CO2：N2的无氧混合气，模拟大气成分配比，控制压强，增强厌氧微生物适应能力，分解有机物，释放代谢产物，通过厌氧消化处理后，污泥中的有机物约有1/2-1/3被分解，所含有机物和无机物约各占50%，从而改善有机肥品质。
三、玉米秸秆粉中纤维素类物质含量较高，其中包括纤维素、半纤维素和木质素等，可稳定污泥分子表面结构，减少因后续干燥工艺而产生的压力集中现象，有利于破碎造粒，同时加入的聚丙烯酸铵，其中的铵离子可与残余的氢氧根离子结合，减少氢氧根离子的浓度，抑制金属离子与氢氧根离子的反应，促进金属离子的络合反应，与木质磺酸钠前后作用，提高污泥有机肥的品质，在反应过程中产生的氨气，也增强了整个工艺的杀菌效果。
四、采用本发明方法经调质与厌氧消化后发芽率大大提高，可达70-85%，根部生长率也由原来的52%提高至营养液培养水平，未经调质直接进行厌氧消化所得污泥有机肥和市售污泥有机肥的种子发芽率与根部生长率虽有所增高，但增高水平不及采用本发明方法所得污泥有机肥，说明污泥经本发明方法处理后，无论是营养水平还是生长发育水平，均能满足植物生长的需要。本发明技术手段简单有效，投入合理，所制有机肥品质高，肥效好，可在中小型污泥处理厂推广使用。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明作进一步地解释说明。
实施例1 一种污泥有机肥的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、取初沉池污泥，通入固体通量为4-6kg/m2h的重力浓缩池中浓缩12h，收集浓缩后初沉池污泥，其含水率90-95%;取二沉池污泥，于转盘式离心浓缩机中进行离心浓缩，转速为60rpm/min，收集浓缩后二沉池污泥，其含水率91-92%;将浓缩后初沉池污泥与浓缩后二沉池污泥以1:1的体积比进行混合，得混合污泥;
步骤二、向每千克混合污泥中加入6mL质量体积浓度为40g/L的聚氯化铝水溶液、40mL质量体积浓度为1.5g/L的聚丙烯酰胺水溶液、8mL质量体积浓度为10g/L的木质磺酸钠和10mL质量体积浓度为6g/L的月桂酸钠，70rpm/min搅拌均匀;用8mol/L的氢氧化钠水溶液调节pH至7.0-7.5，静置处理5h，得调理污泥;
步骤三、将调理污泥进行离心机械脱水，5-8rpm/min，脱水后含水率为65-75%;
步骤四、将脱水后的调理污泥转移到真空密闭反应器中进行厌氧消化，首先加入待消化污泥质量的10%的粉煤灰，搅拌均匀，pH值稳定在6.8-7.5，再向真空密闭反应器中充入体积比为2:8的CO2：N2的无氧混合气，进入温控阶段，即30℃温度条件下反应5d，再将温度调至53℃继续处理6d，最后降至25℃继续处理9d，得消化污泥;其中，整个厌氧消化过程中真空密闭反应器内气压为100-150kPa;在温控阶段每隔5h将待消化污泥翻搅一次;
步骤五、将消化污泥移入料斗，料斗中加入玉米秸秆粉和聚丙烯酸铵，加入的玉米秸秆粉质量为消化污泥质量的13%，加入的聚丙烯酸铵的质量为玉米秸秆粉质量的1%，搅拌均匀，60-65℃密闭处理48h，每6h翻搅一次，得污泥物料;
步骤六、将步骤五所得污泥物料进行干燥至含水率为45-55%，进行破碎，造粒，每千克成粒产品均匀喷洒2mL 0.2mol/L磷酸盐缓冲液，再进行低温烘干至含水率为20-25%，10目筛分后，将污泥原料与珍珠岩以质量比6:1混合均匀，即得有机肥。
实施例2 一种污泥有机肥的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、取初沉池污泥，通入固体通量为4-6kg/m2h的重力浓缩池中浓缩13h，收集浓缩后初沉池污泥，其含水率90-95%;取二沉池污泥，于转盘式离心浓缩机中进行离心浓缩，转速为70rpm/min，收集浓缩后二沉池污泥，其含水率91-92%;将浓缩后初沉池污泥与浓缩后二沉池污泥以1:1的体积比进行混合，得混合污泥。
步骤二、向每千克混合污泥中加入7mL质量体积浓度为40g/L的聚氯化铝水溶液、30mL质量体积浓度为1.5g/L的聚丙烯酰胺水溶液、7mL质量体积浓度为10g/L的木质磺酸钠和12mL质量体积浓度为6g/L的月桂酸钠，75rpm/min搅拌均匀;用8mol/L的氢氧化钠水溶液调节pH至7.0-7.5，静置处理6h，得调理污泥;
步骤三、将调理污泥进行离心机械脱水，5-8rpm/min，脱水后含水率为65-75%;
步骤四、将脱水后的调理污泥转移到真空密闭反应器中进行厌氧消化，首先加入待消化污泥质量的12%的粉煤灰，搅拌均匀，pH值稳定在6.8-7.5，再向真空密闭反应器中充入体积比为2:8的CO2：N2的无氧混合气，进入温控阶段，即32℃温度条件下反应4d，再将温度调至52℃继续处理5d，最后降至26℃继续处理10d，得消化污泥;其中，整个厌氧消化过程中真空密闭反应器内气压为100-150kPa;在温控阶段每隔6h将待消化污泥翻搅一次;
步骤五、将消化污泥移入料斗，料斗中加入玉米秸秆粉和聚丙烯酸铵，加入的玉米秸秆粉质量为消化污泥质量的11%，加入的聚丙烯酸铵的质量为玉米秸秆粉质量的1%，搅拌均匀，60-65℃密闭处理48h，每6h翻搅一次，得污泥物料;
步骤六、将步骤五所得污泥物料进行干燥至含水率为45-55%，进行破碎，造粒，每千克成粒产品均匀喷洒2mL 0.2mol/L磷酸盐缓冲液，再进行低温烘干至含水率为20-25%，10目筛分后，将污泥原料与珍珠岩以质量比6:1混合均匀，即得有机肥。
实施例3 一种污泥有机肥的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、取初沉池污泥，通入固体通量为4-6kg/m2h的重力浓缩池中浓缩14h，收集浓缩后初沉池污泥，其含水率90-95%;取二沉池污泥，于转盘式离心浓缩机中进行离心浓缩，转速为75rpm/min，收集浓缩后二沉池污泥，其含水率91-92%;将浓缩后初沉池污泥与浓缩后二沉池污泥以1:1的体积比进行混合，得混合污泥。
步骤二、向每千克混合污泥中加入7mL质量体积浓度为40g/L的聚氯化铝水溶液、35mL质量体积浓度为1.5g/L的聚丙烯酰胺水溶液、6mL质量体积浓度为10g/L的木质磺酸钠和14mL质量体积浓度为6g/L的月桂酸钠，60rpm/min搅拌均匀;用8mol/L的氢氧化钠水溶液调节pH至7.0-7.5，静置处理6h，得调理污泥;
步骤三、将调理污泥进行离心机械脱水，5-8rpm/min，脱水后含水率为65-75%;
步骤四、将脱水后的调理污泥转移到真空密闭反应器中进行厌氧消化，首先加入待消化污泥质量的13%的粉煤灰，搅拌均匀，pH值稳定在6.8-7.5，再向真空密闭反应器中充入体积比为2:8的CO2：N2的无氧混合气，进入温控阶段，即34℃温度条件下反应4d，再将温度调至51℃继续处理6d，最后降至27℃继续处理9d，得消化污泥;其中，整个厌氧消化过程中真空密闭反应器内气压为100-150kPa;在温控阶段每隔5h将待消化污泥翻搅一次;
步骤五、将消化污泥移入料斗，料斗中加入玉米秸秆粉和聚丙烯酸铵，加入的玉米秸秆粉质量为消化污泥质量的15%，加入的聚丙烯酸铵质量为玉米秸秆粉质量的1%，搅拌均匀，60-65℃密闭处理48h，每6h翻搅一次，得污泥物料;
步骤六、将步骤五所得污泥物料进行干燥至含水率为45-55%，进行破碎，造粒，每千克成粒产品均匀喷洒2mL 0.2mol/L磷酸盐缓冲液，再进行低温烘干至含水率为20-25%，10目筛分后，将污泥原料与珍珠岩以质量比6:1混合均匀，即得有机肥。
实施例4 一种污泥有机肥的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、取初沉池污泥，通入固体通量为4-6kg/m2h的重力浓缩池中浓缩15h，收集浓缩后初沉池污泥，其含水率90-95%;取二沉池污泥，于转盘式离心浓缩机中进行离心浓缩，转速为80rpm/min，收集浓缩后二沉池污泥，其含水率91-92%;将浓缩后初沉池污泥与浓缩后二沉池污泥以1:1的体积比进行混合，得混合污泥。
步骤二、向每千克混合污泥中加入8mL质量体积浓度为40g/L的聚氯化铝水溶液、38mL质量体积浓度为1.5g/L的聚丙烯酰胺水溶液、5mL质量体积浓度为10g/L的木质磺酸钠和15mL质量体积浓度为6g/L的月桂酸钠，80rpm/min搅拌均匀;用8mol/L的氢氧化钠水溶液调节pH至7.0-7.5，静置处理7h，得调理污泥;
步骤三、将调理污泥进行离心机械脱水，5-8rpm/min，脱水后含水率为65-75%;
步骤四、将脱水后的调理污泥转移到真空密闭反应器中进行厌氧消化，首先加入待消化污泥质量的15%的粉煤灰，搅拌均匀，pH值稳定在6.8-7.5，再向真空密闭反应器中充入体积比为2:8的CO2：N2的无氧混合气，进入温控阶段，即36℃温度条件下反应5d，再将温度调至50℃继续处理5d，最后降至28℃继续处理10d，得消化污泥;其中，整个厌氧消化过程中真空密闭反应器内气压为100-150kPa;在温控阶段每隔6h将待消化污泥翻搅一次;
步骤五、将消化污泥移入料斗，料斗中加入玉米秸秆粉和聚丙烯酸铵，加入的玉米秸秆粉质量为消化污泥质量的10%，加入的聚丙烯酸铵的质量为玉米秸秆粉质量的1%，搅拌均匀，60-65℃密闭处理48h，每6h翻搅一次，得污泥物料;
步骤六、将步骤五所得污泥物料进行干燥至含水率为45-55%，进行破碎，造粒，每千克成粒产品均匀喷洒2mL 0.2mol/L磷酸盐缓冲液，再进行低温烘干至含水率为20-25%，10目筛分后，将污泥原料与珍珠岩以质量比6:1混合均匀，即得有机肥。
实施例5 厌氧消化污泥性能指标评价
一、性能指标
1、有机物含量
有机物含量是污泥中固体物质在550-600℃高温下焚烧时以气体形式溢出的那部分固体量，又称挥发性固体物质。
测定方法：取定量污泥，4500r/min离心10min，将离心后的固体部分完全转移到坩埚内，放入烘箱在105℃下恒重后称量，得污泥固体量，再放入马弗炉内，在600℃下灼烧至恒重后，取出称量灰分值，前后称量的差值即为有机物含量。
2、植物毒性
有机废物产生的植物毒性效应是几个因素综合作用的结果，包括重金属、氨氮、盐类和低分子量的有机酸等，大麦种子由于生长较快且容易控制，常以种子发芽和根部生长来研究稳定化过程后污泥对植物毒性的影响。一般用污泥提取液进行测定。
种子发芽率=污泥提取液种子发芽数/控制条件下种子发芽数*100
根部生长率=污泥提取液平均根部长度/控制条件下平均根部长度*100
二、指标评价
取未经处理的混合污泥，编号为A;
取实施例1缺乏步骤二处理的消化污泥，编号为B;
取市售的污泥有机肥，编号为C;
取经实施例1处理的消化污泥，编号为A1;
取经实施例2处理的消化污泥，编号为A2;
取经实施例3处理的消化污泥，编号为A3;
取经实施例4处理的消化污泥，编号为A4;
分别取编号为A、B、C、A1、A2、A3、A4的污泥各约20g，按有机物含量测定方法分别测定七种污泥中有机物含量，结果如下表1所示。
由上表1可知，一般未经处理的污泥中约含70-75%的有机物和25-30%的无机物，通过厌氧消化处理后，污泥中的有机物约有1/2-1/3被分解，所含有机物和无机物约各占一半，有机物含量比市售污泥有机肥的含量略低。
分别取编号为A、B、C、A1、A2、A3、A4的污泥，4500r/min离心20min，取上清液备用;取一层滤纸，用上清液润湿，铺在培养皿底部，然后在培养皿中加入上清液，再将在4℃春化24h的大麦种子置于培养皿的滤纸上，使液面不完全没过种子，将培养皿置于26℃培养箱中，在16h光照和8h黑暗的光周期中培养8d。其中每个培养皿20颗种子，每组试验设置三个平行，控制条件选用营养液代替上清液。分别测定七种污泥对植物毒性的影响，结果如下表2所示。
通过对污泥对植物毒性检测可知：未经处理的污泥中由于含有重金属等有害物质，对大麦种子发芽与生根影响相对较大，发芽率仅在36-39%;未经调质直接进行厌氧消化所得污泥有机肥和市售污泥有机肥的种子发芽率与根部生长率虽有所增高，但增高水平不及采用本发明方法所得污泥有机肥，采用本发明方法经调质与厌氧消化后发芽率大大提高，可达70-85%，根部生长率也由原来的52%提高至营养液培养水平，说明污泥经处理后，无论是营养水平还是生长发育水平，均能满足植物生长的需要，可加工成有机肥料投入使用。
