申请日2018.01.11
公开(公告)日2018.06.19
IPC分类号C02F11/12; C05G3/04; C05F17/00
摘要
本发明公开了一种城市污泥联合秸秆粉进行生物预干化的方法，是一种利用多个微生物群体及秸秆粉混合物共同作用而实现预干化污泥，解决现有污泥含水率高，干化耗能大，粘性大运输不方便等技术问题。它是将浓缩脱水后含水率为75%～85%的污泥，加入生长着有益微生物菌种的秸秆粉，通过微生物消耗污泥中的有机质产热进行预干化污泥的一种工艺。本发明通过微生物好氧发酵产热来蒸发水分，使污泥自然脱离塑性阶段，并利用微生物的除臭功能，消除去污泥中的臭气，利用污泥及秸秆粉自身的生物能，从而实现污泥和秸秆的减容减量，而提供一种工艺流程简单，易操作，成本低，干化效果好，环境效益好的生物预干化工艺。
权利要求书
1.一种污泥联合秸秆粉进行生物干化的方法，其特征在于有下列步骤：
步骤一，污泥预处理;
将收集的污泥经机械甩干或者压榨脱水处理后，得到含水量为75%～85%的待处理污泥;
步骤二，秸秆破碎处理;
将收集的植物秸秆直接进行破碎，破碎后得到直径为30mm以下的粉碎秸秆;步骤三，添加复合菌剂;
在步骤二得到的粉碎秸秆中喷洒复合菌剂，经搅拌混合均匀，得到含微生物群体的秸秆粉;
复合菌剂占粉碎秸秆的重量百分比为1%～5%;
步骤四，初步发酵;
将步骤三得到的含微生物群体的秸秆粉发酵2～3天，得到初步发酵秸秆粉;
步骤五，污泥与秸秆粉的混合;
将步骤一得到的待处理污泥与步骤四得到的初步发酵秸秆粉经搅拌混合均匀，得到污泥混合物A;
初步发酵秸秆粉与待处理污泥的混合重量配比为1:10～20;
步骤六，生物干化处理;
将步骤五得到的污泥混合物A在温度40℃～50℃下每10～12小时，翻堆、搅拌处理，增加其中的氧含量，也帮助水分散失，生物预干化处理10～15天后得到污泥混合物B;所述污泥混合物B的含水率降到40%～45%。
2.根据权利要求1所述的一种污泥联合秸秆粉进行生物干化的方法，其特征在于：复合菌剂包括白腐菌，嗜热芽孢杆菌，酵母菌，米曲霉，硝化细菌等菌种;其中，白腐菌，活菌数为4.5～11.7×108CFU;嗜热芽孢杆菌，活菌数为0.9～7.5×108CFU;酵母菌，活菌数为1.0～1.92×108CFU;米曲霉，活菌数为4.8～10.5×108CFU;硝化细菌，活菌数为1～10×108CFU。
3.根据权利要求1所述的一种污泥联合秸秆粉进行生物干化的方法，其特征在于：制得的污泥混合物B能够用于回归土壤。
4.根据权利要求1所述的一种污泥联合秸秆粉进行生物干化的方法，其特征在于：制得的污泥混合物B能够用于焚烧厂焚烧发电，炉渣用作建材或者填埋。
说明书
一种污泥联合秸秆粉进行生物预干化的方法
技术领域
本发明涉及一种城市污泥的处理，更特别地说，是指一种污泥联合秸秆粉进行生物预干化的方法。
背景技术
城市脱水污泥具有以下特点：不易脱水，经浓缩脱水后含水率在80%以上;含水率高体积大，不利于运输;挥发分含量高，且含有丰富的营养成分;性质不稳定并可能含有大量的病原体、重金属及有毒有机物等有害物质。
目前，污泥的处置方法主要有填埋，土地利用和焚烧。直接填埋，占用土地且会产生渗滤液并污染地下水;直接土地利用则会因为运输不方便，粘度大分散困难受到限制;直接焚烧，因为其含固率低，热值也偏低，导致燃烧成本较高。因此，对城市污泥进行干化处理，降低含水率，是污泥减量化处置的必然步骤。
污泥干化技术是通过热能对污泥进行水分去除，在干化过程中将耗去大量的热能。脱水污泥经加热干化使含水率由80%降到60%这一段所消耗能量小，其主要去除的是污泥中的游离水;同样含水率在40%以下继续干化消耗能量也小;但污泥在含水率40%～60%之间，为污泥的塑性阶段，这阶段污泥的流体特性类似胶水，胶状、粘稠，很难处置，对其干化消耗能量急剧增加，耗能巨大，且很难干化。
生物干化是基于堆肥方法发展而来的一种新型减量化工艺，其原理为利用污泥本身所含有的有机物好氧生物降解产生的热量，联合通风及翻堆使水分以蒸汽的形式进入气象，使污泥中的水分汽化并扩散，实现含水率的下降。
我国是农业大国，农作物秸秆资源丰富，北方的小麦，玉米秸秆，南方的稻草等都产量巨大。由于人们对秸秆资源化综合利用认识不足，导致秸秆的利用率很低。同时，秸秆随意丢弃或焚烧的现象屡禁不止，不仅是对农作物秸秆资源的极大浪费，而且也造成严重的环境污染。
发明内容
本发明是为了降低现有脱水污泥含水率，解决现有污泥热干化脱水难，耗电成本高，占地面积大等技术不足，且可以充分利用生物秸秆及微生物，有效地改善污泥板结胶体结构，能增加间隙，易于水分挥发，除去污泥散发的臭气，使污泥自然脱离塑性阶段，从而实现污泥的减容减量，而提供一种工艺流程简单，易操作，成本低，干化效果好的生物预干化工艺。
本发明提出了一种污泥联合秸秆粉进行生物干化的方法，其特征在于有下列步骤：
步骤一，污泥预处理;
将收集的污泥经机械甩干或者压榨脱水处理后，得到含水量为75%～85%的待处理污泥;
步骤二，秸秆破碎处理;
将收集的植物秸秆直接进行破碎，破碎后得到直径为30mm以下的粉碎秸秆;步骤三，添加复合菌剂;
在步骤二得到的粉碎秸秆中喷洒复合菌剂，经搅拌混合均匀，得到含微生物群体的秸秆粉;
复合菌剂占粉碎秸秆的重量百分比为1%～5%;
步骤四，初步发酵;
将步骤三得到的含微生物群体的秸秆粉发酵2～3天，得到初步发酵秸秆粉;
步骤五，污泥与秸秆粉的混合;
将步骤一得到的待处理污泥与步骤四得到的初步发酵秸秆粉经搅拌混合均匀，得到污泥混合物A;
初步发酵秸秆粉与待处理污泥的混合重量配比为1:10～20;
步骤六，生物干化处理;
将步骤五得到的污泥混合物A在温度40℃～50℃下每10～12小时，翻堆、搅拌处理，增加其中的氧含量，也帮助水分散失，生物预干化处理10～15天后得到污泥混合物B。所述污泥混合物B的含水率降到40%～45%。
本发明与其他生物干化工艺相比具有以下优点：本发明微生物先在秸秆粉上初步生长繁殖，建立了菌种的一个整体，相互协同，作为多种微生物共存的一种生物体复合制剂，同时依靠相互间共生增殖及协同作用，好氧发酵，形成稳定而复杂的生态系统;之后再加入到污泥中，给污泥带入有益菌群及菌群初期生长的营养物质，不用因为微生物的初期混合再在污泥中表示其他拮抗竞争作用等;有益微生物菌群在代谢过程中产生脂肪酶、蛋白酶、淀粉酶等可以降解污泥中的有机质，打破污泥胶团状态，束缚水活化，利于结合水的破除，通过在污泥中有氧发酵产热蒸发水分，打破污泥的塑性阶段。微生物代谢过程中产生的各种酶降解臭源有机质，也会减少臭味的散发。本发明不需要外加其他化学辅料基质等，添加秸秆粉有利于增加污泥的有机质含量，保证复合菌剂营养需求使其生长繁殖迅速，更好的发挥其作用，也有利于降低污泥粘性，增加孔隙结构，降低污泥游离水的结合性。并减少了菌种的驯化阶段，使复合菌群更好的发挥作用，加快污泥的干化速率，真正做到污泥秸秆的减容减量化，是一种工艺流程简单，易操作，成本低，干化效果好的生物预干化工艺。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明做进一步的详细说明。
在本发明中，污泥与秸秆可以混合通过微生物进行预干化，既经济又环境友好的污泥秸秆处理处置，使脱水污泥含水率由80%降至40%，使污泥自然脱离塑性阶段，不需要消耗大量外来热源，这样大大节约了能耗，降低污泥干化成本，并且通过微生物在污泥中的作用除去其中臭气，因此对环境友好。含水率在40%以下继续干化消耗能量小，因此想要污泥绝干既可以选择热干化也可以利用太阳能干化。
在本发明中，污泥与秸秆可以混合通过微生物进行预干化，既经济又环境友好的污泥秸秆处理处置，使脱水污泥含水率由80%降至40%，使污泥自然脱离塑性阶段，不需要消耗大量外来热源，这样大大节约了能耗，降低污泥干化成本，并且通过微生物在污泥中的作用除去其中臭气，因此对环境友好。含水率在40%以下继续干化消耗能量小，因此想要污泥绝干既可以选择热干化也可以利用太阳能干化。
本发明提出了一种污泥联合秸秆粉进行生物预干化的方法，其包括以下步骤：
步骤一，污泥预处理;
将收集的污泥经机械甩干或者压榨脱水处理后，得到含水量为75%～85%的待处理污泥;
步骤二，秸秆破碎处理;
将收集的植物秸秆直接进行破碎，破碎后得到直径为30mm以下的粉碎秸秆。
在本发明中，秸秆可以是小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花、甘蔗等的茎叶、穗部分。
步骤三，添加复合菌剂;
在步骤二得到的粉碎秸秆中喷洒复合菌剂，经搅拌混合均匀，得到含微生物群体的秸秆粉;复合菌剂占粉碎秸秆的重量百分比为1%～5%;
复合菌剂包括白腐菌，嗜热芽孢杆菌，酵母菌，米曲霉，硝化细菌等菌种。其中，白腐菌，活菌数为4.5～11.7×108CFU;嗜热芽孢杆菌，活菌数为0.9～7.5×108CFU;酵母菌，活菌数为1.0～1.92×108CFU;米曲霉，活菌数为4.8～10.5×108CFU;硝化细菌，活菌数为1～10×108CFU。
步骤四，初步发酵;
将步骤三得到的含微生物群体的秸秆粉发酵2～3天，得到初步发酵秸秆粉。
在本发明中，含微生物群体的秸秆粉在发酵的最初1～2天里微生物快速生长和繁殖，初步建立起菌种的一个整体，相互协同，作为多种微生物共存的一种生物体复合制剂，同时依靠相互间共生增殖及协同作用，好氧发酵，形成稳定而复杂的生态系统;通过微生物的生长繁殖活动可将含微生物群体的秸秆粉中的少量糖分和氧气转化成二氧化碳和水，由于微生物的活动，产生了各种酶类，这些酶破坏了含微生物群体的秸秆粉中的纤维素、半纤维素和木质素的结构，使它们逐级降解，形成各种糖类物质，给更多的微生物提供养分。
步骤五，污泥与秸秆粉的混合;
将步骤一得到的待处理污泥与步骤四得到的初步发酵秸秆粉经搅拌混合均匀，得到污泥混合物A;初步发酵秸秆粉与待处理污泥的混合重量配比为1:10～20。
将初步发酵过的秸秆粉加入到含水量为75%～85%的污泥中。由于微生物是以秸秆粉为依托，因此其比表面积大，代谢强度高，加入污泥中，很快就适应环境，其数目大，繁殖迅速，初步发酵秸秆粉的加入带入大量有益菌群，并降低了污泥的粘性，增加了物料之间的空隙，对污泥有机物的降解起关键作用。
步骤六，生物干化处理;
将步骤五得到的污泥混合物A在温度40℃～50℃下每10～12小时，翻堆、搅拌处理，增加其中的氧含量，也帮助水分散失，生物预干化处理10～15天后得到污泥混合物B。所述污泥混合物B的含水率降到40%～45%。
在本发明中，污泥混合物A在微生物菌群作用下，利用其中的易降解有机物进行有氧发酵，满足自身繁殖需求的同时并释放出大量热。同时使污泥中的束缚水活化，降低其束缚态，使污泥粘性降低，更易于水分挥发。其中的微生物在代谢过程中产生脂肪酶、蛋白酶、淀粉酶等可以降解污泥中的有机质，打破污泥胶团状态，束缚水活化，利于结合水的破除，打破污泥的塑性阶段。微生物代谢过程中产生的各种酶降解臭源有机质，也会减少臭味的散发。微生物在污泥秸秆粉混合物中生长约10～12小时使用翻堆机翻堆处理，增加其中的氧含量，也帮助水分散失。
在生物预干化的过程中，微生物能够达到除臭效果。复合菌剂中含有白腐菌，嗜热芽孢杆菌，酵母菌，米曲霉，硝化细菌等代谢过程中产生的酶可以将污泥中的有机成分分解，并利用其中的有机质、硫化氢、氨气等，并且能在污泥秸秆粉上迅速生长繁殖，快速分解臭源有机物，同时依靠相互间共生增殖及协同作用，代谢出抗氧化物质，形成稳定而复杂的生态系统，抑制有害微生物的生长繁殖，抑制含硫、氮等恶臭物质产生的臭味，从而达到净化污泥、除臭的目的。
在本发明中，生物预干化周期为10～15天，是为了使污泥含水率降到40%～45%。生物预干化能够使污泥含水率降到40%～45%，得到的污泥混合物B稳定，没有气味散发，污泥粘性消失便于运输及进一步处理。有机物降解过程产热，促使植物秸秆粉在污泥中快速降解，也增加了堆体的温度，会产生更高的热量，利于水分散失。
在本发明中，污泥混合物B含水率在40%以下时继续干化消耗能量小，因此想要污泥绝干既可以选择热干化也可以利用太阳能干化。
在本发明中，生物预干化不需要外加热源，干化所需要的能量来源于体系内微生物菌群的好氧呼吸，属于生物能，这是与其他热干化不同之处，另外加入秸秆粉，属于纯生物材质，不仅保证微生物生长的营养来源，还增加了污泥的间隙同时消耗了秸秆。本发明不需要额外添加其他化学基质成分解决现有污泥脱水率低，热干化耗能高等技术问题，还提高了污泥、秸秆的减容减量化。本发明预干化后的产物作为肥料或者营养土利用不但可以有效地改善土壤团粒结构，改善土壤环境，同时可以明显地提高作物品质生产出绿色无公害农产品，可广泛用于各种农林及经济作物上。
本发明产物(即污泥混合物B)的有效利用;
在本发明中，可以根据污泥来源和品质确定后续出路。
如城市污泥与秸秆粉混合生物预干化后的产物可以重新返田，作为肥料或者营养土利用，由于污泥及秸秆粉中中富含N、P、K等营养物质及其他微量矿物元素，在好氧菌作用下稳定熟化，易于植物吸收，可直接用于园林绿化、植被恢复、回填土等。
也可以将污泥混合物B焚烧发电，干化后污泥与秸秆粉含水率已经降低，含固率增加，剩余炉渣可以做建材或者填埋处理。
实施例1
使用污水处理厂的污泥与秸秆粉进行生物预干化的方法，包括以下步骤：
步骤一，污泥预处理;
将污水处理厂的污泥经压榨脱水处理收集100 kg，得到含水量为85%的待处理污泥;
步骤二，秸秆破碎处理;
将收集的植物秸秆直接进行破碎，破碎后得到直径为30mm以下的粉碎秸秆
步骤三，添加复合菌剂;
在步骤二得到的粉碎秸秆中喷洒复合菌剂，经搅拌混合均匀，得到含微生物群体的秸秆粉;复合菌剂占粉碎秸秆的重量百分比为5%;
复合菌剂包括白腐菌，嗜热芽孢杆菌，酵母菌，米曲霉，硝化细菌等菌种。其中，白腐菌，活菌数为4.5～11.7×108CFU;嗜热芽孢杆菌，活菌数为0.9～7.5×108CFU;酵母菌，活菌数为1.0～1.92×108CFU;米曲霉，活菌数为4.8～10.5×108CFU;硝化细菌，活菌数为1～10×108CFU。
步骤四，初步发酵;
将步骤三得到的含微生物群体的秸秆粉发酵3天，得到初步发酵秸秆粉。
步骤五，污泥与秸秆粉的混合;
将步骤一得到的待处理污泥与步骤四得到的初步发酵秸秆粉经搅拌混合均匀，得到污泥混合物A;初步发酵秸秆粉与待处理污泥的混合重量配比为1:10，即初步发酵秸秆粉为10kg。
步骤六，生物干化处理;
将步骤五得到的污泥混合物A在温度45℃下每12小时，翻堆、搅拌处理，生物预干化处理15天后得到污泥混合物B。所述污泥混合物B的含水率降到40%。实施例1产物的有效利用;
将实施例1得到的产物可以重新返田，作为肥料或者营养土利用，由于降解的污泥及秸秆粉中中富含N、P、K等营养物质及其他微量矿物元素，在好氧菌群作用下稳定熟化，易于植物吸收。
实施例2
使用石化厂的污泥与秸秆粉进行生物预干化的方法，包括以下步骤：
步骤一，污泥预处理;
将石化厂的污泥经机械甩干脱水处理收集10 kg，得到含水量为82%的待处理污泥;
步骤二，秸秆破碎处理;
将收集的植物秸秆直接进行破碎，破碎后得到直径为30mm以下的粉碎秸秆
步骤三，添加复合菌剂;
在步骤二得到的粉碎秸秆中喷洒复合菌剂，经搅拌混合均匀，得到含微生物群体的秸秆粉;复合菌剂占粉碎秸秆的重量百分比为1%;
复合菌剂包括白腐菌，嗜热芽孢杆菌，酵母菌，米曲霉，硝化细菌等菌种。其中，白腐菌，活菌数为4.5～11.7×108CFU;嗜热芽孢杆菌，活菌数为0.9～7.5×108CFU;酵母菌，活菌数为1.0～1.92×108CFU;米曲霉，活菌数为4.8～10.5×108CFU;硝化细菌，活菌数为1～10×108CFU。
步骤四，初步发酵;
将步骤三得到的含微生物群体的秸秆粉发酵2天，得到初步发酵秸秆粉。
步骤五，污泥与秸秆粉的混合;
将步骤一得到的待处理污泥与步骤四得到的初步发酵秸秆粉经搅拌混合均匀，得到污泥混合物A;初步发酵秸秆粉与待处理污泥的混合重量配比为1:20，即初步发酵秸秆粉为0.5 kg。
步骤六，生物干化处理;
将步骤五得到的污泥混合物A在温度50℃下每10小时，翻堆、搅拌处理，生物预干化处理10天后得到污泥混合物B。所述污泥混合物B的含水率降到45%。实施例2产物的有效利用;
经测量实施例2的污泥中重金属超标，故将实施例2得到的产物只能填埋或者运输到焚烧厂焚烧发电，炉渣可以用作建材或者填埋等。
实施例3
使用发酵厂的污泥与秸秆粉进行生物预干化的方法，包括以下步骤：
步骤一，污泥预处理;
将发酵厂的污泥经机械甩干脱水处理收集20 kg，得到含水量为80%的待处理污泥;
步骤二，秸秆破碎处理;
将收集的植物秸秆直接进行破碎，破碎后得到直径为30mm以下的粉碎秸秆。步骤三，添加复合菌剂;
在步骤二得到的粉碎秸秆中喷洒复合菌剂，经搅拌混合均匀，得到含微生物群体的秸秆粉;复合菌剂占粉碎秸秆的重量百分比为3%;
复合菌剂包括白腐菌，嗜热芽孢杆菌，酵母菌，米曲霉，硝化细菌等菌种。其中，白腐菌，活菌数为4.5～11.7×108CFU;嗜热芽孢杆菌，活菌数为0.9～7.5×108CFU;酵母菌，活菌数为1.0～1.92×108CFU;米曲霉，活菌数为4.8～10.5×108CFU;硝化细菌，活菌数为1～10×108CFU。
步骤四，初步发酵;
将步骤三得到的含微生物群体的秸秆粉发酵3天，得到初步发酵秸秆粉。
步骤五，污泥与秸秆粉的混合;
将步骤一得到的待处理污泥与步骤四得到的初步发酵秸秆粉经搅拌混合均匀，得到污泥混合物A;初步发酵秸秆粉与待处理污泥的混合重量配比为1:16，即初步发酵秸秆粉为1.25 kg。
步骤六，生物干化处理;
将步骤五得到的污泥混合物A在温度40℃下每12小时，翻堆、搅拌处理，生物预干化处理14天后得到污泥混合物B。所述污泥混合物B的含水率降到41%。实施例3产物的有效利用;
经测量实施例3的污泥中重金属超标，故将实施例3得到的产物置于太阳下，平摊晾晒2天，干化污泥含水率为20.5%。
