申請(qǐng)日2015.10.08
公開(公告)日2016.01.27
IPC分類號(hào)C05F7/00
摘要
一種城市污水處理廠剩余污泥堆肥化處理方法，該方法先將吸附有納米零價(jià)鐵的Fe3O4-殼聚糖磁性微球、城市污水處理廠剩余污泥、菜籽餅按質(zhì)量比1～5:100:20～50混合，再于堆肥反應(yīng)器中好氧發(fā)酵20～25天，然后依次進(jìn)行干燥、粉碎，并通過(guò)外加磁場(chǎng)回收其中的Fe3O4-殼聚糖磁性微球。本方法不僅可大幅度降低污泥中重金屬的含量，而且回收的Fe3O4-殼聚糖磁性微球經(jīng)活化后可重復(fù)使用，發(fā)酵后得到的污泥堆肥可作為苧麻專用肥料的原料。
權(quán)利要求書
1.一種城市污水處理廠剩余污泥堆肥化處理方法，其特征在于：
所述處理方法依次包括以下步驟：
步驟一：于攪拌狀態(tài)下將Fe3O4-殼聚糖磁性微球與納米零價(jià)鐵在無(wú)水乙醇中混合，以使納米零價(jià)鐵吸附于Fe3O4-殼聚糖磁性微球的表面，其中，所述Fe3O4-殼聚糖磁性微球與納米零價(jià)鐵的質(zhì)量比為100～300:1;
步驟二：先將吸附有納米零價(jià)鐵的Fe3O4-殼聚糖磁性微球、城市污水處理廠剩余污泥、菜籽餅按質(zhì)量比1～5:100:20～50混合以得到混合物料，再調(diào)節(jié)混合物料的C/N質(zhì)量比為27～33:1、初始含水率為57～63%，然后將混合物料置于堆肥反應(yīng)器中好氧發(fā)酵20～25天;
步驟三：先將發(fā)酵后的混合物料進(jìn)行干燥以得到含水率≤10%的污泥堆肥，再將污泥堆肥粉碎后通過(guò)外加磁場(chǎng)回收其中的Fe3O4-殼聚糖磁性微球。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市污水處理廠剩余污泥堆肥化處理方法，其特征在于：
所述處理方法還包括Fe3O4-殼聚糖磁性微球的活化，該步驟位于步驟三之后;
所述Fe3O4-殼聚糖磁性微球的活化是指：先用超純水將回收的Fe3O4-殼聚糖磁性微球洗滌至上清液澄清，再用無(wú)水乙醇洗滌數(shù)次，然后用強(qiáng)磁鐵進(jìn)行分選，傾去磁響應(yīng)效果差的Fe3O4-殼聚糖磁性微球，最后于攪拌狀態(tài)下將Fe3O4-殼聚糖磁性微球與納米零價(jià)鐵在無(wú)水乙醇中混合，以在Fe3O4-殼聚糖磁性微球的表面再次吸附納米零價(jià)鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種城市污水處理廠剩余污泥堆肥化處理方法，其特征在于：
所述處理方法還包括苧麻專用肥料的制備，該步驟位于步驟三之后;
所述苧麻專用肥料的制備是指：將回收Fe3O4-殼聚糖磁性微球后的污泥堆肥、尿素、過(guò)磷酸鈣以及氯化鉀以質(zhì)量比10:4～6:2～3:1～2混合即可。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種城市污水處理廠剩余污泥堆肥化處理方法，其特征在于：
所述步驟一中，F(xiàn)e3O4-殼聚糖磁性微球按照以下步驟制備：
a：先將殼聚糖、體積分?jǐn)?shù)為1%的醋酸溶液以1:9～11的質(zhì)量體積比混合，再采用0.45um濾膜過(guò)濾以除去不溶的殼聚糖，然后加入納米Fe3O4并超聲30～50min，得到水相混合溶液，其中，所述納米Fe3O4與殼聚糖的質(zhì)量比為1:1.5～2.5;
b：先將環(huán)己烷和正己醇按13:6～8的體積比混合以得到混合液，再向混合液中加入span80，得到油相混合液，其中，所述混合液與體積分?jǐn)?shù)為1%的醋酸溶液的體積比為1.5～2.5:1，span80與混合液的質(zhì)量體積比為1:48～52;
c：先在機(jī)械攪拌下將水相混合溶液緩慢加至油相混合液中，再于常溫下反應(yīng)1h后加入質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為25%的戊二醛，并在55～65℃水浴下交聯(lián)3～5h，反應(yīng)完成后傾去油相以得到水相混合溶液，再向水相混合溶液中加入丙酮，待丙酮破乳后加入氨水，然后用強(qiáng)磁鐵進(jìn)行分選，傾去磁響應(yīng)效果差的微球，其中，所述質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為25%的戊二醛與混合液的體積比為100～200:1，丙酮與水相混合溶液的體積比為1:1～10，氨水與混合液的體積比為1:24～26;
d：先對(duì)分選后的微球依次用無(wú)水乙醇洗滌多次、超純水洗滌至上清液澄清、無(wú)水乙醇洗滌多次，再將其真空干燥即得到Fe3O4-殼聚糖磁性微球。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種城市污水處理廠剩余污泥堆肥化處理方法，其特征在于：
所述步驟一中，F(xiàn)e3O4-殼聚糖磁性微球的粒徑為2～10um，比飽和磁化強(qiáng)度為23.3～32.6eum/g。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種城市污水處理廠剩余污泥堆肥化處理方法，其特征在于：所述步驟二中，先調(diào)節(jié)混合物料的C/N質(zhì)量比為30:1、初始含水率為60%，然后將混合物料置于堆肥反應(yīng)器中好氧發(fā)酵20～25天。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種城市污水處理廠剩余污泥堆肥化處理方法，其特征在于：所述步驟二通過(guò)添加尿素或碳酸氫銨來(lái)調(diào)節(jié)混合物料的C/N質(zhì)量比。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種城市污水處理廠剩余污泥堆肥化處理方法，其特征在于：
在所述步驟二的好氧發(fā)酵過(guò)程中，每天強(qiáng)制鼓風(fēng)2次，每次0.5～2h，且兩次鼓風(fēng)的間隔不少于6h;
所述步驟三中，干燥的溫度≤70℃。
說(shuō)明書
一種城市污水處理廠剩余污泥堆肥化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種污泥堆肥化處理方法，具體為一種城市污水處理廠剩余污泥堆肥化處理方法。
背景技術(shù)
近年來(lái)，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，污水處理規(guī)模和效率的提升，污泥的產(chǎn)生數(shù)量不斷增長(zhǎng)，城市污水處理廠巨大的處理負(fù)荷使“污泥圍城”成為各大城市的發(fā)展瓶頸。城市污水處理廠剩余污泥中含有豐富的氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)等對(duì)植物生長(zhǎng)有利的營(yíng)養(yǎng)成分，故污泥土地利用是一種較適合我國(guó)國(guó)情的污泥處置方法。但是，隨著污泥中的營(yíng)養(yǎng)成分一起進(jìn)入土壤中的還有病原菌和重金屬元素等有害物質(zhì)，我國(guó)城市污水處理廠剩余污泥中的主要重金屬有Zn、Cu、Cr、Pb和Ni等，直接將污泥農(nóng)用勢(shì)必對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的毒害，存在二次污染的可能。堆肥處理是污泥無(wú)害化和資源化的重要途徑之一。雖然污泥經(jīng)過(guò)堆肥化處理后，可有效地殺滅其中病原菌和寄生蟲卵，堆肥前后的重金屬含量均有所下降，且重金屬的形態(tài)有較大的變化，而重金屬的生物有效性與其形態(tài)密切相關(guān)，但堆肥化處理并不能去除污泥中的重金屬，因此，污泥堆肥施用過(guò)程中重金屬易在土壤和作物體內(nèi)積累，從而成為其土地利用最主要的限制因素。
利用吸附劑去除重金屬具有應(yīng)用范圍廣、處理效果好、可重復(fù)使用等特性。現(xiàn)階段使用較多的吸附劑有活性炭吸附劑，天然礦物吸附劑(如膨脹土、蒙脫石、海泡石、海綿鐵、凹凸棒石等)，固體廢棄物吸附劑(如煤渣、爐渣、粉煤灰、植物秸稈焚燒后的粉末等)，無(wú)機(jī)物吸附劑(如鎂鹽、MnO2等)，離子交換樹脂、殼聚糖以及最新的納米吸附材料等。其中，常見的活性炭和沸石對(duì)重金屬吸附容量較低，再生困難，成本較高;納米材料雖然因表面積大及納米效應(yīng)而具有吸附容量高的優(yōu)點(diǎn)，但是回收困難仍然是最大的難題。
磁性復(fù)合微球是指通過(guò)適當(dāng)制備方法使有機(jī)高分子與無(wú)機(jī)磁性顆粒結(jié)合形成的具有特定微觀結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)合材料。常見的制備方法有：懸浮聚合法、分散聚合法、乳液聚合法、共混包埋法、化學(xué)轉(zhuǎn)化法及可控自由基聚合法等。有機(jī)高分子化合物的引入抑制了微球的相互聚集，便于復(fù)合微球的操控和分散，增大了顆粒的表面效應(yīng)。在外加磁場(chǎng)的磁化驅(qū)動(dòng)下，具有超順磁性的復(fù)合微球表現(xiàn)出磁性，撤去外磁場(chǎng)后不表現(xiàn)磁性，因此可以快速有效地實(shí)現(xiàn)分離。因磁性復(fù)合微球具有吸附容量高、易回收的特點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)外將其作為新型功能材料已經(jīng)在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、分離工程等多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛應(yīng)用，在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用也開始受到重視。
目前磁性復(fù)合微球在環(huán)境領(lǐng)域中的研究及應(yīng)用主要集中在水處理中對(duì)重金屬去除，如Agrawal等研究了一種氧化鐵負(fù)載明膠顆粒對(duì)Cr6+吸附去除作用，研究結(jié)果表明這種材料在酸性條件下對(duì)Cr6+有很好的去除效果，并且可以吸附去除低濃度的Cr6+。Zhu等用生物發(fā)酵法合成了Fe3O4/纖維素，研究結(jié)果表明這種材料對(duì)重金屬Pb2+，Mn2+和Cr3+均具有很好的去除效果，脫附-吸附試驗(yàn)表明材料脫附后可以重復(fù)利用，并且吸附容量基本保持不變。Chen等通過(guò)共沉淀法制備了尺寸不等的磁性殼聚糖納米微球，通過(guò)其對(duì)水中Cu2+的吸附研究表明，當(dāng)納米顆粒尺寸在8～40nm時(shí)，材料對(duì)Cu2+的吸附效果最好，吸附容量可達(dá)35.5mg/g，去除率在90%以上。Zhang等以3-丙基三甲氧基硅烷為功能單體，以正硅酸乙酯作為交聯(lián)劑制得了Fe3O4SiO2ⅡP，這種磁性微球?qū)b2+具有選擇吸附性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明材料對(duì)Pb2+的最大吸附容量達(dá)到19.61mg/g，去除率在98%以上�，F(xiàn)階段，磁性復(fù)合微球用于污泥中去除重金屬的應(yīng)用較少。
麻類是人類最早利用的天然纖維之一，主要包括苧麻、亞麻、紅麻、黃麻、大麻、劍麻和蕉麻等，其中最具有優(yōu)勢(shì)的麻纖維是苧麻。苧麻(Boehmerianivea(L.)Gaud.)屬蕁麻科(Urticaceae)苧麻屬(BoehmeriaJacq.)多年生宿根草本植物，在國(guó)際上稱為“中國(guó)草”，我國(guó)是苧麻的原產(chǎn)地。我國(guó)的苧麻產(chǎn)量占全世界的90%，80%的苧麻產(chǎn)品出口，占世界苧麻紡織品貿(mào)易額的60%以上，具有極強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力;苧麻服飾具有挺括、典雅、輕盈、涼爽、透氣、抗(抑)菌等優(yōu)點(diǎn)，屬高檔消費(fèi)品;苧麻產(chǎn)業(yè)是我國(guó)傳統(tǒng)的民族產(chǎn)業(yè)，屬勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，在我國(guó)苧麻產(chǎn)業(yè)鏈中從業(yè)的員工多達(dá)數(shù)百萬(wàn)。與其它韌皮纖維相比，苧麻纖維具有纖維長(zhǎng)、強(qiáng)度大、耐腐抗霉、吸收和散發(fā)水分快以及散熱快等特性，優(yōu)質(zhì)苧麻長(zhǎng)纖維呈現(xiàn)白色，并有絲綢狀光澤，苧麻纖維的橫截面積在其長(zhǎng)度方向上的變化很大，纖維上有許多篩孔狀結(jié)構(gòu)。
苧麻是一種多年生宿根性旱地草本纖維作物，其地下根系俗稱“麻蔸”。麻蔸的自我更新能力很強(qiáng)，一般而言，苧麻可宿根種植10～20年。在苧麻種植生產(chǎn)中，苧麻營(yíng)養(yǎng)吸收量與產(chǎn)量高低有密切關(guān)系，產(chǎn)量高養(yǎng)分吸收量大，產(chǎn)量低養(yǎng)分吸收量少，且養(yǎng)分吸收量的增加比產(chǎn)量增加的幅度要大。苧麻三麻收割后，麻蔸內(nèi)儲(chǔ)藏的養(yǎng)分消耗很多，土壤肥力降低，如不及時(shí)補(bǔ)充肥料就不利于第二年高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。同時(shí)，苧麻對(duì)重金屬具有較強(qiáng)的耐受和吸收能力，是一種具備修復(fù)重金屬污染土壤潛力較大的目標(biāo)植物。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有堆肥化處理方法存在的無(wú)法有效去除重金屬的問(wèn)題，提供一種可有效去除重金屬的城市污水處理廠剩余污泥堆肥化處理方法。
為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：
一種城市污水處理廠剩余污泥堆肥化處理方法，該處理方法依次包括以下步驟：
步驟一：于攪拌狀態(tài)下將Fe3O4-殼聚糖磁性微球與納米零價(jià)鐵在無(wú)水乙醇中混合，以使納米零價(jià)鐵吸附于Fe3O4-殼聚糖磁性微球的表面，其中，所述Fe3O4-殼聚糖磁性微球與納米零價(jià)鐵的質(zhì)量比為100～300:1;
步驟二：先將吸附有納米零價(jià)鐵的Fe3O4-殼聚糖磁性微球、城市污水處理廠剩余污泥、菜籽餅按質(zhì)量比1～5:100:20～50混合以得到混合物料，再調(diào)節(jié)混合物料的C/N質(zhì)量比為27～33:1、初始含水率為57～63%，然后將混合物料置于堆肥反應(yīng)器中好氧發(fā)酵20～25天;
步驟三：先將發(fā)酵后的混合物料進(jìn)行干燥以得到含水率≤10%的污泥堆肥，再將污泥堆肥粉碎后通過(guò)外加磁場(chǎng)回收其中的Fe3O4-殼聚糖磁性微球。
所述處理方法還包括Fe3O4-殼聚糖磁性微球的活化，該步驟位于步驟三之后;
所述Fe3O4-殼聚糖磁性微球的活化是指：先用超純水將回收的Fe3O4-殼聚糖磁性微球洗滌至上清液澄清，再用無(wú)水乙醇洗滌數(shù)次，然后用強(qiáng)磁鐵進(jìn)行分選，傾去磁響應(yīng)效果差的Fe3O4-殼聚糖磁性微球，最后于攪拌狀態(tài)下將Fe3O4-殼聚糖磁性微球與納米零價(jià)鐵在無(wú)水乙醇中混合，以在Fe3O4-殼聚糖磁性微球的表面再次吸附納米零價(jià)鐵。
所述處理方法還包括苧麻專用肥料的制備，該步驟位于步驟三之后;
所述苧麻專用肥料的制備是指：將回收Fe3O4-殼聚糖磁性微球后的污泥堆肥、尿素、過(guò)磷酸鈣以及氯化鉀以質(zhì)量比10:4～6:2～3:1～2混合即可。
所述步驟一中，F(xiàn)e3O4-殼聚糖磁性微球按照以下步驟制備：
a：先將殼聚糖、體積分?jǐn)?shù)為1%的醋酸溶液以1:9～11的質(zhì)量體積比混合，再采用0.45um濾膜過(guò)濾以除去不溶的殼聚糖，然后加入納米Fe3O4并超聲30～50min，得到水相混合溶液，其中，所述納米Fe3O4與殼聚糖的質(zhì)量比為1:1.5～2.5;
b：先將環(huán)己烷和正己醇按13:6～8的體積比混合以得到混合液，再向混合液中加入span80，得到油相混合液，其中，所述混合液與體積分?jǐn)?shù)為1%的醋酸溶液的體積比為1.5～2.5:1，span80與混合液的質(zhì)量體積比為1:48～52;
c：先在機(jī)械攪拌下將水相混合溶液緩慢加至油相混合液中，再于常溫下反應(yīng)1h后加入質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為25%的戊二醛，并在55～65℃水浴下交聯(lián)3～5h，反應(yīng)完成后傾去油相以得到水相混合溶液，再向水相混合溶液中加入丙酮，待丙酮破乳后加入氨水，然后用強(qiáng)磁鐵進(jìn)行分選，傾去磁響應(yīng)效果差的微球，其中，所述質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為25%的戊二醛與混合液的體積比為100～200:1，丙酮與水相混合溶液的體積比為1:1～10，氨水與混合液的體積比為1:24～26;
d：先對(duì)分選后的微球依次用無(wú)水乙醇洗滌多次、超純水洗滌至上清液澄清、無(wú)水乙醇洗滌多次，再將其真空干燥即得到Fe3O4-殼聚糖磁性微球。
所述步驟一中，F(xiàn)e3O4-殼聚糖磁性微球的粒徑為2～10um，比飽和磁化強(qiáng)度為23.3～32.6eum/g。
所述步驟二中，先調(diào)節(jié)混合物料的C/N質(zhì)量比為30:1、初始含水率為60%，然后將混合物料置于堆肥反應(yīng)器中好氧發(fā)酵20～25天。
所述步驟二通過(guò)添加尿素或碳酸氫銨來(lái)調(diào)節(jié)混合物料的C/N質(zhì)量比。
在所述步驟二的好氧發(fā)酵過(guò)程中，每天強(qiáng)制鼓風(fēng)2次，每次0.5～2h，且兩次鼓風(fēng)的間隔不少于6h;
所述步驟三中，干燥的溫度≤70℃。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
1、本發(fā)明一種城市污水處理廠剩余污泥堆肥化處理方法將吸附有納米零價(jià)鐵的Fe3O4-殼聚糖磁性微球與城市污水處理廠剩余污泥混合進(jìn)行堆肥化發(fā)酵，即將去除污泥中重金屬與堆肥化處理合二為一，在堆肥發(fā)酵過(guò)程中，吸附在Fe3O4-殼聚糖磁性微球表面的納米零價(jià)鐵會(huì)被緩慢釋放，并與污泥中的重金屬離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，被還原的重金屬則被吸附于Fe3O4-殼聚糖磁性微球的表面，最后通過(guò)外加磁場(chǎng)回收Fe3O4-殼聚糖磁性微球即可將重金屬分離出來(lái)，該方法不僅能夠大幅度降低污泥中重金屬的含量，而且Fe3O4-殼聚糖磁性微球的加入能加快堆肥腐熟過(guò)程。因此，本發(fā)明不僅可有效去除污泥中的重金屬，而且能夠縮短堆肥化處理周期。
2、本發(fā)明一種城市污水處理廠剩余污泥堆肥化處理方法還包括Fe3O4-殼聚糖磁性微球的活化步驟，該步驟將回收的Fe3O4-殼聚糖磁性微球表面吸附的重金屬除去后再次吸附納米零價(jià)鐵，可實(shí)現(xiàn)Fe3O4-殼聚糖磁性微球的多次重復(fù)利用，不僅簡(jiǎn)單易行，而且有利于降低成本。因此，本發(fā)明有利于降低成本。
3、本發(fā)明一種城市污水處理廠剩余污泥堆肥化處理方法將回收Fe3O4-殼聚糖磁性微球后的污泥堆肥與尿素、過(guò)磷酸鈣以及氯化鉀按比例混合即可制備得到苧麻專用肥料，該設(shè)計(jì)為城市污水處理廠剩余污泥的無(wú)公害化處理找到了出路，既可避免剩余污泥堆放、填埋過(guò)程中對(duì)周圍環(huán)境造成的二次污染，又能促進(jìn)苧麻的快速生長(zhǎng)，減少苧麻種植過(guò)程的肥料投入成本。因此，本發(fā)明在避免環(huán)境污染的同時(shí)可減少苧麻種植成本。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
一種城市污水處理廠剩余污泥堆肥化處理方法，該處理方法依次包括以下步驟：
步驟一：于攪拌狀態(tài)下將Fe3O4-殼聚糖磁性微球與納米零價(jià)鐵在無(wú)水乙醇中混合，以使納米零價(jià)鐵吸附于Fe3O4-殼聚糖磁性微球的表面，其中，所述Fe3O4-殼聚糖磁性微球與納米零價(jià)鐵的質(zhì)量比為100～300:1;
步驟二：先將吸附有納米零價(jià)鐵的Fe3O4-殼聚糖磁性微球、城市污水處理廠剩余污泥、菜籽餅按質(zhì)量比1～5:100:20～50混合以得到混合物料，再調(diào)節(jié)混合物料的C/N質(zhì)量比為27～33:1、初始含水率為57～63%，然后將混合物料置于堆肥反應(yīng)器中好氧發(fā)酵20～25天;
步驟三：先將發(fā)酵后的混合物料進(jìn)行干燥以得到含水率≤10%的污泥堆肥，再將污泥堆肥粉碎后通過(guò)外加磁場(chǎng)回收其中的Fe3O4-殼聚糖磁性微球。
所述處理方法還包括Fe3O4-殼聚糖磁性微球的活化，該步驟位于步驟三之后;
所述Fe3O4-殼聚糖磁性微球的活化是指：先用超純水將回收的Fe3O4-殼聚糖磁性微球洗滌至上清液澄清，再用無(wú)水乙醇洗滌數(shù)次，然后用強(qiáng)磁鐵進(jìn)行分選，傾去磁響應(yīng)效果差的Fe3O4-殼聚糖磁性微球，最后于攪拌狀態(tài)下將Fe3O4-殼聚糖磁性微球與納米零價(jià)鐵在無(wú)水乙醇中混合，以在Fe3O4-殼聚糖磁性微球的表面再次吸附納米零價(jià)鐵。
所述處理方法還包括苧麻專用肥料的制備，該步驟位于步驟三之后;
所述苧麻專用肥料的制備是指：將回收Fe3O4-殼聚糖磁性微球后的污泥堆肥、尿素、過(guò)磷酸鈣以及氯化鉀以質(zhì)量比10:4～6:2～3:1～2混合即可。
所述步驟一中，F(xiàn)e3O4-殼聚糖磁性微球按照以下步驟制備：
a：先將殼聚糖、體積分?jǐn)?shù)為1%的醋酸溶液以1:9～11的質(zhì)量體積比混合，再采用0.45um濾膜過(guò)濾以除去不溶的殼聚糖，然后加入納米Fe3O4并超聲30～50min，得到水相混合溶液，其中，所述納米Fe3O4與殼聚糖的質(zhì)量比為1:1.5～2.5;
b：先將環(huán)己烷和正己醇按13:6～8的體積比混合以得到混合液，再向混合液中加入span80，得到油相混合液，其中，所述混合液與體積分?jǐn)?shù)為1%的醋酸溶液的體積比為1.5～2.5:1，span80與混合液的質(zhì)量體積比為1:48～52;
c：先在機(jī)械攪拌下將水相混合溶液緩慢加至油相混合液中，再于常溫下反應(yīng)1h后加入質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為25%的戊二醛，并在55～65℃水浴下交聯(lián)3～5h，反應(yīng)完成后傾去油相以得到水相混合溶液，再向水相混合溶液中加入丙酮，待丙酮破乳后加入氨水，然后用強(qiáng)磁鐵進(jìn)行分選，傾去磁響應(yīng)效果差的微球，其中，所述質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為25%的戊二醛與混合液的體積比為100～200:1，丙酮與水相混合溶液的體積比為1:1～10，氨水與混合液的體積比為1:24～26;
d：先對(duì)分選后的微球依次用無(wú)水乙醇洗滌多次、超純水洗滌至上清液澄清、無(wú)水乙醇洗滌多次，再將其真空干燥即得到Fe3O4-殼聚糖磁性微球。
所述步驟一中，F(xiàn)e3O4-殼聚糖磁性微球的粒徑為2～10um，比飽和磁化強(qiáng)度為23.3～32.6eum/g。
所述步驟二中，先調(diào)節(jié)混合物料的C/N質(zhì)量比為30:1、初始含水率為60%，然后將混合物料置于堆肥反應(yīng)器中好氧發(fā)酵20～25天。
所述步驟二通過(guò)添加尿素或碳酸氫銨來(lái)調(diào)節(jié)混合物料的C/N質(zhì)量比。
在所述步驟二的好氧發(fā)酵過(guò)程中，每天強(qiáng)制鼓風(fēng)2次，每次0.5～2h，且兩次鼓風(fēng)的間隔不少于6h;
所述步驟三中，干燥的溫度≤70℃。
本發(fā)明的原理說(shuō)明如下：
本發(fā)明提供了一種以城市污水處理廠剩余污泥為主要原料進(jìn)行堆肥化處理、并制備苧麻專用肥料的方法，以解決城市污水處理廠剩余污泥的處置問(wèn)題，并且充分利用城市污水處理廠剩余污泥中含有的大量有機(jī)質(zhì)和微量營(yíng)養(yǎng)元素，為苧麻生長(zhǎng)提供肥料，降低苧麻種植成本。
磁性微球：本發(fā)明采用的磁性微球的包衣由由殼聚糖制備，磁核為納米四氧化三鐵，磁性微球的表面緩釋物為納米零價(jià)鐵，該磁性微球所用三種材料不僅不會(huì)阻礙堆肥化處理的正常進(jìn)行，而且還能加快堆肥腐熟進(jìn)程。
堆肥發(fā)酵：在堆肥發(fā)酵的過(guò)程中，第3天堆肥溫度可上升至55℃以上，并維持3～4天，此時(shí)發(fā)酵產(chǎn)生的高溫在分解有機(jī)物的同時(shí)可殺死污泥中的病原菌及寄生蟲(卵);15天后堆肥溫度接近或降至環(huán)境溫度，堆料進(jìn)入熟化或穩(wěn)定化階段。
實(shí)施例1：
一種城市污水處理廠剩余污泥堆肥化處理方法，該處理方法依次包括以下步驟：
步驟一：于攪拌狀態(tài)下將Fe3O4-殼聚糖磁性微球與納米零價(jià)鐵在無(wú)水乙醇中混合，以使納米零價(jià)鐵吸附于Fe3O4-殼聚糖磁性微球的表面，其中，所述Fe3O4-殼聚糖磁性微球與納米零價(jià)鐵的質(zhì)量比為100:1，所述Fe3O4-殼聚糖磁性微球按照以下步驟制備：
a：先將殼聚糖、體積分?jǐn)?shù)為1%的醋酸溶液以1:10的質(zhì)量體積比混合，再采用0.45um濾膜過(guò)濾以除去不溶的殼聚糖，然后加入納米Fe3O4并超聲40min，得到水相混合溶液，其中，所述納米Fe3O4與殼聚糖的質(zhì)量比為1:2;
b：先將環(huán)己烷和正己醇按13:7的體積比混合以得到混合液，再向混合液中加入span80，得到油相混合液，其中，所述混合液與體積分?jǐn)?shù)為1%的醋酸溶液的體積比為2:1，span80與混合液的質(zhì)量體積比為1:50;
c：先在機(jī)械攪拌下將水相混合溶液緩慢加至油相混合液中，再于常溫下反應(yīng)1h后加入質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為25%的戊二醛，并在60℃水浴下交聯(lián)4h，反應(yīng)完成后傾去油相以得到水相混合溶液，再向水相混合溶液中加入丙酮，待丙酮破乳后加入氨水，然后用強(qiáng)磁鐵進(jìn)行分選，傾去磁響應(yīng)效果差的微球，其中，所述質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為25%的戊二醛與混合液的體積比為100:1，丙酮與水相混合溶液的體積比為1:1，氨水與混合液的體積比為1:25;
d：先對(duì)分選后的微球依次用無(wú)水乙醇洗滌多次、超純水洗滌至上清液澄清、無(wú)水乙醇洗滌多次，再將其真空干燥即得到粒徑為2～10um，比飽和磁化強(qiáng)度為32.6eum/g的Fe3O4-殼聚糖磁性微球;
步驟二：先將吸附有納米零價(jià)鐵的Fe3O4-殼聚糖磁性微球、城市污水處理廠剩余污泥(總鉻含量為451.54mg/kg干污泥)、菜籽餅按質(zhì)量比1:100:50混合以得到混合物料，再添加尿素調(diào)節(jié)混合物料的C/N質(zhì)量比為30:1、初始含水率為60%，然后將混合物料置于堆肥反應(yīng)器中好氧發(fā)酵25天，在發(fā)酵過(guò)程中，每天以60L/min的流量強(qiáng)制鼓風(fēng)2次，每次2h，且兩次鼓風(fēng)的間隔為6h;
步驟三：先將發(fā)酵后的混合物料于70℃下進(jìn)行鼓風(fēng)干燥以得到含水率≤10%的污泥堆肥，再將污泥堆肥粉碎至8目以下后采用電磁磁選機(jī)回收其中的Fe3O4-殼聚糖磁性微球，然后用超純水將回收的Fe3O4-殼聚糖磁性微球洗滌至上清液澄清，再用無(wú)水乙醇洗滌數(shù)次，隨后用強(qiáng)磁鐵進(jìn)行分選，傾去磁響應(yīng)效果差的Fe3O4-殼聚糖磁性微球，最后于攪拌狀態(tài)下將Fe3O4-殼聚糖磁性微球與納米零價(jià)鐵在無(wú)水乙醇中混合，以在Fe3O4-殼聚糖磁性微球的表面再次吸附納米零價(jià)鐵;
步驟四：將回收Fe3O4-殼聚糖磁性微球后的污泥堆肥、尿素、過(guò)磷酸鈣以及氯化鉀以質(zhì)量按10:3:3:2混合，以得到苧麻專用肥料;
經(jīng)本實(shí)施例堆肥化方法得到的苧麻專用肥料中，N:P:K=13.5:2.8:5.4，總含量為21.5%，有機(jī)質(zhì)含量為25.1%，鉻及其化合物含量為10.61mg/kg干物質(zhì)，符合國(guó)家有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)混肥料標(biāo)準(zhǔn)(GB18877-2002)。
實(shí)施例2：
步驟同實(shí)施例1，不同之處在于：
所述步驟一中，F(xiàn)e3O4-殼聚糖磁性微球與納米零價(jià)鐵的質(zhì)量比為150:1，所述Fe3O4-殼聚糖磁性微球按照的制備步驟中：
a：所述殼聚糖與體積分?jǐn)?shù)為1%的醋酸溶液的質(zhì)量體積比為1:9，納米Fe3O4與殼聚糖的質(zhì)量比為1:2.5;
b：所述混合液中環(huán)己烷和正己醇體積比為13:6，混合液與體積分?jǐn)?shù)為1%的醋酸溶液的體積比為2.5:1;
c：所述交聯(lián)時(shí)間為3h，所述質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為25%的戊二醛與混合液的體積比為150:1，丙酮與水相混合溶液的體積比為1:4，氨水與混合液的體積比為1:24;
d：得到的Fe3O4-殼聚糖磁性微球的比飽和磁化強(qiáng)度為23.3eum/g。
所述步驟二中，吸附有納米零價(jià)鐵的Fe3O4-殼聚糖磁性微球、城市污水處理廠剩余污泥(含水量為85%，總鉻含量為358.08mg/kg干污泥)、菜籽餅的質(zhì)量比為3:100:50，先添加尿素調(diào)節(jié)混合物料的C/N質(zhì)量比為27:1、初始含水率為57%，然后將混合物料置于堆肥反應(yīng)器中好氧發(fā)酵22天，在發(fā)酵過(guò)程中每次強(qiáng)制鼓風(fēng)1h;
所述步驟三中，干燥的溫度為60℃;
經(jīng)本實(shí)施例堆肥化方法得到的苧麻專用肥料中，N:P:K=13.5:2.8:5.4，總含量為21.1%，有機(jī)質(zhì)含量為24.6%，鉻及其化合物含量為11.69mg/kg干物質(zhì)，符合國(guó)家有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)混肥料標(biāo)準(zhǔn)(GB18877-2002)。
實(shí)施例3：
步驟同實(shí)施例1，不同之處在于：
所述步驟一中，F(xiàn)e3O4-殼聚糖磁性微球與納米零價(jià)鐵的質(zhì)量比為200:1，所述Fe3O4-殼聚糖磁性微球按照的制備步驟中：
a：所述殼聚糖與體積分?jǐn)?shù)為1%的醋酸溶液的質(zhì)量體積比為1:11，納米Fe3O4與殼聚糖的質(zhì)量比為1:1.5;
b：所述混合液中環(huán)己烷和正己醇體積比為13:8，混合液與體積分?jǐn)?shù)為1%的醋酸溶液的體積比為1.5:1，span80與混合液的質(zhì)量體積比為1:48;
c：所述交聯(lián)時(shí)間為5h，所述質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為25%的戊二醛與混合液的體積比為200:1，丙酮與水相混合溶液的體積比為1:10，氨水與混合液的體積比為1:26;
d：得到的Fe3O4-殼聚糖磁性微球的比飽和磁化強(qiáng)度為27.3eum/g;
所述步驟二中，吸附有納米零價(jià)鐵的Fe3O4-殼聚糖磁性微球、城市污水處理廠剩余污泥(含水量為80%，總鉻含量為286.47mg/kg干污泥)、菜籽餅的質(zhì)量比為1:100:20，先添加碳酸氫銨調(diào)節(jié)混合物料的C/N質(zhì)量比為33:1、初始含水率為63%，然后將混合物料置于堆肥反應(yīng)器中好氧發(fā)酵20天，在發(fā)酵過(guò)程中每次強(qiáng)制鼓風(fēng)0.5h。
經(jīng)本實(shí)施例堆肥化方法得到的苧麻專用肥料中，N:P:K=13.5:2.8:5.4，總含量為20.5%，有機(jī)質(zhì)含量為22.1%，鉻及其化合物含量為11.89mg/kg干物質(zhì)，符合國(guó)家有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)混肥料標(biāo)準(zhǔn)(GB18877-2002)。
實(shí)施例4：
步驟同實(shí)施例1，不同之處在于：
所述步驟一中，F(xiàn)e3O4-殼聚糖磁性微球與納米零價(jià)鐵的質(zhì)量比為300:1;
所述步驟二中，吸附有納米零價(jià)鐵的Fe3O4-殼聚糖磁性微球、城市污水處理廠剩余污泥(含水量為83%，總鉻含量為324.9mg/kg干污泥)、菜籽餅的質(zhì)量比為5:100:30。
經(jīng)本實(shí)施例堆肥化方法得到的苧麻專用肥料中，N:P:K=13.5:2.8:5.4，總含量為20.9%，有機(jī)質(zhì)含量為23.6%，鉻及其化合物含量為11.42mg/kg干物質(zhì)，符合國(guó)家有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)混肥料標(biāo)準(zhǔn)(GB18877-2002)。
