申請(qǐng)日2014.01.10

　　公開(公告)日2016.05.18

　　IPC分類號(hào)C05F15/00; C05F17/00; C05G5/00

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種利用城市污水廠剩余污泥制備礦物有機(jī)肥的方法，主要經(jīng)過以下三個(gè)步驟進(jìn)行：首先將污泥濃縮池中的污泥進(jìn)行減量化，采用臭氧催化氧化的方法，減量化的污泥經(jīng)過脫水進(jìn)入亞臨界水反應(yīng)，然后出來的固體已經(jīng)完成無害化處理，最后將改性過的凹凸棒粘土與無害化處理后的污泥、雞糞、微生物有益菌劑混合發(fā)酵制成礦物生態(tài)有機(jī)肥。本發(fā)明綠色環(huán)保，實(shí)現(xiàn)了污泥的無害化與資源化處置，所得礦物有機(jī)肥可以明顯改善土壤的結(jié)構(gòu)性，使土壤的容重下降、孔隙增多、土壤的通氣透水性變好，具有良好的控釋效果，調(diào)節(jié)農(nóng)作物均勻生長，從而提高農(nóng)作物品質(zhì)。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種利用城市污水廠剩余污泥制備礦物有機(jī)肥的方法，其特征在于，步驟如下：

　　(1)將臭氧催化氧化設(shè)備放置于污泥濃縮池外部，氧化時(shí)間為100-150分鐘，使污泥中臭氧投加量達(dá)到0.05～0.08gO3/gSS，從而實(shí)現(xiàn)污泥減量和消除部分重金屬;

　　(2)從步驟(1)得到的污泥中投加絮凝劑進(jìn)行壓濾脫水，由于細(xì)胞破壁，大量細(xì)胞內(nèi)水被釋放出來，實(shí)現(xiàn)污泥含水率達(dá)到40%～60%;

　　(3)將經(jīng)步驟(2)壓濾脫水得到的污泥加入到亞臨界水反應(yīng)釜內(nèi)，進(jìn)行亞臨界水反應(yīng)步驟，得到含水率為10%～20%固態(tài)產(chǎn)物，同時(shí)消除污泥中的重金屬，保留污泥中有機(jī)成分，為初級(jí)肥料產(chǎn)品;

　　(4)將步驟(3)得到的初級(jí)肥料與微生物有益菌劑、改性凹凸棒粘土和雞糞混合均勻，制堆得到混合物進(jìn)行發(fā)酵步驟;

　　(5)將經(jīng)過步驟(4)發(fā)酵后的混合物采用擠壓造粒、包裝后得到礦物有機(jī)肥成品。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用城市污水廠剩余污泥制備礦物有機(jī)肥的方法，其特征在于，步驟(2)所述絮凝劑是聚丙烯酰胺。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用城市污水廠剩余污泥制備礦物有機(jī)肥的方法，其特征在于，步驟(3)所述的亞臨界水反應(yīng)步驟的條件是：向所述亞臨界水反應(yīng)釜內(nèi)加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)污泥的pH至7.5～8.5，并通入蒸汽，調(diào)節(jié)溫度至100～250℃，壓力至1.0～4.0MPa，反應(yīng)時(shí)間為15～30min。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用城市污水廠剩余污泥制備礦物有機(jī)肥的方法，其特征在于，步驟(3)所述初級(jí)肥料、改性凹凸棒粘土和雞糞添加的重量比為6～8:9～12:2～3。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用城市污水廠剩余污泥制備礦物有機(jī)肥的方法，其特征在于，步驟(4)所述發(fā)酵步驟的條件是，發(fā)酵溫度為50～60℃，發(fā)酵時(shí)間5～7天，發(fā)酵過程中當(dāng)溫度超過65℃時(shí)，進(jìn)行自動(dòng)機(jī)械翻堆。

　　說明書

　　一種利用城市污水廠剩余污泥制備礦物有機(jī)肥的方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于污泥處理和農(nóng)用肥料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用城市污水廠污泥制備礦物有機(jī)肥的方法。

　　背景技術(shù)

　　隨著我國城市化進(jìn)程的迅速發(fā)展，城市污水處理廠的數(shù)量和規(guī)�？焖僭黾�，由于污水處理廠多采用最普遍的活性污泥法，一般會(huì)產(chǎn)生占污水量體積0.3%～0.5%或約為污水量質(zhì)量的1%～2%的剩余污泥。目前，我國每年產(chǎn)生剩余污泥3000萬噸左右，“十二五”后，剩余污泥量還將逐年加倍。

　　城市污水處理廠剩余污泥所含成分復(fù)雜，富營養(yǎng)物質(zhì)(有機(jī)營養(yǎng)物、鉀、氮和磷等)、生活污水、工業(yè)廢水等含量豐富。還含有部分泥沙、纖維、動(dòng)植物殘?bào)w等固態(tài)、半固態(tài)、液態(tài)絮狀泥粒的廢棄物。除此之外，微生物的存在所形成的群體及其吸附在該群體周圍的有機(jī)營養(yǎng)物、重金屬元素、鹽類化合物、寄生蟲卵、致病菌等綜合固體物質(zhì)含量也很豐富。此類物質(zhì)含水量豐富、具有高度的腐敗性質(zhì)、腐臭味很濃。如將其任意排放，會(huì)使水體惡化，有毒物質(zhì)增加，威脅生態(tài)環(huán)境。如果污泥被直接利用到農(nóng)業(yè)中，污泥中的銅、鋁、鎳、鉻、鋅、汞等金屬會(huì)污染土壤和農(nóng)作物;微生物分解污泥中的有機(jī)物后會(huì)增加對(duì)大氣環(huán)境有害的物質(zhì)含量，威脅空氣質(zhì)量。同時(shí)，難以降解的有毒物質(zhì)(如致病菌、寄生蟲、多氯聯(lián)苯、二惡英、放射性元素等)將威脅到生態(tài)環(huán)境和人類健康，后果不可估量。

　　目前污泥處理方式主要有焚燒、堆肥、填埋等。焚燒法的設(shè)備成本和運(yùn)行費(fèi)用高，短期內(nèi)也無法完全實(shí)現(xiàn)設(shè)備和工藝的改革，且在焚燒過程中可能對(duì)大氣造成二次污染。堆肥法更易引土壤和地下水污染等問題;現(xiàn)行的主要處置方式為垃圾填埋法。但是由于城市發(fā)展迅速，地價(jià)不斷上漲，填埋處理成本高昂，且作為垃圾填埋的污泥二次污染嚴(yán)重，不符合我國可持續(xù)發(fā)展基本方針。近年來，世界各國污泥處理涌現(xiàn)了許多新技術(shù)，例如污泥熱化學(xué)液化處理使之轉(zhuǎn)化為燃料油，低溫?zé)峄瘜W(xué)過程將污泥轉(zhuǎn)化為燃料，利用污泥制磚、制陶瓷等用作建筑材料等。但由于對(duì)資源化過程中污染物的遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)律缺乏系統(tǒng)和深入研究，特別是在污泥高溫資源化利用過程中對(duì)重金屬固化除毒機(jī)理的研究不夠，過高的安全風(fēng)險(xiǎn)和低價(jià)值收益限制了這種資源化方法的發(fā)展。另一方面，污泥主要是由各種氨基酸組成的菌體,主成份包括：總氮(1.6%～3.44%)、總磷(0.55%～1.98%)、鉀(0.11%～0.79%)、氨基酸(35%～40%)、各種維生素和礦物質(zhì)等，這些都是農(nóng)作物生長所必須的肥料成分，所以污泥是很好的肥料和土壤改良劑。因此，應(yīng)大力開發(fā)剩余污泥處理新技術(shù)，有效利用污泥，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)污泥處理與處置的“無害化”、“減量化”和“資源化”。

　　市場(chǎng)迫切的需要一種既不破壞環(huán)境、破壞土壤，又能夠增產(chǎn)改善品質(zhì)的化肥替代品。有不少專利報(bào)道了關(guān)于有機(jī)肥的制作方法，例如：有機(jī)無機(jī)混配肥及制備方法(96120245.9)，生物活性有機(jī)肥的生產(chǎn)方法(02133027.1)，農(nóng)作物秸桿轉(zhuǎn)化為液體燃料和有機(jī)肥料的方法(01127346.1)，利用有機(jī)廢棄物制造生物發(fā)酵活性有機(jī)肥料的生產(chǎn)方法及其裝置(03102255.3)等。但是這些方法都普遍存在重金屬殘留、有毒有害物質(zhì)存在、發(fā)酵反應(yīng)時(shí)間較長、原料收集困難、缺乏營養(yǎng)元素等弊端。以凹凸棒粘土為原料制備肥料的專利有，凹凸棒的成型制作方法(200810086721.3)，天然礦物肥料(201010554887.0)，主要是利用凹凸棒粘土、雞糞和菌種混合發(fā)酵而成，但是大量雞糞收集將帶來很大的麻煩，也會(huì)增加制作肥料的成本。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是為了提供一種利用城市污水廠剩余污泥生產(chǎn)出高價(jià)值礦物有機(jī)肥的方法，從污泥處理的源頭開始，通過一系列污泥處理處置技術(shù)，生產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)、環(huán)保而且具有高價(jià)值的資源化產(chǎn)品。

　　技術(shù)方案：一種利用城市污水廠剩余污泥制備礦物有機(jī)肥的方法，步驟如下：

　　(1)將臭氧催化氧化設(shè)備放置于污泥濃縮池外部，氧化時(shí)間為100-150分鐘，使污泥中臭氧投加量達(dá)到0.05～0.08gO3/gSS，從而實(shí)現(xiàn)污泥約50%的減量和消除部分重金屬;

　　(2)從步驟(1)得到的污泥中投加絮凝劑進(jìn)行壓濾脫水，由于細(xì)胞破壁，大量細(xì)胞內(nèi)水被釋放出來，實(shí)現(xiàn)污泥含水率達(dá)到40%～60%;

　　(3)將經(jīng)步驟(2)壓濾脫水得到的污泥加入到亞臨界水反應(yīng)釜內(nèi)，進(jìn)行亞臨界水反應(yīng)步驟，得到含水率為10%～20%固態(tài)產(chǎn)物，為初級(jí)肥料產(chǎn)品。

　　(4)將步驟(3)得到的初級(jí)肥料與微生物有益菌劑、改性凹凸棒粘土和雞糞混合均勻，制堆得到混合物進(jìn)行發(fā)酵步驟;

　　(5)將經(jīng)過步驟(4)發(fā)酵后的混合物采用擠壓造粒、包裝后得到礦物有機(jī)肥成品。

　　優(yōu)選地，步驟(2)所述絮凝劑是聚丙烯酰胺。

　　優(yōu)選地，步驟(3)所述的亞臨界水反應(yīng)步驟的條件是：向所述亞臨界水反應(yīng)釜內(nèi)加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)污泥的pH至7.5～8.5，并通入蒸汽，調(diào)節(jié)溫度至100～250℃，壓力至1.0～4.0MPa，反應(yīng)時(shí)間為15～30min。

　　優(yōu)選地，步驟(3)所述初級(jí)肥料、改性凹凸棒粘土和雞糞添加的重量比為6～8:9～12:2～3，微生物有益菌劑添加少量，占總體混合物重量的0.5～1%。

　　優(yōu)選地，步驟(4)所述發(fā)酵步驟的條件是，發(fā)酵溫度為50～60℃，發(fā)酵時(shí)間5～7天，發(fā)酵過程中當(dāng)溫度超過65℃時(shí)，進(jìn)行自動(dòng)機(jī)械翻堆。

　　本發(fā)明所述的利用城市污水廠剩余污泥制備礦物有機(jī)肥的方法，主要經(jīng)過以下三個(gè)步驟進(jìn)行：首先將污泥濃縮池中的污泥進(jìn)行減量化，采用臭氧催化氧化的方法，減量化的污泥經(jīng)過脫水進(jìn)入亞臨界水反應(yīng)，然后出來的固體已經(jīng)完成無害化處理，最后將改性過的凹凸棒粘土與無害化處理后的污泥、雞糞、微生物有益菌劑混合發(fā)酵制成礦物生態(tài)有機(jī)肥。

　　1.臭氧催化氧化

　　臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，臭氧分解產(chǎn)生的新生態(tài)氧原子具有很高的氧化活性，具有很高的氧化還原電位，僅次于氟。臭氧與污泥接觸氧化時(shí)，污泥中的多糖類及細(xì)胞壁成分等難于或不可生物降解的有機(jī)物被氧化為易生物降解的小分子，細(xì)胞壁破壞，細(xì)胞質(zhì)從細(xì)胞中釋放出來，使細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)較快地溶于水中。在催化作用下，臭氧氧化效果能得到進(jìn)一步提升，能有效分解污泥中的大分子物質(zhì)，去除部分重金屬物質(zhì)，改善污泥的沉降性能，降低污泥的含水率，從而減輕了后續(xù)處理的負(fù)擔(dān)。本發(fā)明中，將臭氧催化氧化設(shè)備放置于污泥池外部，經(jīng)過臭氧催化氧化處理后的污泥，后期脫水絮凝劑的投加量減少30-40%，脫水產(chǎn)生的污泥量減少50%以上，含水量降低至65%以下。從而極大的降低了后續(xù)亞臨界水反應(yīng)的負(fù)荷和處理成本，提高了后續(xù)處理效率。

　　2.亞臨界水反應(yīng)

　　一般認(rèn)為水處于200～374℃、10～22MPa時(shí)的狀態(tài)，稱為水的亞臨界狀態(tài)。污泥中有機(jī)物在這種亞臨界狀態(tài)可直接與O2或空氣進(jìn)行燃燒反應(yīng)，將污泥中的大分子有機(jī)物在短時(shí)間(幾分鐘)內(nèi)轉(zhuǎn)換為低分子有機(jī)物(如葡萄糖，氨基酸等)。污泥在高溫和高壓條件下，內(nèi)部顆粒碰撞幾率增大，顆粒間的碰撞導(dǎo)致了膠體結(jié)構(gòu)的破壞，使束縛水和固體顆粒分離。因此，污泥亞臨界水反應(yīng)技術(shù)可以使污泥在亞臨界狀態(tài)有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生一部分的氣，氣體可以回收，上清液可以回收，氣、固、液三相得到有效分離，固體則成為很好的初級(jí)肥料。

　　3.微生物混合發(fā)酵

　　經(jīng)過亞臨界水反應(yīng)產(chǎn)生的初級(jí)肥料，保存了污泥中的有機(jī)質(zhì)，同時(shí)消除了污泥中的各種病菌和病毒物質(zhì)，各種重金屬含量均顯著低于國家有機(jī)肥限制標(biāo)準(zhǔn)，各種有機(jī)污染物均無法檢出，可作為生產(chǎn)有機(jī)肥料的理想原料。凹凸棒粘土是指以坡縷石為主要組分的一種粘土礦物。凹凸棒土石為一種納米級(jí)晶質(zhì)水合鎂鋁硅酸鹽礦物，具有獨(dú)特的層鏈狀結(jié)構(gòu)特征。由于凹凸棒石獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，使之具有許多特殊的物化及工藝性能，凹凸棒粘土中含有豐富的植物生長所需的各種礦物元素：碘、硒、硼、鋅等等尤其富含硒，這些元素即可以調(diào)節(jié)農(nóng)作物的生長，還可以增加其營養(yǎng)成分，生產(chǎn)出富含微量元素的優(yōu)質(zhì)作物。

　　本發(fā)明采用的是改性凹凸棒粘土為原材料，改性凹凸棒粘土是指對(duì)原有坡縷石粘土進(jìn)行破碎、粉末化及改性處理。

　　雞糞能進(jìn)一步提高肥料的氮、磷等營養(yǎng)元素的含量，進(jìn)一步提高肥效。為進(jìn)一步提高其價(jià)值和肥效，實(shí)現(xiàn)廢物利用，變廢為寶，我們將亞臨界水反應(yīng)而來的初級(jí)肥料與改性凹凸棒粉末和雞糞混合發(fā)酵，發(fā)酵過程中，微生物菌群可將礦物中的有益元素形態(tài)轉(zhuǎn)化，制造為可生物利用的有效成分。

　　有益效果：

　　1、本發(fā)明綠色環(huán)保，不僅無需化學(xué)氧化藥劑，實(shí)現(xiàn)污泥減量，還減少了污泥脫水的絮凝劑添加量，處理過程中無需去除水分，時(shí)間短，操作簡單快速;處理后污泥無污染，無后遺癥;處理成本低、效率高;制成的礦物有機(jī)肥附加值高;節(jié)省土地資源，降低社會(huì)成本;處理過程中無二噁英等有害物質(zhì)的產(chǎn)生，無臭氣產(chǎn)生，避免了傳統(tǒng)的高溫污泥堆肥法常有的惡臭問題，建設(shè)費(fèi)及運(yùn)行費(fèi)遠(yuǎn)低于焚燒法。因此實(shí)現(xiàn)了城市剩余污泥的減量化、無害化與資源化處置。

　　2、本發(fā)明專利將無害化處理后剩余污泥、改性凹凸棒粘土、雞糞和菌種進(jìn)行混合發(fā)酵，其中無害化污泥將占有很大比例，同時(shí)也對(duì)部分污水處理廠污泥的處理處置提供了出路，解決了傳統(tǒng)處理方法，例如污泥焚燒、填埋和生物發(fā)酵帶來的弊端。三種基本原料(無害化處理后剩余污泥、改性凹凸棒粘土、雞糞)經(jīng)過充分的混合，加入高溫發(fā)酵菌種充分腐熟發(fā)酵，有機(jī)分子以常量元素、微量元素與凹凸棒晶體將會(huì)形成吸附性結(jié)合，這種相對(duì)聚合結(jié)構(gòu)有益成分易于農(nóng)作物吸收，又具有良好的控釋效果，調(diào)節(jié)農(nóng)作物均勻生長，從而提高農(nóng)作物品質(zhì)。

　　3、該產(chǎn)品可以明顯改善土壤的結(jié)構(gòu)性，實(shí)現(xiàn)土壤改良，使土壤的容重下降、孔隙增多、土壤的通氣透水性變好。隨著用量的增加，土壤可供植物吸收的氮、磷等營養(yǎng)成分和有機(jī)質(zhì)含量相應(yīng)遞增，會(huì)明顯地增加土壤氮、磷養(yǎng)分，并能有效地向植物提供養(yǎng)分，減少化學(xué)肥料的施用量，從而可以降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本。

　　4、對(duì)多種作物進(jìn)行肥效實(shí)驗(yàn)和重金屬含量檢測(cè)表明，各種作物中重金屬含量無顯著差異，且能促進(jìn)作物生長，增產(chǎn)效果明顯。主要體現(xiàn)在：促進(jìn)著色，提早成熟，農(nóng)作物提前1-5天開花、結(jié)果，早2-6天，早熟7-10天�；ɑ苤参锷�產(chǎn)茁壯、開花早、花期長、鮮艷持久、香氣濃郁，可縮短水果和其他作物的成熟期。增產(chǎn)效果明顯，徹底改善作物品質(zhì)，能促進(jìn)農(nóng)作物較快吸收養(yǎng)分，增加蛋白質(zhì)、糖分、維生素、固形物的含量，使果實(shí)增大、形狀和色澤美觀。優(yōu)級(jí)品增加，商品率可提高20%以上，平均增產(chǎn)10%以上。使用本品農(nóng)作物早發(fā)芽，苗齊、苗壯、根系發(fā)達(dá)、病蟲害少、防病抑菌、健壯植株、莖葉壯等，可以抑制灰霉病菌、炭疽病菌等真菌病害。