專利名稱：污水處理廠污泥剔除重金屬發(fā)酵制成各種專用肥的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用有機(jī)物料制肥的方法，屬有機(jī)肥料生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種污水處理廠污泥剔除重金屬發(fā)酵制成各種專用肥的方法。
背景技術(shù)：
污泥處置現(xiàn)狀由于國家對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視和一系列政策的出臺(tái)，我國大多數(shù)城市及一批縣城都相繼籌建了污水處理廠。隨著我國污水處理能力的快速提高，污泥量也同步大幅增加，但與污水處理廠同步建設(shè)污泥處置配套設(shè)施的為數(shù)極少。截至2010年底，全國城鎮(zhèn)污水處理量達(dá)到456億立方米，濕污泥(含水率80% )產(chǎn)生量突破3200萬噸。根據(jù)調(diào)研結(jié)果顯示，我國污水處理廠所產(chǎn)生的污泥，有80%左右沒有得到妥善處理，污泥隨意堆放所造成的污染與再污染問題已經(jīng)凸顯出來，并且引起了社會(huì)的關(guān)注。污泥是由污水處理過程所產(chǎn)生的固體沉淀物質(zhì)組成的，是污水處理過程中不可避免的副產(chǎn)物，且含水率大 多在80%以上，容積又大，給堆放、運(yùn)輸、儲(chǔ)存造成諸多不便。從污泥的成分來看，它既富含大量的有機(jī)質(zhì)以及作物需要的氮磷鉀主養(yǎng)分和多種中微量元素，又含有包括重金屬以及細(xì)菌、各種寄生蟲卵、病原微生物等有害物質(zhì)。若能趨利避害，污泥就是加工農(nóng)用肥料的寶貴資源。在過去常用的處置方法中，填埋除占用較多土地外，一則會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵曝氣，污染大氣，二則其滲濾液會(huì)對(duì)土壤和地下水源造成二次污染；焚燒除因水分大有一定難度外，還因尾氣含有二惡英致癌物質(zhì)難以根除帶來的環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)；在污泥填埋、焚燒基本遭否定的情況下，堆肥法處理污泥成為首選并被推崇。堆肥法雖然利用了污泥的多種營養(yǎng)成分，但遺憾的是，堆肥法無法剔除鎘、汞、鉛、鉻、砷等重金屬危害，而這5種重金屬含量是有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)所限制的。據(jù)光大水務(wù)(濟(jì)南)有限公司二廠分析結(jié)果，干污泥的重金屬含量為總鎘4. 22g/kg,總?cè)R I. 15g/kg,總鉛 83. 28g/kg,總鉻 434. 6g/kg,總砷 9. 9g/kg,如不加以剔除，就難以達(dá)到國家有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)。再就是堆肥發(fā)酵時(shí)間長(35天左右)，占地面積大，難以控制高溫礦質(zhì)化反應(yīng)和發(fā)酵腐熟程度，肥力低，被市場(chǎng)否定，銷售困難。要想利用污水處理廠的污泥作肥料，必須具備三個(gè)條件一是污泥中需含有較高的植物所必需的營養(yǎng)成分。這一條污泥自身已經(jīng)具備，諸多分析資料都證實(shí)，污泥中含有大量的礦質(zhì)元素和營養(yǎng)元素，比一般家庭肥料的含量都高，具有很高的肥料價(jià)值；二是污泥中的重金屬應(yīng)加以剔除，其在有機(jī)肥料中的含量必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求；三是污泥中所含的細(xì)菌、各種寄生蟲卵、病原微生物等，必須經(jīng)過嚴(yán)格的無害化處理，予以殺滅。而這后兩條，堆肥做不到，或做不徹底。污泥處置的新思路我們?cè)槍?duì)生活垃圾堆肥存在的問題，發(fā)明了生活垃圾制肥技術(shù)。鑒于污水處理廠的污泥與生活垃圾的成分有諸多相似之處，都富含有機(jī)質(zhì)和作物所需營養(yǎng)元素，都含有重金屬，也都含有細(xì)菌、各種寄生蟲卵、病原微生物等，因此可借鑒生活垃圾制肥處理工藝。不過污泥對(duì)作物來說營養(yǎng)價(jià)值更高，制肥過程又可省去垃圾分選、制練打漿環(huán)節(jié)，添加的配料還可相應(yīng)減少，因而肥料成本還可降低。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明的目的參照生活垃圾制肥技術(shù)，為城市污水處理廠配套建設(shè)污泥處置設(shè)施提供一種污泥剔除重金屬發(fā)酵制成各種專用肥的方法。發(fā)明原理(I)污泥中富含有機(jī)質(zhì)、植物生長所必需的營養(yǎng)元素和多種中微量元素，為生產(chǎn)農(nóng)用肥料奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。資料顯示，大連開發(fā)區(qū)污水處理一廠干污泥中有機(jī)質(zhì)平均占68. 7%，氮、磷、鉀以Ν、Ρ205、Κ20計(jì)分別為5. 18%,9. 3%、0. 9%，因此從養(yǎng)分含量來分析，污泥的養(yǎng)分含量頗高；潮州市第一污水處理廠污泥泥質(zhì)分析資料證實(shí)，污泥中除含氮磷鉀主養(yǎng)分外，其它營養(yǎng)元素有鎂Mg (6352. 4-8255. 9mg/kg)、鈣Ca (2891. 3-4199. 6mg/kg)、錳 Mn (5474. 3-6939. 2mg/kg)、鐵 Fe (8. 079-8. 828 % )、鋅 Zn (2632. 1-2739. 4mg/kg)；光大水務(wù)(濟(jì)南)有限公司二廠的分析資料證實(shí)，污泥中還含有作物需要的微量元素鎳189. 5g/kg干污泥、銅201. lg/kg干污泥、硼38. 01g/kg干污泥。由此可見，污泥是一種值得合理利用的肥源。(2)污泥中含有鎘、汞、鉛、鉻、砷等有害重金屬，可采用絡(luò)合沉淀法在重金屬剔除裝置內(nèi)加以剔除。這是基于在攪拌漿料(細(xì)度50-80目)的同時(shí)配入腐植酸鈉 (Sodium humate)，可將污泥有機(jī)物細(xì)胞內(nèi)分子態(tài)、離子態(tài)重金屬分離出來；在漿料攪拌中添加金屬絡(luò)合劑乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetraacetic acid ;EDTA),可絡(luò)合分子態(tài)、離子態(tài)重金屬形成結(jié)合物而沉淀排出；鑒于剔除重金屬過程具備厭氧發(fā)酵條件，可在料楽■攪拌中配入酵母菌(yeast)、乳酸菌(LAB,Lactic acid bacteria)和黑曲霉(Aspergillus niger)，進(jìn)行微生物深層厭氧發(fā)酵，獲取乳酸蛋白。(3)細(xì)菌、各種寄生蟲卵、病原微生物等，可利用太陽能控溫發(fā)酵室裝置，通過高溫礦質(zhì)化反應(yīng)發(fā)酵將其殺滅。(4)因缺補(bǔ)缺，添加污泥中含量不足的主養(yǎng)分鉀元素、中微量元素以及生物制劑、植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)、土壤調(diào)理齊U，生產(chǎn)出高品質(zhì)微生物有機(jī)肥以及各種作物專用肥。本發(fā)明的技術(shù)方案，其技術(shù)特征是按以下步驟進(jìn)行(1)用壓濾機(jī)脫水控制污泥含水率在80%，并在儲(chǔ)漿池?cái)嚢璩蓜驖{(濃度過大，不利于絡(luò)合沉淀剔除重金屬；若含水過多，將為后道工序增加負(fù)擔(dān))；(2)用泥漿泵將料漿抽入重金屬剔除裝置，配入腐植酸鈉、金屬絡(luò)合劑乙二胺四乙酸，分離、絡(luò)合、沉淀剔除重金屬；并配入酵母菌、乳酸菌和黑曲霉，兼顧微生物深層厭氧發(fā)酵；(3)利用脫水拌菌物料調(diào)配機(jī)組使料漿脫水至含水率30-35 %，并拌入促進(jìn)發(fā)酵腐熟的木霉(Trichoderma)、放線菌(Actinomycetes)以及作為生物培養(yǎng)基的米糠、麥麩、桐麩等高有機(jī)質(zhì)物料并攪拌均勻，調(diào)整C : N和C : P均為25 1，PH值為
6.5-7. 5，以滿足發(fā)酵條件；(4)利用太陽能供熱超導(dǎo)暖氣片升溫可控生物發(fā)酵室裝置，實(shí)施控溫發(fā)酵，在室溫> 38°C、料溫升至72°C左右條件下發(fā)酵，使物料實(shí)現(xiàn)高溫礦質(zhì)化反應(yīng)，腐熟度> 80%,以獲取水溶性有機(jī)質(zhì)、氨基酸、蛋白質(zhì)；(5)利用自行設(shè)計(jì)的雙配位生物有機(jī)肥生產(chǎn)線進(jìn)行兩次元素配位造粒制成微生物有機(jī)肥和各種作物專用肥。即把不怕烘干揮發(fā)而造成失效的原肥和元素在第一次造粒前配入作為第一次配料，進(jìn)而造粒、烘干(含水分< 15%)、篩選(直徑2-4_顆粒為合格)；第二次配料造粒則是在原肥中添加不宜烘干但又必需調(diào)進(jìn)有機(jī)肥料的生物制劑、土壤調(diào)理劑、植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)以及量很少的作物敏感元素，混合均勻后造粒。然后按5(第一次配位造粒)I (第二次配位造粒)的比例進(jìn)拋光機(jī)混合、拋光，再經(jīng)篩選后而為成品(直徑2-4_，含水分< 20% )。本發(fā)明的有益效果(I)為新建污水處理廠同步建設(shè)配套的污泥處置設(shè)施或在現(xiàn)有污水處理廠改造配套污泥處置設(shè)施提供了一種切實(shí)可行的方案，既節(jié)省了大量的污泥向外運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用，又為本廠增加了一個(gè)高科技產(chǎn)品以及由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益；(2)污泥就地安全處置，避免了污泥填埋、焚燒、堆肥可能帶來的土壤、大氣和水資源的二次污染，更好地保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境；(3)提供適宜各種作物的專用肥料，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)，為市場(chǎng)增添有機(jī)無公害農(nóng)產(chǎn)品，支持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。


圖I :重金屬離子剔除兼?zhèn)鋮捬醢l(fā)酵裝置結(jié)構(gòu)示意中所示I、圓筒形大罐2、主軸3、電機(jī)4、進(jìn)漿管5、配料口 6、有機(jī)物料發(fā)酵倉7、攪拌葉8、軸承固定板9、漿料出口及控制閥10、重物料倉11、螺旋絞出器12、重物出口電動(dòng)閥門13、重物出料滑板14、支撐腿圖2 :脫水拌菌物料調(diào)配機(jī)組結(jié)構(gòu)示意中所示1、配料配位攪拌機(jī)2、配料倉3、螺旋推進(jìn)器4、壓濾機(jī)5、抽漿機(jī)及輸漿 管6、儲(chǔ)料箱7、混合料倉8、強(qiáng)制攪拌機(jī)圖3 :太陽能供熱超導(dǎo)暖氣片升溫可控生物發(fā)酵室裝置示意中所示1、循環(huán)水泵2、超導(dǎo)暖氣片3、墻體4、上水管5、供水塔6、供水管7、太陽能熱水器8、下水管9、抽風(fēng)換氣裝置10、即開即熱水龍頭11、信息窗12、進(jìn)出料大門圖4 :雙配位新型生物有機(jī)肥生產(chǎn)線整體結(jié)構(gòu)示意中所示I、配料混合機(jī)2、粉碎機(jī)3、輸送帶4、造粒盤5、烘干機(jī)6、圓筒篩7、控制計(jì)量器8、拋光機(jī)9、電子包裝機(jī)
具體實(shí)施例方式污水處理后的污泥未擠壓之前一般含水率在90%左右，需用壓濾機(jī)擠壓脫水，控制污泥含水率在80%，并在儲(chǔ)漿池?cái)嚢璩蓜驖{。剔除重金屬兼?zhèn)渖顚訁捬醢l(fā)酵(圖I):將儲(chǔ)漿池中攪拌均勻的污泥料漿通過泥漿泵和進(jìn)漿管抽進(jìn)剔除重金屬離子裝置(圓筒形大罐)，當(dāng)抽進(jìn)大罐三分之二容積時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)先正轉(zhuǎn)帶動(dòng)主軸和攪拌葉旋轉(zhuǎn)攪拌，同時(shí)經(jīng)配料口添加漿料重量1.0%的腐植酸鈉，用于分離污泥有機(jī)物細(xì)胞內(nèi)重金屬離子；在攪拌中若起泡可經(jīng)配料口添加漿料重量0.01%的硅酸鈉消除漿料起泡漲潮；攪拌3小時(shí)后靜置12小時(shí)，再攪拌時(shí)經(jīng)配料口添加漿料重量O. 01%乙二胺四乙酸，螯合分子態(tài)、離子態(tài)重金屬，形成重金屬結(jié)合物向底部沉淀；繼續(xù)攪拌3小時(shí)，靜置12小時(shí)；第三次攪拌時(shí)，分別按漿料重量的O. 01%配入乳酸菌、酵母菌、黑曲霉，以加速有機(jī)物料深層厭氧發(fā)酵；攪拌夠3小時(shí)后靜置12小時(shí)，第四次攪拌時(shí)，經(jīng)配料口添加漿料重量O. 02%的聚丙烯酰胺，以絮凝有機(jī)物發(fā)酵菌團(tuán)向上漂浮。按照操作規(guī)程，每攪拌3小時(shí)，密封靜置12小時(shí)，如此循環(huán)，3天時(shí)間圓筒形大罐上部有機(jī)物料發(fā)酵倉的勻漿可達(dá)到厭氧發(fā)酵的效果，而后通過漿料出口及控制閥抽出進(jìn)入下道工序。抽完料漿后，讓電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)主軸和重物料倉內(nèi)螺旋絞出器，將重金屬和沙石料經(jīng)電動(dòng)閥門按層次(重金屬比重大于沙石料處于最底層)先后絞出(為防止沉淀結(jié)塊出料難而特設(shè)螺旋絞出)，落到重物出料滑板滑落出來回收利用。在砂石料和勻漿結(jié)合處是泥土類結(jié)合料，可制作家用花卉營養(yǎng)土。脫水拌菌物料調(diào)配(圖2):借助抽漿機(jī)及輸漿管從重金屬剔除裝置抽出勻漿強(qiáng)壓進(jìn)大型壓濾機(jī)；從壓濾機(jī)濾布中擠出的清水(已經(jīng)過污水處理，達(dá)標(biāo))，可用于制肥時(shí)造粒噴漿。擠出后的物料含水量應(yīng)在30-35%。壓濾機(jī)中料壓滿后，出料落入下部儲(chǔ)料倉；按照配方將配料(高有機(jī)質(zhì)物料、菌種以及調(diào)整碳氮比、碳磷比需要添加的元素)放入配料配位攪拌機(jī)，攪拌均勻后開閥落入配料倉；再通過螺旋推進(jìn)器分別將配料倉和儲(chǔ)料倉的物料推入位于下方的元素配位混合料倉，約I噸時(shí)，打開混合料倉控制板，把雙物料送強(qiáng)制攪拌機(jī)攪拌均勻后，用農(nóng)用車送入下道工序。高溫礦質(zhì)化反應(yīng)發(fā)酵(圖3):把上道工序攪拌均勻后的物料送入控溫發(fā)酵室，用鉤機(jī)堆成5-6米高的梯形，關(guān)閉門窗；啟動(dòng)循環(huán)水泵通過上水管將水(循環(huán)使用)輸進(jìn)供水塔，塔中的水經(jīng)供水管進(jìn)入太陽能熱水器；打開太陽能熱水器，將熱水(> 350C )通過下水管和即開即熱水龍頭輸入安裝在墻體上的超導(dǎo)暖氣片，室溫和料溫會(huì)很快上升，用信息窗(熱電偶)監(jiān)測(cè)溫度。在室溫>38°C、料溫升至72°C左右條件下發(fā)酵2天，然后關(guān)閉超導(dǎo)暖氣片，打開抽風(fēng)換氣裝置降溫?fù)Q氣，同時(shí)用鉤機(jī)翻堆。翻堆后打開超導(dǎo)暖氣片、關(guān)閉抽風(fēng)換氣裝置，再次升溫發(fā)酵兩天，再翻堆一次。如此經(jīng)過三次翻堆，可基本達(dá)到發(fā)酵腐熟的均勻度，腐熟度> 80%，即可出料，這就是高溫發(fā)酵原肥。 雙配位微生物有機(jī)肥成品制作(圖4):采用雙配位新型生物有機(jī)肥生產(chǎn)線來完成。第一次配位是將原肥送入配料混合機(jī)內(nèi)并添加不怕烘干揮發(fā)而造成失效的元素，經(jīng)攪拌混合均勻后流入粉碎機(jī)中粉碎(因配料后攪拌會(huì)形成團(tuán)狀料)，然后經(jīng)輸送帶送造粒盤成球，再經(jīng)輸送帶送進(jìn)烘干機(jī)，烘干15分鐘后，流經(jīng)輸送帶送進(jìn)圓筒篩篩選(直徑< 2_或> 4mm的料回籠重做)，符合要求(直徑2-4mm,含水率< 15% )的顆粒料經(jīng)輸送帶向拋光機(jī)移動(dòng)；第二次配位是將原肥送入另一套配料混合機(jī)內(nèi)并添加不宜烘干但又必需調(diào)進(jìn)有機(jī)肥料的生物制劑、土壤調(diào)理劑、植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)以及量很少的作物敏感元素，經(jīng)攪拌混合均勻后流入粉碎機(jī)中粉碎(因配料后攪拌會(huì)形成團(tuán)狀料)，然后經(jīng)輸送帶送進(jìn)造粒盤成球，再經(jīng)輸送帶送進(jìn)控制計(jì)量器，控制流入與烘干顆粒共用的輸送帶，與烘干的顆粒料一同進(jìn)拋光機(jī)，兩種顆粒進(jìn)拋光機(jī)的比例為5 (第一次造粒)I (第二次造粒)，混合與拋光同時(shí)完成,再經(jīng)篩選后取直徑2-4_顆粒為成品(含水率< 20% )。各種作物專用肥是在微生物有機(jī)肥基礎(chǔ)上，添加各種作物敏感的中量、微量元素，比如水稻專用肥要添加硅元素、鋅元素，小麥專用肥要添加鑰元素、銅元素，甘蔗專用肥要添加鎂元素、硼元素，玉米專用肥要添加錳元素、硅元素，如此等等。
權(quán)利要求
1.污水處理廠污泥剔除重金屬發(fā)酵制成各種專用肥的方法，包括以下步驟1、用壓濾機(jī)脫水控制污泥含水率在80%，并在儲(chǔ)漿池?cái)嚢璩蓜驖{；2、用泥漿泵將料漿抽入重金屬剔除裝置，配入腐植酸鈉、金屬絡(luò)合劑乙二胺四乙酸，分離、絡(luò)合、沉淀剔除重金屬，并配入酵母菌、乳酸菌和黑曲霉，兼顧微生物深層厭氧發(fā)酵；3、利用脫水拌菌物料調(diào)配機(jī)組使料漿脫水至含水率30-35%，并拌入促進(jìn)發(fā)酵腐熟的木霉、放線菌以及作為生物培養(yǎng)基的米糠、麥麩、桐麩等高有機(jī)質(zhì)物料并攪拌均勻，調(diào)整碳氮比、碳磷比和PH值，以滿足發(fā)酵條件；4、利用太陽能供熱超導(dǎo)暖氣片升溫可控生物發(fā)酵室裝置，實(shí)施控溫發(fā)酵，在室溫>38°C、料溫升至72°C左右條件下發(fā)酵，使物料實(shí)現(xiàn)高溫礦質(zhì)化反應(yīng)；5、利用自行設(shè)計(jì)的雙配位生物有機(jī)肥生產(chǎn)線進(jìn)行兩次元素配位造粒制成微生物有機(jī)肥及各種作物專用肥，即把不怕烘干揮發(fā)而造成失效的原肥和元素在第一次造粒前配入作為第一次配料，進(jìn)而造粒、烘干至含水分(15%、篩選出直徑2-4_合格顆粒；第二次配料造粒則是在原肥中添加不宜烘干但又必需調(diào)進(jìn)肥料的生物制劑、土壤調(diào)理劑、植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)以及量很少的作物敏感元素，混合均勻后造粒；然后按第一次配位造粒與第二次配位造粒5 I的比例進(jìn)拋光機(jī)混合、拋光，再經(jīng)篩選，制得直徑2-4_、含水分< 20%的成品。
全文摘要
污水處理廠污泥剔除重金屬發(fā)酵制成各種專用肥的方法，是在污泥料漿剔除重金屬、脫水拌菌調(diào)配物料之后，經(jīng)高溫礦質(zhì)化反應(yīng)發(fā)酵殺滅細(xì)菌、各種寄生蟲卵、病原微生物并制得有機(jī)原肥的基礎(chǔ)上，通過兩次元素配位產(chǎn)出微生物有機(jī)肥及各種作物專用肥。本發(fā)明為新建污水處理廠同步建設(shè)或現(xiàn)有污水處理廠改造配套污泥處置設(shè)施提供了一種可行的方案，既節(jié)省大量污泥外運(yùn)的費(fèi)用，又產(chǎn)出高品質(zhì)肥料產(chǎn)品以及由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益；污泥就地安全處置，避免了填埋、焚燒、堆肥可能帶來的土壤、大氣和水資源的二次污染；提供適宜各種作物的專用肥料，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，提供無公害農(nóng)產(chǎn)品，支持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
文檔編號(hào)C05F7/00GK102863128SQ20121034672
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者熊漢夫, 楊俊義, 蒙漢康 申請(qǐng)人:熊漢夫, 楊俊義, 蒙漢康