專利名稱:一種藍(lán)藻和污染底泥共堆肥的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種藍(lán)藻和污染底泥混合堆肥的方法，是一種藍(lán)藻和污染底泥無害化和聯(lián)合資源化的技術(shù)，屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
近年來，我國水體富營養(yǎng)化比較嚴(yán)重，尤以滇池和太湖為烈，水體富營養(yǎng)化導(dǎo)致藍(lán)藻大量爆發(fā)，目前打撈仍是解決藍(lán)藻危機(jī)最為快捷的方法。以太湖為例，藍(lán)藻暴發(fā)期間，每天打撈的水華藍(lán)藻超過lOOOt，最多可達(dá)2000t。藍(lán)藻雖含有藻毒素，但也含有豐富的蛋白質(zhì)及氮、磷等營養(yǎng)物，具有資源化利用的潛力。因此，如何處理和處置這些被打撈出來的藍(lán) 藻是治理水體富營養(yǎng)化時(shí)應(yīng)考慮的關(guān)鍵問題之一。
目前，國內(nèi)外針對(duì)藍(lán)藻功能活性成分的提取技術(shù)與功能開展了大量研究，并取得了一些進(jìn)展，但還均未能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。對(duì)相關(guān)的國內(nèi)外藍(lán)藻無害化和資源化技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)檢索，其主要結(jié)果如下專利號(hào)ZL200410012803. 5 (公開號(hào)為CN1243692C —種水華藍(lán)藻復(fù)混肥及制備方法)報(bào)道將水華藍(lán)藻粉與尿素、過磷酸鈣、磷酸一銨、硫酸鉀均按一定比例混配，然后經(jīng)造粒制成有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥料。但該專利使用的藍(lán)藻粉未經(jīng)高溫發(fā)酵處理，藻毒素難以消除，且由于藍(lán)藻沒有腐熟，影響肥效。專利號(hào)ZL200410012933. 9(CN1562943，一種水華藍(lán)藻提取Y-亞油酸的方法)論述了從藍(lán)藻中提取亞油酸的利用技術(shù)。提取后的殘?jiān)绾翁幹迷摷夹g(shù)并未涉及。專利號(hào)ZL200410012934. 3 (CN1563083, 一種水華藍(lán)藻制備藻藍(lán)蛋白的方法)和專利號(hào)ZL200410012927. 3(CN1563100，一種利用水華藍(lán)藻提取多糖的方法)分別闡述了如何從藍(lán)藻中制備藻藍(lán)蛋白與多糖。這些專利的的問題與提取亞油酸的專利相同。
另一方面，水體富營養(yǎng)化除了會(huì)導(dǎo)致藍(lán)藻爆發(fā)之外，還會(huì)造成淤泥沉積速率增加。淤泥既含一定量的有機(jī)物和N、P養(yǎng)分、也會(huì)累積重金屬和持久性有機(jī)污染物，如不進(jìn)行治理它會(huì)向湖泊水體釋放營養(yǎng)鹽和重金屬等，導(dǎo)致水體的再次污染和藍(lán)藻爆發(fā)。太湖湖底普遍存在淤泥，主要來源于湖周圍含有豐富懸浮物和污染物的污水排入。調(diào)查資料表明太湖十八灣支流河道水面以下均嚴(yán)重淤積，平均淤積深度約I. 2m，其中淤積最深處為楊灣入湖口達(dá)2. 0m，太湖飯店河道I. Sm。淤積最嚴(yán)重的為姚灣 盤湖灣段，支流河道水位正常淹沒區(qū)至入湖口累計(jì)總長1222m的水面長度，目前僅剩約200m長，淤塞了六分之五之多。近幾十年來，太湖水質(zhì)平均每十年下降一個(gè)等級(jí)，五里湖是其污染最嚴(yán)重的水域之一。1998年后，該湖水質(zhì)為V類和劣V類，處于嚴(yán)重富營養(yǎng)化水平。而且據(jù)水利部太湖局調(diào)查，太湖五里湖、竺山湖、梅梁湖、貢湖等局部湖區(qū)底泥有機(jī)質(zhì)、總磷、總氮三項(xiàng)指標(biāo)含量均較高，且處于釋放狀態(tài)，重金屬和有機(jī)污染物也有相對(duì)偏高現(xiàn)象。2004年太湖底泥中總砷范圍為
4.23 23. Omg/kg ;總汞范圍為0. 05 0. 27mg/kg ;總鉻范圍為9. 7 63. 6mg/kg ;總鉛范圍為14. 7 73. 5mg/kg ;總鎘范圍為0. 26 0. 92mg/kg ;總銅范圍為17. I 155mg/kg。其中五里湖分層底泥重金屬含量的最大值超過國家土壤環(huán)境質(zhì)量三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)0. 83倍-3. 03倍。6種常見多氯聯(lián)苯同系物PCB28，PCB52, PCB101, PCB138, PCB153, PCB180在太湖底泥中都有檢出。其中含量最高的為PCB52，平均為0.983μ8/1^。盡管底泥中PCBs含量不高，但在底棲生物中可以富集，并通過食物鏈逐級(jí)傳遞，因而其潛在的危害性仍不容忽視。值得注意的是，在太湖某些區(qū)段由于受紡織印染、化工行業(yè)廢水、IT行業(yè)等廢水長期污染，底泥中重金屬和有毒有害有機(jī)物含量有較大增長。因此，對(duì)于受重金屬或其他POPs污染的那些重污染底泥如何進(jìn)行“脫毒”處理，而后依據(jù)淤泥的理化性質(zhì)再行資源化利用是淤泥治理中的亟待解決的關(guān)鍵難題。
經(jīng)專利檢索，淤泥清淤和處理方面目前已有專利包括治理城市及周邊河流的污染淤泥的方法(ZL01132079. 6)，該方法本質(zhì)上是一種填埋處理；一種淤泥處理方法(申請(qǐng)?zhí)?00710067267. 2)，要求200°C的高溫。對(duì)于底泥資源化，日本用底泥生產(chǎn)高級(jí)建筑材料，因?yàn)橐缘啄酁橹饕现瞥傻拇u塊透氣性好，重量輕，色彩豐富，很適宜用于建筑物的裝飾材料；美國處理底泥的方法是直接將底泥熱干燥并加入無機(jī)肥料和其他結(jié)構(gòu)改良劑并制成粒狀，作為氮、磷等含量豐富的肥料使用，但是該方法對(duì)含有重金屬污染的底泥中的重金屬污染不能得到有效的控制。
近年來，研究發(fā)現(xiàn)利用生物浙浸技術(shù)(Bioleaching)預(yù)處理液態(tài)污泥具有促進(jìn)其 脫水、溶出重金屬、去除臭味和殺滅病原物的功效。本課題組曾發(fā)明了利用微生物主要是嗜酸性硫桿菌的作用將污(淤)泥中重金屬去除的生物浙浸技術(shù)(Bioleaching，以前也稱“生物淋濾”或“生物浙濾”)的若干專利(ZL02137921. I ；ZL02112924. X ；ZL200410014801. X ；ZL200410044843. 8 ；ZL200520072316. 8)，結(jié)果顯示，生物浙浸技術(shù)具有溶出污泥中重金屬、殺滅污泥中病原物和促進(jìn)污泥脫水上的功效，經(jīng)過脫水后能得到清潔的污泥，并且該技術(shù)具有不耗酸、運(yùn)行成本低、重金屬溶出效率高(可高達(dá)90%以上)、無二次污染等化學(xué)浸提法不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。鑒于藍(lán)藻和污染底泥資源化利用的潛力，本發(fā)明首先采用生物浙浸技術(shù)對(duì)重金屬含量高的底泥進(jìn)行脫毒處理，接著與濃縮、脫水后的藍(lán)藻調(diào)配后進(jìn)行高溫好氧堆肥，再開發(fā)成各種高附加值的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)藍(lán)藻和污染底泥聯(lián)合資源化利用。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
本發(fā)明目的在于提供一種藍(lán)藻和污染底泥聯(lián)合資源化利用的方法。藍(lán)藻含水率高、含有大量的藻毒素，且C/N比嚴(yán)重失調(diào)，底泥中存在著重金屬的污染問題，這些限制因素嚴(yán)重影響了藍(lán)藻和底泥的資源化利用。本發(fā)明首先采用生物浙浸技術(shù)對(duì)污染的底泥進(jìn)行脫毒處理，然后用脫毒后的清潔污泥與脫水后的藍(lán)藻泥調(diào)配后進(jìn)行高溫好氧堆肥，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)除臭、穩(wěn)定化、降解藻毒素、殺滅病原菌和雜草種子等無害化處理，再開發(fā)成各種高附加值的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)藍(lán)藻和污染底泥無害化和聯(lián)合資源化利用，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
技術(shù)方案
本發(fā)明涉及污染底泥生物浙浸無害化處理一底泥與脫水藍(lán)藻聯(lián)合堆肥工藝流程，如附圖I所示，主要由以下幾部分組成
I.污染底泥中的重金屬的浸出
用于重金屬污染底泥生物浙浸的菌株為本試驗(yàn)室分離出的生物浙浸微生物，主要為嗜酸性硫桿菌 Acidithiobacillus ferrooxidans LX5 和 Acidithiobacillusthiooxidans TS6，專利號(hào)分別為ZL02112924. X和ZL02137921. I?；驹硎窃诜磻?yīng)池的底泥泥漿中添加生物浙浸微生物，經(jīng)過一定時(shí)間曝氣處理(24 48h)后，通過生物氧化作用，泥漿中80%以上的重金屬被溶出，而且泥漿能自然生物絮凝濃縮，在不加任何絮凝劑的條件下，可直接脫水成很干的“潔凈的”底泥而且有機(jī)養(yǎng)分不損失。同時(shí)，經(jīng)過該處理后不但重金屬被去除而且底泥無任何惡臭。具體的操作步驟是首先將馴化好的生物浙浸微生物(微生物密度大約為IO7 108CFU/mL)按底泥體積10%的比例加入到裝有底泥的反應(yīng)器中，在好氧、中溫(28°C 35°C)、攪拌(氣攪拌或機(jī)械攪拌)條件下培養(yǎng)48h，通過微生物的生物氧化作用和生物酸化作用使污泥體系pH下降,從而使污染底泥中的重金屬大量溶出，最后通過板框壓濾脫水得到清潔的底泥。
2.底泥與藍(lán)藻聯(lián)合堆肥技術(shù)
聯(lián)合堆肥的技術(shù)主要步驟如下
(I)以I中的脫毒后的清潔的底泥和脫水后的藍(lán)藻為原料，回用一定量的腐熟物 料作為菌種和干燥劑，根據(jù)底泥和藍(lán)藻中的含水量、C/N比等特征添加一定量的調(diào)理劑，將底泥和脫水后的藍(lán)藻的含水率調(diào)至60%左右、C/N比調(diào)至25-30 :1。
(2)在處理⑴的基礎(chǔ)上，針對(duì)堆肥過程中氮素?fù)p失和臭味問題嚴(yán)重的特點(diǎn)，添加一定量保氮?jiǎng)┮种贫逊蔬^程中的氮素?fù)]發(fā)和臭味產(chǎn)生。
(3)將經(jīng)過(2)步驟處理后的物料在通風(fēng)發(fā)酵車間進(jìn)行堆肥發(fā)酵，定時(shí)翻堆并取樣測(cè)定相關(guān)指標(biāo)，發(fā)酵周期20天左右。
(4)將經(jīng)過(3)步驟處理后的物料轉(zhuǎn)入二次發(fā)酵車間進(jìn)行靜態(tài)條垛式發(fā)酵，直至發(fā)酵物料的發(fā)酵溫度降至環(huán)境溫度不再變化，含水率進(jìn)一步降至30%以下，得到完全腐熟的物料。
步驟(I)中的調(diào)理劑指的可以是秸桿、稻殼、麩皮、蘑菇渣、藥渣、木屑等其中的一種或幾種的混合物。步驟(2)中的保氮?jiǎng)┲傅氖撬峄惺?、過磷酸鈣和氫氧化鎂與磷酸的混合液等。
對(duì)堆肥結(jié)束后的腐熟物料，按照國家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)可以進(jìn)一步開發(fā)成多功能高附加值有機(jī)肥或有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥等。
有益效果
本發(fā)明與傳統(tǒng)的技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
采用生物浙浸技術(shù)對(duì)重金屬污染的底泥進(jìn)行了無害化處理，得到了清潔的底泥，然后與脫水的藍(lán)藻進(jìn)行聯(lián)合高溫發(fā)酵，得到含有豐富養(yǎng)分的肥料。
針對(duì)藍(lán)藻與底泥高溫堆肥中存在物理性狀差、C/N比失調(diào)等特點(diǎn)，有針對(duì)性的添加秸桿、稻殼、麩皮、蘑菇渣、藥渣、和木屑等不同組合的調(diào)理劑，有效的改善了藍(lán)藻和底泥的理化性質(zhì)，使藍(lán)藻和底泥在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到了高溫發(fā)酵期，并能長時(shí)間的維持高溫發(fā)酵的時(shí)間，有效提高了發(fā)酵速度，縮短了發(fā)酵周期，達(dá)到了藍(lán)藻和底泥快速堆肥化處理，同時(shí)降低了堆料的水分，實(shí)現(xiàn)了藍(lán)藻和底泥減量化的目的。
針對(duì)藍(lán)藻中高含量的藻毒素的特征，本發(fā)明在高溫發(fā)酵過程中較好的保持了堆體中的微生物活性，利用堆體中的微生物徹底的降解了藍(lán)藻中的藻毒素。
針對(duì)藍(lán)藻含氮量高，C/N比低，傳統(tǒng)的堆肥方式容易使有機(jī)氮降解后產(chǎn)生氮素?fù)p失的特點(diǎn)，開發(fā)出了一系列的針對(duì)藍(lán)藻和底泥堆肥的高效固氮?jiǎng)?，氮素的固定率達(dá)到了 50%以上。
四、


圖I是藍(lán)藻與底泥聯(lián)合堆肥技術(shù)工藝流程圖
五具體實(shí)施方式
下面敘述本發(fā)明的實(shí)施例。
I.重金屬污染的底泥無害化及與藍(lán)藻的聯(lián)合資源化技術(shù)
根據(jù)本發(fā)明所提及的工藝，按照流程(見附圖I)對(duì)從太湖重金屬污染的底泥進(jìn)行 處理。取約50噸含固率為20%的污染底泥，經(jīng)過測(cè)定存在著一定的重金屬污染，而且具有臭味。
生物浙浸脫毒及對(duì)脫毒后底泥脫水將生物浙浸微生物接種物和新鮮污染底泥按體積比為I :9加入到有效容積為60M3的反應(yīng)器中，在通風(fēng)曝氣的條件下，進(jìn)行攪拌混勻，在溫度為25°C下，經(jīng)過48h的生物浙浸處理，底泥的pH下降到3左右，經(jīng)過測(cè)定此時(shí)底泥中的重金屬的去除率達(dá)到了 80%以上，且底泥的脫水性能也得到了極大的提高，底泥生物浙浸前后的重金屬及底泥的比阻見表I。將上述脫毒后的底泥在沉降池中自然沉降IOh后(體積減少到原來的2/3)在隔膜廂式壓濾機(jī)下直接壓濾，壓榨出的底泥呈土黃色，無臭，含水率40%以下，且底泥中的有機(jī)質(zhì)的含量沒有明顯降低。
表I底泥生物浙浸處理前后的重金屬及比阻變化
權(quán)利要求
1.一種藍(lán)藻和污泥底泥共堆肥的方法，其特征在于 (1)以藍(lán)藻和污染底泥為原料，首先采用生物浙浸技術(shù)將污染底泥中的重金屬去除，得到清潔的底泥，然后將藍(lán)藻與清潔底泥按照一定的比例混合。
(2)針對(duì)藍(lán)藻與清潔底泥的物理化學(xué)性狀，添加一定的調(diào)理劑和保氮?jiǎng)?，將堆料的含水率和C/N比調(diào)至合適的比例。
(3)將上述物料轉(zhuǎn)入堆肥車間中進(jìn)行堆肥發(fā)酵，定時(shí)進(jìn)行通風(fēng)和翻堆，發(fā)酵周期為20天左右。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種藍(lán)藻和污染底泥共堆肥的方法，其特征在于將經(jīng)過(3)處理后的物料再次轉(zhuǎn)入二次發(fā)酵車間進(jìn)行二次發(fā)酵，直至其發(fā)酵溫度達(dá)到環(huán)境溫度后不再變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種藍(lán)藻和污泥底泥共堆肥的方法，其特征在于(2)中所述的調(diào)理劑為秸桿、稻殼、麩皮、蘑菇渣、藥渣、和木屑等中的一種或其不同的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種藍(lán)藻和污泥底泥共堆肥的方法，其特征在于(2)中所述的保氮?jiǎng)樗峄惺⑦^磷酸鈣和氫氧化鎂與磷酸的混合液中的一種或其不同組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種藍(lán)藻和污染底泥共堆肥的方法，其特征在于初始堆體的含水率控制在60%左右，C/N比控制在25-30 :1。
6.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種藍(lán)藻和污染底泥共堆肥的方法，其特征在于經(jīng)過高溫好氧發(fā)酵處理以后藻毒素的降解率達(dá)到了 92%以上。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種藍(lán)藻和污染底泥混合堆肥技術(shù)，屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域：
。它首先采生物瀝浸技術(shù)將污染底泥中的重金屬去除，然后將藍(lán)藻和清潔底泥混合，并針對(duì)藍(lán)藻含水率高及C/N比失調(diào)等特征采用秸稈、稻殼、麩皮、蘑菇渣、藥渣、木屑等調(diào)理劑將藍(lán)藻和底泥混合物的理化性質(zhì)調(diào)至好氧發(fā)酵微生物生長需要的條件，并添加一定量的保氮?jiǎng)缓笤诙逊拾l(fā)酵車間中采用強(qiáng)制通風(fēng)發(fā)酵，在極短的時(shí)間內(nèi)將堆體的溫度升高到60℃以上，并維持高溫發(fā)酵期在15天左右，高溫發(fā)酵期結(jié)束后轉(zhuǎn)至二次發(fā)酵區(qū)間直至堆肥完全腐熟。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了污染底泥的清潔化和藍(lán)藻與清潔底泥快速堆肥的規(guī)?；幚?，把藍(lán)藻和污染底泥的無害化和資源化有機(jī)的結(jié)合了起來。
文檔編號(hào)C05F17/00GKCN102875210SQ201210437144
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年11月6日
發(fā)明者周立祥, 周俊 申請(qǐng)人:南京農(nóng)業(yè)大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan