生物方式处理污泥的方法与流程

[0001]
本发明涉及污泥处理的技术领域，尤其涉及生物方式处理污泥的方法。


背景技术：

[0002]
在工业生产和城市生活中会产生大量的污泥，污泥中含有丰富的n、p、有机质和植物生长所需要的其他营养物质，无害化处理的污泥能够改善土壤物理性质、提高土壤肥力、增加土壤微生物多样性和提高酶活性，可以作为肥料或土壤的改良剂。但除了营养物质，污泥中还含有一些难降解的有机物、病原菌、寄生虫卵及重金属等有毒有害物质，若处理不当会造成二次环境污染。
[0003]
我国目前主要的污泥经过各种工艺，如稳定、浓缩、脱水、干化等稳定处理后，最终处置的方法有污泥农用、焚烧处理、卫生填埋、材料加工和直接排放等。在众多处置方法中，污泥农用为最经济、环保且实用的方法，可实现污泥的稳定化、无害化、资源化，也在国内外获得广泛应用。然而对于污泥能否更好的利用，其中一个必须解决的难题就是重金属的去除问题。因为污泥中重金属若在土壤中积累到一定水平，进入食物链从而危害人体健康和影响生态安全，甚至高的污泥施用量和重金属含量会对植物的生长产生抑制甚至毒害作用。目前，通常使用化学法去除污泥中的重金属，如氯化、离子交换、络合和酸化等。但是化学法具有成本高、操作困难、耗能量高等缺点。相比之下，生物淋滤法具有低成本、操作简单、耗能低、金属去除率高且副产物无毒等优点。但经生物淋滤法处理后的污泥中以植酸态等有机形式存在的磷元素和以硅酸盐矿物存在的钾元素都不能直接被植物吸收利用。
[0004]
因此针对目前污泥难以资源化利用的现状，急需找到一种有效的成本低、去除重金属效果好的方法，以便更好的实现污泥农用化。


技术实现要素：

[0005]
针对现有技术存在的上述问题，本发明的要解决的技术问题是：现有污泥处理方式存在成本高、重金属去除效果差的问题。
[0006]
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：生物方式处理污泥的方法，包括以下步骤：s1：将废弃甘蔗、秸秆和枯叶混合后输送至粉碎机进行粉碎，得到植物粉料，其中废弃甘蔗、秸秆和枯叶的质量比为1～2∶6～10∶3～4。
[0007]
s2：将脱水处理后的污泥和牲畜粪输送至搅拌机内进行混合搅拌，其中污泥与牲畜粪的比例为1∶1～4∶1。
[0008]
s3：将植物粉料和尿素一起加入s2所述的搅拌机中，搅拌机混合搅拌得到混合物料，其中植物粉料和尿素的质量比为18∶1～20∶1，污泥和牲畜粪的总质量与植物粉料的质量比为1∶1～3∶1。
[0009]
s4：将混合物料取出烘干后的加入发酵剂进行堆肥发酵20～25天，待堆温降低至40℃以下后向混合物料中加入柠檬酸和香精并混合均匀得到发酵物料，其中混合物料、柠
檬酸与香精的质量比为100∶3～4∶2～3。
[0010]
s5：对发酵物料进行消毒杀菌并调整湿度至65%～75%，然后将发酵物料铺设在饲养有蚯蚓的养殖筐内。
[0011]
s6：保持养殖筐整体温度在20℃～27℃之间，并定期向养殖筐补充水分保持发酵物料的湿度为65%～75%，25～30天后将蚯蚓与发酵物料分离得到基础农肥。
[0012]
s7：对基础农肥进行造粒、干燥处理得到成品农肥。
[0013]
废弃甘蔗一般被加工成饲料，但部分废弃甘蔗由于部分腐败不能用于加工饲料，从而导致果农损失加大，资源浪费严重。秸秆一般采取就地焚烧的方式对土壤进行增幅，但对空气的污染比较严重，而采取秸秆填埋的方式处理起来又费时费力，对土壤的增肥效果较差。道路枯叶一般是采取焚烧处理的方式，污染严重而且费时费力。本发明选用废弃甘蔗、秸秆、枯叶和牲畜粪作为原料与污泥混合发酵，使资源得到合理利用，避免环境污染。使用蚯蚓对发酵物料进行处理得到成品农肥，蚯蚓可以有效吸收掉发酵物料中的重金属，同时使氮、磷、钾含量增加，且蚯蚓粪起有机肥的作用，可促进土壤团粒结构的形成，提高土壤通透性、保水性、保肥力，利于微生物的繁殖和增加，使土壤吸收养分和储存养分的能力增强。本发明相较于污泥的传统处理方式成本更低，可以有效去除其中的重金属，且可以同时解决多种物料的处理问题。
[0014]
作为优选，所述s1步骤中植物粉料的粒度为3mm～5mm。将废弃甘蔗、秸秆和枯叶通过粉碎机粉碎成碎屑状的植物粉料，利于植物粉料与污泥和牲畜粪混合均匀，粒度小于3mm时需要的粉碎时间较长，时间和电力成本高且对于混料的提升不大，粒度大于5mm时，混料效果降低，不利于植物分料与污泥和牲畜粪充分混合，从而影响后续发酵。
[0015]
作为优选，所述s2步骤中污泥和牲畜粪的含水率为70%～80%。目前污泥脱水机处理后的污泥的含水率一般为70%～80%，若要求的含水率过低不仅会导致前期物料准备的能耗增加，而且含水率过低会导致污泥和牲畜粪的黏性降低，从而使植物粉料、污泥和牲畜粪的搅拌混合效果变差，不利于后期发酵。
[0016]
作为优选，所述s4步骤中混合物料烘干后的含水率为35%～45%。含水率过高，发酵时氧气进不去，导致含氧量低，容易造成温度不升，发酵没有变化。含水率过低，水分含量达不到菌种最适的水分，延长发酵时间，发酵不彻底。当混合物料的含水率为35%～45%时发酵较为彻底。
[0017]
作为优选，所述s4步骤中混合物料与发酵剂的质量比为50∶1～60∶1。混合物料与发酵剂的比例尤为重要，这决定了发酵成功与否，当选用上述混合物料作为发酵材料时混合物料与发酵剂的质量比为50∶1～60∶1最合适。
[0018]
作为优选，所述s4步骤中发酵剂的活性成分包括em活性菌。em活性菌是以光合细菌、乳酸菌、酵母菌和放线菌为主的10个属 80余个微生物复合而成的一 种微生活菌制剂，该菌种可以减少发酵过程中有害气体的排放、减少细菌滋生、促进有机污染物的分解，且费用低廉，从而使发酵过程更加环保经济。
[0019]
作为优选，所述s4步骤中堆肥发酵时每隔5～7天进行一次翻堆。间隔翻堆可以及时向混合物料中补充氧气，加快发酵。将表层混合物料翻到内部，通过发酵的高温将混合物料中的有害微生物、病虫卵杀死。同时翻堆可以避免内部发酵温度过高，及时降温可以促进混合物料中腐殖质的形成。
[0020]
作为优选，所述s5步骤中，将基础农肥铺设在养殖槽内之前需要经过土壤破碎机处理。基础农肥在经过破碎处理后变得松散，当基础农肥被铺设到养殖筐内时，基础农肥之间存在孔隙，可以有效提升蚯蚓活动环境的含氧量，避免蚯蚓被憋死，同时较为松散的物料更适合蚯蚓快速活动，加快蚯蚓对重金属物质的处理速度。
[0021]
作为优选，所述s5步骤中，所述养殖筐为竹条筐或带孔塑料筐。通过使用带孔的养殖筐，使基础农肥四周均可与空气接触，即时对基础农肥内进行氧气补充，避免蚯蚓缺氧情况的发生，保证蚯蚓的活性，使基础农肥中的重金属得以快速处理。
[0022]
作为优选，所述s5步骤中，所述养殖筐内的蚯蚓为蚯蚓幼虫。蚯蚓对重金属并不能持续地吸收积累，当蚯蚓体内重金属元素的浓度超过蚯蚓的耐受极限时，它就会通过排粪或其他方法排出体外。从而导致蚓粪中的重金属含量仍然较高，如果农用可能引起植物和土壤的毒性反应，抑制土壤中微生物的新陈代谢，甚至通过食物链富集作用危害人类，因此为了使蚯蚓能够最大限度地吸收掉重金属物质，采用蚯蚓幼虫对基础农肥进行处理，可以减少含重金属蚓粪的排出，同时蚯蚓幼虫的生存环境还处于适应期，相较于成虫更容易适应基础农肥的环境。
[0023]
相对于现有技术，本发明至少具有如下优点：1.本发明中，废弃甘蔗一般被加工成饲料，但部分废弃甘蔗由于部分腐败不能用于加工饲料，从而导致果农损失加大，资源浪费严重。秸秆一般采取就地焚烧的方式对土壤进行增幅，但对空气的污染比较严重，而采取秸秆填埋的方式处理起来又费时费力，对土壤的增肥效果较差。道路枯叶一般是采取焚烧处理的方式，污染严重而且费时费力。本发明选用废弃甘蔗、秸秆、枯叶和牲畜粪作为原料与污泥混合发酵，使资源得到合理利用，避免环境污染。使用蚯蚓对发酵物料进行处理得到成品农肥，蚯蚓可以有效吸收掉发酵物料中的重金属，同时使氮、磷、钾含量增加，且蚯蚓粪起有机肥的作用，可促进土壤团粒结构的形成，提高土壤通透性、保水性、保肥力，利于微生物的繁殖和增加，使土壤吸收养分和储存养分的能力增强。本发明相较于污泥的传统处理方式成本更低，可以有效去除其中的重金属，且可以同时解决多种物料的处理问题。
[0024]
2.本发明中，采用em活性菌作为发酵剂的活性成分，em活性菌是以光合细菌、乳酸菌、酵母菌和放线菌为主的10个属 80余个微生物复合而成的一 种微生活菌制剂，该菌种可以减少发酵过程中有害气体的排放、减少细菌滋生、促进有机污染物的分解，且费用低廉，从而使发酵过程更加环保经济。
[0025]
3.本发明中，将基础农肥铺设在养殖槽内之前需要经过土壤破碎机处理。基础农肥在经过破碎处理后变得松散，当基础农肥被铺设到养殖筐内时，基础农肥之间存在孔隙，可以有效提升蚯蚓活动环境的含氧量，避免蚯蚓被憋死，同时较为松散的物料更适合蚯蚓快速活动，加快蚯蚓对重金属物质的处理速度。
[0026]
4.本发明中，养殖筐内的蚯蚓为蚯蚓幼虫。蚯蚓对重金属并不能持续地吸收积累，当蚯蚓体内重金属元素的浓度超过蚯蚓的耐受极限时，它就会通过排粪或其他方法排出体外。从而导致蚓粪中的重金属含量仍然较高，如果农用可能引起植物和土壤的毒性反应，抑制土壤中微生物的新陈代谢，甚至通过食物链富集作用危害人类，因此为了使蚯蚓能够最大限度地吸收掉重金属物质，采用蚯蚓幼虫对基础农肥进行处理，可以减少含重金属蚓粪的排出，同时蚯蚓幼虫的生存环境还处于适应期，相较于成虫更容易适应基础农肥的
环境。
附图说明
[0027]
图1为本发明的整体流程图。
具体实施方式
[0028]
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0029]
参见图1，实施例1：s1：将废弃甘蔗、秸秆和枯叶混合后输送至粉碎机进行粉碎，得到植物粉料，其中废弃甘蔗、秸秆和枯叶的质量比为1∶6∶3，植物粉料的粒度为5mm。
[0030]
s2：将含水率为80%的污泥和牲畜粪输送至搅拌机内进行混合搅拌，其中污泥与牲畜粪的比例为1∶1。
[0031]
s3：将植物粉料和尿素一起加入s2所述的搅拌机中，搅拌机混合搅拌得到混合物料，其中植物粉料和尿素的质量比为20∶1，污泥和牲畜粪的总质量与植物粉料的质量比为1∶1。
[0032]
s4：将混合物料取出烘干至含水率为35%后的加入活性成分包括em活性菌的发酵剂进行堆肥发酵20天，堆肥发酵时每隔5天进行一次翻堆，待堆温降低至40℃以下后向混合物料中加入柠檬酸和香精并混合均匀得到发酵物料，其中混合物料、柠檬酸与香精的质量比为100∶3∶2，混合物料与发酵剂的质量比为50∶1。
[0033]
s5：对发酵物料进行消毒杀菌并调整湿度至65%，发酵物料经过土壤破碎机处理，然后将发酵物料铺设在饲养有蚯蚓幼虫的养殖筐内，养殖筐为竹条筐或带孔塑料筐。
[0034]
s6：保持养殖筐整体温度在20℃，并定期向养殖筐补充水分保持发酵物料的湿度为65%，25天后将蚯蚓与发酵物料分离得到基础农肥。
[0035]
s7：对基础农肥进行造粒、干燥处理得到成品农肥。
[0036]
参见图1，实施例2：s1：将废弃甘蔗、秸秆和枯叶混合后输送至粉碎机进行粉碎，得到植物粉料，其中废弃甘蔗、秸秆和枯叶的质量比为1.5∶8∶3.5，植物粉料的粒度为4mm。
[0037]
s2：将含水率为70%的污泥和牲畜粪输送至搅拌机内进行混合搅拌，其中污泥与牲畜粪的比例为4∶1。
[0038]
s3：将植物粉料和尿素一起加入s2所述的搅拌机中，搅拌机混合搅拌得到混合物料，其中植物粉料和尿素的质量比为19∶1，污泥和牲畜粪的总质量与植物粉料的质量比为3∶1。
[0039]
s4：将混合物料取出烘干至含水率为45%后的加入活性成分包括em活性菌的发酵剂进行堆肥发酵25天，堆肥发酵时每隔7天进行一次翻堆，待堆温降低至40℃以下后向混合物料中加入柠檬酸和香精并混合均匀得到发酵物料，其中混合物料、柠檬酸与香精的质量比为100∶3.5∶2.5，混合物料与发酵剂的质量比为60∶1。
[0040]
s5：对发酵物料进行消毒杀菌并调整湿度至75%，发酵物料经过土壤破碎机处理，然后将发酵物料铺设在饲养有蚯蚓幼虫的养殖筐内，养殖筐为竹条筐或带孔塑料筐。
[0041]
s6：保持养殖筐整体温度在27℃，并定期向养殖筐补充水分保持发酵物料的湿度
为75%，30天后将蚯蚓与发酵物料分离得到基础农肥。
[0042]
s7：对基础农肥进行造粒、干燥处理得到成品农肥。
[0043]
参见图1，实施例3：s1：将废弃甘蔗、秸秆和枯叶混合后输送至粉碎机进行粉碎，得到植物粉料，其中废弃甘蔗、秸秆和枯叶的质量比为2∶10∶4，植物粉料的粒度为3mm。
[0044]
s2：将含水率为75%的污泥和牲畜粪输送至搅拌机内进行混合搅拌，其中污泥与牲畜粪的比例为2∶1。
[0045]
s3：将植物粉料和尿素一起加入s2所述的搅拌机中，搅拌机混合搅拌得到混合物料，其中植物粉料和尿素的质量比为18∶1，污泥和牲畜粪的总质量与植物粉料的质量比为2∶1。
[0046]
s4：将混合物料取出烘干至含水率为40%后的加入活性成分包括em活性菌的发酵剂进行堆肥发酵23天，堆肥发酵时每隔6天进行一次翻堆，待堆温降低至40℃以下后向混合物料中加入柠檬酸和香精并混合均匀得到发酵物料，其中混合物料、柠檬酸与香精的质量比为100∶4∶3，混合物料与发酵剂的质量比为55∶1。
[0047]
s5：对发酵物料进行消毒杀菌并调整湿度至70%，发酵物料经过土壤破碎机处理，然后将发酵物料铺设在饲养有蚯蚓幼虫的养殖筐内，养殖筐为竹条筐或带孔塑料筐。具体实施时可采用蒸汽消毒的方式。
[0048]
s6：保持养殖筐整体温度在24℃，并定期向养殖筐补充水分保持发酵物料的湿度为70%，27天后将蚯蚓与发酵物料分离得到基础农肥。
[0049]
s7：对基础农肥进行造粒、干燥处理得到成品农肥。
[0050]
实施例3中发酵时间为23天，每隔6天进行一次翻堆，使发酵较为彻底。1克尿素相当于2.88克蛋白质，可以加快蚯蚓的生长。向发酵物料中加入较高比例的柠檬酸和香精，再配合废弃甘蔗中的糖分，使发酵物料呈现蚯蚓最喜欢的水果香甜味，不仅可以避免蚯蚓难以适应发酵物料环境，更能提高蚯蚓的活动速度和食量，从而加快对于发酵物料的处理。
[0051]
对实施例3制得的成品农肥进行初步检测，ph值为7.2，为偏碱性，适合农作物生长，氮含量为0.84%，钾含量为1.06%，磷含量为0.56%，有机质为15.6%，氮磷钾的含量与市面上的普通农肥的含量接近，说明本方法制得的成品农肥可以作为农肥使用。同时有害物质含量较低，其中铅为20.0mg/kg,汞为0.18 mg/kg，镉为1.02 mg/kg，砷为1.52 mg/kg，镍为19.8 mg/kg。
[0052]
本发明中的污泥是指城市生活污泥和与城市生活污泥性质相当的其他污泥及工业污泥，例如河道污泥、排水管网内污泥、化粪池底泥等。
[0053]
本发明限定的生物方式处理污泥的方法的工作原理如下：1、将废弃甘蔗、秸秆和枯叶混合后输送至粉碎机进行粉碎，得到植物粉料。
[0054]
步骤1选取废弃甘蔗、秸秆和枯叶为辅料，首先，这样可以有效解决资源浪费和焚烧污染。其次，这些辅料含水量较低，而粪便和污泥中含水量较高，将这些辅料与粪便和污泥混合可以起到稀释中和的作用，避免混合物料因水分过高而影响发酵，或者避免花更多能源用于步骤4中混合物料的烘干。最后，这些辅料本身就可以作为制作有机肥的原料，在这里作为辅料可以大大提升成品农肥中的有效元素含量。将这些辅料进行粉碎处理方便与粪便和污泥混合均匀，利于后续步骤4中的发酵。
[0055]
2、将脱水处理后的污泥和牲畜粪输送至搅拌机内进行混合搅拌。
[0056]
步骤2选用脱水处理后的污泥和牲畜粪，经过一般脱水处理后的污泥和牲畜粪的含水率一般在70%～80%之间，首先，脱除部分水使污泥和牲畜粪的运输更加方便。其次，处于这样含水率的污泥和粪便不会太过湿润或干燥，便于与步骤1得到的植物粉料混合搅拌均匀。最后，在含水量较高时，脱泥机除水的效率远高于烘干除水，提前脱除部分水可以降低能耗，节约成本。
[0057]
3、将植物粉料和尿素一起加入步骤1中所述的搅拌机中，搅拌机混合搅拌得到混合物料。
[0058]
步骤3中除了植物粉料以外还加入了尿素，尿素不仅可以促进步骤4中植物粉料的发酵，而且尿素可以加快步骤6中蚯蚓的生长活动，从而提高蚯蚓对基础农肥的处理速度。
[0059]
4、将混合物料取出烘干后的加入发酵剂进行堆肥发酵，然后向混合物料中加入柠檬酸和香精并混合均匀得到发酵物料。
[0060]
步骤4中在发酵完成的混合物料中加入柠檬酸和香精，将发酵物料调制成蚯蚓喜欢的水果香甜味，不仅可以避免步骤5中将发酵物料放入养殖筐内时，蚯蚓难以适应发酵物料环境而逃跑的问题。反而还可以提高步骤6中蚯蚓的活性，从而使蚯蚓加快对发酵物料的处理速度。
[0061]
5、对发酵物料进行消毒杀菌并调整湿度，然后将发酵物料铺设在饲养有蚯蚓的养殖筐内。
[0062]
步骤5中提前对发酵物料进行消毒杀菌，避免病菌滋生影响步骤6中蚯蚓的生长，同时提前调整湿度，使发酵物料的湿度处于适合蚯蚓活动的湿度范围内，从而可以有效避免将发酵物料放入养殖筐后，蚯蚓无法适应环境而逃走或者湿度过高而导致蚯蚓闷死的问题。
[0063]
6、保持养殖筐整体温度，定期向养殖筐补充水分保持发酵物料的湿度，一段时间后将蚯蚓与发酵物料分离得到基础农肥。
[0064]
步骤6中稳定养殖筐的温度和湿度处于适合蚯蚓活动的范围，从而保证蚯蚓对发酵物料的快速处理。
[0065]
7、对基础农肥进行造粒、干燥处理得到成品农肥。
[0066]
步骤7对基础农肥进行造粒、干燥，使得到的成品农肥便于包装、保存、运输和使用，防止因含水量过高而缩短保存时间。
[0067]
本发明将废弃甘蔗、秸秆和枯叶做为原料制作农肥，可以有效解决废弃甘蔗因部分腐败不能用于加工饲料，从而导致果农损失加大，资源浪费严重的问题，同时解决传统焚烧秸秆和枯叶给土壤增肥时，污染严重的问题，且这些材料成本低廉，易于获取。通过发酵使氮磷钾等有用物质的含量提升，使用蚯蚓对发酵后的物料进行处理，蚯蚓可以吸收掉污泥中带来的重金属物质，从而降低成品农肥中的重金属元素，使污泥为原料的农肥可以放心使用。
[0068]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。