一种城市污水处理厂剩余污泥堆肥化处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种污泥堆肥化处理方法，具体为一种城市污水处理厂剩余污泥堆肥化处理方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着我国城镇化的不断推进，污水处理规模和效率的提升，污泥的产生数量不断增长，城市污水处理厂巨大的处理负荷使“污泥围城”成为各大城市的发展瓶颈。城市污水处理厂剩余污泥中含有丰富的氮、磷、钾和有机质等对植物生长有利的营养成分，故污泥土地利用是一种较适合我国国情的污泥处置方法。但是，随着污泥中的营养成分一起进入土壤中的还有病原菌和重金属元素等有害物质，我国城市污水处理厂剩余污泥中的主要重金属有Zn、Cu、Cr、Pb和Ni等，直接将污泥农用势必对环境产生不可逆转的毒害，存在二次污染的可能。堆肥处理是污泥无害化和资源化的重要途径之一。虽然污泥经过堆肥化处理后，可有效地杀灭其中病原菌和寄生虫卵，堆肥前后的重金属含量均有所下降，且重金属的形态有较大的变化，而重金属的生物有效性与其形态密切相关，但堆肥化处理并不能去除污泥中的重金属，因此，污泥堆肥施用过程中重金属易在土壤和作物体内积累，从而成为其土地利用最主要的限制因素。
[0003]利用吸附剂去除重金属具有应用范围广、处理效果好、可重复使用等特性。现阶段使用较多的吸附剂有活性炭吸附剂，天然矿物吸附剂(如膨胀土、蒙脱石、海泡石、海绵铁、凹凸棒石等)，固体废弃物吸附剂(如煤渣、炉渣、粉煤灰、植物秸杆焚烧后的粉末等)，无机物吸附剂(如镁盐、11102等)，离子交换树脂、壳聚糖以及最新的纳米吸附材料等。其中，常见的活性炭和沸石对重金属吸附容量较低，再生困难，成本较高；纳米材料虽然因表面积大及纳米效应而具有吸附容量高的优点，但是回收困难仍然是最大的难题。
[0004]磁性复合微球是指通过适当制备方法使有机高分子与无机磁性颗粒结合形成的具有特定微观结构和功能的复合材料。常见的制备方法有:悬浮聚合法、分散聚合法、乳液聚合法、共混包埋法、化学转化法及可控自由基聚合法等。有机高分子化合物的引入抑制了微球的相互聚集，便于复合微球的操控和分散，增大了颗粒的表面效应。在外加磁场的磁化驱动下，具有超顺磁性的复合微球表现出磁性，撤去外磁场后不表现磁性，因此可以快速有效地实现分离。因磁性复合微球具有吸附容量高、易回收的特点，目前国内外将其作为新型功能材料已经在生物学、医学、分离工程等多个领域进行了广泛应用，在环境领域中的应用也开始受到重视。
[0005]目前磁性复合微球在环境领域中的研究及应用主要集中在水处理中对重金属去除，如Agrawal等研究了一种氧化铁负载明胶颗粒对Cr6+吸附去除作用，研究结果表明这种材料在酸性条件下对Cr6+有很好的去除效果，并且可以吸附去除低浓度的Cr 6+。Zhu等用生物发酵法合成了 Fe304/纤维素，研究结果表明这种材料对重金属Pb2+，Mn2+和Cr 3+均具有很好的去除效果，脱附-吸附试验表明材料脱附后可以重复利用，并且吸附容量基本保持不变。Chen等通过共沉淀法制备了尺寸不等的磁性壳聚糖纳米微球，通过其对水中Cu2+的吸附研究表明，当纳米颗粒尺寸在8?40nm时，材料对Cu2+的吸附效果最好，吸附容量可达35.5mg/g，去除率在90%以上。Zhang等以3-丙基三甲氧基硅烷为功能单体，以正硅酸乙酯作为交联剂制得了 Fe3O4OS12O II P，这种磁性微球对Pb2+具有选择吸附性，实验结果表明材料对Pb2+的最大吸附容量达到19.61mg/g，去除率在98%以上。现阶段，磁性复合微球用于污泥中去除重金属的应用较少。
[0006]麻类是人类最早利用的天然纤维之一，主要包括苎麻、亚麻、红麻、黄麻、大麻、剑麻和蕉麻等，其中最具有优势的麻纤维是芒麻。芒麻(Boehmeria nivea(L.)Gaud.)属荨麻科(Urticaceae)芒麻属(Boehmeria Jacq.)多年生宿根草本植物，在国际上称为“中国草”，我国是苎麻的原产地。我国的苎麻产量占全世界的90%，80%的苎麻产品出口，占世界苎麻纺织品贸易额的60%以上，具有极强的国际竞争力；苎麻服饰具有挺括、典雅、轻盈、凉爽、透气、抗(抑)菌等优点，属高档消费品；苎麻产业是我国传统的民族产业，属劳动密集型产业，在我国苎麻产业链中从业的员工多达数百万。与其它韧皮纤维相比，苎麻纤维具有纤维长、强度大、耐腐抗霉、吸收和散发水分快以及散热快等特性，优质苎麻长纤维呈现白色，并有丝绸状光泽，苎麻纤维的横截面积在其长度方向上的变化很大，纤维上有许多筛孔状结构。
[0007]苎麻是一种多年生宿根性旱地草本纤维作物，其地下根系俗称“麻蔸”。麻蔸的自我更新能力很强，一般而言，苎麻可宿根种植10?20年。在苎麻种植生产中，苎麻营养吸收量与产量高低有密切关系，产量高养分吸收量大，产量低养分吸收量少，且养分吸收量的增加比产量增加的幅度要大。苎麻三麻收割后，麻蔸内储藏的养分消耗很多，土壤肥力降低，如不及时补充肥料就不利于第二年高产稳产。同时，苎麻对重金属具有较强的耐受和吸收能力，是一种具备修复重金属污染土壤潜力较大的目标植物。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是克服现有堆肥化处理方法存在的无法有效去除重金属的问题，提供一种可有效去除重金属的城市污水处理厂剩余污泥堆肥化处理方法。
[0009]为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案:
一种城市污水处理厂剩余污泥堆肥化处理方法，该处理方法依次包括以下步骤:步骤一:于搅拌状态下将Fe3O4—壳聚糖磁性微球与纳米零价铁在无水乙醇中混合，以使纳米零价铁吸附于Fe3O4—壳聚糖磁性微球的表面，其中，所述Fe3O4—壳聚糖磁性微球与纳米零价铁的质量比为100?300:1 ;
步骤二:先将吸附有纳米零价铁的Fe3O4—壳聚糖磁性微球、城市污水处理厂剩余污泥、菜籽饼按质量比I?5:100:20?50混合以得到混合物料，再调节混合物料的C/N质量比为27?33:1、初始含水率为57?63%，然后将混合物料置于堆肥反应器中好氧发酵20?25天;
步骤三:先将发酵后的混合物料进行干燥以得到含水率< 10%的污泥堆肥，再将污泥堆肥粉碎后通过外加磁场回收其中的Fe3O4—壳聚糖磁性微球。
[0010]所述处理方法还包括Fe3O4—壳聚糖磁性微球的活化，该步骤位于步骤三之后； 所述Fe3O4—壳聚糖磁性微球的活化是指:先用超纯水将回收的Fe 304—壳聚糖磁性微球洗涤至上清液澄清，再用无水乙醇洗涤数次，然后用强磁铁进行分选，倾去磁响应效果差的Fe304—壳聚糖磁性微球，最后于搅拌状态下将Fe 304—壳聚糖磁性微球与纳米零价铁在无水乙醇中混合，以在Fe304—壳聚糖磁性微球的表面再次吸附纳米零价铁。
[0011]所述处理方法还包括苎麻专用肥料的制备，该步骤位于步骤三之后；
所述苎麻专用肥料的制备是指:将回收Fe304—壳聚糖磁性微球后的污泥堆肥、尿素、过磷酸钙以及氯化钾以质量比10:4?6:2?3:1?2混合即可。
[0012]所述步骤一中，Fe304—壳聚糖磁性微球按照以下步骤制备:
a:先将壳聚糖、体积分数为1%的醋酸溶液以1:9?11的质量体积比混合，再采用0.45um滤膜过滤以除去不溶的壳聚糖，然后加入纳米Fe304并超声30?50min，得到水相混合溶液，其中，所述纳米Fe304与壳聚糖的质量比为1:1.5?2.5 ;
b:先将环己烷和正己醇按13:6?8的体积比混合以得到混合液，再向混合液中加入spanSO，得到油相混合液，其中，所述混合液与体积分数为1%的醋酸溶液的体积比为1.5?
2.5:1, span80与混合液的质量体积比为1:48?52 ;
c:先在机械搅拌下将水相混合溶液缓慢加至油相混合液中，再于常温下反应lh后加入质量体积分数为25%的戊二醛，并在55?65°C水浴下交联3?5h，反应完成后倾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，然后用强磁铁进行分选，倾去磁响应效果差的微球，其中，所述质量体积分数为25%的戊二醛与混合液的体积比为100?200:1，丙酮与水相混合溶液的体积比为1:1?10，氨水与混合液的体积比为1:24?26 ;
d:先对分选后的微球依次用无水乙醇洗涤多次、超纯水洗涤至上清液澄清、无水乙醇洗涤多次，再将其真空干燥即得到Fe304—壳聚糖磁性微球。
[0013]所述步骤一中，Fe304—壳聚糖磁性微球的粒径为2?10um，比饱和磁化强度为23.3 ?32.6eum/g0
[0014]所述步骤二中，先调节混合物料的C/N质量比为30:1、初始含水率为60%，然后将混合物料置于堆肥反应器中好氧发酵20?25天。
[0015]所述步骤二通过添加尿素或碳酸氢铵来调节混合物料的C/N质量比。
[0016]在所述步骤二的好氧发酵过程中，每天强制鼓风2次，每次0.5?2h，且两次鼓风的间隔不少于6h ；
所述步骤三中，干燥的温度< 70°C。
[0017]与现有技术相比，本发明的有益效果为:
1、本发明一种城