污泥堆肥资源化利用方法
【专利摘要】本发明涉及一种污泥堆肥资源化利用方法，包括污泥和生物基辅料混料热解预处理工艺、预处理物料强化脱水工艺、压滤泥饼密闭好氧堆肥发酵工艺和污泥滤液厌氧产气工艺等步骤，解决了污泥直接进行厌氧消化存在的营养比例不合理、内源物质难以释放、产气率及产沼气质量低下、终端污泥脱水困难、堆肥肥效低，好氧堆肥周期长、运行成本高等问题，具有好氧堆肥周期短、能耗低，进料含水率低，生料泥质良好，重金属稳定效果好，节省了以往工艺添加的各种药剂，污泥减量化、资源化效果显著，制得的有机肥安全、可靠，使污泥在减量化的同时得到深度资源化利用。
【专利说明】
污泥堆肥资源化利用方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种生活污泥资源化利用的方法，特别涉及一种利用生活污泥堆肥的资源化利用方法，属于生活污泥处理领域。
【背景技术】
[0002]生活污泥是一种由多种微生物菌团、有机物和无机物组成的呈黑褐色的含水混合物，生活污泥不仅含水量高，容易腐烂，具有强烈的不适气味，而且其携带的有机营养物质以及重金属等物质在未经处理的前提下直接排入外界会导致严重的污染。近年来随着生物技术的推广，污水厂污泥的排量显著增加，污水污泥的无害资源化处理是目前亟待解决的问题。污水厂的污泥处理方法主要包括如填埋、焚烧及直接土地利用等，这些方法都存在各自的不足与弊端。目前，城市污泥资源化技术基本包括以下几个方面:(I)污泥堆肥；(2)污泥制饲料；(3)污泥干化焚烧；(4)污泥材料化利用，例如制砖(凝硬性填料、混凝土骨料)、制水泥、陶粒、玻璃；(5)污泥热解提取，热解制油、蛋白、多肽、多糖、化学活化热解法制取泥质活性炭、生物絮凝剂、培养海洋微囊藻；(6)厌氧发酵产酸、甲烷、氢等。
[0003]公开号是CN103011924A的专利文件公开了一种污水处理厂污泥加料堆肥的方法，这种污泥堆肥的方法采用污水处理厂污泥湿基为主要原料，加入粉碎的助发剂和增素剂，搅拌混合后成堆料，堆料进行好氧发酵，经过至少10天好氧发酵后进行翻堆，再经过至少10天腐熟，晾晒干为成品。这种污泥堆肥方法解决了现有方案产泥粘度大、水分多、气味重等问题，提高了泥肥有机质含量，但是污泥原料没有得到充分利用，污泥原料水份中的潜在能源没有得到开发利用。
[0004]公开号是CN102838394A的专利文件公开了一种污水处理厂污泥的好氧堆肥工艺，这种污泥堆肥工艺包括发酵前处理、发酵和出料加工等步骤，在发酵前处理步骤中，在污泥中添加稻谷壳或麦秸碎料膨胀剂，将污泥中的含水量控制在60%以下，添加发酵菌，在发酵步骤中，采用翻堆机处理物料，使堆肥物料混合均匀，促使有机物充分降解，缩短脱水污泥发酵周期，出料加工步骤包括输送过程和泥料粗加工或精加工。这种污泥堆肥方法实现了有机污泥无害化、减容化、稳定化和资源化的目的，但是污泥原料仍然没有得到充分利用，污泥中含有的部分潜在能源随着脱水环节流失了。
[0005]公开号是CN102731179A的专利文件公开了一种有机垃圾与污泥的固体厌氧及好氧堆肥系统和处置方法，该方案包括了污泥堆肥设备和污泥堆肥方法，其中污泥堆肥设备包括依次设置的高固体厌氧消化器、好氧堆肥器、干燥器，高固体厌氧消化器配有沼气净化装置，好氧堆肥器配有鼓风机，沼气净化装置配有沼气燃烧装置。污泥堆肥方法大致包括厌氧处理和好氧处理，首先对污泥混合物进行厌氧处理，再对经厌氧处理的物料进行好氧处理。污泥直接进行厌氧消化存在营养比例不合理、能源物质难以释放、产气率及产沼气质量低下、终端污泥脱水困难、堆肥肥效低，好氧堆肥周期长，运行成本高等问题，难以有效资源化利用。
【发明内容】
[0006]本发明污泥堆肥资源化利用方法公开了新的方案，采用了有氧发酵结合添加生物基辅料热解污泥的预处理方案，采用了厌氧消化滤液回收沼气和沼液的工艺方法，解决了污泥厌氧处理产生的问题，使污泥得到了深度资源化利用。
[0007]本发明污泥堆肥资源化利用方法包括步骤:(I)将污泥和纤维素、木质素生物基辅料混合后加入反应釜，升高反应釜内温度和压力，生物基辅料诱导污泥有机物降解生成脱水性和营养结构优良的较小分子物质，热解形成预处理物料；(2)将预处理物料降温后栗入板框压滤机脱水，得到压滤泥饼和滤液，预处理物料的有机营养成分进入滤液中；(3)将压滤泥饼进行好氧堆肥，生成有机肥营养土； (4)将滤液进行厌氧消化，生成沼气和沼液，将沼气加工成压缩天然气，将沼液加工成液肥或排入污水处理厂降解。
[0008]本发明污泥堆肥资源化利用方法采用污泥有氧堆肥和厌氧消化滤液的工艺方法，使污泥在减量化的同时得到深度资源化利用。
【附图说明】
[0009]图1是本发明污泥堆肥资源化利用方法工艺路线图。
【具体实施方式】
[0010]以下结合附图，对本发明作进一步说明。
[0011]如图1所示，本发明污泥堆肥资源化利用方法工艺路线图。污泥堆肥资源化利用方法包括以下步骤。
[0012](I)将污泥和纤维素、木质素生物基辅料混合后加入反应釜，升高反应釜内温度和压力，具体是将热解温度控制在170?200°C，热解时间为60?80min，其中，生物基辅料的添加量为污泥干基质量的20?30 %，污泥和生物基辅料的pH值2?4。生物基辅料诱导污泥有机物降解生成脱水性和营养结构优良的较小分子物质，热解形成预处理物料，预处理物料的含水率是78?85%。以上工艺利用生物基质辅料富含纤维素、木质素的特性，使其与污泥按比例掺混发生热水解反应，生物基质辅料诱导污泥中大分子有机物细胞破壁，促进污泥降解，改善了污泥的脱水性能和物料营养结构，为后续工艺的污泥快速堆肥、滤液厌氧消化产气创造了有利条件，促进了污泥的深度资源化。
[0013](2)将预处理物料降温后栗入板框压滤机脱水，得到压滤泥饼和滤液，预处理物料的有机营养成分进入滤液中。在上述过程中，预处理物料的含水率是80 %，而压滤泥饼的含水率是55%，脱水处理周期是1.5?2.0h，具体是预处理物料依次经低压进料、高压进料、鼓膜压榨工序和卸泥工序后得到压滤泥饼，所述压滤泥饼含有机质60?63%质量百分比，含全氮2%质量百分比，含全磷3%质量百分比，含全钾0.5%质量百分比。经过热解后的物料无需添加任何药剂即可进入板框压滤，进料含水率要求低且压滤滤速快，产出的泥饼含水率低，泥质疏松，压滤泥饼堆肥熟化时间短，水分散失快，泥料营养丰富且营养物质比例合理，重金属含量达标，所得滤液可生化性好，产气效率及产气质量高，沼气中甲烷含量高。
[0014](3)将压滤泥饼进行好氧堆肥，生成有机肥营养土。为了改善堆肥效果，缩短发酵时间，本方案好氧堆肥的泥料层厚优选是10cm，上述好氧堆肥生成的部分熟料回流至生料内混合发生预分解反应。上述好氧堆肥的周期是14?17d，堆肥产物有机肥营养土含有机质55?58%质量百分比，含全氮2%质量百分比，含全磷3%质量百分比，含全钾0.5%质量百分比，含水率是33?36%，pH值6.5?8。压滤泥饼经过好氧堆肥转化为碳源丰富、氮磷适量的营养有机肥，且陈化所需时间短。
[0015](4)将滤液进行厌氧消化，生成沼气和沼液，将沼气加工成压缩天然气，将沼液加工成液肥或排入污水处理厂降解。上述厌氧处理过程中，厌氧消化的温度控制在30?36°C，水力停留时间是20?35h，沼气产率是0.35?0.42m3/kgC0D，沼气含甲烷60?65%质量百分比。上述工艺无需外加碳源，滤液中大部分有机质转化为沼气，作为能源回收，沼液中含有大分子腐殖酸，可生产液肥或回流污水处理厂。
[0016]本方案的厌氧消化和热解预处理工艺中都需要适当升高反应温度，需要外加热源提供能量，为了满足这个要求，本方案采用工艺本身产生的能源物质充当以上热源，具体是将步骤⑵中得到的压滤泥饼进行焚烧，为步骤⑷中的滤液厌氧消化提供热源，利用步骤
(4)中得到的沼气释放能量，为步骤(I)中的热解提供热源。以上方案采用的管路热线可以选择现有的方案，也可以根据个案采用特别设计的方案。
[0017]为了更加详细的说明本方案污泥堆肥资源化利用方法的工艺过程，以下列举实例说明。
[0018]实施例
[0019]某城镇污水处理厂浓缩污泥，含水率84.1 %，pH值7.3，有机质51 %，生物基辅料含水率38.3%，pH值2.6，有机质82%，掺混比例30% (污泥干基)。在190°C高温下对物料进行热解处理，压力1.2MPa，热解时间为60min。热解后的物料含有机质64%，热解处理后的物料降温到70°C，不添加任何药剂直接栗入板框压滤机(2X800m2)脱水，进料时间30min，压力0.4MPa，压榨压力0.6MPa，生产周期1.5h，泥饼含有机质62 %，全氮1.7 %左右，全磷2.7%左右，全钾0.5%左右，污泥和辅料的有机营养进入滤液中，污泥实现减量。压滤出的泥饼直接进入好氧快速堆肥系统中进行好氧薄层密闭堆肥，薄层厚度10cm，传动推进，熟料10%回流接种预发酵，空气最大置换速度60m3/min，堆肥周期14d，肥料含水率36%, pH值7.0，有机质58%，全氮1.8%左右，全磷2.2%左右，全钾0.5%左右，重金属未检出，泥饼经过好氧堆肥转化为碳源丰富、氮磷适量的营养有机肥。压滤出的滤液进入厌氧消化，物料营养结构改变，无需外加碳源，控制系统温度36°C，水力停留时间24h，沼气产率
0.42m3/kgC0D，沼气甲烷含量65%。滤液中大部分的有机质转化为沼气，作为能源回收，沼液含有大分子腐殖酸，可生产液肥或回流污水处理厂，使污泥实现深度资源化利用。
[0020]以上过程可以归纳为在基础制备工艺前提下的具体步骤，即在步骤(I)中，污泥含有机质51%质量百分比，含水率84.1%，pH值7.3，生物基辅料含有机质82%质量百分比，含水率38.3%，pH值2.6，生物基辅料的添加量为污泥干基质量的30%，将污泥和生物基辅料混合后加入反应釜，升高反应釜内温度至190°C，压力至1.2MPa，热解作用时间为60min，生物基辅料诱导污泥有机物降解生成脱水性和营养结构优良的较小分子物质，热解形成预处理物料，预处理物料含有机质64%质量百分比。在步骤(2)中，将预处理物料降温至70°C，将降温后的预处理物料栗入板框压滤机进行脱水处理，脱水处理周期是1.5h，预处理物料依次经低压进料、高压进料、鼓膜压榨工序和卸泥工序，进料时间30min，进料压力
0.4MPa，压榨压力0.6MPa，得到压滤泥饼和滤液，压滤泥饼含有机质62%质量百分比，预处理物料的有机营养成分进入所述滤液中。在步骤(3)中，将压滤泥饼进行好氧堆肥，生成有机肥营养土，好氧堆肥生成熟料的10%质量回流至生料内混合发生预分解反应，好氧堆肥反应的空气最大置换速度是60m3/min，好氧堆肥的周期是14d，有机肥营养土含有机质58%质量百分比，含水率是36%，pH值7。在步骤(4)中，将滤液进行厌氧消化，生成沼气和沼液，厌氧消化的温度是36°C，水力停留时间是24h，沼气产率是0.42m3/kgC0D，沼气含甲烷65%质量百分比，将沼气加工成压缩天然气，将沼液加工成液肥或排入污水处理厂降解。
[0021]本方案的污泥堆肥资源化利用方法提供了一种新的城镇污水污泥减量化、资源化处理方案，实现污泥减量化、无害化和综合资源化利用，采用在污泥中添加生物基辅料的热解预处理措施大幅提高了后续污泥好氧堆肥的工艺效果，结合污泥滤液厌氧消化的工艺，有效利用了污泥滤液中潜在的能源物质，采用工艺本身产生的能源物质提供工艺所需的热源，解决了污泥直接进行厌氧消化存在营养比例不合理、内源物质难以释放、产气率及产沼气质量低下、终端污泥脱水困难、堆肥肥效低，好氧堆肥周期长，运行成本高等问题，使污泥在减量化的同时得到深度资源化的利用。本方案的污泥堆肥资源化利用方法具有以下特点:(1)污泥在掺混一定比例的辅料热解后，含水率低，堆肥反应时间缩短，污泥细胞破壁、水解效果好，热料(熟料)回流预热冷料(生料)，进一步降低能耗；(2)与传统脱水处理方式相比，节省了调理污泥脱水所需药剂的费用，深度脱水处理污泥减量化效果明显，进料含水率低，脱水泥饼含水率低，且泥饼疏松，孔隙率高，有机质高，后续污泥堆肥周期短(含陈化时间短)，污泥堆肥水份蒸发散失快，重金属稳定化效果好，肥料品质高；(3)物料压滤液可生化性高，节省厌氧消化营养盐添加产生的费用及缩短水力停留时间，产气率及产气质量(甲烷含量)也得到提高；(4)本方法利用换热器提高蒸汽利用效率，处理过程节省了脱水药剂成本，缩短了整个流程物料停留时间，使污泥资源化运行成本降到最低，污泥减量化、资源化效果显著，制得的有机肥安全、可靠，具有显著的环境效益、社会效益和经济效益。基于以上特点，本方案的污泥堆肥资源化利用方法相比现有的生活污泥处理方案具有突出的实质性特点和显著的进步。
[0022]本方案的污泥堆肥资源化利用方法并不限于实施例公开的内容，本领域技术人员根据本方案可以合理预见的改进方案，以及结合公知常识作出的简单要素替换方案也属于本方案的范围。
【主权项】
1.污泥堆肥资源化利用方法，其特征是包括步骤: (1)将污泥和纤维素、木质素生物基辅料混合后加入反应釜，升高所述反应釜内温度和压力，所述生物基辅料诱导污泥有机物降解生成脱水性和营养结构优良的较小分子物质，热解形成预处理物料； (2)将所述预处理物料降温后栗入板框压滤机脱水，得到压滤泥饼和滤液，所述预处理物料的有机营养成分进入所述滤液中； (3)将所述压滤泥饼进行好氧堆肥，生成有机肥营养土； (4)将所述滤液进行厌氧消化，生成沼气和沼液，将所述沼气加工成压缩天然气，将所述沼液加工成液肥或排入污水处理厂降解。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将步骤(2)中得到的压滤泥饼进行焚烧，为步骤(4)中的滤液厌氧消化提供热源；利用步骤(4)中得到的沼气释放能量，为步骤(I)中的热解提供热源。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(I)中，热解温度为170?2000C，热解时间为60?80min，所述生物基辅料的添加量为污泥干基质量的20?30%，所述污泥和生物基辅料的pH值2?4，所述预处理物料的含水率78?85%。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述预处理物料的含水率是80%，所述压滤泥饼的含水率是55%，所述脱水处理周期是1.5?2.0h，所述预处理物料依次经低压进料、高压进料、鼓膜压榨工序和卸泥工序后得到所述压滤泥饼，所述压滤泥饼含有机质60?63%质量百分比，含全氮2%质量百分比，含全磷3%质量百分比，含全钾0.5%质量百分比。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述好氧堆肥的泥料层厚是10cm，所述好氧堆肥生成的部分熟料回流至生料内混合发生预分解反应。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述好氧堆肥的周期是14?17d，所述有机肥营养土含有机质55?58%质量百分比，含全氮2%质量百分比，含全磷3%质量百分比，含全钾0.5%质量百分比，含水率是33?36%，pH值6.5?8。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述厌氧消化的温度是30?36°C，水力停留时间是20?35h，沼气产率是0.35?0.42m3/kgC0D，所述沼气含甲烷60?65%质量百分比。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于， 在步骤(I)中，所述污泥含有机质51%质量百分比，含水率84.1%, pH值7.3，所述生物基辅料含有机质82%质量百分比，含水率38.3%，pH值2.6，所述生物基辅料的添加量为污泥干基质量的30%，将所述污泥和生物基辅料混合后加入反应釜，升高所述反应釜内温度至190°C，压力至1.2MPa，热解作用时间为60min，所述生物基辅料诱导污泥有机物降解生成脱水性和营养结构优良的较小分子物质，热解形成预处理物料，所述预处理物料含有机质64%质量百分比； 在步骤(2)中，将所述预处理物料降温至70°C，将所述降温后的预处理物料栗入板框压滤机进行脱水处理，所述脱水处理周期是1.5h，所述预处理物料依次经低压进料、高压进料、鼓膜压榨工序和卸泥工序，进料时间30min，进料压力0.4MPa，压榨压力0.6MPa，得到压滤泥饼和滤液，所述压滤泥饼含有机质62%质量百分比，所述预处理物料的有机营养成分进入所述滤液中； 在步骤(3)中，将所述压滤泥饼进行好氧堆肥，生成有机肥营养土，所述好氧堆肥生成熟料的10%质量回流至生料内混合发生预分解反应，所述好氧堆肥反应的空气最大置换速度是60m3/min，所述好氧堆肥的周期是14d，所述有机肥营养土含有机质58%质量百分比，含水率是36%，pH值7 ; 在步骤(4)中，将所述滤液进行厌氧消化，生成沼气和沼液，所述厌氧消化的温度是360C，水力停留时间是24h，沼气产率是0.42m3/kgC0D，所述沼气含甲烷65 %质量百分比，将所述沼气加工成压缩天然气，将所述沼液加工成液肥或排入污水处理厂降解。
【文档编号】C05F7/00GK105859333SQ201510025560
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年1月19日
【发明人】杨叙军, 宋联, 朱葛, 王红军, 何艳华
【申请人】无锡国联环保科技股份有限公司