专利名称：一种污水处理厂污泥加工成农肥的方法
技术领域：
一种污水处理厂污泥加工成农肥的方法，涉及一种用污水处理厂污泥制农肥的工艺。属于城市污水处理厂的污泥处理与资源化利用技术领域。
背景技术：
城市污水处理采用主流工艺---生物方法处理时，污泥是必然的二次产物。污泥的产率，按干固体计为1.2×10-4-2.6×10-4t/m3；我国城市居民人均每年的生活污水产生量为44-100m3，因此，按我国现有城市人口计，如果城市生活污水的处理率达到100％，相应的污泥干固体产生率为390-840万吨/年，以含水率80％的污泥脱水泥饼计，则可达2000-4000万吨/年。由于我国大部分城市污水厂均同时处理生活污水厂和工业污水尾水，因此，城市污水处理厂实际的污泥产量尚远大于此值。城市污水处理厂污泥含有从污水中去除的大部分污染物(致病微生物、有机物、植物营养元素、重金属等)，排入自然环境具有很大的污染可能性，需要作进一步的处理才能有效利用。城市污水处理厂污泥的主要成分为有机物。同时，含有较丰富的植物营养元素，因此适合于作土地利用。目前，欧洲与北美国家的城市污水处理厂土地利用比例均占污泥产生总量的40％以上。为了使污泥有机物生物稳定化(与土壤生态系统相容)和杀灭致病微生物，城市污水处理厂污泥，在土地利用前需要进行一定程度的处理。目前，污泥土地利用前处理主流技术方法有2类，一是城市污水处理厂污泥浓缩后进行厌氧消化，消化污泥在进行机械脱水后，脱水泥饼即作土地利用；二是污泥浓缩后直接进行机械脱水，得到脱水泥饼再进行堆肥化处理后，作土地利用。这2种方法，前者以脱水泥饼形式农用，不具有可储存性，不能与植物生长的季节性要求匹配，影响资源利用的有效性；后者由于在污泥脱水前未经过改性处理，脱水泥饼的含水率较高(浓缩污泥直接脱水泥饼含水率平均约85％，而厌氧消化后脱水平均可达78％)，堆肥化处理前需要添加的水分调理剂(调理后水分需达到55％-60％)量较大，而秸秆、木屑等常用水分调理剂，在大规模应用时，可能导致处理成本的明显增加。改善这些问题的一个显而易见的途径是将上述2类方法予以集成，即污泥先经厌氧消化，再脱水后，泥饼进行堆肥化处理。尽管这种集成方法基本可以解决上述提到的问题，但同时也会带来污泥处理周期过长(即使是采用消化速率最高的高温厌氧消化方法，污泥的消化周期亦可达到15天左右，脱水泥饼的堆肥化周期则至少需要30天以上)等问题；而更为重要的是，这种工艺集成方式，不适用于采用生物除磷工艺的城市污水处理厂污泥的处理。因为生物除磷的基本原理是一类称为聚磷菌的微生物先在厌氧或缺氧(溶解氧小于0.5mg/l)环境中释磷，造成所谓的“磷饥饿”状态，然后在好氧的环境中与污水接触，通过细胞内过量聚磷去除污水中的磷，然后，聚磷菌再通过沉淀池与污水分离并进入污泥之中。与其它除磷方法比较，生物除磷具有经济和生态方面的优势。我国城市污水处理标准中，已明确提出了脱氮除磷要求，生物除磷的城市污水处理厂比例也必然提高，而此类污水厂产生的污泥也将稳步增加。生物脱氮除磷污水厂污泥中的磷会在其厌氧消化过程中释放(参见Expermental studies simulatiing potentialphosphorus release from municipal sewage sludge deposits.E Rydin，WaterReseach.30(1996)1695-1701)，并最终回流至污水厂水处理工序，使处理失败，因此，传统的包含厌氧消化环节的污泥土地利用前的处理技术方法不能适用于采用生物除磷工艺的城市污水处理厂污泥。
另一方面，城市污水处理厂污泥中普遍的含有一定量的重金属，传统的厌氧消化、堆肥化等污泥处理方法无法降低污泥中重金属的含量，影响污泥长期土地利用的安全性。生物淋溶(Bioleaching)过程，(例如Bioleaching of metalfrom municipal waste incineration fly ash using a mixed culture ofsulfur-oxidizing and iron-oxidizing bacteria.T Ishigaki A Nakanishi MTateda，Chemosphere 60(2005)1087-1094)利用在好氧条件下，氧化亚铁硫杆菌等能将亚铁离子(Fe2+)和元素硫(S0)和负二价硫(S2-)氧化为三价铁离子(Fe3+)和硫酸根离子(SO42-)的特征，在污泥中加入Fe2+和S2-或S0后，进行曝气生物培养，培养中氧化产生的Fe3+、SO42-和离解产生的H+，使污泥中的重金属溶出(Me代表各种2价重金属)MeS+2O2+2H2→Me2++H2SO4；MeS+2Fe3+→Me2++2Fe2++S0；MeS+H2SO4→Me2+SO42-+H2
从而实现降低污泥固相重金属含量的目的，如此，生物淋溶处理后的污泥经脱水后，可以得到重金属含量低的脱水泥饼供土地利用，脱水液则可通过中和沉淀方法去除金属离子后，再返回污水处理工序。但这项技术用于污泥土地利用前处理时，同样存在泥饼的可贮存性问题；同时，生物淋溶处理后产生的泥饼，其酸性特征(pH通常小于2)也会影响土地利用的效应。
发明内容
本发明的目的是提供一种用污水处理厂污泥加工成农肥的方法，用该方法生产的农肥肥效与干鸡粪(有机肥)相当，且特别适用那些采用生物除磷工艺的城市污水处理厂污泥加工成农肥。
为了达到上述目的，本发明需解决的关键技术是改善污泥的可脱水性、降低其重金属含量和有效控制污泥中磷的溶出。为此，根据现有的污泥处理技术，并经实验研究证实，污水处理厂污泥添加硫化亚铁(FeS)盐后，进行曝气消化，利用污水厂污泥中普遍存在的硫和亚铁氧化微生物，产生Fe3+和SO42-，并形成酸性的消化环境；这一环境条件使污泥固相中的重金属充分溶出，降低固相的重金属含量；同时，酸性环境和污泥中存在的水解微生物通过化学和生物作用，使污泥中的部分有机物水解为可溶态，起到改善污泥可脱水性的作用；而消化中的好氧环境条件，则可抑制聚磷菌的磷释放，使污泥中极大部分的磷仍然保留于固相。
本发明的具体技术方案如下第一步在浓缩预处理后的污水厂污泥中添加硫化铁(FeS)，硫化铁加入质量为污泥质量的0.3％，然后进入曝气消化器中，进行曝气消化，消化过程的溶解氧控制于1.5-2.0mg/l，消化时间6d，获得消化污泥。
第二步将上述消化污泥泵入卧式螺杆卸料离心机中脱水，离心分离因素(离心加速度/重力加速度)控制在1800-2200之间，脱水后分离得到脱水液和脱水的泥饼。
第三步将脱水后分离得到的脱水液泵入由粉煤灰与碎石混合滤料组成的过滤中和器中过滤和中和，中和处理后的脱水液主要含溶解性有机物(重金属以氢氧化物的形式沉积于滤料中被去除)；混合滤料是按照粉煤灰∶碎石质量比例＝1∶1.2，均匀混合配制而成，其中碎石的粒径级配为10mm-20mm；混合滤料在过滤中和器中的填充深度为0.6-0.8m；操作时，脱水液经高位槽和流量控制阀进入过滤中和器，过滤中和器出口设pH检测器和流量计检测器，对排出液的pH及流量进行检测，根据pH的反馈，控制脱水液进入过滤中和器的流量(控制阀的开启度)，使排出液pH保持在8-9的范围；当排出液流量与过滤中和器截面积之比下降至0.01m/s，而排出液pH仍不能保持在8-9时，则停止过滤，并更换滤料后再重新开始过滤和中和；更换掉的滤料送至粉煤灰制砖厂，与其它粉煤灰混合后制粉煤灰砖。中和后的排出液回流到污水厂缺氧脱氮段，其中含有的溶解性有机物可用作反硝化脱氮的碳源被利用并去除。
第四步脱水后分离得到的泥饼与粉煤灰混合，使混合物的含水率达到55％-58％，再进行常规堆肥化处理后，即可得到农肥，经检测该农肥的N、P、K含量达到8-10％，与有机肥中的干鸡粪相似。
本发明具有如下的显著优点1.本发明在污泥曝气消化时添加了硫化铁，形成酸性的消化环境，使污泥固相中的重金属充分溶出到脱水液中，脱水液进入含氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化钠(Na2O)和氧化钾(K2O)等碱性化合物总质量比达10％以上的粉煤灰为主要滤料的过滤中和器中，使其中的重金属以氢氧化物的形式沉积于滤料中被去除，(污泥中含量较高的Zn、Cr、Cu可降低80％左右，其它重金属也可降低40-60％)，保证重金属不再进入环境，提高了污泥利用的安全性。
2.由于城市污水厂的生物可降解性有机碳与氮之比仅为3左右，而生物脱氮要求碳氮比为3～5，因此，生物脱氮碳源较为缺乏，为此，本发明将过滤中和器的排出液回流污水厂脱氮工序，可补充反硝化脱氮的碳源，同时，使有机碳降解为CO2，具有环境和资源效益。
3.由于泥饼采用与粉煤灰混合后堆肥制农肥的方式，可同时完成酸性中和和水分调理，使之满足堆肥化处理对原料的含水率和酸碱度要求，与现有的采用添加秸杆、木屑等调理剂工艺相比，降低了生产成本，具有可贵的经济效益。
4.本发明的污泥在酸性环境中进行曝气消化，影响其可脱水性的有机物部分分解，颗粒电性得到改变，使可脱水性改善，离心脱水后泥饼的含水率可达73-78％，降低了堆肥化前的水分调理难度。
5.由于脱水液的中和及泥饼的水分调理和酸性中和，均采用粉煤灰为处理剂，这种“以废制废”方法进一步降低了处理的成本。
6.脱水液中和产生的沉积了重金属的粉煤灰滤料，仍可与其它粉煤灰混合作为粉煤灰砖的原料进一步利用，而重金属利用制砖过程进入砖中形成的无机晶格使其得到固定，降低了重金属再溶出的风险，保证了环境安全性。
7.本发明的曝气消化可有效控制污泥中磷的溶出，使磷保留在脱水泥饼中，满足制成的农肥中磷的含量，因此，同时具有环境和资源效益。
图1为本发明的工艺流程示意图。
图2为脱水液过滤中和控制示意图。
图中1-高位槽，2-流量控制阀，3-过滤中和器，4-滤料，5-pH检测器，6-流量计，7-pH检测信号，8-流量检测信号，9-流量控制器，10-流量控制信号输出。
具体实施例方式
下面以污泥干固体产生量为20t/d的污水处理厂(相当于日处理污水10万m3的污水处理容量)为例，结合附图1、2介绍本发明的具体实施方式
。
污泥干固体产生量为20t/d的污水处理厂浓缩污泥量约400m3/d(含水率95％)，浓缩污泥首先加入污泥质量的0.3％的硫化铁(FeS)，混合均匀后，再进入曝气消化器中消化；每个曝气消化器由2个直径不同的同心圆筒构成，外筒为密闭结构，下部设污泥进口，上部设溢流式污泥出口，顶部另设气体释放口；内筒上下两端敞开，下端截面内平行安装微孔曝气释放管；每个曝气消化器外筒的内径为5m，高20m、操作时实际液深18m；内筒直径为3.2m，高15m，上、下与实际液面和外筒底面各距1.5m，同心安装于外筒内；每个内筒底部截面间隔15cm平行安装不同长度的微孔曝气释放管19条，运行时，连接罗茨风机进行曝气，使内筒中的污泥与曝气释放的气泡混合，致其表观密度低于内、外筒环隙内的污泥；由此，使反应器内的流体(污泥)，在环隙和内筒间形成持续的流动，保证消化传质条件，为使消化水力停留时间达到6d，采用7个相同消化器平行操作；消化器环隙内中间截面均匀设置2个溶解氧探头，持续测试污泥的溶解氧浓度，通过控制曝气的流量使污泥中的溶解氧保持在1.5～2mg/L的水平。消化产物(消化污泥)用卧式螺杆卸料离心脱水机作固液分离，分离为泥饼(脱水的泥饼)和脱水液。离心脱水机的筒体直径0.45m、长径比3.3，转速2800转/分钟(离心分离因素约1900)，单台分离消化产物的流量20m3/h，配置2台。
离心脱水机排出的脱水液为消化液体，流量约310m3/d，脱水液经由粉煤灰与碎石混合组成的滤料4构建的过滤中和器3进行过滤中和，滤料4由粉煤灰与碎石按1∶1.2的质量比例均匀混合配制而成，碎石的粒径级配为10mm-20mm；混合滤料在过滤中和器3中的填充深度为0.6-0.8m，过滤中和器3的直径1.2m，2台交替运行；操作时，脱水液经高位槽1和流量控制阀2进入过滤中和器3，过滤中和器3出口设pH检测器5和流量计6检测排出液的pH及流量，根据从pH检测器5得到的pH检测信号，流量控制器9反馈流量控制信号输出10至流量控制阀2，通过改变流量控制阀2的开启度，使排出液pH保持在8-9的范围；但排出液流量与过滤中和器3截面积之比下降至0.01m/s(即排出液流量下降至40m3/h)，而排出液pH仍不能保持在8-9时，则停止过滤，并更换滤料4后再重新开始过滤中和，更换掉的滤料4送至粉煤灰制砖厂，与其它粉煤灰混合后制粉煤灰砖。中和后的排出液回流污水厂的缺氧脱氮段，其中含有的溶解性有机物可用作反硝化脱氮的碳源被利用并去除。
离心脱水产生的泥饼每天约80t，先与36t粉煤灰混合，使混合物的含水率达到55％-58％；再进入常规翻倒槽式堆肥装置，按堆置深度1.5m；前8天对这些混合物，以1500m3/h的通风流量，每小时通风15min，并每隔一天翻倒一次；后22天，以1500m3/h的通风流量，每2小时通风15min，并每隔二天翻倒一次，共进行30d堆肥化处理后，即可得到农肥供土地利用。
权利要求
1.一种污水处理厂污泥加工成农肥的方法，其特征在于第一步在浓缩预处理后的污水厂污泥中添加硫化铁，硫化铁加入质量为污泥质量的0.3％，然后进入曝气消化器中，进行曝气消化，消化过程的溶解氧控制在2.0-1.5mg/l，消化时间6d，获得消化污泥；第二步将上述消化污泥泵入离心机中脱水，离心分离因素控制在1800-2200之间，脱水后分离得到脱水液和脱水的泥饼；第三步将上步的脱水液泵入由粉煤灰与碎石混合滤料组成的过滤中和器中过滤和中和；使排出液pH保持在8-9的范围；当排出液流量与过滤器截面积之比下降至0.01m/s时排出液pH仍不能保持在8-9时，停止过滤，更换滤料后再重新开始过滤和中和；更换掉的滤料送至粉煤灰制砖厂，与其它粉煤灰混合后制粉煤灰砖；中和后的排出液回流到污水厂的缺氧脱氮段，其中含有的溶解性有机物用作反硝化脱氮的碳源被利用并去除；第四步将第二步的脱水的泥饼与粉煤灰混合，使混合物的含水率达到55％-58％，再进行常规堆肥化处理后，即得到农肥，经检测该农肥的N、P、K含量达到8-10％，与有机肥中的干鸡粪相似。
2.根据权利要求1所述的一种污水处理厂污泥加工成农肥的方法，其特征在于所述的第三步中的由粉煤灰与碎石混合滤料组成的过滤中和器的构建是，先将粉煤灰∶碎石＝1∶1.2的质量比量取，并混合均匀制成混合滤料，其中碎石的粒径级配为10mm-20mm；再将混合滤料填装入过滤中和器中，填装深度为0.6-0.8m。
全文摘要
一种污水处理厂污泥加工成农肥的方法，涉及一种污水厂污泥制农肥的方法。浓缩预处理后的污水厂污泥，加入质量比0.3％的硫化铁后，进入曝气消化器中，进行曝气消化，消化过程的溶解氧为2.0－1.5mg/l，消化时间6d；消化污泥进入卧式螺杆卸料离心机中脱水，离心分离因素为1800－2200，脱水后分离得到脱水液和脱水的泥饼；脱水液经粉煤灰与碎石混合滤料组成的过滤中和器过滤中和后，排出液回流污水厂的缺氧脱氮段，其中的溶解性有机物可作反硝化脱氮的碳源被利用并去除；泥饼与粉煤灰混合至含水率达55％－58％，再进行常规堆肥化处理后，即得到N、P、K含量8－10％的农肥。本发明保证重金属不再进入环境，“以废制废”进一步降低了处理的成本，具有可贵的经济和环境效益。
文档编号C04B18/04GK101041595SQ20071003781
公开日2007年9月26日 申请日期2007年3月5日 优先权日2007年3月5日
发明者何品晶, 邵立明, 章骅, 吕凡 申请人:同济大学