本发明涉及一种利用污泥与秸秆的连续式好氧动态堆肥工艺。
背景技术：
：截至2017年12月底，全国设市城市、县累计建成污水处理厂5027座，污水处理能力达1.88亿立方米/日，年产生含水量80％的污泥5000多万吨。城镇污水处理厂的污泥是一种由有机残片、细菌体、无机颗粒和胶体等组成的非均质体，其特性是有机物含量高(60％-80％)，颗粒细(0.02-0.2mm)，密度小(1002-1006kg/m3)，呈胶体结构，是一种亲水性物质，容易管道输送，但脱水性能差。由于污泥中的水分和有机质含量高、性质不稳定，同时含有大量病原菌、寄生虫(卵)，还可能含有铬、汞等重金属和多氯联苯、二恶英、放射性核素等难降解的有毒有害物，若不经妥善处理，其中的污染物和有毒有害物质将再次排放到环境中，造成严重的土壤或水体的二次污染。因此，污泥的处置已成为我国环境保护领域的一大难题。常用的污泥处置方法有海洋处置、卫生填埋、建材制作、焚烧、土地利用等几种方法。海洋处置由于污染海洋、破坏海洋生态已经被各个国家明令禁止。卫生填埋投资省，实施快、方法简单、处理规模大，对污泥的卫生学指标和重金属要求比较低但需要大面积的场地和大量的运输费用，且地基需作防渗处理以免污染地下水，仅实现污染物质的转移和暂存，并不能最终避免环境污染，其应用比例正逐渐减少。建材制作可将部分重金属固化在建材中，但能耗较高，还需考虑控制有毒有害物质的危害。污泥焚烧方法占用场地小，处理快速、量大，减量明显，但有毒有害气体处理难，灰渣中重金属不易浸出，一次性投资费用比较大，处理成本比较高，在国外经济发达地区应用较广。对于工业污染物含量较低的污泥来说，污泥中有机物、氮磷污染物和微量元素等均是植物生长所必需的养分，经无毒无害化处理后回用于自然环境，可大幅度提高土壤肥效，降低农业施肥费用。土地利用投资少，运行费用低，可使生活污泥真正得到资源化利用，因此是比较符合我国国情的污泥处理方式。我国秸秆资源丰富，据统计，2017年主要农作物秸秆实际可收集资源量达9.0亿吨。但由于秸秆的收集、运输和处理缺乏资金和技术支持等问题，秸秆的利用率不高，多数被随意丢放废弃，我国农村秸秆资源长期处于高消耗、高污染、低产出的状况。秸秆焚烧使地面温度急剧升高，能直接烧死、烫死土壤中的有益微生物，影响作物对土壤养分的充分吸收，破坏土壤结构，直接影响作物的产量和质量，同时造成大气污染，形成雾霾。同时，秸秆无序堆放和随意废弃，容易进入水体污染水源，成为水体富营养化的原因之一。秸秆废弃或焚烧既造成资源浪费，还导致污染环境等问题，是我国必须面对的难题。污泥和秸秆皆为我国亟待解决的废弃物，均含有机质和氮磷钾及多种微量元素，两者碳氮比、孔隙度及含水率可以很好互补，混合堆肥将其充分利用可以实现其无害化、资源化，有利于生态环境和谐发展。好氧堆肥技术分为静态、半静态和动态堆肥三种。静态堆肥设施投资成本很低，但供氧不均匀，物料结块比较严重，容易产生厌氧微环境，微生物难以迅速均匀地繁衍，发酵周期长，堆肥质量差。与静态和半静态堆肥比，动态堆肥把物料充分粉碎和翻拌，使氧气可以充分均匀地分布，微生物繁殖速度加快，有机物降解速度和堆肥效果显著提升。因此，怎样对污泥和秸秆进行合理配比，并充分调控创造最佳动态好氧堆肥条件是污泥秸秆好氧堆肥技术亟需解决的问题。技术实现要素：本发明解决的技术问题是，如何将污泥和秸秆通过低成本、高效率的方式转化成肥料。本发明的技术方案是，一种利用污泥与秸秆的连续式好氧动态堆肥工艺，包括以下步骤：(1)将污泥与粉碎的秸秆按1:2-2:1的比例混合作为原料，在原料中加入堆肥发酵剂；其中污泥的含水率为70％-80％，秸秆的含水率为10％-20％，堆肥发酵剂中含白腐菌、木霉菌和纤维素分解性细菌；(2)在上述物料中加水并搅拌混匀，使得到的混合料的含水率为50％-60％；(3)将混合料连续输送至堆肥机内进行好氧发酵，通过控制进入堆肥机内的风速调节堆肥机内的发酵温度为45℃-55℃，发酵时间为3-5天，然后出料，出料的含水率为50％-55％；(4)将出料堆放成堆垛，进行陈化，保持通风，控制堆垛内部的温度为40℃-65℃，陈化时间为15-20天，使堆料含水率下降至低于30％即可。优选地，堆肥机为连续式好氧发酵动态堆肥机。优选地，污泥与秸秆的质量比为1:1。优选地，原料与堆肥发酵剂的质量比为1000:0.5-1.5。优选地，堆肥发酵剂由白腐菌、木霉菌和纤维素分解性细菌组成，白腐菌、木霉菌和纤维素分解性细菌的有效孢子浓度之比为1:1:2。本发明利用生物菌种进行污泥与秸秆好氧发酵，系统启动时一次性引入菌种，经过短期内的培养，堆肥机反应器中可以形成稳定持久的生物菌种群体，为长期运行提供生物反应基础。通过污泥与秸秆伴生连续式高温好氧动态发酵堆肥，分解秸秆中的纤维素和污泥中的蛋白质等有机物，使其转化为能让土壤和植物吸收的有机养分，同时低空隙度及低碳氮比的污泥的与高空隙度高碳氮比的秸秆相结合可得疏松、有结构、透气性良好的适宜于生化氧化的物料体系。利用相对密闭堆肥系统，精准掌控各菌种对温度、湿度、时间的要求，从而达到最优化的快速、完全和自然的生物发酵条件，良好的热量传递能够使物料温度快速升高，可在短时间内比露天或静态堆肥更快速和高效地降解消耗更多的好氧物，并通过高温充分杀灭有害菌群和虫卵等，达到彻底腐熟消毒和减少水分含量的效果，无需外来热源，缩短发酵时间，最终达到低耗高效无污染处理。本发明的有益效果是，通过污泥与秸秆配合，利用三种发酵菌相互配合进行好氧堆肥发酵，既可克服污泥过于紧实，碳氮比低，易于厌氧发酵，发酵不完全等缺陷，也可弥补秸秆孔隙度过大，碳氮比高，发酵时间长等不足。通过调控好氧发酵条件，使堆体长时间保持高温，能有效杀灭病菌，且生化反应快，有机质充分降解，减少堆肥过程中臭气的产生，减少了对周边环境的污染。产品可靠稳定，经检测可达到ny525－2012《有机肥料》标准、gb/t234862009《城镇污水处理厂污泥处置-园林绿化用泥质》标准。腐熟料既可作为改良土壤的肥料，或直接用作营养土用于农业或园林绿化。本工艺具有方法完善、操作简便、节能降耗、高处理效率、无二次污染的优点，其产生的肥料应用广、效果好，不但解决了我国污泥及秸秆的处置难题，也可变害为宝，使污泥秸秆无害化、稳定化和资源化，具有显著的经济和环境效益。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步说明。实施例本发明在污水处理厂进行实例操作，按以下步骤进行。(1)投料比筛选小试①实验材料污泥采用污水处理厂在工艺处理未端的污泥，含水率约80％；秸秆为芦苇、美人蕉等高大挺水草本植物(约占90％)和灯芯草等湿生草本植物(约占10％)收割的地上部分，收堆放晾干至含水率15％左右，经粉碎机粉碎至2mm以下。堆肥发酵剂为白腐菌类、木霉类和纤维素细菌类复合菌剂。②实验设计分别设置混料配比为污泥:秸秆为3:1、2:1、1:1、1:2和1:3，测定混合料的碳氮比和孔隙度，堆肥专用发酵剂与混合料比例为1:1000。进行连续好氧动态堆肥实验，发酵结束后，取少量产物进行检测。③实验结果表1不同投料比的发酵混合料特点表2不同投料比的发酵产物成分综合表1、2可知，污泥与秸秆3:1的投料比使发酵基碳氮比过低，含水量过高，孔隙度小，发酵过程容易发生厌氧，导致发酵不彻底，且有异味产生，且产物有机质含量不能达ny525-2012标准。污泥与秸秆1:3的投料比则会使碳氮比和孔隙度过高，含水率过低，需要额外补充水分以促进发酵，发酵所需时间长，发酵产物水分显著减少，部分指标易超标。因此，污泥与秸秆质量比在2:1～1:2之间较为适宜。(2)菌剂筛选小试①实验材料污泥采用污水处理厂在工艺处理未端的污泥，含水率为80％；秸秆为芦苇、美人蕉等高大挺水草本植物(约占90％)和灯芯草等湿生草本植物(约占10％)收割的地上部分，收堆放晾干至含水率15％左右，经粉碎机粉碎至2mm以下。堆肥发酵剂分为三种：a为白腐菌类、木霉类和纤维素细菌类复合菌剂，b为产朊假丝酵母菌、枯草芽孢杆菌和乳酸菌复合菌剂，c为白色链霉菌、芽孢杆菌和霍氏肠杆菌菌复合菌剂。②实验设计设置混料配比为污泥:秸秆为1:1，堆肥专用发酵剂与混合料比例为1:1000。进行连续好氧动态堆肥实验，记录发酵过程中温度和发酵基的动态变化，发酵所需时间，有无臭味等。发酵结束后，取少量产物进行检测。③实验结果表3不同菌剂处理组发酵过程特点实验组abc高温(≥55℃)维持时间(d)978发酵周期(d)283436表4不同菌剂处理组发酵产物成分结合表3和表4，a菌剂发酵效果最好，高温持续时间长，总发酵周期短，过程中无明显氨味气体释放，产物有机质含量高，各项指标均可达标。(3)中试①备料污泥：采用污水处理厂在工艺处理未端的污泥，含水率为80％；秸秆：芦苇、美人蕉等高大挺水草本植物(约占90％)和灯芯草等湿生草本植物(约占10％)收割的地上部分，收堆放晾干至含水率15％左右，经粉碎机粉碎至2mm以下。堆肥发酵剂：为白腐菌类、木霉菌类和纤维素分解性细菌类的复合菌剂。混料配比：污泥75t，秸秆75t，三种堆肥专用发酵剂为50kg；好氧发酵动态堆肥机：容积85m3，装料量60-70m3。②搅拌混匀将部分污泥放入搅拌机搅拌，加入部分秸秆，加入部分水，混匀，加入部分堆肥专用发酵剂，混匀，依次加入全部物料，在搅拌机中搅拌混匀，进料含水率59％；③混料进入好氧发酵动态堆肥机用皮带机将从搅拌机出来的混料输送至好氧发酵动态堆肥机内，堆肥机每5m安装温度计，24小时不间断连续翻滚，出口有抽风装置。④初次发酵11小时后动态堆肥机内中间表盘温度可达46℃，23小时后可达62℃，根据温度及含水率调节抽风频次，具体如下：11小时内风机频次调节至20-25hz；23小时后当中间表盘温度达至55℃以上时，风机频次调节至25-28hz，以去除筒内的水分，提供氧气，调节温度，达到最佳反应条件。物料在动态堆肥机内初发酵4天，达到无害化要求，再每日进13吨的新鲜物料，出10吨陈旧腐料(含水率52％)，以达到生产肥料及维系热量的目的。⑤陈化阶段将出料堆置成条垛底长20.0m，底宽4.0m，高1.5m，并每隔10m在上中下层插入温度计，静置堆放和通风，堆体平均温度由48℃上升至70℃，再缓慢下降至40℃以下，堆料含水率由52％下降至30％。陈化阶段为20天。⑥检测对腐熟肥料不同部位取样混合，平铺成圆形，分成四等分，取相等的两份混合，然后再平分，如此三次，取最后两份的混合样检测。经多次中试实验，所检项目均可达到ny525-2012《有机肥料》的标准。检测数据如表5。表5污泥秸秆堆肥腐熟料成分检验项目单位ny525-2012标准检测值范围总养分(以干基计)％≥5.05.14～9.58有机质(以干基计)％≥45.046.9～75.55酸碱度－5.5-8.56～7.01水分％≤300.5～9.09总汞(以干基计)mg/kg≤2.00.49～1.3总镉(以干基计)mg/kg≤3.01.12～2.2总砷(以干基计)mg/kg≤15.01.97～8.75总铅(以干基计)mg/kg≤50.015.5～36.4总铬(以干基计)mg/kg≤150.012.60～35.2粪大肠菌群数个/g≤1000.5～99.5蛔虫卵死亡率％≥9595～100⑦筛分、装袋当混料水分低于30％即可进行筛分、装袋。腐熟混料经输送机送到振动分级筛，把大小、形状不合格的物料及杂质全部筛分出来，合格的物料通过分级筛下方，进行分装打包。(4)肥效和安全性试验采用盆栽实验检测污泥秸秆混合堆肥产物的肥效和安全性。采用园土:堆肥腐熟料为1:1、全堆肥腐熟料、全园土三种基质配比，以一加仑盆为种植容器，每盆播种3-5粒芥菜种子，出苗后疏苗至每盆3株，每个处理三个重复。按常规浇水养护管理，不施加任何化肥或其他有机肥，45d后收获全株，并测定地上部分鲜重生物量及重金属含量。表6肥效实验处理全园土园土+堆肥腐熟料全堆肥腐熟料单株地上部分鲜重(g)32.3337.6942.51三个处理中，以全堆肥腐熟料种植的芥菜地上部分鲜重值最大，其次为1:1复合基质处理组，较全园土处理组分别提高16.57％、31.48％。三个处理的芥菜植株地上部分重金属含量无显著差异，均低于标准gb2762-2005食品中污染物限量值，安全性可靠。从以上实施例可见，将本发明运用于污泥与秸秆的处置，即可以克服污泥过于紧实，碳氮比低，易于厌氧发酵，发酵不完全等缺陷，也可弥补秸秆孔隙度过大，碳氮比高，发酵时间长等不足，加入堆肥专用发酵剂，堆体高温持续时间长，能有效杀灭病菌，且生化反应快，有机质充分降解，减少堆肥过程中臭气的产生，减少了对周边环境的污染。产品可靠稳定经检测可达到ny525-2012《有机肥料》的标准、gb/t-23486-2009《城镇污水处理厂污泥处置-园林绿化用泥质》标准，可用作有机肥或直接用作种植基质，以增加肥效改良土壤。当前第1页12