一种利用微生物菌剂处理城市污泥生产生物有机肥的方法与流程

本发明属于城市污泥综合利用，具体涉及一种利用微生物菌剂处理城市污泥生产生物有机肥的方法。

背景技术：

1、城市污泥中含有大量的有害物质，如病原微生物(病毒、细菌等)、有机微污染物(多环芳烃、多氯联苯、二苯并二嗯英等)、有毒重金属(hg、cd、ni、pb、cr、cu、zn)等；也含有大量营养物质，如较高的有机物(碳水化合物、蛋白质和脂肪)、氮、磷、钟和微量元素(ca、mg、cu、zn、fe)，可以被认为是低成本且易于获得的资源。考虑到城市污泥的异质性、不稳定性和潜在毒性，如果处理不当，便会造成土壤、水和空气污染，威胁人类的健康甚至造成生态的失衡。

2、城市污泥的处理方法包括直接焚烧、卫生填埋、生物处理(堆肥和厌氧消化)等。直接焚烧可以最大限度减少污泥的体积，但污泥的高含水率会很大程度上影响焚烧过程，还有可能造成剧毒物质的生成和有毒气体的排放。卫生填埋并不是一个环境友好的处理方法，填埋场的存在不仅会造成土壤与地下水的污染，还会产生极难处理的垃圾渗滤液。固体废物管理的指导性战略是将仍具有利用价值的废物转化为可用能源，堆肥因其环境友好、经济可行和可持续性的优点而广受关注。

3、从根本上解决城市生活污泥的处理问题需要从长远、规范、彻底、不留后患上入手。利用微生物的生物特性，通过添加发酵发热菌种，调配碳氮比，配制添加物料，使微生物螯合、钝化部分有害物质，高温(65-75℃)杀死各种有害病菌，分解分化病虫生存环境，保留有机质，制成有机肥料，用于园林绿化和林地改造。现代堆肥技术一般采用好氧工艺，现有技术同样存在各种各样的问题。

4、例如，申请号为cn201010559038.4的中国专利申请，其公开一种利用城市污泥发酵制备优质生物有机肥及其制备方法。按重量百分比计，将55-65％污泥、0.5-0.75％调理剂、25-35％秸秆、5-15％腐植酸和0.01-0.02％腐熟菌剂混合均匀作为发酵物，发酵物的含水量在50-60％，待用；将上述发酵物堆放，在温度10℃以上，堆放2-3天使发酵物温度上升至55-65℃后，每天翻堆1-2次，控制发酵温度55-60℃，5-7天；当上述堆放发酵物降至30-40℃时，继续腐熟3-5天，即得利用城市污泥发酵制备的生物有机肥。这样的发酵工艺，发酵不彻底，营养物质释放少，且发酵周期长，并不能对城市污泥得到有效的资源利用，同时还要消耗大量的其他腐殖酸原料，生产成本大大增加。因此，如何实现对于城市污泥的真正资源化利用，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中对于城市污泥利用效率不高的现状，提出一种高效发酵利用城市污泥的方法，同时将其利用在有机肥生产中，真正实现城市污泥的资源化利用。

2、为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种利用微生物菌剂处理城市污泥生产生物有机肥的方法，包括以下制备步骤：

4、(1)污泥脱水处理：使用离心机控制原料污泥的含水量为75-80％，降低含水率，并添加污泥质量20-30％的生石灰和0.5-1％的聚丙烯酸钠混合均匀，得到脱水污泥；

5、(2)配料：将步骤(1)得到的脱水污泥加入沸石、粉碎的植物秸秆和木屑，充分搅拌均匀后于90-120℃下高温灭菌，再调节体系含水率为60-70％，得到预混料；

6、(3)预发酵：将预混料置于密封发酵罐内，加入预发酵微生物菌剂，水分控制在55-60％，进行好氧自然发酵，物料温度大于65℃时，进行翻肥，使堆肥物料温度控制在55-65℃，持续发酵3-5天；

7、(4)堆肥发酵：将预发酵完成的物料进行垛堆发酵，加入物料质量0.1-0.5％的腐熟菌剂和5-10％的多孔碳，混合搅拌均匀，当堆体温度大于65℃时，进行翻堆使堆肥物料温度控制在50-60℃，持续发酵8-10天，当堆体温度稳定在20-28℃时，结束发酵；

8、(5)将发酵完成的物料进行干燥处理，控制含水率控制在18-20％，然后进行粉碎、过筛，得到所述生物有机肥料。

9、进一步的，步骤(2)脱水污泥加入沸石、粉碎的植物秸秆和木屑的质量比为(50-60):(10-20):(5-10)。

10、更进一步的，植物秸秆和木屑粉碎至颗粒直径不大于1cm即可。植物秸秆选择玉米或者小麦秸秆均可。

11、进一步的，步骤(3)预发酵微生物菌剂为em菌、酵母菌和枯草芽孢杆菌按照质量比1:1:1混合，预发酵微生物菌剂的使用量为预混料质量的0.5-1％。em菌、酵母菌和枯草芽孢杆菌均选用市售产品即可，预发酵微生物菌剂有效活菌数不低于1.5×109cfu/g即可用。

12、进一步的，所述步骤(4)所述腐熟菌剂为热球状尿素芽孢杆菌和嗜热脂肪地芽胞杆菌按照质量比1:1混合。

13、更进一步的，所述热球状尿素芽孢杆菌(ureibacillus thermosphaericus)购自中国普通微生物保藏管理中心，保藏编号为cgmcc1.7266，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，该菌株为保藏中心公开菌种目录可查，可根据订购流程购买；所述嗜热脂肪地芽孢杆菌(stearothermophilus)购自中国典型培养物保藏中心，保藏编号为cctcc ab 2013010，地址：湖北省武汉市武昌区八一路299号，该菌株为保藏中心公开菌种目录可查，可根据订购流程购买。

14、本发明腐熟菌剂的制备方法为：首先将购置的菌株热球状尿素芽孢杆菌和嗜热脂肪地芽孢杆菌分别进行活化，活化后接种于种子培养基上，在55℃左右、转速50-100rpm的条件下培养10-12h得到种子液；再将种子液，按2-5％接种量接种于发酵培养基中，发酵条件为：50-55℃摇床培养，转速为50-150r/min，发酵24h，得到两种发酵液；最后将发酵液分别进行喷雾干燥，再将两种菌粉按照质量比1:1混合，得到腐熟菌剂。所得腐熟菌剂其活性菌数不小于2×109cfu/g。

15、其中，种子培养基的组成为：葡萄糖15-25g/l，胰蛋白胨8-10g/l，酵母浸膏3-5g/l，磷酸二氢钾1-2g/l，硫酸镁0.1-0.3g/l，余量为水。

16、发酵培养基的组成为：葡萄糖15-25g/l，胰蛋白胨10-12g/l，酵母浸膏5-8g/l，磷酸二氢钾1-2g/l，余量为水。

17、进一步的，所述多孔碳的制备方法为：将玉米秸秆粉碎干燥后球磨为秸秆细粉，再按照固液比1g：50ml分散于1mol/l硝酸铁的乙醇溶液中，80-90℃下干燥10-12h；再将所得材料置于氮气环境中高温碳化，碳化温度为700-800℃，保温1h，自然降温后得到多孔碳。

18、本发明污泥有机肥的用量根据作物的不同，与常规粪肥施用量的0.5-1倍即可。

19、城市污泥具有：水分含量高、物理结构差、孔隙率低、c/n比较低等问题，同时堆肥过程中有机酸的快速水解和积累等缺点，直接堆肥只会造成发酵的不全面。

20、首先，本发明对原料污泥进行简单脱水，先是利用生石灰与污泥中部分水反应，去除部分水分，同时生石灰反应产生大量气泡，防止污泥板结，使得低层的污泥能够形成疏松的材料层，同时生石灰可以有效调节发酵过程中的酸碱度，保持适宜的微生物生长环境，促进微生物对污泥中有机物的降解和转化，从而提高污泥的生物降解性和可利用性。

21、其次，添加富含氮、磷、钾和有机质等营养物质以及较高c/n比的秸秆和木屑作为辅助营养物质，与污泥进行混合，提供堆体内的结构支撑，产生颗粒间空隙，防止后续堆肥基质过度压实，满足气体交换、提高混合堆肥c/n和降低含水率的目的。添加沸石，沸石的特殊结构可以减少堆肥中nh3、h2s、co2和ch4的排放，提高最终产品中氮的含量，有机物降解问题得到改善。另外沸石具有高阳离子交换能力，可以有效去除堆体中的重金属，如ni、cr、pb、cu、zn和hg，沸石的添加可以改善堆肥的阳离子交换率、持水能力并可以缓冲堆肥基质ph。

22、再次，更重要的是，本发明对预混料先进行预发酵，在发酵初始阶段，物料自身含氧量可以满足微生物需要，随着堆体温度上升，有机质更快速的分解，后续进行翻堆，菌剂与物料充分接触，进一步分解有机物。持续的高温，可以杀死物料中的寄生虫卵、病原菌等，达到无害化处理的目的。后续使用热球状尿素芽孢杆菌和嗜热脂肪地芽胞杆菌等高温发酵菌，首先球状尿素芽孢杆菌能够产生多种活性物质，如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、纤维素酶等，一方面可以促进发酵，同时作用与土壤，有助于提高土壤肥力，促进植物生长。此外，热球状尿素芽孢杆菌还具有抗病抗虫、抗逆性强等特点。而嗜热脂肪地芽胞杆菌是一种嗜热性细菌，能在高温环境下生长保持较高的发酵活性，在高温发酵过程中，可以产生各类酶、乳酸等活性物质，而乳酸等活性物质可以刺激生物酶活性。热球状尿素芽孢杆菌和嗜热脂肪地芽胞杆菌两者等比例混合后，可产生显著的协同作用，污泥中各类有机物质可以得到充分的分解，有害物质得到充分的固化或者降解，得到易于利用的腐殖质和氨基酸等物质。

23、最后，本发明制备多孔生物炭，所制备生物炭具备均匀的多孔结构，可以作为菌剂发酵过程的载体，为各不同菌种发酵提供局部稳定性环境，改善局部发酵环境，提高复合菌种发酵速率，同时可固定和吸附残留有害物质和重金属元素。

24、综上所述本发明有益效果为：

25、本发明的污泥发酵工艺还可以有效降低发酵过程中产生的臭气和有害气体，减少环境污染。同时，通过发酵过程中的微生物降解作用，可以有效降低污泥中的有害物质含量，提高污泥的安全性和可利用性。发酵所得有机肥能够改善土壤结构，提高土壤的保水、保肥能力，有利于植物生长。同时有机肥中的有益微生物可以抑制病虫害的发生，提高农作物的抗逆性。还可以改善土壤的酸碱度，提高土壤的肥力。通过发酵污泥得到有机肥，实现了污泥的资源化利用，具有潜在的经济价值和社会效益。