專利名稱：剔除重金屬離子兼備微生物深層厭氧發酵雙重工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用生活垃圾、污泥、泥炭土以及農副產品下腳料生產有機肥料過程中剔除分子態、離子態重金屬危害的方法。由于此法采用的是物體比重沉淀原理，需要配備直徑2米、高8米(含下部圓錐體高2米)、可容納20立方勻漿料的“重金屬剔除裝置”(內設攪拌葉、螺旋絞出器等)，而該裝置正適合有機肥料生產中微生物深層厭氧發酵的要求，因此產生了沉淀法剔除重金屬離子兼備微生物深層厭氧發酵雙重工藝。
背景技術：
由于長期大量地施用化肥、農藥，在轉換過程中，其生理酸性造成土壤硝酸反應一亞硝酸反應加劇，同時也加速了礦物質的轉化，包括鎘、鉛、汞、鉻、砷這五類重金屬形成各種不同的碳水化合物被農作物吸收；工業廢水和生活污水的排放，燃燒產生的煙灰、 二惡英、呋喃等，都會導致河流、土壤、農作物被污染，這也是造成農產品重金屬含量增加的另一原因；加之城鎮生活垃圾由于受到重金屬氧化粉、電池廢液以及食物飲料變質產生的重金屬離子等衍生物，導致生活垃圾的重金屬含量惡性循環上升。因此，利用未經處理的生活垃圾直接堆肥，則垃圾肥的重金屬含量將會嚴重超標(農業部NY 525-2002標準對鎘、 鉛、砷、鉻、汞等重金屬含量有嚴格規定)，施入農田會造成土壤中毒，進而通過農產品進入人體，導致重金屬疼痛病及癌癥在內的多種疾病發生，嚴重危害人體健康。因此，生活垃圾無害化處理的技術關鍵就是剔除垃圾中汞、鎘、鉛、鉻、砷等重金屬離子。能否剔除重金屬離子危害，則是利用生活垃圾制肥成敗的關鍵。本發明沉淀法剔除重金屬離子兼備微生物深層厭氧發酵雙重工藝，成功地解決了這一難題。本發明的優點本發明不僅適用于生活垃圾制肥、有機固體廢物處理，而且能有效解決各地污水處理廠的污泥制肥的難題。污泥因重金屬含量很高，而不能作有機肥料用于農田。若用本發明剔除重金屬離子，則污泥的確是很肥沃的微生物有機肥料，這樣污泥放置難、處理難的問題也就解決了。

發明內容
本發明的目的為減緩農作物遭受重金屬元素的危害，為改良耕作土壤，必須施用有機肥料，而有機肥所用的原料大多是有機固體廢棄物如生活垃圾、污水處理廠的污泥、腐植酸類肥料中泥炭土等，它們都含有重金屬成分。本發明就是要在原料處理環節就排除重金屬成分或其離子污染，確保所產有機肥料不含重金屬或將其含量減少到最低限度(優于國家標準)；同時借此機械裝置一并進行微生物深層厭氧發酵，為縮短有機肥料生產周期奠定基礎。本發明的原理利用腐植酸鈉(英文名稱Sodium humate)含有輕基、醌基、羧基等較多的活性基團，具有相當強的化學活性和生理活性，有較強的吸附、交換能力，可在勻漿中先加入腐植酸鈉并攪動，從原植物體細胞中將分子態、離子態重金屬分離出來；
利用金屬絡合劑乙二胺四乙酸(英文名稱ethylene diamine tetraacetic acid ；EDTA)能和堿金屬、稀土元素和過渡金屬結合形成穩定的水溶性絡合物的特性，攪拌中用乙二胺四乙酸把生活垃圾、污泥等里面的分子態、離子態重金屬絡合、螯合在一起，形成不同的結合物而沉淀；利用硅酸鈉的粘結性能和消泡作用，可用其阻止起泡漲潮；利用聚丙烯酰胺(英文名稱Polyacrylamide,簡稱PAM),具有良好的絮凝功能, 可用其絮凝有機物發酵形成菌團而漂浮；利用有機物和無機物的比重不同，在水中浮力有差別的特性，結果有機物上浮，無機物下沉。由于漿料中重金屬比重最大，將沉淀至底層最底部，再將其絞出(收集、集中提煉)，以達到剔除重金屬消除危害的目的；同時利用罐頂部密封、上清液隔絕空氣的機會，借助厭氧菌種乳酸菌(英文名稱 LAB, Lactic acid bacteria)和黑曲霉(英文名稱Aspergillus niger)以及在有氧或無氧條件下都能生存的酵母菌(英文名稱yeast)配合實施微生物深層厭氧發酵。本發明的技術方案(以生活垃圾為例)生活垃圾在分選出塑料和廢金屬之后磨成漿(制練打漿)，將勻漿料(含水量彡80% )抽入“重金屬剔除裝置”；在攪拌漿料的同時，在漿料中配入腐植酸鈉，配入比例為漿料重量的1.0% ；繼續攪拌并在漿料中添加金屬絡合劑乙二胺四乙酸[EDTA]，添加比例為漿料重量的 0. 01% ；如果攪拌中起泡，可在漿料中添加硅酸鈉，添加比例為漿料重量的0. 01% ；繼續攪拌并在漿料中分別按漿料重量的0.01%配入酵母菌、乳酸菌和黑曲霉，進行微生物深層厭氧發酵，獲取乳酸蛋白；繼續攪拌3小時后靜置，靜置12小時后再攪拌，此時在漿料中添加絮凝劑聚丙烯酰胺，添加比例為漿料重量的0. 02% ；每次攪拌3小時，密封靜置12小時，如此循環，三天時間即可達到雙重工藝要求；三天后從出漿口抽出漿料進入下道工序(脫水、元素配位，再送去高溫好氧發酵， 最后制成生物有機肥)；最后打開該裝置底部閥門，在電機反轉的情況下，依次推出底部重金屬聚合料、沙石沉淀料(分別回收利用)。


圖I :重金屬剔除裝置結構示意圖。圖中所示I、圓筒形大罐2、主軸3、電機4、進漿管5、配料口 6、有機物料發酵倉7、 攪拌葉8、軸承固定板9、漿料出口及控制閥10、重物料倉11、螺旋絞出器12、重物出口電動閥門13、重物出料滑板14、支撐腿
具體實施例方式將制練打漿所得勻漿(含水> 80% )，通過進漿管4抽進圓筒形大罐I ;啟動電機3正轉，帶動主軸2和有機物料發酵倉6內的攪拌葉7旋轉，轉速30轉/分；在攪拌的同時，按料漿重量的一定比例，經配料口 5添加腐植酸鈉(I. 0% )、乙二胺四乙酸[EDTA] (0.01% )，促使生活垃圾漿料中植物細胞內含的分子態、離子態重金屬分離出來，再絡合形成不同的結合物向底部沉淀。比重大于水的建筑垃圾和重金屬結合物，在重物料倉10有層次地處于錐形底部；若攪拌起泡時，經配料口 5加入硅酸鈉(O. 01 % )消泡；繼續攪拌并按料漿重量的一定比例經配料口 5點入酵母菌(0.01% )、乳酸菌 (0.01% )、黑曲霉(0.01% )，靜置時就會產生微生物深層厭氧發酵；繼續攪拌夠3小時，然后靜置12小時，再次攪拌時經配料口 5添加聚丙烯酰胺(按料漿重量的O. 02% )，絮凝發酵中的有機物形成大菌團而向上漂浮；每次攪拌3小時，密封靜置12小時，如此循環，三天時間就能達到雙重工藝要求；三天后圓筒形大罐I上部有機物料發酵倉6的漿料完成厭氧發酵，通過漿料出口及控制閥9抽出進入下道工序(脫水、元素配位，再送去高溫好氧發酵，最終制成生物有機肥)；勻漿抽完后，讓電機3反轉帶動主軸2和重物料倉10內螺旋絞出器11，將重金屬和建筑垃圾經電動閥門12按層次先后絞出，落在重物出料滑板13滑落出來，分別回收利用。
生產實例I利用50t/d生活垃圾制肥廠的重金屬剔除罐(直徑為2米，高度為8米，含下部錐形體高2米，有效容積為20m3，因配水需用6個罐)剔除重金屬罐內主軸上部裝有葉片攪拌器，下部裝有螺旋推料器(正轉時攪拌，反轉時推出底部重金屬等沉淀料)。上料漿采用
7.5KW泥漿泵，出料漿采用18. 5KW抽漿機。過程描述經制練打漿機制成的勻漿排入料漿池，用7. 5KW泥漿泵抽入重金屬剔除罐，當料漿抽到剔除罐2/3容積時，開動內置攪拌器勻速攪拌(30轉/分)并繼續抽漿到滿為止；同時通過配料口加入腐植酸鈉200kg、乙二胺四乙酸2kg ;攪拌中發現起泡，加入硅酸鈉2kg消泡；攪拌2小時后，點入酵母菌、乳酸菌、黑曲霉各2kg。再攪拌I小時后，靜置12小時，此時為絡合沉淀過程。靜置12小時后再攪拌并添加聚丙烯酰胺4kg，絮凝有機物形成菌團而漂浮。每次攪拌3小時，密封靜置12小時，如此循環，用三天時間完成雙重工藝要求。3天后有機物料在上部，并已完成深層厭氧發酵；而建筑垃圾和重金屬結合物已沉入底部，因重金屬比重大，處于最底層。進而開動18. 5KW抽漿泵，從出漿口抽出勻漿料進入下道工序(脫水配位)。最后打開罐底部閥門，并讓電機反轉帶動螺旋推料器推出底部重金屬以及沙石等沉淀料(分別回收利用)。
生產實例22011年3月2日-5日生產實錄值班廠長杜國選，當班工人18人。進廠生活垃圾 54噸，含水量為62%。2日8點上班，為除臭去濕便于機械分選，撒入生石灰I. 08噸(相當于垃圾重量的2% )，用鉤機拌勻、碾壓，未揀出不宜進分選裝置的大物件，全部進入分選工序，此時垃圾含水量為55%。上午10點啟動航吊2臺，每臺I小時上料7噸，經分選裝置分選出廢金屬487kg (占垃圾重量的O. 9% )，廢塑料6210kg (占垃圾重量的11. 5% )，其余垃圾料48. 3噸進入制練打漿工序。下午2點啟動制練打漿機，加水打漿后從料漿中濾出磨不碎的塑料邊角料57kg，料漿進入儲漿池，總重為114. I噸，含水量81% (其中加水65. 8 噸)，此時為下午4點40分。儲漿池的料漿被攪拌均勻后，用7. 5KW泥漿泵抽入6個重金屬剔除罐，每個罐盛放19噸漿料，進入剔除重金屬和深層厭氧發酵工序。當料漿抽到剔除罐約2/3容積時，時間是下午5點20分，開動內置攪拌器勻速攪拌(30轉/分)并繼續抽夠19噸；同時通過配料口加入腐植酸鈉190kg、乙二胺四乙酸
I.9kg。此時發現漿料起泡，加入硅酸鈉I. 9kg消泡。下午7點20分即攪拌夠2小時后，點入酵母菌、乳酸菌、黑曲霉各I. 9kg。再攪拌I小時后，即下午8點20分開始靜置12小時沉淀。第二天即3日早上8點20分再啟動攪拌并添加聚丙烯酰胺3. 8kg，絮凝有機物形成菌團而漂浮。這次攪拌3小時后即11點20分，再密封靜置12小時，到晚上11點20分。如此循環，三天后即5日下午5點20分，開動18. 5KW抽漿泵，從6個罐控制閥出口抽出勻漿料101. I噸，進入下道工序。抽完漿再打開罐底閥門，并讓電機反轉帶動螺旋推料器推出底部重金屬以及沙石等沉淀料共12. 7噸，含水量61 % (約占生活垃圾總量的23. 5%，分別回收利用)，其中重金屬聚合料351kg。6個罐勻漿脫水擠出74. 2噸清水回制練打漿循環使用，比制漿加水多出8. 4噸存放在蓄水池用于制肥造粒和綠化(因在漿料中添加的多是污水處理劑，用不完的水已達標可直接排放)，脫水后有機物干料總重24. 5噸，含水量32%， 符合下道工序要求(而后進行元素配位再送去高溫發酵，制成生物有機肥)。從重金屬聚合料351kg中抽樣Ikg送南寧化纖研究所化驗，根據化驗結果換算出這批生活垃圾54噸含重金屬鎘481g、鉛362g、汞25g、砷16g、鉻13g。即這批生活垃圾的重金屬含量為鎘 8. 9mg/kg、鉛 6. 7mg/kg、萊 O. 5mg/kg、砷 O. 3mg/kg、鉻 O. 2mg/kg。這批有機物干料添加配料發酵后制成有機肥，按一般2. 5噸生活垃圾產出I噸有機肥測算，那么這批生活垃圾可產出有機肥21. 6噸，則這批有機肥的重金屬含量為鎘22. 3mg/kg(NY525-2002 標準規定< 3);鉛 16. 8mg/kg(NY525-2002 標準規定< 100);汞 I. 2mg/kg (NY525-2002 標準規定< 5);砷 O. 7mg/kg (NY525-2002 標準規定< 30);鉻 O. 6mg/kg (NY525-2002 標準規定 (300)。另送檢剔除重金屬離子后的有機干料，未檢出重金屬。從上述化驗計算結果可看出，如果不剔除重金屬，有機肥料中的鎘會嚴重超標； 鉛、汞、砷、鉻含量雖不超國家標準，但畢竟是有害元素，能剔除最好。而送檢的剔除重金屬離子后的有機干料未檢出重金屬，則證明本發明剔除重金屬是可行的，且效果很理想。需要說明的是，各地生活垃圾成分有差異，受污染程度不同，各種重金屬含量也就不同。這批生活垃圾來自附近吳圩鎮，當地有多家腐植酸肥料生產廠家，其原料泥炭土含鎘量高，清掃道路的垃圾中含有不少泥炭土，因此鎘含量超標不難理解。
權利要求
1.一種剔除重金屬離子兼備微生物深層厭氧發酵雙重工藝，其技術特征是在攪拌漿料的同時，在漿料中配入腐植酸鈉，配入比例為漿料重量的1%;
2.繼續攪拌并在漿料中添加乙二胺四乙酸，添加比例為漿料重量的O.01% ；
3.攪拌起泡時在漿料中添加硅酸鈉，添加比例為漿料重量的O.01% ；
4.繼續攪拌并在漿料中分別按漿料重量的O.01%點入酵母菌、乳酸菌、黑曲霉；
5.攪拌3小時、靜置12小時后再次攪拌時，在漿料中添加聚丙烯酰胺，添加比例為漿料重量的O. 02% ；
6.每次攪拌3小時，密封靜置12小時，如此循環操作，3天后抽出漿料，再絞出沉淀的重金屬聚合料和建筑垃圾。
全文摘要
剔除重金屬離子兼備微生物深層厭氧發酵雙重工藝，成功地解決了有機肥料的重金屬含量超標的難題，同時利用重金屬剔除裝置進行的微生物深層厭氧發酵能夠縮短有機肥料生產周期。它不僅適用于生活垃圾制肥，凡是利用包含有機廢物(有機質)在內的原料比如泥炭土、污泥、農副產品下腳料等生產有機肥料，均可采用本工藝剔除重金屬。特別是能有效解決各地污水處理廠污泥(重金屬含量很高)處理的難題，增加有機肥料的原料來源，促進有機農業的發展。經生活垃圾制肥廠實際應用，證明本工藝切實可行，剔除重金屬離子和微生物厭氧發酵均達到預期效果。
文檔編號C05F9/00GK102603143SQ201210095969
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月5日 優先權日2012年4月5日
發明者楊俊義, 熊漢夫, 莫大銳, 蒙漢康 申請人:楊俊義, 熊漢夫, 莫大銳, 蒙漢康