專利名稱：污水處理廠污泥剔除重金屬發酵制成各種專用肥的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用有機物料制肥的方法，屬有機肥料生產技術領域，特別是涉及一種污水處理廠污泥剔除重金屬發酵制成各種專用肥的方法。
背景技術：
污泥處置現狀由于國家對環境保護的重視和一系列政策的出臺，我國大多數城市及一批縣城都相繼籌建了污水處理廠。隨著我國污水處理能力的快速提高，污泥量也同步大幅增加，但與污水處理廠同步建設污泥處置配套設施的為數極少。截至2010年底，全國城鎮污水處理量達到456億立方米，濕污泥(含水率80% )產生量突破3200萬噸。根據調研結果顯示，我國污水處理廠所產生的污泥，有80%左右沒有得到妥善處理，污泥隨意堆放所造成的污染與再污染問題已經凸顯出來，并且引起了社會的關注。污泥是由污水處理過程所產生的固體沉淀物質組成的，是污水處理過程中不可避免的副產物，且含水率大 多在80%以上，容積又大，給堆放、運輸、儲存造成諸多不便。從污泥的成分來看，它既富含大量的有機質以及作物需要的氮磷鉀主養分和多種中微量元素，又含有包括重金屬以及細菌、各種寄生蟲卵、病原微生物等有害物質。若能趨利避害，污泥就是加工農用肥料的寶貴資源。在過去常用的處置方法中，填埋除占用較多土地外，一則會導致發酵曝氣，污染大氣，二則其滲濾液會對土壤和地下水源造成二次污染；焚燒除因水分大有一定難度外，還因尾氣含有二惡英致癌物質難以根除帶來的環境和健康風險；在污泥填埋、焚燒基本遭否定的情況下，堆肥法處理污泥成為首選并被推崇。堆肥法雖然利用了污泥的多種營養成分，但遺憾的是，堆肥法無法剔除鎘、汞、鉛、鉻、砷等重金屬危害，而這5種重金屬含量是有機肥料標準所限制的。據光大水務(濟南)有限公司二廠分析結果，干污泥的重金屬含量為總鎘4. 22g/kg,總萊 I. 15g/kg,總鉛 83. 28g/kg,總鉻 434. 6g/kg,總砷 9. 9g/kg,如不加以剔除，就難以達到國家有機肥料標準。再就是堆肥發酵時間長(35天左右)，占地面積大，難以控制高溫礦質化反應和發酵腐熟程度，肥力低，被市場否定，銷售困難。要想利用污水處理廠的污泥作肥料，必須具備三個條件一是污泥中需含有較高的植物所必需的營養成分。這一條污泥自身已經具備，諸多分析資料都證實，污泥中含有大量的礦質元素和營養元素，比一般家庭肥料的含量都高，具有很高的肥料價值；二是污泥中的重金屬應加以剔除，其在有機肥料中的含量必須符合國家標準要求；三是污泥中所含的細菌、各種寄生蟲卵、病原微生物等，必須經過嚴格的無害化處理，予以殺滅。而這后兩條，堆肥做不到，或做不徹底。污泥處置的新思路我們曾針對生活垃圾堆肥存在的問題，發明了生活垃圾制肥技術。鑒于污水處理廠的污泥與生活垃圾的成分有諸多相似之處，都富含有機質和作物所需營養元素，都含有重金屬，也都含有細菌、各種寄生蟲卵、病原微生物等，因此可借鑒生活垃圾制肥處理工藝。不過污泥對作物來說營養價值更高，制肥過程又可省去垃圾分選、制練打漿環節，添加的配料還可相應減少，因而肥料成本還可降低。

發明內容
發明的目的參照生活垃圾制肥技術，為城市污水處理廠配套建設污泥處置設施提供一種污泥剔除重金屬發酵制成各種專用肥的方法。發明原理(I)污泥中富含有機質、植物生長所必需的營養元素和多種中微量元素，為生產農用肥料奠定了物質基礎。資料顯示，大連開發區污水處理一廠干污泥中有機質平均占68. 7%，氮、磷、鉀以Ν、Ρ205、Κ20計分別為5. 18%,9. 3%、0. 9%，因此從養分含量來分析，污泥的養分含量頗高；潮州市第一污水處理廠污泥泥質分析資料證實，污泥中除含氮磷鉀主養分外，其它營養元素有鎂Mg (6352. 4-8255. 9mg/kg)、鈣Ca (2891. 3-4199. 6mg/kg)、錳 Mn (5474. 3-6939. 2mg/kg)、鐵 Fe (8. 079-8. 828 % )、鋅 Zn (2632. 1-2739. 4mg/kg)；光大水務(濟南)有限公司二廠的分析資料證實，污泥中還含有作物需要的微量元素鎳189. 5g/kg干污泥、銅201. lg/kg干污泥、硼38. 01g/kg干污泥。由此可見，污泥是一種值得合理利用的肥源。(2)污泥中含有鎘、汞、鉛、鉻、砷等有害重金屬，可采用絡合沉淀法在重金屬剔除裝置內加以剔除。這是基于在攪拌漿料(細度50-80目)的同時配入腐植酸鈉 (Sodium humate)，可將污泥有機物細胞內分子態、離子態重金屬分離出來；在漿料攪拌中添加金屬絡合劑乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetraacetic acid ;EDTA),可絡合分子態、離子態重金屬形成結合物而沉淀排出；鑒于剔除重金屬過程具備厭氧發酵條件，可在料楽■攪拌中配入酵母菌(yeast)、乳酸菌(LAB,Lactic acid bacteria)和黑曲霉(Aspergillus niger)，進行微生物深層厭氧發酵，獲取乳酸蛋白。(3)細菌、各種寄生蟲卵、病原微生物等，可利用太陽能控溫發酵室裝置，通過高溫礦質化反應發酵將其殺滅。(4)因缺補缺，添加污泥中含量不足的主養分鉀元素、中微量元素以及生物制劑、植物生長調節物質、土壤調理齊U，生產出高品質微生物有機肥以及各種作物專用肥。本發明的技術方案，其技術特征是按以下步驟進行(1)用壓濾機脫水控制污泥含水率在80%，并在儲漿池攪拌成勻漿(濃度過大，不利于絡合沉淀剔除重金屬；若含水過多，將為后道工序增加負擔)；(2)用泥漿泵將料漿抽入重金屬剔除裝置，配入腐植酸鈉、金屬絡合劑乙二胺四乙酸，分離、絡合、沉淀剔除重金屬；并配入酵母菌、乳酸菌和黑曲霉，兼顧微生物深層厭氧發酵；(3)利用脫水拌菌物料調配機組使料漿脫水至含水率30-35 %，并拌入促進發酵腐熟的木霉(Trichoderma)、放線菌(Actinomycetes)以及作為生物培養基的米糠、麥麩、桐麩等高有機質物料并攪拌均勻，調整C : N和C : P均為25 1，PH值為
6.5-7. 5，以滿足發酵條件；(4)利用太陽能供熱超導暖氣片升溫可控生物發酵室裝置，實施控溫發酵，在室溫> 38°C、料溫升至72°C左右條件下發酵，使物料實現高溫礦質化反應，腐熟度> 80%,以獲取水溶性有機質、氨基酸、蛋白質；(5)利用自行設計的雙配位生物有機肥生產線進行兩次元素配位造粒制成微生物有機肥和各種作物專用肥。即把不怕烘干揮發而造成失效的原肥和元素在第一次造粒前配入作為第一次配料，進而造粒、烘干(含水分< 15%)、篩選(直徑2-4_顆粒為合格)；第二次配料造粒則是在原肥中添加不宜烘干但又必需調進有機肥料的生物制劑、土壤調理劑、植物生長調節物質以及量很少的作物敏感元素，混合均勻后造粒。然后按5(第一次配位造粒)I (第二次配位造粒)的比例進拋光機混合、拋光，再經篩選后而為成品(直徑2-4_，含水分< 20% )。本發明的有益效果(I)為新建污水處理廠同步建設配套的污泥處置設施或在現有污水處理廠改造配套污泥處置設施提供了一種切實可行的方案，既節省了大量的污泥向外運輸的費用，又為本廠增加了一個高科技產品以及由此帶來的經濟效益；(2)污泥就地安全處置，避免了污泥填埋、焚燒、堆肥可能帶來的土壤、大氣和水資源的二次污染，更好地保護和改善生態環境；(3)提供適宜各種作物的專用肥料，提高農產品產量和品質，為市場增添有機無公害農產品，支持農業可持續發展。


圖I :重金屬離子剔除兼備厭氧發酵裝置結構示意中所示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、支撐腿圖2 :脫水拌菌物料調配機組結構示意中所示1、配料配位攪拌機2、配料倉3、螺旋推進器4、壓濾機5、抽漿機及輸漿 管6、儲料箱7、混合料倉8、強制攪拌機圖3 :太陽能供熱超導暖氣片升溫可控生物發酵室裝置示意中所示1、循環水泵2、超導暖氣片3、墻體4、上水管5、供水塔6、供水管7、太陽能熱水器8、下水管9、抽風換氣裝置10、即開即熱水龍頭11、信息窗12、進出料大門圖4 :雙配位新型生物有機肥生產線整體結構示意中所示I、配料混合機2、粉碎機3、輸送帶4、造粒盤5、烘干機6、圓筒篩7、控制計量器8、拋光機9、電子包裝機
具體實施例方式污水處理后的污泥未擠壓之前一般含水率在90%左右，需用壓濾機擠壓脫水，控制污泥含水率在80%，并在儲漿池攪拌成勻漿。剔除重金屬兼備深層厭氧發酵(圖I):將儲漿池中攪拌均勻的污泥料漿通過泥漿泵和進漿管抽進剔除重金屬離子裝置(圓筒形大罐)，當抽進大罐三分之二容積時，啟動電機先正轉帶動主軸和攪拌葉旋轉攪拌，同時經配料口添加漿料重量1.0%的腐植酸鈉，用于分離污泥有機物細胞內重金屬離子；在攪拌中若起泡可經配料口添加漿料重量0.01%的硅酸鈉消除漿料起泡漲潮；攪拌3小時后靜置12小時，再攪拌時經配料口添加漿料重量O. 01%乙二胺四乙酸，螯合分子態、離子態重金屬，形成重金屬結合物向底部沉淀；繼續攪拌3小時，靜置12小時；第三次攪拌時，分別按漿料重量的O. 01%配入乳酸菌、酵母菌、黑曲霉，以加速有機物料深層厭氧發酵；攪拌夠3小時后靜置12小時，第四次攪拌時，經配料口添加漿料重量O. 02%的聚丙烯酰胺，以絮凝有機物發酵菌團向上漂浮。按照操作規程，每攪拌3小時，密封靜置12小時，如此循環，3天時間圓筒形大罐上部有機物料發酵倉的勻漿可達到厭氧發酵的效果，而后通過漿料出口及控制閥抽出進入下道工序。抽完料漿后，讓電機反轉帶動主軸和重物料倉內螺旋絞出器，將重金屬和沙石料經電動閥門按層次(重金屬比重大于沙石料處于最底層)先后絞出(為防止沉淀結塊出料難而特設螺旋絞出)，落到重物出料滑板滑落出來回收利用。在砂石料和勻漿結合處是泥土類結合料，可制作家用花卉營養土。脫水拌菌物料調配(圖2):借助抽漿機及輸漿管從重金屬剔除裝置抽出勻漿強壓進大型壓濾機；從壓濾機濾布中擠出的清水(已經過污水處理，達標)，可用于制肥時造粒噴漿。擠出后的物料含水量應在30-35%。壓濾機中料壓滿后，出料落入下部儲料倉；按照配方將配料(高有機質物料、菌種以及調整碳氮比、碳磷比需要添加的元素)放入配料配位攪拌機，攪拌均勻后開閥落入配料倉；再通過螺旋推進器分別將配料倉和儲料倉的物料推入位于下方的元素配位混合料倉，約I噸時，打開混合料倉控制板，把雙物料送強制攪拌機攪拌均勻后，用農用車送入下道工序。高溫礦質化反應發酵(圖3):把上道工序攪拌均勻后的物料送入控溫發酵室，用鉤機堆成5-6米高的梯形，關閉門窗；啟動循環水泵通過上水管將水(循環使用)輸進供水塔，塔中的水經供水管進入太陽能熱水器；打開太陽能熱水器，將熱水(> 350C )通過下水管和即開即熱水龍頭輸入安裝在墻體上的超導暖氣片，室溫和料溫會很快上升，用信息窗(熱電偶)監測溫度。在室溫>38°C、料溫升至72°C左右條件下發酵2天，然后關閉超導暖氣片，打開抽風換氣裝置降溫換氣，同時用鉤機翻堆。翻堆后打開超導暖氣片、關閉抽風換氣裝置，再次升溫發酵兩天，再翻堆一次。如此經過三次翻堆，可基本達到發酵腐熟的均勻度，腐熟度> 80%，即可出料，這就是高溫發酵原肥。 雙配位微生物有機肥成品制作(圖4):采用雙配位新型生物有機肥生產線來完成。第一次配位是將原肥送入配料混合機內并添加不怕烘干揮發而造成失效的元素，經攪拌混合均勻后流入粉碎機中粉碎(因配料后攪拌會形成團狀料)，然后經輸送帶送造粒盤成球，再經輸送帶送進烘干機，烘干15分鐘后，流經輸送帶送進圓筒篩篩選(直徑< 2_或> 4mm的料回籠重做)，符合要求(直徑2-4mm,含水率< 15% )的顆粒料經輸送帶向拋光機移動；第二次配位是將原肥送入另一套配料混合機內并添加不宜烘干但又必需調進有機肥料的生物制劑、土壤調理劑、植物生長調節物質以及量很少的作物敏感元素，經攪拌混合均勻后流入粉碎機中粉碎(因配料后攪拌會形成團狀料)，然后經輸送帶送進造粒盤成球，再經輸送帶送進控制計量器，控制流入與烘干顆粒共用的輸送帶，與烘干的顆粒料一同進拋光機，兩種顆粒進拋光機的比例為5 (第一次造粒)I (第二次造粒)，混合與拋光同時完成,再經篩選后取直徑2-4_顆粒為成品(含水率< 20% )。各種作物專用肥是在微生物有機肥基礎上，添加各種作物敏感的中量、微量元素，比如水稻專用肥要添加硅元素、鋅元素，小麥專用肥要添加鑰元素、銅元素，甘蔗專用肥要添加鎂元素、硼元素，玉米專用肥要添加錳元素、硅元素，如此等等。
權利要求
1.污水處理廠污泥剔除重金屬發酵制成各種專用肥的方法，包括以下步驟1、用壓濾機脫水控制污泥含水率在80%，并在儲漿池攪拌成勻漿；2、用泥漿泵將料漿抽入重金屬剔除裝置，配入腐植酸鈉、金屬絡合劑乙二胺四乙酸，分離、絡合、沉淀剔除重金屬，并配入酵母菌、乳酸菌和黑曲霉，兼顧微生物深層厭氧發酵；3、利用脫水拌菌物料調配機組使料漿脫水至含水率30-35%，并拌入促進發酵腐熟的木霉、放線菌以及作為生物培養基的米糠、麥麩、桐麩等高有機質物料并攪拌均勻，調整碳氮比、碳磷比和PH值，以滿足發酵條件；4、利用太陽能供熱超導暖氣片升溫可控生物發酵室裝置，實施控溫發酵，在室溫>38°C、料溫升至72°C左右條件下發酵，使物料實現高溫礦質化反應；5、利用自行設計的雙配位生物有機肥生產線進行兩次元素配位造粒制成微生物有機肥及各種作物專用肥，即把不怕烘干揮發而造成失效的原肥和元素在第一次造粒前配入作為第一次配料，進而造粒、烘干至含水分(15%、篩選出直徑2-4_合格顆粒；第二次配料造粒則是在原肥中添加不宜烘干但又必需調進肥料的生物制劑、土壤調理劑、植物生長調節物質以及量很少的作物敏感元素，混合均勻后造粒；然后按第一次配位造粒與第二次配位造粒5 I的比例進拋光機混合、拋光，再經篩選，制得直徑2-4_、含水分< 20%的成品。
全文摘要
污水處理廠污泥剔除重金屬發酵制成各種專用肥的方法，是在污泥料漿剔除重金屬、脫水拌菌調配物料之后，經高溫礦質化反應發酵殺滅細菌、各種寄生蟲卵、病原微生物并制得有機原肥的基礎上，通過兩次元素配位產出微生物有機肥及各種作物專用肥。本發明為新建污水處理廠同步建設或現有污水處理廠改造配套污泥處置設施提供了一種可行的方案，既節省大量污泥外運的費用，又產出高品質肥料產品以及由此帶來的經濟效益；污泥就地安全處置，避免了填埋、焚燒、堆肥可能帶來的土壤、大氣和水資源的二次污染；提供適宜各種作物的專用肥料，提高農作物產量，提供無公害農產品，支持農業可持續發展。
文檔編號C05F7/00GK102863128SQ20121034672
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月19日 優先權日2012年9月19日
發明者熊漢夫, 楊俊義, 蒙漢康 申請人:熊漢夫, 楊俊義, 蒙漢康