CN101172893A - 一种以竹炭为保氮剂的污泥堆肥及其制备方法 - Google Patents

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黄啸
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刘玉学
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Abstract

本发明公开了一种以竹炭为保氮剂的污泥堆肥及其制备方法。污水处理厂产生的含水率为70～85％的生污泥1；填充料为木屑、秸杆0.15～0.25；堆肥回流熟料0.15～0.04；1～3mm的竹炭颗粒0.03～0.1，将污泥混合物置于堆槽中，采用静态堆强制通风及人工强制翻堆相结合的方式对污泥进行堆肥处理。经30～50天堆肥达到腐熟，得到污泥堆肥产品。该产品降低堆肥过程中氮素损失，保证堆肥的肥效，可用于各种蔬菜、瓜果、水稻、小麦等农作物的基肥或追肥。此外强调资源的循环利用，将污水处理厂剩余污泥以及竹块废料两大废弃物有机结合起来，实现了废物的合理利用。

Description

一种以竹炭为保氮剂的污泥堆肥及其制备方法
技术领域
本发明涉及肥料领域，特别涉及一种以竹炭为保氮剂的污泥堆肥及其制备方法。
背景技术
随着污水处理设施进一步普及和污水处理量的与日俱增，污泥排放量也必将大幅度增加，不仅占用大片土地，而且给生态环境带来极不安全的隐患。因此，解决城市污泥处理处置问题迫在眉睫。污泥土地利用被公认为最廉价、方便且能充分利用污泥养分资源的一种处理处置途径，污泥富含氮、磷、钾等大量元素以及植物所需的多种微量元素，其有机物的含量高达60～70％，高于普通农家肥，具有广阔的应用前景。
在高温堆肥中普遍存在氮素损失的问题，初始堆料的大约20～70％的氮素会损失掉，不仅污染环境，如堆肥过程中由于氮素流失造成的恶臭问题，水体污染问，而且降低了肥料中养分的含量。因此，控制氮素损失成为堆肥过程中的关键问题。堆肥的升温阶段和高温阶段是氮素损失的主要时期，损失途径主要是NH3的挥发。目前，对氮素损失控制主要通过以下几种方法：1)添加外源微生物减少氮的损失；2)添加化学药剂控制氮素损失；3)物理方法改善堆肥条件减少氮素损失，但是都存在一定的局限性。控制氮素流失的问题仍没有得到妥善解决。
竹炭是竹材经热解得到的黑色多孔性产物，是近年来才开发利用的一种新型材料。它的灰分含量为2.0～4.0％，比表面积200～400m2·g-1，pH为8.0～10.0，气干密度0.500～1.120g·m-3，主要成分为硅、钙、锰、钠、钾等的氧化物。作为一种新型吸附材料，其分子细密多孔，表面积是木炭的2倍，具有极强的吸附能力，在环境保护、医学和食品等领域具有广泛的应用前途。我国竹林资源丰富，竹子具有生长周期短，成材快等特点，具备来源丰富、成本低廉和性能优良等特性。目前，我国竹材利用率大部分在30～60％之间，竹纸在80％以上，竹地板、竹胶板、竹席(麻将席)为40～50％，竹筷子仅为30％左右，大量的竹块废料缺乏有效的利用途径，造成资源的浪费。因此，开发和利用竹炭资源具有重要的经济和环保意义。
有研究表明，竹炭对土壤理化性质具有改良作用。由于竹炭不易腐烂，多孔以及比表面积较大的特性，施过竹炭颗粒的土壤，其理化性能得到了改良，水解氮、有效磷、速效钾、交换性钙和镁等元素含量均明显提高，而有效锌和铜等金属含量则相对降低；它又能作为土壤微生物和有机营养成份的载体，增强土壤的活力；同时黑色的竹炭还能较好地吸收太阳光照，提高地表温度，减轻寒冷对植物的冻害。所以竹炭用于土壤的改良也具有很大的现实意义。实现了污泥和竹子废料两大资源的有效利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种以竹炭为保氮剂的污泥堆肥及其制备方法。
本发明所采用的技术方案如下：
1、一种以竹炭为保氮剂的污泥堆肥，污泥堆肥中以质量份表示的组分如下：
污水处理厂产生的含水率为70～85％的生污泥1；
填充料为木屑、秸杆0.15～0.25；
堆肥回流熟料0.025～0.04；
1～3mm的竹炭颗粒0.03～0.1。
2、一种以竹炭为保氮剂的污泥堆肥的制备方法：
污水处理厂产生的含水率为70～85％的生污泥1；填充料为木屑、秸杆0.15～0.25；堆肥回流熟料0.025～0.04；1～3mm的竹炭颗粒0.03～0.1，将污泥混合物置于堆槽中，采用静态强制通风方式进行堆肥处理，通气量为10～40m3/h·t，并保持相对湿度为60％～70％。经30～50天堆肥达到腐熟，得到污泥堆肥产品。
随着堆肥的进行，分别在第0、5、10、15、20、25、30、35、40d从堆体里均匀取样。主要测定的参数包括堆料pH值、含水率、全氮、有机质变化、种子发芽指数等。堆体温度和气温每天测一次。
所述的竹炭颗粒烧制工艺：本竹炭开炉时以木炭为烘炉料，初始阶段加烘炉料并加温，当炉温升至200℃时，从出料口出料，出料后即开始从加料口加竹块废料，受炉内自下而上的烟气直接燃烧而升温，使所含的游离水分蒸发，接着发生半纤维素的分解，即预炭化阶段；炭化是放热反应，炉内温度会继续上升，随即进入主炭化阶段，纤维素和木质素开始分解，同时生成大量的热解产物，如有机酸、醇、酚、醚、醛、酮等200～300种物质。放热反应在400～600℃结束，热解产物减少，此时竹炭基本炭化并下移到煅烧区，与导入的空气发生有控制的燃烧，使该区段的温度达到并稳定在700～1000℃，在此条件下，上述已基本炭化的初级竹炭发生自发芳化过程与石墨化过程，固定炭含量不断增加，炭体结构收缩更加密实化。竹炭继续下移进入冷却阶段。冷却至室温后便可从出料口取出，经粉碎筛选1～3mm备用。
本发明具有的有益效果是：
添加竹炭作为保氮剂的污泥堆肥能明显降低堆肥过程中氮素损失，保证堆肥的肥效，可用于各种蔬菜、瓜果、水稻、小麦等农作物的基肥或追肥。
此外特别强调资源的循环利用，将污水处理厂剩余污泥以及竹块废料两大废弃物有机结合起来，实现了废物的再生利用。本发明应用方便、成本低，生产工艺不产生二次污染，具有非常显著的经济效益及社会效益。
具体实施方式
实施例1：
取长度在1～2公分，含水率在30％左右的竹子废料2吨装入回转炭化炉。用竹炭或木炭作为烘炉料，炭化温度为400～600℃，炭化时间约为90分钟将以上取得的竹炭粉碎到1～3毫米备用。
堆肥原料：杭州富阳污水厂脱水生污泥200kg(含水率78％)，填充料为木屑30kg，回流熟料7kg，竹炭用量为16kg。
把上述原料按比例添加后充分混合，调节含水率约为60％，碳氮比为30∶1。试验采用静态堆强制通风及人工强制翻堆相结合的方式对污泥进行堆肥处理。水泥堆槽尺寸：L×W×H＝1000×800×1000mm；槽体底部放置4根直径10mm的PVC通风管，管壁四周打有小孔，通风管一端密封，一端与鼓风机相连，填充剂与污泥按一定比例混匀后在其上装堆，上盖稻草。前期(0～28d)通气量20m3·h-1·d-1，每天通气三次，每次两小时。后期(28～40d)采用人工强制翻堆，每4天翻堆一次。
堆肥期间每5天采样一次，随着堆肥的进行，分别在第0、5、10、15、20、25、30、35、40d从堆体里均匀取样。主要测定的参数包括堆料pH值、含水率、全氮、有机质变化、种子发芽指数等。堆体温度和气温每天测一次。实验结果表明，添加竹炭颗粒可以有效减少堆料中氮素的损失，未添加竹炭材料时，污泥堆肥的氮素损失比例为40.7％，而对于按1∶12.5添加竹炭的污泥堆肥，氮素损失比例仅为14.6％。与未添加竹炭的污泥堆肥相比，添加竹炭可使污泥堆肥氮素损失比例降低约26％。考虑到污泥堆肥过程中有机质单位降解损失，添加竹炭污泥堆肥的实际氮素损失量小于10％。
实施例2：
堆肥原料：杭州市富阳污水处理厂脱水生污泥200kg(含水率82％)，填充料为秸秆40kg，回流熟料6kg，实例1得到的竹炭用量为6kg。
把上述原料按比例添加后充分混合，调节含水率约为65％，碳氮比为25∶1。采用与实例1相同的堆肥装置。前期(0～25d)通气量25m3·h-1·d-1，每天通气三次，每次两小时。后期(25d～40d)采用人工强制翻堆，每5天翻堆一次。
堆肥期间每5天采样一次，主要测定指标包括堆料pH、含水率、全氮含量、有机质含量、种子发芽指数等。实验结果表明，未添加竹炭材料时，污泥堆肥的氮素损失比例为45％，而对于按1∶33添加竹炭的污泥堆肥，氮素损失比例仅为19.7％。与未添加竹炭的污泥堆肥相比，添加竹炭可使污泥堆肥氮素损失比例降低约25％，添加竹炭颗粒可以有效减少堆料中氮素的损失。
实施例3：
堆肥原料：杭州市富阳污水处理厂脱水生污泥200kg(含水率82％)，填充料为秸秆40kg、木屑5kg，回流熟料5kg，实例1得到的竹炭用量为20kg。
把上述原料按比例添加后充分混合，调节含水率约为65％，碳氮比为30∶1。采用与实例1相同的堆肥装置。前期(0～30d)通气量25m3·h-1·d-1，每天通气三次，每次两小时。后期(30d～40d)采用人工强制翻堆，每5天翻堆一次。
堆肥期间每5天采样一次，主要测定指标包括堆料pH、含水率、全氮含量、有机质含量、种子发芽指数等。实验结果表明，未添加竹炭材料时，污泥堆肥的氮素损失比例为42％，而对于按1∶10添加竹炭的污泥堆肥，氮素损失比例仅为20％。与未添加竹炭的污泥堆肥相比，添加竹炭可使污泥堆肥氮素损失比例降低约22％，添加竹炭颗粒可以有效减少堆料中氮素的损失。

Claims (3)

1.一种以竹炭为保氮剂的污泥堆肥，其特征在于污泥堆肥中以质量份表示的组分如下：
污水处理厂产生的含水率为70～85％的生污泥1；
填充料为木屑、秸杆0.15～0.25；
堆肥回流熟料0.025～0.04；
1～3mm的竹炭颗粒0.03～0.1。
2.一种以竹炭为保氮剂的污泥堆肥的制备方法，其特征在于：污水处理厂产生的含水率为70～85％的生污泥1；填充料为木屑、秸杆0.15～0.25；堆肥回流熟料0.025～0.04；1～3mm的竹炭颗粒0.03～0.1，将污泥混合物置于堆槽中，采用静态强制通风方式进行堆肥处理，通气量为10～40m3/h·t，堆肥过程中采用保持相对湿度为60％～70％。经30～50天堆肥达到腐熟，得到污泥堆肥产品。
3.根据权利要求2所述的一种以竹炭为保氮剂的污泥堆肥的制备方法，其特征在于：所述的竹炭颗粒烧制工艺：本竹炭开炉时以木炭为烘炉料，初始阶段加烘炉料并加温，当炉温升至200℃时，从出料口出料，出料后即开始从加料口加竹块废料，受炉内自下而上的烟气直接燃烧而升温，使所含的游离水分蒸发，接着发生半纤维素的分解，即预炭化阶段。炭化是放热反应，炉内温度会继续上升，随即进入主炭化阶段，纤维素和木质素开始分解，同时生成大量的热解产物，放热反应在400～600℃结束，热解产物减少，此时竹炭基本炭化并下移到煅烧区，与导入的空气发生有控制的燃烧，使该区段的温度达到并稳定在700～1000℃，竹炭下移进入冷却阶段，冷却至室温后便可从出料口取出，经粉碎筛选1～3mm备用。
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