CN102276298A - 造纸污泥干式高温厌氧发酵制备有机肥方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以造纸污泥为原料采用复合微生物降解技术干式高温厌氧发酵制备有机肥料的方法，具体包括以下步骤：(1)调节造纸污泥的含水量制备混合污泥；(2)混合污泥在发酵仓高温厌氧发酵反应，反应生成的沼气通过专用***设备进行回收净化；(3)厌氧发酵反应后物料退出发酵仓进行后熟干燥；(4)发酵后熟后的产物进行粉碎并筛分，获得粉状的发酵物料；(5)粉状的发酵物料经混料、造粒制备有机肥料。本发明制备有机肥料的方法提升了干式高温厌氧发酵工艺在经济效益循环上功效，具有节能、环保的效果。

Description

造纸污泥干式高温厌氧发酵制备有机肥方法
技术领域
本发明涉及一种利用工业废料制备有机肥的方法，特别是涉及一种以造纸污泥为原料采用复合微生物降解技术干式高温厌氧发酵制备有机肥料的方法。
背景技术
我国，乃至国际上传统的污泥处理方法主要有水系倾倒、焚烧、填埋、土地利用等。水系倾倒对水体污染，破坏水中的生态平衡；焚烧耗能大、投资大，粉尘对空气造成污染，不节能，虽然减量化明显；填埋造成土壤以及地下水体污染；土地利用，虽然对土壤肥沃有帮助，但是其本身的重金属灰度土壤污染，寄生菌也回影响环境。
对污泥的处理“无害化、减量化、稳定化、资源化”是我国的标准，以及世界处理污泥的标准。将造纸污泥通过生物降解干式高温厌氧发酵后制作肥料，用于土地利用是比较理想的处理方式。
由于造纸污泥含水量高达75％-80％，有机质含量高，易腐烂、有恶臭、不便于运输和施用，必须对污泥进行稳定化，无害化处理。充分利用污泥中的微生物以及专门用于降解污泥的复合微生物菌群降解污泥，进一步让污泥中的水分稀释出来，降低含水量，同时杀死污泥存有的有害细菌，有害虫卵等，消除臭味，使污泥更具有稳定性。经过厌氧发酵过后的污泥质地疏松，阳离子交换量(CEC)显著增加，容量减小，发酵彻底，可被植物利用的营养成分增加。
就目前有关于城市污泥制造有机肥料方面的专利文献和报道很多，但是在处理上都有以下几个特点：一、是针对城市污泥，造纸污泥比较少；二、工艺复杂，成本高；三、为了有效的杀死污泥存在的病原微生物和寄生虫卵，同时pH值很高一般都等于或接近12，有的更是大于12，在碱性条件容易造成氨的挥发于损耗，同时起挥发物质会对空气造成二次污染。四、是在碱性环境下虽然能有造成病原微生物与寄生虫卵的死亡，但是同时也影响到发酵过程中有效降解菌的死亡，造成成本增加，处理效果差，如果处理不完全的污泥制成肥料在应用过程稳定下差，产生的二次发酵容易造成植物死亡。五、仅仅简单的发酵，筛选处理，不是科学处理污泥的目的，同时达不到国家要求的“无害化、减量化、稳定化、资源化。”
在现有技术中，题为“利用造纸污泥制备有机肥的方法”(申请号：200810159425.1)的发明专利公开了一种以造纸污泥为原料采用高温好氧发酵工艺制备有机肥的方法。题为“利用造纸污泥制备生物有机肥的方法”(申请号：201010019519.6)的发明专利公开了一种造纸污泥添加辅料制备有机肥料的方法。上述两种制备有机肥料的方法中，均采用的是好氧发酵的工艺，由于上述制备方法所需热能较大，采取传统的供热方式将导致环境污染。
发明内容
本发明目的在于提供一种以造纸污泥为原料采用复合微生物降解技术干式高温厌氧发酵制备有机肥料的方法，以解决造纸污泥的资源化开发过程中的节能、环保问题。
本发明的技术方案包括以下步骤：
(1)调节造纸污泥的含水量制备混合污泥；
(2)混合污泥在发酵仓高温厌氧发酵反应，反应生成的沼气通过专用***设备进行回收净化；
(3)厌氧发酵反应后物料退出发酵仓进行后熟干燥；
(4)发酵后熟后的产物进行粉碎并筛分，获得粉状的发酵物料；
(5)粉状的发酵物料经混料、造粒制备有机肥料。
所述步骤(1)中，含水率为75-80％造纸污泥，造纸污泥与调节剂以2.5∶2-3.0∶2的质量比混合均匀，无需静置反应。上述混合物通过输送机送入挤压脱水设备，得到含水率为50-55％，碳/氮质量比(C/N)25∶1-35∶1，有机质含量60％-65％的混合污泥。
优选的，所述步骤(1)中调节造纸污泥的含水量的挤压脱水设备的能量可以由发酵过程中产生的沼气来提供的。
所述步骤(2)中，经步骤(1)制备的混合污泥进入发酵仓，按照干粉状复合微生物菌群与混合后污泥质量比为1.5-2.0％的比例进行发酵。混合物料在发酵仓内在自动化调节温控以及搅拌设备的控制下反应，前期计算机***控制送风，培养好氧微生物，以使造纸污泥在短时间腐熟、脱水、除臭。发酵仓内在自动化调节温控，1天后温度升至37℃，保持37℃温度2天，在此过程中保持每3h间歇搅拌一次，每次搅拌时间为30min。然后，1.5天后温度升至50℃，保持50℃温度3天，继续保持每3h间歇搅拌一次，每次搅拌时间30min，利用微生物菌种发酵产生的热量自行升温，直至温度到65-72℃，65-72℃温度维持7-9天，反应过程中依旧保持每3h间歇搅拌一次，每次搅拌时间30min，反应生成的沼气通过专用***设备进行回收净化。9天后物料开始降温，2-3天后温度降至35-45℃，此期间每6h间歇搅拌一次，每次搅拌时间30min；反应过程产生的废水通过渗水回收***进行集中处理。
优选的，所述步骤(2)污泥在发酵仓高温厌氧发酵反应中，温度升至65-72℃后，保持7-9天，其中保持72℃高温3天以上，在此过程中保持每3h间歇搅拌一次，每次搅拌时间为30min。
所述步骤(3)中，经过步骤(2)厌氧发酵反应后物料温度降至35-45℃，2天后物料退出反应发酵仓，进行堆体后熟，堆高1.5m，后熟期间对物料堆体进行翻动，使物料堆体发酵彻底，此过程需要时间为4-6天。经过步骤(3)所得发酵物料其含水率为30-35％，有机质含量45-50％。
优选的，所述步骤(3)中厌氧发酵反应后物料退出发酵仓进行后熟干燥的能量可以由发酵过程中产生的沼气来提供的。
所述步骤(4)中，经过步骤(3)发酵后熟后的产物进行粉碎并筛分，此筛选***属于独立运行，保证发酵后物料在进入制肥前杂质剔除，获得粉状的发酵物料。
优选的，所述步骤(4)中发酵后熟后的物料粉碎、筛分，小于等于2mm的粉状发酵物料用于制肥，大于2mm的物料流回后熟场地进行深度后熟或作为辅料进入污泥调节水分环节。
所述步骤(5)中，经过步骤(4)粉状的发酵后的物料含水率为30％，通过调节***混料补充尿素、磷酸二铵和硫酸钾分别为35-40；1.5-2；1.5-3.5(质量百分比)；混合经过干化，制得质量(Kg)含量分别为N+P2O5+K2O≥4％、有机质≥35％、腐殖酸≥10％、水份≤20％，pH：7-7.5的有机肥。
优选的，所述步骤(5)混料工序中混合完的物料进入转鼓造粒制成颗粒肥料，之后再进滚筒干燥剂、滚筒冷却机、滚筒筛分机，制成3mm≥颗粒≤5.5mm的圆柱形肥料。所述滚筒干燥机采用热风炉、引风炉、滚筒组成，炉温180℃，此时发酵过程中所使用的菌群已经全部杀死，不会对环境造成影响。物料干燥供热的能量可以由发酵过程中产生的沼气来提供的。
本产品以造纸污泥为主要原料，利用复合微生物菌剂采用干式高温厌氧发酵的原理，通过自动温度检测，搅拌设备，在发酵反应仓中，培养厌氧微生物菌剂，使造纸污泥在无氧高温环境下腐熟、脱水、除臭、达到无害化、处理物稳定化、资源化的要求。生产过程根据不同土壤特性、作物的营养特性和栽培技术特性等增加其他腐殖酸、各种微量元素，做出具有针对性的有机肥料。有机肥料的指标按质量(Kg)含量计算可分为为N+P2O5+K2O≥4％、有机质≥35％、腐殖酸≥10％、水份≤20％，pH：7-7.5，并可以根据实际量进行调节，如采取4％≤N+P2O5+K2O≤9％，35％≤有机质≤45％，10％≤腐殖酸≤20％，10％≤水份≤20％，pH：7-7.5。
并且采用本发明的生产出来的有机肥料重金属含量低于《农用污泥中污染物控制标准》(GB 4284-84)，比较表如下：
  重金属   Cu(mg/kg)   Zn(mg/kg)   As(mg/kg)   Cd(mg/kg)   Cr(mg/kg)   Pb(mg/kg)   Hg(mg/kg)
  本法   20.6   85.0   3   2   35   13   0
  国标   1500   1000   75   20   1000   1000   15
此项发明处理造纸污泥，实现污泥的综合利用，变废为宝，解决困扰造纸行业的污泥处理问题，避免环境污染，产品性质稳定。该技术***性、配套性了很好，自动化程度高，监控设备数据提取准确，可以通过网络实现数据可视化，投资小，耗能低，运行成本低，占地面积适中、操作灵活维修简便。
此项发明处理后的产品含有农作物成长需的各种营养元素和活性物质，不仅肥效持久，而且能够增加土壤肥沃性能，不会污染水源，通气能力好，保持水土环境，提高土壤对酸碱及盐分的缓冲能力，从而增强农作物的抗逆性。长期施用本产品可以提高作物抗旱性，抗倒伏，抗虫害，抗冻害等能力。种植出来的农产品颜色鲜亮，口感好，形体好，商品价值高，同时种植成本降低。
此项发明生产的有机肥，生产工艺创新，pH值可在6-8，干式高温厌氧发酵65-72℃，其中72℃高温持续时间长，能够彻底有效杀死污泥自身所携带的病原微生物和寄生虫(卵)，同时能够产生沼气，实现了产品的无害化，稳定化，减量化，资源化。低pH值在发酵过程中减少了氨的挥发保证了肥料的高效，营养的流失，效果明显。
此项发明从物料进场，输送，搅拌，脱水，检测等都采取的自动化控制，发酵彻底，资源化高，周期缩短，占地面积小，可控性强，后熟处理使得发酵均匀、完全。
本发明所述有机肥料的制备方法中高温厌氧发酵反应步骤后期采用高温72℃，高温有助于厌氧反应速率提高、反应充分，保证物料中的有害微生物全部杀死。在72℃的厌氧发酵产生的沼气量充足，沼气通过集中回收，进入气体净化设备，通过沼气热电联供机，将其转为电能和热能，电能供给整个生产环节中设备运转所需以及厂区照明与生活用电。调节造纸污泥的含水量的挤压脱水设备、厌氧发酵反应后物料退出发酵仓，进入后熟、干燥设备、物料混合，混合完的物料进入转鼓造粒制成颗粒物料干燥供热的能量都可以由发酵过程中产生的沼气来提供。因此，本发明所述以造纸污泥为原料采用复合微生物降解技术干式高温厌氧发酵制备有机肥料的方法提升了本工艺在经济效益循环上功效，具有节能、环保的效果。
附图说明
图1本发明以造纸污泥为原料采用复合微生物降解技术干式高温厌氧发酵制备有机肥料的流程示意图
具体实施例
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
实施例1
(1)调节造纸污泥的含水量制备混合污泥
含水率为75-80％造纸污泥为原料，造纸污泥与调节剂以2.5∶2-3.0∶2的质量比混合均匀，无需静置。上述混合物通过输送机送入挤压脱水设备，得到含水率为50-55％，碳/氮质量比(C/N)25∶1-35∶1，有机质含量60％-65％的混合污泥。
(2)混合污泥在发酵仓高温厌氧发酵反应
经步骤(1)制备的混合污泥进入发酵仓，按照干粉状复合微生物菌群与混合后污泥质量比为1.5-2.0％的比例进行发酵。混合物料在发酵仓内在自动化调节温控以及搅拌设备的控制下反应，前期计算机***控制送风，培养好氧微生物，以使造纸污泥在短时间腐熟、脱水、除臭。发酵仓内在自动化调节温控，1天后温度升至37℃，保持37℃温度2天，在此过程中保持每3h间歇搅拌一次，每次搅拌时间为30min。然后，1.5天后温度升至50℃，保持50℃温度3天，继续保持每3h间歇搅拌一次，每次搅拌时间30min，利用微生物菌种发酵产生的热量自行升温，直至温度到65-72℃，65-72℃温度维持7-9天，反应过程中依旧保持每3h间歇搅拌一次，每次搅拌时间30min，反应生成的沼气通过专用***设备进行回收净化。9天后物料开始降温，2-3天后温度降至35-45℃，此期间每6h间歇搅拌一次，每次搅拌时间30min；反应过程产生的废水通过渗水回收***进行集中处理。
(3)厌氧发酵反应后物料退出发酵仓进行后熟干燥
经过步骤(2)厌氧发酵反应后物料温度降至35-45℃，2天后物料退出反应发酵仓，进行堆体后熟，堆高1.5m，后熟期间对物料堆体进行翻动，使物料堆体发酵彻底，此过程需要时间为4-6天。经过步骤(3)所得发酵物料其含水率为30-35％，有机质含量45-50％。
(4)发酵后熟后的产物进行粉碎并筛分，获得粉状的发酵物料
经过步骤(3)发酵后熟后的产物进行粉碎并筛分，此筛选***属于独立运行，保证发酵后物料在进入制肥前杂质剔除，获得粉状的发酵物料。
(5)粉状的发酵物料经混料、造粒制备有机肥料
经过步骤(4)粉状的发酵后的物料含水率为30％，通过调节***混料补充尿素、磷酸二铵和硫酸钾分别为35-40；1.5-2；1.5-3.5(质量百分比)；混合经过干化，制得质量(Kg)含量分别为N+P2O5+K2O≥4％、有机质≥35％、腐殖酸≥10％、水份≤20％，pH：7-7.5的有机肥。
实施例2
(1)调节造纸污泥的含水量制备混合污泥
含水率为75-80％造纸污泥为原料，造纸污泥与调节剂以2.5∶2-3.0∶2的质量比混合均匀，无需静置。上述混合物通过输送机送入挤压脱水设备，得到含水率为50-55％，碳/氮质量比(C/N)25∶1-35∶1，有机质含量60％-65％的混合污泥。调节造纸污泥的含水量的挤压脱水设备的能量由发酵过程中产生的沼气来提供的。
步骤(2)-(5)同实施例1。
实施例3
步骤(1)同实施例1。
(2)混合污泥在发酵仓高温厌氧发酵反应
经步骤(1)制备的混合污泥进入发酵仓，按照干粉状复合微生物菌群与混合后污泥质量比为1.5-2.0％的比例进行发酵。混合物料在发酵仓内在自动化调节温控以及搅拌设备的控制下反应，前期计算机***控制送风，培养好氧微生物，以使造纸污泥在短时间腐熟、脱水、除臭。发酵仓内在自动化调节温控，1天后温度升至37℃，保持37℃温度2天，在此过程中保持每3h间歇搅拌一次，每次搅拌时间为30min。然后，1.5天后温度升至50℃，保持50℃温度3天，继续保持每3h间歇搅拌一次，每次搅拌时间30min，利用微生物菌种发酵产生的热量自行升温，直至温度到65-72℃，65-72℃温度维持7-9天，其中保持72℃高温3天以上，反应过程中依旧保持每3h间歇搅拌一次，每次搅拌时间30min，反应生成的沼气通过专用***设备进行回收净化。9天后物料开始降温，2-3天后温度降至35-45℃，此期间每6h间歇搅拌一次，每次搅拌时间30min；反应过程产生的废水通过渗水回收***进行集中处理。
步骤(3)-(5)同实施例1。
实施例4
步骤(1)-(2)同实施例1。
(3)厌氧发酵反应后物料退出发酵仓进行后熟干燥
经过步骤(2)厌氧发酵反应后物料温度降至35-45℃，2天后物料退出反应发酵仓，进行堆体后熟，堆高1.5m，后熟期间对物料堆体进行翻动，使物料堆体发酵彻底，此过程需要时间为4-6天。经过步骤(3)所得发酵物料其含水率为30-35％，有机质含量45-50％。厌氧发酵反应后物料退出发酵仓进行后熟干燥的能量由发酵过程中产生的沼气来提供的。
步骤(4)-(5)同实施例1。
实施例5
步骤(1)-(3)同实施例1。
(4)发酵后熟后的产物进行粉碎并筛分，获得粉状的发酵物料
经过步骤(3)发酵后熟后的产物进行粉碎、筛选，小于等于2mm的粉状发酵物料用于制肥，大于2mm的物料流回后熟场地进行深度后熟或作为辅料进入污泥调节水分环节。
步骤(5)同实施例1。
实施例6
步骤(1)-(3)同实施例1。
(4)发酵后熟后的产物进行粉碎并筛分，获得粉状的发酵物料
经过步骤(3)发酵后熟后的产物进行粉碎、筛选，小于等于2mm的粉状发酵物料用于制肥，大于2mm的粉状发酵物料，可以作为辅料加入步骤(1)中调节进场污泥中的水份含量。
步骤(5)同实施例1。
实施例7
步骤(1)-(4)同实施例1。
(5)粉状的发酵物料经混料、造粒制备有机肥料。
经过步骤(4)粉状的发酵后的物料含水率为30％，通过调节***混料补充尿素、磷酸二铵和硫酸钾分别为35-40；1.5-2；1.5-3.5(质量百分比)；混合经过干化，制得质量(Kg)含量分别为N+P2O5+K2O≥4％、有机质≥35％、腐殖酸≥10％、水份≤20％，pH：7-7.5的混合完的物料进入转鼓造粒制成颗粒肥料，之后再进滚筒干燥剂、滚筒冷却机、滚筒筛分机，制成3mm≥颗粒≤5.5mm的圆柱形肥料。所述滚筒干燥机采用热风炉、引风炉、滚筒组成，炉温180℃，此时发酵过程中所使用的菌群已经全部杀死，不会对环境造成影响。物料干燥供热的能量由发酵过程中产生的沼气来提供的。

Claims (7)

1.一种以造纸污泥为原料采用复合微生物降解技术干式高温厌氧发酵技术制备有机肥料的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)调节造纸污泥的含水量制备混合污泥；
(2)混合污泥在发酵仓高温厌氧发酵反应，反应生成的沼气通过专用***设备进行回收净化；
(3)厌氧发酵反应后物料退出发酵仓进行后熟干燥；
(4)发酵后熟后的产物进行粉碎并筛分，获得粉状的发酵物料；
(5)粉状的发酵物料经混料、造粒制备有机肥料。
2.如权利要求1所述所述干式高温厌氧发酵技术制备有机肥料的方法，其特征在于：所述步骤(1)中调节造纸污泥的含水量的挤压脱水设备能量的由发酵过程中产生的沼气来提供的。
3.如权利要求1所述所述干式高温厌氧发酵技术制备有机肥料的方法，其特征在于：所述步骤(2)污泥在发酵仓高温厌氧发酵反应中，温度升至65-72℃后，保持7-9天，其中保持72℃高温3天以上，在此过程中保持每3h间歇搅拌一次，每次搅拌时间为30min。
4.如权利要求1所述所述干式高温厌氧发酵技术制备有机肥料的方法，其特征在于：所述步骤(3)中厌氧发酵反应后物料退出发酵仓进行后熟干燥的能量由发酵过程中产生的沼气来提供的。
5.如权利要求1所述所述干式高温厌氧发酵技术制备有机肥料的方法，其特征在于：所述步骤(4)中发酵后熟后的物料粉碎、筛选，小于等于2mm的粉状发酵物料用于制肥，大于2mm的粉状发酵物料流回后熟场地进行深度后熟或作为辅料进入污泥调节水分环节。
6.如权利要求5所述所述干式高温厌氧发酵技术制备有机肥料的方法，其特征在于：所述大于2mm的粉状发酵物料，可以作为辅料加入步骤(1)中调节进场污泥中的水份含量。
7.如权利要求1所述所述干式高温厌氧发酵技术制备有机肥料的方法，其特征在于：所述步骤(5)混料工序中混合完的物料进入转鼓造粒制成颗粒肥料，之后再进滚筒干燥剂、滚筒冷却机、滚筒筛分机，物料干燥供热的能量由发酵过程中产生的沼气来提供。
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