CN103496834B - 一种利用微生物发酵来降低污泥含水率的脱水方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于污泥处理技术领域，具体涉及一种降低污泥含水率的脱水处理方法。该方法包括将污泥与干物料、秸秆、复合菌种BYM混合造粒，堆集发酵两个过程。本发明所提供的利用微生物发酵来降低污泥含水率的脱水方法的原理是：微生物发酵过程中会产生大量的热量，利用这些热量可以实现低成本的降低污泥中的含水率。相较于现有技术，本发明具有低能耗、低物耗、成本低的优点，发酵完成后的污泥含水率降至30%以下，具有较大的开发潜力，可以作为有机复合肥或者建筑材料，有利于产品的资源化利用。

Description

一种利用微生物发酵来降低污泥含水率的脱水方法

技术领域

 本发明属于污泥处理技术领域，具体涉及一种降低污泥含水率的脱水处理方法。

背景技术

目前，随着城市化进程的不断推进和人们对环境保护的关注不断增加，城市生活污水处理过程中产生的污泥及其处置已经成为一个日益严峻的问题。近年来，虽然说我国在污泥的处理处置方面开展了大量工作，但是由于经济技术原因，我国污泥处理能力还十分薄弱，主要表现在：符合环境保护要求的污泥处理率低；污泥处理设计水平低，工艺不完善，设施落后，投资少；政策不健全、监管不到位；相关标准缺乏***性、科学性。

污水处理有关的管理和技术上的缺陷使得大量城市污泥只能临时堆放，致使许多大城市出现了污泥围城的现象并已开始向中小城市蔓延，大量积累的污泥，不仅占用大片土地，而且其中的有害成分如重金属、病原菌、寄生虫、有机污染物及臭气等成为城市环境卫生的一大公害，并给生态环境带来了极大的安全隐患。

现阶段，污泥处理处置方法主要有填埋、堆肥、焚烧等。但是这些方法都要求把污泥的含水率降低至40%~60%甚至更低，而一般城市污水厂经过污泥浓缩脱水后的污泥含水率都在80%左右，这就要求在污泥处置之前必须通过一定的手段来进一步的降低污泥的含水率，这个过程需要大量的物耗和投资，而且一般的强化脱水技术会对污泥中的有机质成分造成一定的损害，不利于污泥的资源化利用。

发明内容

本发明目的在于提供一种利用微生物发酵来降低污泥含水率的脱水方法，从而解决传统污泥强化脱水技术高能耗、高投资的问题。

本发明所采用的技术方案如下：

一种利用微生物发酵来降低污泥含水率的脱水方法，包括以下步骤：

（1）将污泥、干物料、粉碎后的秸秆混合造粒；

所述污泥为城镇生活污水处理厂含水率60%~80%的团状污泥；

所述干物料为返混料、粉煤灰或素土；

所述粉碎后的秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、花生秸秆中一种或任意几种任意比例的混合物，粉碎后粒径为3~50mm，也可以使用锯末、木屑、杂草等；

（2）造粒时在混合物料中添加复合菌种BYM，使菌种均匀混合于颗粒污泥中；

所述复合菌种BYM是利用来自日本磐亚株式会社-酵素菌世界社的原菌，原菌按1:100培育成扩大菌使用；

（3）造粒完成后将颗粒污泥进行好氧发酵。

步骤（1）中各物料以质量百分比计：污泥40%~60%，干物料30%~40%，秸秆5%~15%。

步骤（1）中所述造粒采用圆盘造粒机造粒，造粒过程中首先添加少量干物料，再依次添加污泥、干物料和粉碎后的秸秆，造粒后的颗粒污泥粒径为Φ3~50mm。

步骤（2）中所述复合菌种BYM，以引进时原菌按1﹕100比例扩大培育后使用，用量为步骤（1）中混合物料质量的0.1%~0.5%。

步骤（3）中发酵过程中通过鼓风机进行强制通风供氧，鼓风机同时具有带走污泥发酵过程中产生的水分的作用，可以加速污泥脱水进度。

步骤（3）中的发酵过程，采用温度和氧气含量传感器通过变频器调节鼓风机电机频率，来实现通风量的PLC自动控制。

步骤（3）中堆体内部发酵温度保持在50~65摄氏度5~15d。

本发明所提供的利用微生物发酵来降低污泥含水率的脱水方法的原理是，微生物发酵过程中会产生大量的热量，利用这些热量可以实现低成本的降低污泥中的含水率。发酵脱水完成后的产品具有多种用途，可以作为有机复合肥使用，可以作为建筑材料使用，也可以作为燃料或者烧制成轻质陶粒球，整个过程实现了污泥的低能耗处理处置和资源化综合利用，为城市污水处理厂污泥处理处置提供了一种新的解决途径。

具体而言，本发明相较于现有技术，具有以下优点：

（1）通过好氧发酵的方法来降低污泥含水率属于污泥的生物处理技术，相对于污泥脱水的物理、化学处理方法而言，具有低能耗、低物耗的特点；

（2）通过对污泥进行造粒后好氧发酵，在发酵过程中通过鼓风机强制通风供氧，省去了传统污泥好氧发酵中的翻抛过程，节省了机械投资和运营费用，而且强制通风还有利于污泥中水分的去除；

（3）在污泥造粒过程中，加入复合菌BYM，这属于一种好氧发酵复合菌种，在物料发酵过程中，能够很好的将长碳链有机物分解成小分子的有机物，而且反应过程为好氧过程，不会产生氨气，发酵过程没有臭味；BYM菌属于微生物复合菌种，添加后的污泥进行好氧发酵，发酵完成后的产品具有部分微生物肥料的效果，有利于产品的资源化利用；

（4）发酵过程中，通过对堆体温度和堆体中氧气浓度采取自动化数字控制技术，在保证堆体空气中氧含量的同时，堆体内部温度可以较好的控制在50~65℃，在整个发酵过程中，堆体内部温度可以维持在50℃以上5~10d甚至更长时间，实现充分发酵，从而满足《粪便无害化卫生标准》（GB7959-87）的要求。

附图说明

图1为污泥造粒后好氧发酵工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的解释说明。

实施例1

如图1所示，本发明所提供的利用微生物发酵来降低污泥含水率的脱水方法主要包括造粒和发酵两个步骤，具体阐述如下：

（1）物料混合造粒和菌种投加

以制备100kg的发酵用颗粒污泥为例，开启圆盘造粒机后，首先将55kg城镇生活污水处理厂的团状污泥（含水率75%~80%）投加至圆盘造粒机中，污泥投加完毕后，以污泥：干物料：秸秆质量比为0.55:0.35:0.10的比例投加干物料和粉碎后的秸秆，即干物料投加量为35kg、秸秆投加量为10kg。干物料使用的是晾晒后含水率为30%的污泥，秸秆使用的是经粉碎后的小麦秸秆，粉碎后的秸秆粒径在10~20mm范围内。

造粒过程中，圆盘造粒机内置的锤片粉碎装置将混合物料进一步粉碎并混合，在圆盘造粒机的运转过程中，混合物料在重力和速度差作用下物料不断上升和下降，滚动成球，最终达到混合造粒的目的。

造粒过程中，为了防止污泥在圆盘上粘结，圆盘造粒机上安装多个刮刀。

在造粒过程中，物料投加时，首先投加少量干物料，以防止投加湿污泥时在圆盘造粒机上粘附，再依次加入湿污泥和干物料、秸秆。由于首先投加的是湿污泥，后投加的干物料和秸秆，并且干物料和秸秆是在圆盘造粒机不断转动、物料不断混合时投加的，所以最终所造颗粒污泥会形成以湿污泥为粒芯，外面包裹干物料和秸秆的内湿外干的颗粒污泥。

在混合物料造粒过程中，投加复合菌种BYM，菌种的投加量以混合物料总质量的0.5%计，为0.5kg。

复合菌种BYM引自日本磐亚株式会社-日本酵素世界社，为一种包含细菌、酵母菌和丝状菌三类微生物的复合菌种，引进后按其原菌1﹕100扩大培育后使用。

经过20min数分钟的混合造粒后，圆盘造粒机内的颗粒污泥粒径在10~30mm左右，造粒完成。

（2）好氧发酵

造粒完成后，开启圆盘造粒机的出料装置，同时开动输送机，将圆盘造粒机中造粒完成的颗粒污泥，输送至专用的发酵仓内。

本实施例所采用的发酵仓为圆柱形，直径1.0m，高度3m，物料堆集有效高度为2m。发酵仓底部装有格栅筛网，颗粒污泥堆集在格栅筛网之上，下部通过鼓风机通风供氧，空气透过格栅筛网进入到污泥堆体中，以满足微生物发酵过程中的需要，并能够同时实现去除堆体中水分的目的。发酵仓顶部安装有集气罩，以收集发酵过程中的尾气进行检测。发酵仓的有效容积为1.57m³，造粒完成后的污泥容重为0.8~0.9 t/m³，一次可装填物料1.25~1.41 t。

本实施例所采用的圆盘造粒机每次可处理混合物料100~200kg，经过7批次造粒后，发酵仓内装填颗粒污泥约为1.3t。

在发酵仓装填完成即可进行好氧发酵。发酵过程中，通过温度传感器、氧气浓度检测仪器可以适时调整鼓风机通风量，可以在氧气浓度过低时或堆体内部发酵温度高于65℃时加大通风量，反之则降低通风量，总之，在调节通风量时要综合考虑堆体温度和堆体氧气浓度的协调，当堆体内部发酵温度保持在50~60℃时，需保证堆体内空气中氧气含量在10%（体积比）以上。

发酵过程中定期监测物料的含水率和温度变化情况。

发酵仓，颗粒污泥发酵过程中，约25小时后，堆体内部温度即上升至50℃以上，并连续7天堆体内部温度保持在50~65℃，在第9天，温度开始逐渐下降，直至第12天下降至25℃左右（室温附近），在此过程中堆体空气中氧气含量始终保持在10%（体积比）以上，此时温度保持在室温附近也不再上升，并测得物料的含水率已降至28%，表明发酵过程已经完成。

（3）产品利用

最终经微生物发酵脱水后的污泥产品，实现了含水率降至30%以下的目的，而初次发酵后的物料除直接作为其他用途外，也可作为污泥脱水用干物料即返混料使用。

实施例2

本实施例所采用的利用微生物发酵来降低污泥含水率的脱水方法与实施例1相同，造粒过程相同，区别在于物料比例及堆体好氧发酵方式，具体区别及实验过程如下：

本实施例所采用的各物料的混合比例如下：

按质量比，污泥：干物料：秸秆质=0.50:0.40:0.10，复合菌种BYM的投加量为0.25%。干物料使用实施例1最终制备的多批次发酵完成的颗粒污泥。

本实施例采用静态堆集发酵方式，经过造粒后的颗粒污泥约30t左右，进行静态堆集，堆体为圆锥形，高度为3m，堆体底部铺设有通风管道，堆体内置有温度测量装置和氧气含量测定仪。

发酵过程中，通过温度传感器、氧气浓度检测仪器可以适时调整鼓风机通风量，在氧气浓度过低时或堆体内部发酵温度高于65℃时加大通风量，反之，则减小通风量，总之，在调节通风量时要综合考虑堆体温度和堆体氧气浓度的协调，当堆体内部发酵温度保持在50~60℃时，需保证堆体内空气中氧气含量在10%（体积比）以上。

经过15天的充分发酵后，监测到物料的含水率降至30%以下，堆体内部温度保持在30℃左右，表面温度接近室温25℃，表明发酵过程完成。

需要说明的是，本发明的具体实施方式并不局限于以上2种。造粒过程中，所用干物料因最终产品用途不同，所添加的干物料有所差异，例如最终产品作为建筑材料（如水泥原料和燃料）时，可添加粉煤灰或素土并提高其使用比例；如果作为有机复合肥使用，则宜使用发酵脱水后的颗粒污泥即返混料。在实施本发明时，造粒过程初次启动时，也可以使用如实例1中所述晾晒后含水率在30%以下的污泥来替代。

造粒过程中所使用的粉碎后的秸秆，一方面是为了调节混合物料的含水率，一方面还具有在造粒后的颗粒污泥中充当骨架的作用，本发明中所述秸秆一般采用农田秸秆，如麦秸、花生秸秆、玉米秸秆，还可以使用杂草、木屑、锯末等。

混合物料造粒完成后，可选择如实施例2所述静态堆集发酵或者使用如实施例1所述专门的发酵仓进行发酵，在确保通风均匀的前提下，发酵仓直径理论上可以无限大，其高度可达3~8m。

当采用静态堆集发酵时，可在堆料底部铺设通风管道，发酵过程中采用鼓风机强制通风供氧，通风过程也有利于堆体中所产生的水分快速去除。当物料堆集高度低于2m时，也可以省去强制通风过程，通过自然通风达到供氧和去除水分的目的。

当选用发酵仓进行发酵时，可将颗粒污泥运送至专用的好氧发酵仓内进行好氧发酵，通过控制发酵仓下部出料和上部进料速度，实现物料的连续进出。

发酵过程中应定期监测物料的含水率和温度变化情况。当温度不再升高，含水率下降至30%以下时，表示发酵过程完成，此过程一般需要7~15d。

最终发酵脱水后的污泥产品，含水率降至30%以下，可以直接填埋处置，也可以进一步的综合开发利用。由于发酵过程中加入了复合菌种BYM，成品具有部分微生物肥料的功效，因此对于产品的资源化利用具有十分重要的意义。当产品中重金属、有机质含量符合国家相关标准时，可以制成有机复合肥料；重金属含量较高，有机质含量较低的，可以直接作为建筑材料（如水泥原料等）或者烧制成轻质陶粒；成品含有有机质，具有一定的燃烧值，还可以作燃料使用。

Claims (3)

1.一种利用微生物发酵来降低污泥含水率的脱水方法，包括以下步骤：

（1）将污泥、干物料、粉碎后的秸秆混合造粒；

所述污泥为城镇生活污水处理厂含水率60%~80%的团状污泥；

所述干物料为返混料、粉煤灰或素土；

所述粉碎后的秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆或花生秸秆中一种或任意几种任意比例的混合物，粉碎后粒径为3~50mm；

各物料以质量百分比计，污泥40%~60%，干物料30%~40%，秸秆5%~15%；

（2）造粒过程中，在混合物料中添加复合菌种BYM，使菌种均匀混合于颗粒污泥中；

所述复合菌种BYM来自日本磐亚株式会社-酵素菌世界社，原菌按1:100培育成扩大菌使用，用量为步骤（1）中混合物料质量的0.1%~0.5%；

（3）造粒完成后将颗粒污泥进行好氧发酵；

步骤（3）中堆体内部发酵温度保持在50~65摄氏度5~15d。

2.如权利要求1所述利用微生物发酵来降低污泥含水率的脱水方法，其特征在于，步骤（1）中所述造粒采用圆盘造粒机造粒，造粒起始过程首先投加少量干物料，再添加污泥、干物料和粉碎后的秸秆，造粒后的颗粒污泥粒径为Φ3~50mm。

3.如权利要求1所述利用微生物发酵来降低污泥含水率的脱水方法，其特征在于，步骤（3）中发酵过程中利用鼓风机进行强制通风供氧。