CN108164293A - 一种快速提高城镇生活污泥好氧发酵速率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种快速提高城镇生活污泥好氧发酵速率的方法，包括以下步骤：S1、原始污泥的预处理，将城镇污水处理厂产生的脱水污泥调制成含水率为90%～92%的泥水混合物；向所述泥水混合物中加入六价Fe化合物，充分氧化反应后进行脱水粉碎，粉碎后的污泥即是发酵原料；S2、好氧堆肥发酵，将步骤S1得到的发酵原料采用静态好氧堆肥方式进行发酵，得到完全腐熟物料；本发明使用经氧化处理后的脱水污泥作为原料进行好氧发酵，可以促进发酵物料的升温，使细胞内的有机质快速溶出，有机物分解速度加快，发酵周期大大缩短，提高了污泥处理效率；且不需要添加其他生物发酵剂，高温保持时间较长，发酵过程能耗低，成本低，工艺更加简单。

Description

一种快速提高城镇生活污泥好氧发酵速率的方法
技术领域
本发明涉及污泥处理技术领域，具体是一种快速提高城镇生活污泥好氧发酵速率的方法。
背景技术
污泥有机质含量高、含水率大、易腐败产生恶臭、滋生蚊蝇，传播病原菌等，如不妥善处置将造成极大的环境污染。随着我国污水处理事业的快速发展 ，城市污水处理厂的污泥产量也越来越大，污泥的安全处置已成为当今城市环境保护亟需解决的难题。现行的污泥处置方式主要有：填埋、焚烧及建材利用、土地利用等。相比于填埋、焚烧等污泥处置方法，污泥的土地资源化利用是最有前景的污泥处置方法之一。而污泥好氧发酵技术是实现污泥土地资源化利用的主要手段。
污泥好氧发酵是指在人工控制的条件下，利用自然界中广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物的新陈代谢作用，在中高温好氧条件下，把污泥中可降解的有机物转化为稳定的腐殖质的过程，达到无害化、稳定化的要求，以便利用或进一步妥善处理，使其回到自然环境中去。
污泥好氧发酵过程分为发热（或称中温）、高温、降温和腐熟化四个阶段。其中前三个阶段的过程称为一次发酵（也称主发酵），腐熟化阶段称为二次发酵。
其中，一次发酵过程，由发热阶段的启动发酵的过程开始，在好气性条件下开始分解易分解的有机物质（如简单糖类、淀粉、蛋白质等），产生大量的热，不断推高发酵温度，从20℃左右上升至40℃左右；随之进入高温发酵阶段，对基质中复杂的有机物质（如纤维素、半纤维素、果胶物质等）进行强烈分解，热量积累，发酵温度上升至60-70℃，堆肥物质逐步进入稳定化状态，该阶段对加快堆肥的腐熟起着至关重要的作用，同时对基质中携带的动植物病原体，以及杂草种子等进行有效的灭杀。当高温阶段持续一定时间后，纤维素、半纤维素、果胶物质大部分已被分解，微生物的活动减弱，温度逐渐下降，即发酵过程进入降温阶段，当温度下降到40℃以下时，中温性微生物又成为优势种类，继续对剩下很难分解的复杂成分（如木质素）和新形成的腐殖质进行分解。由此可以得出，一次好氧发酵过程对污泥减量化、无害化及稳定化处理起到了关键性的作用。
影响好氧发酵一次发酵过程的因素有：物料初始含水率、C/N比、透气性、发酵温度和通风供氧量等。其中，发酵温度是关键的工艺参数，也是反映污泥堆肥发酵是否正常的最直接、最敏感的指标，且受到其它因素的影响。特别是高温期的温度，如果达不到必要的温度，或持续时间不够，对整体好氧发酵速率和效果影响是极大的。对于良好的一次发酵过程的温度要求，前期升温快，高温阶段温度在55℃～65℃（不超过70℃），且持续时间适度，后期温度下降平缓。
针对传统好氧发酵工艺存在的发酵周期长（表现为起温速率慢）、效果不理想（表现为高温保持时间较短）的状况，一些科研机构、企业开展了一定研究。目前主要采用以下技术措施来提高发酵起温速率：
一、添加调理剂，调节堆料碳氮比；堆肥物料的C/N比直接关系到微生物对有机质的降解能力，从而影响到污泥堆肥升温过程的进行。通常添加秸秆、木屑、纸屑、树枝、粉煤灰等物质调整C/N比，增加透气性，通过改变堆体结构，促进微生物对有机质的降解，达到堆体升温的目的。
二、添加生物菌种，用以增加堆肥中初始微生物的总数，增强复合微生物菌群各菌种之间相互协同作用，形成复杂而稳定的生态***，促进堆层中的微生物快速繁殖，并维持在相对稳定的较高水平上。一定量的微生物可以迅速分解堆料中的有机物，从而加快堆肥腐熟，缩短堆肥时间。
三、外部供给热能的方式，例如中国专利申请《三阶段温度控制堆肥法》（公开号CN02120353.9）即公开了一种热能供给堆肥方法，其在堆肥初期利用堆肥自身产热，通热空气使堆肥在3～5小时内迅速达到75℃以上的高温，并维持6～10小时，利用高温将堆料中各种杂菌杀死，然后冷却到室温。接种复合微生物堆肥菌剂，自然发酵温度达到60℃时冷却得到含有大量接种微生物的功能菌肥，用于下次堆肥接种，接种量为20%。
虽然以上所述的技术措施对改善污泥好氧发酵的速率都有一定的促进作用，但是发酵前期或添加大量的辅料，或添加外来生物菌种，或外部提供污泥发酵热能，这些技术使发酵工艺变得繁复，提高了发酵成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速提高城镇生活污泥好氧发酵速率的方法，该方法通过调整发酵污泥原料本身特性，提高发酵污泥自然升温速率，无须添加外部接种菌剂，发酵周期短、处理效率高，工艺简单成本低。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种快速提高城镇生活污泥好氧发酵速率的方法，包括以下步骤：
S1、原始污泥的预处理，
将城镇污水处理厂产生的脱水污泥调制成含水率为90%～92%的泥水混合物；向所述泥水混合物中加入六价Fe化合物，充分氧化反应后进行脱水粉碎，粉碎后的污泥即是发酵原料；
S2、好氧堆肥发酵，
将步骤S1得到的发酵原料采用静态好氧堆肥方式进行发酵，得到完全腐熟物料。
进一步的，步骤S1中六价Fe化合物的加入量为干泥量的0.2%～0.4%，氧化反应时间为5～10min。
进一步的，步骤S1脱水后污泥的含水率为55%～58%。
进一步的，其特征在于，步骤S1粉碎后污泥的粒径为0.5～1.0cm。
进一步的，步骤S2发酵时采用间歇式通风方式，通风前对发酵原料密闭4～7小时。
进一步的，步骤S2发酵升温阶段的间歇式通风为通风2～5min、暂停2小时，通风速率为0.2～0.4m3/h；发酵高温阶段的间歇式通风为通风10～15min、暂停2小时，通风速率为0.5～1.0m3/h；发酵降温阶段的间歇式通风为通风2～5min、暂停2小时，通风速率为0.2～0.4m3/h。
本发明的有益效果是：
一、本发明使用经氧化处理后的脱水污泥作为原料进行好氧发酵，可以促进发酵物料的升温，堆体温度16～24小时就上升到55℃以上，最高温度可达到70℃，且在高温阶段可保持3～6天。
二、本发明堆肥发酵原料经过氧化处理，用于发酵的污泥细胞壁和胞外的刚性结构得到破解，使细胞内的有机质快速溶出，有机物分解速度加快，使得发酵周期大大缩短，提高了污泥处理效率。
三、使用六价Fe化合物作为氧化剂，预处理时对污泥已经有一定的杀菌作用，经后续好氧发酵后，病原菌及杂草种子等灭除更彻底。
四、六价Fe化合物的加入能够改变原始污泥的脱水性能，深度脱水后含水率为55%～58%，并不需要额外添加物料调节污泥含水率，大大简化了发酵步骤，节约了发酵成本。
五、本发明不需要添加其他促进升温的生物发酵剂，对污泥本身进行改善即可使发酵物料自然升温至70℃，且高温保持时间较长，发酵过程能耗低，成本低，工艺更加简单。
六、本发明在发酵时采用间歇式通风方式，提高发酵效率。
附图说明
图1是本发明发酵过程与传统发酵过程的温度曲线图。
具体实施方式
本发明提供一种快速提高城镇生活污泥好氧发酵速率的方法，包括以下步骤：
S1、原始污泥的预处理，
将城镇污水处理厂产生的脱水污泥调制成含水率为90%～92%的泥水混合物；向所述泥水混合物中加入六价Fe化合物，例如高铁酸钾，充分氧化反应后进行脱水粉碎，粉碎后的污泥即是发酵原料；
作为优选的，六价Fe化合物的加入量为干泥量的0.2%～0.4%，氧化反应时间为5～10min；脱水后污泥的含水率为55%～58%；粉碎后污泥的粒径为0.5～1.0cm；
S2、好氧堆肥发酵，
将步骤S1得到的发酵原料采用静态好氧堆肥方式进行发酵，得到完全腐熟物料。
作为优选的，步骤S2发酵时采用间歇式通风方式，通风前对发酵原料密闭4～7小时；发酵升温阶段的间歇式通风为通风2～5min、暂停2小时，通风速率为0.2～0.4m3/h；发酵高温阶段的间歇式通风为通风10～15min、暂停2小时，通风速率为0.5～1.0m3/h；发酵降温阶段的间歇式通风为通风2～5min、暂停2小时，通风速率为0.2～0.4m3/h。
作为优选的，在堆肥过程还可以进行翻堆处理，在发酵高温阶段还可加大翻堆频率。当发酵堆体温度趋于环境温度时，进行翻堆处理后，堆体温度仍无明显上升可停止通风，堆肥的一次发酵期结束，再进过二次发酵，即腐熟化阶段后，得到堆肥。
城镇污水厂产生的剩余污泥主要是由微生物絮状体组成的，絮状体主要是由蛋白质、脂质、糖类等有机物组成的，而由于微生物细胞表面的细胞壁与细胞膜的阻隔，使得污泥在发酵过程中微生物分泌的水解酶不能顺利进入微生物细胞内，从而限制了水解的速率。因此，如污泥不经预处理直接用来发酵会出现发酵周期长、降解率低等缺点。
为了提高污泥中有机质的溶出率、大分子有机物的降解率，本发明在好氧发酵之前对污泥进行预处理，让微生物细胞外的胞外聚合物破解，进而打破微生物细胞壁，使得细胞内的蛋白质、碳水化合物、糖类溶出，作为微生物的底物利用物质被分解，提高污泥的好氧发酵性能。
本发明选择具有强氧化性的六价Fe化合物直接氧化破解污泥中微生物的细胞壁或胞外的刚性结构，使细胞内的有机质快速溶出，增加了污泥中溶解性有机物浓度，这样不仅缩短了水解速率，又大大缩短了后续好氧发酵的发酵时间，从而达到提高好氧堆肥速率的目的。此外，分解后产生的Fe3+具有刺激微生物生长的作用，并且对微生物的脱氢酶活性具有促进作用，使微生物具有较高活性，更加有利于后续好氧发酵的进行。
如图1所示，本发明相较于传统方法能够大大缩短发酵周期，提高污泥处理效率，本发明使用经氧化处理后的脱水污泥作为原料进行好氧发酵，可以促进发酵物料的升温，堆体温度16～24小时就上升到55℃以上，最高温度可达到70℃，且在高温阶段可保持3～6天。
以蚌埠地区生活污泥为例，采用本发明的方法进行好氧发酵后，腐熟物料检测结果见下表：
表1
表2
表3
由表1可见，采用本方法发酵后的腐熟物料各项指标均达到污泥农用标准要求，符合发酵污泥农用条件。
由表2可见，采用本方法发酵后的腐熟物料各项指标均达到堆肥产品卫生学标准，能够消除病虫害。
由表3可见，采用本方法经发酵后种子发芽率指数明显高于标准要求，且比传统方法更快速起温，高温持续时间也较长。
通过对发酵原料的调整处理，本发明还可应用于有机工业污泥、养殖厂牲畜粪便、有机餐厨垃圾的处理，发酵产物可用作有机菌肥、营养土或饲料等。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种快速提高城镇生活污泥好氧发酵速率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、原始污泥的预处理，
将城镇污水处理厂产生的脱水污泥调制成含水率为90%～92%的泥水混合物；向所述泥水混合物中加入六价Fe化合物，充分氧化反应后进行脱水粉碎，粉碎后的污泥即是发酵原料；
S2、好氧堆肥发酵，
将步骤S1得到的发酵原料采用静态好氧堆肥方式进行发酵，得到完全腐熟物料。
2.根据权利要求1所述的一种快速提高城镇生活污泥好氧发酵速率的方法，其特征在于，步骤S1中六价Fe化合物的加入量为干泥量的0.2%～0.4%，氧化反应时间为5～10min。
3.根据权利要求1所述的一种快速提高城镇生活污泥好氧发酵速率的方法，其特征在于，步骤S1脱水后污泥的含水率为55%～58%。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种快速提高城镇生活污泥好氧发酵速率的方法，其特征在于，步骤S1粉碎后污泥的粒径为0.5～1.0cm。
5.根据权利要求1所述的一种快速提高城镇生活污泥好氧发酵速率的方法，其特征在于，步骤S2发酵时采用间歇式通风方式，通风前对发酵原料密闭4～7小时。
6.根据权利要求5所述的一种快速提高城镇生活污泥好氧发酵速率的方法，其特征在于，步骤S2发酵升温阶段的间歇式通风为通风2～5min、暂停2小时，通风速率为0.2～0.4m3/h；发酵高温阶段的间歇式通风为通风10～15min、暂停2小时，通风速率为0.5～1.0m3/h；发酵降温阶段的间歇式通风为通风2～5min、暂停2小时，通风速率为0.2～0.4m3/h。
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