CN110171996A - 一种利用活性污泥制备的有机无机复合肥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用活性污泥制备的有机无机复合肥及其制备方法。所述方法包括如下步骤：S1：调节活性污泥的后压干得滤饼；S2：将滤饼干燥；S3：然后将滤饼进行破碎处理，然后与煤粉混合，煅烧得有机生物炭；S4：将明胶厂含磷废渣和草木灰混合，然后调整pH，静置熟化后得废渣；S5：将有机生物炭粉碎，然后和废渣混合，造粒，烘干，过筛即得所述有机无机复合肥。本发明提供的方法处理费用低，效果好，可充分利用活性污泥资源，实现变废为宝；另外，污泥中的重金属及其他不利元素得到去除，可大为提高其达到农用肥标准，而不存在二次污染风险；制备得到的有机无机复合肥可大为提高肥效，具有可观的市场销路和利润前景。

Description

一种利用活性污泥制备的有机无机复合肥及其制备方法
技术领域
本发明属于污泥处理与资源回收利用领域，具体涉及一种利用活性污泥制备的有机无机复合肥及其制备方法。
背景技术
随着城市的发展，市政污水处理厂的规模和处理量也在不断扩大。活性污泥法作为目前最为成熟的生物法，在市政污水处理中应用广泛，然而作为生物处理过程的副产物，污水处理厂的剩余污泥量逐年增加，约占水量的0.3％～0.5％，而且约80％的污泥尚未得到妥善处理，污泥的处理与处置费用约占污水处理厂运行费用的一半，成为污水厂的严重负担。不同的处理方法和处理单元的污泥产量也不同。此外，剩余污泥成分复杂，通常含有大量的有毒有害物质，如细菌、病毒、重金属等，过去往往将剩余污泥简单处理后丢弃至环境中，这不仅对环境造成危害，而且忽视了污泥中许多可再利用的成分(如氮、磷、有机物等)。如何经济有效地处置剩余污泥并回收资源已成为研究热点。目前现主要采用的污泥处置方法有：
1)卫生填埋。该方法是指对城市垃圾和废物在卫生填埋场进行的填埋处置。发达国家大约38％的剩余污泥都通过卫生填埋处理。土地填埋在我国应用较为广泛。污泥填埋就是先将污泥进行物理脱水如机械压滤等脱水，然后对体积缩减的污泥进行处理。污泥填埋工艺简单，易操作，但需要较大的土地面积和高昂的污泥运输费用，操作不当则会造成污染地下水和有毒气体逃逸等问题。
2)污泥焚烧。污泥焚烧即在有氧条件下，以污泥自身的有机物为燃料，实现污泥体积的减少和病菌杀灭，发达国家大约10.5％的剩余污泥采用焚烧法处理。然而焚烧法存在设备投资大、运行费用高等问题，且易产生污染物如氮氧化合物、致癌物二噁英等，污泥的易挥发性还会导致燃烧不稳定、损伤锅炉。
3)土地资源化利用。由于可用填埋场土地面积的减少和污泥焚烧的昂贵，土地利用被认为是一种有效的剩余污泥处置方法。污泥土地利用即将污泥经稳定化和无害化处理后，添加到土壤中并利用其中的有机物和微量元素(如Ca、Mg、Cu等)促进植物生长。土地利用能耗低，可实现污泥的资源化利用。但剩余污泥中存在大量病菌，重金属及POPs等难降解有毒物质,会造成土地严重的污染。
4)好氧消化与厌氧消化。污泥好氧消化即通过曝气充氧，污泥中微生物通过内源呼吸代谢，分解为二氧化碳、水等简单无机物的过程，因其易操作、建设费用低，多应用于小型污水处理厂。随着能源价格上涨和厌氧消化的深入研究，其应用逐渐减少。污泥厌氧消化是一种广泛应用的剩余污泥处理法，其主要缺点是剩余污泥中残存一定量的重金属，在厌氧消化过程中可能会使重金属释放，造成二次污染。
综上所述，目前剩余活性污泥处理及回收利用主要存在以下问题：
1、现有污泥处理方法如卫生填埋处理成本较高，占地大；
2、污泥焚烧方法会造成污泥中有价资源浪费，同时造成成大气二次污染；
3、土地资源化利用或生物方法处理，尽管污泥中有价资源得到了利用，但易存在重金属二次污染。
因此，针对活性污泥开发一种处理成本低，资源充分利用，不会造成二次污染的方法具有重要的研究意义和经济价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术污泥的处理及回收利用存在处理成本高，资源利用不充分，易造成二次污染的缺陷或不足，提供一种利用活性污泥制备有机无机复合肥的方法。本发明将活性污泥除去重金属后，进行干燥，然后与煤粉混合进行炭化处理得到有机生物炭，再将有机生物炭与其他无机化合物混合，并采用造粒制肥工艺制备成含水保湿复合肥，可用于花卉种植。本发明提供的方法处理费用低，效果好，可充分利用活性污泥资源，实现变废为宝；另外，污泥中的重金属及其他不利元素得到去除，可大为提高其达到农用肥标准，而不存在二次污染风险；制备得到的有机无机复合肥可大为提高肥效，具有可观的市场销路和利润前景。
本发明的另一目的在于提供一种有机无机复合肥。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用活性污泥制备有机无机复合肥的方法，包括如下步骤：
S1：调节活性污泥的pH为2～3后压干得滤饼；
S2：将滤饼干燥至含水量不高于40％；
S3：然后将滤饼进行破碎处理至其粒径为1～1.5cm，然后与煤粉按2:1～5:1的质量比混合，煅烧得有机生物炭；
S4：将明胶厂含磷废渣和草木灰按1:1～1.5:1的质量比混合，然后调整pH为5.5～7，静置熟化后得废渣；
S5：将有机生物炭粉碎至粒径为50～100目，然后和废渣混合，造粒，烘干，过筛即得所述有机无机复合肥；所述有机无机复合肥中有机生物炭的质量分数不小于50％。
本发明通过调节活性污泥的pH使得污泥中的重金属氢氧化物和重金属其它沉淀物发生溶解，进行压干后实现污泥中大部分重金属离子的去除，后续进行处理后再进行利用时不存在二次污染风险。然后通过干燥、破碎处理，并将其与煤粉混合，炭化得到有机生物炭。另外，通过含磷废渣和草木灰混合及pH调控，熟化得到废渣，可释放含磷废渣中的磷酸盐，并使草木灰中的K2O转化为K2SO4，其中微量元素转化为水溶性硫酸盐；将有机生物炭和废渣混合，并采用造粒制肥工艺制备成含水保湿复合肥，可用于花卉种植。
本发明提供的方法处理费用低，效果好，可充分利用活性污泥资源，实现变废为宝；另外，污泥中的重金属及其他不利元素得到去除，可大为提高其达到农用肥标准，而不存在二次污染风险；制备得到的有机无机复合肥可大为提高肥效，具有可观的市场销路和利润前景。
优选地，所述活性污泥为城市污水处理厂收集的剩余污泥。
优选地，S1中利用硫酸或盐酸中的一种或几种调节pH。
优选地，S1中滤饼的含水量为80～85％。
优选地，S2中干燥至含水量为25～40％。
优选地，S3中煤粉的粒径为0.3～0.5cm。
优选地，S4中利用硫酸调节pH，所述硫酸的质量分数为50～60％。
优选地，S4中含磷废渣为明胶厂含磷废渣。
优选地，S4中秸秆灰为发电厂秸秆灰。
优选地，S4中熟化的时间为5～8天。
优选地，S5有机无机复合肥中有机生物炭的质量分数为65～70％。
本发明还请求保护有机无机复合肥，通过上述制备方法制备得到。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过调节活性污泥的pH使得污泥中的重金属氢氧化物和重金属其它沉淀物发生溶解，进行压干后实现污泥中大部分重金属离子的去除，后续进行处理后再进行利用时不存在二次污染风险。然后通过干燥、破碎处理，并将其与煤粉混合，炭化得到有机生物炭。另外，通过含磷废渣和草木灰混合及pH调控，熟化得到废渣，可释放含磷废渣中的磷酸盐，并使草木灰中的K2O转化为K2SO4，其中微量元素转化为水溶性硫酸盐；将有机生物炭和废渣混合，并采用造粒制肥工艺制备成含水保湿复合肥，可用于花卉种植。
本发明提供的方法处理费用低，效果好，可充分利用活性污泥资源，实现变废为宝；另外，污泥中的重金属及其他不利元素得到去除，可大为提高其达到农用肥标准，而不存在二次污染风险；制备得到的有机无机复合肥可大为提高肥效，具有可观的市场销路和利润前景。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
本发明各实施例选用的活性污泥为城市污水处理厂收集的剩余污泥，经检测，其含水量为85％，含有重金属Cd 123mg/kg(以干污泥进行计算)，Cu 234mg/kg(以干污泥进行计算)，Pb 63mg/kg(以干污泥进行计算)，Zn 1125mg/kg(以干污泥进行计算)，Cr 67mg/kg(以干污泥进行计算)，Ni 49mg/kg(以干污泥进行计算)，Hg 3.7mg/kg(以干污泥进行计算)，As 17mg/kg(以干污泥进行计算)。
本发明各实施例选用的含磷废渣为明胶厂含磷废渣，经检测磷含量为6.5％。
本发明各实施例选用的秸秆灰为发电厂秸秆灰，经检测钾含量为19.1％。
实施例1
本实施例提供一种有机无机复合肥，其制备方法如下。
(1)活性污泥炭化：首先将城市污水处理厂收集的剩余污泥集中在污泥调节池中，利用硫酸溶液调节其pH在3以去除部分重金属，预处理的活性污泥再经压滤机压干至含水率在85％范围；经压干的活性污泥滤饼进入热泵干燥***进行干燥，将污泥中的含水率进一步降低至40％范围；经干燥的污泥进入破碎机，将其破碎至粒径在1～1.5cm范围，然后将干燥的污泥与粒径为0.3～0.5cm的煤粉按重量比为2:1进行混合，并将该混合物连续投入到炭化炉中制备有机生物炭，作为制备复合肥的保湿保肥的基质；将上述制备的有机生物炭用粉碎机粉碎至粒径在50～100目范围，用于后续复合肥的生产。
(2)复配成分处理：将明胶厂含磷废渣与发电厂秸秆灰按重量比为1.5:1进行混合，然后加入60％的浓硫酸调整pH达到7，放置8天使其自然反应熟化，以释放其中的磷酸盐，并使秸秆灰中的K2O转化为K2SO4，其中微量元素转化为水溶性硫酸盐。
(3)有机无机符合肥造粒：将上述步骤中经活化处理的废渣与粉碎的有机生物炭，按有机生物炭质量65％的比例进行复混，搅匀后用皮带输送机送入滚筒造粒机中造粒，成粒后送入滚筒烘干机，在烘干机中烘干，最后经过筛、冷却、包装等工序制成产品。
实施例2
本实施例提供一种有机无机复合肥，其制备方法如下。
(1)活性污泥炭化：首先将城市污水处理厂收集的剩余污泥集中在污泥调节池中，利用硫酸溶液调节其pH在2以去除部分重金属，预处理的活性污泥再经压滤机压干至含水率在80％范围；经压干的活性污泥滤饼进入热泵干燥***进行干燥，将污泥中的含水率进一步降低至25％范围；经干燥的污泥进入破碎机，将其破碎至粒径在1～1.5cm范围，然后将干燥的污泥与粒径为0.3～0.5cm的煤粉按重量比为5:1进行混合，并将该混合物连续投入到炭化炉中制备有机生物炭，作为制备复合肥的保湿保肥的基质；将上述制备的有机生物炭用粉碎机粉碎至粒径在50～100目范围，用于后续复合肥的生产。
(2)复配成分处理：将明胶厂含磷废渣与发电厂秸秆灰按重量比为1:1进行混合，然后加入50％的硫酸调整pH达到5.5，放置5天使其自然反应熟化，以释放其中的磷酸盐，并使秸秆灰中的K2O转化为K2SO4，其中微量元素转化为水溶性硫酸盐。
(3)有机无机复合肥造粒：将上述步骤中经活化处理的废渣与粉碎的有机生物炭，按有机生物炭质量为70％的比例进行复混，搅匀后用皮带输送机送入滚筒造粒机中造粒，成粒后送入滚筒烘干机，在烘干机中烘干，最后经过筛、冷却、包装等工序制成产品。
实施例3
本实施例提供一种有机无机复合肥，其制备方法如下。
(1)活性污泥炭化：首先将城市污水处理厂收集的剩余污泥集中在污泥调节池中，利用硫酸溶液调节其pH在2.5以去除部分重金属，预处理的活性污泥再经压滤机压干至含水率在83％范围；经压干的活性污泥滤饼进入热泵干燥***进行干燥，将污泥中的含水率进一步降低至32％范围；经干燥的污泥进入破碎机，将其破碎至粒径在1～1.5cm范围，然后将干燥的污泥与粒径为0.3～0.5cm的煤粉按重量比为3.5:1进行混合，并将该混合物连续投入到炭化炉中制备有机生物炭，作为制备复合肥的保湿保肥的基质；将上述制备的有机生物炭用粉碎机粉碎至粒径在50～100目范围，用于后续复合肥的生产。
(2)复配成分处理：将明胶厂含磷废渣与发电厂秸秆灰按重量比为1.2:1进行混合，然后加入55％的硫酸调整pH达到6，放置6天使其自然反应熟化，以释放其中的磷酸盐，并使秸秆灰中的K2O转化为K2SO4，其中微量元素转化为水溶性硫酸盐。
(3)有机无机复合肥造粒：将上述步骤中经活化处理的废渣与粉碎的有机生物炭，按有机生物炭质量为68％的比例进行复混，搅匀后用皮带输送机送入滚筒造粒机中造粒，成粒后送入滚筒烘干机，在烘干机中烘干，最后经过筛、冷却、包装等工序制成产品。
对实施例1和2中的有机无机复合肥中各类性能指标进行测定，符合有机-无机复混肥料国家标准(GB 18877—2009)，测试结果如表1和表2(测定方法见GB 18877—2009所述标准方法。
表1实施例1和2提供的有机无机复合肥测定结果
表2实施例1和2提供的有机无机复合肥测定结果
由上述可知，本发明提供的方法处理费用低，效果好，可充分利用活性污泥资源，实现变废为宝；另外，污泥中的重金属及其他不利元素得到去除，可大为提高其达到农用肥标准，而不存在二次污染风险；制备得到的有机无机复合肥可大为提高肥效，具有可观的市场销路和利润前景。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用活性污泥制备有机无机复合肥的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：调节活性污泥的pH为2～3后压干得滤饼；
S2：将滤饼干燥至含水量不高于40％；
S3：然后将滤饼进行破碎处理至其粒径为1～1.5cm，然后与煤粉按2:1～5:1的质量比混合，煅烧得有机生物炭；
S4：将明胶厂含磷废渣和草木灰按1:1～1.5:1的质量比混合，然后调整pH为5.5～7，静置熟化后得废渣；
S5：将有机生物炭粉碎至粒径为50～100目，然后和废渣混合，造粒，烘干，过筛即得所述有机无机复合肥；所述有机无机复合肥中有机生物炭的质量分数不小于50％。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，S1中利用硫酸或盐酸中的一种或几种调节pH。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，S1中滤饼的含水量为80～85％。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，S2中干燥至含水量为25～40％。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，S3中煤粉的粒径为0.3～0.5cm。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，S4中利用硫酸调节pH，所述硫酸的质量分数为50～60％。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，S4中熟化的时间为5～8天。
8.根据权利要求1所述方法，其特征在于，S4中含磷废渣为明胶厂含磷废渣；S4中秸秆灰为发电厂秸秆灰。
9.根据权利要求1所述方法，其特征在于，S5有机无机复合肥中有机生物炭的质量分数为60～75％。
10.一种有机无机复合肥，其特征在于，通过权利要求1～9任一所述制备方法制备得到。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190827

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