CN115010550A - 一种利用剩余污泥制备高效土壤调理剂的技术方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用剩余污泥制备高效土壤调理剂的技术方法，属于有机固废资源化利用技术领域。本发明将污水处理厂脱水污泥与铁锰多金属组分、含钾铝硅酸盐矿物按比例混合，并添加硅酸盐细菌至固体物料中，充分混匀后送至圆筒形堆肥反应仓进行高温发酵处理。主发酵段温度为45~60℃，发酵时间为12~16天，所得发酵产品部分返回用于调配含水率，剩余部分继续进行后发酵；后发酵段温度为20‑35℃，发酵时间15~25天。所得发酵产物氮磷钾与有机质含量丰富，适于用作园林绿化、矿区修复的高效土壤调理剂。
Description
技术领域
本发明属于有机固废资源化利用技术领域，具体涉及一种利用污水处理厂剩余污泥制备高效土壤调理剂的技术方法。
背景技术
随着我国城镇污水处理能力的快速提升，污水处理厂剩余污泥处理处置及资源化利用的需求日益迫切。剩余污泥由各种微生物菌胶团及其吸附的有机物、无机物组成；另外，也存在水分含量高、病原微生物数量多等典型特点。污泥中有机质和氮、磷等含量甚为丰富，具有土地利用的潜在价值；但其利用前，必须进行堆肥处理以有效杀灭病原菌、消除恶臭气味等，防止后续利用时产生二次污染问题。常规的污泥堆肥处理技术中，堆体在高温条件下持续时间较短，腐殖化进程也明显受限，所得堆肥产品难以达到高品质有机肥料的主要指标参数。
现有专利CN109776114A通过向污泥中加入食苯芽孢杆菌进行好氧发酵，可有效降低污泥堆肥中的重金属生物有效性。专利CN109928791A公布了一种污泥堆肥并制备有机肥料的技术方法，将市政污泥、菇渣与木块均匀混合后形成堆体，并加入复合微生物酶发酵菌液，经3~4周好氧发酵后，再通过陈化、灭菌、脱水等处理制成有机肥料。通常来讲，堆肥过程氮素流失较为明显，污泥堆肥产品中腐殖质与可利用的钾含量并不很高，不利于其后续土地利用。本发明以污水处理厂剩余污泥为主要对象进行堆肥处理，添加铁锰多金属成分以改善堆肥产品性能，促进腐殖化进程并减少氮素流失；堆肥体系中也添加含钾的长石矿物与硅酸盐细菌，含钾矿物在微生物作用下释放出可吸收利用的离子态钾，同时提高堆肥产品后续利用时土壤对阳离子的交换能力，开发的技术具有良好的经济、环境、生态效益。
发明内容
本发明提供一种利用剩余污泥制备高效土壤调理剂的技术方法，将污水处理厂的脱水污泥加入主发酵段的堆肥干化产物，并依次添加含铁锰多金属组分的尾矿或冶炼渣以及含钾的长石矿物以制得混合固体物料，之后加入填充剂辅料和硅酸盐细菌，混匀后送至圆筒形反应器内进行主发酵、后发酵二段处理。所制备的堆肥产物有机质及氮磷钾含量丰富，具有良好的保水保墒作用效果，适应于用作园林绿化、矿区生态修复的高效土壤调理剂，
本发明实施步骤如下：
（1）将污水处理厂剩余污泥调配至既定含水率后加入铁锰添加剂以制备混合料A；
（2）在步骤（1）混合料A中加入含钾的铝硅酸盐矿物，制得混合料B；
（3）在步骤（2）所得混合料B中加入填充剂辅料和硅酸盐细菌，混匀后进行发酵处理；
（4）发酵所得产物部分返回步骤（1）中用于调配含水率，其余部分继续进行后发酵处理，所得最终产物经筛分、破碎处理后，即为制备的高效土壤调理剂。
优选的，步骤（1）所述的既定含水率为63~68%；所述的调配至既定含水率是使用步骤（3）发酵处理所得干化产物进行调配。
优选的，所述的铁锰添加剂为含铁锰的尾矿或冶炼渣，尾矿或冶炼渣中铁含量4~8%，锰含量6~22%；所述的铁锰添加剂添加量为调配至既定含水率后的污泥料与铁锰添加剂的质量比为（40~80）：1。
进一步的，尾矿或冶炼渣中铁含量6~8%，锰含量12~22%；所述的铁锰添加剂添加量为调配至既定含水率后的污泥料与铁锰添加剂的质量比为（45~60）：1。
优选的，步骤（2）中所述的含钾的铝硅酸盐矿物为钾长石、钙长石、黑云母中的任意一种或多种，加入前预先粉碎至粒径为100~150μm。
优选的，所述含钾的铝硅酸盐矿物与混合料A的质量比为（0.02~0.05）：1 。
进一步的，所述含钾的铝硅酸盐矿物与混合料A的质量比为（0.03~0.04）：1。
优选的，步骤（3）所述的硅酸盐细菌为解钾硅酸盐细菌，投加量为0.03~0.12%。
进一步的，步骤（3）所述的硅酸盐细菌投加量为混合料B总质量的0.08~0.10%。硅酸盐细菌代谢过程中产生小分子有机酸，电离产生的H+攻击长石类矿物从而破坏其晶格结构，释放出钾以及钙、硅等其他组分。
优选的，步骤（3）所述的发酵处理是在圆筒形发酵仓内堆肥处理，该主发酵段温度为45~60℃，发酵时间为12~16天。
进一步的，主发酵段温度50~60℃，发酵时间为12~14天。
优选的，步骤（3）所述的填充剂辅料为花生壳或水稻秸秆，添加量为4~10%。
优选的，发酵处理时采用8~12mol/L柠檬酸以控制堆体pH值为7.2~8.5。
进一步的，发酵过程采用10~12mol/L柠檬酸以调控堆体pH值至7.2~8.0。
优选的，步骤（4）所述的后发酵处理的发酵温度为20-35℃，发酵时间为15~25天。
进一步的，后发酵段温度25-35℃，发酵时间为10~25天。
本发明的技术效果：
（1）利用污水处理厂的剩余污泥为主要组分制备高效土壤调理剂，有效实现污泥的资源化利用，开发的技术具有良好的经济、环境、生态效益。
（2）混合物料中添加含铁锰多金属组分的尾矿或冶炼渣，显著促进堆体的腐殖化进程，堆肥产物氮素流失减少，能增强作物抗病、抗寒、抗旱能力；用于矿区生态修复时对重金属具有良好的稳定与固定化效果。
（3）堆肥时添加了含钾长石矿物与硅酸盐细菌，通过微生物作用将矿物中的钾转化为可生物利用的溶解态钾，从而提升堆肥产物养分含量。污泥与工业尾矿或废渣协同堆肥处理后，所得堆肥产物能促进土壤团粒结构的形成，增加土壤透气性，土壤保水保墒能力明显增强。
具体实施方式：
以下结合具体实施例对本发明作详细说明，实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于所述内容。
实施例1
将城市污水厂脱水污泥（含水率约80%）与主发酵干化污泥（含水率约45%）进行混合，制备含水率65%的混合料A; 将含铁锰的冶炼渣（其中铁含量7.9%，锰含量6.1%）粉碎筛分至120μm，与脱水污泥按1：45的质量比添加；以混合料A为基准，按1：0.045的质量比例添加粉碎至粒径120μm钾长石；此后，按所得混合料B质量比0.09%比例添加在麸皮基质上培养增殖的胶质芽孢杆菌，添加总物料8%重量比例的花生壳填充剂辅料。将充分混匀后的物料输送至圆筒形堆肥反应仓进行发酵处理。该主发酵阶段温度维持在48~53℃；监测堆体pH值，用10mol/L柠檬酸控制堆体pH值维持在7.6~8.0。发酵处理15天后，物料水分下降至47~50%，之后将部分物料保留用于与脱水污泥调配含水率，其余部分转入另外的仓式后发酵反应器，在28~32℃温度条件下继续后发酵处理20天，混合物料含水率下降至38~40%。
堆肥产物经破碎、过筛处理后，制备成粒径均匀的高效土壤调理剂。所得产品发芽指数为0.74，氮、磷、钾含量分别达到2.6%、6.2%、1.4%，溶解态重金属低至无法检测水平，其他理化指标均低于农用污泥污染物控制标准GB 4284-2018中A类污泥产物规定的污染物限值。
实施例2
将城市污水厂脱水污泥与主发酵干化污泥进行混合，制备含水率68%的混合料A;将含铁锰的尾矿（其中铁含量5.8%，锰含量16.3%）与脱水污泥按1：80的质量比添加；以混合料A为基准，按1：0.05的质量比例添加粒径约100μm钾长石；此后，按所得混合料B质量比0.12%比例添加在麸皮基质上培养增殖的胶质芽孢杆菌，添加总物料10%重量比例的水稻秸杆填充剂辅料。将充分混匀后的物料输送至圆筒形堆肥反应仓进行发酵处理。主发酵阶段温度维持在50~58℃；监测堆体pH值，用10mol/L柠檬酸控制堆体pH值维持在7.2~7.6。发酵处理15天后，物料水分下降至45~47%；部分物料用于与脱水污泥调配含水率，其余部分转入另外的仓式后发酵反应器，在27~30℃温度条件下继续后发酵处理18天，混合物料含水率下降至36~38%。其余工艺条件与实施例1相同。
堆肥产物经破碎、过筛处理后，制备成粒径均匀的高效土壤调理剂。所得产品发芽指数为0.82，氮、磷、钾含量分别达到2.3%、6.6%、1.8%，溶解态重金属低至无法检测水平，其他理化指标均低于农用污泥污染物控制标准GB 4284-2018中A类污泥产物规定的污染物限值。
实施例3
将城市污水厂脱水污泥与主发酵干化污泥进行混合，制备含水率66%的混合料A;将含铁锰的尾矿（其中铁含量5.2%，锰含量20.1%）与脱水污泥按1：40的质量比添加；以混合料A为基准，按1：0.05的质量比例添加粒径约100μm钾长石；此后，按所得混合料B质量比0.06%比例添加在麸皮基质上培养增殖的胶质芽孢杆菌，添加总物料10%重量比例的水稻秸杆填充剂辅料。将充分混匀后的物料输送至圆筒形堆肥反应仓进行发酵处理。主发酵阶段温度维持在46~53℃；监测堆体pH值，用柠檬酸控制堆体pH值维持在7.8~8.2。发酵处理13天后，物料水分下降至46~48%；部分物料用于与脱水污泥调配含水率，其余部分转入另外的仓式后发酵反应器，在25~29℃温度条件下继续后发酵处理22天，混合物料含水率下降至37~39%。其余工艺条件与实施例1相同。
堆肥产物经破碎、过筛处理后，制备成粒径均匀的高效土壤调理剂。所得产品发芽指数为0.76，氮、磷、钾含量分别达到2.7%、6.4%、1.3%，溶解态重金属低至无法检测水平，其他理化指标均低于农用污泥污染物控制标准GB 4284-2018中A类污泥产物规定的污染物限值。
实施例4
将城市污水厂脱水污泥与主发酵干化污泥进行混合，制备含水率66%的混合料A;将含铁锰的冶炼渣与脱水污泥按1：65的质量比添加；以混合料A为基准，按1：0.035的质量比例添加钾长石；此后，按所得混合料B质量比0.06%比例添加在麸皮基质上培养增殖的胶质芽孢杆菌，添加总物料重量5%花生壳作为填充剂辅料。将混匀后的物料输送至圆筒形堆肥反应仓进行发酵处理。主发酵阶段温度维持在52~57℃；监测堆体pH值，用10mol/L柠檬酸控制堆体pH值维持在7.5~7.9。发酵处理12天后，物料水分下降至46~49%；部分物料用于与脱水污泥调配含水率，其余部分转入仓式后发酵反应器，在25~29℃温度条件下继续后发酵处理22天，混合物料含水率下降至37~39%。其余工艺条件与实施例1相同。
堆肥产物经破碎、过筛处理后，制备成粒径均匀的高效土壤调理剂。所得产品发芽指数为0.78，氮、磷、钾含量分别达到2.4%、6.7%、1.5%，溶解态重金属低至无法检测水平，其他理化指标均低于农用污泥污染物控制标准GB 4284-2018中A类污泥产物规定的污染物限值。
Claims (10)
1.一种利用剩余污泥制备高效土壤调理剂的技术方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将污水处理厂剩余污泥调配至既定含水率后加入铁锰添加剂以制备混合料A；
（2）在步骤（1）混合料A中加入含钾的铝硅酸盐矿物，制得混合料B；
（3）在步骤（2）所得混合料B中加入填充剂辅料和硅酸盐细菌，混匀后进行发酵处理；
（4）发酵所得产物部分返回步骤（1）中用于调配含水率，其余部分继续进行后发酵处理，所得最终产物即为制备的高效土壤调理剂。
2.根据权利要求1所述的剩余污泥制备高效土壤调理剂的技术方法，其特征在于步骤（1）所述的既定含水率为63~68%。
3.根据权利要求1所述的剩余污泥制备高效土壤调理剂的技术方法，其特征在于所述的铁锰添加剂为含铁锰的尾矿或冶炼渣，尾矿或冶炼渣中铁含量4~8%，锰含量6~22%；所述的铁锰添加剂添加量为调配至既定含水率后的污泥料与铁锰添加剂的质量比为（40~80）：1。
4.根据权利要求1所述的剩余污泥制备高效土壤调理剂的技术方法，其特征在于步骤（2）中所述的含钾的铝硅酸盐矿物为钾长石、钙长石、黑云母中的任意一种或多种，加入前预先粉碎至粒径为100~150μm。
5.根据权利要求1或4所述的剩余污泥制备高效土壤调理剂的技术方法，其特征在于所述含钾的铝硅酸盐矿物与混合料A的质量比为（0.02~0.05）：1 。
6.根据权利要求1所述的剩余污泥制备高效土壤调理剂的技术方法，其特征在于步骤（3）所述的硅酸盐细菌为解钾硅酸盐细菌，投加量为0.03~0.12%。
7.根据权利要求1所述的剩余污泥制备高效土壤调理剂的技术方法，其特征在于步骤（3）所述的发酵处理是在圆筒形发酵仓内堆肥处理，该主发酵段温度为45~60℃，发酵时间为12~16天。
8.根据权利要求1所述的剩余污泥制备高效土壤调理剂的技术方法，其特征在于步骤（3）所述的填充剂辅料为花生壳或水稻秸秆，添加量为4~10%。
9.根据权利要求1所述的剩余污泥制备高效土壤调理剂的技术方法，其特征在于所述的发酵处理时采用8~12mol/L柠檬酸以控制堆体pH值为7.2~8.5。
10.根据权利要求1所述的剩余污泥制备高效土壤调理剂的技术方法，其特征在于步骤（4）所述的后发酵处理的发酵温度为20-35℃，发酵时间为15~25天。
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