申请日2017.08.15
公开(公告)日2017.11.17
IPC分类号A01G9/10; C05F15/00; C05F17/00
摘要
本发明涉及生物有机肥领域，具体涉及一种利用有机废弃物与污泥制造矿山修复营养土的方法。包括如下步骤：(1)收集有机废弃物，粉碎，加入支持物并混匀，间歇式搅拌，向物料中投放菌剂，供氧，进行好氧发酵，得到有机液态肥料;(2)收集脱水污泥，投入生石灰、除臭剂和支持物，混匀;(3)将有机液态肥料和污泥混匀，调节PH值为6.5‑7，含水率为35‑40%，得到发酵底物;(4)对所述发酵底物进行高温好氧发酵，维持110‑120℃的发酵温度5‑10小时，分选得矿山修复营养土。该方法能够获得重金属含量低、肥效持久、无二次污染的营养土，实现有机废弃物和污泥的快速、稳定、高效、无害处理。
权利要求书
1.利用有机废弃物与污泥制造矿山修复营养土的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)收集有机废弃物，粉碎，加入用于促进物料之间空气流通的支持物并混匀，间歇式搅拌，向物料中投放菌剂，供氧，进行好氧发酵，得到有机液态肥料;
(2)收集脱水污泥，投入生石灰、除臭剂和所述支持物，混匀;
(3)将步骤(1)得到的有机液态肥料和步骤(2)得到的污泥混匀，调节PH值为6.5-7，含水率为35-40%，得到发酵底物;
(4)对所述发酵底物进行高温好氧发酵，维持110-120℃的发酵温度5-10小时，然后分选即得矿山修复营养土。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述粉碎指将所述有机废弃物粉碎为直径1-1.5cm的颗粒;所述支持物指沸石和/或麸皮。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述好氧发酵的发酵温度为55-66℃;所述间歇式搅拌指间隔10-15分钟搅拌10分钟。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述菌剂由枯草芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌、巨大芽孢杆菌、莫海威芽孢杆菌、短小芽胞杆菌按照4-8：3-7：2-7：4-5：9-11：10-20的浓度比例组成。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，每吨有机废弃物加入0.3-1升菌剂。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述生石灰的投放比例为每吨脱水污泥投入3-5.5公斤的生石灰。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述支持物的投放量为脱水污泥重量的30%-45%;所述除臭剂的投放量为脱水污泥重量的10%-15%。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，采用麸皮或秸秆调节含水率，投入比例为1吨混合物料投入0.6-0.7吨麸皮或者0.4-0.5吨的秸秆粉碎物。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述有机液态肥料和污泥按照0.1-0.3：1的质量比混匀。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述高温好氧发酵的方法为：对发酵底物的堆肥进行高压供风，每半小时供风10-15分钟，风速为每秒1.5-2米。
说明书
利用有机废弃物与污泥制造矿山修复营养土的方法
技术领域
本发明涉及生物有机肥领域，具体涉及一种利用有机废弃物与污泥制造矿山修复营养土的方法。
背景技术
随着我国城镇化进程加快，城市人口增加，城市生活污水和有机垃圾的排放量日益增多，其特点是具有难闻的异味、含水量高、腐败性高、腐败性快、复杂程度高。如何安全、有效地进行污泥和有机垃圾的处理，成为亟待解决的问题。
目前主要采取堆肥或者焚烧的方式进行处理。堆肥的方式主要采取露天或者半封闭厂房进行处理，其缺点是：1.占地面积大;2.堆肥产生的硫化氢、氨气等异味气体，对环境造成严重污染;3.处理周期长，一般需要15-28天;4.温度调控不稳定;5.容易对操作人员的身体健康产生不良影响。焚烧的方式处理污泥的主要缺点是：1.污泥本身含水率高，其对助燃物质(煤炭、燃油等其他易燃物质)的需求量，会造成能源消耗;2.燃烧后产物的二次利用价值低;3.进场燃烧前堆放时间长，一般需要7-10天;4.焚烧后容易产生灰飞物质，需要的物理降尘、脱硫脱硝系统复杂。
“无害化、减量化、稳定化、资源化”是我国污泥处理以及世界污泥处理的标准。将生活污水厂的污泥通过生物降解后制作肥料，用于土地利用是比较理想的处理方式。生活污水厂污泥有机质含量高，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，同时杀死污泥中存在的有害细菌、有害虫卵等，消除臭味，使污泥更具有稳定性。
发明内容
根据上述领域存在的不足，本发明提供一种将有机废弃物与污泥结合起来制造矿山修复营养土的方法，该方法能够获得重金属含量低、肥效持久、无二次污染的营养土，实现有机废弃物和污泥的快速、稳定、高效、无害处理。
本发明请求保护的技术方案如下：
利用有机废弃物与污泥制造矿山修复营养土的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)收集有机废弃物，粉碎，加入用于促进物料之间空气流通的支持物并混匀，间歇式搅拌，向物料中投放菌剂，供氧，进行好氧发酵，得到有机液态肥料;
(2)收集脱水污泥，投入生石灰、除臭剂和所述支持物，混匀;
(3)将步骤(1)得到的有机液态肥料和步骤(2)得到的污泥混匀，调节PH值为6.5-7，含水率为35-40%，得到发酵底物;
(4)对所述发酵底物进行高温好氧发酵，维持110-120℃的发酵温度5-10小时，然后分选即得矿山修复营养土。
优选地，在步骤(1)中，所述粉碎指将所述有机废弃物粉碎为直径1-1.5cm的颗粒;所述支持物指沸石和/或麸皮。
优选地，在步骤(1)中，所述好氧发酵的发酵温度为55-66℃;所述间歇式搅拌指间隔10-15分钟搅拌10分钟。
优选地，在步骤(1)中，所述菌剂由枯草芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌、巨大芽孢杆菌、莫海威芽孢杆菌、短小芽胞杆菌按照4-8：3-7：2-7：4-5：9-11：10-20的浓度比例组成。
优选地，每吨有机废弃物加入0.3-1升菌剂。
优选地，在步骤(2)中，所述生石灰的投放比例为每吨脱水污泥投入3-5.5公斤的生石灰。
优选地，在步骤(2)中，所述支持物的投放量为脱水污泥重量的30%-45%;所述除臭剂的投放量为脱水污泥重量的10%-15%。
优选地，在步骤(3)中，采用麸皮或秸秆调节含水率，投入比例为1吨混合物料投入0.6-0.7吨麸皮或者0.4-0.5吨的秸秆粉碎物。
优选地，在步骤(3)中，所述有机液态肥料和污泥按照0.1-0.3：1的质量比混匀。
优选地，在步骤(4)中，所述高温好氧发酵的方法为：对发酵底物的堆肥进行高压供风，每半小时供风10-15分钟，风速为每秒1.5-2米。
本发明综合利用有机废弃物和污泥制造矿山修复营养土的方法，主要包括有机废弃物处理、污泥预处理、物料混合和堆肥发酵四个步骤。
有机废弃物处理
将生活垃圾中的有机废弃物，例如餐饮废弃物、粪便废弃物、死亡动物体等，经过分类收集后进行粉碎。在一些实施例中，对于粒径小的物质，直接粉碎成直径1-1.5cm的颗粒;对于粒径大的物质，经过两个级别的粉碎，第一级别粉碎成直径3-5cm的颗粒;第二级别粉碎成直径1-1.5cm的颗粒。
经过破碎后的有机废弃物进入发酵箱体，与支持物(例如沸石或麸皮)混合均匀，所述支持物主要起到提供物料之间的空隙以促进空气流通的作用。然后开始好氧发酵，整个发酵过程可以通过设置参数自动化进行，例如，控制温度为55-66℃，间隔10-15分钟搅拌10分钟，在搅拌的过程中加入菌剂并连续供氧。
所述菌剂为多种菌群组合，包括好氧微生物、少量兼性厌氧微生物以及厌氧微生物。主要以好氧微生物居多，其次是兼性厌氧微生物。在本发明优选实施例中，所述菌剂由枯草芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌、巨大芽孢杆菌、莫海威芽孢杆菌和短小芽胞杆菌组成，其浓度配比为4-8：3-7：2-7：4-5：9-11：10-20。
经过24-48小时，即可将有机废弃物通过生物降解的方式转化成有机液态肥料，提高了降解速度;处理系统可以连续运转，且反应系统为封闭箱体，控制了异味散发;通过提供适量的温度、氧气、水分、菌种进行发酵，保证了物料降解的高效性与稳定性。
获得的有机液态肥料的温度为75-80℃，PH值为6-6.5。
污泥预处理
在处理有机废弃物的同时对生活污水厂的脱水污泥进行预处理，通过投入生石灰，对物料水分和温度进行调节。生石灰具有遇水发热，帮助含水污泥排除水份，同时还能够调节物料的PH值，杀死寄生虫卵等。污泥温度的提高，保证了下一步发酵的启动温度，同时还能够在本环节对污泥进行除臭。
污泥与生石灰混合后产生大量的热量和水蒸气，容易导致物料散发恶臭，因此在混合过程中投入适当比例的除臭剂。在一些实施例中，按照1吨污泥投入10%-15%等重量的除臭剂粉末，通过污泥中的水分进行溶解，起到净化污泥气体，调节污泥PH值的目的。
为进一步调节水分并促进污泥内部的空气流通，向污泥中投放合适比例的沸石与麸皮进行水分二次调节。在一些实施例中，所述沸石与麸皮，投放量为污泥重量的30%-45%，最佳投放量为34.5%。
处理后的污泥温度能达到60-70℃，PH值为7-7.5。
物料混合
将处理后得到的污泥和有机液态肥料混匀，调节PH值为6.5-7，含水率为35-40%，得到发酵底物，温度为55-60℃。在优选实施例中，最佳PH值为6.7，最佳含水率为37.5%。
高温好氧发酵
将发酵底物进行堆肥，其启动温度就在55-60℃，属于中高温堆体，同时在有机废弃物处理过程中添加的菌剂能够在本环节中起到二次发酵的作用。对发酵底物进行高温好氧发酵，维持110-120℃的发酵温度5-10小时，能够保证有害物质的绝对杀灭，有效控制含氮、硫物质的挥发，提高降解速率，缩短发酵时间，使营养土的制造从原料到成品的整个周期缩短到2-3天。
在一些实施例中，采用高压供风的方法进行高温好氧发酵，每半小时供风10-15分钟，风速为每秒1.5-2米。经过静止好氧发酵，使物料中的微生物在好氧环境下快速生长，抢占厌氧菌的生存空间，提高物料的温度，耐高温的微生物均得到二次生长，同时杀灭有害病菌和虫卵，使蛋白变性，物料的表层温度达到75-85℃，物料的核心温度达110-120℃。高温好氧发酵后得到的发酵产物无异味散发，可以通过滚筛进行分选，将营养土与支持物(例如沸石、麸皮、木屑)进行分离，经高温好氧发酵生成的具有固定化的营养土可以直接用于矿山填埋修复，其余的物质返回污泥预处理环节进行循环利用。
本发明将生活垃圾中的有机废弃物与生活污水厂的污泥分别进行预处理后按照一定的比例混合，经高温好氧发酵获得的营养土可以很好的成为矿山修复基础以及植物生长的肥料，能够高效改善植物生长对化学肥料的依赖。并且，不论是有机物的高效发酵，还是污泥的处理，都是经过高温处理，可以有效杀死病虫害，避免产生二次污染。
采用本发明的方法制造的营养土，其重金属含量低于《农用污泥中污染物控制标准》(GB 4284-84)，粪大肠菌群菌值为1，含有农作物生长所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。生产过程中可以根据不同土壤特性、作物的营养特性和栽培技术特性等增加其它腐殖酸和各种微量元素，做出具有针对性的有机肥料。营养土的指标按质量(Kg)含量计算分别为N+P2O5+K2O≥4%、有机质≥35%、腐殖酸≥10%、水份≤20%，pH：7-7.5，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。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细描述本发明，需要理解的是，下述实施例仅作为解释和说明，不以任何方式限制本发明的范围。
生物材料的来源：
枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，编号CGMCC 1.3358，个人赠予，赠予人冯品;
嗜酸乳酸菌(Lactobacillus acidophilus)，编号ACCC10637，个人赠予，赠予人白丁;
酵母菌(Saccharomyces sp.)，编号CICIMY0328，个人赠予，赠予人白丁;
巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)，编号CGMCC1.2393，个人赠予，赠予人郝健平;
短小芽胞杆菌(Bacillus pumilus)，编号ACCC01743，个人赠予，赠予人郝健平;
莫海威芽孢杆菌(Bacillus mojavensis)，编号MCCC 1A00142，个人赠予，赠予人郝健平;已知菌种，记载于：徐暘，《一株破乳菌破乳有效成分分析及其强化培养条件优化》[D]，《哈尔滨工业大学》，2010。
以上菌种本实验室亦有保存，申请人声明：自申请日起二十年内可向公众免费发放用于必要的验证实验。但是应该理解的是，本发明的实现并不依赖于上述名称或编号代表的菌株，每个菌株可以采用同类菌种中的其它菌株进行替代，比如，乳酸菌可以采用其它乳酸菌菌株替代。因此，在此提供的菌株名称或编号不用于限制本发明的保护范围。
本实施例未特别说明的生物化学试剂，均为本领域常规试剂，可以商购获得或采用本领域常规方法配制而得，规格为实验室纯级即可。
实施例1.菌剂的制备
枯草芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌、巨大芽孢杆菌、莫海威芽孢杆菌、短小芽胞杆菌按照4-8：3-7：2-7：4-5：9-11：10-20进行配比，具体如下：
于37℃无菌条件下单独培养枯草芽孢杆菌3-5天，至每毫升菌体浓度数量达到109;
于37℃无菌条件下单独培养乳酸菌2-3天，至每毫升菌体浓度数量达到109;
于37℃无菌条件下单独培养酵母菌2-3天，至每毫升菌体浓度数量达到109;
于37℃无菌条件下单独培养巨大芽孢杆菌3-4天，至每毫升菌体浓度数量达到109;
于37℃无菌条件下单独培养莫海威芽孢杆菌3-5天，至每毫升菌体浓度数量达到109;
于37℃无菌条件下单独培养短小芽胞杆菌，至每毫升菌体浓度数量达到109。
枯草芽孢杆菌培养基：20g葡萄糖，15g蛋白胨，5g氯化钠，0.5g牛肉膏，20g琼脂，1L蒸馏水。
乳酸菌：酵母膏2.5g，蛋白胨5g，葡萄糖1g，蒸馏水1000ml，pH7.0。
酵母菌培养基为马铃薯糖琼脂培养基：马铃薯洗净去皮，取200克切成小块，加水1000毫升，煮沸半小时后，补足水分，过滤，在滤液中加入葡萄糖20克，补足水分，调节培养基的pH值至7.2～7.4，分装，灭菌，备用。
巨大芽孢杆菌培养基：碳源为玉米粉1%、氮源为大豆蛋白胨1%、无机盐为CaCl2·2H2O0.1%、MnSO4 0.05%，pH值为6。
莫海威芽孢杆菌培养基：胰蛋白胨5g，酵母膏15g，磷酸氢二钾3g，葡萄糖2g，琼脂20g，蒸馏水1000ml，调节PH值为7.3-7.5;
短小芽胞杆菌培养基：牛肉膏3.0g，蛋白胨10.0g，NaCl 5.0g，琼脂15.0g，蒸馏水1.0L，pH7.0。
分别培养完成后，进行混合静置培养24小时即可使用。例如：将枯草芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌、巨大芽孢杆菌、莫海威芽孢杆菌和短小芽胞杆菌按照4ml：3ml：2ml：4ml：9ml：10ml(单位可以是L，取决于培养基体积)混合后进行扩大静止培养，培养完成后即可与发酵物料混合发酵。
实施例2
1.有机废弃物处理
a)经过分类收集后的城市生活垃圾有机物，进入粉碎环节，对一些粒径大的物质进行粉碎，一般经过两个级别的粉碎，第一级别粉碎成为3-5cm的颗粒大小;第二级别粉碎为1-1.5cm的颗粒大小;
b)将粉碎后的有机废弃物装入发酵箱体，加入沸石或麸皮并混匀，沸石或麸皮的主要作用是提供物料之间的空隙以促进物料之间的空气流动;
c)机体开始自动搅拌，间隔10分钟搅拌一次，每次搅拌10分钟，搅拌的同时对物料进行加热、每吨有机废弃物加入1升菌剂并供氧，进行好氧发酵;控制发酵温度为66℃;可采用每分钟加入菌剂3秒钟的方式来促进菌剂在物料中的均匀分布。
d)发酵24小时后得到有机液态肥料，产生PH值为6-6.5，温度为75-80℃的有机液态肥料。
2.污泥预处理
e)首先将收集运输来的脱水污泥投入系统收集料仓，通过螺旋输送机输送到一级混合槽，每吨污泥投入5.5公斤的生石灰，混匀，提升污泥温度;
f)同时在一级混料槽中投放脱水污泥重量45%的沸石与麸皮，进行水分二次调节，并提供污泥内部的间隙以促进空气流通;
g)混合后的物料容易产生大量的热量和水蒸气而导致物料散发恶臭，因此在混合过程中投入污泥重量15%的除臭剂粉末。通过污泥中的水分对除臭剂进行溶解，起到净化污泥气体，调节污泥PH值的目的;
h)经过处理的污泥，其PH值为7-7.5，温度为60-70℃。
3.两种物料混合
i)预处理的污泥通过螺旋输送机进入二级混合槽，有机液态肥料通过输送泵输送到二级混合槽，将有机液态肥料和污泥按照0.3：1的质量比混匀;
j)混合后调节PH值为6.5，同时采用麸皮或者是秸秆调节物料的含水率为35%，投入比例为1吨混合物料投入0.7吨麸皮或者0.5吨的秸秆粉碎物。
4.堆肥发酵
a)调节完毕的物料通过螺旋输送机进入堆肥厂，将混合后的物料按照长度为25米、宽度为3米、高度为2.5米的堆高进行发酵堆肥，此时物料自身温度在55-60℃，同时增加高压供风，按照每半小时供风10分钟，每秒1.5米的风速进行堆体内部供氧，经过5小时的静止供氧反应，物料的核心温度达到110-120℃，物料的表层温度达到75-85℃;维持110-120℃的物料核心温度5小时，得到发酵产物;
b)通过滚筛对发酵产物进行分选，将营养土与支持物(沸石、麸皮等)进行分离，营养土直接用于矿山填埋修复，其余的物质返回污泥预处理环节进行循环利用。
经检测，本实施例制得的营养土的各项指标如下：水份≤20%，有机质≥37%，N+P2O5+K2O≥6%，腐殖酸≥12%，pH值为7。
表1.实施例2制备的营养土的污染物含量
实施例3
步骤同实施例2，不同之处在于：
1.有机废弃物处理
控制发酵温度为55℃，间隔15分钟搅拌10分钟，每吨有机废弃物加入0.3升菌剂，发酵48小时后得到有机液态肥料。
2.污泥预处理
每吨污泥投入3公斤的生石灰，在一级混料槽中投放脱水污泥重量30%的沸石与麸皮，在混合过程中投入污泥重量10%的除臭剂粉末。
3.两种物料混合
将有机液态肥料和污泥按照0.2：1的质量比混匀，混合后调节PH值为7，同时采用麸皮或者是秸秆调节物料的含水率为40%，投入比例为1吨混合物料投入0.6吨麸皮或者0.4吨的秸秆粉碎物。
4.堆肥发酵
按照每半小时供风15分钟，每秒2米的风速进行堆体内部供氧，经过10小时的静止供氧反应，物料的核心温度达到110-120℃;维持110-120℃的物料核心温度10小时，得到发酵产物。
经检测，本实施例制得的营养土的各项指标如下：水份≤20%，有机质≥38%，N+P2O5+K2O≥6%，腐殖酸≥17%，pH值为7.5。
表2.实施例3制备的营养土的污染物含量
实施例4
步骤同实施例2，不同之处在于：
1.有机废弃物处理
控制发酵温度为60℃，间隔12分钟搅拌10分钟，每吨有机废弃物加入0.6升菌剂，发酵36小时后得到有机液态肥料。
2.污泥预处理
每吨污泥投入4.5公斤的生石灰，在一级混料槽中投放脱水污泥重量40%的沸石与麸皮，在混合过程中投入污泥重量12%的除臭剂粉末。
3.两种物料混合
将有机液态肥料和污泥按照0.1：1的质量比混匀，混合后调节PH值为6.7，同时采用麸皮或者是秸秆调节物料的含水率为37.5%，投入比例为1吨混合物料投入0.65吨麸皮或者0.45吨的秸秆粉碎物。
4.堆肥发酵
按照每半小时供风12分钟，每秒1.8米的风速进行堆体内部供氧，经过7小时的静止供氧反应，物料的核心温度达到110-120℃;维持110-120℃的物料核心温度7小时，得到发酵产物。
经检测，本实施例制得的营养土的各项指标如下：水份≤20%，有机质≥40%，N+P2O5+K2O≥5%，腐殖酸≥17%，pH值为7。
表3.实施例4制备的营养土的污染物含量
实施例2-4所制备的营养土的生物学指标如表4所示，粪大肠菌群菌值为1(原污泥的粪大肠菌群菌值为0.00001)，蠕虫卵死亡率为100%。
表4.采用本发明方法制备的营养土的生物学指标
序号生物学指标本法GB/T23485-20091粪大肠菌群菌值1>0.012蠕虫卵死亡率/%100>95
检测结果表明，采用本发明方法制备的不同批次的营养土的污染物含量和生物学指标均符合《农用污泥中污染物控制标准》(GB 4284-84)和《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质标准》(GB/T23485-2009)的要求，保证了水土环境不受污染。