申请日2014.11.28
公开(公告)日2015.04.01
IPC分类号C02F11/02; C02F11/04
摘要
本发明提供一种城市污泥清洁利用的方法，是将城市污泥进行高温厌氧发酵后，加入氧化硫杆菌富集菌液培养，最后，将城市污泥脱水。通过本发明的城市污泥清洁利用的方法，在厌氧消化阶段可生产制备沼气;经氧化硫杆菌处理脱除重金属后，能够使污泥充分腐熟，同时对于城市工业污泥在重金属含量超出国家农用标准规定重金属限值5倍的范围情况下，重金属脱除效果良好，脱除率可达到90%～95%，经处理后的工业污泥可完全满足污泥的农用要求，加工成各类有机肥料，进行园林绿化和农用等，提高土壤有机质，改良土壤结构。而相对城市生活污泥的重金属脱除效果更加明显。
权利要求书
1.一种城市污泥清洁利用的方法，是将城市污泥进行高温厌氧发酵后，加入氧化硫杆菌富集菌液培养，最后，将城市污泥脱水。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤如下： (1)对高温厌氧甲烷菌进行三级扩繁培养;
(2)将扩繁后的处于生长对数期的高温厌氧甲烷菌菌液加入城市污泥中，进行高温厌氧发酵;
(3)对氧化硫杆菌进行三级扩繁培养，得到氧化硫杆菌富集菌液;
(4)当氧化硫杆菌富集菌液中菌群数达到20-30亿/L时，将其加入步骤(2)发酵后的污泥中，同时加入硫粉，连续培养3-5天后，将城市污泥脱水至55-60%。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述高温厌氧发酵的温度为55-60℃，周期为7-10天。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述高温厌氧甲烷菌菌液的加入量是城市污泥质量的0.3-0.5%。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(4)中氧化硫杆菌富集菌液的加入量是污泥质量的0.3-0.5%。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(4)中硫粉的加入量为按照污泥重量添加0.1-0.2%。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述高温厌氧甲烷菌扩繁培养的具体步骤为：在绝对厌氧环境、温度55℃下，对高温厌氧甲烷菌进行三角瓶活化68h-72h，120L种子罐培养72h-78h和10吨大罐扩培生产62h-70h，完成三级培养菌剂的生产，即得甲烷菌液。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述氧化硫杆菌扩繁培养的具体步骤为：在通氧环境、温度30℃下，对氧化硫杆菌进行三角瓶活化、种子罐培养和大罐生产三级培养，生产氧化硫杆菌菌液;
其中，氧化硫杆菌活化培养基为：NH4Cl 1.0g/L, NaCl 1.0g/L, K2HPO4 0.5g/L, MgCl2 0.7g/L,CaCl2 0.15g/L, 硫粉10g/L, 将氧化硫杆菌菌种加入到上述液体培养基中，在150r/min、30℃下培养3-5天，取其上清液10-20ml，转接到上述活化培养基中再培养，用相同的方法转接三次，完成菌种活化;
菌种扩繁培养基为：硫代硫酸钠0.5g/L, 硫粉6g/L，豆粕0.05g/L，鱼粉0.02 g/L，按照上述培养基对菌种进行种子罐和大罐的菌种扩繁，培养条件为通气压力 0.05Mp、30℃下培养3-5天，即完成种子的扩繁。
9.根据权利要求1-8任一所述的方法，其特征在于：所述城市污泥包括城市工业污泥和城市生活污泥。
10.应用权利要求1-9所述的方法制备得到的有机肥。
说明书
一种城市污泥清洁利用的方法
技术领域
本发明涉及一种城市污泥清洁利用的方法。
背景技术
十二五期间，我国城市污水处理厂日产含水率 80%的污泥3500万～6000万吨。城市污泥含有丰富的氮、磷、钾和有机质，作为有机肥料利用是一种最为经济可行和最有前景的处置方法，但是其中含有的高浓度重金属限制了这一处置方法。
在现有的污泥处理处置中，方式较为单一。对重金属含量低的污泥，往往通过高温堆肥的方式进行处理，应用到园林绿化及农用中。而对重金属含量高的城市污泥，普遍采用的是焚烧、制砖等方式进行，污泥资源化利用度低，同时对环境容易造成二次污染。在对污泥重金属的无害化处理中，目前还没有一个适合规模化处理的工艺。
本发明的城市污泥清洁利用的方法，可以对不同城市污泥进行综合利用。通过对污泥的高温厌氧消化制备沼气和氧化硫杆菌脱除重金属的综合处理，即能达到对污泥的清洁利用。
发明内容
本发明提供了一种城市污泥清洁利用的方法，其目的是对各类城市污泥进行规模化的综合处理，使之能够达到清洁利用。一方面在对城市污泥连续高温厌氧消化中，对城市污泥尽大程度地减量化，完全的无害化处理，同时生产沼气进行清洁能源的利用;另一方面，通过氧化硫杆菌对污泥重金属的脱除，做到对城市污泥的最大程度地资源化利用，同时消除对环境造成的二次污染。
本发明提供的一种城市污泥清洁利用的方法，是将城市污泥进行高温厌氧发酵后，加入氧化硫杆菌富集菌液培养，最后，将城市污泥脱水。
优选地，步骤如下：
1) 对高温厌氧甲烷菌进行三级扩繁培养;
2) 将扩繁后的处于生长对数期的高温厌氧甲烷菌菌液加入城市污泥中，进行高温厌氧发酵。
3) 对氧化硫杆菌进行三级扩繁培养，得到氧化硫杆菌富集菌液;
4) 当氧化硫杆菌富集菌液中菌群数达到20-30亿/L时，将其加入步骤(2)发酵后的污泥中，同时加入硫粉，连续培养3-5天后，将城市污泥脱水至55-60%。
高温厌氧甲烷菌能够在短时间内对污泥内的有机物进行厌氧消化，通过对有机碳的消化转化为甲烷气体，收集后加以利用，不仅达到能源的可再生利用，还能够对污泥进行减量化和初步的无害化处理，使处理后的污泥能够减量30%-40%;
氧化硫杆菌通过在污泥中的快速繁殖，直接作用或其代谢产物的间接作用，通过氧化、还原、络合、吸附、溶解过程，将污泥中的难溶性重金属分离浸提出来。而通过加入硫粉，不仅能调整污泥的整体pH值，提供氧化硫杆菌合适的生长环境，还能为氧化硫杆菌的迅速繁殖提供营养物质，以保证其快速繁殖的营养能源。
当氧化硫杆菌菌含量过低时，在污泥中快速繁殖慢，生长繁殖时间长，降低对污泥重金属的脱除效率，而菌含量过大，容易造成菌含量的过饱和，短时间大量消耗限量的硫元素，影响氧化硫杆菌在污泥中的周期性繁殖，造成菌剂的过早衰亡，影响对污泥的处理效率。通过前期试验验证，氧化硫杆菌菌含量在20-30亿/L较为合适。
优选地，所述高温厌氧发酵的温度为55-60℃，周期为7-10天。
在55-60℃高温厌氧发酵环境下，能大大提高甲烷菌的生命活动，对污泥中的有机质能快速的降解转化，且甲烷气体的产率较高。若温度过低，则影响甲烷菌的代谢活动，造成污泥中有机质消耗过低，甲烷产气量产率低;若温度过高，不仅造成甲烷菌的过早衰亡，而且对高温工艺的过程控制成本也较高，因此优选地在55-60℃的温度下对污泥进行厌氧消化处置。
在55-60℃时，在厌氧消化7-10天，污泥中有机质消耗率最大，在超过这个处理周期(﹥10天)，污泥中有机质消耗及甲烷产量并没有随时间的延长而增大，而处理时间过短(﹤7天)，污泥的有机质的降解和甲烷量还没达到最大值，因此，优选地选择厌氧消化周期为7-10天。
优选地，所述高温厌氧甲烷菌菌液的加入量是城市污泥质量的0.3-0.5%。
当加入甲烷菌菌含量过低时(﹤0.3%)，在污泥中快速繁殖慢，生长繁殖时间长，降低对污泥有机质的效率和甲烷气产量过低，延长对污泥的消化时间;而菌含量过高(﹥0.5%)，容易造成菌含量的过饱和，短时间大量的甲烷菌的快速繁殖衰亡，造成中后期菌含量低，影响对污泥的消化和甲烷产气量，通过前期试验验证，向污泥中加入污泥量的0.3-0.5%的甲烷菌也较为合适。
优选地，步骤(4)中氧化硫杆菌富集菌液的加入量是污泥质量的0.3-0.5%。
当加入氧化硫菌含量过低时(﹤0.3%)，在污泥中快速繁殖慢，生长繁殖时间长，需很长时间才能营造一个较为合适的酸性环境及对重金属的解析;而菌含量过大(﹥0.5%)，容易造成菌含量的过饱和，短时间大量的氧化硫杆菌的快速繁殖衰亡，造成中后期菌含量低，影响对污泥中的重金属的解析，通过前期试验验证，向污泥中加入污泥量的0.3-0.5%的氧化硫杆菌也较为合适。
优选地，步骤(4)中硫粉的加入量为污泥重量的0.1-0.2%。
相比较，加入硫粉过低(﹤0.1%)，不能有效的调节污泥中的酸碱环境和补充氧化硫杆菌生命代谢所需的硫元素，而加入硫粉过多(﹥0.2%)，不仅造成污泥中的硫饱和，造成硫抑制，影响氧化硫杆菌的生长繁殖，并且污泥环境中酸碱度偏低，同样不利于氧化硫杆菌的生长代谢。
优选地，所述高温厌氧甲烷菌扩繁培养的具体步骤为：在绝对厌氧环境、温度55℃下，对高温厌氧甲烷菌进行三角瓶活化68h-72h，120L种子罐培养72h-78h和10吨大罐扩培生产62h-70h，完成三级培养菌剂的生产，即得甲烷菌液。
优选地，所述氧化硫杆菌扩繁培养的具体步骤为：在通氧环境、温度30℃下，对氧化硫杆菌进行三角瓶活化、种子罐培养和大罐生产三级培养，生产氧化硫杆菌菌液;
其中，氧化硫杆菌活化培养基为：NH4Cl 1.0g/L, NaCl 1.0g/L, K2HPO4 0.5g/L, MgCl2 0.7g/L,CaCl2 0.15g/L, 硫粉10g/L, 将氧化硫杆菌菌种加入到上述液体培养基中，在150r/min、30℃下培养3-5天，取其上清液10-20ml，转接到上述活化培养基中再培养，用相同的方法转接三次，完成菌种活化;
菌种扩繁培养基为：硫代硫酸钠0.5g/L, 硫粉6g/L，豆粕0.05g/L，鱼粉0.02 g/L，按照上述培养基对菌种进行种子罐和大罐的菌种扩繁，培养条件为通气压力 0.05Mp、30℃下培养3-5天，即完成种子的扩繁。
优选地，所述城市污泥包括城市工业污泥和城市生活污泥。
由于城市生活污泥中较城市工业污泥中重金属含量低，因此，应用本发明的城市污泥清洁利用方法能更有效的对城市生活污泥进行净化，净化后得到的营养土可用于园林绿化等。
优选地，所述城市污泥中重金属含量不超出国家农用标准规定重金属限值5倍。
本发明的第二个目的是提供应用上述方法制备得到的有机肥。
本发明的城市污泥清洁利用的方法可规模化的处理城市污泥。通过本发明的城市污泥清洁利用的方法，不仅节约了城市污泥处理能耗、费用及缩短了处理周期，而且在处理过程中，完全避免了对环境的二次污染，同时又做到了能源及肥料资源的利用，切实做到了城市污泥的清洁利用，绿色环保。
通过本发明的城市污泥清洁利用的方法，在厌氧消化阶段可生产制备沼气;经硫化杆菌处理脱除重金属后，能够使污泥充分腐熟，同时对于城市工业污泥在重金属含量不超出国家农用标准规定重金属限值5倍的范围情况下，重金属脱除效果良好，脱除率可达到90%～95%，经处理后的工业污泥可完全满足污泥的农用要求。
应用本发明的方法扩大了城市工业污泥的用途范围，提高了城市工业污泥的利用率，有效提高了城市工业污泥的稳定化、减量化、无害化，及资源化利用程度，达到清洁利用的目的。同时，本发明的方法能够完全消除城市污泥对环境带来的大气、地表、水体等一系列的环境污染。
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为市售。
甲烷八叠球菌(Methanosarcinales.YN-10)的原始菌种购自云南沼气工程技术研究中心。
氧化硫杆菌Thiobacillus Thiooxidans,T.t-01的原始菌种购自石河子大学化学化工学院。
实施例1
新疆某城市污水处理厂每天可产生150吨(含水量80%)的城市工业污泥，污泥中污染物指标镉(Cd)、汞(Hg)、铜(Cu)、锌(Zn)超标1～4倍，铅(Pb)、硼(B)、镍(Ni)、镉(Cr)和砷(As)在农用污泥污染物控制标准内(GB4284-84)。
1、对高温厌氧甲烷菌甲烷八叠球菌(Methanosarcinales.YN-10)进行三级扩繁培养：在绝对厌氧环境、温度55℃下，对高温厌氧甲烷菌进行三角瓶活化68h-72h，120L种子罐培养72h-78h和10吨大罐扩培生产62h-70h，完成三级培养菌剂的生产，即得甲烷菌液。考虑到甲烷菌的适应、生长周期长，将城市工业污泥浸出液和质量百分比为5%的工业糖蜜混合作为高温厌氧甲烷菌扩繁培养基，使得甲烷菌种子液转接到污泥中，能够迅速的繁殖扩增，提高污泥厌氧处理速率。
2、在甲烷八叠球菌生长对数期时，停止种子培养过程，将其作为种子接种到污泥中：通过污泥泵把上述污泥厂产生的污泥随同污泥质量0.5%的甲烷八叠球菌种子液输送到高温厌氧消化塔中。采用连续高温厌氧消化工艺，在温度为55℃～60℃下，通过连续7～10天的高温厌氧发酵，对污水处理厂每天产生的鲜污泥，进行厌氧发酵制沼气。通过污泥流入压力，污泥自消化塔底部上升至顶部，自顶部出口流出。污泥在消化塔停留周期为7～10天，为污泥一个厌氧发酵周期。在高于消化剩余污泥出口处的消化塔顶部设计沼气收集口，收集消化塔中的沼气，进行压缩储存备用;
通过该高温厌氧消化过程，污泥中有机质可降低30%～40%，并可杀灭污泥中的病原菌及杂草种子，同时通过厌氧消化生产制备的沼气，可作为清洁能源利用，代替部分能源的消耗。
3、对氧化硫杆菌Thiobacillus Thiooxidans,T.t-01菌种进行三级扩繁培养：在通氧环境、温度30℃下，对氧化硫杆菌进行三角瓶活化、120L种子罐培养和10吨大罐生产三级培养，生产氧化硫杆菌菌液。其中，氧化硫杆菌活化培养基为：NH4Cl 1.0g/L, NaCl 1.0g/L, K2HPO4 0.5g/L, MgCl2 0.7g/L,CaCl2 0.15g/L, 硫粉10g/L, 将氧化硫杆菌菌种加入到上述液体培养基中，在150r/min、30℃下培养3-5天，取其上清液10-20ml，转接到上述100ml活化培养基中再培养，用相同的方法转接三次即可对菌种活化完毕。菌种扩繁培养基为：硫代硫酸钠0.5g/L, 硫粉6g/L，豆粕0.05g/L，鱼粉0.02g/L。按照上述培养基对菌种进行120L和10吨大罐的菌种扩繁，培养条件为通气压力0.05MPa、30℃下培养3-5天，即完成种子的扩繁。
4、在氧化硫杆菌富集菌液中菌群数达到20～30亿/L时,即可作为污泥添加富集菌液使用。在厌氧消化剩余污泥添加污泥质量0.5%的氧化硫杆菌富集菌液，并按照污泥重量比例添加0.15%的硫粉，均匀混合，调节物料pH为3～5。在30℃下经过3～5天的连续培养后，对城市污泥进行机械脱水至55%～60%。脱水后污泥的质量为75吨-80吨。