申请日2013.05.02
公开(公告)日2013.09.11
IPC分类号C05F7/00; C05F17/00
摘要
本发明公开了一种无辅料污泥堆肥方法。本发明将从不同温度堆肥污泥中提取的土著微生物进行培养，获得污泥堆肥专用发酵剂，然后在对应的温度段将其接种于污泥，发酵剂中的微生物能在较短时间内适应堆肥污泥的环境，快速繁殖，使堆肥能快速启动，堆体快速腐熟，且堆肥产品质量稳定，实现了无辅料污泥堆肥。本发明堆肥方法高温持续时间长，能有效杀灭病菌，实现堆体的无害化处理。本发明堆肥方法由于不需添加辅料，简化了堆肥工艺，并节约了堆肥成本，堆肥生产环境很清洁。
权利要求书
1.一种无辅料污泥堆肥方法，包括以下步骤：
1)污泥堆肥专用发酵剂的制备：堆肥过程中，在10-75℃范围内取不同温度的污泥样本，分别加入生理盐水，震荡后取滤液，将滤液置于营养培养基中，分别在获取污泥的对应温度下培养48-72h，获得污泥堆肥专用发酵剂;
2)无辅料污泥堆肥：将污泥进行预处理，使其含水率降至40-65wt%，接种污泥堆肥专用发酵剂，堆制15-25天，即得腐熟堆肥。
2.根据权利要求1所述的无辅料污泥堆肥方法，其特征在于：所述滤液与营养培养基的体积比为(0.1-0.2)：1。
3.根据权利要求1所述的无辅料污泥堆肥方法，其特征在于：所述污泥堆肥专用发酵剂的有效活菌数为4×108-6.5×108 CFU /ml。
4.根据权利要求1所述的无辅料污泥堆肥方法，其特征在于：步骤2)中，在堆肥过程中，不同温度段接种对应温度培养获得的污泥堆肥专用发酵剂。
5.根据权利要求4所述的无辅料污泥堆肥方法，其特征在于：在10-75℃温度范围内，间隔15-25℃接种对应温度培养获得的污泥堆肥专用发酵剂。
6.根据权利要求1、4或5任意一项所述的无辅料污泥堆肥方法，其特征在于：污泥堆肥专用发酵剂的加入量为处理污泥量的0.1-0.5wt%。
7.根据权利要求1所述的无辅料污泥堆肥方法，其特征在于：步骤2)中，堆肥过程中使堆体含氧量保持在5-15v/v%。
说明书
一种无辅料污泥堆肥方法
技术领域
本发明属于堆肥处理技术领域，特别涉及一种无辅料污泥堆肥方法。
背景技术
堆肥是利用自然界广泛存在的细菌、放线菌、真菌等微生物，有控制地促进固体废物中可生物降解的有机物向稳定的类腐殖质生化转化的微生物学过程，在一定温度、湿度、碳氮比、含氧量、pH值条件下，使有机物发生生物化学降解，形成一种类似腐殖质土壤的物质。
污泥是污水处理后的产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的复杂的非均质体。其主要特性是含水率高(可高达99%以上)，有机物含量高，容易腐化发臭，并且颗粒较细，比重较小，呈胶状液态。
随着污水处理行业的高速发展，污泥的产生量越来越大，污泥的处置问题却被长期搁置，导致污泥造成的二次污染问题日显突出，污泥的安全处置问题日益迫切。相比于填埋、焚烧等污泥处置方法，堆肥处理可实现污泥的资源化利用，是最有前景的污泥处理方法。但由于污泥独特的特性，目前的污泥堆肥技术都需要添加大量的辅料(辅料添加量约为污泥质量的40%-50%)，辅料的作用是调节堆肥物料的含水率、结构、碳氮比等特征，以利于堆肥顺利升温发酵，杀灭病菌，实现污泥的无害化，使堆体腐熟，其常见名称有填充剂、添加剂、调理剂等，常用的辅料有木屑、农作物秸秆、麦麸、菇渣、绿化废弃物、水葫芦、粉煤灰等。添加辅料一方面使堆肥过程增加了混料搅拌的工序，需要相应的设备及能耗，另一方面购买辅料需要大量的资金及运费，近年来这些辅料的成本逐年提升，来源也有限，导致堆肥成本增加，限制了污泥堆肥技术的发展。
发明内容
本发明的目的在于针对现有污泥堆肥技术需要添加大量辅料的难题，提供一种无辅料污泥堆肥方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种无辅料污泥堆肥方法，包括以下步骤：
1) 污泥堆肥专用发酵剂的制备：堆肥过程中，在10-75℃范围内取不同温度的污泥样本，分别加入生理盐水，震荡后取滤液，将滤液置于营养培养基中，分别在获取污泥的对应温度下培养48-72h，获得污泥堆肥专用发酵剂;
2) 无辅料污泥堆肥：将污泥进行预处理，使其含水率降至40-65wt%，接种污泥堆肥专用发酵剂，堆制15-25天，即得腐熟堆肥。
优选的，所述滤液与营养培养基的体积比为(0.1-0.2)：1。
优选的，所述污泥堆肥专用发酵剂的有效活菌数为4×108-6.5×108 CFU /ml。
优选的，步骤2)中，在堆肥过程中，不同温度段接种对应温度培养获得的污泥堆肥专用发酵剂。
优选的，在10-75℃温度范围内，间隔15-25℃接种对应温度培养获得的污泥堆肥专用发酵剂。
优选的，污泥堆肥专用发酵剂的加入量为处理污泥量的0.1-0.5wt%。
优选的，步骤2)中，堆肥过程中使堆体含氧量保持在5-15v/v%。
本发明的有益效果是：
本发明将从不同温度堆肥污泥中提取的土著微生物进行培养，获得污泥堆肥专用发酵剂，然后在对应的温度段将其接种于污泥，发酵剂中的微生物能在较短时间内适应堆肥污泥的环境，快速繁殖，启动堆肥，堆料有机质快速降解，堆体快速腐熟，且堆肥产品质量稳定，实现了无辅料污泥堆肥。高温段制备的发酵剂接种于堆肥污泥，可使堆体高温持续时间长，有效杀灭病菌，减少堆肥过程中臭气的产生。本发明堆肥方法由于不需添加辅料，简化了堆肥工艺，并节约了堆肥成本，堆肥生产环境很清洁。
具体实施方式
传统堆肥方式通常是向污泥中添加人工培育的发酵菌剂，人工培育的特殊菌剂具有繁殖快、活性强、分解有机物迅速等特点，但也存在人工加入的微生物菌剂所含微生物种类数量有限，分解对象和分解能力存在差异等问题，造成不同菌剂同种污泥和同种菌剂不同污泥的堆肥效果明显不同。且研究表明，单一的细菌、真菌、放线菌群体，无论其活性多高，在加快堆肥化进程中的作用都比不上多种微生物群体的共同作用。此外，由于污泥物料的有机质组分存在差异，对应的微生物群体及其适宜的温度也有所不同。外来菌源的发酵菌剂添加到污泥中，作为外来菌与土著微生物容易产生生态位叠，适应性及竞争力不如土著微生物。
堆肥过程是由群落结构演替非常迅速的多个微生物群体共同作用而实现的动态过程，微生物群体利用污泥中可利用的有机化合物进行自身的新陈代谢活动，从而将可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化，并放出能量，使得堆体产热。随着堆体温度的变化，部分微生物的活性增加，而其他微生物则受到抑制，发生种群的演替现象。堆肥初期，主导微生物以嗜温性微生物为主，包括真菌、细菌和放线菌，主要分解底物为糖类、淀粉类等较易分解的有机物。堆体升至一定温度，嗜温微生物受到抑制，嗜热微生物上升为主导微生物，堆肥中复杂的有机物如半纤维素、纤维素和蛋白质等开始被强烈分解。
本发明考虑到上述因素，从堆肥过程中不同温度的污泥中提取土著微生物，经培养获得污泥堆肥专用发酵剂，然后在污泥堆肥的不同温度段投入对应温度培养的专用发酵剂，进行无辅料堆肥。该发酵剂的特异来源、培养条件和添加方法，使其微生物群体能在较短时间内适应堆肥污泥的环境，快速繁殖，并迅速促进发酵，对有机物的分解发挥作用，且在高温阶段持续时间长，有效杀灭病菌，实现堆体的无害化处理。
本发明所采取的技术方案是：
一种无辅料污泥堆肥方法，包括以下步骤：
1) 污泥堆肥专用发酵剂的制备：堆肥过程中，在10-75℃范围内取不同温度的污泥样本，分别加入生理盐水，震荡后取滤液，将滤液置于营养培养基中，分别在获取污泥的对应温度下培养48-72h，获得污泥堆肥专用发酵剂;
2) 无辅料污泥堆肥：将污泥进行预处理，使其含水率降至40-65wt%，接种污泥堆肥专用发酵剂，堆制15-25天，即得腐熟堆肥。
本发明用于提取土著微生物制备污泥堆肥专用发酵剂的堆肥污泥，为常规方法堆肥的污泥，或为无辅料堆肥过程中的污泥。
步骤1)中，用生理盐水从污泥中制取滤液，当然，根据公知常识，也可用其他缓冲液来进行提取。优选的，污泥样本与生理盐水的重量体积比(g/ml)为1：8-30，震荡时间为1.5-5h。优选的，所述滤液与营养培养基的体积比为(0.1-0.2)：1。
污泥堆肥专用发酵剂的有效活菌数为4×108-6.5×108 CFU /ml，优选为4.6×108-6.5×108 CFU /ml。
步骤2)中，将污泥进行预处理，使其含水率降至40-65wt%，优选为45-60%。污泥预处理方法可为脱水、烘干、晾晒、堆肥成品回流等。
步骤2)中，在堆肥过程中，不同温度段接种对应温度培养获得的污泥堆肥专用发酵剂。优选的，在10-75℃温度范围内，间隔15-25℃接种对应温度培养获得的污泥堆肥专用发酵剂。
优选的，污泥堆肥专用发酵剂的加入量为处理污泥量的0.1-0.5wt%。
优选的，步骤2)中，堆肥过程中使堆体含氧量保持在5-15v/v%。通风方法可采用风机进行强制通风，也可采用机械或人工翻堆通风的方法。
以下实施例中所用营养培养基的组成为：葡萄糖0.01-0.04g/ml、牛肉膏0.005-0.02g/ml、蛋白胨0.005-0.02g/ml、NaCl 0.005-0.01g/ml、琼脂0.015-0.025g/ml、余量为双蒸水，pH为7.0-7.8。当然，本领域技术人员也可采用其他种类的营养培养基来富集培养土著微生物。
实施例1
1)污泥堆肥专用发酵剂1#的制备：污泥堆肥过程中，当污泥温度为10℃时，取适量污泥，加入生理盐水，污泥与生理盐水的重量体积比(g/ml)为1：16，震荡5h后取滤液，将滤液置于营养培养基中，10℃培养63h后，得到污泥堆肥专用发酵剂1#，有效活菌数为6.2×108CFU /ml;
污泥堆肥专用发酵剂2#的制备：污泥堆肥过程中，当污泥温度为35℃时，取适量污泥，加入生理盐水，污泥与生理盐水的重量体积比(g/ml)为1：20，震荡4h后取滤液，将滤液置于营养培养基中，35℃培养48h后，得到污泥堆肥专用发酵剂2#，有效活菌数为4.6×108CFU /ml;
污泥堆肥专用发酵剂3#的制备：污泥堆肥过程中，当污泥温度升至55℃时，取适量污泥，加入生理盐水，污泥与生理盐水的重量体积比(g/ml)为1：25，震荡3h后取滤液，将滤液置于营养培养基中，55℃培养50h后，得到污泥堆肥专用发酵剂3#，有效活菌数为5.7×108CFU /ml;
污泥堆肥专用发酵剂4#的制备：污泥堆肥过程中，当污泥温度升至70℃时，取适量污泥，加入生理盐水，污泥与生理盐水的重量体积比(g/ml)为1：18，震荡3.5h后取滤液，将滤液置于营养培养基中，70℃培养72h后，得到污泥堆肥专用发酵剂4#，有效活菌数为5.3×108CFU /ml;
2)无辅料污泥堆肥：将污泥采用脱水处理的方式，使污泥含水率降到65%，将污泥堆成条垛，在10℃、35℃、55℃、70℃不同温度段分别接种污泥堆肥专用发酵剂1#、2#、3#、4#，混合均匀，接种量为处理污泥量的0.1-0.5wt%;堆肥过程中采用风机进行强制通风，使堆肥过程中的氧含量持在5%-15%，共堆制25天后得到腐熟堆肥，其中堆体55℃以上温度持续时间为7天。
对腐熟堆肥采样检测，腐熟堆肥有机质为26.8%，TN为1.78%，TP为2.31%，TK为0.96%。
实施例2
1)同实施例1的方法，分别在25℃、40℃、55℃、75℃培养获得污泥堆肥专用发酵剂5#、6#、7#、8#;
2)无辅料污泥堆肥：将污泥采用腐熟物料回流的方式，使污泥含水率降到55%，将污泥送入堆肥槽，在25℃、40℃、55℃、75℃不同温度段分别接种污泥堆肥专用发酵剂5#、6#、7#、8#，混合均匀，接种量为处理污泥量的0.1-0.5wt%;堆肥过程采用机械翻抛的形式进行通风，使堆肥过程中的氧含量持在5%-15%，共堆制18天后得到腐熟堆肥，其中堆体55℃以上温度持续时间为6天。
对腐熟堆肥采样检测，腐熟堆肥有机质为31.8%，TN为1.89%，TP为2.15%，TK为0.98%。
实施例3
1)同实施例1的方法，分别在35℃、50℃、70℃培养获得污泥堆肥专用发酵剂9#、10#、11#;
2)无辅料污泥堆肥：将污泥采用脱水的方式，使污泥含水率降到45%，将污泥送入堆肥槽，在35℃、50℃、70℃不同温度段分别接种污泥堆肥专用发酵剂9#、10#、11#，混合均匀，接种量为处理污泥量的0.1-0.5wt%;堆肥过程采用风机强制通风加上机械翻堆辅助的形式进行通风，使堆肥过程中的氧含量持在5%-15%，共堆制15天后得到腐熟堆肥，其中堆体55℃以上温度持续时间为6天。腐熟堆肥产品还可根据市场需要进一步加工成不同品种。
对腐熟堆肥采样检测，腐熟堆肥有机质为29.7%，TN为1.21%，TP为2.52%，TK为1.32%。
从上述实施例可见，将本发明堆肥专用发酵剂在对应的温度段接种于污泥，无需添加辅料，即可快速启动堆肥，堆料有机质降解速度快，堆肥时间大为缩短，堆肥产品质量稳定;且堆体高温持续时间长，能有效杀灭病菌，减少堆肥过程中臭气的产生。由于本发明堆肥方法不需添加辅料，简化了堆肥工艺，并节约了堆肥成本，堆肥生产环境很清洁。