申请日2011.01.10
公开(公告)日2011.08.31
IPC分类号C05G1/00; C05F7/00
摘要
本发明属生物有机肥料领域，具体涉及一种以污泥为原料的生物有机肥料的制备方法和应用，包括重金属钝化过程、混合配料过程、好氧发酵过程、厌氧消化过程和粉筛分流过程。本发明工艺流程简便，以污泥为原料，采用金属钝化剂降低重金属的有效性，结合好氧与厌氧双流程发酵，所得肥料集有机肥、无机肥和生物肥的肥效于一体，具有无公害、无污染、长效、速效、增效等特点，投资规模小，利于推广应用，为污泥无害化、减量化、资源化处理开辟了一条新途径。
权利要求书
1.一种以污泥为原料的生物有机肥料的制备方法，包括重金属钝化过程、混合配料过程、好氧发酵过程、厌氧消化过程和粉筛分流过程，其步骤如下：
1)、重金属钝化过程
在含水量为75～85%的污泥中添加沸石、海泡石、膨润土进行重金属钝化，以污泥量为基准，按重量百分比计沸石、海泡石、膨润土的添加量分别为0～1.8%、0～1.2%、0～2.4%;
2)、混合配料过程
在上述经过重金属钝化的污泥中加入纤维素物质粉碎物和酵素菌扩大菌，混匀得到混合物料，其中各组分按重量比计分别为：
污泥 1000份
纤维素物质粉碎物 180～220份
酵素菌扩大菌 40～60份
所述纤维素物质是花生壳、禾杆、木屑或稻壳;
3)、好氧发酵过程
将混合物料以垛状堆置，在55～70℃温度下进行好氧发酵13～17天，隔一天翻堆一次，确保进行有氧发酵，使混合物料充分腐熟，腐熟指标为：物料呈黑褐色或黑色;堆体温度达到65～75℃;PH值小于8;水溶性有机质含量<2.2g/L，水溶性有机碳/有机氮为5～6，有机碳/总有机氮小于0.75;
4)、厌氧消化过程
将步骤3充分腐熟的混合物料再进行堆状堆集，进行厌氧消化处理13～17天，直至完全发酵腐熟程度，其腐熟指标为：以干基计有机质含量≥30%;水分含量≤30.0%;每克物料中有效活菌数≥0.20亿;蛔虫卵死亡率≥95%;每克物料中粪大肠菌群数≤100个;
5)、粉筛分流过程
将步骤4完全腐熟的混合物料以连续式多口径滚动筛进行粉碎、分筛，得到pH值为5.5～8.5的粉末状生物有机肥料。
2.一种权利要求1所述的制备方法制备得到的生物有机肥料。
3.根据权利要求2所述的生物有机肥料，其特征在于：在生物有机肥料中加入氮磷钾铺助材料，然后通过圆盘造粒或挤压造粒形成颗粒物，得到有机-无机复混肥，各组成比例以重量百分比计如下：
生物有机肥料 89%～85%;
氮磷钾铺助材料 11%～15%
其中氮磷钾铺助材料是指由氮元素物质、磷元素物质和钾元素物质经混匀所得的混合物，氮元素物质是指尿素或硫胺，磷元素物质是指磷酸铵或磷酸钙，钾元素物质是指硫酸钾或氯化钾。
说明书
一种以污泥为原料的生物有机肥料的制备方法和应用
技术领域
本发明属生物有机肥料领域，具体涉及一种以污泥为原料的生物有机肥料的制备方法和应用。
背景技术
随着我国城市化进程步伐的加快，伴随着城市污水排放量大大增加，城市污水已严重污染我们的生活环境和危害我们的身体健康，因此城市污水的处理已日益引起了社会的重视。根据国家环境保护“十一五”规划与全国城镇污水处理及再生利用设施建设“十一五”规划，至2010年我国所有城市的污水处理率不低于70%，预计伴随产生的污泥(含水量80%)将高达3千万吨/天，加上污染河湖疏浚污泥和城市下水道污泥等，每年产生的污泥不仅数量巨大，还以每年10%～15%的速度增加。污泥是一种含有病原微生物、多种有机和无机污染物以及重金属的固液混合体，在污泥中有99种化合物被确定为有害化合物，因此，污泥是一类危害性极大的固体废弃物，如果不加以彻底的处理与控制，将会对环境造成严重的二次污染。
各类污泥的形成过程是复杂的，这使得不同来源的污泥在物理化学和生物特性方面存在明显的差异，就污水处理厂产生的污泥而言，它是一种由有机物质残片、细菌菌体、无机颗料、胶体等组成的极其复杂的非均质体，其中大部分由生物絮凝态组成，约占污泥总量的69%，颗粒态组为约占23%，可溶态和胶体组分比例较小，分别占8%和小于1%。
污泥中含有大量的细菌，如放线菌、病毒、寄生虫、原生动物、轮虫和真菌等微生物体及寄生虫卵，其中有相当一部分是致病的，在污泥处理中必须彻底的去除。
目前，主要的污泥处置方法归纳起来主要有卫生填埋，焚烧和土地利用，这些方法的实施有以下三个先决条例：一是，需要有足够的污泥填埋空间;二是，需要承受昂贵的设备投资和高昂的运行费用;三是，对污泥中有害物质如重金属的含量等有严格的限制条件。
当前污泥的处置方法中，污泥的卫生填埋始于20世纪60年代，然而，污泥卫生填埋主要存在以下两大问题：一是填坑中含有各种有毒有害物质，经雨水的浸蚀和渗漏作用污染地下水环境;二是，适宜污泥填埋的场所，因目前污泥的大量产出和城市化过程的加快，显得越来越有限。由于污泥卫生填埋不能最终避免环境污染，因此，各国近年来卫生填埋在污泥处置中所占的比例迅速减少。
污泥焚烧是指在大于600℃的温度下，使污泥中的有机组分全部碳化生成稳定的无机物，污泥中含有大量的有机物和纤维素、木质素等，污泥焚烧后的残渣无菌、无臭，体积可减少60%以上，可以最大限度地减少污泥体积，但是，由于污泥焚烧设备的一次性投资巨大，能耗和运行费用很高，一般污泥焚烧处理的费用在500元/t以上。另外，污泥直接焚烧，操作管理复杂，可能产生废气，噪气，振动、热和辐射等污染，特别是在经过不充分燃烧的过程时会产生二噁英等有害气体，在大气污染控制方面还存在一定的技术问题。
污泥的土地利用主要包括污泥农用、污泥用于森林与园艺、废弃矿场等场地的改良等。污泥中含有丰富的有机物和一定量的氮(N)、磷(P)、钾(K)等营养元素，施用于农田有增加土壤肥力，促进作物生长等效果，虽然污泥的土地利用具有能耗低，可以利用污泥中养分等特点，但是污泥中含有大量的病原菌、寄生虫(卵)，以及氯联苯胺等难解的有毒有害物，特别是污泥中所含的重金属不能被微生物分解，而且可能在生物体内集聚，从而对人类或生态环境造成危害，限制了土壤对污泥利用的适应性。
一般来说，污泥在土地利用以前，必须经过无毒无害化处理，经过高温堆肥和生物处理后才可以进行土地利用，以保证施用过污泥的土地中重金属含量不超过土壤背景值。
利用城市污泥制备肥料也有相关文献，如专利200410043637.5公开的一种“利用城市污泥制系列专用肥及其方法”，未解决重金属残留问题，只进行好氧发酵，污泥无害化处理不彻底;专利申请00132414.4公开的一种“利用城市污泥生产生物型有机复合肥料的方法”，是将含水率为75-85%的脱水污泥与含水率小于15%的干污泥按体积比为1∶2或将含水率为75-85%的脱水污泥与含水率小于10-40%的回流堆肥按体积比例1-2-3的比例混合，使其成为含水率为50-65的混合肥料，上述申请中的差异是在物料组成，而其制备工艺都基本相同。有关微生物肥料的专利申请，如94118231.2(名称：一种生物肥料的生产方法及其使用的微生物)、00117587.4(名称：生物肥料组合物及其应用)、97118994.3(名称：一种农用生物肥料及其制法)、00131249.9(名称：用于瓜果的天然全元有机生物肥料)等，虽然记载的技术方案各有不同，有各自的优点，但也存在着综合效果上的不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种以污泥为原料的生物有机肥料的制备方法，以污泥为原料，采用重金属钝化剂降低重金属的有效性，再经发酵至完全腐熟后粉筛分流即得到生物有机肥料，该肥料能活化微生物，疏松土壤增加地力，分解消除土壤中化肥残留、农药残留、重金属等毒素，含有丰富的微生物菌群、腐殖酸、纤维素等，具有无公害、无污染、长效、速效、增效等特点，投资规模小，利于推广应用，适合于我国农业发展的需要。
本发明所采用的技术方案：
一种以污泥为原料的生物有机肥料的制备方法，包括重金属钝化过程、混合配料过程、好氧发酵过程、厌氧消化过程和粉筛分流过程，其步骤如下：
1、重金属钝化过程
在含水量为75～85%的污泥中添加沸石、海泡石、膨润土进行重金属钝化，以污泥量为基准，按重量百分比计沸石、海泡石、膨润土的添加量分别为0～1.8%、0～1.2%、0～2.4%。沸石处理可以降低堆肥中Zn和Cu的生物有效性，海泡石处理可以降低堆肥中Cu和Cr的生物有效性，膨润土处理可以降低堆肥中Pb和Hg的生物有效性，根据污泥所含重金属的类别和含量，调整沸石、海泡石、膨润土的添加量，可有效地降低重金属生物有效性，降低重金属的污染风险。
2、混合配料过程
在上述经过重金属钝化的污泥中加入纤维素物质粉碎物和酵素菌扩大菌，混匀得到混合物料，其中各组分按重量比计分别为：
污泥 1000份
纤维素物质粉碎物 180～220份
酵素菌扩大菌 40～60份
所述纤维素物质是花生壳、禾杆、木屑或稻壳。
3、好氧发酵过程
将混合物料以垛状堆置，在55～70℃温度下进行好氧发酵13～17天，隔一天翻堆一次，确保进行有氧发酵，使混合物料充分腐熟，腐熟指标为：物料呈黑褐色或黑色;堆体温度达到65～75℃;PH值小于8;水溶性有机质含量(WSC)<2.2g/L，水溶性有机碳/有机氮(wsc/N-0ng)为5～6，有机碳/总有机氮小于0.75。随着微生物的生长繁殖和有机物的分解，产生大量的热量，堆体内温度迅速升高，嗜热微生物逐渐取代了嗜温微生物，堆肥从中温阶段进入高温阶段，应采取温度控制手段控制堆体温度。
4、厌氧消化过程
将步骤3充分腐熟的混合物料再进行堆状堆集，进行厌氧消化处理13～17天，使消化过程更加稳定，直至完全发酵腐熟程度。其腐熟指标为：以干基计有机质含量≥30%;水分含量≤30.0%;每克物料中有效活菌数(cfu)≥0.20亿;蛔虫卵死亡率≥95%;每克物料中粪大肠菌群数≤100个。
5、粉筛分流过程
将步骤4完全腐熟的混合物料以连续式多口径滚动筛进行粉碎、分筛，得到pH值为5.5～8.5的粉末状生物有机肥料。
在生物有机肥料中根据不同的需求加入氮磷钾铺助材料，然后通过圆盘造粒或挤压造粒形成颗粒物，得到有机-无机复混肥，如：1、牧草、草坪和林木、果树的专用肥;2、水稻、玉米、大豆专用肥;3、西瓜、甜瓜、黄瓜专用肥;4、番茄、辣椒、茄子专用肥。
上述肥料的组成比例以重量百分比计如下：
生物有机肥料 89%～85%;
氮磷钾铺助材料 11%～15%
其中氮磷钾铺助材料是指由氮元素物质、磷元素物质和钾元素物质经混匀所得的混合物，氮元素物质是指尿素或硫胺，磷元素物质是指磷酸铵或磷酸钙，钾元素物质是指硫酸钾或氯化钾。
本发明工艺流程简便，以城市污泥为原料，采用金属钝化剂降低重金属的有效性，结合好氧与厌氧双流程发酵，所得肥料含有丰富的微生物菌群、腐殖酸、纤维素等，集有机肥、无机肥和生物肥的肥效于一体，具有无公害、无污染、长效、速效、增效等特点，投资规模小，利于推广应用，为污泥无害化、减量化、资源化处理开辟了一条新途径。
具体实施方式
下面用非限定性实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
A、重金属钝化
根据对目标污泥的重金属残留检测得到以下数据：
Cd Cr Cu Mn Ni Pb Zn As Hg 0.426 210 32.0 97.6 363
因其重金属含量不超过国家标准，不进行重金属钝化处理。
B、混合配料
在上述污泥(含水量为75%)中加入花生壳粉碎物和酵素菌扩大菌，混匀得到混合物料，其中各组分按重量比计分别为：
污泥 1000份
花生壳粉碎物200份
酵素菌扩大菌50份
C、好氧发酵
将混合物料以垛状堆置，可以排到成多条平形条垛，在60℃温度下进行好氧发酵14天，隔一天使用翻堆设备进行翻堆一次，确保进行有氧发酵，使混合物料充分腐熟，腐熟指标为：物料呈黑褐色或黑色;堆体温度达到65～75℃;PH值小于8;水溶性有机质含量(WSC)<2.2g/L，水溶性有机碳/有机氮(wsc/N-0ng)为5～6，有机碳/总有机氮小于0.75。
D、厌氧消化
将上述充分腐熟的混合物料再进行堆状堆集，进行厌氧消化处理15天，使消化过程更加稳定，直至完全发酵腐熟程度。其腐熟指标为：以干基计有机质含量≥30%;水分含量≤30.0%;每克物料中有效活菌数(cfu)≥0.20亿;蛔虫卵死亡率≥95%;每克物料中粪大肠菌群数≤100个。
E、粉筛分流
将步骤4完全腐熟的混合物料以连续式多口径滚动筛进行粉碎、分筛，其口径顺序为3.5毫米、4.5毫米、剩余料。其结果为：
1、生物有机肥料(粉状)，指标：每克物料中有效活菌数(cfu)≥0.20亿;以干基计有机质含量≥25.0%;水分含量≤30.0%;pH值6.5，每克物料中粪大肠菌群数≤100个;蛔虫卵死亡率≥95%。
2、剩余为回流物料。
实施例二
A、重金属钝化
根据对目标污泥的重金属残留检测得到以下数据：
Cd Cr Cu Mn Ni Pb Zn As Hg 2.82 61.56 267.69 22.65 13.58 1095.34
因其重金属Zn超过国家标准，对其进行重金属钝化处理，按重量比将18份沸石加入到1000份污泥(含水量为80%)中，搅拌均匀。
B、混合配料
在上述经钝化的污泥(含水量为80%)中加入花生壳粉碎物和酵素菌扩大菌，混匀得到混合物料，其中各组分按重量比计分别为：
污泥 1000份
禾杆粉碎物 180份
酵素菌扩大菌45份
C、好氧发酵
将混合物料以垛状堆置，可以排到成多条平形条垛，在70℃温度下进行好氧发酵15天，隔一天使用翻堆设备进行翻堆一次，确保进行有氧发酵，使混合物料充分腐熟，腐熟指标为：物料呈黑褐色或黑色;堆体温度达到65～75℃;PH值小于8;水溶性有机质含量(WSC)<2.2g/L，水溶性有机碳/有机氮(wsc/N-0ng)为5～6，有机碳/总有机氮小于0.75。
D、厌氧消化
将上述充分腐熟的混合物料再进行堆状堆集，进行厌氧消化处理16天，直至完全发酵腐熟程度。其腐熟指标为：以干基计有机质含量≥30%;水分含量≤30.0%;每克物料中有效活菌数(cfu)≥0.20亿;蛔虫卵死亡率≥95%;每克物料中粪大肠菌群数≤100个。
E、粉筛分流
将完全腐熟的混合物料以连续式多口径滚动筛进行粉碎、分筛，其口径顺序为3.5毫米、4.5毫米、剩余料，得到pH值为7.5的粉末状生物有机肥料。指标：每克物料中有效活菌数(cfu)≥0.20亿;以干基计有机质含量≥25.0%;水分含量≤30.0%;pH值6.5，每克物料中粪大肠菌群数≤100个;蛔虫卵死亡率≥95%。
F、混合配料造粒
在上述成品肥料中加入氮磷钾铺助材料，混合后搅拌均匀，然后通过圆盘造粒形成颗粒物，得到有机-无机复混肥，其组成比例以重量百分比计如下：
①有机肥成品89%，890份。
②氮磷钾 11%，尿素40份、磷酸铵40份、硫酸钾30份。
经检测，所得有机-无机复混肥的总养分含量≥15。
实施例三
A、重金属钝化
根据对目标污泥的重金属残留检测得到以下数据：
Cd Cr Cu Mn Ni Pb Zn As Hg 0.782 206 629 45 607 148
因其重金属Cu、Pb超过国家标准，Cr接近国家标准，对其进行重金属钝化处理。按重量比将18份沸石、12份海泡石、24份膨润土加入到1000份污泥(含水量为85%)中，搅拌均匀。
B、混合配料
在上述经钝化的污泥(含水量为85%)中加入花生壳粉碎物和酵素菌扩大菌，混匀得到混合物料，其中各组分按重量比计分别为：
污泥 1000份
稻壳粉碎物 210份
酵素菌扩大菌55份
C、好氧发酵
将混合物料以垛状堆置，可以排到成多条平形条垛，在75℃温度下进行好氧发酵16天，隔一天使用翻堆设备进行翻堆一次，确保进行有氧发酵，使混合物料充分腐熟，腐熟指标为：物料呈黑褐色或黑色;堆体温度达到65～75℃;PH值小于8;水溶性有机质含量(WSC)<2.2g/L，水溶性有机碳/有机氮(wsc/N-0ng)为5～6，有机碳/总有机氮小于0.75。
D、厌氧消化
将上述充分腐熟的混合物料再进行堆状堆集，进行厌氧消化处理15天，直至完全发酵腐熟程度。其腐熟指标为：以干基计有机质含量≥30%;水分含量≤30.0%;每克物料中有效活菌数(cfu)≥0.20亿;蛔虫卵死亡率≥95%;每克物料中粪大肠菌群数≤100个。
E、粉筛分流
将完全腐熟的混合物料以连续式多口径滚动筛进行粉碎、分筛，其口径顺序为3.5毫米、4.5毫米、剩余料，得到pH值为7.0的粉末状生物有机肥料。指标：每克物料中有效活菌数(cfu)≥0.20亿;以干基计有机质含量≥25.0%;水分含量≤30.0%;pH值6.5，每克物料中粪大肠菌群数≤100个;蛔虫卵死亡率≥95%。
F、混合配料造粒
在上述成品肥料中加入氮磷钾铺助材料，混合后搅拌均匀，然后通过挤压造粒形成颗粒物，得到有机-无机复混肥，其组成比例以重量百分比计如下：
①有机肥成品85%，890份。
②氮磷钾15%，尿素50份、磷酸铵50份、硫酸钾50份。
经检测，所得有机-无机复混肥的总养分含量≥19。