申请日2006.11.07
公开(公告)日2007.05.23
IPC分类号C05G1/00; C05F7/00; C05F11/02
摘要
本发明公开了一种用污水厂污泥生产有机酸类肥料及产品，产品成份和含量(折成干基)为：有机酸和腐殖酸盐类18～35%，氮8～20%，五氧化二磷3～10%，氧化钾4～15%，余量为其它有机和无机物质;重金属生成的腐殖质络合物经液固分离高温烧结后，形成无害的硅酸盐而除去。用低温液相法生产优质有机酸类肥料，解决了污泥杀菌、消毒、除臭、除重金属和三废污染等问题，具有免除发酵、设备及工艺简易、产品肥效高、利于环境保护等优点，本发明广泛适用于污水厂污泥无害化综合利用中使用。
权利要求书
1，一种有机酸类肥料，含有机物质和无机物质，其特征在于 肥料的成份和重量百分含量为：
有机酸和腐殖酸盐类 18～35%
氮 8～20%
五氧化二磷 3～10%
氧化钾 4～15%
余量为其他有机和无机物质
所述的氮、五氧化二磷、氧化钾分别是含氮、磷和钾化合物的 折合量。
2，污水厂污泥生产有机酸类肥料的方法，包括破解、分解、 过滤、浓缩和烧结，其特征在于制造过程为：
(1)向含水重量80～85%的污泥加入2.5～4.5%(污泥干基重 量比，以下同)硫化钠、0.2～0.6%二硫化碳、1.5～2.0%焦磷酸钠、 3～5%自来水(水中预先加入占水重量10～20%的四丁脂消泡剂)， 搅拌加热80～85℃，常压，保温1小时，后再搅拌加热90～95℃， 常压，保温1.5～2小时，然后，
(2)溶液进行过滤，滤液加入氮、磷、钾辅料，包装得液体 冲稀肥料;或经过造粒、干燥、制得颗粒状有机复合肥料，然后，
(3)滤渣中加入滤渣重量百分比为10%的液体硅酸钠，加热 1100℃，烧结半小时，得无害化的重金属硅酸盐物质。
说明书
污水厂污泥生产有机酸类肥料及产品
本发明涉及一种污水 厂污泥生产有机酸类肥料及产品，更具体地说，涉 及一种低温液相法处理活性污泥制得高肥效的有机酸类肥料，并将固相重金 属络合物液固分离烧结成无害硅酸盐的方法及上述所获得的产品。
在现有技术中，随着环境保护事业的不断深化发展，城市污水处理工厂 在全国各地大量兴建，其副产物——大量活性污泥的处理和利用问题则愈加 突出。污水厂污泥中，含有五分之四的水和五分之一的悬浮状有机物质;既 含有氮、磷、钾有益元素和大量可供利用的有机生物菌体，又含有有害的微 生物(致病菌、病毒、寄生虫卵)和铬、镉、铅、砷、汞等重金属铬合物。 由于污泥的复杂成分及粘稠状态，使它的处置利用成为难题，到目前为止， 还没有成熟技术对活性污泥进行有效处理并充分利用。现有活性污泥处理方 法有：(1)污泥填埋：不仅占用土地，还会污染地下水源;(2)污泥倒入海 中：会污染海域，破坏生态平衡;(3)泥泥焚烧：污泥含水80%以上，不仅 操作费用大，而且浪费有机质资源，废气还会污染大气;(4)污泥发酵腐熟 后制成肥料，相对而言，是一种较好的方法，但发酵时间长，占地面积大， 生产效率低、费时费力，存在重金属积累污染问题;(5)湿污泥干燥后做肥 料：由于污泥呈粘稠状态，特别是菌体内的细胞结合水，脱水效果很差，很 难进行干燥，费时费力，同样有重金属污染问题;(6)其他的污泥处理方法： 目前尚处于研究阶段。以上所述的处理污泥的各种方法均存在严重问题，因 此，必需采用简单易行的方法，对污泥进行无害化高效综合利用。
本发明旨在提供一种用污水厂污泥生产有机酸类肥料及其所获得的产 品，即采用低温液相法，使污泥中的微生物及菌体细胞壁破解，蛋白质、脂 肪、木质素等通过分解反应，生成有机酸类等组分，同时达到杀菌、消毒、 除臭目的，并将污泥重金属与腐殖质生成的固相络合物，经液固分离后，烧 结成无害的硅酸盐而除去;本发明免除发酵工艺，充分利用污泥制成水溶性 好、肥效高的复合肥料。
为了达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
(一)在污泥中加入硫化钠和二硫化碳(其中，二硫化碳必须在酒精溶 液中贮存)，溶液呈碱性，PH=8～10，PH值可以不加调节，并加入焦磷酸 钠分散剂和四丁脂消泡剂，升温80～85℃，常压，保温1小时，使污泥中的 微生物及菌体细胞壁发生破解反应;微生物及菌体分解成含氮有机物(主组 分为蛋白质)和非含氮有机物(主组分为葡萄糖)，此时溶液中的有机物质 由蛋白质、脂肪、木质素、纤维素、糖类、以及腐殖质组成。再升温90～95 ℃，常压，再保温1～2小时，发生如下的分解反应：
I，蛋白质水解生成有机酸：
蛋白质+H2O→RCHNH2COOH
II，纤维素水解生成葡萄糖：
(C6H10O5)n+nH2O→nC6H12O6
III，葡萄糖分解生成草酸：
C6H12O6→3C2H2O4+3H2O
此外，还有木质素分解生成酚、醛和酸类物质等。
(二)污泥中较小分子量的腐殖酸，与钾、钠、氨(K+、Na+、NH3+) 等离子结合，生成腐殖酸盐类而溶解于溶液中;
(三)污泥中较大分子量的腐殖质比较难于分解，污泥中原来就已存在 的腐殖质与重金属[铬(Cr)、镉(Cd)、铅(Pb)、汞(Hg)、砷(As)等] 形成的不溶水于的铬合物，仍以固相形式保留在溶液中。
(四)溶液进行过滤，将滤渣加入硅酸钠进行高温烧结，使重金属生成 无害的硅酸盐而除去。
(五)通过前述分解反应，达到了杀菌、消毒、除臭的目的，所得有机 酸、酚、醛等组分及腐殖酸盐类溶液，可进一步浓缩制成高肥效的冲稀肥料， 或再造粒、干燥，制得颗粒状有机复合肥。
本发明的有机酸类肥料的制造方法，包括混料、破解、分解、过滤、浓 缩、包装，以及重金属烧结。其具体制造过程为：(1)用带搅拌和烟道气夹 道加热的敞口设备作混料、破解和分解罐，先加入含水80%～85%的湿污泥， 向污泥中加入2.5～4.5%(污泥干基重量比，以下同)硫化钠、0.2～0.6%二 硫化碳、1.5～2.0%焦磷酸钠、加入3～5%的自来水，(自来水中预先加入占 水重量10～20%的四丁脂消泡剂)，上述物料边搅拌边加热到80～85℃，常 压，保温1小时，使微生物细胞壁破解;再边搅拌边加热到90～95℃，常压， 保温1.5～2小时，使有机物质发生分解反应;(2)溶液进行过滤，将滤液浓 缩，加入氮、磷、钾辅料，包装得液体冲稀肥料;(3)也可经过造粒、干燥， 制得颗粒状有机复合肥料;(4)滤渣中加入占滤渣重量百分比为10%的液体 硅酸钠后送去加热炉内，经1100℃烧结半小时，得无害化的重金属硅酸盐物 质，可供制砖或水泥厂使用。
所制得的有机酸类肥料，产品成份和含量(折成干基)为：有机酸和腐 殖酸盐类18～35%，氮8～20%，五氧化二磷3～10%，氧化钾4～15%，余 量为其他有机和无机物质。
在实施本发明的过程中，向污泥中加入硫化钠为工业级“合格品”质量， 硫化钠(Na2S)含量≥60.0%;加二硫化碳(CS2)，为工业级“普通级” 质量，外观为无色透明液体，沸程(1.0Mpa时)45.6～46.6℃，相对密度(D420) 为1.262～1.267，在酒精溶液中贮存才稳定，它与硫化钠的增效配合应用， 实现微生物细胞壁(磷脂双分子层)的低温破解，是本发明的特点之一;加 焦磷酸钠(即磷酸四钠)为工业级“合格品”，含Na4P2O4≥95.0%，水不溶 物含量≤0.20%，它起分散作用;加四丁脂工业级品消泡剂，可有效消除反 应生成的泡沫;加入液体硅酸钠(Na2O·nSiO2)为工业级“五类”产品， 含二氧化硅≥29.2%，可使重金属易于烧结成硅酸盐类物质。
在实施本发明过程中，必须掌握分解反应进行的深度，控制三大因素来 控制反应深度：(1)加入Na2S和CS2的数量、(2)温度、(3)时间。加入 物过多、温度过高、时间过长，均可使反应过深而使有机酸发生氨化反应生 成NH3、CO2等物质，既产生了废气污染物，又降低有机物肥效;在相反情 况下，则可使反应过浅，使一部分污泥有机物质反应不完全而影响肥效。
控制反应深度，还应考虑到与重金属结合的腐殖质络合物，仍以固相形 式保留在溶液中，使重金属除去效率达到90%以上;而腐殖酸盐类则以溶解 状态存在于溶液中;反应完毕后，污泥絮凝体已大大减少，溶液易于过滤和 浓缩。
与现有技术相比，本发明具有以下明显的优点：(1)本发明采用低温“液 相法”处理污泥，避免了现有“固相法”处理污泥存在的各种悬而未决的难 题;(2)有效除去污泥中的重金属，生成无害化物质;(3)实现了污泥杀菌、 消毒、除臭的目的;(4)无“三废”污染问题;(5)制得的有机酸类肥料在 土壤中易于氨化，是农作物容易吸收的高效有机肥料;(6)免除发酵工艺， 设备简易，方法简单，易于实施。本发明既为污水厂付产大量活性污泥提供 了一种无害化综合利用的出路;又为农业生产提供了高肥效的有机肥料原 料。复合肥产品经大量施用证明：对农作物的增产增收、恢复作物自然风味、 改良土壤三大功能均具有显著的效果。本发明具有显著的经济效益、环保效 益和社会效益。