申请日1987.10.09
公开(公告)日1989.04.12
IPC分类号C05F11/08
摘要
本发明是一种以有机污泥制腐植酸磷钾铵的方 法，属于环境污染的治理和综合利用技术领域，涉及 一种有机化肥的制造方法，它是通过在有机污泥中配 加添加剂，在生化槽特定的好气条件下完成生物转化 以及氨化处理等工艺后实现的，在有机污泥进行无害 稳定化处理的同时，定向将其转化成优质高效的氮、 磷、钾三元有机复合化肥产品。
権利要求書
1、本发明是一种以有机污泥制腐植酸磷钾铵的方法，它是通过在有机污泥中配加添加剂，置入生化槽进行好气生物转化等工艺后实现的，其特征在于：
a、生物转化前在有机污泥中配入定量由菌种料、植物纤维粉、磷酸盐和钾盐组成的营养添加剂;
b、底物置入生化槽开始生物转化前，在表层复盖弱酸性吸附层;
c、生物转化期间，定时定量向底物内部鼓风;
d、以底物生化发热的温度值和PH值作为生物转化过程和结束的特定评价指标;
e、对完成生物转化后的有机污泥进行氨化处理。
2、如权利1-a所述的由菌种料、植物纤维粉、磷酸盐和钾盐组成的营养添加剂，其特征是添加剂与污泥的重量配比是1比7～10，添加剂配方为(重量%)：
菌种料 5～10%
过磷酸钙 50～55%
氯化钾 20～25%
干植物纤维粉(通过孔径15MM的网筛)20～25%
3、如权利1-a或权利2所述的由菌种料、植物纤维粉、磷酸盐和钾盐组成的营养添加剂，其特征是其中的菌种料取之于同类有机污泥生物转化正常反应三天以上、现温度在40～45℃时的底物;
4、如权利1-b所述的弱酸性吸附层，其特征是以同类有机污泥生物转化完成后的底物，经酸化至弱酸性并破碎干化制成的;
5、如权利1-c所述的定时定量向底物内部鼓风，其特征是生物转化期间每隔24小时鼓风一次，每次持续3-5小时，鼓风量为8～16m3(风)/hr·m3(底物);
6、如权利1-e所述的对完成生物转化的有机污泥作氨化处理，其特征是在熟化的有机污泥中加入铵盐或尿素作氨化剂，其用量是根据产品含氮量控制在5～20%的标准内而定。
说明书
有机污泥制腐植酸磷钾铵的方法之发明，属于环境污染的治理和综合利用技术领域，涉及一种有机化肥的制造方法。
有机污泥的处理是环境治理工程中十分头痛的事情，在欧美的发达国家以土地填埋焚烧处理较多见。近年来，随着国际性的废物综合利用研究的热潮掀起，人们开始注意利用有机污泥作为土壤营养剂，如世界上最大的明胶生产厂家美国大西洋明胶工业公司，就是以生产明胶后的有机污泥进行好气堆肥的方法制有机肥料，主要是通过在污泥中加入木屑作疏松剂，同时添加硫磺或硫酸铝作添加剂，疏松剂待发酵结束后用网筛分离后回用，在发酵期间向污泥内部鼓风达到好气发酵的目的，鼓风量标准是以堆内氧含量控制在5～15%，后期控制在13～17%的范围，该方法污泥的发酵期需三周，另需稳定若干天，这种肥料的氮磷钾三者总含量低于2.5%，因此质量较低(见Biocycie Vol.23(1)P.58～60 1982)。
腐植酸磷钾铵是一种高效、广谱的氮磷钾三元复合有机化肥，传统上主要以泥炭、煤等为原料，经化学处理后制成腐植酸，混入氮、磷、钾肥复合而成。由于原料和工艺的限制，市场供应很少、若干年来，虽然有一些关于用有机污泥制堆肥的报道，但将其作为原料制取腐植酸磷钾铵产品，至今尚未见到足以令人信服的报道。
本发明利用生物工程的原理，根据有机污泥的理化特性设计了生物转化的底物配方，以及为引导微生物将污泥定向转化而制定的反应环境条件和控制系数，利用其反应热量维持数天的巴氏灭菌，利用腐植酸和铵离子与污泥中少量重金属离子起络合反应，使重金属稳定化，从而使 有机污泥在15天内转化成无害优质的腐植酸磷钾铵粗制品，再经氨化工艺进行深度灭菌和提高含氮量处理，制得符合标准的复合有机化肥产品(见图一)。
有机污泥受其自身成份条件约束，单靠本身的条件和营养将难以实现生物转化的目的，必须在生物转化反应前加入添加剂，如日本专利(JP60-239380)介绍了在污泥中加入含硅酸成份的沸石、矿石土等添加剂后进行发酵制取腐植质，这些添加剂的主要功能是调节污泥含水率。本发明从有机污泥生物转化过程和产品的全面营养平衡考虑，在数十种化学药品中筛选了价廉、易得的品种为添加剂的主要成份，其特征是添加剂配方不仅顾及调节污泥的含水率，还兼顾生化反应的碳氮比、酸碱性和肥料配比的合理性，只要添加剂与有机污泥按重量比1比7～10拌和后即可投入生化槽反应，添加剂的配方为(重量%)：
回流菌种料 5～10%，过磷酸钙 50～55%，
干植物纤维粉(通过孔径15MM网筛) 20～25%，
氯化钾 20～25%;
干植物纤维粉可用干树叶、干草和植物秸干粉碎后制取。
本发明为了缩短生物转化的微生物上升期，选用了菌种料回流的方法，可以有效地降低生物转化的周期。而传统的方法中一般不回流菌种料。或选择同类生化反应结束后的熟化底物作回流料，实验证明了这二种方法的缺陷，不回流菌种料就必须利用污泥中原有的少量对口的微生物，使其成为生物转化的主体微生物，则需要较长的适应期和数量上升期，这一般是较费时间的;而回流熟化料作菌种，则因为熟料的大部份有机物降解菌已消亡，无论是数量还是质量都不适合作菌种料。通过大量的实验筛选，本发明采用以正常发酵中温期的菌种料回流的方法，其特征是选择同类污泥生物转化已过峰值温度、反应达三天以上，现温度为40～45℃的底物为菌种料，此种底物上的微生物活性最强，菌落 数最多。
本发明的生物转化过程可在封闭的反应器内进行，也可在敞开的大生化槽里反应，但生物转化过程中污泥会散发强烈的臭气，臭气的成份主要是氨气，硫化氢和碳氢化合物气体，同时，表层奈勰嘤捎诓糠治⑸锏木骞庑院途骞跆匦裕镒某潭茸懿蝗缒诓愕奈勰喑沟祝跋觳返闹柿俊3<奈勰喽逊始际跻话愣源竺婊某羝廴臼治薏叨枰院雎裕跃P缘幕到涟杞饩鍪旎辉鹊奈侍猓缛毡镜腏P60-260488专利。本发明以简便的方法解决了这二个问题，其特征是根据腐植酸化合物具有的物理吸附性，选用熟化后的同类生物转化污泥，用磷酸或其它酸将其酸化至弱酸性，再干燥粉碎后作为复盖料在反应污泥表层复盖一层，不仅可以有效地防止臭气污染，解决了污泥见光和过氧问题，还吸附了宝贵的氨气，避免了氮损失。
本发明所述之生物转化过程，主要是依靠底物中的好氧菌和兼性菌来实现的，因此不仅需底物的营养合理，而且要建立一个微生物赖以生存的呼吸源，在有机污泥这个特定的环境中，微生物的呼吸源须靠人工建立，因为当供氧量过低时，仅兼性菌能生存，而供氧过量时又会抑制兼性菌的活性。传统的污泥堆肥技术一般只强调好氧菌的作用，而忽略兼性菌的功能，所以多为连续、过量鼓风，因此其生化反应期较长，日常运转费用较高。从氧、泥物料平衡的观点出发，通过生物转化需氧量的计算，本发明确定采用定时定量鼓风的方法，以维持污泥生物转化的最佳工作状态，其特征是在生物转化反应期间，每隔24小时向底物鼓风一次，每次持续3～5小时，鼓风量为8～16m3(风)/hr·m3(底物)
关于有机污泥生物转化后的熟化指标，许多堆肥发明众说不一，以根据经验定反应天数和判断污泥外观性状为多见，反应进行了30～40天就认为反应结束;有些则以某些化验指标为参考依据，如德国的埃布哈德·史布文介绍了以检验“硫化物法”和测“可溶性氮法”为熟化依据(Compost Science 1978年5月～6月刊)。上述方法或较粗躁武断、或麻烦费时，在大工业生产中不能迅速直接反映熟化的特性，本发明认为，有机污泥的生物转化过程的主要反应如下：
(C6H10O5)n+nH2O→nC6H12O6
C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+38ATP
ATP→ADP+磷酸根+热量
反应底物自身发热，是底物中有机物降解时能量释放的反映，从底物正常反应温度曲线上可看出污泥稳定化的程度(见图二)。所以，有机污泥的转化程度可从底物热量输出的大小来评价。显然，当底物经正常反应五天以上温度已连续三天接近室温时，说明其生物转化反应已经结束，因而没有能量释放，据此，本发明提出的以单一参数作为评价底物反应程度和完成的特定指标，其特征是以底物反应的温度值作为控制和评价有机污泥生物转化状况的唯一参数，这就使问题得到了简化，仅需一台温控仪就可确定底物反应的程度;同时，为了防止由于病态生物转化造成的误断，如缺氧、混入有毒物质引起的降温等，本发明还辅以简单的PH值作为污泥生物转化的参考指标(见图二)，因为病态引起降温，会伴随着有机酸浓度上升，使底物PH值小于7.0，而稳定化后的底物PH值必定大于7.0。
生物转化过程经过数天的自身巴氏消毒和生化反应，基本上把有机污泥转化成无害稳定的腐植酸化合物，但作为一种三元复合化肥，此时的产品是不合格的，主要表现在含氮量偏低、尚存的残余细菌不利产品长期贮存等，所以，本发明要求在生物转化结束后，对熟化底物进行氨化处理，其特征是利用高浓度铵离子杀死残余细菌，进一步络合重金属离子，同时提高产品的含氮量，使产品含氮、磷、钾三要素含量比例合理;氨化剂可用农用尿素和铵盐，氨化剂用量要求是产品的含氮量应控制在5～20%，氨化处理的过程是把熟料与氨化剂拌合后，利用氨化剂吸潮性产生湿度发生氨化反应，反应结束后物料经压粒机压粒，并经干躁后包装。
本发明由于采用了合理廉价的菌种和营养添加剂，使添加剂兼起疏松剂作用，成为反应底物的一部分参与生物转化过程，而不须再分离筛选;由于采用了合理的鼓风量和防臭气措施，使反应过程在一个生化槽内就可完成，而不必换仓搅拌，避免了二次污染;由于选择了合理简单的控制参数，使生化反应的评价得到了简化，而不必做大量化验和延长反应时间;由于产品是优质三元复合有机肥料，使经济效益大为提高，而不须如堆肥那样为产品贮藏和销路担心;由于上述各方面的合理设计使生物转化周期缩短到15天内完成，而不必如堆肥同类反应那样，周期长达30～40天，因而大大减少了日常运转费用。
本发明的工艺并不复杂，实施比较容易，设备投资较低，而经济效 益很高。在大的市政污水处理厂或有机污泥产生量较大的工厂、畜牧场可续建一个污泥处理车间，采用本发明的工艺组织生产，即可把昔日难以处理的有机污泥变为工业原料，既解决了污染问题，又增加了经济效益;也可在污泥产生较集中的工厂区附近建立一家集中处理厂，有偿为各厂处理有机污泥，而污泥成为该厂的生产原料，一举二得，经济效益无疑非常显著。总之，本发明的实施，将会取得十分明显的环境效益、社会效益和经济效益。
实施例1
原料：城市下水道阴井掏取污泥
添加剂(重量%)：菌种料 5%，干梧桐树叶粉 25%，
过磷酸钙 50%，氯化钾 20%，
菌种料取之于活性污泥同类反应后第五天现温度为40℃时的底物;过磷酸钙和氯化钾均为标准化肥产品;
添加剂与污泥以重量比为1比7经搅拌机拌匀后，倒入矩形、底部预设通风管的生化槽内，底物表层复盖3cm厚、经粉碎的活性污泥同类反应熟化料(已用磷酸酸化至弱酸性)，以10m3(风)/hr·m3(底物)的风量连续向底物内部鼓风4小时，生物转化期间每隔24小时按此风量鼓风一次，底物入槽第二天，温度就从26℃升至52℃，第三天达60℃，高于50℃的天数为4天，第八天降至32℃，在30℃左右维持三天，PH值为7.5～8.0，第十二天生物转化结束后作氨化处理，每m3底物加100公斤硝酸铵化肥，反应一小时后，将物料压粒成形，再用蒸汽干燥后包装。
实施例2：
原料：畜牧场鸡、鸭和猪的混和粪便污泥。
添加剂(重量%)：菌种料 30%，干稻麦草粉 30%，
磷酸二氢钾 40%，
菌种料取之于活性污泥同类反应后第四天，现温度为43℃的底物;磷酸二氢钾为标准化肥产品;
添加剂与污泥以重量比为1比10的比例经人工拌匀后倒入矩形、底部预设通风管的生化槽内，此时有强烈粪臭气，即在底物表层复盖5cm厚、经粉碎的活性污泥同类反应熟料(已用磷酸酸化至弱酸性)以16m3(风)/hr·m3(底物)的风量连续鼓风3小时，生物转化期间每隔24 小时按此风量鼓风一次，底物入槽第18小时温度就从32℃升至52℃第四天上升至65℃，高于50℃的天数达五天，第七天降温至35℃，在30℃左右维持三天，PH值为7.5～8.0，第十天生物转化结束后作氨化处理，每m3底物加150公斤农用碳酸氢铵化肥，反应一小时后结束，将物料压粒成形，热风干燥后包装。
实施例3：
原料：市政污水处理厂的剩余活性污泥。
添加剂(重量%)：菌种料 30%，干稻草、玉米秸杆粉35%，
磷酸二氢钾 35%，
菌种料取之于鸡粪污泥同类反应后第五天、现温度为45℃时的底物;磷酸二氢钾为标准化肥产品;
添加剂与污泥的重量比以1比9的比例经搅拌机拌匀后倒入矩形、底部预设通风管的生化槽内，底物表层复盖4cm厚、经粉碎的鸡粪污泥同类反应熟化料(已用硫酸酸化至弱酸性)，以15m3(风)/hr·m3(底物)的风量连续向底物内部鼓风4小时，生物转化期间每隔24小时按此风量鼓风一次，底物入槽第二天，温度就从20℃升至55℃，第三天达60℃，高于50℃的天数达五天，第十天降温至33℃，在33℃左右维持三天，PH值为7.0～7.5，第十五天生物转化结束后作氨化处理，每m3底物加80公斤尿素化肥，反应一小时后结束，将物料压粒成形，用蒸汽干燥后包装。