申请日2019.12.11
公开(公告)日2020.03.17
IPC分类号C02F11/147; C02F11/12; C02F11/02; C05F7/00; C02F101/20
摘要
本发明提供一种利用微生物絮凝剂和微生物破壁对污泥处理处置的方法，依次通过微生物絮凝剂对剩余污泥进行生物改性、微生物破壁菌群和重金属螯合菌群对改性污泥进行生物破壁和降低重金属含量、污泥发酵菌群和生物质发酵菌群对污泥进行好氧发酵的工序将污泥转变成有机腐殖土，整个过程中不加任何化学药剂，脱水过程不向污泥输入任何能量，仅堆垛翻抛时用到少量机械动力，单纯利用微生物自身的活性优势对污泥进行改性、升温和干化，最终实现污泥的减量化，无害化，稳定化，资源化。本发明开辟了一种针对市政污水厂的剩余污泥及有机质含量高的工业污泥处理处置的新方法，设备投资少，操作简单，安全无污染，能耗低，具有良好的经济和环境效益。
权利要求书
1.利用微生物絮凝剂和微生物破壁对污泥处理处置的方法：其特征在于：包括以下步骤：
(1)污泥生物改性：对含水率为95%～98%的剩余污泥采用脱泥机进行脱泥，在脱泥过程中加入微生物絮凝剂，得到含水率为60%～80%的改性污泥;
(2)污泥生物破壁：在步骤(1)中得到的改性污泥中加入有机质辅料、微生物破壁菌群和重金属螯合菌群，每吨改性污泥中加入200～250kg有机质辅料、0.25kg破壁菌群、0.25kg重金属螯合菌群，得到污泥辅料混合物，污泥辅料混合物的含水率控制55～60%、C/N控制在25～30:1、pH值控制在6.5～8.5，搅拌翻抛均匀，静置48h;
(3)污泥好氧发酵：在步骤(2)破壁后的污泥中加入污泥发酵菌群和生物质发酵菌群，每吨破壁后的污泥中加入0.25kg污泥发酵菌群、0.125kg生物质发酵菌群，搅拌翻抛均匀，堆垛发酵，发酵时间15天，发酵第1～6天，每天对垛翻抛1～2次，使污泥、有机质辅料和菌种掺混均匀，团粒疏松与空气充分接触，给菌群创造最适宜繁殖的环境;发酵第7～10天，每天对垛翻抛4～5次，对垛发酵通风供氧，避免厌氧，将垛温度控制在70℃以下;发酵第11～15天，每天对垛翻抛2～3次，以加快水分蒸发，得到含水率小于40%的呈松散土状的有机腐殖土。
2.根据权利要求1所述的利用微生物絮凝剂和微生物破壁对污泥处理处置的方法，其特征在于：所述微生物絮凝剂包括蛋白质、酸性聚多糖、粘多糖、氨基多糖。
3.根据权利要求1所述的利用微生物絮凝剂和微生物破壁对污泥处理处置的方法，其特征在于：所述有机质辅料为花生壳、木屑、玉米芯、农作物秸秆、农作物叶子、菌菇包粉碎物、甘蔗渣、谷物壳、糠醛渣中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的利用微生物絮凝剂和微生物破壁对污泥处理处置的方法，其特征在于：所述微生物破壁菌群包括枯草芽孢杆菌、乳酸杆菌、黑曲霉菌。
5.根据权利要求1所述的利用微生物絮凝剂和微生物破壁菌对污泥处理处置的方法，其特征在于：所述污泥发酵菌群包括草芽孢杆菌、黑曲霉菌、短小芽孢杆菌、施氏假单胞菌、红球菌。
6.根据权利要求1所述的利用微生物絮凝剂和微生物破壁对污泥处理处置的方法，其特征在于：所述生物质发酵菌群包括枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌、酿酒酵母菌。
7.根据权利要求1所述的利用微生物絮凝剂和微生物破壁对污泥处理处置的方法，其特征在于：所述重金属螯合菌群包括恶臭假单胞菌、酵母菌、枯草芽抱杆菌。
8.根据权利要求1-7任一项所述的利用微生物絮凝剂和微生物破壁对污泥处理处置的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，在对污泥辅料搅拌均匀后，对污泥辅料表面及周围喷洒微生物除臭菌液。
说明书
利用微生物絮凝剂和微生物破壁对污泥处理处置的方法
技术领域
本发明涉及污泥处理处置技术领域，具体涉及一种利用微生物絮凝剂和微生物破壁对污泥处理处置的方法。
背景技术
根据住建部统计，截止2017年12月底，我国累计建成污水处理厂5027座，污水处理能力达1.88亿立方米/日，年产生含水量80%的污泥5000多万吨。《水污染防治行动计划》规定，地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90%以上。污泥的处理和处置是一个世界性的难题，传统的处置方法包括土地填埋、焚烧和农业利用等，这些方法不仅容易造成二次污染，而且占地面积大或处置费用昂贵给污水处理厂的运营带来了沉 重的负担。因此，如何妥善处理污泥已经成为一个亟待解决的问题。
市政污水厂生物处理工艺后的含水量为95～98%的污泥称为剩余污泥，对含水量为95～98%的剩余污泥脱水至含水率60～80%称作污泥的处理，将污泥的堆肥、填埋、干化和加热处理及最终利用称为污泥的处置。从世界范围看，一些发达国家对于污泥处置的方法大致采用污泥焚烧、卫生填埋、海洋倾倒、污泥堆肥、污泥农用等。美国20世纪80年代末污泥以填埋为主，约占42%，1998年约59%用于农田。日本由于国土面积较小，污泥焚烧约占63%，土地利用22%，填埋5%，其他约10%。欧盟各成员国的侧重点不尽相同，目前卢森堡、丹麦和法国主要以污泥农用为主，丹麦、荷兰及芬兰等国污泥的农业利用分别占总量的43%、53%和40%，爱尔兰、芬兰和葡萄牙等国污泥农用的比例还会逐步增加，而法国、卢森堡、德国和荷兰焚烧的比例较大。
污泥处理和处置技术在我国起步较晚，目前的污泥处理技术是通过添加PAM或无机絮凝剂絮进行脱水，在脱水过程汇总必须耗费大量热能，使用大型设备才能使污泥当中的水分溢出，且无机絮凝剂絮凝效果差，添加量大。同时通过添加PAM絮凝或无机絮凝剂絮脱水得到的污泥呈现胶状结构，透气性、透水性都较差;另外，PAM在自然状态下不能降解，严重影响了污泥的后续处理，具体表现为;在好氧堆肥过程中由于PAM的包裹性，极易形成局部厌氧发酵，发酵时臭味大，严重影响周边环境，有机质又转化为氨气、硫化氢、烷烃类等有害气体，最终成品有机质低，有益菌存活较低(成品每克有益菌数低于2000万个)，很难作为肥料再利用;经好氧发酵后的产品(有机腐殖土)遇水又还原为污泥，粘性大，导致土地板结，其中带有的PAM会逐渐包覆植物根部，导致植物死亡。
污泥处置技术，针对我国国情，污泥干化焚烧工艺工程投资和运行费用相对较高，在大城市、大型城镇群以及用地紧张地区比较适用。污泥堆肥必须结合用户的需求，在市场调研的基础上，可以考虑推广应用。目前，我国在各种污泥处置方法中，农用约占44 .8%，陆地填埋约占31%，其他处置约占10 .5%，另有大约13 .7%的城市污泥未经任何处理便重新回到自然界中。污泥的农田利用既能为作物提供营养成分、改良和培肥土壤，又能大量处理污泥，但如果连续施用污泥，存在土壤中重金属等有害物质累积增加的现象，进而增加土壤污染的风险。
焚烧法的技术与设备复杂、能耗大、投资高，并伴有大气污染问题;填埋法受到用地的限制，且填埋场周围的环境也会恶化;投海会污染海洋，对海洋生态系统和人类食物链造成威胁，国际公约已明令禁止;用堆肥法处理后的城市污泥进行农业利用，具有经济简便、可资源化等优点，但重金属和病原菌、有机物等有毒有害污染物在土壤中的累积是污泥堆肥使用中的一个重大障碍。近年来发达国家已就促进厌氧消化进程技术和污泥减量技术展开研究，通过各种预处理(如热解法、水解酸化法、碱处理等)来提高污泥的厌氧消化性能，通过臭氧氧化、超声波技术、解耦联代谢、生物分解处理等措施进行污泥减量化处理，然而这些技术方法因存在局限性而未得到推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用微生物絮凝剂和微生物破壁对污泥处理处置的方法，该污泥处理处置方法在整个过程中不加入任何化学药剂，脱水过程不需向污泥输入任何能量(热能、电能、太阳能或机械能，仅在堆垛翻抛过程中需少量机械动力)，单纯利用微生物自身的活性优势对污泥进行改性、升温和干化，最终实现污泥的减量化，无害化，稳定化，资源化;且通过该方法得到的有机腐殖土的有机质含量高，是理想的有机肥原料。
为实现上述目的，本发明的利用微生物絮凝剂和微生物破壁菌对污泥处理处置的方法采用的技术方案是：所述污泥处理处置的方法，包括以下步骤：
(1)污泥生物改性：对含水率为95%～98%的剩余污泥采用脱泥机进行脱泥，在脱泥过程中加入微生物絮凝剂，得到含水率为60%～80%的改性污泥;
(2)污泥生物破壁：在步骤(1)中得到的改性污泥中加入有机质辅料、微生物破壁菌群和重金属螯合菌群，每吨改性污泥中加入200～250kg有机质辅料、0.25kg破壁菌群、0.25kg重金属重金属螯合菌群，得到污泥辅料混合物，污泥辅料混合物的含水率控制55～60%、C/N控制在25～30:1、PH值控制在6.5～8.5，搅拌翻抛均匀，静置48h;
(3)污泥好氧发酵：在步骤(2)破壁后的污泥中加入污泥发酵菌群和生物质发酵菌群，每吨破壁后的污泥中加入0.25kg污泥发酵菌群、0.125kg生物质发酵菌群，搅拌翻抛均匀，堆垛发酵，发酵时间15天，发酵第1～6天，每天对垛翻抛1～2次，使污泥、有机质辅料和菌种掺混均匀，团粒疏松与空气充分接触，给菌群创造最适宜繁殖的环境;发酵第7～10天，每天对垛翻抛4～5次，对垛发酵通风供氧，避免厌氧，将垛温度控制在70℃以下;发酵第11～15天，每天对垛翻抛2～3次，以加快水分蒸发，得到含水率小于40%的呈松散土状的有机腐殖土。
优选的，所述微生物絮凝剂包括蛋白质、酸性聚多糖、粘多糖、氨基多糖。
优选的，所述有机质辅料为花生壳、木屑、玉米芯、农作物秸秆、农作物叶子、菌菇包粉碎物、甘蔗渣、谷物壳、糠醛渣中的一种或几种。
优选的，所述微生物破壁菌群包括枯草芽孢杆菌、乳酸杆菌、黑曲霉菌。
优选的，所述污泥发酵菌群包括草芽孢杆菌、黑曲霉菌、短小芽孢杆菌、施氏假单胞菌、红球菌。
优选的，所述生物质发酵菌群包括枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌、酿酒酵母菌。
优选的，所述重金属螯合菌群包括恶臭假单胞菌、酵母菌、枯草芽抱杆菌。
优选的，其特征在于：所述步骤(3)中，在对污泥辅料搅拌均匀后，对污泥辅料表面及周围喷洒微生物除臭菌液。
本发明的有益效果：
1.现有在对剩余污泥脱水中过程中加入传统的絮凝剂(PAM或无机絮凝剂絮)，致使污泥团粒之间形成孢子水，整体呈胶状，进一步脱水十分困难。污泥深度脱水的关键在于打破胶状结构，通常叫做污泥破壁。现有的污泥破壁方法，采用热水解、大型设备、微波照射，或者采用添加生石灰的方式进行。这些方法成本高、投资大、破壁效果差，采用添加生石灰还会造成污泥增量、以及后续无法资源化利用的问题。基于此，本发明发明采用微生物絮凝剂对污泥进行改性，微生物絮凝剂在自然环境下可腐化降解，改性后的污泥微粒表面丧失了化学稳定性与裹覆性，从而使污泥变得极易脱水，后续的处理过程变得简单容易。并采用破壁菌群对改性后的进行微生物，破壁菌群具有微生物破壁功能，在污泥生物发酵过程中，能够讯速对污泥进行生物破壁，使其细胞膜内的水分在生物发酵的作用下讯速升温蒸发，其可不断的扩充污泥分子组团中的间隙，产生好氧发酵的友好环境，从而大大加快污泥的发酵、腐殖周期，产生良好的破壁效果，且大大降低污泥干化的单位成本，提高了干化效果。
2.在污泥处理处置过程中不需要大型设备，仅靠小型翻抛机和铲车装载机便可完成，同时减少了通用的大型除臭设备，因此大大降低了投资成本。
3.对污泥辅料表面及周围喷洒微生物除臭菌液，发酵过程无恶臭产生，大大改善了发酵。
4.污泥经本发明处理处置后得到的有机腐殖土，不会烧苗，不会造成土壤板结，遇水也不再还原成污泥。
5. 污泥经本发明处理处置后得到的有机腐殖土，含水率小于40%，为松散土状，无粘性，透气性好，无臭味，并且有机质完美保留(成品每克有益菌数1.5亿个)，是理想的有机肥原料。
6.采用重金属螯合菌对改性污泥中的重金属进行螯合，将离子态的重金属变成有机化合态的重金属，从而使重金属钝化，稳固在土壤中，不易被植物吸收。（发明人郭超）