一种污泥无害化资源化的处理方法及处理后污泥的应用与流程

1.本发明属于污泥处理技术领域，具体涉及一种污泥无害化资源化的处理方法。


背景技术：

2.污泥是污水处理厂的副产物，随着污水处理能力以及污水处理率的不断提高，污水处理厂的污泥产量也随之增长。污泥不仅含水量高，易腐烂，有强烈臭味，并且含有大量病原菌、寄生虫卵以及铬、汞等重金属和多氯联苯、二恶英等难以降解的有毒有害以及致癌物。如果未经严格处理随意排放或进行填埋，经过雨水的侵蚀和渗漏作用，极易对地下水、土壤等造成二次污染，直接危害人类的身体健康。在水污染日益严重、水环境日趋恶化的今天，缺少污泥安全处置考虑的污水处理系统是不完整的，也无法满足环境目标要求，污泥造成的二次污染问题日显突出。
3.目前的污泥处理处置方式有以下几种：
4.污泥的卫生填埋：始于20世纪60年代，是一项比较成熟的污泥处置技术。污泥既可单独填埋也可与生活污泥和工业废物一起填埋。这种处置方法简单、易行、成本低，污泥又不需要高度脱水，适应性强。填埋场一般为废弃的矿坑或天然的低洼地。但是污泥填埋也存在一些问题，尤其填埋渗滤液和气体的形成。渗滤液是一种被严重污染的液体，如果填埋场选址或运行不当，这种液体就会进入地下含水层，污染地下水环境。填埋场产生的气体主要是甲烷，若不采取适当措施可能会引起爆炸和燃烧。
5.污泥的直接土地利用：污泥土地直接利用因投资少、能耗低、运行费用低、有机部分可转化成土壤改良剂成分等优点，被认为是最有发展潜力的一种处置方式。但是这种处置方式是把未经处理的污泥直接施入农田，污泥中的寄生虫卵和病原微生物，都有潜在的毒害危险，可能导致农作物和土壤严重污染和毒害，甚至影响人类的健康，加之其含水率过高推广使用十分困难。
6.污泥的焚烧：湿污泥干化后再直接焚烧应用较为普遍，没有经过干化的污泥直接进行焚烧不仅十分困难，而且处理设施投资大，处理费用高，在能耗上也是极不经济的。
7.建筑材料综合利用：是指污泥的无机化处理，用于制作水泥添加料、制砖、制轻质骨料和路基材料等。但污泥建筑材料利用应符合国家和地方的相关标准和规范要求，并严格防范在生产和使用中造成二次污染，其利用成本高，发展阻力大。
8.污泥生物干化堆肥：污泥生物干化是我们传统好氧堆肥技术的改进，具有更好的可操作性和一体化系统。污泥生物干化是将物料在合适的c/n、含水率、温度、氧气量等环境下，利用物料中好氧菌，进行分解有机物，实现物料腐熟，最终成为有机肥的过程。在这过程中物料升温杀死有害的菌类。在温度的作用下，物料中的水分以水蒸气的形式散发，从而降低含水率，因其处理成本不高，并有一定的经济效益而得到推崇。
9.虽然污泥生物干化堆肥处理方式有一定的经济效益而得到推崇，但是，传统污泥好氧堆肥存在升温启动慢、堆肥时间长、脱水效率低、除臭效果差以及重金属钝化效果差等问题。此外，堆肥过程还伴有大量有害气体排放。这不仅降低好氧堆肥的农用价值，还污染
大气、危害人畜健康、加剧温室效应以及带来酸雨危害和水体富营养化等问题。
10.因此，研究开发一种安全、有效的污泥处理方法，实现污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化，变得非常重要。


技术实现要素：

11.本发明旨在解决上述技术问题，提供一种污泥无害化资源化的处理方法，该方法能够安全、稳定实现污泥无害化资源化处理。
12.本发明的技术方案为：
13.一种污泥无害化资源化的处理方法，包括以下步骤：
14.(1)预处理：向污泥中添加污泥重量2％-3％的调理剂；
15.(2)脱水：用隔膜压滤机在1.4-1.6mpa压力下进行脱水，得到脱水泥饼；
16.(3)有氧发酵：向脱水泥饼中添加脱水泥饼重量0.1-0.5％的微生物复合菌和脱水泥饼重量1-3％的生物质碳，在55-85℃下有氧发酵3-7天，干燥，粉碎筛分，得到营养土。
17.生物质炭是一种碳含量极其丰富的黑炭，埋到地下后几百至上千年不会消失,可以为土壤补充有机物的含量，提高土壤的肥力,而且生物炭具有很多孔隙结构，具有很强的吸附力。生物质炭可由的污泥经低温裂解制备。
18.本发明所述步骤(1)中，污泥含水率为70-80％。为提高后期脱水效率，需要在污泥中添加调理剂，因为污泥中存在很多胶状物质，如果不添加调理剂，污泥很难沉淀，或者需要很长的时间沉淀，而且也会影响脱水效果，增加脱水的难度和延长脱水的时间。添加调理剂后，加快污泥中胶状物质的沉淀，也利于提高后期脱水效果。
19.本发明的发酵步骤(3)中添加生物质炭，微生物借助生物质炭的热稳定性、抗生物化学分解特性以及发达的孔隙结构和巨大的比表面积，增强发酵效果，再结合微生物复合菌，通过微生物的代谢作用，使污泥中的有机物转化成富含植物生长所需的腐殖质，反应的最终代谢物是co2、h2o和热量，大量热量使物料维持持续高温，降低物料的含水率，有效地杀灭病原体、寄生虫(卵)和杂草种子，生物质炭表面富有多种官能团使其具有较强的化学吸附能力，可以对重金属、有害气体等进行吸附，减少污染，最终实现污泥处理的减量化、稳定化、无害化的目的，同时生物质炭具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，可为微生物提供生存和繁殖的场所，增强了发酵过程的通气性和保水能力。
20.本发明中影响污泥脱水性能的因素主要有污泥颗粒的大小及分布、表面电荷、水合程度以及颗粒间的相互作用。其中，污泥颗粒的大小是影响污泥脱水性能最重要的因素，因为污泥颗粒越小，颗粒的比表面积越大，意味着更高的水合程度和对过滤的更大主力及改变污泥脱水性能必须添加调理剂，通过添加调理剂，能够提升脱水效果，而本发明所述调理剂优选为聚合氯化铁或聚合氯化铝。
21.本发明采用隔膜压滤机进行脱水，脱水后的泥饼含水率为58-62％，比传统的半框压滤机更节约能耗，为污泥后期的生物发酵堆肥的水分要求提供了保证。
22.为了获得更好的发酵效果，本发明所述步骤(3)中，微生物复合菌优选重量比为3:1:2:3的嗜热链球菌、芽孢杆菌、放线菌、丝状真菌的混合物，所述微生物复合菌的活菌数优选2
×
10
10
个/ml。
23.经过好氧发酵得到的营养土质地疏松，含水率为38-42％，阳离子交换量显著增
加、容重减少、可被植物利用的营养成分增加。有氧发酵过程的分解主要是利用嗜热细菌群，氧化分解有机物，同时释放出大量的能量，在有机物生化降解的同时伴有热量产生，发酵物料温度可以上升至55℃以上，致使病原菌和寄生虫(卵)死亡。在有氧发酵过程添加的微生物复合菌与生物质炭的协同作用，微生物借助生物质炭的热稳定性、抗生物化学分解特性以及发达的孔隙结构和巨大的比表面积，增强发酵，有效解决传统污泥好氧堆肥存在升温启动慢、堆肥时间长、脱水效率低、除臭效果差以及重金属钝化效果差等问题。此外，传统好氧堆肥过程还伴有大量有害气体排放，这不仅降低好氧堆肥的农用价值，还污染大气、危害人畜健康、加剧温室效应以及带来酸雨危害和水体富营养化等问题，而本发明通过微生物复合菌与生物质炭的协同作用，在发酵过程中，生物质炭表面富有多种官能团使其具有较强的化学吸附能力，可以对重金属、有害气体等进行吸附，减少污染。
24.本发明的污泥无害化资源化的处理方法得到的营养土在土地改良用的应用，能够改善土壤的质量，降低土壤中重金属含量，而且能够提高作物的产量和质量。
25.在土地改良用的应用中，本发明所述营养土施加量优选60吨/667m2。施加60吨/亩营养土，可以使作物长势最好，存活率也是最好的，且作物的镉含量最少，铅的含量也是处在《食品中污染物限量》(gb2762-2012)总铅限值0.1mg/kg以下处于正常安全范围，土壤中总镉、总汞、总砷、总铅和总铬数据没有超过农用地土壤污染风险管制值。
26.由于采用上述技术方案，本发明的有益效果为：
27.1、本发明在处理污泥时，在有氧发酵中添加生物质炭，微生物可借助生物质炭的热稳定性、抗生物化学分解特性以及发达的孔隙结构和巨大的比表面积，同时通过添加生物质炭补充碳源,有利于提高微生物对有机碳的分解速率，促进微生物将更多的铵态氮固定为有机氮,以减少氮素损失、增强发酵性能，获得能够改良土壤的营养土，营养土可以广泛应用于园林绿化、贫瘠土地(如矿山、石漠化荒山)修复。
28.2、本发明在有氧发酵中添加微生物复合菌种，其中的微生物在好氧发酵过程是通过微生物的代谢作用，使污泥中的有机物转化成富含植物生长所需的腐殖质，反应的最终代谢物是co2、h2o和热量，大量热量使物料维持持续高温，降低物料的含水率，有效地杀灭病原体、寄生虫(卵)和杂草种子，最终实现污泥处理的减量化、稳定化、无害化的目的。
29.3、本发明的方法能够解决传统污泥好氧堆肥存在升温启动慢、堆肥时间长、脱水效率低、除臭效果差、重金属钝化效果差以及产生有害气体等问题，实现污泥无害化资源化的处理。
附图说明
30.图1为本发明实施例1的工序实图。
31.图2为本发明实施例1营养土的监测结果。
32.图3为营养土应用中，不同营养土施加量对应甘蔗产量图。
33.图4为经过营养土改良后，不同营养土施加量对应土壤重金属元素含量图。
具体实施方式
34.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技
术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.实施例1
36.一种污泥无害化资源化的处理方法，包括以下步骤：
37.(1)预处理：将污水处理厂的污泥运至污泥贮存池内，稀释污泥至含水率为75％，添加污泥重量2.5％的聚合氯化铁；
38.(2)脱水：用隔膜压滤机在1.5mpa压力下进行脱水，得到含税率为60％的脱水泥饼，有机压滤废水经处理后部分返回稀释污泥，剩余外运至南宁市江南污水处理厂处理；
39.(3)有氧发酵：向脱水泥饼中添加脱水泥饼重量0.3％的活菌数为2
×
10
10
个/ml的微生物复合菌(重量比为3:1:2:3的嗜热链球菌、芽孢杆菌、放线菌、丝状真菌的混合物)和脱水泥饼重量2％的生物质炭，在60℃下有氧发酵5天，干燥，粉碎筛分，得到含水率为40％的营养土，其监测结果见图2。
40.实施例2
41.一种污泥无害化资源化的处理方法，包括以下步骤：
42.(1)预处理：将污水处理厂的污泥运至污泥贮存池内，稀释污泥至含水率为70％，添加污泥重量2％的聚合氯化铝；
43.(2)脱水：用隔膜压滤机在1.4mpa压力下进行脱水，得到含税率为58％的脱水泥饼，有机压滤废水外运至南宁市江南污水处理厂处理；
44.(3)有氧发酵：向脱水泥饼中添加脱水泥饼重量0.1％的活菌数为2
×
10
10
个/ml的微生物复合菌(重量比为3:1:2:3的嗜热链球菌、芽孢杆菌、放线菌、丝状真菌的混合物)和脱水泥饼重量3％的生物质炭，在55-65℃下有氧发酵7天，干燥，粉碎筛分，得到含水率为38％的营养土。
45.实施例3
46.一种污泥无害化资源化的处理方法，包括以下步骤：
47.(1)预处理：将污水处理厂的污泥运至污泥贮存池内，稀释污泥至含水率为80％，添加污泥重量3％的聚合氯化铝；
48.(2)脱水：用隔膜压滤机在1.6mpa压力下进行脱水，得到含税率为62％的脱水泥饼，有机压滤废水外运至南宁市江南污水处理厂处理；
49.(3)有氧发酵：向脱水泥饼中添加脱水泥饼重量0.5％的活菌数为2
×
10
10
个/ml的微生物复合菌(重量比为3:1:2:3的嗜热链球菌、芽孢杆菌、放线菌、丝状真菌的混合物)和脱水泥饼重量2％的生物质炭，在55-65℃下有氧发酵7天，干燥，粉碎筛分，得到含水率为42％的营养土。
50.实施例4
51.在矿山试验基地施用实施例1得到的处理后污泥作为改良用营养土，设6种不同的处理(施加营养土量0、10、30、60、90和120吨/亩)，每处理重复3次。在每个处理的区地种植甘蔗，每个处理种植甘蔗的方法一致。
52.(1)测定甘蔗株高情况
53.表1不同日期甘蔗株高情况
54.施加营养土量/(吨/667m2)2018年12月25日2019年3月22日
091.92
±
18.82100.20
±
5.0110112.78
±
11.10134.80
±
10.4330114.31
±
11.49137.14
±
8.4060135.47
±
35.23144.87
±
21.5990108.33
±
1.67141.33
±
6.72120113.56
±
20.65151.33
±
22.00
55.(2)2019年3月22日测定的甘蔗存活率
56.表2 2019年3月22日甘蔗存活率
57.施加营养土量/(吨/667m2)存活率/％071.88
±
14.141071.41
±
4.123074.22
±
9.696081.69
±
5.639078.97
±
3.8512075.27
±
10.48
58.(3)甘蔗产量情况
59.表3 2019年3月22日甘蔗产品情况
60.施加营养土量/(吨/667m2)甘蔗产量/kg086.90
±
24.9210155.63
±
52.9530180.63
±
34.8660218.87
±
12.4090224.07
±
67.99120285.83
±
138.11
61.(4)种植完甘蔗后，2019年测矿山土壤修复后土壤的重金属含量，结果见表4。
62.表4矿山土壤修复后重金属含量情况
[0063][0064]
(5)测定甘蔗汁中总镉和总铬含量情况
[0065]
表5甘蔗汁中总镉和总铬含量情况
[0066]
施加营养土量/(吨/667m2)总镉/(mg/kg)总铬/(mg/kg)00.038
±
0.0390.044
±
0.015100.032
±
0.0160.052
±
0.021300.021
±
0.0110.022
±
0.003600.022
±
0.0030.025
±
0.010900.016
±
0.0100.021
±
0.0111200.033
±
0.200.030
±
0.011
[0067]
从表1可知，2018年12月25日甘蔗株高描述中在营养土添加量中60吨/667m2时，甘蔗株高最高；在2019年3月22日，虽然营养土添加量中120吨/667m2时，甘蔗株高最高，比营养土添加量中60吨/667m2时的甘蔗株高几厘米，但营养土的用量却多了一倍。
[0068]
从表2可知，营养土添加量中60吨/667m2时，其对应的甘蔗存活率最高。将表3的数据转为图表，如图3可知，甘蔗产量平均值的总体趋势时随着营养土的增加而增加的，60吨/667m2和90吨/667m2总产量相差较小，增长平缓。
[0069]
将表4的数据转为图表，如图4可知：
[0070]
土壤总汞：土壤总汞随着不同量营养土添加量实验种植地中总汞含量总体趋势是先增加减小再减小再增加再减小，出现两个波峰一个波谷，在营养土施加量为60吨/亩时出现极小值，在营养土施加量为30吨/亩和90吨/亩时出现极大值；
[0071]
土壤总铅：土壤中总铅含量随着营养土施加量的变化而变化，在营养土施加量为10吨/亩时总铅含量最高，营养土施加量为90吨/亩时土壤中总铅含量最低。随着不同量营养土添加量土壤中总铅总体趋势是先增加再减小再增大，出现一个波峰一个波谷，在营养土施加量为10吨/亩时出现极大值，在营养土施加量为90吨/亩时出现极小值；
[0072]
土壤总镉：土壤中总镉含量随着营养土施加量的变化而变化，在营养土施加量为90吨/亩时总镉含量最高，营养土施加量为0吨/亩时土壤总镉含量最低即该矿区土壤本底值中总镉的较小，营养土中总镉含量高使用营养土会引入高浓度总镉。随着不同量营养土添加量土壤中总镉总体趋势是先增加再减小再增大再减小，出现两个波峰一个波谷，在营养土施加量为20吨/亩和90吨/亩时出现极大值，在营养土施加量为60吨/亩时出现极小值；
[0073]
土壤总铬：随着不同量营养土添加量土壤中总铬总体趋势是先减小再增加减小再减小再增大，出现一个波峰两个波谷，在营养土施加量为60吨/亩时出现极大值，在营养土施加量为30吨/亩和90吨/亩时出现极小值。
[0074]
土壤总砷：土壤中总砷含量随着营养土施加量的变化而变化，在营养土施加量为10吨/亩时总砷含量最高，营养土施加量为90吨/亩时甘蔗渣中总铬含量最低。随着不同量营养土添加量土壤中总砷总体趋势是先增加再减小再增加，出现一个波峰一个波谷，在营养土施加量为10吨/亩时出现极大值，在营养土施加量为90吨/亩时出现极小值。
[0075]
从表5的数据可知，甘蔗汁中的总镉和总铬含量均低于《食品中污染物限量》(gb2762-2012)中规定的限值0.1mg/kg以下，处于正常的安全的范围。
[0076]
综上，从甘蔗株高以及存活率方面考虑，在营养土在土地改良中的应用，营养土施加量为60吨/667m2为最佳选择。
[0077]
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发
明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。