一种用于城市生活污泥发酵除臭、重金属钝化的发酵菌剂及其制备方法与流程

本发明涉及微生物菌剂污水处理，具体涉及一种用于城市生活污泥发酵除臭、重金属钝化的发酵菌剂及其制备方法。

背景技术：

1、城市生活污泥发酵过程中，由于堆体内通气不均衡、氧气供应不足等原因造成厌氧发酵产生氨气、硫化氢和其他挥发性恶臭气体，严重影响污水和污泥处理厂周边环境和居民的日常生活，污泥除臭已经成为城市污水/泥处理厂面临的重大现实问题。与此同时，生活污泥中的重金属一直是人们重点关注的因素，其含量普遍高于畜禽粪便中的重金属含量。为此，生活污泥经堆肥等工艺处置后的符合国家要求的制品进行土地利用，也会因重金属这一重要因素，造成农林从业者对生活污泥资源化产品接受度低的现象。

2、而现有污泥发酵除臭常规采用物理除臭剂、化学除臭剂和微生物除臭剂等。其中，物理除臭剂主要是利用吸收剂将恶臭物质吸收，减少恶臭物质的空气排放，但是物理除臭剂无法重复使用，还容易造成环境的二次污染；而化学除臭剂是使用化学药剂来消除恶臭物质，然而化学除臭剂很容易对物体、装置造成损坏，对环境造成二次污染，更不利于污泥的资源化利用；而微生物除臭剂除臭的原理主要分为三个方向：(1)恶臭气体溶解的过程，即由气相转移至液相；(2)水溶液中恶臭气体被微生物吸附，吸收，恶臭成分得以去除；(3)进入微生物细胞的恶臭气体成分作为营养物质被微生物分解利用，最终使恶臭物质得以去除。然而，现有微生物除臭菌剂的除臭效果依赖微生物的生存及处理发酵效果，部分还需要联合酶作用，成分非常高且除臭效果不理想。

3、同时，生活污泥资源化利用的处置工艺，如：高温好氧发酵、厌氧发酵工艺，核心是将污泥减量化(降低含水率)及无害化(灭活病原菌等)处理，达到国家标准及要求，但是大多数生活污泥处置企业在实际处置过程中，忽略了对生活污泥中重金属的处置环节。

4、此外，现有微生物发酵菌剂普遍用于物料发酵和生物除臭两个方向，但无法对生活污泥中重金属进行联合处理，其处理后的生活污泥中重金属含量相对较高，其土地利用仍然会存在农业从业者接受度低以及土壤及植物富集引起污染的风险。

5、综上，研发一种除臭效果好、联合降低重金属含量的用于城市生活污泥发酵除臭、重金属钝化的发酵菌剂及其制备方法,不仅有效弥补现有技术的不足，且还对改善生活污泥处理过程中臭气释放量及重金属残留具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种用于城市生活污泥发酵除臭、重金属钝化的发酵菌剂及其制备方法，以解决现有城市污泥发酵时臭气物质释放较多以及游离态重金属含量高而引起的潜在污染环境的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于城市生活污泥发酵除臭、重金属钝化的发酵菌剂，包括如下质量份数的原料：粪产碱杆菌菌粉8～15份，盐单胞菌菌粉10～16份，善变副球菌菌粉20～40份，琥珀葡萄球菌菌粉20～30份，载体40～60份，尿素2～5份。

3、本方案的原理及优点是：

4、1、本方案通过组合使用多种微生物，便于对城市生活污泥发酵过程中产生的臭气物质去除和污泥本身存在的重金属形态转化，改善城市污水/泥厂周边环境，且还能有效钝化重金属，实现污泥的资源化和无害化处理。具体的，粪产碱杆菌(alcaligenes faecalis)能够有效降解/生物氧化硫化氢；盐单胞菌(halomonas)可以有效分解硫化氢；而善变副球菌(paracoccus versutus)能有效脱氮除磷；琥珀葡萄球菌(staphylococcus succinus)则有效钝化重金属，降低污泥中可交换态重金属含量，从而提升污泥处理效果；本方案中多种菌种相互促进，进一步提升城市生活污泥的处理效果。

5、2、本方案通过添加琥珀葡萄球菌，有效钝化重金属，降低污泥中可交换态重金属含量，从而提升污泥处理效果。具体的，琥珀葡萄球菌合成的脲酶可以催化城市生活污泥和发酵菌剂中的尿素水解，且可以使得尿素水解的速率提高104倍；尿素分解生成的氨和二氧化碳释放到发酵微环境的溶液中后，迅速水解生成co32-和nh4+。琥珀葡萄球菌表面带负电荷，溶液中的正价金属离子(如ca2+)会被吸附在细菌细胞表面，与水体中的co32-反应，生成caco3沉淀并包裹住细菌，形成碳酸钙晶体(即方解石)。水解生成的nh4+使得溶液中的ph升高，碱性环境也有利于生成caco3沉淀。而在整个反应过程中，微生物主要起到两个作用，一是提供脲酶分解尿素，二是作为碳酸钙晶体的晶核。重金属分为5种结合形态：可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态以及残余态。本方案微生物在形成方解石的过程中，会与周围环境中部分重金属离子发生共沉淀，通过共沉淀将这些重金属离子固定在碳酸钙晶体的晶格中，实现重金属的钝化或矿化，从而降低城市生活污泥中可交换态重金属含量，提升城市生活污泥的处理效果。

6、3、本方案添加的尿素，一方面作为诱导剂诱导微生物大量产生脲酶，促进城市生活污泥中尿素分解；另一方面，尿素也能为微生物提供部分养分，促进微生物在污泥发酵过程中的生长增殖，延长微生物发酵时间，提升污泥处理效果。

7、4、本方案通过添加载体，还能有效支撑菌体，不仅有效避免卫生堆积下抢占生存空间而大量死亡，促进微生物的长效生长增殖；且载体具有多孔结构，还能对产生的臭气物质进行吸附集中，进一步便于载体中微生物对其进行分解利用，从而进一步提升除臭效果。

8、优选的，所述载体包括生物炭20～30份和气化炉渣粒20～45份。

9、有益效果：本方案采用上述设置，便于对菌种进行支撑/附着，便于菌种发酵过程中继续增殖生长，保证连续对臭气物质进行分解利用，提升除臭效果；且载体为多孔的生物炭和气化炉渣粒，其还能对污泥发酵过程中产生的臭气物质进行吸附集中，也能便于菌种对臭气物质的分解；同时载体也可以作为方解石的连接点，便于大方解石的形成和重金属离子的共沉淀作用。三者相辅相成，相互促进，进一步提升发酵菌剂的除臭和钝化重金属效果。且生物炭能够较好地吸附铵根离子，从而降低污泥发酵过程中nh4+的挥发，并促进保氮过程，实现城市生活污泥向营养土、生物有机肥等产品的转化，提升污泥的资源化利用率。

10、优选的，粪产碱杆菌菌粉、盐单胞菌菌粉、善变副球菌菌粉和琥珀葡萄球菌菌粉中菌含量均不低于20.0×109cfu/g。

11、有益效果：本方案采用上述设置，便于提升发酵菌剂中微生物浓度，从而提升发酵菌剂对城市生活污泥的除臭及钝化重金属作用，提升污泥发酵处理效果。

12、优选的，所述生物炭和气化炉渣粒的粒径为0.1～0.15mm。

13、有益效果：本方案采用上述设置，便于提升生物炭和气化炉渣粒对微生物菌体的载体的作用，且本方案载体粒径还能便于载体负载微生物与城市生活污泥的充分混匀，发酵物料的支撑和发酵过程中气体的流动，便于发酵菌剂充分发挥污泥发酵过程中的除臭和重金属钝化作用，提升城市生活污泥的处理效果。申请人通过长期实验发现，若生物炭和气化炉渣粒的粒径过大，微生物菌体集中在更小数量的载体中，当发酵菌剂和污泥混合发酵时，会因发酵菌剂与污泥混合不均匀而降低除臭和重金属钝化作用，同时载体过大，方解石之间因载体的阻挡难以结合成更大的方解石，降低重金属固话效果，而若是因次而提高发酵菌剂的用量，则会显著增加污泥发酵处理成本；而若是生物炭和气化炉渣粒的粒径过小，一粒载体上负载的菌体数量过少，同时方解石将会完全包裹部分载体，使载体孔隙内微生物死亡，失去孔隙内气体的流动功效，会显著降低菌体对污泥发酵过程中的除臭和重金属钝化作用，此外，载体粒径更小则意味着更高能耗的制造成本，也会增加污泥处理成本。

14、优选的，本方案还提供一种用于城市生活污泥发酵除臭、重金属钝化的发酵菌剂的制备方法，包括如下步骤：

15、s1、制备菌粉：上述细菌单独液体发酵，发酵物经过滤、烘干、粉碎过筛后，获得菌粉；

16、s2、制备气化炉渣粒：气化炉渣经粉碎、高温处理后降温清洗、干燥，获得气化炉渣粒；

17、s3、制备生物炭：将作物秸秆经热解、酸处理和破碎过筛，获得生物炭；

18、s4、发酵菌剂：将菌粉、气化炉渣粒、生物炭、尿素按上述比例混匀，获得发酵菌剂。

19、有益效果：本方案采用上述设置，便于采用生产废物气化炉渣和秸秆制备获得能负载微生物菌体的载体(如生物炭和气化炉渣粒)，不仅有效降低发酵菌剂的原料成本，还能将生产废物变废为宝，避免其废弃填埋或焚烧污染环境，提升资源利用率。

20、优选的，在s2中，所述气化炉渣粒的制备方法如下：将气化炉渣破碎、研磨后过100～150目筛，再在300～500℃高温炉停留5～6min，降温后水洗3～5次，在80℃干燥，获得气化炉渣粒。

21、有益效果：本方案采用上述设置，在破碎后再次高温处理，便于去除气化炉渣中的合成气(co和h2)和其他杂质，提升气化炉渣粒对微生物负载能力，也提升气化炉渣粒对臭气物质的吸附去除效果。申请人通过长期实验发现，若是高温停留时间过长、温度过高，均会导致气化炉渣因超高温而发生熔化而失去其孔隙功能，从而降低气化炉渣粒的载体性质，同时减少了气化炉渣粒中的部分养分；而若是高温停留时间过短、温度过低，则会因部分合成气体和有害物质未完全转化而造成气化炉渣粒对微生物具有潜在的毒害作用。

22、优选的，在s3中，所述生物炭的制备步骤如下：从农田回收的作物秸秆，去除薄膜杂物后，经500～700℃热解3～5h，随后依次经破碎、研磨、酸处理、清洗、干燥和过筛，筛下物即为生物炭。

23、有益效果：本方案采用从农田直接采收的作物秸秆制作生物炭，不仅有效提升秸秆的资源化利用率，且本方案制备所得生物炭具有较高的孔隙率，其能有效负载微生物，从而提升发酵菌剂的效果。

24、优选的，在s2中，所述酸处理为采用1.0mhcl处理24h。

25、有益效果：本方案采用上述设置，便于有效去除生物炭空隙里的杂质，如重金属等，从而有效提升其对微生物的支撑/附着效果，避免重金属毒害微生物而降低发酵菌剂的效果。

26、优选的，本方案还提供一种发酵菌剂在城市生活污泥发酵中的应用。

27、优选的，所述发酵菌剂在处理城市生活污泥时的添加量为0.2～0.6％。

28、有益效果：本方案采用上述设置，便于发酵菌剂中菌种有效分解城市生活污泥中的臭气物质、钝化重金属，提升污泥处理效果。同时，本方案发酵后的生活污泥制品可作为营养土或生物有机肥等产品用于土壤肥力的提升。申请人通过长期实验发现，若是添加量过少，则无法有效对城市生活污泥发酵过程中产生的臭气物质进行分解去除，对重金属的钝化作用也会降低，从而降低污泥处理效果；而若是添加量过多，对氨气、硫化氢等气体的去除效果不显著，也会因为微生物过多会大量消耗污泥中的营养元素，导致污泥制品的肥力下降，从而不仅浪费污泥中的肥力，还会增加污泥发酵过程成本。