由生物污泥堆肥化制備腐植酸的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種由生物污泥堆肥化制備腐植酸的方法，利用我國(guó)產(chǎn)量較大且未能有效處置的生物污泥為原料，通過(guò)好氧堆肥制備腐植酸，并利用鹽酸預(yù)處理及堿溶酸析的工藝流程分離提取出腐植酸粗制品。通過(guò)好氧堆肥，腐熟肥體干基中腐植酸含量達(dá)到36.65％，優(yōu)于低含量的煤炭資源；由堿溶酸析分離制備出腐植酸粗品，腐植酸回收率最高可達(dá)46.78％。以上均驗(yàn)證了該技術(shù)的有效性。該發(fā)明技術(shù)不僅有利于解決我國(guó)脫水污泥填埋、焚燒帶來(lái)的環(huán)境污染及投資較高的問(wèn)題，而且可以生產(chǎn)具有較好市場(chǎng)價(jià)值的腐植酸產(chǎn)品，該腐植酸產(chǎn)品也可用于蓄電池、旱作農(nóng)業(yè)、中醫(yī)藥、化妝品、綠化荒山和城市美化等方面。
【專利說(shuō)明】由生物污泥堆肥化制備腐植酸的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種由生物污泥堆肥化制備腐植酸的方法，屬于固體廢物處理與資源化領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市化進(jìn)程和人口增長(zhǎng)速度的加快，污水處理量也在逐年增多。截止2011年第三季度底，我國(guó)已建污水處理廠3078座，污水處理總能力達(dá)1.36億噸/天，截至2012年6月底，我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理3272座，處理能力1.40億噸/天。伴隨著污水處理量同時(shí)增長(zhǎng)的還有生物污泥的產(chǎn)量，十二五末，我國(guó)脫水污泥年產(chǎn)量將超過(guò)2600萬(wàn)噸。生物污泥是城市污水處理廠在污水凈化處理過(guò)程中產(chǎn)生的沉積物，是由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、無(wú)機(jī)顆粒及膠體等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體。目前，就污泥處置方式而言，主要有填埋、焚燒、制備建材及堆肥，其中，污泥堆肥與其占他處置方式相比，具有建設(shè)投資少、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，t匕較適合我國(guó)的國(guó)情。堆肥化過(guò)程有好氧堆肥和厭氧堆肥2種，目前國(guó)內(nèi)外污泥堆肥化基本上采用的都是高效好氧發(fā)酵工藝。
[0003]腐植酸是一種無(wú)定型的高分子 膠體，既無(wú)熱塑性，也無(wú)彈性，多為黑色或棕色，含有多種活性基團(tuán)，在蓄電池、旱作農(nóng)業(yè)、中醫(yī)藥、化妝品、綠化荒山和城市美化等方面都有多種用途。腐植酸目前主要從泥炭、褐煤、風(fēng)化煤等中提取，這就存在礦物開采中環(huán)境、植被破壞問(wèn)題及礦產(chǎn)資源的枯竭問(wèn)題。由生物污泥堆肥化制備腐植酸，就可避免以上問(wèn)題，并且解決生物污泥難處置問(wèn)題，將其變廢為寶，具有較好的環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益。
[0004]目前，由生物污泥堆肥化來(lái)制備和提取腐植酸的專利未見(jiàn)報(bào)道。就污泥好氧堆肥專利而言，大多需要添加發(fā)酵菌種，定期翻堆，操作費(fèi)用較高且用時(shí)較長(zhǎng)；就從堆肥中提取腐植酸的專利而言，采用了先用有機(jī)螯合劑除去金屬離子，再用焦磷酸鈉進(jìn)行提取的堿溶酸析處理工藝，藥劑費(fèi)用較高且存在有機(jī)試劑的污染問(wèn)題。因此，開發(fā)一種簡(jiǎn)潔、高效、經(jīng)濟(jì)的由生物污泥堆肥化制備腐植酸的方法具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種由生物污泥堆肥化制備腐植酸的方法，可為生物污泥的治理、資源化利用和堆肥中腐植酸的提取提供技術(shù)選擇。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種由生物污泥堆肥化制備腐植酸的方法，其特征是采用:
[0008]I)脫水污泥與落葉均勻混合作為堆肥原料，含水率達(dá)50~60%，同時(shí)碳氮比達(dá)25 ~30 ;
[0009]2)混合均勻的堆肥原料移入生物污泥好氧堆肥裝置進(jìn)行好氧發(fā)酵，密封堆肥容器的出氣由導(dǎo)氣管收集，并依次通過(guò)冷凝裝置、堿吸收液和酸吸收液的裝置分離，物料發(fā)酵腐熟后出料；
[0010]3)發(fā)酵腐熟的物料經(jīng)風(fēng)干、粉碎及過(guò)篩處理，篩下物作為腐植酸提取原料；[0011]4)腐植酸提取原料與稀鹽酸混合并在沸水浴中加熱浸提，冷卻抽濾，濾液棄去，濾餅加混合堿液在水浴抽提，冷卻后混合抽提液離心分離，棄去固體，上部液體進(jìn)行抽濾，濾液加鹽酸酸化至pH = I~2，水浴加熱加熱I~1.5h，靜置過(guò)夜分層，容器底部的腐植酸膠體離心分離并用稀鹽酸洗滌，在烘箱中干燥得到腐植酸粗品。
[0012]混合堿為體積比為2~4:1的NaOH和NH4HCO3混合液。
[0013]所述腐植酸提取原料與稀鹽酸混合優(yōu)選:腐植酸提取原料按照1:8~1:10固液比(g/ml)加入濃度為10~18%的稀鹽酸溶液。
[0014]本發(fā)明所提供的由生物污泥堆肥化制備腐植酸的工藝包括堆肥原料混合、好氧堆肥、出料、腐植酸提取原料制備、腐植酸提取、沉淀、洗滌和干燥等環(huán)節(jié)。
[0015]本發(fā)明采用好氧堆肥技術(shù)，生物污泥通過(guò)好氧發(fā)酵處理使有機(jī)物降解并殺滅病菌，實(shí)現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化、無(wú)害化及資源化的目的。堆肥過(guò)程中產(chǎn)生了含量為36.65% (干基)的腐植酸，優(yōu)于低含量的煤炭資源，并利用酸預(yù)處理及堿溶酸析的分離工藝，得到腐植酸粗制品，最高回收率為46.78%。該發(fā)明技術(shù)不僅有利于解決我國(guó)脫水污泥填埋、焚燒帶來(lái)的環(huán)境污染及投資較高的問(wèn)題，而且可以生產(chǎn)具有較好市場(chǎng)價(jià)值的腐植酸產(chǎn)品，該腐植酸產(chǎn)品也可用于蓄電池、旱作農(nóng)業(yè)、中醫(yī)藥、化妝品、綠化荒山和城市美化等方面。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1生物污泥好氧堆肥裝置圖。
[0017]圖2堆肥中腐植酸提取工藝流程圖。
[0018]圖3腐殖酸產(chǎn)品圖片。
[0019]其中:1_好氧堆肥反應(yīng)器；2_熱電偶；3-蓋板；4_導(dǎo)氣管；5-氣泵；6-閥門；7-流量計(jì)；8_排液口 ；9_冷凝罐；10-堿吸收罐；11-酸吸收罐；12-底板。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
[0021]1、含水率80~85%的脫水污泥(碳氮比(C/N)為6:1)與含水率約為10~15%落葉(碳氮比(C/N)為60:1)混合均勻，使含水率達(dá)50~60 %，同時(shí)碳氮比(C/N)達(dá)25~30，將均勻混合的物料布料放置于堆肥容器內(nèi)，如圖1中好氧堆肥反應(yīng)器I所示。
[0022]2、堆肥裝置如圖1所示。通過(guò)好氧堆肥反應(yīng)器I底部由氣泵5、閥門6及流量計(jì)7組成的曝氣系統(tǒng)向堆體提供空氣，控制通氣量范圍3~12m3/(h.m3堆料)。密封堆肥容器的出氣由穿過(guò)蓋板3的導(dǎo)氣管4收集，并依次通過(guò)冷凝裝置9、分別裝有NaOH吸收液的裝置10和HCl吸收液的裝置11，然后排空。堆體溫度由插在堆體中央的熱電偶2實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。堆肥過(guò)程中堆體溫度先升后降，依次經(jīng)過(guò)升溫和中溫階段(由環(huán)境溫度速升至45oC并繼續(xù)升至60oC)、高溫階段(60~65oC)及降溫和冷卻階段(由高溫回歸環(huán)境溫度)。依據(jù)溫度變化調(diào)整通風(fēng)量，當(dāng)堆體溫度過(guò)高時(shí)，要通過(guò)增大裝置底部閥門6的開度增大通氣量，帶走過(guò)多熱量，從而使堆體溫度降低。堆肥過(guò)程產(chǎn)生的滲浙液透過(guò)底板12由反應(yīng)器底部的排液口8排出。
[0023]3、經(jīng)過(guò)45~60天發(fā)酵腐熟的物料移出發(fā)酵桶，經(jīng)過(guò)風(fēng)干、粉碎機(jī)粉碎及過(guò)篩處理，篩下物作為腐植酸提取原料。[0024]4、腐植酸提取的基本工藝流程如圖2所示。將腐植酸提取原料按照1:8~1:10固液比(g/ml)加入濃度為10~18%的稀鹽酸溶液，沸水浴加熱攪拌I~1.5h，冷卻后抽濾，棄去濾液；向?yàn)V餅按1:8~1:10的固液比加入0.5mol/L NaOH和0.5mol/L NH4HCO3 (體積比為2:1~4:1)組成的混合堿抽提液，在80~100°C水浴中加熱攪拌100~120min。冷卻后離心分離，棄去固體，上部液體進(jìn)行抽濾，濾液用50%的鹽酸溶液酸化至pH = I~2，70°C水浴加熱I~1.5h，靜置過(guò)夜分層，離心并用鹽酸溶液(pH = I)對(duì)腐植酸膠體洗滌數(shù)次，至洗滌液變?yōu)闊o(wú)色為止，在60~65°C的烘箱中干燥得到腐植酸粗品。腐植酸粗品性狀如圖3所示，粗品為黑色粉末狀固體。
[0025] 實(shí)施例1.[0026]取IOkg脫水污泥和含水率為15 %的6kg落葉混合，混合物料含水率達(dá)55.6%，碳氮比(C/N)達(dá)26.3。將混合物料均勻裝入好氧發(fā)酵桶內(nèi)，通過(guò)發(fā)酵桶底部的曝氣系統(tǒng)向堆體提供空氣，依據(jù)堆體溫度變化情況在3~12m3/(h.πι3堆料)范圍內(nèi)進(jìn)行風(fēng)量調(diào)整。出氣由導(dǎo)氣管收集，并依次通過(guò)冷凝裝置及分別裝有10% NaOH和0.lmol/L HCl吸收液的集氣裝置，凈化后排空。經(jīng)過(guò)45~60天發(fā)酵腐熟，將腐熟的肥樣自然風(fēng)干，粉碎機(jī)粉碎及過(guò)篩處理，篩下物作為腐植酸提取原料。
[0027]取腐植酸提取原料15g，放入250ml錐形瓶中，按1:10的固液比(g/ml)加入150ml 10%的稀鹽酸溶液，在沸水浴中加熱攪拌I~1.5h。冷卻后抽濾，濾液棄去，再按1:8的固液比將濾餅與0.5mol/L NaOH和0.5moI/LNH4HCO3 (體積比為4:1)組成的混合堿抽提液混合，在100°C水浴中加熱攪拌120min。冷卻后離心分離，棄去固體，上部液體真空抽濾，濾液用50%的鹽酸溶液酸化至pH = I~2，70°C水浴加熱I~1.5h，靜置過(guò)夜分層，容器底部的腐植酸膠體離心處理并用鹽酸溶液(PH= I)進(jìn)行洗滌數(shù)次，至洗滌液變?yōu)闊o(wú)色為止，在60~65°C的烘箱中干燥得到腐植酸粗品，質(zhì)量為2.6694g，腐植酸回收率為46.78%。
[0028]實(shí)施例2.[0029]堆肥過(guò)程同實(shí)施例1。腐殖酸提取分離過(guò)程與實(shí)施例1類似。不同之處為堿提取的固液比為1:9，提取溫度為80°C，時(shí)間為IOOmin。腐殖酸產(chǎn)品質(zhì)量為2.6045g，腐植酸回收率為40.63%。
[0030]實(shí)施例3.[0031]堆肥過(guò)程同實(shí)施例1。腐殖酸提取分離過(guò)程與實(shí)施例1類似。不同之處為堿提取的固液比為1:10，提取溫度為901:，時(shí)間為llOmin。腐殖酸產(chǎn)品質(zhì)量為2.6032g，腐植酸回收率為43.19%。
[0032]實(shí)施例4.[0033]堆肥過(guò)程同實(shí)施例1。腐殖酸提取分離過(guò)程與實(shí)施例1類似。不同之處為堿提溫度為80°C，時(shí)間為lOOmin。腐殖酸產(chǎn)品質(zhì)量為2.6253g，腐植酸回收率為41.78%。
[0034]實(shí)施例5.[0035]堆肥過(guò)程同實(shí)施例1。腐殖酸提取分離過(guò)程與實(shí)施例1類似。不同之處為堿提取的固液比為1:10，提取溫度為801:，時(shí)間為lOOmin。腐殖酸產(chǎn)品質(zhì)量為2.5832g，腐植酸回收率為40.49%。
[0036]實(shí)施例6.[0037]堆肥過(guò)程同實(shí)施例1。腐殖酸提取分離過(guò)程與實(shí)施例1類似。不同之處為堿提取液NaOH與NH4HCO3的體積比為3:1。腐殖酸產(chǎn)品質(zhì)量為2.6094g，腐植酸回收率為42.48%。
[0038]實(shí)施例7.[0039]堆肥過(guò)程同實(shí)施例1。腐殖酸提取分離過(guò)程與實(shí)施例1類似。不同之處為堿提取液NaOH與NH4HCO3的體積比為2:1。腐殖酸產(chǎn)品質(zhì)量為2.1498g，腐植酸回收率為39.78%。
[0040]實(shí)施例8.[0041]堆肥過(guò)程同實(shí)施例1。腐殖酸提取分離過(guò)程與實(shí)施例1類似。不同之處為酸浸提的固液比為1:8，稀鹽酸濃度為18%。腐植酸產(chǎn)品質(zhì)量為2.62038，腐植酸回收率為41.08%。
[0042]實(shí)施例9.[0043]堆肥過(guò)程同實(shí)施例1。腐殖酸提取分離過(guò)程與實(shí)施例1類似。不同之處為酸浸提的固液比為1:9，稀鹽酸濃度為15%。腐植酸產(chǎn)品質(zhì)量為2.59778，腐植酸回收率為40.87%。
[0044]本發(fā)明公開和提出簡(jiǎn)潔、高效、經(jīng)濟(jì)的由生物污泥堆肥化制備腐植酸的方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過(guò)借鑒本文內(nèi)容，適當(dāng)改變堆肥及腐植酸提取原料的制備方法或處理?xiàng)l件即可實(shí)現(xiàn)。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動(dòng)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的，他們都被 視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容中。
【權(quán)利要求】
1.一種由生物污泥堆肥化制備腐植酸的方法，其特征是步驟如下: 1)脫水污泥與落葉均勻混合作為堆肥原料，含水率達(dá)50~60%，同時(shí)碳氮比達(dá)25~30 ； 2)混合均勻的堆肥原料移入生物污泥好氧堆肥裝置進(jìn)行好氧發(fā)酵，密封堆肥容器的出氣由導(dǎo)氣管收集，并依次通過(guò)冷凝裝置、堿吸收液和酸吸收液的裝置分離，物料發(fā)酵腐熟后出料； 3)發(fā)酵腐熟的物料經(jīng)風(fēng)干、粉碎及過(guò)篩處理，篩下物作為腐植酸提取原料； 4)腐植酸提取原料與稀鹽酸混合并在沸水浴中加熱浸提，冷卻抽濾，濾液棄去，濾餅加混合堿液在水浴抽提，冷卻后混合抽提液離心分離，棄去固體，上部液體進(jìn)行抽濾，濾液加鹽酸酸化至pH = I~2，水浴加熱加熱I~1.5h，靜置過(guò)夜分層，容器底部的腐植酸膠體離心分離并用稀鹽酸洗滌，在烘箱中干燥得到腐植酸粗品。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的脫水污泥與落葉是將含水率80~85%的脫水污泥、碳氮比為6:1，與含水率為10~15%落葉、碳氮比為60:1混合均勻，使含水率達(dá)50~60%，碳氮比達(dá)25~30。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是好氧堆肥采用生物污泥好氧堆肥裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的混合堿為體積比為2~4:1的NaOH和NH4HCO3混合液。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的物料發(fā)酵腐熟是經(jīng)45~60天發(fā)酵腐熟的。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的所述腐植酸提取原料與稀鹽酸混合條件為:腐植酸提取原料按照1:8~1:10固液比加入濃度為10~18%的稀鹽酸溶液(g/ml)。
【文檔編號(hào)】C12P1/00GK103981219SQ201410202248
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】劉勇, 郭祥, 辛世紀(jì) 申請(qǐng)人:天津大學(xué)