專利名稱：一種污水處理廠污泥加工成農(nóng)肥的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種污水處理廠污泥加工成農(nóng)肥的方法，涉及一種用污水處理廠污泥制農(nóng)肥的工藝。屬于城市污水處理廠的污泥處理與資源化利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
城市污水處理采用主流工藝---生物方法處理時(shí)，污泥是必然的二次產(chǎn)物。污泥的產(chǎn)率，按干固體計(jì)為1.2×10-4-2.6×10-4t/m3；我國城市居民人均每年的生活污水產(chǎn)生量為44-100m3，因此，按我國現(xiàn)有城市人口計(jì)，如果城市生活污水的處理率達(dá)到100％，相應(yīng)的污泥干固體產(chǎn)生率為390-840萬噸/年，以含水率80％的污泥脫水泥餅計(jì)，則可達(dá)2000-4000萬噸/年。由于我國大部分城市污水廠均同時(shí)處理生活污水廠和工業(yè)污水尾水，因此，城市污水處理廠實(shí)際的污泥產(chǎn)量尚遠(yuǎn)大于此值。城市污水處理廠污泥含有從污水中去除的大部分污染物(致病微生物、有機(jī)物、植物營養(yǎng)元素、重金屬等)，排入自然環(huán)境具有很大的污染可能性，需要作進(jìn)一步的處理才能有效利用。城市污水處理廠污泥的主要成分為有機(jī)物。同時(shí)，含有較豐富的植物營養(yǎng)元素，因此適合于作土地利用。目前，歐洲與北美國家的城市污水處理廠土地利用比例均占污泥產(chǎn)生總量的40％以上。為了使污泥有機(jī)物生物穩(wěn)定化(與土壤生態(tài)系統(tǒng)相容)和殺滅致病微生物，城市污水處理廠污泥，在土地利用前需要進(jìn)行一定程度的處理。目前，污泥土地利用前處理主流技術(shù)方法有2類，一是城市污水處理廠污泥濃縮后進(jìn)行厭氧消化，消化污泥在進(jìn)行機(jī)械脫水后，脫水泥餅即作土地利用；二是污泥濃縮后直接進(jìn)行機(jī)械脫水，得到脫水泥餅再進(jìn)行堆肥化處理后，作土地利用。這2種方法，前者以脫水泥餅形式農(nóng)用，不具有可儲(chǔ)存性，不能與植物生長的季節(jié)性要求匹配，影響資源利用的有效性；后者由于在污泥脫水前未經(jīng)過改性處理，脫水泥餅的含水率較高(濃縮污泥直接脫水泥餅含水率平均約85％，而厭氧消化后脫水平均可達(dá)78％)，堆肥化處理前需要添加的水分調(diào)理劑(調(diào)理后水分需達(dá)到55％-60％)量較大，而秸稈、木屑等常用水分調(diào)理劑，在大規(guī)模應(yīng)用時(shí)，可能導(dǎo)致處理成本的明顯增加。改善這些問題的一個(gè)顯而易見的途徑是將上述2類方法予以集成，即污泥先經(jīng)厭氧消化，再脫水后，泥餅進(jìn)行堆肥化處理。盡管這種集成方法基本可以解決上述提到的問題，但同時(shí)也會(huì)帶來污泥處理周期過長(即使是采用消化速率最高的高溫厭氧消化方法，污泥的消化周期亦可達(dá)到15天左右，脫水泥餅的堆肥化周期則至少需要30天以上)等問題；而更為重要的是，這種工藝集成方式，不適用于采用生物除磷工藝的城市污水處理廠污泥的處理。因?yàn)樯锍椎幕驹硎且活惙Q為聚磷菌的微生物先在厭氧或缺氧(溶解氧小于0.5mg/l)環(huán)境中釋磷，造成所謂的“磷饑餓”狀態(tài)，然后在好氧的環(huán)境中與污水接觸，通過細(xì)胞內(nèi)過量聚磷去除污水中的磷，然后，聚磷菌再通過沉淀池與污水分離并進(jìn)入污泥之中。與其它除磷方法比較，生物除磷具有經(jīng)濟(jì)和生態(tài)方面的優(yōu)勢(shì)。我國城市污水處理標(biāo)準(zhǔn)中，已明確提出了脫氮除磷要求，生物除磷的城市污水處理廠比例也必然提高，而此類污水廠產(chǎn)生的污泥也將穩(wěn)步增加。生物脫氮除磷污水廠污泥中的磷會(huì)在其厭氧消化過程中釋放(參見Expermental studies simulatiing potentialphosphorus release from municipal sewage sludge deposits.E Rydin，WaterReseach.30(1996)1695-1701)，并最終回流至污水廠水處理工序，使處理失敗，因此，傳統(tǒng)的包含厭氧消化環(huán)節(jié)的污泥土地利用前的處理技術(shù)方法不能適用于采用生物除磷工藝的城市污水處理廠污泥。
另一方面，城市污水處理廠污泥中普遍的含有一定量的重金屬，傳統(tǒng)的厭氧消化、堆肥化等污泥處理方法無法降低污泥中重金屬的含量，影響污泥長期土地利用的安全性。生物淋溶(Bioleaching)過程，(例如Bioleaching of metalfrom municipal waste incineration fly ash using a mixed culture ofsulfur-oxidizing and iron-oxidizing bacteria.T Ishigaki A Nakanishi MTateda，Chemosphere 60(2005)1087-1094)利用在好氧條件下，氧化亞鐵硫桿菌等能將亞鐵離子(Fe2+)和元素硫(S0)和負(fù)二價(jià)硫(S2-)氧化為三價(jià)鐵離子(Fe3+)和硫酸根離子(SO42-)的特征，在污泥中加入Fe2+和S2-或S0后，進(jìn)行曝氣生物培養(yǎng)，培養(yǎng)中氧化產(chǎn)生的Fe3+、SO42-和離解產(chǎn)生的H+，使污泥中的重金屬溶出(Me代表各種2價(jià)重金屬)MeS+2O2+2H2→Me2++H2SO4；MeS+2Fe3+→Me2++2Fe2++S0；MeS+H2SO4→Me2+SO42-+H2
從而實(shí)現(xiàn)降低污泥固相重金屬含量的目的，如此，生物淋溶處理后的污泥經(jīng)脫水后，可以得到重金屬含量低的脫水泥餅供土地利用，脫水液則可通過中和沉淀方法去除金屬離子后，再返回污水處理工序。但這項(xiàng)技術(shù)用于污泥土地利用前處理時(shí)，同樣存在泥餅的可貯存性問題；同時(shí)，生物淋溶處理后產(chǎn)生的泥餅，其酸性特征(pH通常小于2)也會(huì)影響土地利用的效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用污水處理廠污泥加工成農(nóng)肥的方法，用該方法生產(chǎn)的農(nóng)肥肥效與干雞糞(有機(jī)肥)相當(dāng)，且特別適用那些采用生物除磷工藝的城市污水處理廠污泥加工成農(nóng)肥。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明需解決的關(guān)鍵技術(shù)是改善污泥的可脫水性、降低其重金屬含量和有效控制污泥中磷的溶出。為此，根據(jù)現(xiàn)有的污泥處理技術(shù)，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，污水處理廠污泥添加硫化亞鐵(FeS)鹽后，進(jìn)行曝氣消化，利用污水廠污泥中普遍存在的硫和亞鐵氧化微生物，產(chǎn)生Fe3+和SO42-，并形成酸性的消化環(huán)境；這一環(huán)境條件使污泥固相中的重金屬充分溶出，降低固相的重金屬含量；同時(shí)，酸性環(huán)境和污泥中存在的水解微生物通過化學(xué)和生物作用，使污泥中的部分有機(jī)物水解為可溶態(tài)，起到改善污泥可脫水性的作用；而消化中的好氧環(huán)境條件，則可抑制聚磷菌的磷釋放，使污泥中極大部分的磷仍然保留于固相。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下第一步在濃縮預(yù)處理后的污水廠污泥中添加硫化鐵(FeS)，硫化鐵加入質(zhì)量為污泥質(zhì)量的0.3％，然后進(jìn)入曝氣消化器中，進(jìn)行曝氣消化，消化過程的溶解氧控制于1.5-2.0mg/l，消化時(shí)間6d，獲得消化污泥。
第二步將上述消化污泥泵入臥式螺桿卸料離心機(jī)中脫水，離心分離因素(離心加速度/重力加速度)控制在1800-2200之間，脫水后分離得到脫水液和脫水的泥餅。
第三步將脫水后分離得到的脫水液泵入由粉煤灰與碎石混合濾料組成的過濾中和器中過濾和中和，中和處理后的脫水液主要含溶解性有機(jī)物(重金屬以氫氧化物的形式沉積于濾料中被去除)；混合濾料是按照粉煤灰∶碎石質(zhì)量比例＝1∶1.2，均勻混合配制而成，其中碎石的粒徑級(jí)配為10mm-20mm；混合濾料在過濾中和器中的填充深度為0.6-0.8m；操作時(shí)，脫水液經(jīng)高位槽和流量控制閥進(jìn)入過濾中和器，過濾中和器出口設(shè)pH檢測器和流量計(jì)檢測器，對(duì)排出液的pH及流量進(jìn)行檢測，根據(jù)pH的反饋，控制脫水液進(jìn)入過濾中和器的流量(控制閥的開啟度)，使排出液pH保持在8-9的范圍；當(dāng)排出液流量與過濾中和器截面積之比下降至0.01m/s，而排出液pH仍不能保持在8-9時(shí)，則停止過濾，并更換濾料后再重新開始過濾和中和；更換掉的濾料送至粉煤灰制磚廠，與其它粉煤灰混合后制粉煤灰磚。中和后的排出液回流到污水廠缺氧脫氮段，其中含有的溶解性有機(jī)物可用作反硝化脫氮的碳源被利用并去除。
第四步脫水后分離得到的泥餅與粉煤灰混合，使混合物的含水率達(dá)到55％-58％，再進(jìn)行常規(guī)堆肥化處理后，即可得到農(nóng)肥，經(jīng)檢測該農(nóng)肥的N、P、K含量達(dá)到8-10％，與有機(jī)肥中的干雞糞相似。
本發(fā)明具有如下的顯著優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明在污泥曝氣消化時(shí)添加了硫化鐵，形成酸性的消化環(huán)境，使污泥固相中的重金屬充分溶出到脫水液中，脫水液進(jìn)入含氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)、氧化鈉(Na2O)和氧化鉀(K2O)等堿性化合物總質(zhì)量比達(dá)10％以上的粉煤灰為主要濾料的過濾中和器中，使其中的重金屬以氫氧化物的形式沉積于濾料中被去除，(污泥中含量較高的Zn、Cr、Cu可降低80％左右，其它重金屬也可降低40-60％)，保證重金屬不再進(jìn)入環(huán)境，提高了污泥利用的安全性。
2.由于城市污水廠的生物可降解性有機(jī)碳與氮之比僅為3左右，而生物脫氮要求碳氮比為3～5，因此，生物脫氮碳源較為缺乏，為此，本發(fā)明將過濾中和器的排出液回流污水廠脫氮工序，可補(bǔ)充反硝化脫氮的碳源，同時(shí)，使有機(jī)碳降解為CO2，具有環(huán)境和資源效益。
3.由于泥餅采用與粉煤灰混合后堆肥制農(nóng)肥的方式，可同時(shí)完成酸性中和和水分調(diào)理，使之滿足堆肥化處理對(duì)原料的含水率和酸堿度要求，與現(xiàn)有的采用添加秸桿、木屑等調(diào)理劑工藝相比，降低了生產(chǎn)成本，具有可貴的經(jīng)濟(jì)效益。
4.本發(fā)明的污泥在酸性環(huán)境中進(jìn)行曝氣消化，影響其可脫水性的有機(jī)物部分分解，顆粒電性得到改變，使可脫水性改善，離心脫水后泥餅的含水率可達(dá)73-78％，降低了堆肥化前的水分調(diào)理難度。
5.由于脫水液的中和及泥餅的水分調(diào)理和酸性中和，均采用粉煤灰為處理劑，這種“以廢制廢”方法進(jìn)一步降低了處理的成本。
6.脫水液中和產(chǎn)生的沉積了重金屬的粉煤灰濾料，仍可與其它粉煤灰混合作為粉煤灰磚的原料進(jìn)一步利用，而重金屬利用制磚過程進(jìn)入磚中形成的無機(jī)晶格使其得到固定，降低了重金屬再溶出的風(fēng)險(xiǎn)，保證了環(huán)境安全性。
7.本發(fā)明的曝氣消化可有效控制污泥中磷的溶出，使磷保留在脫水泥餅中，滿足制成的農(nóng)肥中磷的含量，因此，同時(shí)具有環(huán)境和資源效益。


圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖。
圖2為脫水液過濾中和控制示意圖。
圖中1-高位槽，2-流量控制閥，3-過濾中和器，4-濾料，5-pH檢測器，6-流量計(jì)，7-pH檢測信號(hào)，8-流量檢測信號(hào)，9-流量控制器，10-流量控制信號(hào)輸出。
具體實(shí)施例方式
下面以污泥干固體產(chǎn)生量為20t/d的污水處理廠(相當(dāng)于日處理污水10萬m3的污水處理容量)為例，結(jié)合附圖1、2介紹本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
污泥干固體產(chǎn)生量為20t/d的污水處理廠濃縮污泥量約400m3/d(含水率95％)，濃縮污泥首先加入污泥質(zhì)量的0.3％的硫化鐵(FeS)，混合均勻后，再進(jìn)入曝氣消化器中消化；每個(gè)曝氣消化器由2個(gè)直徑不同的同心圓筒構(gòu)成，外筒為密閉結(jié)構(gòu)，下部設(shè)污泥進(jìn)口，上部設(shè)溢流式污泥出口，頂部另設(shè)氣體釋放口；內(nèi)筒上下兩端敞開，下端截面內(nèi)平行安裝微孔曝氣釋放管；每個(gè)曝氣消化器外筒的內(nèi)徑為5m，高20m、操作時(shí)實(shí)際液深18m；內(nèi)筒直徑為3.2m，高15m，上、下與實(shí)際液面和外筒底面各距1.5m，同心安裝于外筒內(nèi)；每個(gè)內(nèi)筒底部截面間隔15cm平行安裝不同長度的微孔曝氣釋放管19條，運(yùn)行時(shí)，連接羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行曝氣，使內(nèi)筒中的污泥與曝氣釋放的氣泡混合，致其表觀密度低于內(nèi)、外筒環(huán)隙內(nèi)的污泥；由此，使反應(yīng)器內(nèi)的流體(污泥)，在環(huán)隙和內(nèi)筒間形成持續(xù)的流動(dòng)，保證消化傳質(zhì)條件，為使消化水力停留時(shí)間達(dá)到6d，采用7個(gè)相同消化器平行操作；消化器環(huán)隙內(nèi)中間截面均勻設(shè)置2個(gè)溶解氧探頭，持續(xù)測試污泥的溶解氧濃度，通過控制曝氣的流量使污泥中的溶解氧保持在1.5～2mg/L的水平。消化產(chǎn)物(消化污泥)用臥式螺桿卸料離心脫水機(jī)作固液分離，分離為泥餅(脫水的泥餅)和脫水液。離心脫水機(jī)的筒體直徑0.45m、長徑比3.3，轉(zhuǎn)速2800轉(zhuǎn)/分鐘(離心分離因素約1900)，單臺(tái)分離消化產(chǎn)物的流量20m3/h，配置2臺(tái)。
離心脫水機(jī)排出的脫水液為消化液體，流量約310m3/d，脫水液經(jīng)由粉煤灰與碎石混合組成的濾料4構(gòu)建的過濾中和器3進(jìn)行過濾中和，濾料4由粉煤灰與碎石按1∶1.2的質(zhì)量比例均勻混合配制而成，碎石的粒徑級(jí)配為10mm-20mm；混合濾料在過濾中和器3中的填充深度為0.6-0.8m，過濾中和器3的直徑1.2m，2臺(tái)交替運(yùn)行；操作時(shí)，脫水液經(jīng)高位槽1和流量控制閥2進(jìn)入過濾中和器3，過濾中和器3出口設(shè)pH檢測器5和流量計(jì)6檢測排出液的pH及流量，根據(jù)從pH檢測器5得到的pH檢測信號(hào)，流量控制器9反饋流量控制信號(hào)輸出10至流量控制閥2，通過改變流量控制閥2的開啟度，使排出液pH保持在8-9的范圍；但排出液流量與過濾中和器3截面積之比下降至0.01m/s(即排出液流量下降至40m3/h)，而排出液pH仍不能保持在8-9時(shí)，則停止過濾，并更換濾料4后再重新開始過濾中和，更換掉的濾料4送至粉煤灰制磚廠，與其它粉煤灰混合后制粉煤灰磚。中和后的排出液回流污水廠的缺氧脫氮段，其中含有的溶解性有機(jī)物可用作反硝化脫氮的碳源被利用并去除。
離心脫水產(chǎn)生的泥餅每天約80t，先與36t粉煤灰混合，使混合物的含水率達(dá)到55％-58％；再進(jìn)入常規(guī)翻倒槽式堆肥裝置，按堆置深度1.5m；前8天對(duì)這些混合物，以1500m3/h的通風(fēng)流量，每小時(shí)通風(fēng)15min，并每隔一天翻倒一次；后22天，以1500m3/h的通風(fēng)流量，每2小時(shí)通風(fēng)15min，并每隔二天翻倒一次，共進(jìn)行30d堆肥化處理后，即可得到農(nóng)肥供土地利用。
權(quán)利要求
1.一種污水處理廠污泥加工成農(nóng)肥的方法，其特征在于第一步在濃縮預(yù)處理后的污水廠污泥中添加硫化鐵，硫化鐵加入質(zhì)量為污泥質(zhì)量的0.3％，然后進(jìn)入曝氣消化器中，進(jìn)行曝氣消化，消化過程的溶解氧控制在2.0-1.5mg/l，消化時(shí)間6d，獲得消化污泥；第二步將上述消化污泥泵入離心機(jī)中脫水，離心分離因素控制在1800-2200之間，脫水后分離得到脫水液和脫水的泥餅；第三步將上步的脫水液泵入由粉煤灰與碎石混合濾料組成的過濾中和器中過濾和中和；使排出液pH保持在8-9的范圍；當(dāng)排出液流量與過濾器截面積之比下降至0.01m/s時(shí)排出液pH仍不能保持在8-9時(shí)，停止過濾，更換濾料后再重新開始過濾和中和；更換掉的濾料送至粉煤灰制磚廠，與其它粉煤灰混合后制粉煤灰磚；中和后的排出液回流到污水廠的缺氧脫氮段，其中含有的溶解性有機(jī)物用作反硝化脫氮的碳源被利用并去除；第四步將第二步的脫水的泥餅與粉煤灰混合，使混合物的含水率達(dá)到55％-58％，再進(jìn)行常規(guī)堆肥化處理后，即得到農(nóng)肥，經(jīng)檢測該農(nóng)肥的N、P、K含量達(dá)到8-10％，與有機(jī)肥中的干雞糞相似。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污水處理廠污泥加工成農(nóng)肥的方法，其特征在于所述的第三步中的由粉煤灰與碎石混合濾料組成的過濾中和器的構(gòu)建是，先將粉煤灰∶碎石＝1∶1.2的質(zhì)量比量取，并混合均勻制成混合濾料，其中碎石的粒徑級(jí)配為10mm-20mm；再將混合濾料填裝入過濾中和器中，填裝深度為0.6-0.8m。
全文摘要
一種污水處理廠污泥加工成農(nóng)肥的方法，涉及一種污水廠污泥制農(nóng)肥的方法。濃縮預(yù)處理后的污水廠污泥，加入質(zhì)量比0.3％的硫化鐵后，進(jìn)入曝氣消化器中，進(jìn)行曝氣消化，消化過程的溶解氧為2.0－1.5mg/l，消化時(shí)間6d；消化污泥進(jìn)入臥式螺桿卸料離心機(jī)中脫水，離心分離因素為1800－2200，脫水后分離得到脫水液和脫水的泥餅；脫水液經(jīng)粉煤灰與碎石混合濾料組成的過濾中和器過濾中和后，排出液回流污水廠的缺氧脫氮段，其中的溶解性有機(jī)物可作反硝化脫氮的碳源被利用并去除；泥餅與粉煤灰混合至含水率達(dá)55％－58％，再進(jìn)行常規(guī)堆肥化處理后，即得到N、P、K含量8－10％的農(nóng)肥。本發(fā)明保證重金屬不再進(jìn)入環(huán)境，“以廢制廢”進(jìn)一步降低了處理的成本，具有可貴的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
文檔編號(hào)C04B18/04GK101041595SQ20071003781
公開日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2007年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月5日
發(fā)明者何品晶, 邵立明, 章驊, 呂凡 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)