專利名稱：利用有機污泥生產液態有機肥的方法
技術領域：
本發明屬于固體廢物處理、處置技術領域，具體涉及一種剩余污泥制取液態有機肥的資源化方法。
背景技術：
我國大多數城市生活污水采用活性污泥法進行處理，每年產生大量的剩余污泥，按2006年生活污水排放量300億噸，處理率40％，污泥(含水率99％)產生量為污水處理量的1％計，則產生剩余污泥約1.2億噸。隨著我國城市生活污水排放量的增加和處理率的提高，剩余污泥產生量將不斷增長。污泥中含有的大量有機質如不妥善處理會對生態環境造成污染，如果將其提取出來作為肥料加以利用，既可以避免污泥的危害，又可以實現污泥的資源化利用。
有機污泥中有機質含量一般占干固體的60％以上，有機質又以高分子有機物為主，包括蛋白質(約46-52％)、腐殖酸(約18-23％)、多糖(約7％)、核酸和脂肪等，這些有機物尤其是腐殖酸可以作為植物生長的肥料。目前利用污泥中有機物制肥的工藝主要是污泥好氧堆肥，但由于污泥堆肥是將脫水泥餅與其它輔料摻混后鼓風通氧，產品中有效成分較低，污泥中的重金屬也會殘留在產品中，而且處理過程中需要及時翻堆、鼓風，能耗較大，同時會堆置過程中會產生大量臭氣需要妥善處理。由于堆肥產品品質較低，市場銷路也存在一定問題。如果能利用污泥破解的方法將污泥中的大分子有機物單獨從污泥中分離出來，就可以避免堆肥的上述問題，獲得高質量的液態肥料。
破解污泥的方法目前包括機械處理、熱處理、酸堿處理、化學氧化和生物處理等方法，在這些方法中，超聲和氫氧化鈉處理具有操作簡單，破解效率高的特點，而且兩者結合具有協同效應，可以大幅提高破解效率。研究表明，用1.2g/L氫氧化鈉處理含水率99％的污泥24小時后，污泥中有機質溶出率為36.3％，如同樣濃度氫氧化鈉和超聲超聲(20kHz，0.12W/cm3)同時作用10分鐘，有機質溶出率達到77.9％。超聲處理主要利用空化效應產生的機械沖擊力，而氫氧化鈉處理主要利用OH-對微生物胞外多聚物、細胞膜中部分有機物的水解或破壞作用，但對蛋白質、多糖、DNA的水解程度有限，而氫氧化鈉和腐殖酸生成腐殖酸鈉鹽，因此超聲和氫氧化鈉聯合處理還可以減少大分子有機物的降解，這有利于采用超濾方式分離這些大分子有機物，而熱處理、化學氧化和生物處理都會使大分子有機物降解為小分子有機物，不利于提取制作有機肥。
發明內容
本發明的目的在于提供一種利用有機污泥制作液態有機肥的方法，其特征在于，將超聲破解污泥和氫氧化鈉破解污泥結合，協同促進污泥有機質溶出，采用超濾實現大分子有機物的分離濃縮，不僅可以實現污泥的減量，還可以獲得高質量的液態肥料。具體包括如下步驟(1)在有機污泥加入氫氧化鈉攪拌，然后進行超聲處理，利用超聲和氫氧化鈉的協同破解作用使污泥解體，有機質大量溶出，降低污泥中懸浮固體含量；(2)處理后污泥采用離心濃縮機進行分離，獲得濃縮污泥和含有大量有機物的上清液；(3)濃縮污泥經用酸中和、稀釋后采用常規污泥脫水工藝脫水；(4)上清液再經酸中和、砂濾后，通過二級超濾分離工藝，提取上清液中的腐殖酸等大分子有機物制肥，透過液進入污水處理廠處理。
所述步驟1是用超聲和氫氧化鈉破解有機污泥，污泥含水率98％左右，氫氧化鈉濃度保持在1.2～2.0kg/m3，攪拌30分鐘后用超聲處理，超聲頻率20～40kHz，聲能密度0.1～0.2W/cm3，處理時間5～10分鐘。通過超聲和氫氧化鈉破解，促使污泥中的有機質大量溶出。
所述步驟2是將處理后的污泥采用離心機進行分離，分離因數為1000～3000轉/分，在環境溫度下處理時間5～10分鐘，污泥中的大部分懸浮固體物質形成濃縮污泥，而大部分的有機質進入上清液，上清液腐殖酸濃度可以達到2000～4000mg/L。
所述步驟3是將步驟2得到的濃縮污泥用硫酸或其它廢酸進行中和后采用常規污泥脫水方法進行調理脫水，脫水泥餅含水率在70％～80％，有機質相對于原始污泥減少50％。
所述步驟4是將步驟2得到的上清液加入到超濾系統中，采用二級超濾分離，超濾膜截留相對分子量為1000，操作壓力0.3MPa，濃縮倍數為10～20倍。在超濾系統中，上清液中腐殖酸等大分子有機物被分離、濃縮，腐殖酸最終含量在4～8wt％。
本發明的優點1、經本方案處理后，不僅實現了污泥的減量和穩定化，而且還可以回收利用污泥中的大分子有機物，實現污泥的資源化。2、采用超聲和氫氧化鈉協同處理，可以在低強超聲和低濃度氫氧化鈉的條件下，大幅提高污泥的破解效率。3、一般有機污泥脫水泥餅含水率為80％，有機質含量在60％～80％(取決于污泥來源)，經本方案處理后，脫水泥餅有機質含量減少為40％～50％，同時由于有機質含量降低，污泥脫水效率更高。4、本發明中超聲和氫氧化鈉處理后污泥的pH值保持在9～11左右，這可以使大部分重金屬沉淀下來，經離心分離后進入濃縮污泥，上清液中重金屬極少，再經過超濾處理，又有部分重金屬被截留，因此最終得到的腐殖酸液體肥中的重金屬含量極低，符合國家農業部《肥料使用準則》。5、本方法生產成本低，占地少，效率高，工藝簡單，運行可靠，具有明顯的環境效益、社會效益和經濟效益。
圖1是本發明利用有機污泥生產液態有機肥的方法流程示意圖，其中超濾為二級超濾系統。
具體實施例方式
本發明提供一種利用有機污泥制作液態有機肥的方法。圖1所示為本發明利用有機污泥生產液態有機肥的方法流程示意圖，下面根據流程示意圖的實施例如下。
某城鎮污水處理廠產生的剩余濃縮污泥，其含水率為98％，有機質含量為78％，pH為6.86。
向污泥中投加氫氧化鈉使其濃度達到1.2kg/m3，攪拌30分鐘，然后采用20kHz超聲處理10分鐘，聲能密度為0.1W/cm3。處理后的污泥進入離心機，在分離因數1000的條件下分離，獲得含水率92％的濃縮污泥和上清液，上清液化學需氧量(COD)為11864mg/L，腐殖酸含量為2136mg/L。濃縮污泥用硫酸中和至pH＝7，并稀釋至含水率96％，然后采用1.6g/L的FeCl3調理，采用真空過濾脫水，獲得含水率78％的泥餅。離心后的上清液用硫酸中和至pH＝7，經砂濾去除細小顆粒后通過兩級超濾處理，截留相對分子量1000，濃縮倍數20倍，操作壓力為0.3MPa。膜分離后得到濃縮液，顏色呈深紅褐色，腐殖酸含量為42.7g/L，總有機碳(TOC)大于8％(重量比)，滿足腐殖酸液體肥料對有機碳的含量要求，重金屬含量為Cd≤0.01％，As≤0.002％，Pb≤0.002％，符合國家農業部《綠色食品肥料使用準則》。膜透過液透明、無色，COD為948mg/L，與污水處理廠進水混合后處理。
權利要求
1.一種利用有機污泥制作液態有機肥的方法，其特征在于，將超聲破解污泥和氫氧化鈉破解污泥結合，協同促進污泥有機質溶出，離心分離后得到濃縮污泥和上清液，依次經砂濾、二級超濾處理，得到含腐殖酸等大分子有機物的濃縮液和含低分子有機物的濾過液，濾過液進入污水處理廠前端處理，具體包括如下步驟(1)在有機污泥加入氫氧化鈉攪拌，然后進行超聲處理，利用超聲和氫氧化鈉的協同破解作用使污泥解體，有機質大量溶出，降低污泥中懸浮固體含量；(2)處理后污泥采用離心濃縮機進行分離，獲得濃縮污泥和含有大量有機物的上清液；(3)濃縮污泥經用酸中和、稀釋后采用常規污泥脫水工藝脫水；(4)上清液再經酸中和、砂濾后，通過二級超濾分離工藝，提取上清液中的腐殖酸等大分子有機物制肥，透過液進入污水處理廠處理。
2.根據權利要求1所述的利用有機污泥生產液態有機肥的方法，其特征在于所述步驟1破解有機污泥的含水率為98％，所用氫氧化鈉濃度保持在1.2～2.0kg/m3，攪拌30分鐘后用超聲處理，超聲頻率20～40kHz，聲能密度0.1～0.2W/cm3，處理時間5～10分鐘。
3.根據權利要求1所述的利用有機污泥生產液態有機肥的方法，其特征在于所述步驟2所采用離心機進行分離的分離因數為1000～3000轉/分，在環境溫度下處理時間5～10分鐘，污泥中的大部分懸浮固體物質形成濃縮污泥，而大部分的有機質進入上清液，上清液腐殖酸濃度可以達到2000～4000mg/L。
4.根據權利要求1所述的利用有機污泥生產液態有機肥的方法，其特征在于所述步驟3是將步驟2得到的濃縮污泥用硫酸或其它廢酸進行中和后，采用常規的1.6g/L的FeCl3調理，真空過濾脫水，操作壓力為0.3MPa，獲得含水率70～80％的泥餅，有機質相對于原始污泥減少50％。
5.根據權利要求1所述的利用有機污泥生產液態有機肥的方法，其特征在于所述步驟4是將步驟2得到的上清液加入到超濾系統中，離心后的上清液用硫酸中和至pH＝7，經砂濾去除細小顆粒后通過兩級超濾處理，操作壓力0.3MPa，截留相對分子量1000，濃縮倍數為10～20倍；在超濾系統中，上清液中腐殖酸等大分子有機物被分離、濃縮，腐殖酸最終含量在4～8wt％。
6.根據權利要求1所述的利用有機污泥生產液態有機肥的方法，其特征在于所述污泥包括剩余活性污泥及其濃縮污泥、消化污泥等有機質含量較高的污泥。
7.根據權利要求1所述的利用有機污泥生產液態有機肥的方法，其特征在于所述酸中和步驟放在離心分離步驟之后，防止重金屬進入濃縮液。
8.根據權利要求1所述的利用有機污泥生產液態有機肥的方法，其特征在于所述利用有機污泥生產液態有機肥的具體工藝為向含水率為98％，有機質含量為78％，pH為6.86污水處理廠產生的剩余濃縮污泥中投加氫氧化鈉，使其濃度達到1.2kg/m3，攪拌30分鐘，然后用聲能密度為0.1W/cm3、20kHz的超聲處理10分鐘，處理后的污泥進入離心機，在分離因數1000的條件下分離，獲得含水率92％的濃縮污泥和上清液，所述上清液化學需氧量(COD)為11864mg/L，腐殖酸含量為2136mg/L，再用硫酸中和至pH＝7，經砂濾去除細小顆粒后通過兩級超濾處理，截留相對分子量1000，濃縮倍數20倍，操作壓力為0.3MPa；所述濃縮污泥用硫酸中和至pH＝7，并稀釋至含水率96％，然后采用1.6g/L的FeCl3調理，采用真空過濾脫水，獲得含水率78％的泥餅。
全文摘要
本發明公開了屬于固體廢物處理、處置技術領域的一種利用有機污泥生產液態有機肥的方法。包括如下步驟超聲和氫氧化鈉聯合處理含水率98％的剩余污泥，使有機物大量溶出，離心分離后得到濃縮污泥和上清液，前者中和后按常規方法調理脫水，后者中和后依次經砂濾、二級超濾處理，得到含腐殖酸等大分子有機物的濃縮液和含低分子有機物的濾過液，濾過液進入污水處理廠前端處理。處理后脫水泥餅含水率為70％～80％，有機質含量比處理前減少30～50％；超濾得到的濃縮液以腐殖酸等大分子有機物為主，重金屬含量低，病原菌被滅活，符合“綠色食品肥料使用準則”，可作為有機液體肥。本發明適用于剩余污泥、消化污泥等有機質含量較高的污泥。
文檔編號C02F11/12GK101037354SQ20071006416
公開日2007年9月19日 申請日期2007年3月5日 優先權日2007年3月5日
發明者金宜英, 李歡, 王志玉, 聶永豐 申請人:清華大學