專利名稱：污水廠污泥生產(chǎn)有機(jī)酸類肥料及產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污水廠污泥生產(chǎn)有機(jī)酸類肥料及產(chǎn)品，更具體地說，涉及一種低溫液相法處理活性污泥制得高肥效的有機(jī)酸類肥料，并將固相重金屬絡(luò)合物液固分離燒結(jié)成無害硅酸鹽的方法及上述所獲得的產(chǎn)品。
在現(xiàn)有技術(shù)中，隨著環(huán)境保護(hù)事業(yè)的不斷深化發(fā)展，城市污水處理工廠在全國各地大量興建，其副產(chǎn)物——大量活性污泥的處理和利用問題則愈加突出。污水廠污泥中，含有五分之四的水和五分之一的懸浮狀有機(jī)物質(zhì)；既含有氮、磷、鉀有益元素和大量可供利用的有機(jī)生物菌體，又含有有害的微生物(致病菌、病毒、寄生蟲卵)和鉻、鎘、鉛、砷、汞等重金屬鉻合物。由于污泥的復(fù)雜成分及粘稠狀態(tài)，使它的處置利用成為難題，到目前為止，還沒有成熟技術(shù)對活性污泥進(jìn)行有效處理并充分利用。現(xiàn)有活性污泥處理方法有(1)污泥填埋不僅占用土地，還會污染地下水源；(2)污泥倒入海中會污染海域，破壞生態(tài)平衡；(3)泥泥焚燒污泥含水80％以上，不僅操作費(fèi)用大，而且浪費(fèi)有機(jī)質(zhì)資源，廢氣還會污染大氣；(4)污泥發(fā)酵腐熟后制成肥料，相對而言，是一種較好的方法，但發(fā)酵時間長，占地面積大，生產(chǎn)效率低、費(fèi)時費(fèi)力，存在重金屬積累污染問題；(5)濕污泥干燥后做肥料由于污泥呈粘稠狀態(tài)，特別是菌體內(nèi)的細(xì)胞結(jié)合水，脫水效果很差，很難進(jìn)行干燥，費(fèi)時費(fèi)力，同樣有重金屬污染問題；(6)其他的污泥處理方法目前尚處于研究階段。以上所述的處理污泥的各種方法均存在嚴(yán)重問題，因此，必需采用簡單易行的方法，對污泥進(jìn)行無害化高效綜合利用。
本發(fā)明旨在提供一種用污水廠污泥生產(chǎn)有機(jī)酸類肥料及其所獲得的產(chǎn)品，即采用低溫液相法，使污泥中的微生物及菌體細(xì)胞壁破解，蛋白質(zhì)、脂肪、木質(zhì)素等通過分解反應(yīng)，生成有機(jī)酸類等組分，同時達(dá)到殺菌、消毒、除臭目的，并將污泥重金屬與腐殖質(zhì)生成的固相絡(luò)合物，經(jīng)液固分離后，燒結(jié)成無害的硅酸鹽而除去；本發(fā)明免除發(fā)酵工藝，充分利用污泥制成水溶性好、肥效高的復(fù)合肥料。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案(一)在污泥中加入硫化鈉和二硫化碳(其中，二硫化碳必須在酒精溶液中貯存)，溶液呈堿性，PH＝8～10，PH值可以不加調(diào)節(jié)，并加入焦磷酸鈉分散劑和四丁脂消泡劑，升溫80～85℃，常壓，保溫1小時，使污泥中的微生物及菌體細(xì)胞壁發(fā)生破解反應(yīng)；微生物及菌體分解成含氮有機(jī)物(主組分為蛋白質(zhì))和非含氮有機(jī)物(主組分為葡萄糖)，此時溶液中的有機(jī)物質(zhì)由蛋白質(zhì)、脂肪、木質(zhì)素、纖維素、糖類、以及腐殖質(zhì)組成。再升溫90～95℃，常壓，再保溫1～2小時，發(fā)生如下的分解反應(yīng)I，蛋白質(zhì)水解生成有機(jī)酸
II，纖維素水解生成葡萄糖
III，葡萄糖分解生成草酸
此外，還有木質(zhì)素分解生成酚、醛和酸類物質(zhì)等。
(二)污泥中較小分子量的腐殖酸，與鉀、鈉、氨(K+、Na+、NH3+)等離子結(jié)合，生成腐殖酸鹽類而溶解于溶液中；
(三)污泥中較大分子量的腐殖質(zhì)比較難于分解，污泥中原來就已存在的腐殖質(zhì)與重金屬[鉻(Cr)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、汞(Hg)、砷(As)等]形成的不溶水于的鉻合物，仍以固相形式保留在溶液中。
(四)溶液進(jìn)行過濾，將濾渣加入硅酸鈉進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，使重金屬生成無害的硅酸鹽而除去。
(五)通過前述分解反應(yīng)，達(dá)到了殺菌、消毒、除臭的目的，所得有機(jī)酸、酚、醛等組分及腐殖酸鹽類溶液，可進(jìn)一步濃縮制成高肥效的沖稀肥料，或再造粒、干燥，制得顆粒狀有機(jī)復(fù)合肥。
本發(fā)明的有機(jī)酸類肥料的制造方法，包括混料、破解、分解、過濾、濃縮、包裝，以及重金屬燒結(jié)。其具體制造過程為(1)用帶攪拌和煙道氣夾道加熱的敞口設(shè)備作混料、破解和分解罐，先加入含水80％～85％的濕污泥，向污泥中加入2.5～4.5％(污泥干基重量比，以下同)硫化鈉、0.2～0.6％二硫化碳、1.5～2.0％焦磷酸鈉、加入3～5％的自來水，(自來水中預(yù)先加入占水重量10～20％的四丁脂消泡劑)，上述物料邊攪拌邊加熱到80～85℃，常壓，保溫1小時，使微生物細(xì)胞壁破解；再邊攪拌邊加熱到90～95℃，常壓，保溫1.5～2小時，使有機(jī)物質(zhì)發(fā)生分解反應(yīng)；(2)溶液進(jìn)行過濾，將濾液濃縮，加入氮、磷、鉀輔料，包裝得液體沖稀肥料；(3)也可經(jīng)過造粒、干燥，制得顆粒狀有機(jī)復(fù)合肥料；(4)濾渣中加入占濾渣重量百分比為10％的液體硅酸鈉后送去加熱爐內(nèi)，經(jīng)1100℃燒結(jié)半小時，得無害化的重金屬硅酸鹽物質(zhì)，可供制磚或水泥廠使用。
所制得的有機(jī)酸類肥料，產(chǎn)品成份和含量(折成干基)為有機(jī)酸和腐殖酸鹽類18～35％，氮8～20％，五氧化二磷3～10％，氧化鉀4～15％，余量為其他有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)。
在實(shí)施本發(fā)明的過程中，向污泥中加入硫化鈉為工業(yè)級“合格品”質(zhì)量，硫化鈉(Na2S)含量≥60.0％；加二硫化碳(CS2)，為工業(yè)級“普通級”質(zhì)量，外觀為無色透明液體，沸程(1.0Mpa時)45.6～46.6℃，相對密度(D420)為1.262～1.267，在酒精溶液中貯存才穩(wěn)定，它與硫化鈉的增效配合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)微生物細(xì)胞壁(磷脂雙分子層)的低溫破解，是本發(fā)明的特點(diǎn)之一；加焦磷酸鈉(即磷酸四鈉)為工業(yè)級“合格品”，含Na4P2O4≥95.0％，水不溶物含量≤0.20％，它起分散作用；加四丁脂工業(yè)級品消泡劑，可有效消除反應(yīng)生成的泡沫；加入液體硅酸鈉(Na2O·nSiO2)為工業(yè)級“五類”產(chǎn)品，含二氧化硅≥29.2％，可使重金屬易于燒結(jié)成硅酸鹽類物質(zhì)。
在實(shí)施本發(fā)明過程中，必須掌握分解反應(yīng)進(jìn)行的深度，控制三大因素來控制反應(yīng)深度(1)加入Na2S和CS2的數(shù)量、(2)溫度、(3)時間。加入物過多、溫度過高、時間過長，均可使反應(yīng)過深而使有機(jī)酸發(fā)生氨化反應(yīng)生成NH3、CO2等物質(zhì)，既產(chǎn)生了廢氣污染物，又降低有機(jī)物肥效；在相反情況下，則可使反應(yīng)過淺，使一部分污泥有機(jī)物質(zhì)反應(yīng)不完全而影響肥效。
控制反應(yīng)深度，還應(yīng)考慮到與重金屬結(jié)合的腐殖質(zhì)絡(luò)合物，仍以固相形式保留在溶液中，使重金屬除去效率達(dá)到90％以上；而腐殖酸鹽類則以溶解狀態(tài)存在于溶液中；反應(yīng)完畢后，污泥絮凝體已大大減少，溶液易于過濾和濃縮。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明采用低溫“液相法”處理污泥，避免了現(xiàn)有“固相法”處理污泥存在的各種懸而未決的難題；(2)有效除去污泥中的重金屬，生成無害化物質(zhì)；(3)實(shí)現(xiàn)了污泥殺菌、消毒、除臭的目的；(4)無“三廢”污染問題；(5)制得的有機(jī)酸類肥料在土壤中易于氨化，是農(nóng)作物容易吸收的高效有機(jī)肥料；(6)免除發(fā)酵工藝，設(shè)備簡易，方法簡單，易于實(shí)施。本發(fā)明既為污水廠付產(chǎn)大量活性污泥提供了一種無害化綜合利用的出路；又為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了高肥效的有機(jī)肥料原料。復(fù)合肥產(chǎn)品經(jīng)大量施用證明對農(nóng)作物的增產(chǎn)增收、恢復(fù)作物自然風(fēng)味、改良土壤三大功能均具有顯著的效果。本發(fā)明具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會效益。


圖1是本發(fā)明的液相法物料流程示意圖；圖2是本發(fā)明的工藝流程示意圖。圖中明確表示了自活性污泥處理至肥料產(chǎn)品的全過程。
以下通過具體的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)的描述實(shí)施例1用污水廠排出的含水重量80％的濕污泥200公斤，加入硫化鈉1.2公斤、二硫化碳(溶于酒精中)0.2公斤、焦磷酸鈉0.8公斤、自來水2公斤(水中已加有占水重量20％的四丁脂消泡劑)。邊加熱邊攪拌，加熱到80℃，保溫1小時，常壓，再邊加熱邊攪拌，加熱到95℃，保溫1.5小時，常壓，后送去過濾，濾液送去濃縮，濃縮至剩下100公斤溶液，再加入工業(yè)級尿素20公斤，磷酸二銨10公斤，氯化鉀10公斤混合均勻后裝入塑料桶中，即得140公斤液體優(yōu)質(zhì)沖稀肥料，該產(chǎn)品的N∶P2O5∶K2O∶有機(jī)質(zhì)的比值為8∶3.5∶4.5∶18。(有機(jī)質(zhì)為有機(jī)酸和腐殖酸鹽類)。濾渣得到2公斤，加入液體硅酸鈉0.2公斤，送去燒結(jié)爐，經(jīng)1100℃燒結(jié)半小時，得到無毒無害的硅酸鹽，送去磚廠制磚使用。
實(shí)施例2方法、步驟、配方、工藝同實(shí)施例1。
用污水廠排出的含水重量83％的濕污泥500公斤，加入硫化鈉3.0公斤、二硫化碳(溶于酒精中)0.4公斤、焦磷酸鈉1.7公斤，自來水2.5公斤(水中已加有占水20％的四丁脂消泡劑)。邊加熱邊攪拌，加熱到80℃，保溫1小時，常壓，再邊加熱邊攪拌，加熱到95℃，保溫1.5小時，后送去過濾，濾液送去濃縮，濃縮至120公斤的濃溶液，然后加入尿素50公斤，磷酸二銨30公斤、氯化鉀30公斤，采用“帶刀片式攪拌葉的造粒機(jī)”(專利號ZL200520055043.6)進(jìn)行造粒，然后干燥，即得有機(jī)—無機(jī)復(fù)合肥料小圓顆粒產(chǎn)品185公斤。該產(chǎn)品的N∶P2O5∶K2O∶有機(jī)質(zhì)的比值為17∶8∶11∶25(有機(jī)質(zhì)為有機(jī)酸和腐殖酸鹽類)。濾渣得到5公斤，加入液體硅酸鈉0.5公斤，送去燒結(jié)爐，經(jīng)1100℃燒結(jié)半小時，得到無毒無害的硅酸鹽，送去水泥廠制水泥使用。
權(quán)利要求
1，一種有機(jī)酸類肥料，含有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)，其特征在于肥料的成份和重量百分含量為有機(jī)酸和腐殖酸鹽類18～35％氮8～20％五氧化二磷3～10％氧化鉀4～15％余量為其他有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)所述的氮、五氧化二磷、氧化鉀分別是含氮、磷和鉀化合物的折合量。
2，污水廠污泥生產(chǎn)有機(jī)酸類肥料的方法，包括破解、分解、過濾、濃縮和燒結(jié)，其特征在于制造過程為(1)向含水重量80～85％的污泥加入2.5～4.5％(污泥干基重量比，以下同)硫化鈉、0.2～0.6％二硫化碳、1.5～2.0％焦磷酸鈉、3～5％自來水(水中預(yù)先加入占水重量10～20％的四丁脂消泡劑)，攪拌加熱80～85℃，常壓，保溫1小時，后再攪拌加熱90～95℃，常壓，保溫1.5～2小時，然后，(2)溶液進(jìn)行過濾，濾液加入氮、磷、鉀輔料，包裝得液體沖稀肥料；或經(jīng)過造粒、干燥、制得顆粒狀有機(jī)復(fù)合肥料，然后，(3)濾渣中加入濾渣重量百分比為10％的液體硅酸鈉，加熱1100℃，燒結(jié)半小時，得無害化的重金屬硅酸鹽物質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用污水廠污泥生產(chǎn)有機(jī)酸類肥料及產(chǎn)品，產(chǎn)品成份和含量(折成干基)為有機(jī)酸和腐殖酸鹽類18～35％，氮8～20％，五氧化二磷3～10％，氧化鉀4～15％，余量為其它有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)；重金屬生成的腐殖質(zhì)絡(luò)合物經(jīng)液固分離高溫?zé)Y(jié)后，形成無害的硅酸鹽而除去。用低溫液相法生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)有機(jī)酸類肥料，解決了污泥殺菌、消毒、除臭、除重金屬和三廢污染等問題，具有免除發(fā)酵、設(shè)備及工藝簡易、產(chǎn)品肥效高、利于環(huán)境保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明廣泛適用于污水廠污泥無害化綜合利用中使用。
文檔編號C05F7/00GK1966474SQ20061014711
公開日2007年5月23日 申請日期2006年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月7日
發(fā)明者羅健泉 申請人:羅健泉