專利名稱：一種脫水劑及其制備方法與有機肥及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脫水劑的制備方法、由該方法制得的脫水劑以及利用該脫水劑和污泥制備的有機肥及其制備方法。
背景技術(shù)：
常規(guī)用于堆垛 發(fā)酵中的脫水劑主要包括物理吸附脫水劑(如硅膠、粘土和分子篩等)與化學(xué)性脫水劑(如氯化鎂、氯化鈣、堿石灰和硅酸等)，單獨使用或簡單混合上述脫水劑用于堆垛發(fā)酵中時，脫水速度較慢，需要堆垛發(fā)酵20-40天才能使污泥的水分含量降低
至40重量％以下。有機肥主要來源于植物和(或)動物，是施于土壤以提供植物營養(yǎng)為其主要功能的含碳物料。有機肥富含大量有益物質(zhì)，包括多種有機酸、肽類以及包括氮、磷、鉀在內(nèi)的豐富營養(yǎng)元素。不僅能為農(nóng)作物提供全面營養(yǎng)，而且肥效長，可增加和更新土壤有機質(zhì)，促進微生物繁殖，改善土壤的理化性質(zhì)和生物活性，是綠色食品生產(chǎn)的主要養(yǎng)分。城市污水處理過程中和工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污泥是污泥的主要來源。我國不同規(guī)模、不同處理程度的污水處理廠有100多座，每天產(chǎn)生的污泥量約為污水處理量的0.5-1.0體積％，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國污水排放量為4.474X 107m3/d，污泥含水量高達90重量％，循環(huán)再利用難且又不易脫水，因此污泥處理起來非常困難，對生態(tài)環(huán)境的破壞大。尤其是木薯淀粉發(fā)酵廢水處理過程中產(chǎn)生的好氧污泥與厭氧污泥給環(huán)境帶來了巨大壓力。因此如何處理污泥特別是如何處理城市污水廠產(chǎn)出的大量污泥是一個值得深入研究的課題。目前，各國處理污泥的主要方式有填埋、焚燒、投海及農(nóng)用。但這些處理方式各有其缺點:填埋需要占用大量土地，且填埋廢氣排放等易引起二次污染；污泥焚燒能使有機物全部碳化并殺死病原體，處理量大，占地小，可最大限度地減少污泥體積，但是焚燒處理設(shè)備投資大，處理費用高，也會造成二次污染；投海處理雖然最簡單、所需費用也少，但對生態(tài)環(huán)境破壞大，各國紛紛予以禁止；污泥經(jīng)自然堆肥后可作為農(nóng)用肥料，這是一種環(huán)保經(jīng)濟的處理方式，但污泥肥料具有使用不便和肥效差等缺點，這使其無法與化肥抗衡，而且近年來人們對綠色食品要求的提高和對土壤污染的警惕，污泥肥料農(nóng)用的標準日趨苛刻，僅通過自然堆肥是很難達到農(nóng)用標準的，從而使得污泥用作農(nóng)業(yè)肥料難以為繼。污泥的資源化利用本身就是在節(jié)約能源和資源，并為污泥處理找到一條化害為利、變廢為寶的合理出路，從而實現(xiàn)經(jīng)濟效益與社會效益同步增長，因此，仍需要進一步探究更有效的污泥處理方法。食品加工廠、釀酒工業(yè)等工業(yè)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的植物廢料，一般情況下，將這些植物廢料如木薯渣等用做廉價的粗飼料，但是植物廢料的營養(yǎng)價值低，并不是粗飼料的最佳選擇，因此還需要開發(fā)另一種有效處理或利用植物廢料的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種脫水速度較快的脫水劑及其制備方法，以及利用該脫水劑和污泥制備的有機肥及其制備方法。
為了實現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明提供一種脫水劑的制備方法，該方法包括將原料混合均勻，其特征在于，所述原料包括爐灰和/或硅酸水泥、生石灰以及氯化鈣和/或氯化鎂，所述爐灰和/或硅酸水泥的重量:所述生石灰的重量:所述氯化鈣和/或氯化鎂的重量為 4-12: 3-8: 1，優(yōu)選為 5-10: 4-6: I。另一方面，本發(fā)明提供一種由上述方法制得的脫水劑。另一方面，本發(fā)明提供一種制備有機肥的方法，該方法包括將污泥、植物廢料和耐高溫好氧菌混合，將得到的混合物進行堆垛發(fā)酵直至混合物的水分含量降低至40重量％以下，然后將堆垛發(fā)酵后的產(chǎn)物進行后熟處理，并干燥后熟處理后的產(chǎn)物，其中，所述污泥與植物廢料的重量比為1: 0.3-2，以每千克植物廢料為基準，所述耐高溫好氧菌的添加量為1.25-2.5億個，所述耐高溫好氧菌至少能夠耐受的溫度為50°C，其特征在于，所述堆垛發(fā)酵在脫水劑的存在下進行，以污泥的重量為基準，所述脫水劑的添加量為2-10重量％，所述脫水劑含有爐灰和/或硅酸水泥、生石灰以及氯化鈣和/或氯化鎂，所述爐灰和/或硅酸水泥的重量:所述生石灰的重量:所述氯化鈣和/或氯化鎂的重量為4-12: 3-8: I。再一方面，本發(fā)明提供一種由上述方法制得的有機肥。通過上述技術(shù)方案，制備得到的脫水劑在無需其他輔助條件下即可實現(xiàn)快速脫水，利用污泥發(fā)酵制備有機肥，不但解決了污泥資源化利用難的問題，同時還解決了有機肥短缺問題，具有廣闊的應(yīng)用前景；本發(fā)明制得的有機肥富含有機質(zhì)(有機質(zhì)含量>45重量％ )，總養(yǎng)分含量高于5重量％，肥效高；同時還使工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的植物廢料得到了資源化利用，為解決污水處理廠或者其他工業(yè)生產(chǎn)過程中污泥以及植物廢料的再利用問題、改善生態(tài)環(huán)境、減少環(huán)境污染、促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等提供了有效途徑，具有重大的經(jīng)濟效益和社會效益。本發(fā)明的其他 特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式
部分予以詳細說明。
具體實施例方式以下對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細說明。應(yīng)當理解的是，此處所描述的具體實施方式
僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明的脫水劑的制備方法包括將原料混合均勻，其特征在于，所述原料包括爐灰和/或硅酸水泥、生石灰以及氯化鈣和/或氯化鎂，所述爐灰和/或硅酸水泥的重量:所述生石灰的重量:所述氯化鈣和/或氯化鎂的重量為4-12: 3-8: 1，優(yōu)選為5-10: 4-6:1。其中，所述爐灰可以是各種來源的爐灰，例如可以是植物或煤燃燒后的殘余物。所述爐灰的主要成分可以包括二氧化硅、氧化鈣、氧化鋁、氧化鎂和氧化鐵。以爐灰的總重量為基準，所述二氧化硅的含量可以為18.2-37.6重量％，所述氧化鈣的含量可以為21.5-40.8重量％，所述氧化鋁的含量可以為2.1-8.3重量％，所述氧化鎂的含量可以為6.8-14.1重量％,所述氧化鐵的含量可以為0.8-2.6重量％,余量為其他雜質(zhì)。所述硅酸鹽水泥可以是現(xiàn)有的各種規(guī)格、牌號的硅酸鹽水泥，優(yōu)選氧化鈣和二氧化娃的總含量為80-95重量％的娃酸鹽水泥。所述生石灰可以為各種天然或經(jīng)加工的生石灰，優(yōu)選為氧化鈣含量不低于90重量％的生石灰。所述脫水劑的含水量優(yōu)選不超過0.5重量％。 本發(fā)明的脫水劑由上述方法制備得到。本發(fā)明的脫水劑主要含有二氧化硅、氧化鈣、氧化鋁、氯化鈣和/或氯化鎂。以脫水劑的總重量為基準，所述二氧化硅的含量可以為18.8-27.3重量％，所述氧化鈣的含量可以為20.2-30.0重量％，所述氧化鋁的含量可以為2.2-5.2重量％，所述氯化鈣和/或氯化鎂的含量可以為4.7-8.4重量％，余量為其他不可避免的雜質(zhì)如氧化鎂和硫酸鹽等。本發(fā)明提供一種有機肥的制備方法，該方法包括將污泥、植物廢料和耐高溫好氧菌混合，將得到的混合物進行堆垛發(fā)酵直至混合物的水分含量降低至40重量％以下，然后將堆垛發(fā)酵后的產(chǎn)物進行后熟處理，并干燥后熟處理后的產(chǎn)物，其中，所述污泥與植物廢料的重量比為1: 0.3-2 ，優(yōu)選為1: 0.5-1，以每千克植物廢料為基準，所述耐高溫好氧菌的添加量為1.25-2.5億個，優(yōu)選為1.5-2億個，所述耐高溫好氧菌至少能夠耐受的溫度為50°C，其特征在于，所述堆垛發(fā)酵在脫水劑的存在下進行，以污泥的重量為基準，所述脫水劑的添加量為2-10重量優(yōu)選為3-5重量所述脫水劑含有爐灰和/或娃酸水泥、生石灰以及氯化鈣和/或氯化鎂，所述爐灰和/或硅酸水泥的重量:所述生石灰的重量:所述氯化鈣和/或氯化鎂的重量為4-12: 3-8: 1，優(yōu)選為5-10: 4-6: I。根據(jù)本發(fā)明，制備所述有機肥所用脫水劑為本發(fā)明的脫水劑，其中，爐灰與硅酸水泥等在前面已經(jīng)詳細說明，故在此不再贅述。使用本發(fā)明的脫水劑脫水速度較快的原因之一可能是:脫水劑中的氧化鈣與水接觸生成氫氧化鈣并釋放出大量的熱量而促進水分的蒸發(fā)；生成的氫氧化鈣可再分別與脫水劑中的氧化硅和氧化鋁反應(yīng)生成不溶于水的硅酸鈣和硅酸鋁而促進水分的滲透流出；同時，生成的氫氧化鈣還可以與污泥中的碳酸和/或空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成水溶性差的碳酸鹽，使得污泥很難再泥化。根據(jù)本發(fā)明，只要所述耐高溫好氧菌至少能夠耐受50°C的高溫且對人體和環(huán)境無害即可實現(xiàn)本發(fā)明的目的。優(yōu)選情況下，所述耐高溫好氧菌的最佳生長溫度為50-70°C。進一步優(yōu)選情況下，所述耐高溫好氧菌為芽孢桿菌(Bacillus)、酵母菌(Saccharomycetes)和木霉菌(Trichoderma)中的一種或多種。例如，所述芽抱桿菌可以為枯草芽抱桿菌(Bacillus subtilis)和/或納豆芽抱桿菌(Bacillus natto)根據(jù)本發(fā)明，所述污泥可以為城市污水處理廠或工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物，優(yōu)選情況下，所述污泥為淀粉質(zhì)原料發(fā)酵后產(chǎn)生的好氧污泥、淀粉質(zhì)原料發(fā)酵后產(chǎn)生的厭氧污泥及城市污泥中的一種或多種，所述污泥的含水量為86-90重量％。根據(jù)本發(fā)明，所述植物廢料可在較寬范圍內(nèi)選擇，只要是能夠降低污泥的粘度、增大污泥的含氣量進而加快發(fā)酵速度促進發(fā)酵的進行、同時為發(fā)酵提供一定養(yǎng)分的植物廢料即可。優(yōu)選情況下，所述植物廢料為木薯渣和/或秸桿。選用上述優(yōu)選的植物廢料可以進一步縮短發(fā)酵時間并得到肥效較高的有機肥。所述木薯渣是木薯原料制備乙醇工藝中木薯經(jīng)粉碎、酶解和固液分離后的固體殘余物。木薯渣的主要成分包括水、淀粉、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、粗蛋白、粗脂肪和粗灰分及無機鹽，各成分的含量分別為水:8-12重量％、淀粉:8-10重量％、纖維素:25-30重量％、半纖維素:10-12重量％、木質(zhì)素:30-32重量％、粗蛋白:4-6重量％、粗脂肪:2_4重量％、粗灰分及無機鹽:10-15重量％。根據(jù)本發(fā)明，所述堆垛發(fā)酵可以在較寬條件下進行，只要使得發(fā)酵后混合物的水分降至40重量％以下即可，一般情況下，可以通過翻垛、打孔、選擇合適的遮蓋物或利用鼓風(fēng)機來控制堆垛發(fā)酵所需的氧氣含量及溫度，優(yōu)選情況下，所述堆垛發(fā)酵條件包括通過通風(fēng)或間歇式翻垛方式使溫度保持在50-70°C。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在上述優(yōu)選的堆垛發(fā)酵條件下進行堆垛發(fā)酵有利于進一步提高污泥脫水速度，減少污泥堆垛發(fā)酵周期，因此本發(fā)明的方法只要堆垛發(fā)酵10-15天即可得到水分含量為40重量％以下的產(chǎn)物。且在上述優(yōu)選的堆垛發(fā)酵條件下進行堆垛發(fā)酵有利于殺死各種病原菌、寄生蟲卵、雜草種子等有害物質(zhì)，達到污泥無害化處理的目的。根據(jù)本發(fā)明，將污泥、植物廢料、脫水劑和耐高溫好氧菌混合均勻的方式可以采用本領(lǐng)域常用的各種方式，例如可以將各種物料一起添加混合均勻，也可以先將其中的某幾種物料混合均勻后再添加其余 的物料混合均勻。但本發(fā)明的發(fā)明人在研究中意外發(fā)現(xiàn)，先將污泥和脫水劑混合均勻后，再與植物廢料和耐高溫好氧菌混合均勻，可縮短發(fā)酵時間。所述脫水劑可以以混合物的形式與污泥、植物廢料及耐高溫菌混合，也可以將脫水劑的各組成成分分別與污泥、植物廢料及耐高溫菌混合，只要在堆垛發(fā)酵前混合均勻即可。根據(jù)本發(fā)明，所述后熟處理有利于植物廢料(纖維含量較高)完全腐殖化，使纖維充分降解，從而提高有機肥的肥效，優(yōu)選情況下，所述后熟處理的條件包括溫度為30-40°C，時間為7-10天。在上述優(yōu)選的條件下進行后熟處理時，可進一步提高本發(fā)明有機肥的肥效。根據(jù)本發(fā)明，所述干燥可以在常規(guī)的肥料干燥溫度下進行，優(yōu)選地，所述干燥的溫度為50-90°C，干燥后得到的產(chǎn)物的水分含量降低至20重量％以下，例如5-20重量％。當所述干燥的溫度為70-90°C時，有利于縮短干燥時間。本發(fā)明還提供一種由上述方法制得的有機肥，該有機肥的各項技術(shù)指標如外觀、有機質(zhì)含量、總養(yǎng)分(Ν+Ρ205+Κ20)含量、水分含量、蛔蟲死亡率、糞大腸桿菌數(shù)量和pH值等均符合《中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準(NY525-2011)有機肥料》的要求。以下將通過實施例對本發(fā)明進行詳細描述。以下實施例中，污泥取自廣西中糧生物質(zhì)能源有限公司污水處理廠，含水量為87重量％，木薯渣、污泥和爐灰的主要成分及其含量如表I所示，需要說明的是，在進行污泥主要成分的定性定量檢測前，將污泥進行烘干處理，因此下表中污泥主要成分含量的測定結(jié)果是基于烘干后污泥的重量，使用ED-95型能量色散X熒光分析儀(EDXRF)(美國EDAX公司)和SB 01型原子吸收光譜儀(AAS)(Thermal Jarrell Ash C0.USA)對木薯渣、污泥和爐灰中金屬元素或氮磷鉀等元素進行定性和定量檢測，使用MXF-2100型多道X射線熒光光譜儀(日本島津公司)和0EG-76H系列3kw Rh靶X射線管(美國Varian公司)測定爐灰中各成分的含量(參照文獻《X射線熒光光譜法測定釩鐵冶煉爐渣中的主要成分》)，木薯渣或污泥中粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、有機質(zhì)和腐植酸的測定均為常規(guī)檢測方法；停止翻垛后水分含量的測定方法以及有機肥各項技術(shù)指標的測定方法參照《中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準(NY 525-2011)有機肥》。表I
權(quán)利要求
1.一種脫水劑的制備方法，該方法包括將原料混合均勻，其特征在于，所述原料包括爐灰和/或硅酸水泥、生石灰以及氯化鈣和/或氯化鎂，所述爐灰和/或硅酸水泥的重量:所述生石灰的重量:所述氯化鈣和/或氯化鎂的重量為4-12: 3-8: I。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述爐灰和/或硅酸水泥的重量:所述生石灰的重量:所述氯化鈣和/或氯化鎂的重量為5-10: 4-6: I。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述爐灰含有二氧化硅、氧化鈣、氧化鋁、氧化鎂和氧化鐵，以爐灰的總重量為基準，所述二氧化硅的含量為18.2-37.6重量％，所述氧化鈣的含量為21.5-40.8重量％，所述氧化鋁的含量為2.1-8.3重量％，所述氧化鎂的含量為6.8-14.1重量％,所述氧化鐵的含量為0.8-2.6重量％。
4.一種由權(quán)利要求1-3中任意一項所述的方法制備得到的脫水劑。
5.一種有機肥的制備方法，該方法包括將污泥、植物廢料和耐高溫好氧菌混合，將得到的混合物進行堆垛發(fā)酵直至混合物的水分含量降低至40重量％以下，然后將堆垛發(fā)酵后的產(chǎn)物進行后熟處理，并干燥后熟處理后的產(chǎn)物，其中，所述污泥與植物廢料的重量比為I: 0.3-2，以每千克植物廢料為基準，所述耐高溫好氧菌的添加量為1.25-2.5億個，所述耐高溫好氧菌至少能夠耐受的溫度為50°C，其特征在于，所述堆垛發(fā)酵在脫水劑的存在下進行，以污泥的重量為基準，所述脫水劑的添加量為2-10重量％，所述脫水劑含有爐灰和/或硅酸水泥、生石灰以及氯化鈣和/或氯化鎂，所述爐灰和/或硅酸水泥的重量:所述生石灰的重量:所述氯化鈣和/或氯化鎂的重量為4-12: 3-8: I。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其中，所述耐高溫好氧菌的最佳生長溫度為50-70。。。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的制備方法，其中，所述耐高溫好氧菌為芽孢桿菌(Bacillus)、酵母菌(Saccharomycetes)和木霉菌(Trichoderma)中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其中，所述污泥為淀粉質(zhì)原料發(fā)酵后產(chǎn)生的好氧污泥、淀粉質(zhì)原料發(fā)酵后產(chǎn)生的厭氧污泥及城市污泥中的一種或多種，所述植物廢料為木薯渣和/或秸桿。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其中，所述堆垛發(fā)酵條件包括通過通風(fēng)或間歇式翻垛的方式使溫度保持在50-70°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其中，所述后熟處理的條件包括溫度為30-40°C，時間為7-10天。
11.一種由權(quán)利要求5-10中任意一項所述的制備方法制得的有機肥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種脫水劑及其制備方法以及使用該脫水劑制備的有機肥及其制備方法。所述脫水劑含有爐灰和/或硅酸水泥、生石灰以及氯化鈣和/或氯化鎂，所述爐灰和/或硅酸水泥的重量所述生石灰的重量所述氯化鈣和/或氯化鎂的重量為4-12∶3-8∶1。所述有機肥的制備方法包括將污泥、植物廢料和耐高溫好氧菌混合，將得到的混合物進行堆垛發(fā)酵直至混合物的水分含量降低至40重量％以下，所述堆垛發(fā)酵在脫水劑的存在下進行。本發(fā)明的脫水劑脫水速度快，利用污泥發(fā)酵制備有機肥，不但解決了污泥資源化利用難的問題，同時還解決了有機肥短缺問題，具有廣闊的應(yīng)用前景；本發(fā)明制得的有機肥富含有機質(zhì)和養(yǎng)分，肥效高。
文檔編號C05F17/00GK103183539SQ20111045934
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者岳國君, 嚴明奕, 崔師泰, 凌成金, 鄧立康 申請人:中糧集團有限公司, 廣西中糧生物質(zhì)能源有限公司