城市污水厂污泥中病原体灭活的处理方法

摘要

城市污水厂污泥中病原体灭活的处理方法，属于污泥资源化利用技术领域。采用回流物料的方法实现发酵优势菌群的循环，初次发酵使用市售的VT菌作为诱导菌剂，根据污泥性质，调节调理剂和回流物料的投加比例，在动态好氧发酵反应装置中控制通风系统风量在100－300L/min，设定自动搅拌频率为每隔5－10小时定向搅拌5－20分钟，进行发酵处理，经过动态好氧发酵10天左右，实现病原体的灭活目的。本发明的方法无须辅助外加热能迅速使物料温度升高到55℃以上，并可维持一周以上，完全达到污泥土地利用国家标准关于病原体的控制要求。本发明的处理成本低廉，效率高，经本发明处理的污泥土地利用无害化时，还可以减量化和稳定化，方便储存和运输。

说明书

                          技术领域

本发明涉及一种城市污水厂的污泥资源化利用技术，尤指对污泥中病原体灭活的处理方法。

                          背景技术

随着我国经济的发展和城市化工作的进展，城市污水厂产生的污泥也将大幅度增加。据统计，我国每年产生的干污泥量约为500万吨，仅上海市每天产生含水率99％的污泥就有5万多吨，且呈不断上升趋势；另一方面，可用于种植的土壤资源却十分紧缺。因此污泥土地利用是解决污泥出路的经济有效的处置方式之一。但污泥土地利用前必须消除病原体等具有潜在生态风险的因素。目前常用的病原体灭活方法主要有高温干化、碱法稳定化和堆肥化等。其中：

高温干化在国内外已经做过较多的研究，干化的方法有热空气干化、燃气红外干化和电加热干化等，一般都需要配套相应的造粒设备，对病原体灭活所需要的时间与干化温度有关，但是这种方法存在着很大的缺陷：首先对设备材料耐温要求很高，加热和搅拌的能耗很大；同时干化过程中污泥中的易挥发性有机物质随着水蒸汽一起逸出，容易造成二次污染。

碱法稳定化主要是利用化学反应升温，常用的是加石灰、氧化铝或氨水等与污泥中的有机酸反应，达到升温去除病原体的效果。实际运行的结果表明，碱法稳定能够快速灭活污泥中的病原体(2小时左右)，但这种方法本身也存在着缺陷：碱法稳定后的污泥pH过高，性质不稳定，必须进行后续处理，否则无法进行土地利用；石灰稳定的污泥理化性质发生改变，将它施入土地进行利用时，会使土壤板结，而且因为没有减量化，所以反而增加了污泥堆放的面积和运输成本；通氨气的成本较高，而且剩余氨气也需要处理，氨气泄漏容易造成事故。

堆肥化，这种技术应用于有机垃圾方面做了大量的研究，有静态堆肥和动态堆肥两种，分自然堆肥法、圆柱形分格封闭堆肥法、滚筒堆肥法、竖式多层反应堆肥法及条形静态通风堆肥法等工艺。堆肥化技术处理污泥在国内外也做了相关的研究。由于污泥含有丰富的有机质，所以这些堆肥工艺都存在共同的缺陷：A)堆肥不均匀，堆体表面病原体会出现增殖现象，不能很好保证病原体的灭活；B)优势微生物种群生存能力较弱，受环境温度影响比较大，夏季处理周期不低于20天，冬季处理周期不低于30天；C)堆肥过程对臭味的抑制效果不佳，容易排放出恶臭气体；D)静态堆肥升温缓慢，不能很好满足病原体灭活的要求；动态堆肥设备复杂，供氧条件存在一定问题，如采用底部穿孔管供氧，传质不均，容易堵塞，并且可能产生渗滤液造成二次污染。

另外，辐射处理、巴氏灭菌法也是较常用的病原体灭活方法。厌氧消化和超声波处理等虽也有一定的杀菌效果，但都具有杀菌不完全或者可操作性不强等缺点。

                          发明内容

本发明的目的是推出一种城市污水厂污泥中病原体灭活的处理工艺，用本发明的方法处理的污泥能达到城镇污水厂污泥农用的病原体控制国家标准和美国环保署的A级污泥病原体控制标准。

为了达到上述目的，本发明根据污泥的具体性质，调整调理剂的投加量和物料回流比，同时控制动态好氧发酵装置的通风量和搅拌频率，进行发酵灭菌处理。初次发酵反应时选用市售的北京沃土天地生物科技有限公司开发的VT菌作为产生优势微生物种群的诱导菌剂，以后均通过控制物料回流比并利用优势发酵微生物菌群的循环利用来实现灭活污泥中病原体的目的。具体步骤如下：

第一步：先对污泥进行采样分析，然后确定初次发酵投加调理剂和诱导菌剂的比例：对含水率为75-80％(质量百分比，下同)、总有机质400-600g/kgDM(DM表示干物质，下同)、水溶性总氮3.0-5.0g/kgDM、大肠菌群值≥24,000MPN/100gDM的污泥，添加干木屑作为调理剂，加入量与木屑的含水率有关，一般木屑含水率为15-20％时，加入量为污泥重量的15-25％，使物料(污泥与木屑的混合物)初始含水率在60-70％为准。初次发酵，需称量污泥重量的0.1-1.0‰的VT菌，作为诱导菌剂，并用自来水将其稀释10倍，待用。

第二步：将污泥以及上述按比例称量好的木屑放入动态好氧发酵仓内，然后双向搅拌，同时将上述兑水稀释好待用的VT菌均匀喷洒在物料上；调整通风系统风量控制在100-300L/min，定向搅拌，设定相应的自动搅拌频率为每隔5-10小时搅拌5-20分钟，进行发酵处理。

第三步：当发酵升温到55℃或以上时，继续按上述设定的搅拌频率和通风量维持10天左右结束，经检测污泥中的大肠菌群值降低到1000MPN/100gDM以下，蛔虫卵100％灭活，已符合土地利用的相关要求。

第四步：排出部分处理到符合要求之后的物料，添加污泥和调理剂进行下一批次处理，保留质量为新添污泥质量20-60％的处理后物料在发酵仓内作为回流，即控制物料回流比在20-60％(质量百分比，下同)之间。以干木屑作为调理剂，加入量与木屑的含水率有关，一般木屑含水率为15-20％时，加入量为污泥重量的10-20％，以物料(污泥与木屑)初始含水率在60-70％为准。然后进行双向搅拌，充分混合，然后按照第二步和第三步的通风量和搅拌频率定向搅拌，处理10-12天结束，经检测污泥中的大肠菌群值降低到1000MPN/100gDM以下，蛔虫卵100％灭活，仓内NH₃浓度低于1.0mg/m³，污泥颗粒均匀，符合土地利用的相关要求。重复第四步可以进行下一批次的污泥处理。

本发明的优点如下：

1.由于本发明采用控制物料回流比来实现优势微生物菌群的循环利用，既保证了系统内优势发酵菌群的生存总量，又节约了外加强化微生物制剂的投加成本。而且回流物料中的优势菌能够在常温下保存活性，跟污泥和调理剂混合后能迅速增长，促成并适应高温发酵环境，保证了对污泥中病原体的灭活和有机质的稳定化效果。

2.由于本发明的工艺无需进行辅助外加热，温度就能够在15-25小时内自然升温到55℃，并持续7天以上，对病原体的灭活十分有效，而且经过本发明的工艺处理的污泥达到了减量化和稳定化的目的，方便污泥土地利用时的储存和运输。

3.由于本发明的工艺是在动态好氧发酵装置内进行，操作时气流方向与搅拌方向一致的定向搅拌，通过搅拌将空气混入物料发酵层，能够保证充分供氧，满足病原体灭活高温发酵的条件，运行成本低廉。

4.由于本发明采用特殊的上部通风方式，间歇搅拌，既能够保证充分供氧，又能避免传统底部穿孔管通气容易堵塞和不均匀的缺陷，提高了供氧的效率，节省了电耗，缩短了处理时间，而且出料性状稳定良好。

                          具体实施方式

实施例1

首先对上海某城市污水厂的脱水污泥进行采样分析，污泥的基本性质为：含水率80％，总有机质550g/kgDM，水溶性总氮3.0g/kgDM，大肠菌群值≥24,000MPN/100gDM。然后添加含水率在15％左右的木屑作为调理剂，添加量为污泥重量的10-20％。将上述物料放入由通风系统跟自动搅拌系统紧密配合(空气沿仓壁顺势流动，被搅拌轴混入发酵物料)、内部设有冷凝水导流系统的动态好氧发酵仓。初次发酵时，称量污泥重量的0.1-1.0‰的VT菌，作为诱导菌剂，并用自来水将其稀释10倍，待用。然后双向搅拌，使VT菌均匀混合到物料体系中。开启空气泵，通风量控制在100-300L/min，每隔5-10小时定向搅拌5-10分钟，经过12天处理后出料，检测污泥中病原体降低到1000MPN/100gDM以下，蛔虫卵100％灭活。完成第一批污泥发酵后新添加污泥进行处理，控制回流比在20-60％之间，添加含水率为15％左右的木屑作为调理剂，添加量为污泥重量的10-15％。双向搅拌，使物料充分混合，然后按照初次发酵的条件处理10天，检测污泥中病原体降低到50MPN/100gDM，蛔虫卵100％灭活，发酵仓内NH₃浓度低于1.0mg/m³，物料颗粒均匀，符合土地利用的相关要求。

实施例2

对上海某城市污水厂的脱水污泥进行采样分析，污泥的基本性质为：含水率78％，总有机质600g/kgDM，水溶性总氮3.5g/kgDM，大肠菌群值≥24,000MPN/100gDM。完成第一批污泥发酵后新添加污泥进行处理，控制物料回流比在20-60％，添加含水率在20％左右的木屑，添加的量为污泥重量的15-25％作为调理剂，将上述物料放入由通风系统跟自动搅拌系统紧密配合(空气沿仓壁顺势流动，被搅拌轴混入发酵物料)、内部设有冷凝水导流系统的动态好氧发酵仓。双向搅拌，使物料充分混合。开启空气泵，通风量控制在100-300L/min，每隔5-10小时定向搅拌10-20分钟。经过10天处理后出料。检测病原体降低到900MPN/100gDM，蛔虫卵100％灭活，仓内NH₃浓度低于1.0mg/m³，物料颗粒均匀，符合土地利用的相关要求。

实施例3

对上海某城市污水厂的脱水污泥进行采样分析，污泥的基本性质为：含水率76％，总有机质450g/kgDM，水溶性总氮4.0g/kgDM，大肠菌群值≥24,000MPN/100gDM。完成第一批污泥发酵后新添加污泥进行处理，控制物料回流比在20-60％，添加含水率在17％左右的木屑，添加的量为污泥重量的10-20％作为调理剂，将上述物料放入由通风系统跟自动搅拌系统紧密配合(空气沿仓壁顺势流动，被搅拌轴混入发酵物料)、内部设有冷凝水导流系统的动态好氧发酵仓。然后双向搅拌，使物料充分混合。开启空气泵，通风量控制在100-300L/min，每隔5-10小时定向搅拌5-10分钟。经过12天处理后出料。检测病原体降低到≤50MPN/100gDM，蛔虫卵100％灭活，仓内NH₃浓度低于1.0mg/m³，物料颗粒均匀，符合土地利用的相关要求。