利用城市生活污泥制备生物有机肥的方法

摘要

本发明公开了一种利用城市生活污泥制备生物有机肥的方法，包括：(1)将厌氧发酵菌剂与污泥混合得到物料1；(2)将物料1和有机原料粉混合后进行厌氧发酵；(3)向厌氧发酵后的产物中加入发酵辅料，将水分含量调节至45-50wt％，得到物料2；(4)向物料2中接种高温发酵菌剂进行高温好氧发酵；(5)破碎，造粒，烘干，即得。本发明方法能完全去除污泥的臭味和异味，发酵周期短，可快速腐熟养分和彻底杀灭有害微生物和寄生虫卵(大肠菌群值降低到30MPN/100gDM以下，蛔虫卵100％灭活)，所制备得到的生物有机肥产品水分≤20％，有机质≥40％，氮磷钾≥4％，重金属含量和其余各指标均符合标准要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机肥料的制备方法，尤其涉及一种利用城市生活污泥制备生物有机肥的方法，属于生物有机肥领域。

背景技术

污泥是城市生活污水处理的副产品，近年来，随着城市规模的不断扩大，脱水污泥的产生量也越来越大，如何处理已成为一个世界性难题。污水经过各种不同工艺处理后，出水达到了国家规定的排放标准后，污水处理过程中产生的污泥依然含有大量的有机物质和丰富的氮磷等营养物质，如不加稳定处理而任意排放到水体中，污泥中的有机物和氮、硫将大量消耗水体中的氧，造成水体水质恶化，严重影响水生物的生存，污泥中的营养物质会造成水体的富营养化，促使藻类恶性繁殖，造成水体的赤潮和绿潮现象，不仅使城市水源水质恶化，影响生活用水和工农业用水，还将使渔业产量下降，造成巨大经济损失；如果将污泥直接利用到农业上，污泥中的重金属会污染土壤和作物；污泥中还含有致病菌、寄生虫卵等危害人类健康的因素，处理不当，会造成疾病的传播。这就给环境造成了严重的二次污染。因此污泥必须在进行最终处置之前进行处理，达到减量化、稳定化、无害化、资源化的目的。

污泥堆肥化技术是国际上从20世纪60年代后期迅速发展起来的一项新的生物处理技术，它运用多学科技术利用微生物群落在特定的环境中对多相有机物分解，将污泥改良成稳定的腐殖质，用于肥田或土壤改良。堆肥化是利用自然界广泛存在的细菌、放线菌、真菌等微生物，有控制地促进固废中可生物降解的有机物向稳定的类腐殖质生化转化的微生物学过程，在一定温度、湿度和pH值条件下，使有机物发生生物化学降解，形成一种类似腐殖质土壤的物质。由于堆肥技术在实际应用中可以达到“无害化”、“减量化”、“资源化”的效果，并且具有经济、实用、不需外加能源、不产生二次污染等特点，因此，20世纪70年代后，引起世界各国的广泛重视，并迅速成为环保领域内的一个研究热点。污泥堆肥与其他处理方法(如填埋、焚烧)相比，具有建设投资少、运行费用低、无二次污染等优点。但是，污泥常规堆肥发酵处理也存在着诸多不足之处，例如：堆制发酵过程常为自然发酵，而且厌氧发酵处理工艺易产生恶臭气味，引起环境问题；好氧发酵温度升高较慢，发酵周期长，往往需用一个月的时间，堆肥面积过大成为其中的一个难题，影响物料周转和转化效率。

有机肥将向着商品化的方向发展。由于传统的有机肥料堆积方式落后。具有“三低三大”现象。即养分含量低，体积大；劳动率低，劳动强度大；无害化程度低，病菌传播污染大，使有机肥料施用量下降。但增施有机肥料作为改良土壤，培肥地力和农业可持续发展的一项重要工作内容，因此，有机肥料商品化就成为必然趋势。目前推广的有机无机复混肥，已为有机肥料的商品化提供了成功经验。通过生物工程把生活污泥转化为可以再次利用的肥料，在农业生产中发挥更大的作用，在土壤结构改良、提高农产品品质方面将发挥更大的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有的污泥常规堆肥处置所存在的不足，提供一种新的利用城市生活污泥制备生物有机肥的方法，该方法能完全去除去污泥的臭味和异味，发酵周期短，可快速腐熟养分转化和杀灭有害微生物和寄生虫卵，所制备得到的生物有机肥各项标准均符合国家对生物有机肥的要求。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：

一种利用城市生活污泥制备生物有机肥的方法，包括以下步骤：

1、将厌氧发酵菌剂与污泥混合均匀，得到物料1；

2、将物料1和吸水性强的有机原料粉按照1∶1-4.5的体积比例混合均匀后，进行厌氧发酵至发酵产物无臭味；

3、向厌氧发酵完成后的产物中加入占其总体积10-50％的发酵辅料，将混合物的水分含量调节至35-50wt％，得到物料2；

4、向物料2中接种高温发酵菌剂，进行高温好氧发酵；

5、将高温好氧发酵完成后的物料破碎，造粒，烘干，即得。

步骤1中所述的厌氧发酵菌剂可以是各种常用的厌氧发酵菌剂或发酵液；优选的，所述的厌氧发酵菌是乳酸菌剂和酵母菌剂组成的混合菌剂；更优选的，所述的乳酸菌剂是嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)；所述的酵母菌剂是酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)；上述这些菌种都可从商业途径购买得到，例如可以直接从中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)购买得到。

本发明所述的厌氧发酵菌剂可参照以下方法制备得到：(1)配制培养基：1000重量份水溶入下列成分：红糖1重量份，葡萄糖3重量份，蛋白粉0.1重量份，柠檬酸铵0.1重量份，硫酸镁0.054重量份，磷酸氢二钾0.2重量份，氯化钠0.6重量份，116℃灭菌后备用；(2)将嗜酸乳酸菌(CGMCC 1.1854)种子液和酿酒酵母菌(CGMCC2.610)种子液按照1∶0.5体积比混合均匀后得到厌氧发酵种子液；将厌氧发酵种子液接种到配制好的培养基中37℃培养48小时，pH降至3.5时收获，得到厌氧发酵菌剂；所得厌氧发酵菌剂为棕褐色液体，味酸，活菌含量15亿/mL。

其中，所述的嗜酸乳酸菌(CGMCC 1.1854)种子液按照以下方法制备得到：(1)配制培养基：1000重量份水，溶入以下成分：葡萄糖5重量份，蛋白粉0.2重量份，柠檬酸铵0.2重量份，硫酸镁0.054重量份，牛肉膏1重量份，磷酸氢二钾0.2重量份，醋酸钠0.5重量份，硫酸锰0.025重量，116℃灭菌后备用；(2)接入乳酸菌种子液5重量份，37℃培养48小时，pH降至3.6时停止培养。所得乳酸菌发酵液为棕色液体，味酸，活菌含量10亿/mL；

所述的酿酒酵母菌(CGMCC2.610)种子液按照以下方法制备得到：(1)配制培养基：1000重量份水，加入下列成分：土豆碎块(0.5×0.5cm)200重量份、葡萄糖20重量份、121℃灭菌；(2)接入酵母菌种子液5份，37℃通气培养40小时，活菌含量5亿/mL。

步骤1中所述的污泥优选为含水量为70-90wt％的城市生活污泥，更优选为含水量为75-80wt％的城市生活污泥；

为了达到更好的发酵效果，步骤1中将厌氧发酵菌剂和污泥按照1-5∶1000的体积比进行混合；

步骤2中所述的吸水性强的有机原料粉植物材料包括作物秸秆粉碎物；

步骤2中所述的厌氧发酵条件优选为：发酵温度20℃以上，发酵时间24-48小时；

步骤3中所述的发酵辅料优选为骨粉、豆粕粉或它们的混合物；

步骤4中将物料2与高温发酵菌剂按照1吨∶300g-1500g的比例进行接种；其中，所述的高温发酵菌剂优选为芽孢杆菌，更优选为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)；枯草芽孢杆菌可从商业途径购买得到，例如可以直接从AS购买得到；

该枯草芽孢杆菌可参照以下制备方法得到：采用通用的液体深层发酵方法，种子培养基用营养肉汁培养基，发酵生产培养基为豆粉、淀粉为主要原料的通用培养基。将培养基投放于工业生产发酵罐(10立方以上)，发酵容积为罐体体积的65％，121℃灭菌1.5小时，冷却至37±1℃时，将种子罐中已培养好的芽孢杆菌种子接种于发酵罐中，接种量为发酵体积的5％。通气发酵35小时，通风比为1∶1.2。菌体成芽孢率为90％时，停止发酵，加入助滤济板框压滤，滤饼用沸腾干燥方式干燥，所得菌粉芽孢含量为800-1000CFU/克，将菌粉用载体(例如：食品级滑石粉)配成50亿CFU/克的产品用于污泥的好氧发酵。

步骤4中所述的高温好氧发酵的条件为：发酵物料高度为60-100厘米；发酵物料在2-3天内温度升至60℃以上，维持60℃以上高温条件3-4天，发酵槽中物料共停留7-10天；

本发明制备方法所得到的生物有机肥产品水分≤20％，有机质≥40％，氮磷钾≥4％，其余指标均符合标准(NY525-2002)要求。经检测，生物有机肥产品中的大肠菌群值降低到30MPN/100gDM以下，蛔虫卵100％灭活。总镉(以Cd计，mg/kg)≤3g；总汞(以Hg计，mg/kg)≤5；铅(以Pb计，mg/kg)≤100；铬(以Cr计，mg/kg)≤300；砷(以Se计，mg/kg)≤30。

本发明还可以将所得到的生物有机肥与营养元素及添加剂充分混合均匀，进行干燥、造粒，得到系列专用有机肥。

本发明方法首先将污泥用吸水性强的有机原料粉(植物材料粉)进行水分调节并同时接种厌氧发酵菌剂进行去除臭味异味和发酵，之后对厌氧发酵处理的原料进行养分调节和水分调节并接种高温发酵菌种，在高温条件下(60-70℃以上)有效降低物料含水量。其中，厌氧发酵过程可去除污泥的臭味和异味，另外还具有调节水分作用，避免了污水和气味的二次污染；在高温好氧发酵阶段，好氧菌快速产热使堆肥发酵处理时间由1个月以上减至7-10天，大大提高了处理效率；此外，高温发酵产生的热量带走大量水分，将物料水分降至较低水平，既节省了大量能源，又避免了新污染的可能性。本发明方法所生产的生物有机肥，完全符合国家规定的有机肥料各项规定指标，可实现低成本及安全清洁生产。

本发明生产的有机肥应用于农业生产中，每亩用量为500-1500kg。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1厌氧菌剂的制备

本发明方法中使用的厌氧菌剂为嗜酸乳酸杆菌(Lactobacillus acidophilus)(商品编号：CGMCC 1.1854)，酿酒酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)(商品编号：CGMCC2.610)混合培养制得的发酵液。该发酵液体的颜色为棕褐色，生产日期的活菌总数为15亿/mL，并具有甜酸味道。

1、用嗜酸乳酸菌发酵制备厌氧菌发酵剂

本实施例选用嗜酸乳酸杆菌(Lactobacillus acidophilus)(CGMCC 1.1854)发酵，可以在48小时内将pH值降到3.6左右。

制备方法：1000重量份水溶入下列成分：红糖1重量份，葡萄糖3重量份，蛋白粉0.1重量份，柠檬酸铵0.1重量份，硫酸镁0.054重量份，磷酸氢二钾0.2重量份，氯化钠0.6重量份，116℃灭菌后备用。将灭菌后的培养料接入嗜酸乳酸杆菌(Lactobacillus acidophilus)(CGMCC 1.1854)种子液5重量份，37℃培养48小时，pH降至3.6时收获。所得嗜酸乳酸杆菌发酵液为棕色液体，味酸，活菌含量10亿/mL。

2、嗜酸乳酸杆菌和酿酒酵母菌按1∶0.5体积比混合接种发酵制备厌氧发酵剂。

1000重量份水溶入下列成分：红糖1重量份，葡萄糖3重量份，蛋白粉0.1重量份，柠檬酸铵0.1重量份，硫酸镁0.054重量份，磷酸氢二钾0.2重量份，氯化钠0.6重量份，116℃灭菌后备用；(2)将嗜酸乳酸杆菌种子液，酵母菌种子液按照1∶0.5体积比混合均匀后得到厌氧发酵种子液；将厌氧发酵种子液接种到配制好的培养基中37℃培养28小时，pH降至3.5时收获，得到厌氧发酵菌剂；所得厌氧发酵菌剂为棕褐色液体，味酸，活菌含量15亿/mL。

3、嗜酸乳酸杆菌种子液制备：商品菌种(CGMCC 1.1854)按购置说明活化，做成MRS培养基斜面菌种。斜面保存于冷藏箱(4℃)备用。1000重量份水，溶入以下成分：葡萄糖5重量份，蛋白粉0.2重量份，柠檬酸铵0.2重量份，硫酸镁0.054重量份，牛肉膏1重量份，磷酸氢二钾0.2重量份，醋酸钠0.5重量份，硫酸锰0.025重量，116℃灭菌后备用。从培养好待用的斜面上挑取3-5接种环菌落，无菌接种于灭菌的培养基中，37℃静置培养48小时。

4、酿酒酵母菌(CGMCC2.610)种子液按照以下方法制备得到：(1)配制培养基：1000重量份水，加入下列成分：土豆碎块(0.5×0.5cm)200重量份、葡萄糖20重量份、121℃灭菌；(2)接入酵母菌种子液5份，37℃通气培养40小时，活菌含量5亿/mL。

实施例2好氧菌剂的制备

好氧菌剂为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)(商品编号：AS 1.936)，采用通用的液体深层发酵方法，种子培养基用营养肉汁培养基，发酵生产培养基为豆粉、淀粉为主要原料的通用培养基。将培养基投放于30立方发酵罐，发酵容积为罐体体积的65％，121℃高压灭菌1.5小时，冷却至37±1℃时，将种子罐中已培养好的枯草芽孢杆菌种子接种于发酵罐中，接种量为发酵体积的5％。通气发酵35小时，通风比为1∶1.2。菌体成芽孢率为90％时，停止发酵，加入助滤济板框压滤，滤饼用沸腾干燥方式干燥，所得菌粉芽孢含量为800-1000CFU/克，将菌粉用特定的载体(食品级滑石粉)配成50亿CFU/克的产品用于污泥的好氧发酵。

实施例3

将含水率约为80％的污泥运入厌氧发酵车间，每立方污泥均匀喷洒1.5升实施例1所制备的厌氧菌剂，得到混合物1，接着将混合物1、作物秸秆粉1∶2.0体积比例均匀混合，堆积厌氧发酵，温度20℃以上条件下发酵24小时，污泥混合物基本无臭味。

厌氧发酵完成的污泥混合物再加入占污泥混合物总体积20％的发酵辅料(骨粉、豆粕粉等)，水分含量调节至50％，得到混合物2；每吨混合物2接种600克实施例2所制备的好氧型菌剂、搅拌混合后通过螺旋输送料斗进入槽式发酵仓，物料高度为80-100厘米。堆肥物料在4天内温度升至60℃，用自动翻料机每2天翻堆一次进行通气持续高温发酵。在发酵槽中物料共停留10-15天，完成堆肥，输送出发酵槽。

经检测，本实施例所制备的生物有机肥的各项指标如下：

水分≤18％，有机质≥55％，氮15％，磷7％，钾9.2％；大肠菌群值降低到30MPN/100gDM以下，蛔虫卵100％灭活。总镉(以Cd计，mg/kg)≤3g；总汞(以Hg计，mg/kg)≤5；铅(以Pb计，mg/kg)≤100；铬(以Cr计，mg/kg)≤300；砷(以Se计，mg/kg)≤30。

实施例4

将含水率约为85％的污泥运入厌氧发酵车间，每立方污泥均匀喷洒3升实施例1所制备的厌氧菌剂，得到混合物1，接着将混合物1和小麦秸秆粉按照1∶3(v/v)的比例均匀混合，堆积厌氧发酵，温度20℃以上条件下发酵30小时，污泥混合物基本无臭味。

厌氧发酵完成的污泥混合物再加入占污泥混合物总体积的20％发酵辅料(骨粉、豆粕粉等)，水分含量调节至45％，得到混合物2；每吨混合物2接种300克实施例2所制备的好氧型菌剂、搅拌混合后通过螺旋输送料斗进入槽式发酵仓，物料高度为80-100厘米。堆肥物料在4天内温度升至65℃，用自动翻料机每2天翻堆一次进行通气持续高温发酵。在发酵槽中物料共停留10-15天，完成堆肥，输送出发酵槽。

经检测，本实施例所制备的生物有机肥的各项指标如下：

水分≤20％，有机质≥52％，氮11.7％，磷8％，钾8.0％；大肠菌群值降低到30MPN/100gDM以下，蛔虫卵100％灭活。

总镉(以Cd计，mg/kg)≤3g；总汞(以Hg计，mg/kg)≤5；铅(以Pb计，mg/kg)≤100；铬(以Cr计，mg/kg)≤300；砷(以Se计，mg/kg)≤30。

实施例5

将含水率为75％的污泥运入厌氧发酵车间，每立方污泥均匀喷洒1.0升实施例1所制备的厌氧菌剂，得到混合物1，接着将混合物1，稻壳粉和小麦秸秆粉所组成的混合物和钙镁磷粉按照1∶1.5(v/v)的比例均匀混合，堆积厌氧发酵，温度20℃以上条件下发酵24小时，污泥混合物基本无臭味。

厌氧发酵完成的污泥混合物再加入占污泥混合物总体积的20％发酵辅料(骨粉、豆粕粉等)，水分含量调节至40％，得到混合物2；每吨混合物2接种500克的实施例2所制备的好氧型菌剂、搅拌混合后通过螺旋输送料斗进入槽式发酵仓，物料高度为80-100厘米。堆肥物料在3天内温度升至70℃，用自动翻料机每2天翻堆一次进行通气持续高温发酵。在发酵槽中物料共停留7-10天，完成堆肥，输送出发酵槽。

经检测，本实施例所制备的生物有机肥的各项指标如下：

水分≤17％，有机质≥53％，氮18.7％，磷9.1％，钾9.9％；大肠菌群值降低到30MPN/100gDM以下，蛔虫卵100％灭活。

总镉(以Cd计，mg/kg)≤3g；总汞(以Hg计，mg/kg)≤5；铅(以Pb计，mg/kg)≤100；铬(以Cr计，mg/kg)≤300；砷(以Se计，mg/kg)≤30。

实施例6

将含水率为80％的污泥运入厌氧发酵车间，每立方污泥均匀喷洒5升实施例1所制备的厌氧菌剂，得到混合物1，接着将混合物1、玉米秸秆粉按1∶2.8(v/v)的比例均匀混合，堆积厌氧发酵，温度20℃以上条件下发酵22小时，污泥混合物基本无臭味。

厌氧发酵完成的污泥混合物再加入占污泥混合物总体积的20％发酵辅料(骨粉、豆粕粉等)，水分含量调节至40％，得到混合物2；每吨混合物2接种500克的实施例2所制备的好氧型菌剂，搅拌混合后通过螺旋输送料斗进入槽式发酵仓，物料高度为80-100厘米。堆肥物料在3天内温度升至70℃，用自动翻料机每2天翻堆一次进行通气持续高温发酵。在发酵槽中物料共停留7-10天，完成堆肥，输送出发酵槽。

经检测，本实施例所制备的生物有机肥的各项指标如下：

水分≤16％，有机质≥56％，氮16.5％，磷9.0％，钾8.5％；大肠菌群值降低到30MPN/100gDM以下，蛔虫卵100％灭活。

总镉(以Cd计，mg/kg)≤3g；总汞(以Hg计，mg/kg)≤5；铅(以Pb计，mg/kg)≤100；铬(以Cr计，mg/kg)≤300；砷(以Se计，mg/kg)≤30。

试验例1

试验样品：实施例1所制备的生物有机肥；

试验方法及结果：2007年在山东寿光市营村进行大棚黄瓜和茄子试验，结果表明：每亩用试验样品1000公斤，外加硫酸钾30公斤和15-15-15复合肥1200公斤，亩产18800公斤，比对照组增产15％，每亩增收3600元，经济效益增加20％。

试验例2

试验样品：实施例2所制备的生物有机肥；

试验方法及结果：每亩添加试验样品800公斤，在山东金乡大蒜上试验结果表明：大蒜增产16％，蒜薹增产13％，每亩增收240元，总效益增收14％。

试验例3

试验样品：实施例3所制备的生物有机肥；

试验方法及结果：在济南市长清区良种繁育基地和济南市永丰种业有限公司，在玉米、小麦上每亩添加试验样品300公斤，增产效果明显，分别增产6.5％和5.5％。