一種藍藻和汙染底泥共堆肥的方法
2023-09-13 00:28:05 1
專利名稱:一種藍藻和汙染底泥共堆肥的方法
技術領域：
本發明涉及一種藍藻和汙染底泥混合堆肥的方法，是一種藍藻和汙染底泥無害化和聯合資源化的技術，屬於環境工程技術領域：
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背景技術：
近年來，我國水體富營養化比較嚴重，尤以滇池和太湖為烈，水體富營養化導致藍藻大量爆發，目前打撈仍是解決藍藻危機最為快捷的方法。以太湖為例，藍藻暴發期間，每天打撈的水華藍藻超過lOOOt，最多可達2000t。藍藻雖含有藻毒素，但也含有豐富的蛋白質及氮、磷等營養物，具有資源化利用的潛力。因此，如何處理和處置這些被打撈出來的藍 藻是治理水體富營養化時應考慮的關鍵問題之一。
目前，國內外針對藍藻功能活性成分的提取技術與功能開展了大量研究，並取得了一些進展，但還均未能實現商業化生產。對相關的國內外藍藻無害化和資源化技術智慧財產權檢索，其主要結果如下專利號ZL200410012803. 5 (公開號為CN1243692C —種水華藍藻復混肥及製備方法)報導將水華藍藻粉與尿素、過磷酸鈣、磷酸一銨、硫酸鉀均按一定比例混配，然後經造粒製成有機無機復混肥料。但該專利使用的藍藻粉未經高溫發酵處理，藻毒素難以消除，且由於藍藻沒有腐熟，影響肥效。專利號ZL200410012933. 9(CN1562943，一種水華藍藻提取Y-亞油酸的方法)論述了從藍藻中提取亞油酸的利用技術。提取後的殘渣如何處置該技術並未涉及。專利號ZL200410012934. 3 (CN1563083, 一種水華藍藻製備藻藍蛋白的方法)和專利號ZL200410012927. 3(CN1563100，一種利用水華藍藻提取多糖的方法)分別闡述了如何從藍藻中製備藻藍蛋白與多糖。這些專利的的問題與提取亞油酸的專利相同。
另一方面，水體富營養化除了會導致藍藻爆發之外，還會造成淤泥沉積速率增加。淤泥既含一定量的有機物和N、P養分、也會累積重金屬和持久性有機汙染物，如不進行治理它會向湖泊水體釋放營養鹽和重金屬等，導致水體的再次汙染和藍藻爆發。太湖湖底普遍存在淤泥，主要來源於湖周圍含有豐富懸浮物和汙染物的汙水排入。調查資料表明太湖十八灣支流河道水面以下均嚴重淤積，平均淤積深度約I. 2m，其中淤積最深處為楊灣入湖口達2. 0m，太湖飯店河道I. Sm。淤積最嚴重的為姚灣 盤湖灣段，支流河道水位正常淹沒區至入湖口累計總長1222m的水面長度，目前僅剩約200m長，淤塞了六分之五之多。近幾十年來，太湖水質平均每十年下降一個等級，五裡湖是其汙染最嚴重的水域之一。1998年後，該湖水質為V類和劣V類，處於嚴重富營養化水平。而且據水利部太湖局調查，太湖五裡湖、竺山湖、梅梁湖、貢湖等局部湖區底泥有機質、總磷、總氮三項指標含量均較高，且處於釋放狀態，重金屬和有機汙染物也有相對偏高現象。2004年太湖底泥中總砷範圍為
4.23 23. Omg/kg ;總汞範圍為0. 05 0. 27mg/kg ;總鉻範圍為9. 7 63. 6mg/kg ;總鉛範圍為14. 7 73. 5mg/kg ;總鎘範圍為0. 26 0. 92mg/kg ;總銅範圍為17. I 155mg/kg。其中五裡湖分層底泥重金屬含量的最大值超過國家土壤環境質量三級標準0. 83倍-3. 03倍。6種常見多氯聯苯同系物PCB28，PCB52, PCB101, PCB138, PCB153, PCB180在太湖底泥中都有檢出。其中含量最高的為PCB52，平均為0.983μ8/1^。儘管底泥中PCBs含量不高，但在底棲生物中可以富集，並通過食物鏈逐級傳遞，因而其潛在的危害性仍不容忽視。值得注意的是，在太湖某些區段由於受紡織印染、化工行業廢水、IT行業等廢水長期汙染，底泥中重金屬和有毒有害有機物含量有較大增長。因此，對於受重金屬或其他POPs汙染的那些重汙染底泥如何進行「脫毒」處理，而後依據淤泥的理化性質再行資源化利用是淤泥治理中的亟待解決的關鍵難題。
經專利檢索，淤泥清淤和處理方面目前已有專利包括治理城市及周邊河流的汙染淤泥的方法(ZL01132079. 6)，該方法本質上是一種填埋處理；一種淤泥處理方法(申請號200710067267. 2)，要求200°C的高溫。對於底泥資源化，日本用底泥生產高級建築材料，因為以底泥為主要原料製成的磚塊透氣性好，重量輕，色彩豐富，很適宜用於建築物的裝飾材料；美國處理底泥的方法是直接將底泥熱乾燥並加入無機肥料和其他結構改良劑並製成粒狀，作為氮、磷等含量豐富的肥料使用，但是該方法對含有重金屬汙染的底泥中的重金屬汙染不能得到有效的控制。
近年來，研究發現利用生物浙浸技術(Bioleaching)預處理液態汙泥具有促進其 脫水、溶出重金屬、去除臭味和殺滅病原物的功效。本課題組曾發明了利用微生物主要是嗜酸性硫桿菌的作用將汙(淤)泥中重金屬去除的生物浙浸技術(Bioleaching，以前也稱「生物淋濾」或「生物浙濾」)的若干專利(ZL02137921. I ；ZL02112924. X ；ZL200410014801. X ；ZL200410044843. 8 ；ZL200520072316. 8)，結果顯示，生物浙浸技術具有溶出汙泥中重金屬、殺滅汙泥中病原物和促進汙泥脫水上的功效，經過脫水後能得到清潔的汙泥，並且該技術具有不耗酸、運行成本低、重金屬溶出效率高(可高達90%以上)、無二次汙染等化學浸提法不可比擬的優點，應用前景廣闊。鑑於藍藻和汙染底泥資源化利用的潛力，本發明首先採用生物浙浸技術對重金屬含量高的底泥進行脫毒處理，接著與濃縮、脫水後的藍藻調配後進行高溫好氧堆肥，再開發成各種高附加值的產品，實現藍藻和汙染底泥聯合資源化利用。
發明內容
技術問題
本發明目的在於提供一種藍藻和汙染底泥聯合資源化利用的方法。藍藻含水率高、含有大量的藻毒素，且C/N比嚴重失調，底泥中存在著重金屬的汙染問題，這些限制因素嚴重影響了藍藻和底泥的資源化利用。本發明首先採用生物浙浸技術對汙染的底泥進行脫毒處理，然後用脫毒後的清潔汙泥與脫水後的藍藻泥調配後進行高溫好氧堆肥，同時能夠實現除臭、穩定化、降解藻毒素、殺滅病原菌和雜草種子等無害化處理，再開發成各種高附加值的產品，實現藍藻和汙染底泥無害化和聯合資源化利用，具有很好的經濟效益和環境效益。
技術方案
本發明涉及汙染底泥生物浙浸無害化處理一底泥與脫水藍藻聯合堆肥工藝流程，如附圖I所示，主要由以下幾部分組成
I.汙染底泥中的重金屬的浸出
用於重金屬汙染底泥生物浙浸的菌株為本試驗室分離出的生物浙浸微生物，主要為嗜酸性硫桿菌 Acidithiobacillus ferrooxidans LX5 和 Acidithiobacillusthiooxidans TS6，專利號分別為ZL02112924. X和ZL02137921. I。基本原理是在反應池的底泥泥漿中添加生物浙浸微生物，經過一定時間曝氣處理(24 48h)後，通過生物氧化作用，泥漿中80%以上的重金屬被溶出，而且泥漿能自然生物絮凝濃縮，在不加任何絮凝劑的條件下，可直接脫水成很乾的「潔淨的」底泥而且有機養分不損失。同時，經過該處理後不但重金屬被去除而且底泥無任何惡臭。具體的操作步驟是首先將馴化好的生物浙浸微生物(微生物密度大約為IO7 108CFU/mL)按底泥體積10%的比例加入到裝有底泥的反應器中，在好氧、中溫(28°C 35°C)、攪拌(氣攪拌或機械攪拌)條件下培養48h，通過微生物的生物氧化作用和生物酸化作用使汙泥體系pH下降,從而使汙染底泥中的重金屬大量溶出，最後通過板框壓濾脫水得到清潔的底泥。
2.底泥與藍藻聯合堆肥技術
聯合堆肥的技術主要步驟如下
(I)以I中的脫毒後的清潔的底泥和脫水後的藍藻為原料，回用一定量的腐熟物 料作為菌種和乾燥劑，根據底泥和藍藻中的含水量、C/N比等特徵添加一定量的調理劑，將底泥和脫水後的藍藻的含水率調至60%左右、C/N比調至25-30 :1。
(2)在處理⑴的基礎上，針對堆肥過程中氮素損失和臭味問題嚴重的特點，添加一定量保氮劑抑制堆肥過程中的氮素揮發和臭味產生。
(3)將經過(2)步驟處理後的物料在通風發酵車間進行堆肥發酵，定時翻堆並取樣測定相關指標，發酵周期20天左右。
(4)將經過(3)步驟處理後的物料轉入二次發酵車間進行靜態條垛式發酵，直至發酵物料的發酵溫度降至環境溫度不再變化，含水率進一步降至30%以下，得到完全腐熟的物料。
步驟(I)中的調理劑指的可以是秸杆、稻殼、麩皮、蘑菇渣、藥渣、木屑等其中的一種或幾種的混合物。步驟(2)中的保氮劑指的是酸化沸石、過磷酸鈣和氫氧化鎂與磷酸的混合液等。
對堆肥結束後的腐熟物料，按照國家相關的標準可以進一步開發成多功能高附加值有機肥或有機無機復混肥等。
有益效果
本發明與傳統的技術相比具有如下優點
採用生物浙浸技術對重金屬汙染的底泥進行了無害化處理，得到了清潔的底泥，然後與脫水的藍藻進行聯合高溫發酵，得到含有豐富養分的肥料。
針對藍藻與底泥高溫堆肥中存在物理性狀差、C/N比失調等特點，有針對性的添加秸杆、稻殼、麩皮、蘑菇渣、藥渣、和木屑等不同組合的調理劑，有效的改善了藍藻和底泥的理化性質，使藍藻和底泥在短時間內達到了高溫發酵期，並能長時間的維持高溫發酵的時間，有效提高了發酵速度，縮短了發酵周期，達到了藍藻和底泥快速堆肥化處理，同時降低了堆料的水分，實現了藍藻和底泥減量化的目的。
針對藍藻中高含量的藻毒素的特徵，本發明在高溫發酵過程中較好的保持了堆體中的微生物活性，利用堆體中的微生物徹底的降解了藍藻中的藻毒素。
針對藍藻含氮量高，C/N比低，傳統的堆肥方式容易使有機氮降解後產生氮素損失的特點，開發出了一系列的針對藍藻和底泥堆肥的高效固氮劑，氮素的固定率達到了 50%以上。
四、
圖I是藍藻與底泥聯合堆肥技術工藝流程圖
五具體實施方式
下面敘述本發明的實施例。
I.重金屬汙染的底泥無害化及與藍藻的聯合資源化技術
根據本發明所提及的工藝，按照流程(見附圖I)對從太湖重金屬汙染的底泥進行 處理。取約50噸含固率為20%的汙染底泥，經過測定存在著一定的重金屬汙染，而且具有臭味。
生物浙浸脫毒及對脫毒後底泥脫水將生物浙浸微生物接種物和新鮮汙染底泥按體積比為I :9加入到有效容積為60M3的反應器中，在通風曝氣的條件下，進行攪拌混勻，在溫度為25°C下，經過48h的生物浙浸處理，底泥的pH下降到3左右，經過測定此時底泥中的重金屬的去除率達到了 80%以上，且底泥的脫水性能也得到了極大的提高，底泥生物浙浸前後的重金屬及底泥的比阻見表I。將上述脫毒後的底泥在沉降池中自然沉降IOh後(體積減少到原來的2/3)在隔膜廂式壓濾機下直接壓濾，壓榨出的底泥呈土黃色，無臭，含水率40%以下，且底泥中的有機質的含量沒有明顯降低。
表I底泥生物浙浸處理前後的重金屬及比阻變化
權利要求
1.一種藍藻和汙泥底泥共堆肥的方法，其特徵在於 (1)以藍藻和汙染底泥為原料，首先採用生物浙浸技術將汙染底泥中的重金屬去除，得到清潔的底泥，然後將藍藻與清潔底泥按照一定的比例混合。
(2)針對藍藻與清潔底泥的物理化學性狀，添加一定的調理劑和保氮劑，將堆料的含水率和C/N比調至合適的比例。
(3)將上述物料轉入堆肥車間中進行堆肥發酵，定時進行通風和翻堆，發酵周期為20天左右。
2.根據權利要求
I所述的一種藍藻和汙染底泥共堆肥的方法，其特徵在於將經過(3)處理後的物料再次轉入二次發酵車間進行二次發酵，直至其發酵溫度達到環境溫度後不再變化。
3.根據權利要求
I所述的一種藍藻和汙泥底泥共堆肥的方法，其特徵在於(2)中所述的調理劑為秸杆、稻殼、麩皮、蘑菇渣、藥渣、和木屑等中的一種或其不同的組合。
4.根據權利要求
I所述的一種藍藻和汙泥底泥共堆肥的方法，其特徵在於(2)中所述的保氮劑為酸化沸石、過磷酸鈣和氫氧化鎂與磷酸的混合液中的一種或其不同組合。
5.根據權利要求
I所述的一種藍藻和汙染底泥共堆肥的方法，其特徵在於初始堆體的含水率控制在60%左右，C/N比控制在25-30 :1。
6.根據權利要求
I所述的一種藍藻和汙染底泥共堆肥的方法，其特徵在於經過高溫好氧發酵處理以後藻毒素的降解率達到了 92%以上。
專利摘要
本發明涉及一種藍藻和汙染底泥混合堆肥技術，屬於環境工程技術領域：
。它首先採生物瀝浸技術將汙染底泥中的重金屬去除，然後將藍藻和清潔底泥混合，並針對藍藻含水率高及C/N比失調等特徵採用秸稈、稻殼、麩皮、蘑菇渣、藥渣、木屑等調理劑將藍藻和底泥混合物的理化性質調至好氧發酵微生物生長需要的條件，並添加一定量的保氮劑，然後在堆肥發酵車間中採用強制通風發酵，在極短的時間內將堆體的溫度升高到60℃以上，並維持高溫發酵期在15天左右，高溫發酵期結束後轉至二次發酵區間直至堆肥完全腐熟。本發明實現了汙染底泥的清潔化和藍藻與清潔底泥快速堆肥的規模化處理，把藍藻和汙染底泥的無害化和資源化有機的結合了起來。
文檔編號C05F17/00GKCN102875210SQ201210437144
公開日2013年1月16日 申請日期2012年11月6日
發明者周立祥, 周俊 申請人:南京農業大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan