一种城市陈旧淤泥智能分子膜处理方法

技术领域

本发明涉及固体废弃物资源化利用领域，具体涉及一种城市陈旧淤泥智能分子膜处理方法。

背景技术

城市河道淤泥是指在江河湖泊等水体中沉积的含有悬浮物、有机物和微生物等的沉积物质。随着经济快速发展和人口增长，我国许多河流和湖泊面临着河道淤积的问题。城市河道淤泥的积累不仅影响水流通畅性，另外由于其中含有大量的有机物和养分，若不加以合理处理，可能引发水体富营养化、藻华爆发等环境问题，会对河湖水质、水生态环境以及周边地区的生态安全造成严重影响。随着生态文明建设的持续推进，我国大力开展对城市河道淤泥的疏浚清淤工作。然而现有技术中，疏浚后的淤泥处置方法仍多为传统填埋、堆放和焚烧，这些方法存在资源浪费、环境污染和安全隐患等问题。

城市陈旧河道淤泥指的是从河道中机械疏浚后因无法及时妥善处理而长时间露天堆放的淤泥。相较于新鲜河道淤泥，由于经历了较长时间的沉积和氧化，陈旧河道淤泥中的水分含量较低(20～30％)，且随着时间推移，淤泥中有机质和营养元素(如氮、磷、钾等)会逐渐被微生物利用降解或流失，故而有机质含量和营养元素含量也较低。另外，经过长时间的沉积和压实，陈旧河道淤泥颗粒之间的间隙较小，其本身的颗粒结构更加紧密(以下阐述过程中所提到的“淤泥”若不做特殊说明均指的是城市陈旧河道淤泥)。

目前国内少见有关于资源化处理城市陈旧河道淤泥的相关技术报道。好氧堆肥技术是一种常用的资源化处理固体废弃物的方法，但是由于城市陈旧河道淤泥的各种特点，传统好氧堆肥技术并不适用于处理这种淤泥，应用时通常存在堆肥时间长、臭味明显且腐熟不完全的问题。因此，亟需开发一种针对城市陈旧河道淤泥的处理方法。

发明内容

本发明意在提供一种城市陈旧淤泥智能分子膜处理方法，以解决现有技术中处理陈旧河道淤泥时存在的堆肥时间长、臭味明显且腐熟不完全的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种城市陈旧淤泥智能分子膜处理方法，包括如下步骤：

步骤一、原料预处理：将陈旧河道淤泥与绿化废弃物混合，得到混合料，混合料的碳氮比为25～28：1，含水率为50～55％，pH为5.5～8.5；

步骤二、向混合料内喷洒促腐熟好氧堆肥菌；

步骤三、好氧堆肥：堆肥期间向堆体内通风供氧，利用分子膜覆盖堆体并记录温度、湿度、氧气浓度。

优选的，作为一种改进，步骤一中，陈旧河道淤泥与绿化废弃物混合前，将陈旧河道淤泥粉碎为≤5cm大小碎块，并加水调节含水率至50～60％；将城市绿化废弃物粉碎至粒径≤2cm。

本技术方案中，相较于新鲜河道淤泥，城市陈旧河道淤泥经历了长时间的露天堆放，其含水率较低，而密度较大，这些性质不利于原料混合。通过进行粉碎和加水处理，可以形成质地均匀的混合原料，保证后续堆肥过程中的自由通气孔隙度，避免堆体微生物无法有效接触到氧气而发生厌氧反应，从而保证原料完全分解，保证堆体腐熟效果。绿化废弃物的粉碎也同样是为了使混合后的样品质地更加均匀。

优选的，作为一种改进，步骤一中，城市陈旧河道淤泥和绿化废弃物质量比为3～5：7～8。

本技术方案中，通过对城市陈旧河道淤泥和绿化废弃物质量比的优化，能够保证堆体处于最佳的初始条件，进而保证后续堆肥效果。

优选的，作为一种改进，步骤二中，促腐熟好氧堆肥菌为含地衣芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、醋酸菌、双歧杆菌、链霉菌、发酵系丝状菌群或乳酸菌群的液体载体。

优选的，作为一种改进，步骤二中，促腐熟好氧堆肥菌有效微生物含量＞100亿CFU/ML。

优选的，作为一种改进，步骤二中，促腐熟好氧堆肥菌的添加量为混合料质量的3～5％。

优选的，作为一种改进，步骤三中，好氧堆肥持续时间为15～20d。

优选的，作为一种改进，步骤三中，分子膜为三层结构，包括表层、中层和内层，表层为疏水性聚酯纤维材料，中层为e-PTFE膜，内层为亲水性聚酯纤维材料。

优选的，作为一种改进，步骤三中，分子膜的内部设置有温度传感器、湿度传感器和氧浓度传感器。

优选的，作为一种改进，步骤三中，好氧堆肥期间，堆体内的氧气浓度≥5％，堆肥结束后进行破碎、筛分处理。

本方案的原理及优点是：实际应用时，本技术方案中，针对现有技术中采用好氧堆肥的方式处理陈旧河道淤泥时存在的堆肥时间长、臭味明显且腐熟不完全的问题，发明人进行反向的原因分析，是由于城市陈旧河道淤泥颗粒结构紧密，有机质含量和营养元素含量较低所示。基于此，发明人利用园林绿化废弃物与城市陈旧河道淤泥复配进行堆肥，通过对原料质量比进行调控，可大大提高混合物料的有机质含量。在堆肥过程中，堆体的碳氮比、含水率、pH值对堆肥效果具有关键影响。微生物需要从外部获取碳源来进行合成细胞组分和产生生命活动所需的能量。微生物从外部环境获取氮源，进行蛋白质合成、核酸合成和其他氮含量较高的化合物的合成。适当的湿度有利于微生物在堆肥过程中的繁殖和代谢活动。水分提供了微生物活动必要的液相介质及溶液环境，使酶和底物能够在其中相互作用。此外，水分还会直接参与到细胞内的代谢反应中，例如水解和水合反应。此外，堆肥过程涉及到许多微生物的参与，而这些微生物的生存和活动都需要在一定的pH值范围内。因此，本方案通过对混合料含水率、pH、碳氮比的调控，使得混合料能够达到最适宜的好氧堆肥条件，更有利于堆体的腐熟。发明人通过发现碳氮比过高(绿化废弃物含量过高)，堆体内可供微生物利用的氮源过少，微生物生长受限，从而使堆肥腐熟过程变慢，腐熟周期增长，最终产品中的氮含量较低，影响最终堆肥效果。碳氮比过低(河道淤泥含量过高)，堆体缺乏供微生物生命活动所需的碳源，很大程度影响到微生物活性，致使堆体难以升温到足够温度，难以杀灭原料中的病原微生物和杂草种子，产品无法达标。另外，微生物对于多余的氮无法完全吸收利用，容易导致氮的过量损失和过多的氨气挥发。含水率过高，即：当河道淤泥的含水率过高时，会降低堆肥的通气性，形成厌氧条件，导致厌氧微生物的生长。这些微生物的新陈代谢产物(例如硫化氢、甲烷等)会产生不良气味，影响堆肥质量，而且过多的水分会稀释堆体中的有机质，降低好氧微生物与这些有机质的有效接触和降解速度，延长堆肥时间。含水率过低会使微生物活动受到限制，减慢有机质的分解速度。此外，如果初始pH值过高或过低，均会抑制好氧微生物的活动，从而影响堆肥进程。碳氮比、含水率及pH值共同构成了堆肥原料的初始理化性质，三者协同作用，相辅相成。

此外，本技术方案通过添加适量的促腐熟好氧堆肥菌，可加速堆肥进入高温期并维持在较高温度较长时间，促进堆体中复杂有机质的分解，极大程度缩短堆肥周期。且经历一个堆肥周期后所得产品可作为优质菌剂适当添加到下一次堆肥过程中，从而降低成本投入。

传统的堆肥方式受天气和季节因素影响较大，在冬季大部分时候堆体难以升温到足够温度，堆肥效果很差。本技术方案在堆肥期间使用分子膜覆盖堆体，分子膜内设有温度传感器、湿度传感器和氧浓度传感器，不需要人工采样检测这些指标值，且可以实现实时监测，极大地降低了人工劳作程度。分子膜的表层使用高品质疏水性聚酯纤维材料，具有保温、防老化、防水防雨雪的功效。中层使用e-PTFE膜，为防水透湿功能层，具有选择透过性，水蒸气、二氧化碳等小分子气体可透过，VOC、NH

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。若未特别指明，下述实施方式所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段；所用的实验方法均为常规方法；所用的材料、试剂等，均可从商业途径得到。

方案总述：

一种城市陈旧淤泥智能分子膜处理方法，包括如下步骤：

步骤一、原料预处理：将陈旧河道淤泥用粉碎机粉碎为≤5cm大小碎块，并加水调节含水率至50～60％；将城市绿化废弃物用粉碎机粉碎至粒径≤2cm。将预处理后的陈旧河道淤泥与城市绿化废弃物混合，得到混合料，城市陈旧河道淤泥和绿化废弃物质量比为3～5：7～8，混合料的碳氮比为25～28：1，含水率为50～55％，pH为5.5～8.5。

步骤二、将促腐熟好氧堆肥菌，均匀喷洒到混合料内，本实施例中促腐熟好氧堆肥菌为含地衣芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、醋酸菌、双歧杆菌、链霉菌、发酵系丝状菌群或乳酸菌群的液体载体(购自于山东绿保生物科技有限公司所售的有机肥发酵剂)，有效微生物含量应＞100亿CFU/ML，促腐熟好氧堆肥菌的添加量为混合料质量的3～5％。

步骤三、好氧堆肥：将混合物料运输至好氧堆肥槽内堆制成堆，高度为1.5～2.0m，槽内通过3根通气主管和18根通气支管进行通风供氧。覆盖分子膜后用沙袋压实，打开鼓风机通风供氧，进行好氧堆肥，好氧堆肥持续时间为15～20d。分子膜为三层结构，表层为高品质疏水性聚酯纤维材料，中层为e-PTFE膜，内层为高品质亲水性聚酯纤维材料，堆肥期间通过将分子膜配备的温度传感器、湿度传感器、氧浓度传感器插入堆体内，即可对堆体的相关参数进行实时监测；本实施例中的分子膜为市售成品，购自山东青岛中海环境工程有限公司。

具体的：通过膜内温度传感器实时监测堆体温度变化，记录堆肥进入高温期的天数，高温期最高温度以及高温期持续时间；待堆肥进入高温期第二天后掀开分子膜进行一次翻堆，促进堆体升温；通过膜内湿度传感器检测堆体含水率变化，待堆体温度降至室温并且含水率降至30％以下时堆肥结束，记录堆肥周期；通过氧浓度传感器记录堆体内的氧气浓度，以实时进行调节，保证堆体内氧气浓度≥5％。

步骤四、粉碎、过筛：堆肥结束后将分子膜掀开，堆肥成品经进一步破碎(筛网孔目数为8目)，再通过筛网(网筛孔隙为3mm)过筛后储存。

实施例1

一种城市陈旧淤泥智能分子膜处理方法，包括如下步骤：

步骤一、原料预处理：取陈旧河道淤泥3份，经粉碎机粉碎为15cm大小碎块，并加水调节含水率至50％；取城市绿化废弃物7份，经粉碎机粉碎至粒径不大于2cm；将两种原料充分搅拌混合，混合后物料碳氮比为27：1，含水率为50％，pH为6.0。

步骤二、将将促腐熟好氧堆肥菌，均匀喷洒到上述混合料内，促腐熟好氧堆肥菌的添加量为混合料质量的3％，本实施例中的促腐熟好氧堆肥菌为含地衣芽孢杆菌的液体载体(购自于山东绿保生物科技有限公司)。

步骤三、好氧堆肥：将混合物料运输至好氧堆肥槽内堆制成堆，高度为1.5m，覆盖分子膜后用沙袋压实，打开鼓风机通风供氧，进行好氧堆肥；期间通过膜内温度传感器实时监测堆体温度变化，记录堆肥进入高温期的天数，高温期最高温度以及高温期持续时间；待堆肥进入高温期第二天后掀开分子膜进行一次翻堆，促进堆体升温；通过膜内湿度传感器检测堆体含水率变化，待堆体温度降至室温并且含水率降至30％以下时堆肥结束，记录堆肥周期。

步骤四、粉碎、过筛：将堆肥产品从膜内运出后通过粉碎机再次破碎(筛网孔目数为8目)，然后通过筛网过筛去除较大粒径的杂质，网筛孔隙为3mm。

实施例2

本实施例所采用的步骤与实施例1基本相同，区别之处在于：陈旧河道淤泥4份，城市绿化废弃物8份，混合后物料碳氮比为26：1，含水率为53％，pH为6.5；促腐熟好氧堆肥菌用量为总物料质量的5％。

实施例3

本实施例所采用的步骤与实施例1基本相同，区别之处在于：陈旧河道淤泥5份，城市绿化废弃物7份，混合后物料碳氮比为25：1，含水率为55％，pH为7.5；促腐熟好氧堆肥菌用量为总物料质量的3％。

实施例4

本实施例所采用的步骤与实施例1基本相同，区别之处在于：陈旧河道淤泥3份，城市绿化废弃物8份，混合后物料碳氮比为28：1，含水率为50％，pH为5.5；促腐熟好氧堆肥菌用量为总物料质量的5％。

对比例1

本对比例所采用的步骤与实施例1基本相同，区别之处在于：陈旧河道淤泥2份，城市绿化废弃物9份，混合后物料碳氮比为35：1，含水率为45％，pH为5.0；促腐熟好氧堆肥菌用量为总物料质量的5％。

对比例2

本对比例所采用的步骤与实施例1基本相同，区别之处在于：陈旧河道淤泥7份，城市绿化废弃物3份，混合后物料碳氮比为22：1，含水率为45％，pH为7.0；促腐熟好氧堆肥菌用量为总物料质量的5％。

对比例3

本对比例所采用的步骤与实施例1基本相同，区别之处在于：促腐熟好氧堆肥菌用量为总物料质量的10％。

对比例4

本对比例所采用的步骤与实施例1基本相同，区别之处在于：单独使用陈旧河道淤泥当作原料，碳氮比为17：1，含水率为55％％，pH为8.0；促腐熟好氧堆肥菌用量为总物料质量的5％。

对比例5

本对比例所采用的步骤与实施例1基本相同，区别之处在于：未采用智能分子膜覆盖，温度、湿度及氧气浓度采用人工检测。将经预处理后的混合原料放入桶式反应器中进行堆肥，堆肥过程中使用鼓风机对堆体进行持续通风，通风方向自下而上。在堆肥期间，每天固定时间使用电子温度计、便携型湿度传感器和泵吸式氧气检测仪对堆体内的温度、湿度及氧气浓度进行检测。

实验例一肥料性能测试

对上述各实施例及对比例制备得到的肥料进行性能测试，检测方法依据《绿化种植土壤》(CJT 340-2016)标准进行，每组进行三次重复试验，具体检测结果及温度检测结果如表1所示。

表1堆肥成品检测和温度检测结果

由表1可见，实施例1-4使用所述城市陈旧河道淤泥智能分子膜法制备得到的成品中有机质含量、酸碱度、种子发芽指数、有效磷含量、土壤入渗率均符合《绿化种植土壤》(CJT 340-2016)标准要求，质地均为壤土类，且堆肥周期均较短、高温期持续时间较长，所得产品是优质绿化种植土。对比例1和对比例2中混合物料的碳氮比分别较高和较低，不在本发明所推荐的碳氮比区间内，升温速度、最高温度、高温期持续时间均要低于实施例，堆肥周期较长，产品质量不如实施例好。特别的，对比例2中由于混合物料中淤泥占比较高，堆肥过程中堆体难以升温到足够温度，堆肥效果较差，最终产品质地为黏质土，无法作为绿化种植土使用。对比例3中促腐熟好氧堆肥菌使用量较大，但从结果看与实施例1相差很小，说明菌剂的使用在过量的情况下并没有对堆肥过程起到更好的促进作用，反而会增加成本，因此本发明不推荐使用过多量的菌剂。对比例4中没有添加绿化废弃物辅料，淤泥单独堆肥由于自身有机质含量较低且通气性差，堆肥效果很不理想，并没有升温到足够温度，堆肥周期很长，其最终各项指标也未能达到绿化种植土标准。各处理在堆肥过程中均无明显臭味产生，可见分子膜能够有效阻隔臭气分子，环境友好度高。而对比例5，未采用智能分子膜覆盖，导致出现了堆肥周期较长、难以升温、堆体最高温度较低、高温期持续时间短、腐熟不完全等问题，在堆肥过程中需持续消耗人力对堆体指标进行检测。而且由于无臭气吸收装置，在整个堆肥过程中，尤其是在高温期，能够嗅到明显的臭味。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。