一种快速腐熟厌氧消化沼渣的方法

技术领域

本发明属于厌氧消化沼渣资源化利用技术领域，具体涉及一种快速腐熟厌氧消化沼渣的方法。

背景技术

污泥、畜禽粪便、厨余垃圾等易腐有机质厌氧消化技术回收生物质能源是一种具有获得普遍应用的绿色低碳技术，但是厌氧消化过程中，会产生大量氨、硫化氢、小分子有机酸等不稳定有机质，并导致恶臭逸散，且厌氧消化沼渣在试验中发现其种子发芽率很低、甚至是零，沼渣中病虫卵超标，易导致疾病传播等原因，使沼渣无法满足可作为土地利用基质所需的稳定化、臭氧和卫生化要求。一般传统发酵时间为春秋季20～25d，夏季15～20d，冬季30～40d，发酵的最适宜环境温度为25～35℃，但沼渣中可降解有机质不足，如堆肥升温无法达到55℃以上高温条件，腐熟和杀灭病原体等卫生化效果不充分。

作为传统的沼渣腐熟，往往采用好氧发酵或堆肥的技术手段。但是堆肥过程中，消化沼渣中大量含硫物质逸散导致恶臭，成为沼渣堆肥的重要瓶颈问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种快速腐熟厌氧消化沼渣的方法，本发明能够避免沼渣腐熟过程中臭气散逸。

本发明提供了一种快速腐熟厌氧消化沼渣的方法，包括以下步骤：将厌氧消化沼渣、钢渣、秸秆和高岭土混合，得到发酵料，将所述发酵料在臭氧气氛中进行好氧发酵，得到发酵产物；所述钢渣包括未经过脱硫处理的钢渣和/或经过脱硫处理的钢渣。

优选的，所述厌氧消化沼渣是由厌氧消化原料经过厌氧消化得到；所述厌氧消化原料为污泥、畜禽粪便和厨余垃圾中的一种或几种。

优选的，所述钢渣占所述发酵料的质量百分比为3％～6％；所述高岭土占所述发酵料的质量百分比为8％～12％；所述厌氧消化沼渣占所述发酵料的质量百分比不低于45％；所述发酵料的含水率≤70％。

优选的，所述钢渣的粒径为40～80目。

优选的，所述好氧发酵在臭氧和空气的混合气体环境中进行，所述臭氧和空气的体积比为1:9～1:10；

所述臭氧发酵的过程中采用间歇供风。

优选的，所述好氧发酵于树式臭氧发酵罐中进行；所述树式臭氧发酵罐包括发酵罐本体1，所述发酵罐本体1的下部设置有进气管2，所述发酵罐本体1的上部设置有排气管3；所述发酵罐本体1内部设置有主管4；所述主管4和进气管2连通；所述主管4上连通有若干支管5；所述支管5在所述主管4上呈树枝状分布。

优选的，在所述好氧发酵过程中，通过进气管、主管、支管组成的管路通入臭氧和空气；所述支管5排出的臭氧浓度为25～50ppm，总臭氧通入量按消化沼渣有机质计为50～100mgO

优选的，所述间歇供风为：每小时通气一次，每次通入臭氧和空气的时间为8～10min。

优选的，所述好氧发酵的时间为3～5d。

优选的，所述混合的方法包括：将经微波处理后的高岭土和钢渣第一混合，得到第一混合物；所述第一混合物依次进行第一次微波处理和第二次微波处理后迅速与厌氧消化沼渣、秸秆进行第二混合；所述第一混合的时间≤3min。

优选的，所述第二混合的时间≤3min；所述第一次微波处理的时间以第一次微波处理至物料温度≥45℃时停止第一次微波处理为准；在所述第一次微波处理后，还包括对第一次微波处理后的物料进行搅拌至物料温度降温至30℃后，再进行第二次微波处理；所述第二次微波处理的时间以物料温度≥45℃时停止第二次微波处理为准；所述第一次微波处理和第二次微波处理的频率相同。

本发明还提供了所述方法得到的发酵产物，所述发酵产物的总腐殖质含量用腐殖碳含量表征为200～250mg/gVS，胡敏酸和富里酸的质量比为1.5：1，含水率≤40％，种子发芽指数80％以上，病虫卵致死率为100％。

本发明提供了一种快速腐熟厌氧消化沼渣的方法，包括以下步骤：将厌氧消化沼渣、钢渣、秸秆和高岭土混合，得到发酵料，将所述发酵料在臭氧气氛中进行好氧发酵，得到发酵产物；所述钢渣包括未经过脱硫处理的钢渣和/或经过脱硫处理的钢渣。

本发明利用高岭土使厌氧消化沼渣中充满微细孔隙，并采用秸秆调节厌氧消化沼渣含水率；钢渣呈碱性，本发明利用钢渣(无需脱硫)里的碱性成分，消耗厌氧消化沼渣里大量的硫和小分子有机酸，起到中和酸和固定硫的作用，同时避免臭气散逸。本发明首次实现可利用未经过脱硫处理的钢渣进行好氧发酵。

本发明将所述发酵料进行臭氧好氧发酵，利用臭氧可氧化厌氧消化沼渣中硫化氢等致臭物质，固定硫，同时也能够对钢渣固定的硫进行氧化，从而彻底消除臭气和易腐有机物。此外，臭氧在高岭土含铝矿物的催化作用下，氧化性显著增强，可实现快速氧化消化厌氧消化沼渣中的致臭物质。再者，由于沼渣中可降解有机质不足，导致堆肥升温无法达到55℃以上高温条件，仍然腐熟和杀灭病原体等卫生化效果无法充分；而本发明中，臭氧具有极强的杀菌能力，可完全灭活病原体。利用臭氧在高岭土和钢渣的同时作用下的强氧化性，可快速氧化消化沼渣中的硫化氢等致臭物质。

本发明利用臭氧对厌氧消化沼渣中大量杂环有机物进行氧化，可使厌氧消化沼渣中的腐殖类物质含量显著上升，腐殖类物质含量是普通堆肥的2～3倍以上。发酵产物中总腐殖质含量用腐殖碳含量表征为200～250mg/gVS，普通堆肥的腐殖碳含量为80～100mg/gVS，普通堆肥HA(胡敏酸)和FA(富里酸)的质量比约为0.9，本发明的方法HA(胡敏酸)和FA(富里酸)的质量比约为1.5。

秸杆和沼渣的传统堆肥法，根据室外温度的不同需要15～30d时间。而本发明的方法能够快速稳定厌氧消化沼渣，仅需好氧发酵3～5天，含水率可降到40％以下，种子发芽指数能达到80％以上，病虫卵可100％杀灭，极大改善了厌氧消化沼渣的后腐熟环境，大大加快了厌氧消化沼渣的后腐熟速度，显著提高了腐熟物料的土地利用性。本发明在低碳低成本环境下，真正实现污泥处理减量化、无害化、资源化目标。

附图说明

图1为本发明的树式臭氧发酵罐的结构示意图，其中1-发酵罐本体、2-进气管、3-排气管、4-主管、5-支管、6-熟料出口和7-熟料收集组件。

具体实施方式

本发明提供了一种快速腐熟厌氧消化沼渣的方法，包括以下步骤：将厌氧消化沼渣、钢渣、秸秆和高岭土混合，得到发酵料，将所述发酵料在臭氧气氛中进行好氧发酵，得到发酵产物；所述钢渣包括未经过脱硫处理的钢渣和/或经过脱硫处理的钢渣。

在本发明中，所述厌氧消化沼渣优选为易腐有机质；所述厌氧消化沼渣是由厌氧消化原料经过厌氧消化得到；所述厌氧消化原料优选为污泥、畜禽粪便和厨余垃圾中的一种或几种。

在本发明中，所述混合的方法优选的包括：将经微波处理后的高岭土和钢渣第一混合，得到第一混合物；所述第一混合物依次进行第一次微波处理和第二次微波处理后迅速与厌氧消化沼渣、秸秆进行第二混合；所述第一混合的时间优选的≤3min。

本发明首先将经微波处理后的高岭土和钢渣第一混合，得到第一混合物。在本发明中，经微波处理后的高岭土有更大的比表面积，颗粒表面的原子活性很高，极易与其它原子结合，分散性更好，能够与钢渣融合的更好。

在本发明中，所述经微波处理后的高岭土优选的采用以下方法制备得到：

对高岭土进行微波处理，得到微波处理后的高岭土；所述微波处理的时间优选为3min；所述微波处理的频率优选为1500～2000MHz，更优选为1800MHz。

得到第一混合物后，本发明将所述第一混合物依次进行第一次微波处理和第二次微波处理后迅速与厌氧消化沼渣、秸秆进行第二混合。上述处理能够使经微波处理后的高岭土和钢渣混合物与厌氧消化沼渣、秸秆更好的混合。

在本发明中，所述第一次微波处理的时间优选的以第一次微波处理至物料温度≥45℃时停止第一次微波处理为准；在所述第一次微波处理后，优选的还包括对第一次微波处理后的物料进行搅拌至物料温度降温至30℃后，再进行第二次微波处理；所述第二次微波处理的时间优选的以物料温度≥45℃时停止第二次微波处理为准；所述第二混合的时间优选的≤3min；所述第一次微波处理和第二次微波处理的频率相同；所述第一次微波处理和第二次微波处理的频率独立优选为1500～2000MHz，更优选为1800MHz。

不经过微波处理的物料，会容易团聚，分散性差，进而造成快速腐熟厌氧消化沼渣的效果差，会有部分团聚的物料未腐熟。

在本发明中，所述钢渣占所述发酵料的质量百分比优选为3％～6％，更优选为4％～5％；所述高岭土占所述发酵料的质量百分比优选为8％～12％，更优选为9％～11％；本发明采用秸秆调节发酵料含水率，所述发酵料的含水率优选的≤70％；所述厌氧消化沼渣占所述发酵料的质量百分比优选为45％～55％；所述秸秆占所述发酵料的质量百分比优选≤30％。在本发明中，所述钢渣的粒径优选为40～80目。

本发明利用高岭土使厌氧消化沼渣中充满微细孔隙，利于气体进入，本发明中，臭氧在高岭土含铝矿物的催化作用下，氧化性显著增强；本发明采用秸秆调节厌氧消化沼渣含水率；钢渣呈碱性，本发明利用钢渣(无需脱硫)里的碱性成分，消耗厌氧消化沼渣里大量的硫和小分子有机酸，起到中和酸和固定硫的作用，同时避免臭气散逸。

本发明将所述发酵料在臭氧气氛中进行好氧发酵，利用臭氧可氧化厌氧消化沼渣中硫化氢等致臭物质，固定硫，同时也能够对钢渣固定的硫进行氧化，从而彻底消除臭气和易腐有机物。臭氧具有极强的杀菌能力，可完全灭活病原体。臭氧发挥氧化作用后，变为氧气，可被微生物利用进一步稳定腐熟有机物。

在本发明中，所述好氧发酵在臭氧和空气的混合气体环境中进行，所述臭氧和空气的体积比优选为1:9～1:10；所述臭氧发酵的过程中优选的采用间歇供风；所述间歇供风优选为：每小时通气一次，每次通入臭氧和空气的时间为8～10min；本发明间歇供臭氧和空气混合气体，可以维持臭氧浓度，并且防止微生物被全部杀死。

在本发明中，所述好氧发酵优选的于树式臭氧发酵罐中进行；所述树式臭氧发酵罐包括发酵罐本体1，所述发酵罐本体1的下部设置有进气管2，所述发酵罐本体1的上部设置有排气管3；所述发酵罐本体1内部设置有主管4；所述主管4和进气管2连通；所述主管4上连通有若干支管5；所述支管5在所述主管4上呈树枝状分布。在本发明中，所述发酵罐本体1的底部设置优选的设置有熟料出口6，所述熟料出口6优选的和熟料收集组件7连接。

在本发明中，在所述好氧发酵过程中，优选的通过进气管、主管、支管组成的管路通入臭氧和空气；所述支管5排出的臭氧浓度为25～50ppm，总臭氧通入量按消化沼渣有机质计优选为50～100mgO

在本发明中，所述好氧发酵的时间优选为3～5d。

本发明还提供了所述方法得到的发酵产物，所述发酵产物的总腐殖质含量用腐殖碳含量表征为200～250mg/gVS，胡敏酸和富里酸的质量比为1.5：1，含水率≤40％，种子发芽指数80％以上，病虫卵致死率为100％。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

沼渣腐熟料配比：以质量百分含量计，由以下原料组成：55％沼渣、5％钢渣、30％秸秆和10％经微波处理的高岭土混合得到沼渣腐熟料。其中经微波处理的高岭土是采用频率为1800MHz的微波处理高岭土3min得到。沼渣腐熟料的含水率为70％。钢渣粒径为40目。

经微波处理后的高岭土在3min内完成与钢渣混合，混合物第一次微波处理至物料温度≥45℃时，停止微波处理，搅拌至物料温度降温至30℃后，再进行同频第二次微波处理，当混合物温度≥45℃时，在3min内完成与厌氧消化沼渣、秸秆进行混合。第一次微波处理和第二次微波处理的频率为1800MHz。

采用图1所示树式臭氧发酵罐，在空气中混入体积浓度为10％的臭氧通入堆体中，且间歇供风，每小时供含臭氧空气10min即可，每次通臭氧10min，每小时通一次，连续3天；

好氧发酵过程中，含臭氧空气的臭氧浓度控制在35ppm。3天时间总臭氧通入量按消化沼渣的有机质计，为80mgO

经检测，污泥总腐殖质含量用腐殖碳含量表征为250mg/gVS，HA(胡敏酸)/FA(富里酸)约为1.5。

本实施例获得的发酵污泥含水率降到40％以下，种子发芽指数80％以上，病虫卵可100％杀灭，3天即可实现彻底稳定化。

实施例2

沼渣腐熟料配比：以质量百分含量计，由以下原料组成：62％沼渣、6％钢渣、20％秸秆和12％经微波处理的高岭土混合得到沼渣腐熟料。其中经微波处理的高岭土是采用频率为1800MHz的微波处理高岭土3min得到。沼渣腐熟料的含水率为65％。钢渣粒径为50目。

经微波处理后的高岭土在3min内完成与钢渣混合，混合物第一次微波处理至物料温度≥45℃时，停止微波处理，搅拌至物料温度降温至30℃后，再进行同频第二次微波处理，当混合物温度≥45℃时，在3min内完成与厌氧消化沼渣、秸秆进行混合。第一次微波处理和第二次微波处理的频率为1800MHz。

采用树式臭氧发酵罐，在空气中混入体积浓度为10％的臭氧通入堆体中，且间歇供风，每小时供含臭氧空气10min即可，每次通臭氧10min，每小时通一次，连续4天；

好氧发酵过程中，含臭氧空气的臭氧浓度控制在40ppm。3天时间总臭氧通入量按消化沼渣的有机质计，为90mgO

经检测，污泥总腐殖质含量用腐殖碳含量表征为240mg/gVS，HA(胡敏酸)/FA(富里酸)约为1.4。

本实施例获得的发酵污泥含水率降到40％以下，种子发芽指数80％以上，病虫卵可100％杀灭，3天即可实现彻底稳定化。

对比例1(增大臭氧通入量)

沼渣腐熟料配比：以质量百分含量计，由以下原料组成：55％沼渣、5％钢渣、30％秸秆和10％经微波处理的高岭土混合得到沼渣腐熟料。其中经微波处理的高岭土是采用频率为1800MHz的微波处理高岭土3min得到。沼渣腐熟料的含水率为70％。钢渣粒径为40目。

经微波处理后的高岭土在3min内完成与钢渣混合，混合物第一次微波处理至物料温度≥45℃时，停止微波处理，搅拌至物料温度降温至30℃后，再进行同频第二次微波处理，当混合物温度≥45℃时，在3min内完成与厌氧消化沼渣、秸秆进行混合。第一次微波处理和第二次微波处理的频率为1800MHz。

采用树式臭氧发酵罐，在空气中混入体积浓度为10％的臭氧通入堆体中，且间歇供风，每小时供含臭氧空气10min即可，每次通臭氧10min，每小时通一次，连续3天；

好氧发酵过程中，含臭氧空气的臭氧浓度控制在75ppm。5天时间总臭氧通入量按消化沼渣的有机质计，为200mgO

经检测，本实施例获得的发酵污泥种子发芽指数35％，病虫卵可100％杀灭，发酵罐启动后，臭氧通入过量，有益微生物也会大量死亡，发酵效果差，短期无法实现彻底稳定化。

对比例2(传统的好氧发酵工艺)：

(1)好氧发酵前，污泥混合物料(采用秸秆调节厌氧消化沼渣含水率至60％)碳氮比(C/N)为30:1，有机质含量通常不小于50％，pH值7。

(2)采用条垛式好氧发酵时，无通风典型动态发酵周期约20d；加设通风系统后发酵周期约15d，温度55℃以上持续7d。

(3)采用发酵槽(池)式好氧发酵时，阳光棚发酵槽每隔2d翻堆一次，温度55℃以上持续7d，发酵周期约20d。

(4)好氧发酵堆体上部铺设8cm的覆盖物料吸附恶臭气体。

(5)发酵时，静态好氧发酵强制通风，每1m

经检测，腐殖碳含量为80mg/gVS，HA(胡敏酸)/FA(富里酸)约0.9。

尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。