生物工程技術(shù)處理污泥等有機固體廢棄物.doc

利用生物工程技術(shù)處理污泥等有機固體廢棄物 張維民 肖瑩露 關(guān)鍵詞：有機固體廢棄物 DM激活劑 污泥 生物活性營養(yǎng)土 生物活性有機肥 營養(yǎng)物質(zhì)吸附轉(zhuǎn)化 有害物質(zhì)鈍化 Keywords: organic solid waste, DM Activators, sludge, biological active Nutrient soil, biological active organic manure, absorption and transfer of nutrition, passivation of hazardous substances, 文章摘要： DM激活劑技術(shù)，用于處理污泥等有機固體廢棄物，該技術(shù)將微生物技術(shù)與專用設備和發(fā)酵裝置有機結(jié)合，具有一次投資低，占地面積小，處理周期短，運行費用低，生成物品質(zhì)好等特點。處理過程不排放廢水、廢氣、廢渣，不消耗燃料，是節(jié)能和環(huán)境友好型環(huán)保技術(shù)。Abstract: The technology of DM activators is applied to deal with organic solid waste like sludge. This technology which combines special facilities and zymolysis equipment with Microbial Technology is characteristic of low investment, taking up small spaces, short operation period, running cost-efficient, good quality of products and so on. This technology doesnt have three wastes and fuel consumption. It could maximize utilization efficiency of recourse of organic solid waste and avoid secondary pollution. It is an Energy Conservation and Environmental Protection technology.一、概述北京大地陽光生物科技有限公司專業(yè)從事有機固廢治理、生態(tài)農(nóng)業(yè)、土壤生物修復以及實用生物技術(shù)的研究開發(fā)和應用，致力于用生物技術(shù)無害化處理和資源化利用各種有機廢棄物，使廢棄物重歸自然，實現(xiàn)人與自然，自然與自然的良性循環(huán)。公司擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的DM激活劑技術(shù)和與之配套的專用設備、工藝（專利號為03102255.3和03236987.5），我們將其命名為DMFD技術(shù)。它成功地解決了傳統(tǒng)有機物堆肥的技術(shù)難題，利用現(xiàn)代生物工程技術(shù)，用較少的投資，較低的運行成本，較短的處理周期，最小的能源消耗和最小的環(huán)境代價處理污泥、生活垃圾有機物、人畜禽糞便、果渣、藥渣、秸稈以及其它工業(yè)有機固體廢棄物。經(jīng)DMFD技術(shù)處理的有機廢棄物，根據(jù)其營養(yǎng)成分，有機質(zhì)含量和重金屬含量來確定最終的用途。對于難于自然發(fā)酵的污泥，采用DMFD技術(shù)處理，具有獨特的優(yōu)勢。1、有機廢棄物回歸大地是一種自然的方式 自然界本身具有凈化功能，在工業(yè)化社會之前，各種有機廢棄物并不是大自然的負擔，億萬年以來自然界就是通過微生物自然降解把各種動物和人類的尸體、排泄物、枯萎的植物等變成土壤的一部分，為植物提供養(yǎng)分。在生活垃圾、畜禽糞便、污泥等有機廢棄物中存在大量的各種微生物，除污泥等個別有機物因自身結(jié)構(gòu)的特殊性難于自然發(fā)酵外，大部分有機物都是可以通過自然堆放實現(xiàn)發(fā)酵的，傳統(tǒng)的堆肥也正式利用了這一特性。但是自然發(fā)酵的過程過于緩慢，尤其不適用于處理每天大量產(chǎn)生的各種污泥等有機廢棄物。但我們從大自然中得到啟示，可以采用現(xiàn)代生物技術(shù)處理這些有機物，把有機廢棄物發(fā)酵成為有機肥或營養(yǎng)土去肥沃土地，再把植物變成食物，這是適應大自然自身規(guī)律的一種處理和循環(huán)利用方式。2、污泥等有機固廢的焚燒、填埋破壞了有機質(zhì)返回土地的自然循環(huán)焚燒、填埋等常規(guī)處理方式不能從根本上解決污染問題，污泥直接焚燒的熱值過低，還要治理有害氣體、粉塵污染，污泥焚燒的一次性投資和運行成本過高，需要國家提供大量的補貼和各項優(yōu)惠政策才能夠運行。城市垃圾衛(wèi)生填埋工藝中最難處理的溫室氣體排放問題、惡臭問題、滲濾液問題都是由垃圾中的有機物引起的，污泥進入垃圾填埋場還存在難于壓實，難于自然發(fā)酵的問題，直接影響垃圾填埋的土地再利用，被埋入地下的污泥也是對環(huán)境的一個潛在的威脅。更重要的是因為有機廢棄物的處理方式和農(nóng)民用肥習慣的改變，大部分有機物無法返回土壤中，破壞了土地的自然循環(huán)。眾所周知，植物是自然界生物鏈的源頭，植物來源于土壤，土壤為植物提供生長所需的營養(yǎng)，當人類從大地的索取多于給予時，也就是說當人們消費后的有機物不能返回土地時，土地的產(chǎn)出和投入就產(chǎn)生了不平衡。改革開放以來，我國的糧食、水果、蔬菜等農(nóng)作物的產(chǎn)出量大幅度提高，但是大部分的土地只有氮、磷、鉀等主要養(yǎng)分的補充，很少補充有機質(zhì)和微量元素，對土地形成了一種掠奪式的利用。土壤中的有機質(zhì)缺乏，地力下降，微生物環(huán)境遭到破壞，致使農(nóng)作物品質(zhì)下降，抗病蟲害能力減弱，持續(xù)下去，土壤會越來越貧瘠，植物的產(chǎn)量和品質(zhì)都將受到影響，這種影響將發(fā)生連鎖反映，嚴重到足以影響人類和動物的生存。因此把有機質(zhì)當成有限的資源，最大限度地土地利用應當引起人們的足夠重視，這是關(guān)系到到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全和人們的身體健康的大事。多年來，很多有識之士都認為應該采用堆肥方式來處理污泥等有機固體廢棄物，實現(xiàn)有機固體廢棄物的土地利用。但傳統(tǒng)的堆肥技術(shù)普遍利用有機固體廢棄物中的土著菌，采用強制通風等好氧發(fā)酵方式。這種方式一般存在占地面積較大，發(fā)酵時間過長（一般完全發(fā)酵時間在2個月以上），耗電量大，有惡臭氣體和滲濾液產(chǎn)生，發(fā)酵過程無法去除有害物質(zhì)，產(chǎn)出物品質(zhì)不穩(wěn)定以及營養(yǎng)損失較大等問題，無法適應現(xiàn)代社會城市化和工業(yè)化對有機固廢處理的要求，同時由于污泥組分的復雜性、有機膠體的粘稠性和有害微生物大量滋生以及人們談泥色變的重金屬污染問題，污泥的處置方法和土地利用需要技術(shù)上的突破。3、DMFD技術(shù)在治理環(huán)境污染的同時把污泥等有機廢物變成有機質(zhì)城市生活污水處理過程中所形成的大量污泥和其他一些生產(chǎn)及生活過程中所產(chǎn)生的各種廢渣、廢料等，均含有極高的有機質(zhì)和豐富的氮、磷、鉀等植物生長所不可缺少的營養(yǎng)物質(zhì)。據(jù)資料介紹，國外城市污水污泥的有機質(zhì)含量大多在50%以上，我國的城市污泥有機質(zhì)含量平均在38%左右，即使是一般生活垃圾可利用的有機質(zhì)含量也可達17-50%左右。這些廢棄物經(jīng)過DMFD的技術(shù)處理后，可以獲得大量得有機質(zhì)和養(yǎng)分，除部分有機廢棄物重金屬含量超過農(nóng)用標準的以外，大部分經(jīng)過發(fā)酵處理后是可以還田的，大約3噸有機固體廢棄物可以生產(chǎn)1噸有機肥或營養(yǎng)土，用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，土壤生態(tài)修復和沙化土地、荒山治理等，從而成為一種寶貴的資源。國家在十五、十一五規(guī)劃中連續(xù)兩次提出的“沃土工程”計劃?！笆濉庇媱澋?“沃土工程”突出土壤、肥料、水資源的優(yōu)化配置，“十一五”農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要求“耕地退化率下降10個百分點，農(nóng)田地力普遍提高1-2級”；“繼續(xù)實施下一輪沃土工程，恢復提高基礎(chǔ)地力，建成一批高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、旱澇保收的基本農(nóng)田”。應用DMFD技術(shù)將有機肥廢棄物經(jīng)生物發(fā)酵后生成生物活性營養(yǎng)土、土壤改良劑和優(yōu)質(zhì)的生物活性有機肥，能夠有效替代或高效結(jié)合農(nóng)用化學肥料而成為農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要保證。據(jù)報道我國每年產(chǎn)生各種有機廢棄物如生活垃圾、糞便、污泥、果渣、秸稈等，我國城鄉(xiāng)每天產(chǎn)生各種有機固體廢棄近幾百億噸，以每畝地施用1噸營養(yǎng)土或有機肥計算，每年會使幾十億畝土地的有機質(zhì)得到補充，這是利國利民的一件大事，需要國家、政府、專家、企業(yè)乃至全社會的共同努力。 二、技術(shù)簡介DMFD污泥處理技術(shù)將微生物制劑菌、專用處理設備和陽光發(fā)酵棚有機結(jié)合，共同完成有機固體廢棄物的發(fā)酵、脫水、除臭過程。1、微生物的作用用于污泥處理的微生物制劑中含有多種特殊功能的生物菌群，這些微生物互利共生、互生協(xié)同，各類微生物在各自的生長繁殖過程中所產(chǎn)生的物質(zhì)成為相互利用的基質(zhì)，同時釋放能量，為處理工藝中的發(fā)酵、滅菌和脫水提供必要的條件， DM激活劑卓越的性能來源于其獨特的微生物酶綜合處理技術(shù)（Microbe Comprensive treatments technology）和營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、吸附和有害物質(zhì)的控制、鈍化技術(shù)（Control adsorption release）。微生物制劑DM-L01中還有以孢子狀態(tài)存在的具有解磷、解鉀、固氮功能的活體微生物和一定量的生理活性物質(zhì)。這些有益菌群被保留在發(fā)酵后的物料中，所含的生理活性物質(zhì)對植物、土壤和DM菌群本身產(chǎn)生很強的激活作用。DM激活劑的應用領(lǐng)域非常廣泛，系列產(chǎn)品分別用于處理污水處理廠污泥、大型養(yǎng)殖場的畜禽糞便、草炭腐殖土、秸稈、藥渣、沼渣和城市生活垃圾中的有機物，經(jīng)生物發(fā)酵生成營養(yǎng)土、有機肥。將糠醛、果渣、酒糟等有機廢棄物經(jīng)生物發(fā)酵生成蛋白飼料。將植物秸稈經(jīng)生物發(fā)酵制成牛、羊的飼草。2、設備的作用和功能專用設備在發(fā)酵過程中既有自身獨特的不可替代的作用，又使微生物制劑DM-L01的功能得以有效的發(fā)揮。機械處理方式能夠改變污泥等有機廢棄物的物理特性，還將布菌、翻拋、推移功能融為一體，工藝簡單合理，從入料端送入的污泥，21天后從出料端輸出成為營養(yǎng)土，物料進入發(fā)酵棚后由工藝設備自動完成全部工作，實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。特別設計的發(fā)酵棚為輕鋼結(jié)構(gòu)的陽光棚，有助于發(fā)酵、除臭、水分蒸發(fā)等功能。3、工藝流程計量包 裝污泥等有機廢棄物混合調(diào) 制發(fā)酵疏松輸送脫 水優(yōu)化配 方 制 粒篩 理粉 碎特制菌 種4、污泥處理過程的技術(shù)分析污泥處置分為以下三個階段。第一階段為發(fā)酵預處理，利用特定的機械設備改變污泥的物理特性，并均勻加入適量的DM激活劑（約350克/噸），調(diào)整待處理污泥的含水量到65%左右，對于需要制肥的物料還要在此階段進行調(diào)質(zhì)；第二階段為發(fā)酵過程，DM激活劑在最短的時間內(nèi)形成污泥發(fā)酵的主導菌的菌群優(yōu)勢，完成污泥的升溫、發(fā)酵、去毒、加成、分解、吸附、鈍化等過程，使污泥中的營養(yǎng)物質(zhì)得以最大限度地保留，有害物質(zhì)被最大限度地分解、去除和鈍化，這一過程大約需要7天的時間。本階段按時間順序又分為：1激活期（物料加菌后1-3天）：DM-W01菌的旺盛繁殖，將污泥中的有機物如淀粉、簡單糖類和蛋白質(zhì)等迅速分解，釋放出大量的熱量，使物料溫度很快升高。2高溫期（第4-5天）：溫度上升50度以上時，即進入高溫階段，由于溫度上升和可分解物質(zhì)的減少，嗜熱性的纖維素分解菌逐漸代替了中溫菌，此時處理物料中殘留的和新形成的可溶性有機物繼續(xù)被分解轉(zhuǎn)化外，一些復雜的有機物如纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)等也開始迅速分解。物料中的腐殖質(zhì)開始形成。3持續(xù)期（第6-7天）：當溫度上升一段時間后，纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)等物質(zhì)已大部分分解，余下的是諸如木質(zhì)素等很難分解的復雜有機物以及新形成的腐殖質(zhì)，這時，嗜熱菌活動減弱，產(chǎn)熱量減少，溫度下降，物料體積大大減少，所以此階段的物料保溫性變差，為了促進發(fā)酵速度和效果，此時需要專用機械配合，增強養(yǎng)護培育條件，溫度保持50-75度之間，殘留物質(zhì)進一步分解，腐殖質(zhì)不斷的積累，為進入熟化階段打下基礎(chǔ)。第三階段的為進一步熟化和脫水過程，此時天然性有機質(zhì)基本已經(jīng)腐化分解，溫度逐漸下降，此時需要設備與生物菌配合完成物料生溫、保溫、散發(fā)水分的工作，同時物料進一步熟化直至達到穩(wěn)定狀態(tài)，這一過程大約需要14天的時間，污泥的含水率下降至25%左右?？紤]到處理后污泥的土地利用問題，我們把發(fā)酵溫度控制在75以下，這樣有利于DM激活劑中大量的具有解磷、解鉀、固氮功能的土壤益生菌和生理活性物質(zhì)的保存，他們在發(fā)酵物中處于休眠狀態(tài)，在土壤環(huán)境中才被激活，菌群的數(shù)量大于0.2億個/克。四、DMFD技術(shù)特點和優(yōu)勢1、投資少，占地小，處理周期短該裝置日處理1噸污泥的設備投資僅為其它污泥干化技術(shù)投資的1/2-2/3。一個獨立的污泥處理單元日處理量為25/日，占地約700平方米，處理后的產(chǎn)品不需要堆放和二次發(fā)酵，直接可以作為產(chǎn)品使用。對于土地緊缺的城市，獨立處理單元可以立體組合，通過占用空間來節(jié)省土地。發(fā)酵棚為輕鋼結(jié)構(gòu)的陽光棚，物料在發(fā)酵槽中均勻分布，建筑物對地耐力的要求較小。污泥完全處理周期21天。2、運行成本低（1）、由于采用了先進的生物發(fā)酵技術(shù)，處理過程只需要添加生物菌和部分廢棄物輔料，污泥制成營養(yǎng)土時消耗的菌種和輔料成本可控制在50元/噸左右，利用污泥制成商品肥的成本會高一些。（2）、污泥發(fā)酵和干化過程所需熱量來源于生物熱能和太陽能，只有工藝設備的機械運動消耗少量電能，處理每噸污泥用電量約5度。（3）、因設備自動化程度較高，工藝流程簡化，運行穩(wěn)定，操作方法容易掌握，操作人員較少，每條處理線需配備操作工人1-2人，人工成本相對較低。（4）、因發(fā)酵棚為密閉式陽光棚，僅在設備工作期間與外界交換空氣時需要除臭設備工作，除臭成本較低。（5）、設備運行環(huán)境PH值接近中性，防腐處理簡單，設備運行周期長，使用壽命長，維修費用低。3、生產(chǎn)過程不產(chǎn)生三廢污泥發(fā)酵干化的全部生產(chǎn)過程，不產(chǎn)生廢液，廢渣，經(jīng)除臭后氣味指標符合國家二級空氣標準。所有原料經(jīng)處理后，除排出水蒸氣和少量CO2以外，全部變成了營養(yǎng)土。4、生成物品質(zhì)好污泥等有機廢棄物經(jīng)持續(xù)70度以上的高溫發(fā)酵后，發(fā)酵徹底，無異味，殺菌滅卵，殺滅草籽，污泥經(jīng)生物發(fā)酵生成的營養(yǎng)土，不但有機質(zhì)含量高、還有大量的有益菌和部分生理活性物質(zhì)。在土壤中施用，能夠增加土壤有機質(zhì)含量，提高土壤活性，改善土壤理化性，緩解土壤板結(jié)；還能夠促進作物生長發(fā)育，促進作物早熟，使作物根系發(fā)達，莖粗、葉厚。提高作物抗旱、抗?jié)?、抗寒、抗倒伏、抗病蟲害能力，增產(chǎn)、增收效果明顯。五、最終處理物的用途污泥經(jīng)微生物發(fā)酵干化處理后，對于重金屬含量符合國家有機肥標準，有機質(zhì)和N、P、K等養(yǎng)分較高的物料，可以根據(jù)市場的需求，作為有機肥的基質(zhì)，生產(chǎn)生物活性有機肥，用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；對于一些重金屬含量符合國家污泥農(nóng)用標準，有機質(zhì)和N、P、K等養(yǎng)分含量較低的物料，可以作為營養(yǎng)土用于土壤改良，土壤生態(tài)修復；對于部分重金屬含量略微超過污泥農(nóng)用標準，不會對地下水造成危害的物料可以用于城市綠化，植樹造林和當年不用于放牧的荒山、沙地的植被修復；對于重金屬嚴重超標，可能對環(huán)境造成污染的物料，根據(jù)危險品處理辦法干化后焚燒或另行處理。對于石油化工等行業(yè)的含油污泥，一般干泥的熱值大于4000大卡，干化后可以進行熱能回收；對于食品行業(yè)等蛋白質(zhì)含量較高的污泥，發(fā)酵干化后也可以考慮作為蛋白飼料。據(jù)了解在微生物技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位的日本，正在采用微生物與設備結(jié)合的方式處理有機廢棄物。我們公司從2001年開始應用DMFD技術(shù)工業(yè)化處理污泥等有機廢棄物至今，在生物菌的篩選、培育，在處理不同種類有機物的菌種選擇搭配，在設備與生物菌的配合以及設備的處理能力、工藝參數(shù)等各個技術(shù)層面上積累了豐富的經(jīng)驗，整套處理技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。DMFD技術(shù)可以在全國各地應用，既解決當?shù)氐某青l(xiāng)有機廢棄物的污染問題，又為當?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)的有機質(zhì)，符合我國發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和建設和諧社會的發(fā)展方向，我們也有在大慶、大