本發(fā)明屬于有機(jī)固體廢物處置領(lǐng)域，涉及一種污泥的生物干化方法，具體涉及一種降低生物干化過程中污泥含水率和溫室氣體排放量的方法。

背景技術(shù)：

1、隨著我國城市化進(jìn)程的加快，污水處理量不斷增加，污泥的產(chǎn)量也隨之增長。污泥中含有大量的有機(jī)物、重金屬和病原體，如果不進(jìn)行妥善處理，會污染土壤和水源，對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康構(gòu)成威脅。此外，污泥的高含水率(通常在80％以上)增加了處理和運(yùn)輸?shù)某杀?，同時也限制了污泥的資源化利用。因此，需要對污泥進(jìn)行高效脫水，并減少脫水過程中溫室氣體排放，在短時間內(nèi)獲得穩(wěn)定性質(zhì)的干化產(chǎn)物并對環(huán)境友好。

2、生物干化作為一種成本低、環(huán)境友好和資源化潛力大的干化技術(shù)，在近幾年備受關(guān)注。生物干化技術(shù)通過微生物的代謝作用，將污泥中的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為微生物自身的生物熱，同時釋放出水分，從而達(dá)到降低污泥含水率的目的。盡管生物干化具有諸多優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也會遇到一些問題，如微生物活性受環(huán)境條件影響大、處理周期長、對操作條件要求嚴(yán)格等。不僅如此，生物干化過程中還會產(chǎn)生惡臭和溫室氣體排放問題，具體是微生物的代謝活動不可避免地會產(chǎn)生二氧化碳(co2)、甲烷(ch4)和氧化亞氮(n2o)等溫室氣體，特別是在厭氧條件下，甲烷的產(chǎn)生量較大，其溫室效應(yīng)是二氧化碳的25倍左右?？梢?，生物干化過程中的含水率的降低和溫室氣體排放問題不容忽視。為此，本技術(shù)發(fā)明人提出了一種污泥的生物干化方法，先對生物質(zhì)材料進(jìn)行烘焙處理，然后將烘焙處理后制成烘焙產(chǎn)物、污泥、生物炭材料、調(diào)理劑混合制成混合物料進(jìn)行生物干化，但在以下方面仍然需要進(jìn)一步改良：(1)微生物特別是嗜熱微生物的繁殖與生長啟動慢，導(dǎo)致生物干化體系的升溫速率慢，難以高效去除污泥中的水分，其中污泥的含水量在11天內(nèi)僅能降低至30％左右；(2)通過改善堆體的結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)成分，以及通過改變孔隙率和增加反應(yīng)器空間的表面積，難以有效控制微生物對營養(yǎng)物質(zhì)(如碳源、氮源)的吸收和生物利用度，進(jìn)而難以有效調(diào)控污染氣體特別是含氧溫室氣體(如co2和n2o)的產(chǎn)生，不僅難以調(diào)控污染氣體的產(chǎn)量，而且污染氣體的排放量仍然偏高。因此，獲得一種能夠快速降低污泥含水率且能夠有效降低溫室氣體排放量的污泥生物干化方法，對于有效降低生物干化過程中污泥含水率和溫室氣體排放量，以及實現(xiàn)污泥的資源化利用具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種降低生物干化過程中污泥含水率和溫室氣體排放量的方法，該方法既可以高效去除污泥中的水分，也能顯著降低溫室氣體排放量。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種降低生物干化過程中污泥含水率和溫室氣體排放量的方法，包括以下步驟：

4、s1、將污泥a、生物質(zhì)a、生物炭a、氧化鈣混合，得到混合物料a；

5、s2、對步驟s1中得到的混合物料a進(jìn)行生物干化，所述生物干化過程中，在進(jìn)行25h后，往所述混合物料a中加入氯化鎂，完成對污泥的生物干化處理。

6、上述的方法，進(jìn)一步改進(jìn)的，步驟s2中，所述生物干化過程中，在進(jìn)行至25h～50h期間，往所述混合物料a中加入氯化鎂。

7、上述的方法，進(jìn)一步改進(jìn)的，步驟s1中，所述氧化鈣的加入量為所述混合物料a干重的1％～4％。

8、上述的方法，進(jìn)一步改進(jìn)的，步驟s2中，所述氯化鎂的加入量為所述混合物料a干重的1％～4％。

9、上述的方法，進(jìn)一步改進(jìn)的，步驟s1中，所述氧化鈣的加入量為所述混合物料a干重的2％～3％。

10、上述的方法，進(jìn)一步改進(jìn)的，步驟s2中，所述氯化鎂的加入量為所述混合物料a干重的2％～3％；所述氯化鎂為無水氯化鎂。

11、上述的方法，進(jìn)一步改進(jìn)的，步驟s1中，還包括加入馴化污泥；所述馴化污泥的添加量為所述污泥a重量的20％～25％。

12、上述的方法，進(jìn)一步改進(jìn)的，所述馴化污泥由污泥b、生物質(zhì)b、生物炭b經(jīng)馴化后制得，包括以下步驟：

13、(1)將污泥b、生物質(zhì)b、生物炭b混合，得到混合物料b；

14、(2)對混合物料b進(jìn)行馴化處理，得到馴化污泥。

15、上述的方法，進(jìn)一步改進(jìn)的，步驟(1)中，所述生物質(zhì)b為小麥秸稈、油茶餅粕、油茶殼、蘆葦中的至少一種；所述生物質(zhì)b的添加量為所述污泥b重量的35％～40％；所述小麥秸稈為粉末狀，粒徑為4mm～5mm；所述油茶餅粕為粉末狀，粒徑為20目～50目；所述生物炭b為竹炭、稈類生物炭、花生殼生物炭、污泥生物炭、糞污類生物炭中的至少一種；所述生物炭b的添加量為所述污泥b和生物質(zhì)b總干重量的5％；所述生物炭b的粒徑為60目～80目。

16、上述的方法，進(jìn)一步改進(jìn)的，步驟(2)中，所述馴化處理在好氧條件下進(jìn)行；所述馴化處理過程中，在第0、1、3、5、8、11、15和21進(jìn)行翻堆處理；所述馴化處理的時間為21天；所述馴化處理完成后還包括以下處理：將馴化處理后得到的物料置于細(xì)菌培養(yǎng)室中在60℃下放置24h。

17、上述的方法，進(jìn)一步改進(jìn)的，步驟s1中，所述混合物料a的含水率為55％～60％。

18、上述的方法，進(jìn)一步改進(jìn)的，所述生物質(zhì)a為小麥秸稈、油茶餅粕、油茶殼、蘆葦中的至少一種；所述生物質(zhì)a的添加量為所述污泥a重量的35％～40％；所述小麥秸稈為粉末狀，粒徑為4mm～5mm；所述油茶餅粕為粉末狀，粒徑為20目～50目；所述生物炭a為竹炭、稈類生物炭、花生殼生物炭、污泥生物炭、糞污類生物炭中的至少一種；所述生物炭a的添加量為所述馴化污泥、污泥a和生物質(zhì)a總干重量的5％；所述生物炭a為粉末狀，粒徑為60目～80目。

19、上述的方法，進(jìn)一步改進(jìn)的，步驟s2中，所述生物干化的時間為6天～21天。

20、上述的方法，進(jìn)一步改進(jìn)的，步驟s2中，所述生物干化的時間為6天～11天。

21、上述的方法，進(jìn)一步改進(jìn)的，步驟s2中，所述生物干化過程中還包括以下處理：對混合物料a進(jìn)行曝氣和翻堆，在第0天對混合物料a進(jìn)行曝氣處理，所述曝氣處理的次數(shù)為3次，所述曝氣處理過程中控制曝氣量為0.4l/min?kg，單次所述曝氣處理的曝氣時間為30min，在第1、3、5、8、11、15和21天各翻堆一次。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

23、(1)針對現(xiàn)有污泥生物干化方法中存在干化效率低、污染氣體排放量大等問題，本發(fā)明創(chuàng)造性地提出了一種降低生物干化過程中污泥含水率和溫室氣體排放量的方法，通過在生物干化過程中先后加入氧化鈣和氯化鎂，可在氧化鈣和氯化鎂的共同作用下，高效去除污泥中的水分，以及顯著降低溫室氣體的產(chǎn)量和排放量，具體如下：(a)先加入的氧化鈣，通過放熱反應(yīng)加速水分蒸發(fā)，而后加入的氯化鎂通過吸濕作用進(jìn)一步降低污泥的水分，除此以外，氯化鎂作為一種強(qiáng)吸濕劑，能夠吸收污泥中的游離水分，與氧化鈣的脫水作用相結(jié)合，顯著提高了污泥的脫水效率，不僅如此，氯化鎂的加入還可以改變污泥的表面張力，降低水分子與污泥顆粒之間的粘附力，使得水分更容易從污泥中分離出來，由此在氧化鈣和氯化鎂的協(xié)同作用，污泥的脫水速度加快，從而縮短了整個干化周期，提高了干化效率；特別是，經(jīng)過氧化鈣和氯化鎂處理的污泥，其含水率大幅降低，更適合進(jìn)行資源化利用，如作為肥料、土壤改良劑或建筑材料，并且這種處理方式還可以降低微生物活性，減少了病原體和有害物質(zhì)的傳播風(fēng)險。(b)在影響污泥內(nèi)部環(huán)境方面，先加入氧化鈣可以提高污泥的ph值，有助于抑制微生物活動，減少有機(jī)物質(zhì)的分解，而后加入的氯化鎂則有助于形成穩(wěn)定的污泥結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)污泥的滲透壓并促進(jìn)有機(jī)物的降解，不僅如此，氧化鈣可以中和污泥中的酸性物質(zhì)，減少惡臭氣體的產(chǎn)生，而氯化鎂的吸濕作用有助于控制污泥的濕度，進(jìn)一步減少惡臭。(c)通過先后添加氧化鈣和氯化鎂，可以控制微生物的生長條件和處理環(huán)境，以確保處理過程的穩(wěn)定性和安全性，為微生物的生長環(huán)境提供有利條件，具體為：一方面，氧化鈣作為一種堿性物質(zhì)，可以中和污泥中的酸性物質(zhì)，提高污泥的ph值，這種ph值的調(diào)整有助于創(chuàng)造一個適宜微生物生長和代謝的環(huán)境，不僅如此，氧化鈣和氯化鎂的化學(xué)反應(yīng)可以生成氫氧化鈣和氯化鈣，這些化合物可以為某些微生物提供必需的鈣和鎂營養(yǎng)元素，促進(jìn)其生長和代謝活動，另一方面，先加氧化鈣，可以提高污泥的溫度，為某些嗜熱微生物提供適宜的生長環(huán)境，同時加速微生物的代謝速率，而后加的氯化鎂由于吸濕作用可以降低污泥的水分，減少水分對微生物代謝的抑制作用，從而促進(jìn)微生物的代謝活動，進(jìn)而能夠提高污泥的干化效果。(d)在污泥理化性質(zhì)方面，氧化鈣和氯化鎂的添加可以改善污泥的物理結(jié)構(gòu)，增加孔隙率，提供更多的氧氣，還可以減少污泥中某些抑制微生物生長的物質(zhì)，如重金屬和有毒有機(jī)化合物，從而提高微生物的活性，增強(qiáng)微生物對環(huán)境變化的耐受性，不僅如此，氧化鈣和氯化鎂的添加可以改變污泥的化學(xué)環(huán)境，可能促進(jìn)不同微生物群落的形成和穩(wěn)定，增加微生物群落的多樣性，進(jìn)而能夠提高污泥的干化效果，以及降低污染氣體的產(chǎn)生量。(e)先后添加氧化鈣和氯化鎂，不僅能保證高效的除水效果，還可以減少生物干化過程中的能量損耗，具體為：通常情況下，生物干化需要消耗大量的能量來實現(xiàn)物料的干燥和處理，在本發(fā)明中，先后添加氧化鈣和氯化鎂之后，情況發(fā)生了積極的轉(zhuǎn)變，其中氧化鈣具有較強(qiáng)的吸水性，它能與物料中的水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氫氧化鈣并釋放出熱量，這部分熱量可以加速水分的蒸發(fā)，減少外部加熱所需的能量，同時，氫氧化鈣能調(diào)節(jié)物料的酸堿度，優(yōu)化微生物的生存環(huán)境，促進(jìn)微生物的代謝活動，提高干化效率，進(jìn)一步的，后加入的氯化鎂在一定條件下可以形成結(jié)晶水合物，吸收物料中的水分，從而降低水分含量，此外，氯化鎂還能影響微生物的細(xì)胞滲透壓，調(diào)節(jié)微生物的代謝過程，增強(qiáng)微生物分解有機(jī)物產(chǎn)生熱量的能力，有助于減少外部能源的投入，可見，在氧化鈣和氯化鎂的獨特化學(xué)性質(zhì)的共同作用下，能夠有效地促進(jìn)生物干化過程中的化學(xué)反應(yīng)，從而降低了對外部能源的依賴，不僅減少了能量的輸入，而且還優(yōu)化了整個生物干化流程的能源利用效率，使得原本高能耗的過程得到了顯著的改善。(f)通過先后添加氧化鈣和氯化鎂，可以減少污泥生物干化過程中溫室氣體的排放，具體是：氧化鈣在水中溶解后會形成氫氧化鈣，能夠提高體系的ph值，這種堿性環(huán)境有助于抑制厭氧微生物的生長，減少甲烷等溫室氣體的產(chǎn)生，并且氧化鈣與水反應(yīng)生成氫氧化鈣后，進(jìn)一步與二氧化碳反應(yīng)形成碳酸鈣，從而減少大氣中的二氧化碳濃度，更為重要的是，氯化鎂可以作為一種催化劑，促進(jìn)有機(jī)物的分解和轉(zhuǎn)化，減少在厭氧條件下產(chǎn)生的溫室氣體(如甲烷和二氧化碳)的排放，不僅如此，添加氧化鈣和氯化鎂后，干化后的生物質(zhì)可以作為肥料使用，改善污泥質(zhì)量，減少揮發(fā)性有機(jī)物的釋放，增加污泥的碳儲存能力，從而間接減少溫室氣體的排放。因此，本發(fā)明方法，在生物干化過程中先后加入氧化鈣和氯化鎂，可在氧化鈣和氯化鎂的共同作用下，高效去除污泥中的水分和顯著降低溫室氣體的產(chǎn)量，由此可以有效降低生物干化過程中污泥含水率和溫室氣體排放量，具有工藝簡單、操作方便、成本低、干化效率高、污染氣體排放量少、環(huán)境友好等優(yōu)點，不僅能夠有效解決污泥生物干化過程中溫室氣體減排問題，而且也有利于實現(xiàn)污泥快速減量，使用價值高，應(yīng)用前景好。

24、(2)本發(fā)明中，通過優(yōu)化氧化鈣的加入量為混合物料a干重的1％～4％，特別是氧化鈣的加入量為混合物料a干重的2％～3％時，不僅可以將堆體(混合物料a)的ph值調(diào)至合適范圍，還可以優(yōu)化堆體中微生物的組成和豐富度，從而能夠更加快速、高效的去除堆體中的水分，其中當(dāng)氧化鈣的劑量太低時，不利于堆體ph值的調(diào)節(jié)，難以獲得合適的ph，而當(dāng)氧化鈣的劑量太高，則會對嚴(yán)重脅迫微生物群落結(jié)構(gòu)，從而難以利用微生物產(chǎn)熱提高干化效果。另外，本發(fā)明中，通過優(yōu)化氯化鎂的加入量為混合物料a干重的1％～4％，特別是氯化鎂的加入量為混合物料a干重的2％～3％時，可以有效促進(jìn)堆體中有機(jī)質(zhì)的礦化速率，并為堆體微生物提供弱酸性的ph值。

25、(3)本發(fā)明中，在生物干化體系中還包括：添加馴化污泥，其中馴化污泥由污泥、生物質(zhì)、生物炭經(jīng)馴化后制得，通過添加馴化污泥，可以實現(xiàn)污泥生物干化中微生物的高效接種，不僅有利于提升污泥的品質(zhì)，還可以顯著提高污泥處理的效率和效果。此外，本發(fā)明添加馴化產(chǎn)物的污泥生物干化技術(shù)還具有以下優(yōu)勢：可以加速有機(jī)物分解，提高污泥穩(wěn)定性；減少惡臭，降低溫室氣體排放；提高資源化利用潛力，減少化學(xué)添加劑使用；增強(qiáng)污泥生物活性，提高熱值；促進(jìn)無害化處理，提高處理靈活性；降低能耗，促進(jìn)生態(tài)循環(huán)；提高安全性，這些優(yōu)點表明，添加馴化污泥在污泥生物干化過程中具有重要的應(yīng)用價值和前景。