生物工程技术处理污泥等有机固体废弃物

利用生物工程技术处理污泥等有机固体废弃物 张维民 肖莹露 关键词：有机固体废弃物 DM激活剂 污泥 生物活性营养土 生物活性有机肥 营养物质吸附转化 有害物质钝化 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激活剂技术，用于处理污泥等有机固体废弃物，该技术将微生物技术与专用设备和发酵装置有机结合，具有一次投资低，占地面积小，处理周期短，运行费用低，生成物品质好等特点。处理过程不排放废水、废气、废渣，不消耗燃料，是节能和环境友好型环保技术。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、概述北京大地阳光生物科技有限公司专业从事有机固废治理、生态农业、土壤生物修复以及实用生物技术的研究开发和应用，致力于用生物技术无害化处理和资源化利用各种有机废弃物，使废弃物重归自然，实现人与自然，自然与自然的良性循环。公司拥有自主知识产权的DM激活剂技术和与之配套的专用设备、工艺（专利号为.3和.5），我们将其命名为DMFD技术。它成功地解决了传统有机物堆肥的技术难题，利用现代生物工程技术，用较少的投资，较低的运行成本，较短的处理周期，最小的能源消耗和最小的环境代价处理污泥、生活垃圾有机物、人畜禽粪便、果渣、药渣、秸秆以及其它工业有机固体废弃物。经DMFD技术处理的有机废弃物，根据其营养成分，有机质含量和重金属含量来确定最终的用途。对于难于自然发酵的污泥，采用DMFD技术处理，具有独特的优势。1、有机废弃物回归大地是一种自然的方式 自然界本身具有净化功能，在工业化社会之前，各种有机废弃物并不是大自然的负担，亿万年以来自然界就是通过微生物自然降解把各种动物和人类的尸体、排泄物、枯萎的植物等变成土壤的一部分，为植物提供养分。在生活垃圾、畜禽粪便、污泥等有机废弃物中存在大量的各种微生物，除污泥等个别有机物因自身结构的特殊性难于自然发酵外，大部分有机物都是可以通过自然堆放实现发酵的，传统的堆肥也正式利用了这一特性。但是自然发酵的过程过于缓慢，尤其不适用于处理每天大量产生的各种污泥等有机废弃物。但我们从大自然中得到启示，可以采用现代生物技术处理这些有机物，把有机废弃物发酵成为有机肥或营养土去肥沃土地，再把植物变成食物，这是适应大自然自身规律的一种处理和循环利用方式。2、污泥等有机固废的焚烧、填埋破坏了有机质返回土地的自然循环焚烧、填埋等常规处理方式不能从根本上解决污染问题，污泥直接焚烧的热值过低，还要治理有害气体、粉尘污染，污泥焚烧的一次性投资和运行成本过高，需要国家提供大量的补贴和各项优惠政策才能够运行。城市垃圾卫生填埋工艺中最难处理的温室气体排放问题、恶臭问题、渗滤液问题都是由垃圾中的有机物引起的，污泥进入垃圾填埋场还存在难于压实，难于自然发酵的问题，直接影响垃圾填埋的土地再利用，被埋入地下的污泥也是对环境的一个潜在的威胁。更重要的是因为有机废弃物的处理方式和农民用肥习惯的改变，大部分有机物无法返回土壤中，破坏了土地的自然循环。众所周知，植物是自然界生物链的源头，植物来源于土壤，土壤为植物提供生长所需的营养，当人类从大地的索取多于给予时，也就是说当人们消费后的有机物不能返回土地时，土地的产出和投入就产生了不平衡。改革开放以来，我国的粮食、水果、蔬菜等农作物的产出量大幅度提高，但是大部分的土地只有氮、磷、钾等主要养分的补充，很少补充有机质和微量元素，对土地形成了一种掠夺式的利用。土壤中的有机质缺乏，地力下降，微生物环境遭到破坏，致使农作物品质下降，抗病虫害能力减弱，持续下去，土壤会越来越贫瘠，植物的产量和品质都将受到影响，这种影响将发生连锁反映，严重到足以影响人类和动物的生存。因此把有机质当成有限的资源，最大限度地土地利用应当引起人们的足够重视，这是关系到到农业生产安全和人们的身体健康的大事。多年来，很多有识之士都认为应该采用堆肥方式来处理污泥等有机固体废弃物，实现有机固体废弃物的土地利用。但传统的堆肥技术普遍利用有机固体废弃物中的土著菌，采用强制通风等好氧发酵方式。这种方式一般存在占地面积较大，发酵时间过长（一般完全发酵时间在2个月以上），耗电量大，有恶臭气体和渗滤液产生，发酵过程无法去除有害物质，产出物品质不稳定以及营养损失较大等问题，无法适应现代社会城市化和工业化对有机固废处理的要求，同时由于污泥组分的复杂性、有机胶体的粘稠性和有害微生物大量滋生以及人们谈泥色变的重金属污染问题，污泥的处置方法和土地利用需要技术上的突破。3、DMFD技术在治理环境污染的同时把污泥等有机废物变成有机质城市生活污水处理过程中所形成的大量污泥和其他一些生产及生活过程中所产生的各种废渣、废料等，均含有极高的有机质和丰富的氮、磷、钾等植物生长所不可缺少的营养物质。据资料介绍，国外城市污水污泥的有机质含量大多在50%以上，我国的城市污泥有机质含量平均在38%左右，即使是一般生活垃圾可利用的有机质含量也可达17-50%左右。这些废弃物经过DMFD的技术处理后，可以获得大量得有机质和养分，除部分有机废弃物重金属含量超过农用标准的以外，大部分经过发酵处理后是可以还田的，大约3吨有机固体废弃物可以生产1吨有机肥或营养土，用于农业生产，土壤生态修复和沙化土地、荒山治理等，从而成为一种宝贵的资源。国家在十五、十一五规划中连续两次提出的“沃土工程”计划。“十五”计划的 “沃土工程”突出土壤、肥料、水资源的优化配置，“十一五”农业发展规划纲要求“耕地退化率下降10个百分点，农田地力普遍提高1-2级”；“继续实施下一轮沃土工程，恢复提高基础地力，建成一批高产稳产、旱涝保收的基本农田”。应用DMFD技术将有机肥废弃物经生物发酵后生成生物活性营养土、土壤改良剂和优质的生物活性有机肥，能够有效替代或高效结合农用化学肥料而成为农业持续发展的重要保证。据报道我国每年产生各种有机废弃物如生活垃圾、粪便、污泥、果渣、秸秆等，我国城乡每天产生各种有机固体废弃近几百亿吨，以每亩地施用1吨营养土或有机肥计算，每年会使几十亿亩土地的有机质得到补充，这是利国利民的一件大事，需要国家、政府、专家、企业乃至全社会的共同努力。 二、技术简介DMFD污泥处理技术将微生物制剂菌、专用处理设备和阳光发酵棚有机结合，共同完成有机固体废弃物的发酵、脱水、除臭过程。1、微生物的作用用于污泥处理的微生物制剂中含有多种特殊功能的生物菌群，这些微生物互利共生、互生协同，各类微生物在各自的生长繁殖过程中所产生的物质成为相互利用的基质，同时释放能量，为处理工艺中的发酵、灭菌和脱水提供必要的条件， DM激活剂卓越的性能来源于其独特的微生物酶综合处理技术（Microbe Comprensive treatments technology）和营养物质的转化、吸附和有害物质的控制、钝化技术（Control adsorption release）。微生物制剂DM-L01中还有以孢子状态存在的具有解磷、解钾、固氮功能的活体微生物和一定量的生理活性物质。这些有益菌群被保留在发酵后的物料中，所含的生理活性物质对植物、土壤和DM菌群本身产生很强的激活作用。DM激活剂的应用领域非常广泛，系列产品分别用于处理污水处理厂污泥、大型养殖场的畜禽粪便、草炭腐殖土、秸秆、药渣、沼渣和城市生活垃圾中的有机物，经生物发酵生成营养土、有机肥。将糠醛、果渣、酒糟等有机废弃物经生物发酵生成蛋白饲料。将植物秸秆经生物发酵制成牛、羊的饲草。2、设备的作用和功能专用设备在发酵过程中既有自身独特的不可替代的作用，又使微生物制剂DM-L01的功能得以有效的发挥。机械处理方式能够改变污泥等有机废弃物的物理特性，还将布菌、翻抛、推移功能融为一体，工艺简单合理，从入料端送入的污泥，21天后从出料端输出成为营养土，物料进入发酵棚后由工艺设备自动完成全部工作，实现连续生产。特别设计的发酵棚为轻钢结构的阳光棚，有助于发酵、除臭、水分蒸发等功能。3、工艺流程计量包 装污泥等有机废弃物混合调 制发酵疏松输送脱 水优化配 方 制 粒筛 理粉 碎特制菌 种4、污泥处理过程的技术分析污泥处置分为以下三个阶段。第一阶段为发酵预处理，利用特定的机械设备改变污泥的物理特性，并均匀加入适量的DM激活剂（约350克/吨），调整待处理污泥的含水量到65%左右，对于需要制肥的物料还要在此阶段进行调质；第二阶段为发酵过程，DM激活剂在最短的时间内形成污泥发酵的主导菌的菌群优势，完成污泥的升温、发酵、去毒、加成、分解、吸附、钝化等过程，使污泥中的营养物质得以最大限度地保留，有害物质被最大限度地分解、去除和钝化，这一过程大约需要7天的时间。本阶段按时间顺序又分为：1激活期（物料加菌后1-3天）：DM-W01菌的旺盛繁殖，将污泥中的有机物如淀粉、简单糖类和蛋白质等迅速分解，释放出大量的热量，使物料温度很快升高。2高温期（第4-5天）：温度上升50度以上时，即进入高温阶段，由于温度上升和可分解物质的减少，嗜热性的纤维素分解菌逐渐代替了中温菌，此时处理物料中残留的和新形成的可溶性有机物继续被分解转化外，一些复杂的有机物如纤维素、半纤维素、果胶质等也开始迅速分解。物料中的腐殖质开始形成。3持续期（第6-7天）：当温度上升一段时间后，纤维素、半纤维素、果胶质等物质已大部分分解，余下的是诸如木质素等很难分解的复杂有机物以及新形成的腐殖质，这时，嗜热菌活动减弱，产热量减少，温度下降，物料体积大大减少，所以此阶段的物料保温性变差，为了促进发酵速度和效果，此时需要专用机械配合，增强养护培育条件，温度保持50-75度之间，残留物质进一步分解，腐殖质不断的积累，为进入熟化阶段打下基础。第三阶段的为进一步熟化和脱水过程，此时天然性有机质基本已经腐化分解，温度逐渐下降，此时需要设备与生物菌配合完成物料生温、保温、散发水分的工作，同时物料进一步熟化直至达到稳定状态，这一过程大约需要14天的时间，污泥的含水率下降至25%左右。考虑到处理后污泥的土地利用问题，我们把发酵温度控制在75以下，这样有利于DM激活剂中大量的具有解磷、解钾、固氮功能的土壤益生菌和生理活性物质的保存，他们在发酵物中处于休眠状态，在土壤环境中才被激活，菌群的数量大于0.2亿个/克。四、DMFD技术特点和优势1、投资少，占地小，处理周期短该装置日处理1吨污泥的设备投资仅为其它污泥干化技术投资的1/2-2/3。一个独立的污泥处理单元日处理量为25/日，占地约700平方米，处理后的产品不需要堆放和二次发酵，直接可以作为产品使用。对于土地紧缺的城市，独立处理单元可以立体组合，通过占用空间来节省土地。发酵棚为轻钢结构的阳光棚，物料在发酵槽中均匀分布，建筑物对地耐力的要求较小。污泥完全处理周期21天。2、运行成本低（1）、由于采用了先进的生物发酵技术，处理过程只需要添加生物菌和部分废弃物辅料，污泥制成营养土时消耗的菌种和辅料成本可控制在50元/吨左右，利用污泥制成商品肥的成本会高一些。（2）、污泥发酵和干化过程所需热量来源于生物热能和太阳能，只有工艺设备的机械运动消耗少量电能，处理每吨污泥用电量约5度。（3）、因设备自动化程度较高，工艺流程简化，运行稳定，操作方法容易掌握，操作人员较少，每条处理线需配备操作工人1-2人，人工成本相对较低。（4）、因发酵棚为密闭式阳光棚，仅在设备工作期间与外界交换空气时需要除臭设备工作，除臭成本较低。（5）、设备运行环境PH值接近中性，防腐处理简单，设备运行周期长，使用寿命长，维修费用低。3、生产过程不产生三废污泥发酵干化的全部生产过程，不产生废液，废渣，经除臭后气味指标符合国家二级空气标准。所有原料经处理后，除排出水蒸气和少量CO2以外，全部变成了营养土。4、生成物品质好污泥等有机废弃物经持续70度以上的高温发酵后，发酵彻底，无异味，杀菌灭卵，杀灭草籽，污泥经生物发酵生成的营养土，不但有机质含量高、还有大量的有益菌和部分生理活性物质。在土壤中施用，能够增加土壤有机质含量，提高土壤活性，改善土壤理化性，缓解土壤板结；还能够促进作物生长发育，促进作物早熟，使作物根系发达，茎粗、叶厚。提高作物抗旱、抗涝、抗寒、抗倒伏、抗病虫害能力，增产、增收效果明显。五、最终处理物的用途污泥经微生物发酵干化处理后，对于重金属含量符合国家有机肥标准，有机质和N、P、K等养分较高的物料，可以根据市场的需求，作为有机肥的基质，生产生物活性有机肥，用于农业生产；对于一些重金属含量符合国家污泥农用标准，有机质和N、P、K等养分含量较低的物料，可以作为营养土用于土壤改良，土壤生态修复；对于部分重金属含量略微超过污泥农用标准，不会对地下水造成危害的物料可以用于城市绿化，植树造林和当年不用于放牧的荒山、沙地的植被修复；对于重金属严重超标，可能对环境造成污染的物料，根据危险品处理办法干化后焚烧或另行处理。对于石油化工等行业的含油污泥，一般干泥的热值大于4000大卡，干化后可以进行热能回收；对于食品行业等蛋白质含量较高的污泥，发酵干化后也可以考虑作为蛋白饲料。据了解在微生物技术处于世界领先地位的日本，正在采用微生物与设备结合的方式处理有机废弃物。我们公司从2001年开始应用DMFD技术工业化处理污泥等有机废弃物至今，在生物菌的筛选、培育，在处理不同种类有机物的菌种选择搭配，在设备与生物菌的配合以及设备的处理能力、工艺参数等各个技术层面上积累了丰富的经验，整套处理技术处于世界领先水平。DMFD技术可以在全国各地应用，既解决当地的城乡有机废弃物的污染问题，又为当地的农业生产提供优质的有机质，符合我国发展循环经济和建设和谐社会的发展方向，我们也有在大庆、大连、北京、山东、云南等地的运行经验。六、 污泥处置的政策支持 有机固废处理，首先是一个环保问题，企业在环保技术研究开发和推广应用中用自己的微弱肩膀承担着社会责任，政府应当在政策和资金上予以支持，鼓励企业开发有利于社会公益的技术和产品，肯定企业对社会的贡献，才能形成一个良性循环。虽然我们在解决有机固体废弃物污染的同时充分考虑到资源化利用问题，但是，对于采用本技术处理有机固体废弃物，资源化利用只是对环保处理费用的部分补贴，而不能把它作为一个赢利性行业看待，这是从我国的实践和发达国家的经验中可以得出的结论。同时我国还有很多城市的工业污水和生活污水混合处理，在部分工业污泥或其它工业有机废弃物中，还不同程度存在各种重金属超标问题，会影响生物发酵后最终产品的使用价值，有些工业污泥当中的有害物质还可能使DM激活剂中的微生物发生中毒的现象，如果经本技术处理后的重金属含量仍然超过国家污泥农用标准，就不可以施用到农田中。但这并不妨碍DMFD技术作为一种有效的有机废弃物技术的推广和应用。因为DMFD技术首先是一种经济、有效、实用的有机废弃物处理方式，对于处理后的产品则要根据其品质决定其最终的出路。即适合农用的制成有机肥、土壤改良剂、生物营养土；不适合农用的则需要经过专家论证，由国家制定相应的标准，按照合适的方式进行处置消纳，并在生产的源头由具有处理资格的企业严格分类，控制流向。 张维民：DMFD技术发明人，多年从事有机固废微生物治理技术的开发和应用联系人：北京大地阳光生物科技有限公司 肖莹露 电话：010- 电邮：XIAOYL63网址：