造纸污泥做有机肥

                 

1 有机肥料的发展概况

我国素有利用有机肥的传统。早在3000多年前的春秋时期,我国农民就开始应用有机肥了,1905年我国开始引入化学肥料(化肥),到20世纪五六十年代,有机肥仍占主要地位。20世纪60年代以后,化肥用量迅速增加,有机肥的比重有所下降。据农业部农技推广中心的数据,有机肥在肥料总投入量中的比例,从1949年的99.9%下降到1990年的37.4%,2000年降至30.6%,2012年降至8%。就目前我国发展现状来看,有机肥的施用量估计已是化肥使用量的5%-10%。

在化肥的迅猛发展过程中,已经产生了污染生态环境,导致威胁人体健康的许多问题。

①氮素肥料可能引起的环境污染

  • 氨的挥发和反硝化脱氮对大气环境的污染

  • 氮素的流失对地表水和地下水环境的污染

  • 氮素引起农产品,尤其是食品中硝酸盐的富集

②磷素肥料可能引起的环境污染:

  • 磷素随地表径流造成地表水体的富营养化

  • 磷素生产过程中引起的大气氟污染,而施用时可能带来重金属镉等的污染及放射性元素的污染

③有机肥的缺乏和偏重使用无机化肥的习惯,致使农产品品质降低,同时恶化了土壤的物理、化学及生物学性状,破坏了土壤中营养元素的正常比例,导致土壤肥力下降。

我国农业科技人员普遍认为,土地施肥中,有机肥以占50%左右的比例为好,高产田可以低一些,化肥与有机肥的比例约为60:40;而低产田可以高一些,化肥与有机肥的比例约为40:60。由此可见,目前我国有机肥的施用比例很不恰当。所以,发展商品有机肥,推广使用有机肥,成为目前我国肥料行业发展的必然趋势。

有机肥种类很多,其中最大项是畜禽粪尿与作物秸秆,还有绿肥、饼粕、草木灰、污泥、生活垃圾与污水、熏土等。合理施用有机肥一方面可以增加土壤有机质含量和多种生物活性物质,改善土壤物理、化学和生物学性状,提高土壤肥力;另一方面能够为作物提供渐进、持续、全面的养分供应,不仅可以增加作物产量,而且还能够改善农产品品质。有机肥和无机肥配合施用,还可以提高化肥的利用率和利用效率,在不降低产量的情况下,减少化肥的用量。

2 造纸污泥的特点和资源化利用方法

造纸污泥是一种有机质含量高的废弃物,造纸污泥中除含有大量的有机质外,还含有氮、磷、钾等农作物生长需要的微量元素。造纸污泥的重金属含量比城市污泥低,均低于GB4284-1984农用污泥污染物控制标准。在堆肥过程中,有机质在微生物的作用下进行矿化分解,合成新的更稳定的有机物,在此过程中重金属与污泥中含有的大量碳酸盐和硅酸盐反应而被钝化,有助于土壤中重金属元素(尤其是镉和铅)的保留,可避免其迁移到植物中,不会威胁人类食物链,还可对土壤起到改良作用。

在造纸废水处理和污泥脱水过程中一般需要加入絮凝剂,但其投加量很小,加入的聚合氯化铝会变成氢氧化铝,不会造成土壤板结;聚丙烯酰胺(PAM)即使在堆肥过程中没有被消化,也不会造成土壤板结,相反还会起到保土、保水、保肥和增产的作用。

处理造纸污泥一直是环保部门和造纸企业共同重视的问题,如何因地制宜地无害化处理和利用造纸污泥,不同规模的企业根据自己的设施情况选择了不同的方法。目前我国国内无害化处理造纸污泥的方式主要有:焚烧炉焚烧、混煤燃烧、制作有机肥、土壤改良剂和制备金属物脱硝催化剂。

利用现代技术,最大限度地减少造纸生产过程中污泥的产生量,提高资源、能源利用率,综合利用生产过程中的废弃物,变废为宝是企业的根本出路。

造纸污泥做有机肥是造纸污泥资源化利用的方法之一。通过园林绿地施用污泥堆肥对环境的影响以及污泥用于农田、绿化、园林等研究,结果表明,造纸污泥堆肥综合利用具有合理性、科学性,不会导致重金属污染,所以造纸污泥是一种良好的有机肥料资源,用其制作有机肥是比较好的资源化利用途径。同时,在堆肥过程中需要一定的水分,正好解决了污泥含水量大、难脱水的难题。

污泥成分如下:pH值7.81;有机质345g/kg;钾含量4.483g/kg;汞含量0.568mg/kg;铬含量30.5mg/kg;镉含量0.1mg/kg;铅含量21.1mg/kg;砷含量6.48mg/kg。由上面的数据看出,有机质含量约34.5%,能满足有机肥的质量标准,重金属含量远低于我国NY525-2012农业部生物有机肥标准、GB18877-2002有机-无机复混肥国家标准和GB8172-1987城镇垃圾农用控制标准限量指标(见表1),可以作为有机复混肥原料使用。

3 造纸污泥做有机肥生产工艺介绍

3.1 工艺流程

处理造纸污泥生产有机肥的工艺流程见图1。

3.2 原料配比

堆肥混合物比例(质量比)为:造纸污泥60%,生鸡粪10%,花生壳粉30%,好氧肥菌0.1%。混合后的混合物水分含量约55.5%,C/N为26.64:1。

3.3 发酵过程

好氧堆肥工艺过程为:前处理、主发酵、后发酵、后处理、贮存。堆肥高度1.5m,堆宽4m。

(1)前处理阶段:主要是混合均匀,按原料配比,用皮带输送机送到搅拌机中搅拌均匀,然后用铲车送往发酵槽中发酵。

(2)主发酵阶段:从开始发酵,经中温、高温然后到温度开始下降的整个过程,一般需要10-14天,其中高温(约70℃)阶段持续时间6-8天。翻抛机每天翻抛1次。

(3)后发酵(陈化)阶段:物料经过主发酵阶段后,还有一部分易分解和大量难分解的有机物存在,需将其送到陈化车间,堆成1-1.5m高的堆垛进行二次发酵并腐熟。每2~3天翻抛1次。当温度稳定在40℃左右时即可达到腐熟。一般需14-20天,C/N为(15-20):1。

(4)后处理阶段:对发酵熟化的堆肥进行处理,进一步去除堆肥中前处理过程没有去除的杂质,进行必要的破碎和筛选过程,经处理后得到的精制堆肥含水在30%左右,然后装袋。

(5)贮存阶段:袋装的有机肥贮存时要注意保持干燥通风,防止闭气受潮。

4 影响污泥堆肥效果的因素

4.1 C/N

堆肥过程中,C元素是堆肥微生物的基本能量来源,也是微生物细胞构成的基本材料。微生物在分解含碳有机物的同时,利用部分氮素来构建自身细胞体。N是构成细胞中蛋白质、核酸、氨基酸、酶、辅酶的重要成分。微生物在生长繁殖时最佳C/N应为(25~35 ):1。一般情况下,C/N过高,微生物生长繁殖所需的氮素来源受到限制,微生物繁殖速度低,有机物分解速度慢,发酵时间长,有机原料损失大,腐殖化系数低,并且堆肥产品C/N过高,施入土壤后容易造成土壤缺氧,使作物生长发育受限。C/N过低,微生物生长繁殖所需的能量来源受到限制,发酵温度上升缓慢,氮过量并以氨气的形式释放,有机氮损失大,还会散发难闻的气味。所以合理调节堆肥原料中的C/N,是加速堆肥腐熟、提高腐殖化系数的有效途径。

禾本科植物的C/N较高,约为(40~100):1之间;畜禽粪便、城市污泥C/N较低,约为(10~30):l0,为达到理想的堆肥效果,通常用C/N较高的秸秆粉、草炭、蘑菇渣等与C/N较低的畜禽粪便、城市污泥等进行混合调整。在堆肥过程中,由于微生物作用,有近2/3的C元素会以CO

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的形式释放出来,剩余部分与N元素一起合成细胞生物体,所以堆肥化过程是一个C/N逐渐下降并趋于稳定的过程,腐熟堆肥的C/N一般为15:1左右。

4.2 含水率

在堆肥工艺中,堆肥原料的含水率对发酵过程影响很大,水的作用一是溶解有机物,参与微生物的新陈代谢;二是可以调节堆肥温度,当温度过高时可通过水分的蒸发,带走一部分热量。水分太低妨碍微生物的繁殖,使分解速度缓慢,甚至导致分解反应停止。水分过高则会导致原料内部空隙被水充满,使空气量减少,造成向有机物供氧不足,形成厌氧状态。同时因过多的水分蒸发,而带走大部分热量,使堆肥过程达不到要求的高温阶段,抑制了高温菌的降解活性,最终影响堆肥的效果。实践证明堆肥原料的水分在50%~60%为宜。

4.3 温度

对堆肥而言,温度是堆肥得以顺利进行的重要因素,温度会影响微生物的生长,一般认为高温菌对有机物的降解效率高于中温菌。堆肥初期,堆体温度一般与环境温度相一致,经过中温菌1~2天的作用,堆肥温度便能达到高温菌的理想温度50~65℃,在这样的高温下,一般堆肥只要5~6天即可达到无害化要求。过低的温度将大大延长堆肥达到腐熟的时间,而过高的堆肥温度(≥70℃)将对堆肥微生物产生不利影响。

据研究资料介绍,在55℃时加热7min和在50℃时加热60min蛔虫卵基本消失,但在47℃时,加热2h的蛔虫卵也不被破坏。为了能保证彻底消灭蛔虫卵,好氧堆肥的高温阶段温度不应低于50℃。

4.4 通风供氧

通风供氧是堆肥成功的关键因素之一。堆肥需氧的多少与堆肥物料中有机物含量有关,堆肥物料中的有机碳越多,其耗氧率越大。堆肥过程中合适的氧浓度为18%,一旦低于18%,好养堆肥中微生物生命活动将受到限制,容易使堆肥进入厌氧状态而产生恶臭。

对于好氧堆肥而言,氧气是微生物赖以生存的物质条件,供氧不足会造成大量微生物死亡,使分解速度减慢;但供冷空气量过大又会使温度降低,尤其不利于耐高温菌的氧化分解过程,因此供氧量要适当,一般为0.1~0.2m

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/m

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·min),供氧方式是靠强制通风。保持物料间一定的空隙率很重要,物料颗粒太大使空隙率减小,颗粒太小其结构强度小,一旦受压会发生倾塌压缩而导致实际空隙减小。因此颗粒大小要适当,颗粒直径一般在0.32~1.27cm之间。

4.5 堆肥的pH值

pH值对微生物的生长也是重要影响因素之一,一般微生物最适宜的pH值是中性或弱碱性,pH值太高或太低都会使堆肥处理遇到困难。此外,pH值也会影响氮的损失,pH值在7. 0以上时,氮以氨的形式挥发,因此,一般维持堆肥的pH值在6.5~8.0之间,pH值低可用少量的石灰调节。

4.6 好氧菌剂

目前市面堆肥的好氧菌剂品种较多,加入少量微生物菌剂可以加快堆腐物料的发酵速度,但会增加成本,根据发酵情况,可在翻抛过程中少量添加。

5 生物有机肥生产效益和肥效试验

经核算,有机肥成本为325.31元/吨,出厂价500元/吨,每吨利润174.69元,年产3万吨的有机肥厂年利润有524.07万元,经济效益可观。在小油菜地进行有机肥施用田间试验,试验地小油菜在常规施肥减量10%的基础上,底施生物有机肥160kg/亩,比常规施肥增产188.3kg,增产率11.61%;比不施肥的空白对照相比,每亩增产785.83 kg,增产率76.67%,增产效果显著。