專利名稱：一種利用剩余活性污泥生產(chǎn)的一次性可降解材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢物資源化利用環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用剩余活性污泥生產(chǎn) 的一次性使用可降解材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著城市化進程的加快，城市污水處理率逐年提高，城市污水處理廠的剩余污 泥也急劇增加。據(jù)統(tǒng)計，2006年我國污水處理總量1.6X101(I噸(t)，同時污泥總量為 1. 6 X 107t (含水率80 %左右)。有關(guān)專家預(yù)算，到“十一五”末，我國城鎮(zhèn)污水處理量達到 3.0\10、，那時剩余污泥產(chǎn)量將達到3.0\10、，而且每年還以10% 15%的速度增加。 如何安全經(jīng)濟地處置城市污泥是世界各國共同面臨的問題，解決這一世界難題對我國來說 刻不容緩。目前國內(nèi)外處理污泥的方法主要有衛(wèi)生填埋、焚燒、土地利用、投海。但是它們也 帶來了一系列的環(huán)境問題衛(wèi)生填埋操作簡單，投資費用較小，處理費用較低，適應(yīng)性強，但是其占用了大量 的土地資源，破壞生態(tài)環(huán)境，侵占土地嚴(yán)重，如果防滲技術(shù)不夠，將導(dǎo)致潛在的土壤污染和 地下水污染。由于滲濾液對地下水的潛在污染和城市用地的減少等原因，衛(wèi)生填埋的處理 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求越來越高，污泥填埋處置所占比例越來越小。在歐洲，剩余污泥與城市垃圾混 合填埋比較多，但呈逐年下降趨勢，美國污泥填埋的比例也正逐步下降，許多地區(qū)甚至已禁 止污泥填埋。在我國，填埋仍然是最主要的污泥處置方式，而且多數(shù)采用混合填埋。焚燒最大優(yōu)點是可以迅速和較大程度地使污泥減量，并且在惡劣的天氣條件下不 需存儲設(shè)備，能夠滿足越來越嚴(yán)格的環(huán)境要求和充分地處理不適宜于資源化利用的部分污 泥。但是其缺點在于污泥焚燒所需的基建投資和運行費用較高，并且焚燒會產(chǎn)生一定的煙 塵和有毒物質(zhì)，造成大氣污染，使污泥形成二次污染。污泥土地利用是各國較為關(guān)注的處置方法，它與其他方法相比，不僅能耗低，而且 還可回收利用污泥中大量的植物養(yǎng)分。污泥中含有豐富的有機營養(yǎng)成分，如氮、磷、鉀等和 植物所需的各種微量元素，其中有機物的濃度占40 % 70 %，其含量高于普通農(nóng)家肥，能 夠改良土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤肥力，促進作物生長。影響其推廣的因素是可能引起的病原體擴 散和重金屬污染。因此各國先后出臺了農(nóng)用污泥重金屬許可濃度標(biāo)準(zhǔn)和嚴(yán)格的衛(wèi)生無害化 要求，并對單位面積污泥使用量做了限制。為減少或消除污泥直接施于農(nóng)田可能產(chǎn)生的不 良影響，需對污水廠的進水水質(zhì)進行控制并對污泥進行預(yù)處理。鑒于污水廠設(shè)計流量大，所 產(chǎn)生的污泥量也較多，試圖通過化學(xué)方法去除重金屬離子幾乎是不可能的。因此只有限制 排放重金屬離子污染源的污染物排放總量，使污水廠污泥達到農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)。同時還應(yīng)對污泥 進行堆肥預(yù)處理，以消除污泥中的大量生化有機物及病原菌。其實，污泥中有豐富的未開發(fā)的資源，如可生物降解塑料原料的聚羥基烷酸酯 (polyhydroxyalkanoates, PHA)值得我們深入的研究，并加以綜合利用。聚羥基烷酸酯是污泥中某些微生物在營養(yǎng)不平衡的條件下(缺氮、磷、鎂等)產(chǎn)生的一種細胞內(nèi)含物，由于 其結(jié)構(gòu)與石油基塑料結(jié)構(gòu)和功能上很相似，而且又能夠在自然條件下完全降解，是目前由 SM^I原料生產(chǎn)的不可降解塑料的理想替代品，因而成為近幾年國外內(nèi)研究的熱點。目前研發(fā)的產(chǎn)PHA的方法主要有細菌純培養(yǎng)和剩余活性污泥混合菌種發(fā)酵，前者 已工業(yè)化大生產(chǎn)。細菌純培養(yǎng)主要是通過篩選高產(chǎn)菌種或構(gòu)建基因工程菌，經(jīng)過工業(yè)發(fā)酵 罐生產(chǎn)，但其工藝復(fù)雜，價格昂貴。剩余活性污泥混合菌種發(fā)酵與純培養(yǎng)相比少了滅菌等 工藝，降低了固定資產(chǎn)投資，以及生產(chǎn)運作和管理方面的成本，但是生產(chǎn)PHA成本最高的部 分——有機溶劑萃取和純化過程仍然是不可缺少的。針對以上問題，如何在降低生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上利用剩余活性污泥中富含的PHAjn 何開辟一條符合我國國情的污泥無害化、減量化、穩(wěn)定化、資源化處理的新途徑是我們所共 同面臨的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)有剩余活性污泥處理利用技術(shù)的不足而發(fā)明的一種全新的剩余 活性污泥資源化方案。本發(fā)明的目的之一是提供一種利用脫水剩余活性污泥生產(chǎn)的一次性 可降解材料；本發(fā)明的另一個目的是提供所述一次性可降解材料的制備方法，旨在解決現(xiàn) 有技術(shù)存在的污泥二次污染造成的環(huán)境污染問題，同時將污泥資源化利用，達到環(huán)保節(jié)能 的目的。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)提供一種利用剩余活性污泥生產(chǎn)的一次性可降解材料，其原料包括以下重量百分 比的各組分污泥40 70 %，纖維15 30 %，膠黏劑15 30 %，潤滑劑0 5 %，脫硫 劑0 5%0本發(fā)明所述利用剩余活性污泥生產(chǎn)的一次性可降解材料，其原料優(yōu)選包括以下重 量百分比的各組分污泥50 65%，纖維17 25%，膠黏劑18 25%，潤滑劑0 3%，脫硫劑0 3%。本發(fā)明所述利用剩余活性污泥生產(chǎn)的一次性可降解材料，其原料中可以不使用潤 滑劑和脫硫劑，在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，所述原料優(yōu)選包括以下重量百分比的各組分污 泥50 65%，纖維17 25%，膠黏劑18 25%，潤滑劑1 3%，脫硫劑1 3%。更為優(yōu)選的，上述的利用剩余活性污泥生產(chǎn)的一次性可降解材料，其原料包括以 下重量百分比的各組分污泥57%，纖維20%，膠黏劑19%，潤滑劑2%，脫硫劑2%。所述污泥優(yōu)選脫水污泥或經(jīng)過馴化后富含聚羥基烷酸酯(PHA)的市政污泥或工 業(yè)污泥；所述纖維優(yōu)選稻草纖維、木屑、甘蔗渣或藥渣中的一種或多種，采用多種時，混合的 比例不做嚴(yán)格限定；所述膠黏劑優(yōu)選聚乙烯醇、酚醛樹脂、脲醛樹脂或變性淀粉中的一種或 多種，采用多種時，混合的比例不做嚴(yán)格限定；所述潤滑劑優(yōu)選硬脂酸鋇或硬脂酸鎂的一種 或兩種，采用兩種時，混合的比例不做嚴(yán)格限定；所述脫硫劑優(yōu)選氧化鈣。本發(fā)明同時提供了所述利用剩余活性污泥生產(chǎn)的一次性可降解材料的制備方法， 包括以下步驟(1)將污泥脫水至水份含量在70 90% (重量百分數(shù))的范圍；可將脫水市政污泥或工業(yè)污泥或馴化后富含聚羥基烷酸酯(PHA)剩余活性污泥進一步脫水至水份含量控制在70 90%的范圍；(2)將脫水污泥和甲醛投入到反應(yīng)釜中，進行攪拌，然后用氨水調(diào)節(jié)其PH值至8左 右，加熱使反應(yīng)釜維持在陽 60°C之間；成糊狀反應(yīng)物時取出至盛器；(3)將糊狀反應(yīng)物烘干至含水量為20 30% (重量百分數(shù))左右，然后粉碎成粉 末；(4)將纖維材料蒸煮脫膠后烘干收集；(5)然后將步驟C3)制備得到的污泥樹脂粉末、步驟(4)收集的纖維材料與膠黏 劑、潤滑劑和脫硫劑的混合物放入攪拌機內(nèi)混合均勻，取出高溫加壓成型，獲得成型的利用 剩余活性污泥生產(chǎn)一次性可降解材料。上述步驟⑵所述脫水污泥和甲醛的重量比為9 1 19 1 ；所述反應(yīng)釜在 55 60°C之間維持時間優(yōu)選80 120min ；上述步驟(3)所述烘干優(yōu)選的溫度范圍優(yōu)選80 90°C。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明選用具有膠黏作用的剩余活污泥。選用合適比例的纖維，使其發(fā)揮填料和 適宜的交聯(lián)作用，采用膠黏劑除了發(fā)揮其膠黏作用外，將所述膠黏劑與污泥混合一起后，還 可起到防霉，防水作用，延緩成品的降解時間，所述潤滑劑增加本發(fā)明材料的可塑性，使高 壓成型后容易脫模，脫硫劑氧化鈣一方面可以固定污泥中游離狀態(tài)的硫元素，同時還能鈍 化污泥中游離的重金屬元素，使其變成不溶性的重金屬鹽，此外氧化鈣還具有殺菌除臭作 用，阻止成品被微生物快速降解。為剩余活性污泥再利用提供新途徑，不僅能變廢為寶，而 且還能為污水處理廠帶來經(jīng)濟效益，降低了剩余活性污泥處理成本，減少剩余活性污泥造 成的環(huán)境污染；本發(fā)明終產(chǎn)品作為一次性使用塑料制品的代替品，減少目前廢棄塑料制品 對環(huán)境的污染。本發(fā)明制備工藝簡單，原材料易得，通過最低成本的方法解決污泥處置技術(shù)問題。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例進一步詳細說明本發(fā)明。下述實施例中所使用的試驗方法如 無特殊說明，均為常規(guī)方法；所使用的材料、試劑等，如無特殊說明，為可從商業(yè)途徑得到的 試劑和材料。實施例1取來自于廣州大坦沙污水廠的市政污泥經(jīng)常規(guī)馴化方法(即缺氮缺磷只添加碳 源，采用SBR系統(tǒng))馴化后富含聚羥基脂肪酸酯(PHA濃度為細胞干重的60%以上)的剩余 活性污泥經(jīng)離心處理至含水率約90%，按照活性污泥甲醛的重量比為9 1將所述活性 污泥和甲醛加入到反應(yīng)釜中，用氨水(質(zhì)量濃度為25%)調(diào)節(jié)pH值至8.0左右，55 60°C 之間反應(yīng)120min，反應(yīng)物成糊狀時將混合物取出至盛器；將糊狀混合物在90°C烘干至含水率為30%左右，然后粉碎成粉末狀的污泥粉過 80目篩后備用；將稻草纖維粉粉碎后過50目篩后按常規(guī)堿法脫膠后收集；將污泥粉、稻草纖維、聚乙烯醇、硬脂酸鋇、氧化鈣按重量比57 20 19 2 2 的比例混合，送入攪拌機內(nèi)混勻，然后取出加壓成型即得利用剩余活性污泥生產(chǎn)的一次性可降解材料。實施例2取來自廣州大坦沙污水廠的市政剩余活性污泥不經(jīng)馴化直接離心處理至含水率 約90%，以活性污泥甲醛的重量比為11 1將所述活性污泥和甲醛加入到反應(yīng)釜中，用 氨水(質(zhì)量濃度為25%)調(diào)節(jié)pH值至8.0左右，55 60°C之間反應(yīng)120min，反應(yīng)物成糊 狀時將混合物取出至盛器；將糊狀混合物在90°C烘干至含水率為25%左右，然后粉碎成粉末狀的污泥粉過 80目篩后備用；將稻草纖維粉碎脫過50目篩后按常規(guī)堿法膠后收集；將污泥粉、稻草纖維、聚乙烯醇、硬脂酸鋇、氧化鈣按重量比為 61 17 18 2 2的比例混合送入攪拌機內(nèi)混勻，然后取出加壓成型利用剩余活性污 泥生產(chǎn)的一次性可降解材料。實施例3取來自于廣州獵德污水廠的市政污泥經(jīng)常規(guī)馴化方法馴化后富含聚羥基脂肪酸 酯(PHA濃度為細胞干重的60%以上)的剩余活性污泥經(jīng)離心處理至含水率約90%，以活 性污泥甲醛的重量比為14 1將所述活性污泥和甲醛加入到反應(yīng)釜中，用氨水(質(zhì)量濃 度為25% )調(diào)節(jié)pH值至8. 0左右，55 60°C之間反應(yīng)lOOmin，反應(yīng)物成糊狀時將混合物 取出至盛器；將糊狀混合物在90°C烘干至含水率為20%左右，然后粉碎成粉末狀的污泥粉過 80目篩后備用；將木屑纖維粉碎后過50目篩后按常規(guī)堿法脫膠后收集。將污泥粉、木屑纖維、聚乙烯醇、硬脂酸鎂、氧化鈣按重量比為 56 18 22 2 2的比例混合送入攪拌機內(nèi)混勻，然后取出加壓成型利用剩余活性污 泥生產(chǎn)的一次性可降解材料。實施例4取來自于廣州獵德污水廠的市政剩余活性污泥不經(jīng)馴化直接離心處理至含水率 約90%，以活性污泥甲醛的重量比為16 1將所述活性污泥和甲醛加入到反應(yīng)釜中，用 氨水(質(zhì)量濃度為25%)調(diào)節(jié)pH值至8.0左右，55 601之間反應(yīng)801^11，反應(yīng)物成糊狀 時將混合物取出至盛器；將糊狀混合物在80°C烘干至含水率30%左右，然后粉碎成粉末狀。將甘蔗纖維粉碎過50目篩后按常規(guī)堿法脫膠后收集。將污泥粉、甘蔗纖維、酚醛樹脂、硬脂酸鎂、氧化鈣按53 25 18 2 2的比例 混合送入攪拌機內(nèi)混勻，然后取出加壓成型利用剩余活性污泥生產(chǎn)的一次性可降解材料。實施例5取來自于廣州獵德污水廠的市政污泥經(jīng)經(jīng)常規(guī)馴化方法馴化后富含聚羥基脂肪 酸酯(PHA濃度為細胞干重的60%以上)的剩余活性污泥經(jīng)離心處理至含水率約90%，以 活性污泥甲醛的重量比為19 1將所述活性污泥和甲醛加入到反應(yīng)釜中，用氨水(質(zhì)量 濃度為25% )調(diào)節(jié)pH值至8. O左右，55 60°C之間反應(yīng)120min，反應(yīng)物成糊狀時將混合 物取出至盛器；
將糊狀混合物在90°C烘干至含水率30%左右，然后粉碎成粉末狀。將木屑纖維粉碎過50目篩后按常規(guī)堿法脫膠后收集。將污泥粉、木屑纖維、聚乙烯醇、硬脂酸鋇、氧化鈣按55 17 24 2 2的比例 混合送入攪拌機內(nèi)混勻，然后取出加壓成型利用剩余活性污泥生產(chǎn)的一次性可降解材料。實施例6取來自于廣州石化廢水處理廠工業(yè)污泥經(jīng)經(jīng)常規(guī)馴化方法馴化后富含聚羥基脂 肪酸酯(PHA濃度為細胞干重的60%以上)的剩余活性污泥經(jīng)離心處理至含水率約90%， 以活性污泥甲醛的重量比為9 1將所述活性污泥和甲醛加入到反應(yīng)釜中，用氨水(質(zhì) 量濃度為25% )調(diào)節(jié)pH值至8. 0左右，55 60°C之間反應(yīng)120min，反應(yīng)物成糊狀時將混 合物取出至盛器；將糊狀混合物在90°C烘干至含水率30%左右，然后粉碎成粉末狀。將稻草纖維粉碎過50目篩后按常規(guī)堿法脫膠后收集。將污泥粉粉、稻草纖維、聚乙烯醇、硬脂酸鋇、氧化鈣按59 19 18 2 2的 比例混合送入攪拌機內(nèi)混勻，然后取出加壓成型利用剩余活性污泥生產(chǎn)的一次性可降解材 料。實施例7將上述實施例1 6所獲得的一次性可降解材料，測定其拉伸強度按GB/T 1040. 2-2006標(biāo)準(zhǔn)進行，抗壓強度按GB/T 1935-1991標(biāo)準(zhǔn)進行，吸水率按GB/T 1034-1998 標(biāo)準(zhǔn)進行，細菌總數(shù)按GB 4789. 2-2010標(biāo)準(zhǔn)進行，大腸桿菌總數(shù)按GB 4789.3-2010。其降 解性實驗，是將上述實施例制備得到的材料按照相同的現(xiàn)有工藝制做出來的花缽，分別置 于室內(nèi)常溫環(huán)境、室內(nèi)露天環(huán)境、掩埋于土壤中以及掩埋于污泥中，定期觀察其完整性和失 重情況。并記錄當(dāng)花缽失重率達到80%左右時所需的時間。其測定結(jié)果如下表所示表1 一次性可降解材料各項指標(biāo)參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種利用剩余活性污泥生產(chǎn)的一次性可降解材料，其特征在于原料包括以下重量百 分比的各組分污泥40 70%，纖維15 30%，膠黏劑15 30%，潤滑劑0 5%，脫 硫劑0 5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用剩余活性污泥生產(chǎn)的一次性可降解材料，其特征在于原料 包括以下重量百分比的各組分污泥50 65%，纖維17 25%，膠黏劑18 25%，潤 滑劑1 3%，脫硫劑1 3%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述利用剩余活性污泥生產(chǎn)的一次性可降解材料，其特征在于 原料包括以下重量百分比的各組分污泥57%，纖維20%，膠黏劑19%，潤滑劑2%，脫 硫劑2%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述利用剩余活性污泥生產(chǎn)的一次性可降解材料，其特征在 于所述污泥為脫水污泥、經(jīng)過馴化后富含聚羥基烷酸酯的市政污泥或工業(yè)污泥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述利用剩余活性污泥生產(chǎn)的一次性可降解材料，其特征在 于所述纖維為稻草纖維、木屑、甘蔗渣或藥渣中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述利用剩余活性污泥生產(chǎn)的一次性可降解材料，其特征在 于所述膠黏劑為聚乙烯醇、酚醛樹脂、脲醛樹脂或變性淀粉中的一種或多種；所述潤滑劑為 硬脂酸鋇或硬脂酸鎂的一種或兩種；所述脫硫劑為氧化鈣。
7.—種權(quán)利要求1、2或3所述利用剩余活性污泥生產(chǎn)的一次性可降解材料的制備方 法，包括以下步驟(1)將污泥脫水至水份含量在70 90%的范圍；(2)將脫水污泥和甲醛投入到反應(yīng)釜中，攪拌，調(diào)節(jié)其pH值為8，加熱使反應(yīng)釜維持在 55 60°C之間，成糊狀反應(yīng)物時取出；(3)將糊狀反應(yīng)物烘干至含水量為20 30%后粉碎成粉末；(4)將纖維材料蒸煮脫膠后烘干收集；(5)將步驟( 制備得到的污泥樹脂粉末、步驟(4)收集的纖維材料與膠黏劑、潤滑劑 和脫硫劑的混合物放入攪拌機內(nèi)混合均勻，取出后高溫加壓成型，獲得成型的利用剩余活 性污泥生產(chǎn)一次性可降解材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于步驟( 所述脫水污泥和甲醛的重量 比為9 1 19 1。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于步驟(2)所述反應(yīng)釜在55 60°C之 間維持時間為80 120min。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于步驟C3)所述烘干優(yōu)選的溫度范圍為 80 90 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用剩余活性污泥生產(chǎn)的一次性可降解材料及其制備方法。制備所述一次性可降解材料的原料包括以下重量百分比的各組分污泥40～70％，纖維15～30％，膠黏劑15～30％，潤滑劑0～5％，脫硫劑0～5％。本發(fā)明原材料簡單易得，制備工藝簡單，通過最低成本的方法解決污泥處置的難題，生產(chǎn)得到的一次性可降解材料，可用于制備比如花缽、垃圾桶、纖維板以及蛋托等，可以部分替代目前的一次性塑料物品，減少廢棄塑料制品對環(huán)境的污染。本發(fā)明為剩余活性污泥資源化提供新途徑，不僅能變廢為寶，而且還能為污水處理廠帶來經(jīng)濟效益，降低了剩余活性污泥處理成本，減少剩余活性污泥造成的環(huán)境污染。
文檔編號C08K3/22GK102079851SQ20101056516
公開日2011年6月1日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者龐旭, 胡文鋒 申請人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)