聚丙烯酸鈉(PAAS)在污水污泥堆肥中的應(yīng)用初探

[摘要]以聚丙烯酸鈉和鋸末為調(diào)理劑，采用強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)垛高溫好氧堆肥工藝，對(duì)添加高吸水性樹脂聚丙烯酸鈉對(duì)堆肥的促進(jìn)作用進(jìn)行了初步探討。結(jié)果表明:在污泥:鋸末:聚丙烯酸鈉=1:15%:0.5%(質(zhì)量比)的添加比例下，堆肥進(jìn)程良好，與沒有添加聚丙烯酸鈉的堆肥相比，堆肥達(dá)到高溫的時(shí)間較短，高溫的保持時(shí)間較長(zhǎng)，大于55℃的時(shí)間為4天，在第23天左右達(dá)到腐熟，堆肥產(chǎn)品疏松無(wú)臭，并且有較好的吸水、保水性能。

[關(guān)鍵詞]污泥堆肥調(diào)理劑聚丙烯酸鈉

隨著人口增多和污水處理的普及化，污泥的處理和處置顯得非常重要。眾多科學(xué)工作者對(duì)其進(jìn)行了一系列的研究，特別是污泥的堆肥及農(nóng)用化處理情有獨(dú)鐘。Raviv M 和Haug R T. 等[1-2]研究了添加物對(duì)污泥堆肥效果的影響;Keefer RF等[3]研究了堆肥的污泥在農(nóng)田中的應(yīng)用;通過(guò)堆肥，不僅可以殺滅細(xì)菌，還可以變廢為寶。

污水廠脫水泥餅含水率高，黏度大，透氣性差，需加入適當(dāng)比例的鋸末、稻殼等來(lái)調(diào)整堆肥物料到適合的堆肥狀態(tài)[4-5]，但同時(shí)也添加了大量難降解物質(zhì)，堆肥周期漫長(zhǎng)，加大了物耗能耗，并且氮元素?fù)p失嚴(yán)重，因此找到合適的添加物及合適的工藝極其重要。聚丙烯酸鈉(PAAS)是一種高吸水性高分子材料，在土地利用方面，具有保水保肥，改良土壤的作用[6]。前期研究[7]證明，污泥添加適當(dāng)比例的聚丙烯酸鈉，可改良污泥結(jié)構(gòu)，提高污泥的空隙率，以創(chuàng)造更好的堆肥條件，因此本文研究聚丙烯酸納的加入對(duì)整個(gè)堆肥進(jìn)程及堆肥產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

1試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)材料和方法

采用鋸末(經(jīng)草藥粉碎機(jī)粉碎成粒徑3～5mm)和污水處理廠脫水污泥作為原料，以PAAS作為添加劑，在自制的反應(yīng)器內(nèi)，進(jìn)行人工控制條件下的模擬好氧堆肥。鋸末于閩江木材加工廠購(gòu)得，污泥來(lái)源于福州祥坂污水處理廠，PAAS來(lái)自于泉州邦立達(dá)實(shí)業(yè)有限公司，呈細(xì)小、白色顆粒狀(過(guò)30目篩)，吸水倍率為343，吸水速率為8.3mL/min#8226;g。原料性質(zhì)見表1。

表1調(diào)理劑的初始基本性狀

含水率(%)可揮發(fā)性固體(%)C/N

污泥83.668.311.5

PAAS 8.4----

鋸末17.899.5 115.6

將剛?cè)』氐奈勰噤佌归_晾曬并進(jìn)行粉碎，堆體1混入鋸末和PAAS，堆體2只混入污泥和鋸末，依據(jù)我們前期小試實(shí)驗(yàn)的結(jié)果not;not;not;not;not;not;not;not;not;not;not;not;not;[7]，污泥和鋸末的適宜添加比例為污泥:鋸末 =1:15%(質(zhì)量比)，在該比例下，堆肥物料初始含水率為70%±2%，C/N為30%±2%。在前期實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)PAAS的添加比例為0.5%。具體配比如表2。

表2堆肥混料質(zhì)量比

1號(hào)堆體添加比例2號(hào)堆體添加比例

污泥:鋸末:PAAS1:15%:0.5%污泥:鋸末1:15%

堆肥采用強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)垛高溫好氧堆肥工藝，并結(jié)合人工翻堆，間歇通風(fēng)。根據(jù)溫度反饋，手動(dòng)控制通風(fēng)頻率和通風(fēng)時(shí)間，3天翻堆一次。

1.2 堆肥場(chǎng)地的設(shè)計(jì)

堆肥池為磚砌結(jié)構(gòu)，尺寸設(shè)計(jì)為100×100×150(cm3)，采用半敞開型。堆肥池底部設(shè)有長(zhǎng)條形通風(fēng)溝，通風(fēng)溝的尺寸為100×13.5×16(cm3)，通風(fēng)溝與排水溝相連，均設(shè)計(jì)了1%的坡度，以便堆肥過(guò)程中產(chǎn)生的滲濾液順利通過(guò)排水溝排出。

堆肥池底部鋪設(shè)PVC管作為通風(fēng)曝氣管，管道直徑為110mm，一端封閉，一端與鼓風(fēng)機(jī)相連，PVC管四周均勻穿直徑3mm的布?xì)庑】?，池底鋪一層厚約5cm的稻草作為垛

* 基金項(xiàng)目:教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”NCET-04-0614;福建省環(huán)保局科技計(jì)劃。

底，以使布?xì)饩鶆颉９娘L(fēng)機(jī):FT1-370-5，全壓785pa，風(fēng)量8.5m3/h，功率370w，轉(zhuǎn)速2800r/min。

1.3 采樣和分析方法

表3樣品監(jiān)測(cè)指標(biāo)和分析方法

指標(biāo)儀器與方法

溫度 溫度傳感器(選取堆體中央位置測(cè)溫)

含水率/% 減重法(101A電熱鼓風(fēng)干燥箱)

有機(jī)質(zhì)VS/%KSW—4212型馬福爐，550℃下灼燒4h[5]

吸水性 離心抽率法[8]

保水性 模擬自然條件下的蒸發(fā)[9]

2 結(jié)果與討論

2.1 表觀性狀

就翻堆難易程度上看，1號(hào)堆體明顯易于2號(hào)。第17天翻堆后，1號(hào)堆體幾乎沒有臭味，2號(hào)堆體局部臭味仍然很重，并招惹很多蚊蠅，說(shuō)明1號(hào)發(fā)酵均勻，發(fā)酵速度快于2號(hào)堆體，且進(jìn)入腐熟階段;2號(hào)則發(fā)酵反應(yīng)緩慢而且不均勻，局部出現(xiàn)惡臭、發(fā)黑，呈厭氧狀態(tài)。堆肥21天以后，兩池堆體都較蓬松，顆粒小，散發(fā)出腐木和泥土氣息。由此可見，PAAS的加入，改善了物料結(jié)構(gòu)，使得物料混合更充分，氧氣供應(yīng)更充足。

2.2 堆肥過(guò)程中的溫度變化

溫度是堆肥化過(guò)程微生物代謝活動(dòng)的反映，是保證堆肥順利進(jìn)行的重要因素。完整的堆肥過(guò)程包括四個(gè)階段:即升溫、高溫、降溫和穩(wěn)定階段。堆體溫度變化是評(píng)價(jià)堆肥化過(guò)程的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。堆肥溫度在55℃下保持3-7天將能很好的殺滅大部分病原菌[8]。圖1為實(shí)驗(yàn)堆肥過(guò)程中堆體不同深度的溫度隨時(shí)間的變化曲線。

圖1堆體溫度隨時(shí)間變化

從兩池溫度變化曲線可以得知，1號(hào)堆體在第9天達(dá)到50℃以上，并維持了4天，最高溫達(dá)59℃;2號(hào)則在第11天達(dá)到50℃以上，并且也維持了4天，且最高溫達(dá)到58℃，20天后再次翻堆，隨著可分解底物的不斷減少，微生物的活動(dòng)減慢，溫度平穩(wěn)下降，一次發(fā)酵已經(jīng)接近完成，堆肥基本達(dá)到穩(wěn)定的腐熟階段。

總體上看，1號(hào)堆體溫度較早進(jìn)入高溫期，整個(gè)過(guò)程溫度基本保持略高于2號(hào)池?？紤]到1號(hào)堆體添加了PAAS以后，由于其高吸水性及膨脹的性質(zhì)，致使污泥自身的含水率下降、同時(shí)空隙度升高，堆體較為蓬松，使得混料中氧氣量充足，微生物反應(yīng)較為活躍。

2.3 含水率的變化

堆肥試驗(yàn)中堆體的含水率變化情況如圖2。

圖2堆體含水率隨時(shí)間變化

由上圖可以看出，總體上兩座堆肥池的含水率均呈逐漸下降趨勢(shì);由于加入了PAAS使得混料變蓬松，空隙率大而更容易散發(fā)出更多的水分，所以1號(hào)堆體含水率偏低下降速度較快且曲線波動(dòng)不大。在第25天的時(shí)候，最終下降到55%左右。

2.4 有機(jī)質(zhì)的變化

隨著堆肥的進(jìn)行，物料中有機(jī)質(zhì)被微生物分解利用，通常認(rèn)為，可揮發(fā)性固體含量下降至一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值是堆肥接近腐熟的一個(gè)重要標(biāo)志[8]。本試驗(yàn)中可揮發(fā)性固體含量堆肥前后的變化情況如表4。

表4堆肥中可揮發(fā)性固體含量的變化(單位:g/kg)

編號(hào)堆肥前堆肥后變化率(%)

1號(hào)堆體77.758.325.0

2號(hào)堆體77.561.221.0

由表可以看出，1號(hào)堆體可揮發(fā)性固體的減少量大于2號(hào)堆體，說(shuō)明1號(hào)堆體的反應(yīng)較為充分，有機(jī)質(zhì)的降解率較高，腐熟比較完全。由此看出，PAAS的加入使得土質(zhì)變疏松，比表面積增大，跟空氣接觸較好，從而使得微生物分解更充分更完全。

2.5 總氮含量的變化

堆肥前后，兩個(gè)堆體總氮含量的變化如圖3所示。

圖3堆肥前后總氮含量的變化

由圖3可以看出:由于堆肥過(guò)程中有機(jī)物的分解以及水分的蒸發(fā)引起干物質(zhì)的質(zhì)量的減少，堆肥后添加PAAS的處理產(chǎn)品中氮含量都有所提高，由此可見PAAS吸附了一部分的氮元素，減少了NH3的揮發(fā)，起到了一定的固氮保肥作用。這與近年來(lái)國(guó)內(nèi)外不少研究結(jié)果相似，聚丙烯酸鈉本身對(duì)氮養(yǎng)分有較強(qiáng)的吸持和解吸能力，具有良好的保肥效果和對(duì)N元素等肥料的緩釋性能[10-11]。

2.6 產(chǎn)品的吸水性和保水性

將定量的堆肥產(chǎn)品進(jìn)行蒸餾水淋洗，并在經(jīng)過(guò)足夠的時(shí)間內(nèi)浸泡，測(cè)得兩池每g堆肥產(chǎn)品的最大吸水量為:1號(hào)為5.15g，2號(hào)為4.83g(見圖4)。1號(hào)的產(chǎn)品的吸水性能略優(yōu)于2號(hào)產(chǎn)品。

圖4每g堆肥產(chǎn)品的最大吸水量

圖5堆肥產(chǎn)品的水分蒸發(fā)曲線

圖5為堆肥產(chǎn)品的水分蒸發(fā)曲線，由圖可知，1號(hào)的曲線比2號(hào)平緩。隨著時(shí)間的變化，1號(hào)堆肥產(chǎn)品中的水分蒸發(fā)速度比2號(hào)緩慢;1號(hào)堆肥產(chǎn)品的保水性能好于未添加PAAS的2號(hào)。由此可見，PAAS在堆肥后，其吸水保水作用仍較明顯。

3結(jié)論

與鋸末\\污泥二元體系相比，添加PAAS形成的三元體系，改善了堆肥效果。主要表現(xiàn)在堆體較易粉碎和攪拌，空隙率較大，氧氣供給充分，到達(dá)高溫階段所需時(shí)間較短，腐熟較為均勻和充分;PAAS在堆肥過(guò)程中起到了良好的保氮性能。PAAS能夠抑制氮元素以氨氣的形式揮發(fā)，對(duì)氮元素有吸附作用，得到的堆肥產(chǎn)品氮含量較高;由于部分殘留PAAS的存在，添加PAAS的堆肥產(chǎn)品具有較好的吸水和保水能力，施肥后，能起到改良土壤的作用。

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