花生殼作為調(diào)理劑在城市污泥堆肥中的應(yīng)用

葉長明，任屹罡，魏麗芳，楊艷琴，魏明寶

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院河南省表界面科學(xué)重點實驗室，河南鄭州 450002)

隨著我國社會經(jīng)濟和城市化的發(fā)展，城市污水的數(shù)量在不斷增長。隨著大量污水處理廠的運行，必將產(chǎn)生大量污泥。城市污泥是中國當前亟待解決的問題，污泥堆肥處理是污泥無害化和資源化的重要途徑之一［1－2］。近年來，我國在污泥的處理處置方面開展了大量工作。但是由于經(jīng)濟技術(shù)原因，我國污泥處理能力還十分薄弱。對于我國這樣一個發(fā)展中國家來說，高效低耗污泥堆肥處理技術(shù)的開發(fā)研究和使污泥堆肥產(chǎn)品實現(xiàn)商品化和產(chǎn)業(yè)化，具有重大的現(xiàn)實意義和長遠意義。

脫水后的污泥含水率在76% ～80%，調(diào)節(jié)水分，增加孔隙度并增加其碳源。調(diào)理劑在污泥堆肥過程中的消耗量非常大，需要有長期穩(wěn)定的來源以保證堆肥廠的穩(wěn)定運營。鄭州地區(qū)花生殼資源十分豐富?；ㄉ鷼け砻鎴杂玻韬扛?，不易被細菌分解，可以循環(huán)使用。利用花生殼作為污泥堆肥調(diào)理劑的報道不多，本文通過研究花生殼在堆肥中的應(yīng)用，為生產(chǎn)實踐提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料來源

污泥來源于鄭州五龍口污水處理廠脫水污泥，污泥樣品的含水率79.82%，有機質(zhì)為52.52%，氮的含量為2.02%，重金屬含量如表1所示，重金屬含量比較低，污泥采用好氧堆肥之后適宜于土地利用?；ㄉ鷼ず徒斩拋碓从卩嵵莅藣徫勰嗵幹脧S，花生殼含水率18.81%，有機質(zhì)69.31%，秸稈含水率24.25%，有機質(zhì) 57.21%。

1.2 試驗方法

1.2.1 堆肥方法

表1 鄭州市五龍口污水處理廠污泥重金屬含量(mg/kg，以干污泥計)

堆肥量與配比如表2所示，每個堆體加入3 kg的堆肥回料。1號堆、2號堆和3號堆考察的是花生殼不同堆肥配比對堆肥效果的影響，以探討最佳的堆肥比例。4號堆是作為1、2、3號堆的對比空白試驗。4號和5號堆試驗是考察秸稈的添加比例對堆肥效果的影響。五個堆體均采用人工翻堆好氧堆肥，分別在上堆后每隔兩天進行人工翻堆。

表2 堆料組成

1.2.2 采樣方法

采用多點取樣組成混合樣的方法，料堆表面下10 cm對稱分別四個取樣點及中點處共取5個樣混合均勻。

1.2.3 溫度

每天早、中、晚在堆體的中心進行測定，取平均值。

1.2.4 有機質(zhì)

采用重鉻酸鉀容量法。

1.2.5 pH 值

稱取5 g左右的鮮樣，按照1∶10(鮮樣重∶蒸餾水體積)的比例混合，稍攪拌，浸24 h，用快速濾紙過濾，過濾后測試濾液。

1.2.6 全磷

鉬銻抗分光光度法。

1.2.7 氨氮

納氏試劑法。

1.2.8 種子發(fā)芽指數(shù)

取鮮樣與蒸餾水按1∶10(質(zhì)量∶體積)比例混合振蕩2 h，浸提液在5 000 r/min下分離20 min，上清液過濾后待用。將一張濾紙置于干凈的培養(yǎng)皿中，濾紙上整齊擺放30粒黃豆種子，準確吸取5 mL濾液于培養(yǎng)皿中28℃培養(yǎng)72 h，每個樣品做三次重復(fù)試驗，同時用去離子水作對照。

2 結(jié)果與討論

2.1 各堆體中心溫度

圖1 各堆體中心溫度的變化

各堆體中心溫度變化如圖1所示，五個堆體在堆肥前4天為快速升溫期，各堆料快速升溫后下降并有一個相對穩(wěn)定的中溫期。堆體2升溫速率最快，在堆肥的第4天即達到最高溫度65℃。堆體1、3、4、5在堆肥的第3天堆體溫度均升至55℃以上，并在堆肥的第4天均升至到最高溫度分別為:58、56、55、57℃。四個堆體均可以維持55℃以上的高溫期3天，滿足了堆肥衛(wèi)生學(xué)指標的要求［3－4］。從溫度的變化可以看出:花生殼是良好的蓬松劑，堆肥效果好，適宜作為污泥堆肥的填充劑。

2.2 有機質(zhì)和含水率的變化

有機質(zhì)和含水率的變化如表3所示，可以看出，初始物料中污泥占總固的比例越大，其一次堆肥有機物降解的比例越大。在一次堆肥的過程中，微生物主要分解對象為污泥中的可降解有機物成分，而調(diào)理劑的分解有限，這和花生殼難降解的特點是一致的。從此次堆肥的情況來看初始污泥占總物料的比例偏小。建議污泥與花生殼的質(zhì)量比在8∶(1～2)之間最為適宜。

表3 堆肥前后物料性質(zhì)的變化

從堆體2(污泥、花生殼質(zhì)量比7∶2)與堆體1(污泥、花生殼質(zhì)量比8∶1)、堆體4、堆體5的含水率變化比較可以看出，填充料(花生殼)的比例高，水分的降低速率越快，由此說明空隙率越高，通風效果越好，越有利于水分的散失。

從堆體2(污泥、花生殼質(zhì)量比7∶2)與堆體3(污泥、花生殼質(zhì)量比8.5∶2.5)的含水率變化可看出，填充料比例高低不是影響水分散失的唯一因素。

因此污泥堆肥含水率的減少主要跟高溫持續(xù)時間和空隙率兩個因素有關(guān)。

2.3 全磷的變化

全磷隨時間的變化見圖2。

圖2 全磷含量曲線圖

從圖2中可以看出，污泥堆肥過程中的全磷含量一直保持上升趨勢。堆體2和堆體1、3比較發(fā)現(xiàn)高溫階段磷分解比較快，說明高溫有利于全磷的增加;堆體4和堆體5比較發(fā)現(xiàn)，秸稈的添加有利于微生物的活動，但作用不是很理想。在堆肥過程中全磷含量一直保持上升趨勢，調(diào)理劑(花生殼)的添加量為20%時，堆肥效果較好。

2.4 氨氮的變化

氨氮變化如圖3所示，從圖3可看出，堆體2從初始的2.24 g/kg于第7天時上升到最大值，隨后氨氮的含量急劇開始下降，到結(jié)束時所處理的污泥堆肥樣品中降為0.80 g/kg。之后堆肥樣品中氨氮的含量一直降低，最后趨于穩(wěn)定。堆體2和堆體1、3比較發(fā)現(xiàn)高溫階段氮分解比較快，符合高溫有利于氨氮的增加;堆體4和堆體5比較發(fā)現(xiàn)秸稈的添加有利于微生物的活動，但作用不是很理想。

圖3 各堆體氨氮含量曲線圖

在堆肥過程中氨氮含量在堆肥前7天上升較快，達到最大值后，開始急劇降低，調(diào)理劑(花生殼)的添加量為20%的時候堆肥效果較好。

2.5 pH值的變化

堆肥中pH值變化如圖4所示，從圖4可以看出，堆體4、5前期pH值呈下降的趨勢，這可能是因為堆體4、5的堆積密度較大，在堆肥的初期需要氧含量高，從而在堆體早期形成厭氧的環(huán)境。而厭氧現(xiàn)象的發(fā)生，則會生成大量硫化氫等酸性氣體，使pH值下降。隨著對堆體的翻堆，這種厭氧現(xiàn)象逐漸消失，堆體的pH值逐漸升高。堆肥pH值應(yīng)在6～9之間［5］，pH值過高和過低都會影響堆肥效率。

圖4 各堆體pH值的變化

2.6 種子發(fā)芽指數(shù)的變化

種子發(fā)芽指數(shù)是為了檢測堆肥的腐熟效果，是一種生物評價指標。一般認為，污泥濕樣品的發(fā)芽指數(shù)大于50%時即表明堆體產(chǎn)品基本沒有毒性，堆肥腐熟［6－7］。種子發(fā)芽率變化如圖5所示，由圖5知，堆體1、2、3最后均達到腐熟，滿足污泥排放的標準，但是堆體4、5沒有滿足，說明調(diào)理劑(花生殼)對堆肥效果的影響較大。

圖5 各堆體種子發(fā)芽率

3 結(jié)論

利用花生殼和秸稈作為堆肥調(diào)理劑，初始含水率為60%左右都可以達到堆肥的衛(wèi)生學(xué)標準，由于花生殼花生殼表面堅硬，空隙較大通氣性好，而且不易被細菌分解，可以循環(huán)使用，效果更好，好氧堆肥，能使污泥堆肥溫度升至55℃，并維持3 d以上，使污泥達到無害化和穩(wěn)定化，當花生殼添加量為20%左右時，堆肥升溫較快，全磷含量高，氨氮損失小。

［1］陳江萍，張延青，郭一令，等.污泥處理、處置及資源化技術(shù)研究［J］.青島理工大學(xué)學(xué)報.2011，32(5):85－89

［2］陳現(xiàn)明，原培勝，白振光，等.好氧堆肥技術(shù)在城鎮(zhèn)污水廠污泥處理中的應(yīng)用［J］.艦船防化，2011(5):40－44

［3］中華人民共和國標準.糞便無害化衛(wèi)生標準［S］.GB7959－87.

［4］USEPA.A plain english guide to the EPA part 503 biosolids rule［S］.EPA/8322/R－93/003，1994.

［5］Design Manual Number 44:Composting ofmunicipal wastewater sludge［J］.WWBLDMUS EPA 625/4－85/014.

［6］田 煬，劉麗芬，張興文，等.秸稈與污泥混合堆肥研究［J］.大連理工大學(xué)學(xué)報，2003，43(6):380－383.

［7］李宇慶，陳 玲，趙建夫，等.城市污水廠污泥快速高效堆肥技術(shù)研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2005，24(2):380－383.