堆肥技術(shù)運用于城市污水處理廠污泥再利用的研究

【摘要】經(jīng)對大連市某污水處理廠產(chǎn)生污泥進行堆肥試驗，結(jié)果表明，其有機質(zhì)含量合理，重金屬含量遠遠低于規(guī)范要求，處理工藝簡單，符合污泥處理減量化、無害化、資源化要求。

【關鍵詞】污泥堆肥處理；減量化；資源化

一、前言

污泥泛指由水處理與廢水處理中所產(chǎn)生的固液混合物，污泥中含有豐富的有機物和大量的病原菌、致病微生物，以及砷、銅、鉻、汞等重金屬和二惡英、放射性核素等難以降解的有毒有害物質(zhì)。隨著城市污水處理量的不斷提升和污水深度處理的要求，產(chǎn)生污泥的量也將會有較大增長，科學地處置污水處理廠產(chǎn)生污泥，解決大量污泥的出路已成為非常緊迫的任務。

污泥處理方法通常可分為堆肥、焚燒、填埋等。

污泥堆肥方法分為厭氧發(fā)酵和好氧發(fā)酵兩種。在我國，目前較多采用中溫厭氧發(fā)酵處理，雖然可以達到污泥減量化的目的，但卻不能直接用于農(nóng)田堆肥使用。機械脫水后的污泥，較多采用好氧發(fā)酵法制肥。好氧發(fā)酵法處置污泥，在設備采購方面資金的投入及日后日常運行管理中的資金投入僅為厭氧發(fā)酵法的三分之二左右，是高效且環(huán)保節(jié)能的堆肥方法。非常適合中小型污水處理廠污泥的處置。

二、污泥堆肥工藝流程

1、堆肥一般流程為：前處理→一次發(fā)酵→二次發(fā)酵→后處理。

一次發(fā)酵處理過程，主要是通過將溫度升高，而使原料初步穩(wěn)定。直到達到溫度明顯下降和好氧速率的降低。該過程原料中微生物非?；钴S，因此對工藝環(huán)境要求較嚴，是污泥堆肥處置的主控過程。

二次發(fā)酵處理過程是使上一步反應獲得的中間體逐步穩(wěn)定化的過程，保證中間體穩(wěn)定分解。該過程對工藝環(huán)境要求較低，相應的濕度和將溫度控制在30℃左右就可達到工藝要求。

后處理過程，主要作用是調(diào)整產(chǎn)品中顆粒粒徑符合要求，并且去除產(chǎn)品中的有害雜質(zhì)

2、具體污泥堆肥處理工藝流程

污泥處理工藝目前采用的是陽光棚半封閉式外源接菌好氧發(fā)酵工藝，大連市某污水處理廠產(chǎn)生的污泥經(jīng)濃縮后，采用離心式脫水機進行脫水，泥餅含水率為75～85%。

三、污泥堆肥試驗結(jié)果與討論

以大連市某污水處理廠產(chǎn)生污泥為例，進行試驗。污泥堆肥處置是指在適宜的PH值、溫度、濕度下，將微生物作為載體，促使污泥發(fā)生生物化學降解的反應，并將把廢棄污泥原料轉(zhuǎn)變成腐殖質(zhì)的生物化學反應。

1、溫度

作為堆肥過程中的主要因素，該工藝過程中其他參數(shù)的控制都是為使反應體溫度實現(xiàn)快速上升、維持適最佳反應溫度以及在需要時可以有效地下降。溫度實現(xiàn)快速上升是為了殺死反應體其中自帶病原體，維持適最佳反應溫度是為了保證有機質(zhì)快速降解，并且可以在需要的情況下降低含水率。

本次試驗時間為二十四天。溫度隨時間變化如下圖1所示。

從圖1可見，反應經(jīng)過了溫升、恒溫和溫降三個階段。第一階段，，在反應的第一天到第七天，溫度持續(xù)升高，由18℃一直升至55℃。第二階段在十八天左右，溫度維持在55～60℃之間。第三階段溫度下降到30℃左右。試驗結(jié)束后，反應體的溫度始終保持穩(wěn)定狀態(tài)，溫度沒有變化。

該試驗過程中，病原體、細菌、寄生蟲卵被殺死，在試驗進行中的第12天，測定了細菌總數(shù)，結(jié)果見下表1。結(jié)果表明，該試驗，在第九天、第十天、第十一天共三天的高溫下，可殺死大部分的病原體、細菌、寄生蟲卵，保證了肥料的使用安全行。

2、水分

水對于微生物繁殖及有機物質(zhì)分解和是不可或缺的元素之一。該試驗中，水分的主要用途是：參與微生物新陳代謝過程，溶解有機物、蒸發(fā)時降低反應體的熱量，對溫度這一重要因素起到調(diào)節(jié)作用。反應體含水率的高低，可以影響到反應的速率，也可以影響到產(chǎn)品質(zhì)量，甚至可以關乎關系到整個工藝過程的成敗。所以，反應中水分的控制顯得尤為重要。取該污水處理廠污泥試樣，放置于溫度調(diào)節(jié)為105～110℃的烘箱里烘干四個小時，取出試樣后，質(zhì)量的減少即為試樣中水分的含量。

試樣過程中平均水含量的變化曲線見圖2。分析該圖可見，試樣中的水分隨時間的變化不大，含量一直維持在69—75%之間。

如圖2所示，在試驗進行到第五天的時候，溫度為44℃，大部分的微生物開始有機質(zhì)降解反應，含水量升高。

而當試驗溫度為55℃時，水分含量基本保持無變化。此現(xiàn)象表明，適宜環(huán)境下，好氧微生物可以快速的繁殖，發(fā)生有機物降解反應，并且釋放出熱能，該熱能即可以維持反應對高溫的需求，也生成水分。反應時間進行到第十七天的時候，溫度逐步下滑，反應體含水量也稍有下降。

3、PH值

在反應過程中，全程對pH值進行了監(jiān)測。結(jié)果表明，pH值基本維持在6～7之間。

4、有機物含量

保持熱量平衡是高溫堆肥反應的首要條件。如果有機物含量低，則產(chǎn)生熱量不足以維持所需溫度，并且會導致產(chǎn)品肥效較低。如果有機質(zhì)含量太高，則通風供氧會不順暢，可能會造成好氧反應不完全以及產(chǎn)生惡臭氣體。堆肥反應中，原料適宜有機物含量應為20～80%。經(jīng)測得大連市某污水處理廠的污泥有機質(zhì)含量在50～70%之間，較適宜堆肥。試驗過程中，對反應體的腐殖質(zhì)、蛋白質(zhì)、有機質(zhì)及脂肪含量作了持續(xù)檢測，結(jié)果見圖3所示。

如圖所示，隨反應進行，有機物含量呈下降趨勢，腐殖質(zhì)含量下降趨勢，蛋白質(zhì)、脂肪的含量也有所下降，淀粉含量由剛開始的0.18%于反應第九天降為零。

污泥中有機物包括腐殖質(zhì)，淀粉、類脂物、蛋白質(zhì)、纖維素等多種物質(zhì)。反應過程中，在微生物的催化下，這些物質(zhì)都發(fā)生了程度各異的分解反應，且變化趨勢都是下降趨勢。

5、重金屬

試驗對污泥進行重金屬離子含量的檢測，采用原子光譜法以海洋環(huán)保為依據(jù)，檢測砷、鎘、鉻、鉛、汞五種重金屬離子，并與《農(nóng)用城市污泥污染物控制標準》中的中性和堿性土壤上（PH≥6.5）的標準進行比較分析，以上五種重從屬的含量均低于國家標準鉻與鉛的含量遠遠低于國家標準，由于大連地區(qū)近遠期工礦企業(yè)的動遷及整體環(huán)境的控制，污泥中的重金屬含量將會逐漸減少，即重金屬離子在經(jīng)過堆肥鈍化后，其含量下降。具體見表2堆肥重金屬檢測表。

6、堆肥腐熟度

試樣的物理狀態(tài)：污泥試樣，后期溫度下降，且保持穩(wěn)定。反應后，試樣含水量下降，呈現(xiàn)稀松結(jié)粒結(jié)構(gòu)，無臭味。

試樣的化學狀態(tài)：反應中，蛋白質(zhì)及腐殖質(zhì)含量均呈下降狀態(tài)。脂肪降解隨反應逐漸趨于平緩，有較強規(guī)律性，脂肪降解平緩時，試樣中纖維素及腐殖質(zhì)是被降解的主要物質(zhì)，但未產(chǎn)生過多熱能，反應體溫度保持平穩(wěn)。結(jié)果表明，脂肪作為腐熟度指標是可行的。正常情況下，脂肪降解趨于平穩(wěn)時，表明反應體中容易被降解的有機物已經(jīng)基本被降解，溫度會維持在穩(wěn)定的狀態(tài)，反應體也已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

四、結(jié)語

經(jīng)對大連市某污水處理廠產(chǎn)生的污泥進行堆肥試驗，得出以下技術(shù)指標：

1、有機質(zhì)占污泥成分的50-60%。

2、堆肥完全可以處理該污水處理廠產(chǎn)生的污泥，水廠每天產(chǎn)生含水率75%的脫水污泥80-100噸。

3、重金屬含量均遠遠低于《農(nóng)用城市污泥污染物控制標準》。堆肥處理后，含量大大減少，不會對環(huán)境造成污染。

4、處理90噸泥大約產(chǎn)出40噸肥，占地面積小，處理工藝簡單，達到污泥減量化處理，同時產(chǎn)出的肥，又基本達到了資源化處理。

參考文獻

[1]焦仲陽，吳星五.污泥堆肥腐熟度的檢測與評價.中國給水排水，2004.7：28-30

[2]張增強.污泥堆肥在園林綠地中的應用.農(nóng)業(yè)環(huán)境保護，1996.15：36-40

[3]左耀太，魏永杰，魏昊娟.污泥堆肥中二惡英類物質(zhì)的探討.江蘇環(huán)境科技，2003.1242-44

[4]李慧君，殷憲強，谷勝意，張增強，孫慧敏.污泥及污泥堆肥對改善土壤物理性質(zhì)的探討.陜西農(nóng)業(yè)科學，2004.1：29-31

[5]林春綿，蔚立玉，王軍良，陳欽安.城市污水處理廠污泥的肥料化利用.浙江工業(yè)大學學報，2004.4：151-156

[6]李菲，邢周富.城市污水處理中污泥的肥料化應用.市政技術(shù).2004.3：79-81

[7]石吉，邵青，米曉.城市污水污泥的處理利用及發(fā)展.污水處理.2004.2：15-18