勝利油田污水廠污泥好氧堆肥的試驗研究

李金滏，張曉敏

（中國石化勝利油田油地結(jié)合辦公室，山東 東營 257000）

勝利油田日處理生活污水23.5萬m3/d，每天產(chǎn)生的污泥量按含水率80%計算，約50 t/d。生活污泥中含有植物生長發(fā)育所需的氮、磷、鉀及維持植物正常生長發(fā)育的多種微量元素和能改良土壤結(jié)構(gòu)的有機質(zhì)，把它進行堆肥處理后，做成復(fù)合有機肥料，不但可為城市園林綠化、高速公路綠化帶等提供充足的有機肥料；也為污水處理廠的污泥處理與處置找到了一條化害為利、變廢為寶的合理出路，因而具有很好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。

1 勝利油田污水廠污泥泥質(zhì)堆肥適應(yīng)性

按照GB/T 23486—2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)對勝利油田污水廠產(chǎn)生的脫水污泥（含水率80%）進行全分析，檢測結(jié)果見表1。

由表1可見，勝利油田污水廠所產(chǎn)生的污泥中重金屬含量都不超標(biāo)；C/N與堆肥溫度的關(guān)系比較密切，堆肥原料中C/N過小，溫度上升的快，但堆層達(dá)到最高溫度低；C/N超過40∶1時，溫度上升的慢，但堆層達(dá)到的最高溫度較高，這是因為原料中C/N高，碳素多，氮素養(yǎng)料相對缺乏，堆肥微生物的生理活動受到限制，有機物的分解速度慢，堆溫上升的也慢，堆肥周期將延長。堆肥物料的最佳C/N為（25～35）∶1，勝利油田污水廠的含水率80%的原污泥中C/N達(dá)到29.08，恰好是好氧堆肥的最佳比例。

表1 勝利污水廠污泥全分析

由表1數(shù)據(jù)還可看出，石油類含量超出標(biāo)準(zhǔn)476.3 mg/kg；氮磷鉀植物營養(yǎng)物質(zhì)為2.954%，比標(biāo)準(zhǔn)低0.046%，這2點都可以在堆肥過程中選擇合適的調(diào)理劑進行改善。

EC值是測量介質(zhì)中的可溶性離子濃度。正常的EC值在1～4 mS/cm。高濃度的可溶性鹽類會使植物受到損傷或造成植株根系的死亡。因為基質(zhì)中可溶性鹽含量（EC）過高，可能會形成反滲透壓，將根系中的水分置換出來，從而使根尖變褐或者干枯。用作綠化地時，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定施用到耐鹽植物的泥土EC不能超過2 mS/cm，因此堆肥過程中需要重點監(jiān)測一下EC的變化，盡可能地降低鹽類含量。

種子發(fā)芽指數(shù)（GI）是最直接反映堆肥產(chǎn)品生物毒性的參數(shù)，原污泥的種子發(fā)芽率較低，與原污泥中的超標(biāo)物質(zhì)有關(guān)，這一指標(biāo)可以在堆肥腐熟過程中得到改善。

綜上對勝利油田污水處理廠原污泥泥質(zhì)的分析，對其堆肥過程中需要選擇氮磷鉀營養(yǎng)物質(zhì)含量相對高的調(diào)理劑，且調(diào)理劑的鹽類含量要盡可能低。盡量不采用回流堆肥的方式調(diào)理堆肥的初始物料。

2 生活污泥的好氧堆肥評價

2.1 好氧堆肥試驗裝置

污泥堆肥中試試驗分為3個工作區(qū)：晾曬區(qū)、發(fā)酵區(qū)和成品區(qū)。污水廠含水率80%的污泥運至晾曬區(qū)進行攤曬，使含水率降至70%左右；再送入發(fā)酵區(qū)進行好氧發(fā)酵，使污泥腐熟；將污泥產(chǎn)品放入成品區(qū)進行攤曬，使含水率降到40%以下。

堆肥發(fā)酵區(qū)使用磚+混凝土砌成，共有5個寬高長為2 m×2 m×5 m的條形發(fā)酵池。上方設(shè)遮雨棚，四周預(yù)留活動擋板插槽，氣溫低的時候和保溫材料圍成保溫墻，自然通風(fēng)順暢。整個堆肥系統(tǒng)主要由堆肥倉、送風(fēng)系統(tǒng)等組成。污泥堆肥反應(yīng)采用機械混料、人工翻堆和強制通風(fēng)的方式。風(fēng)機是用來為堆體提供氧氣和加快水氣蒸發(fā)，其風(fēng)量維持整個堆肥過程的需氧要求，人工控制堆肥的通風(fēng)時間和間隔頻率。

2.2 采樣和檢測方法

采用多點混合法，分別在堆體的上層（距離頂部20 cm）、中層（距離頂部65 cm） 和下層（距離底部20 cm） 采集若干樣品，混合均勻，過7 mm篩。將采集的樣品裝入干凈的密封袋中，部分新鮮樣品在4℃冰箱內(nèi)保存，24 h內(nèi)分析完畢；另一部分樣品平鋪在托盤中自然風(fēng)干，研磨過篩后進行分析，樣品各化學(xué)指標(biāo)的分析方法見表2。

表2 堆肥化學(xué)指標(biāo)及其檢測方法

2.3 試驗方法

在攤曬后含水率降到70%以下的污泥中加入適量的高效復(fù)合菌劑，再依據(jù)混合后的初始物料含水率控制在60%左右，確定污泥與調(diào)理劑的質(zhì)量比，經(jīng)攪拌機混合均勻后，堆入發(fā)酵池中進行好氧發(fā)酵。

在發(fā)酵池中，每天人工翻堆1次，使物料充分混均，促進水分蒸發(fā)；采用間歇強制通風(fēng)，通風(fēng)量為0.1 m3/（min·m3），為堆體提供充足的氧氣。堆肥初期，通風(fēng)時間60 s/h，堆體的溫度逐漸上升，當(dāng)上升至55～60℃，通風(fēng)時間調(diào)整為90 s/h，使這一溫度保持3～5 d，當(dāng)堆體溫度開始下降，并穩(wěn)定在35～40℃，表明易腐有機物的降解基本完成，一次發(fā)酵結(jié)束，停止通風(fēng)，出料，放到成品區(qū)露天堆置，堆體高度達(dá)到0.5 m，讓其自然進行后腐熟。

2.4 好氧堆肥試驗

根據(jù)原污泥的性質(zhì)及調(diào)理劑來源充足、成本低的因素，分別選擇了玉米秸桿和纖維素做調(diào)理劑，按1∶1的物料配比，投加5%的高效復(fù)合微生物菌劑，進行堆肥試驗。

溫度是堆肥過程中重要影響因素之一，也是判定堆肥能否達(dá)到無害化要求的最重要指標(biāo)之一。本試驗通過測量堆體上、中、下3層和環(huán)境溫度的變化情況，檢測采用不同調(diào)理劑的污泥堆肥效果，如表3所示。從表3可以看出，纖維素調(diào)理劑升溫速率稍快，且最高溫度比秸桿復(fù)混污泥略高。

表3 不同調(diào)理劑污泥堆肥堆體中溫度特性變化

2.5 堆肥產(chǎn)品的各指標(biāo)

2種調(diào)理劑污泥堆肥產(chǎn)品的各指標(biāo)如表4所示，經(jīng)堆肥腐熟后，污泥產(chǎn)品的指標(biāo)基本能滿足綠化用的泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。只有EC都還略超出園林泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但有研究表明，當(dāng)EC小于4 mS/cm時，就不影響植物的生長，因此，這2種調(diào)理劑復(fù)混的堆肥產(chǎn)品明顯改善了原污泥的性質(zhì)，各項指標(biāo)基本都達(dá)到了綠化用泥質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。

可見，油區(qū)污水廠產(chǎn)生的污泥具有較好的C/N，按1∶1配比秸桿和纖維調(diào)理劑后，纖維復(fù)混污泥好氧堆肥時間略短于秸桿復(fù)混的污泥，形成的污泥產(chǎn)品除EC分別為3.8 mS/cm和3.6 mS/cm略高出園林綠化用泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的2 mS/cm，其余指標(biāo)均在要求范圍之內(nèi)。油區(qū)生活污泥經(jīng)過好氧堆肥后，達(dá)到園林綠化用的泥質(zhì)要求，可以進行土地利用。

表4 堆肥產(chǎn)品檢測指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)

3 堆肥產(chǎn)品的土地利用評價

堆肥產(chǎn)品施用到草坪草上，檢測污泥堆肥產(chǎn)品土地利用后對草坪草生長的影響和土壤環(huán)境的影響。

3.1 實驗方法與材料

試驗土壤取周圍農(nóng)田的土壤，試驗污泥為好氧生物發(fā)酵工程示范產(chǎn)生的污泥產(chǎn)品，其理化性質(zhì)見表5。污泥堆肥粉碎，采用粒徑2 mm的過濾篩。盆栽容器：直徑18 cm、高25 cm的塑料盆，每盆裝組配好的基質(zhì)2 kg。試驗的草種選擇早熟禾（Poa annua），具有抗病蟲害、抗寒性強和綠期長等特點，以盆栽方式培育，播種量為10～15 g/m2。該試驗共設(shè)6種處理，污泥堆肥與土壤按不同的質(zhì)量比（0、5%、10%、20%、30%、40%）配成6種復(fù)配基質(zhì)，其中設(shè)空白（CK）對照，每個處理設(shè)5個重復(fù)。試驗期為2011年3月至2011年8月，第1茬為5月7日，第2茬為6月17日，第3茬為7月27日。

表5 試驗污泥產(chǎn)品和土壤的理化性質(zhì)

3.2 結(jié)果與分析

3.2.1 不同基質(zhì)對草坪草生物量的影響

不同基質(zhì)處理下早熟禾的生物量及生長高度見表6，表7。

表6 不同基質(zhì)處理下早熟禾的生物量

表7 不同基質(zhì)處理下早熟禾的生長高度

由表6可知，早熟禾（Award） 的第1茬鮮質(zhì)量以5%污泥堆肥處理最高，為7.66 g，且顯著高于其他處理；5%、10%和20%污泥堆肥處理的第2茬鮮質(zhì)量均顯著高于其余處理；第3茬鮮重以5%處理為最高。在3茬鮮質(zhì)量中，5%污泥堆肥處理均顯著高于其余處理，且隨著堆肥施用比例的增加，鮮質(zhì)量呈下降的趨勢，處理5%、10%、30%和40%差異顯著。從總的生長趨勢來看，5%污泥堆肥處理長勢較好，說明污泥堆肥施用量較大時，對草地早熟禾的生長有一定的抑制作用，其生物量反而下降，污泥高比例施用不適合植物生長。

3.2.2 不同基質(zhì)對草坪草高度的影響

由表7可知，從早熟禾整個生長期來看，在堆肥施用量5%～10%內(nèi)，每一茬的生長高度都大于前一茬；而堆肥施用量在20%～40%內(nèi)，每茬的高度都小于前一茬；在20%堆肥施用量以后，隨著污泥堆肥施用量的增加，早熟禾的茬高小于原土壤的高度。因此，高堆肥施用量影響了草地早熟禾的生長。

3.2.3 污泥土地利用對土壤的影響

土壤有機質(zhì)含量是土壤肥力高低的重要表征。污泥施用半年后，采集草地土壤樣品，并測定土壤養(yǎng)分含量，結(jié)果見8。結(jié)果表明，隨著污泥施用量的增加土壤有機質(zhì)含量與對照（CK） 相比增加3.9%～55.3%，呈明顯遞增趨勢。TN只有40%處理與對照相比差異顯著，TP在5%、10%、20%處理時與對照相比分別增加了26.7%、53.3%、113.3%。污泥土地利用明顯增加了土壤有機質(zhì)含量，提高了土壤養(yǎng)分含量水平。

污泥的施用不但增加了土壤養(yǎng)分含量，同時也改善了土壤物理性狀。

表8 施用污泥產(chǎn)品對土壤養(yǎng)分含量的影響

污泥的施用調(diào)節(jié)了土壤水、氣、熱狀況，進而改變了土壤密度、持水量和孔隙度等物理性狀。對土壤保水保肥有重要作用，在國外常將污泥用作調(diào)節(jié)土壤結(jié)構(gòu)的改良劑。

3.3 污泥肥土地利用效果評價

將發(fā)酵腐熟的污泥產(chǎn)品施用到植物，施用5%污泥產(chǎn)品的早熟禾土壤中時，早熟禾長勢最好，生物量和高度都相對較高；土壤施用污泥產(chǎn)品后，土壤的養(yǎng)分含量增大，污泥產(chǎn)品可用作土壤改良劑。勝利油田污泥可利用并改良土壤，同時改善區(qū)域環(huán)境。

4 結(jié)論

通過對油區(qū)生活污泥的資源化利用研究驗證了污泥好氧堆肥技術(shù)適用于處置油區(qū)生活污泥；經(jīng)檢驗，得出油區(qū)生活污泥堆肥產(chǎn)品的各項指標(biāo)達(dá)到土地利用的標(biāo)準(zhǔn)，不再對環(huán)境造成污染；通過好氧堆肥產(chǎn)生的污泥堆肥產(chǎn)品的土地利用試驗，驗證了油區(qū)生活污泥堆肥產(chǎn)品有利于土壤改良和植物生長。