功能膜覆蓋對(duì)市政污泥好氧發(fā)酵效能的影響

張燕劍 馬小杰

摘要：膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵污泥處理術(shù)具有臭氣散發(fā)量小、發(fā)酵效果好、能耗低等特點(diǎn)，其與常規(guī)好氧發(fā)酵的主要區(qū)別在于功能膜的使用，該功能膜的作用是既保證了好氧發(fā)酵過程高效的進(jìn)行，又有效解決了好氧發(fā)酵過程中的臭氣問題。本文結(jié)合上海某污泥處理工程項(xiàng)目，通過試驗(yàn)室小試裝置，對(duì)比有無(wú)功能膜及改變好氧發(fā)酵物料的配比，考察污泥好氧發(fā)酵過程中功能膜對(duì)好氧發(fā)酵過程的影響及好氧發(fā)酵效果的影響，可以為實(shí)際應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：市政污泥；功能膜；好氧發(fā)酵；穩(wěn)定化；資源化

中圖分類號(hào)：X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2018）07-0086-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.050

Effect of functional membrane coverage on aerobic fermentation efficiency of municipal sewage sludge

Zhang Yanjian 1， Ma Xiaojie 2，3

（1.Drainage Management Institute of Qingpu District， Shanghai 201799，China； 2. Zhejiang Shuanglin Environmental Co.， Ltd.， Hangzhou Zhejiang 311100， China；

3. Shanghai Miaoqin Environmental Technology Co.， Ltd.， Shanghai 201500，China）

Abstract： The membrane covered high temperature aerobic fermentation sludge treatment has the characteristics of small odor emission， good fermentation effect and low energy consumption. The main difference between the membrane and conventional aerobic fermentation is the use of functional membrane. The function of this functional membrane not only ensures the high efficiency of aerobic fermentation process， but also effectively solves the odor in aerobic fermentation process. Question. In this paper， the effect of functional membrane on aerobic fermentation process and the effect of aerobic fermentation in aerobic fermentation process of sludge are compared with the actual sludge treatment project in Shanghai， and the effect of functional membrane on aerobic fermentation process and the effect of aerobic fermentation in aerobic fermentation process are compared.

Key words： Municipal sludge； Functional membrane；Aerobic fermentation； Stabilization； Resource-based

近年來(lái)，中國(guó)各地陸續(xù)興建了一些膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵污泥處理工程[1～3]，該技術(shù)具有臭氣散發(fā)量小、發(fā)酵效果好、能耗低等特點(diǎn)。膜高溫好氧發(fā)酵與常規(guī)好氧發(fā)酵的主要區(qū)別在于功能膜的使用，該功能膜的作用是既保證了好氧發(fā)酵過程高效的進(jìn)行，又有效解決了好氧發(fā)酵過程中的臭氣問題。本試驗(yàn)結(jié)合上海某污泥處理工程項(xiàng)目，通過試驗(yàn)室小試裝置，對(duì)比有無(wú)功能膜及改變好氧發(fā)酵物料的配比，考察污泥好氧發(fā)酵過程中功能膜對(duì)好氧發(fā)酵過程的影響及好氧發(fā)酵效果的影響，為在實(shí)際中的應(yīng)用提供重要參考。

1 材料與方法

1.1 好氧發(fā)酵原料

本試驗(yàn)中試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)材料如表1所示。

1.2 好氧發(fā)酵裝置

好氧發(fā)酵采用模擬反應(yīng)裝置，為高度 50 cm，直徑35 cm的雙層有機(jī)玻璃柱（圖1），容積約為50 L，外部采用隔熱棉包裹。實(shí)際填充物料容積約為40 L，底部采用穿孔管通風(fēng)。

2 好氧發(fā)酵過程中指標(biāo)變化

在好氧發(fā)酵小試過程中，分別測(cè)定了污泥的堆體溫度變化、總有機(jī)碳降解率、總氮、C/N比及速效磷及發(fā)芽指數(shù)的變化情況。其結(jié)果分別如圖2-7所示。好氧發(fā)酵過程中，處理1為污泥：輔料=1：2，但并沒有覆蓋膜；處理2為污泥：輔料=1：2，覆蓋膜；處理3為污泥：輔料=1：1，覆蓋膜[1]。由圖2可以看出處理2中溫度明顯高于處理3，處理2溫度最高能達(dá)65℃，而處理3僅能達(dá)到50℃左右。同時(shí)可以看出，好氧發(fā)酵過程中，覆蓋膜處理溫度比無(wú)膜覆蓋處理平均高3℃。由5.3可知，TOC含量處理1與處理2并無(wú)顯著性差異。處理3，TOC降解效果顯著不如處理1和處理2?？偟亢虲/N比與TOC規(guī)律相當(dāng)，處理1與處理2并無(wú)顯著性差異（圖3和圖5）。速效磷處理1與處理2波動(dòng)較大，總體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。而對(duì)于處理2而言，發(fā)芽指數(shù)在前15天出現(xiàn)明顯抑制的現(xiàn)象[2]。

3 結(jié)果分析

3.1 數(shù)據(jù)分析

一般認(rèn)為，堆體溫度在55℃條件下保持3d以上，可以殺滅物料中所含病原菌，滿足衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)和好氧發(fā)酵腐熟的要求。由上述測(cè)定結(jié)果不難看出，污泥物料比例在1：2以上均能滿足此要求，并且膜的覆蓋在一定程度上能夠防止熱的揮發(fā)和散失。處理3污泥含量較高，導(dǎo)致溫度無(wú)法滿足要求。隨著好氧發(fā)酵的進(jìn)行，好氧發(fā)酵物料越來(lái)越穩(wěn)定，有機(jī)質(zhì)的分解速率明顯下降，堆體溫度呈下降趨勢(shì)，最后接近環(huán)境溫度，說(shuō)明好氧發(fā)酵基本腐熟。好氧發(fā)酵初始階段，嗜溫微生物迅速利用易分解有機(jī)質(zhì)進(jìn)行自身繁殖，大量有機(jī)質(zhì)被分解礦化，快速下降；之后，隨著堆體溫度升高，嗜熱微生物逐漸占有優(yōu)勢(shì)，開始大量利用纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等較難分解的有機(jī)質(zhì)，含量緩慢降低。處理3初始TOC含量較低，主要是因?yàn)樵黾游勰啾壤龝?huì)相對(duì)降低混合物料的TOC含量。但是輔料添加比例過高，導(dǎo)致C/N比高，氮素相對(duì)不足，導(dǎo)致大量有機(jī)質(zhì)不能很快被消耗，延緩了有機(jī)質(zhì)降解過程（前述內(nèi)容中溶解性有機(jī)物后期較穩(wěn)定）[3]。污泥高溫好氧發(fā)酵有機(jī)質(zhì)降解主要集中在前兩周，控制好這一階段的好氧發(fā)酵條件，有助于提高有機(jī)質(zhì)降解速率、無(wú)害化程度和好氧發(fā)酵效率。

好氧發(fā)酵混合料中總氮變化如圖4所示。好氧發(fā)酵初始階段，堆體內(nèi)易分解有機(jī)質(zhì)豐富、氮源充足，大量含氮有機(jī)質(zhì)在微生物的作用下發(fā)生氨化作用，產(chǎn)生易揮發(fā)的氨，氨氮迅速累積，同時(shí)堆體溫度迅速上升，并且持續(xù)高溫，使得被物料吸附和溶解在液相中的氨打破了原有的平衡而大量揮發(fā)，反應(yīng)器內(nèi)有明顯的氨味，大量隨著通風(fēng)而逸出，一直持續(xù)到高溫期結(jié)束，導(dǎo)致大量氮素?fù)p失。處理1中由于沒有膜的覆蓋，導(dǎo)致在前5d總氮下降很快，達(dá)到最低點(diǎn)，有機(jī)質(zhì)降解帶來(lái)的濃縮效應(yīng)遠(yuǎn)不能彌補(bǔ)氨氣揮發(fā)造成的氮素?fù)p失，導(dǎo)致TN含量下降，而處理2膜覆蓋后能夠在一定程度上降低氮素的損失，處理3基本維持在原有水平上。處理1和處理2的C/N比在過程中基本呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在20天后下降趨勢(shì)趨于平緩，綜合堆體溫度變化，說(shuō)明好氧發(fā)酵已經(jīng)趨于穩(wěn)定，進(jìn)入后熟階段[4]。

圖7為好氧發(fā)酵過程中GI的變化規(guī)律，從圖中可以看出，好氧發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)芽指數(shù)處理2>處理1>處理3。但是在好氧發(fā)酵過程中，處理2好氧發(fā)酵初期種子發(fā)芽率受到抑制，可能的原因有三個(gè)：（1）污泥中小分子有機(jī)酸初期濃度較高，抑制了種子的發(fā)芽率，隨著好氧發(fā)酵進(jìn)行，小分子有機(jī)酸被分解或者轉(zhuǎn)化成高分子腐殖酸；（2）膜的覆蓋導(dǎo)致堆體中氨的大量積累，從而抑制了種子發(fā)芽率，隨著好氧發(fā)酵進(jìn)行，氨轉(zhuǎn)化、揮發(fā)；（3）重金屬的固定和有效形態(tài)的轉(zhuǎn)變。

3.2 經(jīng)濟(jì)性分析

目前有很多關(guān)于減少好氧發(fā)酵氮素?fù)p失、提高速效磷含量的研究。本試驗(yàn)中三個(gè)處理均能保證好氧發(fā)酵順利進(jìn)行，等量輔料（以1.0 kg干重計(jì)算）可以處理的污泥量（以干重極）分別為0.5 kg和1.0 kg。處理3調(diào)理劑節(jié)省了50%，但處理效果不是很好。但過高的增加調(diào)理劑含量，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸、粉碎和混合等費(fèi)用和能耗；增加污泥比例可以大幅度提高處理效率，并且由于碳源限制可以縮短一次發(fā)酵時(shí)間，好氧發(fā)酵系統(tǒng)利用率高，調(diào)理劑的好氧發(fā)酵產(chǎn)品存儲(chǔ)空間減少，基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)用降低；污泥好氧發(fā)酵在很大程度上只是為了無(wú)害化和減量化，所以結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況（溫度可達(dá)80℃），加上本試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為污泥輔料混合比例在1：1-1：2之間，適當(dāng)減少曝氣量，控制溫度在70℃以下， 在滿足好氧發(fā)酵質(zhì)量的基礎(chǔ)上，還能夠提高好氧發(fā)酵效率，有顯著的生產(chǎn)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。

4 膜覆蓋式好氧發(fā)酵處理污泥技術(shù)評(píng)價(jià)

從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，處理后污泥基本滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)》（GB/T 23486-2009）中的要求，除個(gè)別情況下理化指標(biāo)（pH和EC）和污染物指標(biāo)（Cu和As）外，均能滿足園林綠化要求。污泥園林綠化利用時(shí)，應(yīng)控制污泥中的鹽分，避免對(duì)園林植物造成影響。污泥施用到綠化地后，要求對(duì)鹽分敏感的植物根系周圍土壤的EC值宜小于1.0 mS/cm，對(duì)某些耐鹽的園林植物可以適當(dāng)放寬到小于2.0 mS/cm。從以上結(jié)果分析可知，污泥園林利用時(shí)，宜根據(jù)污泥使用地點(diǎn)的面積、土壤污染物本底值和植物的需氧量確定合理的污泥使用量。

從養(yǎng)分指標(biāo)來(lái)看，本項(xiàng)目處理污泥泥質(zhì)均能滿足要求，甚至遠(yuǎn)超過限制要求。但是從測(cè)試項(xiàng)目中不難看出，溶解性有機(jī)質(zhì)相對(duì)含量較高，膜覆蓋導(dǎo)致氮素流失減少，在污泥中大量積累，其結(jié)果可能會(huì)導(dǎo)致徑流中磷和氮濃度的提高，從而導(dǎo)致二次污染。因此污泥如果使用不當(dāng)，其中的氮磷將隨降水進(jìn)入地表徑流最終流入江河湖泊，造成非點(diǎn)源污染問題。從污染物指標(biāo)來(lái)看，污泥經(jīng)過膜發(fā)酵好氧發(fā)酵后，重金屬無(wú)論是總量還是生物有效性，都能得到很好的控制。

5 建議

本項(xiàng)目污泥處理泥質(zhì)可滿足園林綠化使用要求。為進(jìn)一步提高污泥處理效果，根據(jù)本項(xiàng)目測(cè)定指標(biāo)，結(jié)合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)外參考文獻(xiàn)，建議如下：

（1）污泥、輔料的參合比例為1：2，處理后污泥中溶解性有機(jī)物含量較高，因此建議可適當(dāng)降低輔料投加比例，在重金屬達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，控制在1：1-1：2之間為宜。

（2）本項(xiàng)目好氧發(fā)酵過程中溫度高達(dá)80℃，溫度高于65℃時(shí)并不利于微生物的增值和活性。因此可合理控制曝氣量，控制最高溫度在70℃左右，這樣不僅可以節(jié)約能源，而且能夠促進(jìn)有機(jī)物的降解，減少二次污染的可能性。

（3）處理污泥應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，確定合理比例，正確使用。

參考文獻(xiàn)

[1]王濤.膜覆蓋條垛堆肥技術(shù)與應(yīng)用案例[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013（12）：25-28.

[2]馬小杰，黃瑾.膜覆蓋好氧發(fā)酵工藝在城鎮(zhèn)污泥處理中的應(yīng)用[J].中國(guó)市政工程，2015，180（4）：42-44.

[3]王軍軍.膜高溫好氧發(fā)酵技術(shù)在污泥處理工程中的應(yīng)用[J].給水排水，2016（4）：40-44.

[4]馬小杰，黃瑾.膜覆蓋好氧發(fā)酵工藝在城鎮(zhèn)污泥處理中的應(yīng)用[J].中國(guó)市政工程，2015（4）：42-44.

收稿日期：2018-05-22

作者簡(jiǎn)介：張燕劍（1984-），女，工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)榻o排水管理。