城市污水厂污泥快速高效堆肥技术

城市污水厂污泥快速高效堆肥技术研究摘要：城市污水厂污泥由于产生量大且成分复杂，如何对它进行稳定化、无害化处理已越来越受到人们的关注。本研究基于好氧发酵仓式堆肥系统，研究了城市污泥处理过程中温度、含水率、pH、有机质、水溶性有机碳和发芽指数等指标参数的变化规律。研究结果表明:当物料初始含水率控制在60％左右时，在强制通风量300L/min，搅拌频率5min/8hr～5min/12hr的工艺条件下，堆肥过程可以实现顺利升温并在55℃以上维持4天，满足杀灭致病菌要求的条件；14天反应周期结束时，物料含水率、水溶性有机碳和有机质含量显著降低，堆肥产品腐熟，卫生学指标达到了美国EPA污泥产品A类标准；得到的污泥产品成为性质优良的土壤质量调节剂。关键词：污泥；堆肥；调理剂；强制通风StudyonRapidandHigh-efficiencyCompostingofSewageSludgeAbstract：Agreatdealofmunicipalsludgehasbeenproducingannually,anditscomponentsareverycomplex.Howtostabilizeanddisposesewagesludgeharmlesslyisbecomingmoreandmoreimportant.Thechangesofchemicalparameters,suchastemperature,moisture,pH,organicmatter,watersolubleorganiccarbonandgerminationindexwerestudiedduringthewholecompostingprocess.Theoptimaltechnologicalconditionforcompostingweredetermined,underwhichthewatercontentofinitialmaterials,forced

ventilationvolumeandmixingfrequencywere60%,300L/minand5min/8hr～5min/12hr,respectively.Theresultsindicatedthatthetemperaturecouldreach55℃rapidlyandlasted4days,itcouldmeetthedemandofsterilizing.Thewatercontent,watersolubleorganiccarbon(WSOC)andorganicmatterreducedsignificantlyduringthecompostingprocess.Inaddition,thecomposingproductsin14dayswerealmostmature,andcouldmeettheclassAhygienicstandardofUSEPA.Theobtainedcompostingproductsshouldbecomebetterregulatorforsoilfertility.Keywords：sludge；composting；amendment；forced

ventilation1前言城市污泥是指城市生活污水、工业废水处理过程中产生的固体废弃物，是城市污水处理厂的经常性产物。自1857年在英国伦敦建立世界上第一个污水处理厂以来，污泥的处理问题一直是市政管理中的重要问题之一。目前世界年产污泥量已超过1亿吨（干污泥），我国排放干污泥约为667万吨。根据国家环境保护“十五”计划，到２００５年，我国城市生活污水集中处理率要达到４５％，５０万人口以上的城市要达到６０％；到２０１０年，所有城市的污水处理率不得低于６０％，直辖市、省会城市、计划单列市和风景旅游城市的污水处理率不得低于７０％。据2003年中国环境状况公报，全国工业和城镇生活污水年排放总量为460.0亿吨，建设部有关部门统计数据表明，2000年全国有城市污水处理厂427个，2003年增加到612个，目前我国城市污水处理率为42％。因此，随着污水处理量的提高和处理程度的深化，污泥的产生量必将有较大的增长，如何合理地处置污水厂污泥，解决大量污泥的出路已成为非常紧迫的任务。若处理不当将会给生态环境带来严重的影响，因此污泥的处置和利用，已经成为环境领域的重要研究课题。污泥堆肥与其他处理方法，如填埋、焚烧相比，具有建设投资少，运行费用低，无二次污染等优点，适合于我国国情。本研究针对好氧发酵仓式堆肥系统，研究了城市污泥堆肥过程中温度、含水率、pH、有机质、水溶性有机碳（WaterSolubleOrganicCarbon，WSOC）、发芽指数（GerminationIndex）等指标参数的变化规律，以利于进一步优化该堆肥工艺参数和提出合理的腐熟度评价指标。2材料与方法2.1污泥堆肥实验装置根据污泥好氧堆肥处理的要求，采用的反应器如图1所示。进风口采用空气泵强制通风，出风口采用三通，便于气体采样和排除冷凝水。该反应装置具有可控制时间的搅拌混合和外加热功能。图1污泥堆肥反应器示意图2.2堆肥原料及堆料配比（1）堆肥原料选取上海市某水质净化厂内的脱水污泥作为研究对象。该厂主要处理生活污水（约90%），另外还有少量食品加工废水（约10%），采用普通活性污泥法处理，剩余污泥采用阴离子混合型絮凝剂调节后带式压滤脱水，污泥含水率在80%左右。具体的基本性质参数见表1所示。表1某污水厂污泥的基本性质刑指标母数值慨指标厘数值仗指标访数值党含水率，胡%爽80径4滨C/N柳8-10兔pH奉6哭.5-泉7.0割挥发性固体丙，芒%霜50-60朋水溶性总氮，捏g/kgDM放有机质，核g/kgDM因500-70匠0便残渣源，勾%泥20凑总油，谁g/kgDM少55-60尺优先控制污染即物治ND你大肠杆菌仇，木MPN候≥淘24000面Zn狮，袋mg/kgD躺M册1652.7场Cd须，货mg/kgD殊M而17.4注：DM--DryMatter（干物质）；ND--NotDetected（未检出）。（2）堆肥调理剂本实验所选调理剂为木屑，含水率约15％，有机质约84％。根据堆料的含水率控制要求，通过物料衡算（以堆料含水率控制为依据）确定污泥与木屑的质量比，并加入一定量的回流污泥，使搅拌后的初始物料含水率在60％左右，同时加入适量的强化菌剂。本研究采用的堆料组成和工艺运行参数见表2。表2堆料组成和工艺运行参数搬工况编号树原泥胆调理剂幕强化菌剂毫回流物料洞初始含水率垮强制通风量拨搅拌翠1贞100kg架20kg兰15mL燕40kg弦59.伞0牙％拾300L/m白in沟5min/1安2hr叼2稍100kg丛25kg图15mL氧40kg精58.轧3谊％怒300L/m牛in京5min/8桑hr香2.3甘旧采样和分析方伴法盲采样时间在堆坐肥试验开始的绕第燕1北～狮1里4煤天，每天采样等一次，每次采篮样脾约光1k盛g串。采用多点混它合法，将采集繁的样品混匀后睛，装入干净的远密封袋中，部容分新鲜样品屡在效4融℃扎冰箱内保存畜，轧2油4牲小时内分析完时毕；另一部分捧样品平铺在托踏盘中自然风干虎，研磨过筛后谷进行分析，样扶品各化学指标阿的分析方法见仔表赠3雷。群表慎3运嫌堆肥过程化学非指标及其分析培方法季化学指标系测试条件免仪器和分析方策法首样品锡含水拦率城/%唉105拖℃笨下根24h启减重（蚂DHG-90情30A蒙型电热恒温鼓示风干燥箱）陷鲜样侵pH介1勿：愉1青0遮蒸馏水浸提完玻璃电极须（相pH书S吩－师3钓）朋风干样痒有机份质耍VS/%丝55酒0煌℃滤灼抢烧梢4h佳KSW-4-雀12驳型马福炉看烘干样矩WSOC站1桌：蜡1悼0改蒸馏水浸提承TO叮C屈－位Ⅴ讲CP肺N辟测定仪堤，芽SHIMAD浊ZU且(渔日六本败)竭风干样蹲2.4牙脸发芽实验正发芽实验目前仇常用的两种方舟法是干样法和酒湿样法，其中稼湿样法因简单运、快捷而较为似常用，该方法补已被意大利政技府用作评价有鄙机废物和粪便习堆肥腐熟度的固标准浅[蛋1边，催2]名。本研究采用劫湿样法，具体尚方法为：新鲜载样品与蒸馏水补按之1源：爹1拜0跌（涂W禁：宵V舞）比例混合振朋荡甚2泽h配，浸提液瞧在朗5000r/丹mi够n老下离心分婶离滑20mi威n间，上清液经滤电纸过滤后待用娇，将一张滤纸放置于干净无菌捧的轮9c赤m令培养皿中，滤猴纸上整齐摆盈放雅1锈0回粒勾F啦1抓代华王青梗菜彼种子（日本进田口），准确吸额取蠢3m屠l复滤液于培养皿题中，损在隆2只5它℃苹，暗箱中培澡养灌48椅h光，每个样品依做垫3正个重复，并同唉时用去离子水谦作空白对照，雾发芽指锣数臭G蒙I定（诞Germin事ation开Inde企x陶）可由下式计仪算：膊发芽指撇数键G梳I国（经Germin溪ation企Inde枣x夜）可由下式计骆算：后3含羊结果与讨论姨3.1慈泄堆肥过程中温近度的变化僵堆料中的有机航质在微生物的确作用下用于其台细胞合成，同眉时分解倡为泽CO郊2造和水，在此过父程中产生大量戒热量使堆体温收度上升。因此极，温度是堆肥费得以顺利进行展的重要因素。恐一般认为，堆首体温度乎在疼5持5宴℃行条件下保蝇持屋3严天以上（霞或举5吸0残℃悠以上保芹持充5昌～菠7其天），可以杀讽灭堆料中所含玻病原菌，满足启堆肥卫生学指但标和堆肥腐熟业的要求抚[膝3夕，英4]肠。本实验堆肥秧温度变化如碍图温2房所示，堆肥开痛始后温度上升捆迅速率，袋1屑天后即可达常到宋5储5声℃沸，稍5救5躬℃岸以上维持射了质4蚂天。高温期阶程段过后，随着外易降解有机物乳质的逐渐耗尽四，微生物活动炕无法产生足够务热量，堆体温湖度逐渐降低昆，司1帜3查天后接近或降粒至环境温度。握工效况喷1两和工搜况痛2或前罢6宴天温度曲线基舟本相近，但悲第铲7冷天开始出现较富大差别，工京况们2终堆体温度下降拖缓慢，而工披况点1左温度急剧下降爪，究其原因：别分析认为这主宵要与工世况池2浴木屑含量较高摘，能够为反应卖后期生物反应征提供充足的碳愉源有关；当然种工土况犯2示平均气温比工铺况溜1权高凳9著℃仙左右也是原因革之一。堆肥结差束时，物料重双量大大降低，婚如工茫况岛1认物料由开始时夕的各160k痕g鞋降摊为树75.6k愉g愧，减拴少梳5购0梨％以上。此时将，污泥产品结艰构松散，颜色六逐渐从初期的并黑色变成黄褐芳，臭味消除，既并呈泥土气味自。呢图摇2狱洲堆肥过程中温现度随时间的变勺化贪3.2锡证堆肥过程中含含水率的变化非堆肥过程中有肺机物氧化产衣生唐CO乎2搭和水，同时微准生物生物反应钟产生大量的热答，水分以水蒸贤气的形式通过秀通风和搅拌而单蒸发，含水率坝的变化是这两陵方面因素综合档的结果。闪图巩3涝是实验所得的级堆肥含水率变诊化曲线，堆肥维含水率从初期奶的贯59.裳0商％甘和礼58.妄2嘴％下降到了堆伏肥周期结束树时葱31.闻2蒸％趋和似40.垮1裁％，含水率降阿低十分显著，粥这说明所采用泻的堆肥工况是得合理的。穷图情3取耕堆肥过程中含乒水率费和羊p汁H貌随时间的变化凉3.3奴稿堆肥过程狂中挣p侦H浊值的变化伞根据美国环保苦局遗（堆USEP险A候）的规定，污愿泥与调理剂场的脉p底H恋值应帮在拢6法～棉9占之间筑[5拾]宾。适宜擦的忘p乱H赌值可使微生物谣有效地发挥作覆用，保留堆料政中有效氮成分扫，差p首H穿值过高或过低缠都会影响堆肥辞的效率。堆肥龄过程中，堆料赚中的含氮有机稳物分解后产生财氨气会导恼致糊p饥H井值升高，而当访有机酸产生时湾则会导绿致氏p粒H句值下降。而镜图卖3神表明本试验骨中奋p写H闻值变化基本维扛持在中性范围拳内，不需对堆用料档的枪p烛H海值进行调整。宁3.4洽扮堆肥过程天中靠WSO赌C奸和离V吩S衔的变化柔微生物不能直留接利用堆料中愿的固相成分，垫需通过微生物绍分泌胞外酶将秧堆料中的可降蛇解成分水解为棋水溶性成分才攀能加以利用。围通过研究水溶粮性成分的变化童，可以判断堆互肥的腐熟度。呢图饶4汇是堆肥过程脾中英WSO略C厕的变化情况。吐在高温期内，泽由于微生物的枕大量繁殖，堆趴料中的纤维素鞭、蛋白质等有刷机大分子物质握在胞外酶的作搏用下发生水解遇，转化为小分拳子的糖类、有梨机酸、氨基酸视、肽、酚类等垒，喜故职WSO鱼C傲含量有所升高对；随着这些易酒降解有机质被献微生物合成自松身物质及转化总为煎CO但2唯和哲H干2岁O商，茂WSO棵C汤含量逐步降低维，堆肥后丝期个WSO旷C开略有上升，这康可能由于污泥给中部分非水溶兄性有机质在堆显肥腐熟阶段经反过降解转化为纳水溶性有机质遥造成的。整个须堆肥过程结束罢时，工券况止1狱和工吩况贯2钱的疫WSO览C研分别下降舌了涌54.鸣3运％除和胞48.足2煌％。循图尊4待是本实验堆肥杆过程敢中形V网S发的变化曲线树，笛V净S狮随堆肥的进行拉而逐渐下降，宾降解主要发生呆在高温期胡，藏V脏S载下降主要是由培于易生物降解鹊有机物转化贩为棵CO群2搬和距H怠2祝O燥的缘故，在整伤个堆肥过程早中尸V涉S背下降差了馅10.族0招％；从整个堆跟肥过程来看圈，灾WSO押C年的降解率要高鹰于乳V哪S颗。由此可见，李污泥堆肥过程桐中水溶性有机耽碳组成与结构迫的变化较之固愁相组染分成V映S码更能灵敏的反绘映堆肥腐熟状坚况。蚂图胸4址绢堆肥过程午中翅WSO贡C粗和疤V钞S口随时间的变化雨3.5足尘堆肥过程铁中砖G殖I运的变化含种子发芽指数担是通过测试堆葛肥浸出液的生撞物毒性来评价娇污泥堆肥的腐般熟度。一般认烫为，污泥湿样兼品发芽指数大满于肚5舒0仅％即表明该堆最肥产品已达到种腐熟峡[朋2级，兄6]渣。本实验选择旦灵敏度较高、未发芽时间短幅的表F网1醒代种子华王青灰梗菜（日本进仆口）进行污泥姐堆肥的发芽实听验。窝图跟5缎表明了堆肥过烫程艳中岁G我I荷的变化规律：团从总体上来看携，工螺况哥2牺污泥堆肥发芽产指数先降低后盗升高，在第五挡天时发芽指数灶达到最低点。骗分析认为：这抖时污泥堆肥处匹于高温期，会赚产生一定量爽的伯NH比4置＋疗和有机酸、醛视类等物质捐[7]畅，这些物质对瓜种子发芽可能泡产生一定的抑秤制作用里。秀Zuccon帅i与c位等拨[2]旅也发现能明显笨抑制种子发芽饼的物质主要出纵现在高温期。誉随着堆体温度奋的降低酬，嘱NH厕4坟＋遥和有机物浓度脉的亦逐渐降低击，堆肥对种子袄发芽的生物抑海制作用降低屑，逃G磁I锦逐渐升高。至民堆肥结束时，鞠发芽指数可麦达感6揭0腹％左右，这表勿明奸1魂4扁天后污泥堆肥瞒达到腐熟。而郑工舰况飘1到经京1照4雀天后堆肥出参料倚G贞I尖达槐6钞9间％。娱图蓝5贪并堆肥过程中发抖芽指数随时间笼的变化甜3.6产恩卫生学指标挑美槽国垦EP匀A部将污泥产品规驶定赚为秒A/员B沫两类，其蜘中荐B紫类王（喊76撑%息）主要用于非鬼食物链的使用屈，敢A贷类锯（著12态%微）可以装袋销蚂售和进行农业致利用。去但逃EP浙A异严格规强定隶A蔑类产品必须进沃行附加病原体西去除工艺，要替求焰A术级产品中的粪模便大肠菌浓度董＜传1000MP缺N/gD趟M敌，沙门氏菌浓垦度桃＜丈3MPN/4惠gD削M吸，侵入性病毒立＜疫1PFU/4肆gD洪M凑，蛔虫卵叮＜驴1锯个梨/4gD妻M辆。本研究获得烧的堆肥产品经鹊上海市杨浦区非疾病预防控制活中心分析，大嚷肠菌群降低货到木0.5MPN框/gD宜M援，蛔虫卵杀灭唤率骡达钱100太%称，未发现沙门插氏菌等致病细悟菌，污泥堆肥搜产品所有卫生讽学指标均能达熊到美喜国丢EP胞A祖规定往的询A快级污泥农用标驴准。4结论宁泻敏（熟1保）通过实验研嫌究，获得城市娘污泥快速高效驾好氧堆肥合理借配料比为：卷污泥：木屑：辉回料蝇：餐V巩T返菌枝剂奥=100k戒g赶：选20~25k夫g家：脖40k私g返：家15mL阀相应的工艺参吃数为：强制通涌风暂量控300L/m秤i叶n澡，搅拌频地率致5min/8惧h招r锣～挂5min/1着2h践r愧，反应周惰期自1虫4门天。只在此条件下，赠好氧堆肥过程添可以实现顺利梳升温，堆肥高落温期沉（庭5临5禽℃妥以上）持续围了捏4醋天句，边1寄4栋天后堆料基本种腐熟，卫生学刘指标达到了美笋国猫EP裙A厉污泥产察品滨A湿类标准。股（伸2巩）堆肥物料初功始含水率的高瓣低，直接影响款着好氧堆肥的块速度和质量，呆甚至关系到整充个堆肥过程的罪成败，本实验阅中将堆肥初始彻含水率控制在闯为型6流0我％左右较为适愉宜。痛律井（坡3搜）污泥堆肥过抓程中，含水率削、有机质、水钞溶性有机质明卵显降低计；养p咏H触值的变化基本婶维持在中性范处围内；反应周阴期结束时，堆巡肥产品的发芽方指数达杨到脏6兴0潜％左右，表明衫其制1脉4尤天