造纸污泥的堆肥研究

造纸污泥的堆肥研究（精选十篇）

造纸污泥的堆肥研究 篇1

1.1 村镇剩余污泥堆肥的农用资源化研究目的

近些年来,随着我国经济的飞速增长,不断兴建的污水处理厂和配套设施日益完善,污水处理产生的剩余污泥的处理已成为人们关注的重点。剩余污泥是指污水处理厂水处理结束后经浓缩、脱水后排出的含水率约为80%的深褐色泥块或泥饼,它含有大量的水分、丰富的有机物以及氮、磷、钾等营养元素,还含有重金属及病原菌等有害物质,如果不经适当处置就任意排放,不仅对环境造成污染,同时也会对资源造成严重的浪费[1]。目前,我国的城市与村镇的污水污泥处理与处置存在较大的差异。因此针对村镇的污水处理及剩余污泥的处置应与城市污泥的处理方法有所区别。

我国现阶段的村镇基础设施发展水平较低,只有极少数村镇建立了污水处理设施,面源污染控制也未受到足够重视。污染物向环境的释放和扩散对农村环境造成了严重污染,影响到饮水安全和水环境质量。由于村镇人口较少,废水量小,水质波动较大,村镇经济承受能力较弱等特点,不宜延续城市污水集中收集和工业化处理的老路,而需要积极探索建设投资更省、运行费用更低、运行管理更方便的新型技术模式,以适应我国村镇的实际情况。不同区域的剩余污泥泥质、经济社会发展水平不同,因此在处理方式、处置路线上也面临着不同的选择。当前剩余污泥的主要的处置方法主要有土地填埋、大海投弃、焚烧、堆肥化后土地利用等多种。而堆肥化后农用资源化,是我国当前污泥处理技术中的最符合我国国情的处置方法。

1.2 村镇剩余污泥堆肥的农用资源化研究意义

我国村镇污水处理厂的剩余污泥经堆肥处理,降低了污泥中可降解有机物含量, 杀灭病原微生物,可以使其成为肥料。 堆肥后达到《农用污泥中污染物控制标准》GB4284-84 的标准, 则可以用作农业肥料,在提高农作物产量的同时改良土壤。 因此,在我国急需改善土质的土地贫瘠的地区,堆肥产品作为一种廉价肥料会得到广泛使用。 村镇污水处理厂生产堆肥产品,可使村镇污水处理行业从消耗型变成部分营利型, 使村镇农田及大棚菜地有卫生、稳定的肥料来源。 因此,剩余污泥的堆肥处理,具有很大的环境效益、社会效益和经济效益。

2 国内外污泥堆肥化技术研究

2.1 污泥堆肥技术

污泥堆肥化技术是使污水厂污泥达到稳定化和无害化的一种经济而有效的手段［2］。 污泥堆肥化技术是从20 世纪60 年代后期迅速发展起来的一项新的生物处理技术,它运用多学科技术,利用自然界广泛存在的细菌、 放线菌、 真菌等微生物群落在特定的环境中对多相有机物分解,将污泥改良成稳定的腐殖质,用于肥田或土壤改良［2］。 堆肥技术在实际应用中可以达到“无害化”、“减量化”、“资源化” 的效果,并且具有经济、实用、不需外加能源、不产生二次污染等特点。 因此,20 世纪70 年代后,污泥堆肥化技术引起世界各国的广泛重视,并迅速成为环保领域内的一个研究热点［2］。 污泥堆肥化主要分为好氧堆肥、厌氧堆肥,从处理方法、经济因素、环境因素等的综合考虑下,好氧堆肥是比较符合我国村镇实际情况的一种使污泥资源化的技术手段。

堆肥的一般流程为:污泥脱水-水分调节-堆肥发酵-肥料产品-土地利用化。而好氧堆肥化的过程主要为4 个阶段: 即升温阶段-高温阶段-降温阶段-腐熟阶段。在好氧堆肥的实际操作中,高温阶段尤为重要,这个阶段会影响最终堆肥的结果。 我国目前的好氧堆肥技术还有待继续发展,现阶段的大部分堆肥技术还不是很成熟,应当继续进行科研探索。

在《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质》标准(CJ/T309-2009)中,根据污泥中的污染物的浓度将污泥分为两个级别(A级、B级),其中污泥农用的重要条件是重金属的含量、有机污染物、物理性质,对污泥进行农用资源化主要从卫生指标、养分和有机物方面进行控制。 在这当中污泥农用时的营养学指标(有机质含量、氮磷钾、酸碱度)应严格进行控制。

2.2 国内污泥处理现状

污泥中的矿物质大多来源于当地的土地,与土地的表土地质背景组成具有一定相似性, 同时污泥含有与土壤相近的微生物组成,因此将污泥回归土壤是符合自然规律的。 目前污泥已经被广泛应用于农田、林地、园林绿化和退化土地的修复等。 在农业的利用中, 城市污泥是一种很有效的生物质,富含植物生长所需营养成分,是非常有价值的有机肥资源。 污泥用于农田不仅可以增加土壤的肥力,而且可使作物增产并提高作物的品质,同时也降低了农业生产的成本。 在修复退化土壤方面研究人员做了大量的研究［3］。

我国学者莫测辉等对矿山废弃地的复垦进行了研究。 结果表明,随着污泥肥料施用量的增加,废弃地有机质含量增高、土壤理化性质改善、水土流失减少［4］。 但是在我国大部分村镇,基本上没有建造污水处理设施, 即使有污水处理厂的大中城市,其污泥处理设施大部分也都不配套。 已建成的污水处理厂中, 污泥未经任何处理就直接农用的占70%以上。 既使在设有消化池的污水处理厂, 消化后的污泥也只是稍加脱水就直接农用,很难符合污泥农用卫生标准［5］。

2.3 我国污泥处理技术研究进展

目前,我国常用的污泥处理方法有:浓缩、污泥调理、厌氧消化、脱水、堆肥等;污泥的最终处置方式有:填埋、焚烧、农用、和园林绿化等方式。

近年来,随着污水处理产业的迅速发展,污泥产生量不断增加, 对污泥的处置也开始走向多元化,但还是以填埋和农用为主。 由于国内在污泥管理方面对污泥所含病原菌、重金属和有毒有机物等理化指标及臭气等感官指标控制的重视程度还不够,因此限制了对污泥的进一步处置利用［5］。 目前,国内不同的污泥处置技术所占的比例为:农业利用占44.83%,土地填埋占31.03%,无处置占13.79%,绿化占3.45%,焚烧占3.45%,与垃圾混合填埋占3.45%［5］。这将对环境带来巨大的潜在危害［5］。

我国已经逐步开始将污水处理厂的剩余污泥用于土地填埋和城市绿化,并将污泥资源化为复合肥用于土地。 但是由于国内污泥处、理处置技术起步较晚,造成很多污水处理厂难以找到合适的污泥处置方法和污泥弃置场所;此外,我国污泥利用的基础薄弱, 人们对污泥利用的认识存在严重不足,对污泥的最终处置问题缺乏关注,给一些有害污泥的最终处置留下了隐患。 污泥利用率不高,仍有一部分污水处理厂污泥只经储存即由环卫部门外运直接堆放。 大量未经稳定处理的污泥没有处置,许多污泥仍采用购地露天堆放的方法,造成了周围垃圾成山、蚊蝇孽生、环境状况很差。 污泥散发的臭气污染环境,病原菌对人类健康产生潜在威胁,重金属和有毒有害有机物污染地表和地下水系统。 因此当前面临的问题是应尽快发展污泥处置技术来解决不断增长的污水污泥［5］。

2.4 国外污泥处理技术

污水处理厂污泥无论是进行资源化利用还是进行填埋处置, 其的目的与其他废弃物的处理一样,皆是以减量化、稳定化、无害化和资源化为目的。 为达到这一目的,必须通过多种处理技术与处理构筑物等有机的结合,组成污泥处理系统。 当前,世界范围内常用的污泥处置方法主要有农用、填埋、投海、焚烧等。 据资料显示,英美国家污水处理厂污泥处置的主要方式为农用, 日本主要为焚烧,澳大利亚主要为污泥填埋和投海,西欧一些国家的主要方式为污泥填埋。

欧盟国家对污泥处置的发展趋势进行了综合分析后认为,由于可使用土地面积、处理成本、越来越严格的环境标准以及资源回收政策的普及,同时考虑到未来污泥性质的巨大变化等因素,近年来年欧盟各国采用污泥处置方式的比例为:回收利用占45%,焚烧占38%,填埋占17%［5］。

3 结语

我国村镇剩余污泥将成为一种潜在资源,随着农业和村镇建设的发展,其产生量也必然越来越大。因此如何更有效地利用和处理处置污水污泥已成为人们关注的热点问题。我国村镇污泥的处理处置落后于城市污水污泥处理。为了充分利用污泥资源,减少环境污染,应该采取有效的措施解决污泥处理处置中存在的问题,同时大力发展污泥处理处置和利用技术[6]。

污泥的处置与利用还存在着盲目性,与此同时现行的相关法律、法规、技术标准等也没有得到有效的贯彻实施。在未来的10到20年里,污水处理量和处理水平将会有更大的发展,势必会产生更多的污泥。如果不采取有效的污泥处理处置技术,必将会对我国环境质量和公众健康造成威胁,同时也违背了我国资源循环利用和可持续发展的要求。我国是一个农业国家,经济基础较薄弱,将污泥制成肥料,用于农田、植树造林、园林绿化,以及垦荒地、贫瘠地等是主要的有效利用途径。污泥堆肥应该采用大规模的机械化生产,这样,可以保证污泥堆肥的质量以及增加污泥肥效,降低有害物含量。为加大污泥农用量,应加强基础研究,以确定科学的施用量。同时,制定污泥农用安全标准,并在土壤类型、污泥肥料使用量和使用方法上应有相应的规定,防止对土壤、地下水、农作物造成污染。还应采取切实可行的有效监控措施,严格控制污泥堆肥的质量,防止有害重金属等的污染[7]。

摘要：阐述了污泥堆肥的农用资源化研究的目的及意义,并通过国内外堆肥处理技术的现状与进展等方面的分析,综合评价了污泥最终处理的方式。结合多方面实际,认为污泥堆肥化后农用是目前最符合中国国情的污水污泥处置方法,研发符合我国村镇经济发展水平的剩余污泥资源利用技术,因地制宜地治理村镇污水和剩余污泥的问题,可以从根本上解决我国村镇水环境污染问题。

关键词：村镇剩余活性污泥,污泥处置,污泥农用化

参考文献

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[3] 李静,厉巍,田晶.浅析我国污泥资源化利用[J].科技致富导向,2011,(24).

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[5] 王静,卢宗文,田顺,等.国内外污泥研究现状及进展[J].市政技术,2006,(3):140-142.

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施用污泥堆肥对木槿生长的影响研究 篇2

以城市污水处理厂堆肥污泥为研究对象,采用田间小区实验方法开展了污泥土地利用对土壤环境和植物影响的研究.结果表明,污泥土地利用可显著提高土壤中氮、磷及有机质的含量,污泥用量为10%、30%和50%时均不同程度地促进了木槿的`生长发育,地上生物量比对照分别提高12.8%～200.8%、23.9%～134.1%和16.4%～112.3%,地下生物量分别提高13.7%～253.9%、16.4%～132.2%和9.3%～123.5%.污泥施用量只要控制在10%以内,污泥中重金属不会对土壤环境产生不良的影响.

作 者：李宇庆 陈玲 赵建夫 LI Yu-qing CHEN Ling ZHAO Jian-fu  作者单位：李宇庆,LI Yu-qing(广州市环境保护工程设计院有限公司,广东,广州,510115)

陈玲,赵建夫,CHEN Ling,ZHAO Jian-fu(同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海,200092)

园林污泥堆肥应用简论 篇3

关键词污泥堆肥应用园林

中国分类号：S6文献标识码：A文章编号：1003-8809(2010)01-002-02

随着经济的发展，城镇不断扩大，人口日益密集，污水成了目前城市废弃排放中的一个不能忽视的问题。而自从1857年英国建立了世界上第一个污水处理厂，污泥的处理也随之凸现。污泥是废水处理过程中产生的沉淀物质以及从污水表面撤出浮沫的残渣，因污水的来源不同，污泥的构成也有所差异。

一、污泥处理现状

污水厂沉淀出的污泥除含有一定灰分外，通常还含有大量的有机质、病菌、寄生虫及一定有毒物质，如重金属Pb、Cd、Cr、Ni、Cu、zn、工业废料等，任意堆放会对周边环境带来二次污染。目前常见的对污泥的处理主要有填满、焚烧以及投海几种方式。

一直以来，将污泥进行脱水并直接投海是一种方便而经济的处理方法，但污泥中所含有的有害物质，尤其是重金属会危害海洋生态系统进而危及人类食物链，造成大范围的循环危害。因此，自1991年起。美国已经全面禁止向海洋倾倒污泥，而其他各国也先后对投海这一处理污泥的方式加以控制。

相比之下，焚烧法处理污泥产生的废弃污染相对较小，但是焚烧法同样存在问题。高能耗是焚烧法不能改善的一大问题，由于污泥富含水分且脱水污泥难以自行燃烧，因此焚烧污泥所需要的能耗相对较高，在美国只有3％的污泥采用焚烧法进行处理。

而对于填埋，确实是处理污泥的一个有效途径，然而土地并不能有效消化污泥中的各种成分，尤其对于一些工业废料有害成分而言，依靠土地自身的力量进行分解几乎难以达到。随着城市的发展，土地逐渐变成稀缺资源，单纯的填埋已经不能再适应社会的需求，而土地对于污泥的深入利用便成了一个主要途径。

二、污泥堆肥常规方法讨论

污泥堆肥的基本原理是利用有机物自身升温或者发热，以及自然界广泛存在的细菌、放线菌、真菌等微生物来改变污泥本身的构成，促进固废中可生物降解的有机物向稳定的类腐殖质生化转化的微生物学过程，使其转化为有机肥料。堆肥可以促使污泥降低其中的挥发性物质含量，同时有效改善其物理性状，降低含水量，利于运输贮藏，此外还可以利用堆肥过程中产生的高温杀灭污泥中的病原菌以及寄生虫或虫卵，降低污泥有害性。

通常而言，可以将污泥堆肥划分为两种，即好氧堆肥和厌氧堆肥。好氧堆肥是在有氧条件下，利用好氧菌对废物进行吸收、氧化、分解。整个堆肥过程利用微生物将一部分有机物氧化成为无机物，并释放可供微生物生长活动所需的能量；而另一部分有机物则被合成新的，可以供微生物不断生长繁殖的细胞质，从而周而复始降解污泥。

厌氧堆肥处理则是指在缺氧情况下，利用微生物厌氧菌特别是甲烷菌，将垃圾中有机物转化为沼气和沼肥的工艺过程。其工作过程和好氧堆肥过程大体一致，不同的是换了不同的微生物发挥作用，并且其产物也有所不同，但归根结底都能达到降低污泥有害成分，使污泥肥料化的目的。

三、污泥堆肥的应用效益以及相关建议

从社会效益角度看，污泥中的多种有害物质对环境都有十分严重的污染。多种有害物质可以通过通过雨水、地表径流等多种渠道方式进入水体，进而影响到食物链。同时污泥中的挥发性物质直接进入空气，对大气产生一定的污染，直接影响生态安全。通过堆肥过程，可以将这些污染尽量降低，是绿色处理发展的方向。

从经济效益角度看，污泥堆肥无害化处理首先节约了处理污泥所需要的必要费用。其次，园林农业使用堆积肥料相对而言更为实惠，减少了化肥复杂的制作工艺等多方面成本，同时也十分有利于优化土壤状态，防止土壤板结等问题，在一定程度上减少了园林农业人力的投入。

从使用效果上看，堆积肥料富含有机质和N、P等矿质养分，且养分含量当季有效性基本介于化肥与普通农家肥之间。且经过了堆积处理的污泥有害化成分大大降低，完全可以直接作用于土壤。污泥经堆肥化后，再与化肥复混制成有机一无机复混肥，此种肥料施用方便、经济效益高且对环境影响较小。1990年Perucci研究表明，施用污泥堆肥后土壤酶(脉酶、蛋白酶、磷酸酶、硫酸酶及脱氨基酶)的活性显著增大，且堆肥的原料对酶的活性具有明显影响。

虽然污泥堆积肥料具有诸多优良特质，但是在堆积以及使用的过程中还是潜在着诸多问题，主要有以下几点问题不容忽视：

首先，污泥是城市污水沉积所得，城市污水的构成多样，其中不仅仅是生活污水，更有大量的工业污水含量，而工业污水中含量不菲的重金属和有毒化学品等成分必须在堆肥过程中予以重视。对于有毒物质的排放，除了需要当地环境部门进行严厉监管以外，对于许可排放的污水产生的污泥，在堆肥过程中也必须对重金属的含量严加控制。虽然至今没有发现重金属过量致使植物衰败，但是过多的重金属还是会对土壤水体产生二次污染。

其次，工业盐也是必须注意的方面。相关研究表明，土壤中的盐分随污泥堆积肥料的施用量而变化，对此必须对相应的堆积肥料属性进行一定的测试，并充分考虑土壤和植物的承受能力。

造纸污泥的堆肥研究 篇4

污泥是污水处理后的产物, 酵母生产废水主要来源是在糖蜜的预处理、酵母发酵液的分离及酵母乳的真空过滤环节, 其次是酵母生产过程中的清洗废水。酵母发酵生产利用的是糖蜜中可发酵利用的糖类物质, 而不被酵母吸收利用的物质以及酵母新陈代谢产生的代谢物质最终会随废水排放[1]。糖渣和污泥是酵母生产的废弃副产物, 含有丰富的氮、磷、钾、钙、铁等无机微量元素以及腐植酸等有机物质, 而且其产量大, 成分复杂[2], 如何进行无害化、减量化、稳定化处理, 使其变废为宝, 已引起越来越广泛的关注。而堆肥已成为世界范围内处理有机固体废弃物的一种普遍工艺[3], 固废堆肥化处理后再行土地应用是有机固废无害化和资源化的重要途径之一[4,5]。

本文以酵母生产副产物糖渣和污泥为研究对象, 采用开放式的条垛式堆肥进行堆肥化处理, 为污泥糖渣的大规模堆肥化处理提供依据。

2 试验

2.1 污泥堆肥试验装置

本试验采用好氧条垛式堆肥, 试验地点选在污泥脱水间室内自由空地, 自然通风顺畅, 面积大约1.5m2, 混合堆料重约400kg, 堆体高度约70cm, 采用人工适时翻堆。

2.2 试验材料

(1) 污泥堆肥原料:选取酵母生产废水处理的脱水污泥和糖蜜发酵后的糖渣, 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, 糖渣含水率在30%左右。供试材料的理化性质如表1所示。 (2) 堆肥调理剂:试验所选调理剂为谷糠粉, 含水率约8.15%, 有机质约102.3%。 (3) 发酵菌种:堆肥所选发酵菌种为RW促腐剂, 主要有枯草芽孢杆菌和米曲霉, 菌剂用量约为万分之一。

2.3 污泥堆肥的配比

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、糖渣和谷糠的质量比, 使搅拌后的初始物料含水率在60%左右, 同时加入适量的发酵菌种。表2给出了快速堆肥的推荐条件, 表3是本次试验的物料配比。

注:依特定的物料、堆体大小和天气条件而变。

3 试验结果与讨论

3.1 温度变化

温度是堆肥过程中重要影响因素之一, 也是判定堆肥能否达到无害化要求的最重要指标之一。堆肥的温度变化是反应发酵是否正常最直接、最敏感的指标。由于它与水分、通透性以及其它各项堆肥控制因子都有着及其密切的联系, 所以它又是一个最复杂的因子[3]。在堆肥过程中, 温度主要是影响微生物的生长, 从而影响有机废物的降解效率和处理效果[6]。

一般认为高温菌对有机物的降解效率高于中温菌, 但温度过高, 容易导致嗜热菌的死亡, 从而影响处理效果, 高温堆肥最高温度一般控制在65℃以下[7]。

堆肥过程中堆体温度变化见表4。

从表4可以看出, 堆肥温度随时间呈现先增后减的趋势, 约在第15天达到最大值。其中在堆肥两天后温度即可上升至50℃以上, 并且50℃以上的温度可持续8天。55℃以上高温期持续3天, 一般来说, 堆体温度保持在55℃条件下3天以上, 堆料中所含病原菌就基本被杀灭, 满足了堆肥卫生学指标和堆肥腐熟的要求[8,9]。从表4中可看出每天翻堆温度升高并不明显, 间隔两天翻堆温度升高变化较明显。因为翻堆频率过高时, 堆体内温度无法积聚, 堆肥效果较差。但堆肥过程属于好氧过程, 翻堆频率较低时, 堆体内微生物活动受到抑制, 也影响堆体温度上升。在本试验中, 根据堆体大小控制翻堆频率, 加入谷糠作为填充料和促进发酵升温的菌种, 保证了堆体顺利升温。

3.2 含水率和p H值变化

堆肥过程中含水率和p H值的变化见图1所示。

含水率由初期的63.84%下降到53.44%, 这是由于微生物的代谢反应产生的大量热量将堆体内水分及有机物氧化产生的水分以水蒸气的形式通过通风和搅拌而蒸发[10]。

p H值影响堆肥的进程和腐熟程度, 其变化能够比较直观地揭示堆肥进行的状况, 适宜的p H值可以使微生物有效发挥作用, 同时保留堆肥中的有效氮成分, p H过高或过低都会影响堆肥的效率[12]。本次试验中堆肥的p H值一直稳定在5.9~6.6范围内, 张桥等人[13]的研究表明, 当堆料的p H值处于6~9时, 微生物在反应系统中可有效地发挥作用, 同时能够较少流失堆料中有效氮成分, 在实验过程中p H值维持在6.0~7.0之间, 不必对堆料的p H值进行调整。

3.3 有机质变化

堆肥过程中有机质变化见表5。

在堆肥过程中, 堆料中的不稳定有机物分解转化为二氧化碳、水、矿物质和稳定化腐殖质, 堆料的有机质含量变化显著[3]。通常认为, 堆肥过程中其有机质含量的下降是堆肥腐熟的一个重要标志。在堆肥进行至第4天、第11天和第15天后, 有机质都有一定程度地降低, 这是因为微生物在适宜的温度范围内大量代谢活动, 在噬温菌和噬热菌的作用下, 大量有机物质被分解, 所以随着堆肥的进行, 有机质都有一定程度地降低。

3.4 重金属变化

从表6可以看出, 砷、铅、镉、铬的含量都降低了, 说明在堆肥过程中, 大部分重金属都得到钝化, 所以含量降低。但金属汞的含量却有所增加, 这是因为在堆肥过程中水分和挥发性物质损失, 以及堆肥后堆体体积变小, 引起该金属在堆体中浓缩所致。

3.5 植物毒性反应试验

未腐熟的堆肥含有植物毒性物质, 对种子萌发、植物生长产生抑制作用;腐熟堆肥植物毒性物质减少或基本消失, 并出现促进种子萌发和植物生长的物质。植物毒性与堆肥降解过程有关, 需要适当的腐熟期消除这种植物毒性。本试验选用黄瓜种子进行试验, 堆肥15天后, 测得种子发芽率为100%, 发芽指数为58%, 大于50%, 表明堆料已达到腐熟, 达到可以接受的植物毒性程度。

4 结语

造纸污泥的堆肥研究 篇5

以污泥静态堆肥工艺为基础,针对上海曲阳污水处理厂的脱水污泥进行动态好氧堆肥处理工艺研究,重点研究了控制参数和评价参数(温度、含水率、pH、水溶性有机碳和发芽指数等)变化规律.结果表明:污泥堆肥过程中,含水率、物料温度、水溶性有机碳、发芽指数等指标变化规律性强,效果指示性明显,均可选作堆肥腐熟度的表征参数或评价参数.在优化工艺条件下,通过添加适量的木屑和回流物料,控制物料初始含水率在60%±2%时,堆肥处理可以实现顺利升温并在>55℃维持4d,100%杀灭了病原菌;14d反应周期结束时,物料含水率显著降低,水溶性有机质降解50%左右,出料松散且无臭味,堆肥产品腐熟,卫生学指标达到了我国标准和美国EPA污泥产品A类标准.

作 者：陈玲 赵建夫 李宇庆 C. Paul Lo 方萍 李季 CHEN Ling ZHAO Jian-fu LI Yu-qing C. Paul Lo FANG Ping LI Ji 作者单位：陈玲,赵建夫,李宇庆,方萍,CHEN Ling,ZHAO Jian-fu,LI Yu-qing,FANG Ping(同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海,200092)

C. Paul Lo,C. Paul Lo(School of Public Health and Tropical Medicine Department of Environmental Health Sciences,Tulane University,New Orleans,LA)

李季,LI Ji(中国农业大学资源与环境学院,北京,100094)

造纸污泥颗粒有机肥生产及肥效研究 篇6

1 造纸污泥生产有机肥方法

1.1 造纸污泥堆肥

造纸污泥来源于山东省晨鸣造纸集团污水处理厂, 堆肥处理在山东省寿光蔡伦中科肥料有限责任公司堆肥厂进行, 采用强制通风静态垛工艺, 利用CTB堆肥自动控制系统快速高温好氧发酵技术[2]。处理工艺流程如图1所示, 造纸污泥堆肥前后的理化性质见表1。

1.2 造纸污泥颗粒有机肥生产方法

造纸污泥堆肥是一种富含有机质的有机物料, 为便于造纸污泥商品化、产业化的农业利用。在山东省寿光蔡伦中科肥料有限责任公司年产15万吨有机肥生产线上进行了造纸污泥颗粒有机肥的大规模工厂化生产[3,4]。造纸污泥颗粒有机肥生产工艺流程如图2所示。

按此工艺可用造纸污泥生产氮磷钾含量4%~15%、有机质≥30%的颗粒有机肥系列和氮磷钾含量15%~25%、有机质≥20%的有机无机复混肥系列。

2 造纸污泥颗粒有机肥在大棚番茄栽培上的肥效试验

2.1 材料与方法

2.1.1 试验地点及土壤理化性质。

为检验造纸污泥有机肥的肥效, 在寿光蔬菜大棚内进行了肥效试验。供试蔬菜大棚土壤理化性质见表2。

2.1.2 试验材料。

供试肥料为寿光蔡伦中科肥料有限责任公司用造纸污泥生产的颗粒有机肥, 以习惯用肥鸡粪为对照, 全部用作底肥。造纸污泥颗粒有机肥、鸡粪养分含量见表3, 造纸污泥颗粒有机肥、鸡粪重金属含量见表4。

2.1.3 试验方法。

试验设4个处理, 处理1:不施发酵鸡粪, 施造纸污泥有机肥13kg、复合肥 (15-15-15) 1.5kg;处理2:不施发酵鸡粪, 施造纸污泥有机肥26kg、复合肥 (15-15-15) 1.5kg;处理3:不施发酵鸡粪, 施造纵纸污泥有机肥26kg、复合肥 (15-15-15) 1.5kg;处理4:施发酵鸡粪120kg、复合肥 (15-15-15) 1.5kg, 不施造纸污泥有机肥。以处理4为对照 (CK) , 各处理均为试验小区施肥量, 处理1、处理2、处理3有机肥养分含量分别为CK的1/4、1/3、1/2。每个处理设3次重复, 随机排列, 小区面积为13.5m2。1422番茄于2008年8月10日定植, 每小区定植45株 (折合密度33 345株/hm2) , 留5穗果, 各小区田间操作及肥水管理均相同, 于2009年2月3日拉秧。定植后每小区随机选10株作定株调查, 包括植株长势、开花结果情况、产量及根部病害发生情况, 拉秧时测定土壤理化性质及番茄根系活力。造纸污泥有机肥、土壤及植株分析方法均参照《土壤农业化学分析方法》[5]。

(mg/kg)

2.2 结果与分析

2.2.1 造纸污泥有机肥对番茄营养生长的影响。

通过对各处理番茄株高、开展度、茎粗及叶片数调查结果发现, 定植至第1花序开花时, CK营养生长较旺, 有徒长趋势, 处理1、处理2和处理3长势较稳健, 随开花结果及生长的延续至第4穗开花时, 处理3综合长势优于CK, 处理2与CK相当, 而处理1不如CK。表明造纸污泥有机肥对番茄的营养生长有较强的促进作用, 并随着施用量的增加长势增强。

2.2.2 造纸污泥有机肥对番茄开花结果的影响。

通过对各处理番茄果穗数、开花数以及坐果率的调查, 各处理间差异不大, 处理3果穗数为5.5穗, CK、处理1、处理2分别为5.3穗、5.2穗和5.3穗;单株结果数以处理3最多, 为23.7个, CK为21.9个, 处理1, 处理2分别为20.9个和21.8个。

2.2.3 造纸污泥有机肥对番茄产量的影响。

收获结束后, 统计CK、处理1、处理2及处理3平均单果重分别为159.9g、153.5g、160.3g和165.7g;产量分别为116.77t/hm2、107.07t/hm2、116.53t/hm2和131.04t/hm2。产量以处理3最高, 高于CK 12.2%;处理2与CK基本持平;处理1产量比CK低9.2%。由此可以看出, 番茄产量随造纸污泥有机肥施用量的增加而提高, 表明造纸污泥有机肥对番茄增产作用明显。

2.2.4 造纸污泥有机肥对番茄地下部分生长的影响。

从田间调查根部发病情况来看, 各处理根部病害均无重大发生。为研究造纸污泥有机肥对番茄根系生长的影响。在试验中, 以TTC还原强度来表示番茄根系活力。通过TTC法测定根系活力显示, 处理1、处理2和处理3均高于CK, 以处理3最高, 为68.7μg/g·h, 处理1和处理2分别为63.9μg/g·h和65.1μg/g·h, 而CK为59.2μg/g·h。这表明施用造纸污泥有机肥有助于提高作物的根系活力水平, 增强根系养分吸收和营养合成及抵抗根部病菌侵染的能力, 减轻根部土传病害的发生。

2.2.5 造纸污泥有机肥重金属污染风险评价及对土壤理化性质的影响。

通过国家化肥质量监督检验中心 (北京) 对造

纸污泥有机肥重金属含量测定 (见表4) , 总值低于鸡粪 (特别是砷含量) , 远远低于GB4284-88农用污泥污染物控制标准, 因此造纸污泥有机肥在农业利用上不存在土壤重金属污染风险[6,7,8]。番茄拉秧时测定造纸污泥有机肥对土壤理化性质影响如表5所示。可见施用造纸污泥有机肥后, 土壤容重降低, 且降低程度与造纸污泥有机肥用量呈正相关;有机质以及速效氮磷养分都有不同程度地提高, 特别是速效磷含量增加明显。

3 结论

造纸污泥有机肥在大棚番茄上的肥效试验表明, 随着施用量的增加, 番茄营养生长、生殖生长以及产量都与之呈正相关, 在底施造纸污泥有机肥养分含量较鸡粪减半的情况下比鸡粪处理增产12.2%, 且能促进番茄根系的生长, 提高根系活力, 减少土传病害的发生几率。造纸污泥有机肥重金属含量低于鸡粪, 且更远低于农用污泥控制标准, 对土壤—植物系统无重金属污染风险。同时, 施用造纸污泥有机肥能增加土壤有机质含量, 提高土壤速效养分含量, 并能降低土壤容重, 改善土壤生态环境。

造纸污泥通过好氧高温堆肥处理后生产颗粒有机肥技术, 工艺成熟、产品性能稳定, 适于工厂化生产, 有利于造纸污泥农业利用的商品化推广。在农林生产中合理施用造纸污泥有机肥代替鸡粪等有机肥料, 不会引起作物产量、品质和土壤肥力降低及土壤污染、性状恶化等问题, 市场前景广阔。

参考文献

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污泥堆肥处置 篇7

当前, 我国城市化进程在逐渐加快, 城市的水处理量也随之增加, 污泥的产出量也随之水涨船高。目前, 填埋法、焚烧法、厌氧消化法、生物堆肥处理法都是污泥的常规处置方式。污泥堆肥作为一种新型生物处理污泥技术, 是从20世纪60年代后快速发展起来的。该方法利用了微生物的生物化学反应, 来实现物质转化, 以期达到剩余污泥的优化处置。在发达国家, 堆肥利用一直被作为一条重要的污泥处置途径。有关文章显示, 在葡萄牙、法国、美国、英国, 污泥堆肥处置比例分别为80%、50%、33%、55%。

污泥的堆肥利用方面包括农田草地、林地公园、高速公路绿化带以及植被恢复等。但园林绿地利用和农田耕地利用是最为广泛的应用方式。

比较完善的贝尔茨维尔好氧堆肥法在上世纪80年代初才首先由美国开发应用。在发达国家污泥堆肥处置大多由污水厂、国家和专业公司联合出资经营。日本在1954年建成第一座污泥堆肥中心, 后来在原来研究的基础上又陆续建成几十座。现在日本建在北海道的最大的污泥堆肥厂, 发酵、生产及袋装等过程都颇具规模。近些年, 我国在污泥堆肥的应用上的研究也有所进展。北京市近年来在污泥堆肥、干燥制农肥等方面都做了相应的研究, 已取得初步研究成果。

2 污泥堆肥特点

污泥堆肥具有改善污泥性能、建设投资少、运行费用低、用途广泛等优点。污泥堆肥后, 不仅能除臭杀菌, 而且可以降解毒性有机物, 改善污泥的物理性状, 如含水率等, 提高污泥腐殖化程度;污泥堆肥处置的条件比较宽松, 设备和反应装置相对简单, 投资较低, 堆肥发酵的过程主要为微生物发酵过程, 操作要求低;生活污泥中物质丰富, 含有氮磷钾及有机物等营养元素, 以及植物所必须的微量元素, 如Ca、Mg、Cu、Zn、Fe 等, 堆肥应用后能够提高土壤肥力, 促进作物生长。经实践可知, 污泥肥料农用后, 土壤的离子交换能力、持水能力均有不同程度的提高, 有机物质含量增多近3成, 总氮含量提高近7成。总之, 污泥堆肥产品可以用于提高土壤有机养分, 增强土壤肥力, 在公园、农田等地适合推广应用。

但是, 污泥肥料利用也要重视因病原体、重金属、难溶盐、N、P的流失等的负面效应。目前对农田重金属污染的研究较多, 大部分是集中在污泥农用后重金属在土壤耕作层的含量变化、作物各部位的重金属富集量、重金属的存在形态以及影响等。近几年研究表明, 我国城市污泥中重金属含量几十年来一直呈下降趋势, 研究结果与发达国家的保持一致, 其原因主要在于更为严格的工业污水排放标准和更有效的污水处理技术的采用。

3 污泥堆肥的应用前景

我国以农业为主, 不管是从经济因素上, 还是从资源充分利用角度出发, 污泥农业堆肥利用, 都符合我国当前实际国情。目前, 污泥堆肥利用仍然是一种积极、有效且安全的污泥处理方式, 几十年来世界各国都普遍采用。

近几年来, 在绿化、花卉栽培等方面, 城市污泥得到了越来越多地应用。采用城市污泥进行草皮无土化栽培, 比同类种子种出的草皮生长态势更好、利用效率更高。施用污泥肥后, 草坪草生物量比同类草增加许多, 绿期相对延长。目前, 城市公共绿地面积正在以每年5.5万hm2的速度增加。如果园林绿化有机肥每年包含100t/hm2污泥堆肥, 那么全国城市绿化将施用污泥堆肥550万t左右, 其意义显而易见。

伴随着我国园林绿化公司在生态修复工程和市政园林工程量的逐年增加, 各城市的绿化公司对草炭土的需求量日益增多, 而它作为不可再生资源, 国家正逐步加强对其各个方面的监管。开展污泥堆肥利用的研究, 不仅有国家在政策上的扶持, 也势必能取代草炭土, 从而达到节约资源、互利共赢的目的。

4 小 结

我国是一个农业大国, 经济基础相对较为薄弱, 农业发展又刻不容缓, 污泥肥料应用于农林绿化等是一条有效的污泥处置途径。为提高污泥农用量, 合理利用污泥农肥。

(1) 应加强科学研究, 确定科学合理的施用量, 制定污泥农肥施用标准, 并在应用土壤、使用量和使用方法上做出相应的规定, 防止对土壤、农作物、地下水等不可再生资源造成污染, 进一步危害人类健康。

(2) 也应采取切实可行的监控措施, 严格控制污泥堆肥处理的质量, 避免有毒有害重金属等带来的二次污染问题。

污泥堆肥应用能够实现污泥处置的可持续发展, 政府部门应当加大投资和监管力度, 促使污泥堆肥应用技术的成熟, 引导污泥生产与污泥堆肥处置适当的结合, 为我国环保事业做出贡献。

参考文献

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城市污泥堆肥在花卉栽培中的运用 篇8

1 城市污泥的处理方式

污泥是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体组成的非均质体[1]。城市污泥主要是城市污水厂处理污水后产生的固体剩余物, 其中含有大量的重金属等有害物质, 但同时也包含了一些营养成分。现阶段我国对城市污泥的处理, 主要是要求其经过脱水、浓缩、消化等过程, 使最终处置的体积减小, 病原微生物等被消灭, 并停止降解, 以降低处置费用, 保证污泥能够符合卫生标准, 实现无害化, 避免污泥的二次污染。在污泥达到减量化、稳定化以及无害化标准后, 才能进行合理处置。

目前常用的污泥处理方法有填海、填埋、焚烧和堆肥[2]。污泥中的微量元素对植物的生长具有积极作用, 其中的有机质还能够改善土壤结构, 提升土壤保水保肥的能力, 因此, 国内外都积极开展了对城市污泥堆肥方面的研究。

2 城市污泥堆肥在花卉栽培中运用的优势

城市污泥堆肥中含有大量的钾、磷、钙、镁、氮等营养成分, 其中的氮和磷通常是有机态, 能够长期缓慢释放, 效果维持的时间较长。花卉与蔬果等可食用的农作物不同, 脱离了人们的食物链, 能够为城市的园林等提供客观的有机肥。很多花卉栽培基地都位于市郊, 距离城市污泥堆肥的生产地较近, 在栽培中运用时, 能够有效降低运输成本, 方便运输。污泥中的病原菌和虫卵经过无害化处理后, 已经基本被消灭, 污泥堆肥能够达到规定的卫生标准, 可以运用在花卉的无土栽培中。利用城市污泥堆肥代替化肥和一些营养液, 也能够减少化肥和营养液的用量, 降低用肥成本, 同时也为污泥处理开辟了一条新的道路, 促进了经济、社会、环境三者的和谐发展。由此可见, 城市污泥堆肥在花卉栽培中的运用具有一定的优势。

3 城市污泥堆肥的研究现状

城市污泥堆肥不仅可以作为花卉的栽培基质, 还可以作为缓效肥料予以运用。例如在将城市污泥堆肥与其他肥料进行混合使用时, 可以将其进行干燥处理, 制作成干硬的颗粒, 与其他肥料进行融合。根据植物对营养的需求和土壤、污泥所含成分的分析, 在城市污泥堆肥中加入适量化肥和微量元素, 便可以制作成复合有机肥。在城市污泥堆肥加入适量辅料和圆褐固氮菌, 便可以制成污泥生物肥。

有机复合肥是将城市污泥进行高温烘干后, 加入有益菌和营养元素, 以清除污泥臭味, 增加营养成分, 再经过造粒等工艺制成的无公害、全营养肥料。据相关研究表明, 有机复合肥的开发制作具有明显的经济效益, 并具有一定安全性, 应深入研究、广泛运用。

污泥复合肥的使用能够使土壤保持水分和养分, 增加其有效N和有效P的含量, 并且使用效果与市场中销售的复合肥效果没有明显差别, 并高于等养分化肥的使用效果。其运用范围包括农田、贫瘠地、园林等多种领域, 并在水稻试验中, 达到了提升水稻每亩产量11.4%的效果, 值得我国研究人员加强对其制造和运用的研究。

4 城市污泥堆肥在花卉栽培中的运用

在我国园林绿化中经常会种植矮牵牛、孔雀草等花卉, 这类花卉一般花期较长, 颜色鲜艳, 花色丰富, 能够满足节日、大型活动的气氛需要。城市污泥堆肥中的微生物能够将有机物氧化分解, 形成类腐殖质, 高温作用下, 能够将城市污泥中含有的病原菌等杀死, 使其达到卫生标准。在这些花卉的栽培中运用城市污泥堆肥, 能够使土壤中的分解的有机质更容易被花卉吸收, 并降低土壤中有害重金属的含量, 改善土壤结构。将污泥堆肥与土壤进行合理配比, 还能够有效综合红壤的酸性。并有效弥补红壤有机质含量低等不足[3]。

例如在凤仙花的栽培中进行试验, 同时种植五盆种子、土壤等完全一致的凤仙花, 以第一盆为对照, 在第二盆中加入普通化肥, 第三盆中同时加入普通化肥和污泥堆肥, 第四盆中只加入污泥堆肥, 第五盆中则加入两倍的污泥堆肥。经过一段时间的观察发现, 加入污泥堆肥的凤仙花都长势可人, 尤其是第五盆, 无论是从叶长叶宽、开花数量还是从植物的生物量来看, 都较之没有添加污泥化肥的凤仙花长势更好。

城市污泥堆肥的运用, 能够促进花卉的生长, 改善土壤性质和结构, 对城市污泥堆肥的深入研究, 既解决了花卉栽培上农业用土不足的问题, 也为城市污泥的运用提供了更广阔的前景。

5 结论

城市污泥的处理方式多种多样, 堆肥是其中最具经济效益的方式。城市污泥堆肥运用在花卉栽培中, 能够有效促进花卉的生长, 改善土壤, 降低化肥的使用成本, 并解决农业用土不足的问题。但是相关人员还应加强对其运用的研究, 寻找更加有利于花卉培育的运用方法, 在不断地实践中总结经验, 加强创新, 为城市污泥的处理开拓出更加宽广的应用途径。

参考文献

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造纸污泥的堆肥研究 篇9

与此同时, 污泥中含有大量有用资源, 如何将产量大、成分复杂的污泥, 按照建设部、环保部、科技部于2009年2月18日联合颁发的《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策 (试行) 》的要求, 经过科学处理后实现污泥的减量化、无害化和稳定化, 进行回收和利用污泥中的能源和资源, 已成为社会各界广泛关注的课题。

1 我国污泥堆肥技术的现状

从20世纪90年代开始, 国内开始初步研究污水厂污泥堆肥技术。起初, 堆肥化技术较为简单, 仅是农业废弃物堆肥技术的翻版, 使用设备少, 消耗时间长。近年来, 因污水厂纷纷在各地投入运行, 带动了污泥堆肥研究取得了初步成果, 先后配套建成了一些机械化程度较高的污泥堆肥设施, 在堆肥质量、运行操作简便性、环保等方面都达到了较高水平。

例如, 北京市某公司, 利用自然光照条件进行污泥干化和翻晒处理, 使其含水量降至60%以下。再把污泥投入高温堆肥发酵设备, 产品已做为有机肥投入周边农田使用。深圳某公司利用污水厂污泥生产复合肥, 生产成本为300元/t, 销售价格为400～600元/t, 有一定的经济效益。山西某公司在原料添加先进的生物高氮源发酵菌群, 投入发酵罐中, 运用重金属钝化、热喷造粒等技术, 生产复合肥。复合肥的氮、磷、钾总养分大于10%, 有机物含量超过55%, 重金属含量也低于土壤农用标准。同时, 这种复合肥的价格与普通碳酸氢铵相近, 但肥效更好, 因而市场前景比较广阔。

2 堆肥技术存在的问题

污水厂污泥堆肥处理技术虽然开展了许多研究工作, 但因研究时间不长, 目前与国外相比, 在技术、设备和产量等方面仍有一定差距, 主要有以下三个问题:

一是国内技术水平不高, 主要从国外引进技术和设备, 但国外设备存在成本较高、维护困难、能耗偏大等缺点, 并不完全符合我国节能减排的原则。

二是污泥堆肥处理虽得到广泛重视, 但受污水进水浓度和水量的波动, 调理剂的不同, 气候寒热的变化和应对以上变化的技术储备不足, 导致堆肥处理系统运行和产品质量的不稳定, 最终含氮量不高, 影响了堆肥质量, 缺乏市场竞争力。

三是受重金属超标因素干扰, 使用方往往谈“金”色变, 导致堆肥产品销路不畅, 推广应用上有一定困难。

3 堆肥技术的发展趋势

污泥堆肥技术虽然问题较多, 但与卫生填埋、沼气化、焚烧处理、做建筑建材等处理方式相比, 针对我国广阔的低肥力农林地, 在保证有环境容量的前提下, 利用污泥成为城区园林绿地用肥、农业非食用植物用肥具有一定优势。

经过20多年的大量研究, 我国污水厂污泥堆肥的研究己经取得了许多经验参数和理论数据, 但是还有许多工作有待于进一步开展:

3.1 加强污泥堆肥工艺及设备研究

在国外, 为了防止对环境的二次污染, 趋向于采用发酵罐堆肥系统, 推动堆肥技术向着占地省、自动化的方向发展。在我国, 污泥处理必须走成本低、能耗低、操作方便、维护性较好的快速堆肥道路, 在利用发酵罐堆肥系统的同时, 重视原料C/N比、含水率、TP、TK等几个指标的检测, 进而调整调理剂的数量、堆肥时间、通风量的工艺参数, 以准确控制堆肥的进程和腐熟程度, 避免个人经验判断的误差, 保证堆肥产品的质量。在发酵罐中设计单向通风口和利用太阳能调温, 可充分利用自然力量, 降低能耗。

3.2 消除重金属污染

制约污泥堆肥大规模土地利用的重要因素之一就是人们对重金属施用于农业而引起环境污染的担心。这在工业废水产生的污泥中比较显著, 一般城市生活污水产生的污泥中重金属较少。通过收集文献资料和经过笔者本人实地采样与检测, 比对《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002》, 我国以城市污水为主的污水厂污泥重金属超标率很低, 少数污水厂仅为锌、镉少量超标, 因而我国污泥中重金属污染风险并不高, 绝大部分重金属经过调理剂的稀释作用后, 重金属含量下降, 并随着产品的PH值上升, 惰性增强, 堆肥产品符合《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质GB/T23486-2009》各项参数, 可以进行土地施用。此外, 对于重金属较多的污泥, 可添加1%石灰石钝化重金属, 降低其土地利用时污染风险。

3.3 臭气控制

散发出强烈难闻的臭味是在污泥堆肥的过程中遇见的常见问题。这是由于污泥中含有高浓度有机物分解造成的。控制臭味的方法很多, 使用封闭式发酵罐, 添加调理剂来改变污泥的pH值, 消除臭味, 然后用吸收器来进一步减少臭味。污泥堆肥过程中散发的臭味主要是在发酵初期, 尤其是高温阶段, 一旦温度降低, 臭味不再排放, 在堆肥末期, 堆肥产品只有很淡的泥土气息。

3.4 制定堆肥产品安全施用标准

通过制定污泥堆肥产品安全施用标准在园林、林业、农业、育苗等产业中的大规模安全示范应用, 研究对人畜健康的环境影响。

3.5 扩大产品出路

堆肥是一种有机肥料, 用途和普通肥料一样广泛。堆肥不仅可以直接施用于土壤, 还能制成各类复合肥等, 用于花卉以及园林、苗圃、纤维作物等植物的生产。市政部门可以城市绿化园林为试点, 逐步扩大堆肥产品的出路问题, 既节约了大量的污泥处置费用, 又创造了经济效益, 因而具有良好的应用前景。

摘要：污水厂污泥进行高温堆肥处理符合相关政策的的减量化、无害化和稳定化要求, 但因研究时间不长, 与国外相比仍有一定差距。指出了加强污泥堆肥工艺及设备研究、消除重金属污染、臭气控制、制定堆肥产品安全施用标准和扩大产品出路等发展趋势。

关键词：污水厂,污泥,堆肥,问题,发展趋势

参考文献

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污泥好氧堆肥处理技术探讨 篇10

1 污泥好氧堆肥技术及其原理

污泥好氧堆肥是一种无害化、减量化、稳定化的综合处理技术。 它是利用好氧的嗜温菌、嗜热菌的作用, 将污泥中的有机物分解, 并杀灭传染病菌寄生虫卵与病毒, 提高污泥肥分的一种污泥资源化方法。 堆肥一般分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种。 好氧堆肥是在有氧情况下有机物料的分解过程, 其代谢产物主要是二氧化碳、水和热;厌氧堆肥是在无氧条件下有机物料的分解过程, 厌氧分解最后的产物是甲烷、 二氧化碳和许多低分子量的中间产物如有机酸等。 厌氧堆肥与好氧堆肥相比较, 单位质量的有机质降解产生的能量较少, 而且厌氧堆肥通常容易发出臭气。 由于这些原因, 几乎所有的堆肥工程系统都采用好氧堆肥。

堆肥化处理技术在许多国家和地区已得到广泛的应用, 在欧盟把堆肥化仅限定于好氧堆肥。 堆肥化是一种受控制的生物降解和转化过程, 堆肥化利用微生物的作用, 将不稳定的有机质降解和转化成较为稳定的有机质, 并使挥发性物质含量降低, 减少臭气, 使污泥物理形状明显改善, 便于储存、运输和使用。 一个完整的堆肥化过程通常要经历升温、高温、降温和腐熟4 个过程。

2 污泥好氧堆肥物料平衡分析

2.1 预处理过程中的物料平衡

污泥预处理的主要目的是将水分含量和碳氮比调节到较佳值, 使堆肥化过程顺利进行、以获得高质量的堆肥产品。 脱水和添加调节物料是达到这种预处理目的常采用的方式。 污泥脱水后得到的泥饼含水率仍在70%左右, 水分含量需要进一步降低。 堆肥化产物的含水率通常在30%左右, 可以在泥饼中添加堆肥化产物来降低水分含量。 因为泥饼和回流的堆肥化产物的碳氮比都偏低, 所以还要加一种碳氮比高的物料, 如木屑、锯末来调节碳氮比。 堆肥前后的物料平衡包括湿重平衡、固体重量平衡、碳氮比平衡、挥发性固体重量平衡、可生化降解挥发性固体重量平衡等。

2.2 污泥堆肥过程中的物料平衡

污泥堆肥过程中物料平衡计算主要是基于输入的混合物料加上通入的空气在堆制过程中必须等于新增殖的细胞、 其他简单有机物、 二氧化碳、水、氨等分解产物的总和。 此时, 如不考虑堆制过程产生热量造成的物质损失和渗滤水, 则可用“混合物料质量+送入气体质量=排出气体质量+堆肥质量”表示污泥堆肥化过程的物料平衡关系。

2.2.1 污泥堆肥过程固体平衡

堆肥物料固体分为灰分、挥发性固体两部分, 其中挥发性固体由可生化降解挥发性固体和不可生化降解挥发性固体组成。 整个堆肥过程堆肥固体的质量符合“堆肥固体重量=一次发酵消耗固体重量+二次发酵消耗固体重量+剩余固体重量”关系式。

2.2.2 污泥堆肥过程气体平衡

随着堆肥化反应的进行, 固体成分不断发生变化, 与之相接触的气相成分也不断地发生变化。 堆肥化过程中存在“输入空气质量-消耗的氧的质量+有机物降解产生的气体 (不计产生的水蒸气) 质量+去除的水分质量=排出气体质量”的气体平衡关系。

2.2.3 污泥堆肥过程水量平衡

污泥堆肥过程中的水分主要来自初始混合物料, 输入空气也会带入一定量的水分, 而排出的气体会带走大量的水分, 此外, 在污泥堆肥过程中因有机物分解还会产生一些水分, 因此, 在堆肥化产物中会留有一定的剩余水分。 当不考虑堆体表面会蒸发少量水分时, 污泥堆肥过程水量平衡为“混合物料水分=输入空气含水量+分解产生水量+气体含水量+剩余水量”。

3 污泥好氧堆肥过程的影响因素

3.1 污泥含水率对堆肥过程的影响

维持适当的水分标准是均衡堆肥化过程中各种因素的一种有效方法。 水分的多少应以保证微生物的生化反应能以合适的速率稳定的进行为标准水分过高会引起堆层中空隙减少, 氧气交换降低微生物的活性降低。 同时水分又参与溶解有机物参与微生物的新陈代谢, 而且水分的蒸发散热对堆肥的温度具有一定的调节作用。

水分在堆肥污泥中存在的方式是多种多样的除具有结合水分、毛细水分、溶胀水分、附着水分外, 主要是以自由水分存在。 污泥堆肥堆层中污泥颗粒间隙应为气相以保证供氧。 当水分增大充满颗粒内部并溢到粒子间隙中时, 通气受阻, 水分会从堆层中渗出。 城市污水厂消化污泥脱水后固体含量不会超过30%, 而原污泥的含水率高达95%以上。

杨意东, 赵丽君等人研究表明, 为了使污泥堆肥迅速达到有效温度, 最佳初始含水率应保持在50%~55%之间, 这样既可以保证堆层中微生物发酵有机物所需要的水分, 也可保证热量随水份的蒸发而散失的量达到最小, 在缩短前期的升温时间的同时缩短整个堆肥的周期。

3.2 污泥含固率对好氧堆肥过程的影响

黄培东等人的研究结果表明, 当污泥含固率在75%以上时, 几乎不进行堆肥反应, 污泥含固率在35%左右时, 好氧堆肥的反应速度最快, 之后逐渐下降, 当污泥含固率达到20%左右时, 堆肥反应基本不再进行。 同时, 当污泥含固率高于75%或低于10%时, 反应堆体的最高温度30 天后仍未超过2℃, 使堆肥发酵反应根本无法进行。 因此, 污泥好氧堆肥的污泥含固率控制范围应为25%~75%, 而污泥好氧堆肥的最佳含固率为35%。

3.3 填充料对好氧堆肥过程的影响

填充料对于污泥好氧堆肥起到了膨胀剂和调节剂的作用, 通常作为填充料的有刨花、 木屑、干草、团状垃圾、作物秸秆、废纸、煤灰等。 通过填充料的膨胀作用可使污泥和空气进行充分接触, 调节含水率和减少污泥的塌落度。 填充料的调节作用是让堆体水分均匀, 改善污泥颗粒的透气性。 李承强等人通过对麦壳、木片、稻壳、玉米芯等4 种填充料的污泥好氧高温堆肥实验研究, 证明在实验条件下都可以使堆肥过程正常进行。

3.4 有机质和C/N比对好氧堆肥过程的影响

剩余污泥中不但含有大量有机物, 同时还含有大量能促进农作物生产的氮、磷、钾及其它微量元素。 因此污泥中有机质含量的高低决定了好氧堆肥过程中微生物代谢速率, 进而能决定堆肥周期的长短, 同时在堆肥过程中加入的填充料也能够调节污泥的C/N比, 并为微生物提供足够的碳源和氮源。

3.5 p H值对好氧堆肥过程的影响

黄培东, 张志娟通过向堆肥反应器中加稀硫酸、醋酸、氢氧化钠和氨水, 发现p H值对堆肥反应有明显的影响。 当p H值低于5.3 或高于8.5 时, 好氧堆肥反应无法进行。 因此污泥好氧堆肥的p H值应控制在5.3~8.5 之间。 通过对污泥好氧堆肥反应器整体质量、排气中氨氮浓度以及浸出液醋酸浓度的测定结果表明, 污泥好氧堆肥的最佳控制p H值范围为7.4~8.3。

3.6 温度对好氧堆肥过程的影响

堆肥过程是一个微生物发酵过程, 它在本质上是一种酶促生物化学反应系统, 温热条件是其重要参数。 堆肥化的两个目的是灭菌和稳定化, 它们都与温热条件有着密切的联系。 我国国家标准规定在50~55 ℃以上要维持5~7 d, 以达到杀灭病原菌和稳定化的目的。 为此, 在好氧堆肥过程中, 通过持续一定时间的某种温度强度, 可以保证杀灭病原菌和寄生虫卵, 同时持续一段时间的中温堆肥又可使污泥趋于稳定化最终达到腐熟。 稳定化过程贯穿于整个堆肥过程, 在中温条件下 (30~40 ℃) 稳定效率最高。

在堆肥中存在着多种微生物群落, 其中细菌占主导地位, 真菌、放线菌也有较多的数量。 微生物的群落结构将会随着堆肥不同时期温度的变化而相应变化, 微生物种群在整个堆肥过程中的演替能很好地指示堆肥腐熟程度。 因此, 微生物的种类和活动情况对于堆肥的腐熟起着至关重要的作用。

3.7 通风供氧对好氧堆肥过程的影响

通风供氧是好氧堆肥的一个重要环节。 通风的目的是向好氧微生物供氧, 满足有机物强化分解期间对氧的需要。 受到堆肥化物质的加热作用影响氧或空气也会干化堆肥物料, 使堆肥产品的含水率降低。 无论是自然通风或是强制通风, 都必须满足好氧微生物对氧的基本需求, 并要求堆层各部位氧含量均匀一致, 以防止堆层局部因缺氧而发生厌氧发酵。 通常堆肥要经历一次发酵和二次发酵两个过程, 一次发酵往往主要依靠人工通风, 强度较大, 二次发酵更依赖于自然通风。

4 污泥好氧堆肥腐熟度评价指标

4.1 物理学指标

物理学指标主要包括温度、气味、色度、残余浊度、水电导率、光学性质和热重分析等。

4.2 化学指标

由于仅依靠温度、气味和颜色等物理学指标还难以定量表征堆肥过程中堆料成份的变化与定量说明堆肥的腐熟度, 所以, 常通过分析堆肥过程中堆料的化学成分或性质的变化来评价堆肥腐熟度用来研究污泥腐熟度的化学指标有:有机质变化指标、氨氮指标、腐殖化指标、碳氮比和有机酸等。

4.3 生物学指标

堆肥过程是一个生物过程, 堆料中微生物的活性变化及堆肥对植物生长的影响可用以评价堆肥腐熟度, 常用的指标主要有呼吸作用、生物活性及种子发芽率等。

5 结语