污泥处理中固态堆肥接种剂的应用

来源：2021-09-28浏览量：1055

目前污泥产生的环境污染问题日益突出，已造成极大的安全隐患、环境压力和经济负担。城市污泥既是一个重大的环境污染源，也是巨大的生物质资源与能源库。污泥中的有机物、病原菌、重金属等不经处理会对环境造成污染，但经妥善处理处置后的污泥能达到减量化、无害化和资源化的目的。因此，如何实现污泥快速稳定并进行资源的回收利用，是我国社会可持续发展所面临的重大现实问题。

国内外许多文献对污泥好氧发酵技术进行了详细的阐述，从发酵菌的选择到发酵过程中对物料的配比以及工艺参数的控制，这些都成为研究的热点。虽然污泥好氧发酵制备有机肥的处置方式具有诸多突出的优点，但是由于传统堆肥发酵技术生产的周期长、发酵温度低难以达到土地利用的标准，且在发酵过程中臭气污染严重、卫生条件差等因素，长期制约了污泥好氧发酵技术的实践应用。本文以广饶康达环保水务有限公司的污泥为研究对象，通过比选引进固态堆肥接种剂，研制出一套超高温好氧发酵技术，探讨了发酵过程中工艺参数的控制和各项指标的变化趋势，为城市污泥资源化提供一定的依据。

1、材料与方法

1.1 堆肥材料

实验采用的污泥为带式压滤脱水污泥，脱水后污泥的含水率约80%，堆肥辅料为花生壳粉、稻草秸秆，固态堆肥接种剂。

1.2 试验方法

日处理脱水污泥量80t，含水率约80%，新鲜污泥、返混料、辅料的重量比为20：8：1，调节物料的含水率与碳氮比，按照物料总干重的0.5%添加固态堆肥接种剂，用铲车拌合均匀，然后再装入发酵槽进行好氧发酵。发酵槽长9.0m，宽6.5m，高3.5m，堆体的高度约3.0m，总物料量约110t。在发酵过程中，用高压风机进行持续通风供氧，经过5次倒槽翻堆，温度下降到50℃以下，水分降到30%以下，发酵结束。同时，另以等量已灭活的本固态堆肥接种剂按上述方法进行堆肥，作为对照。试验工艺流程见图1。

在试验过程中，每日用土钻在堆体上均匀布点采样，采样位置约在堆体表面往内部1.5m左右的位置，用四分法混合当日样品。每日监测好氧发酵温度、pH值、含水率变化情况，定期进行微生物学和养分含量指标的检测，记录试验数据。

2、结果与分析

2.1 温度的变化

本研究中选用的固态堆肥接种剂含极端嗜热菌，好氧发酵期间堆体平均温度在70℃以上，最高达到90℃。在高温范围内，极端嗜热菌大量繁殖，温度明显升高，堆肥中绝大多数的寄生虫和病原菌被杀死，同时加速了腐殖质和氨态氮的形成，物料变得质轻且松散。

对于接种处理，随着翻堆的进行堆体温度呈波浪形的变化规律，在好氧发酵的第2d，堆体的温度即能升高到70℃以上，经过第一次倒槽，物料变得更加均匀后，堆体最高温度达90℃。后期堆温的下降主要是随着堆体中有机物的分解完毕，微生物通过降解有机物释放的热量逐渐减少。该超高温好氧发酵技术受外界环境温度变化的影响较小，即使在环境温度为5℃的低温情况下，物料仍能正常发酵，这也使得该技术在我国北方冬季气温较低的情况下仍然可以不间断的处理污泥，具有更加普遍的推广价值。从对照实验看，好氧发酵最高温度为60℃，维持在50℃以上的天数只有9d，并且当环境温度下降到5℃左右时，物料发酵受影响较大。

2.2 pH的变化

pH值的变化可以反映堆肥进程，且在堆肥初期，pH值控制在中性偏碱性将有利于微生物的降解作用，缩短堆肥时间，提高堆肥进程。对于接种处理，pH在堆肥初期上升较快，到达最大值后逐渐缓慢回落，最高pH值8.45，最低7.80，最终腐熟物料的pH在7.95左右，呈弱碱性。而对照实验中，pH值变化幅度较小，这可能是与微生物活性较小有关，氨、有机酸的产生量均少于接种处理。

2.3 含水率的变化

堆肥适宜的含水率一般在50%~70%，过高或过低的含水率都不利于好氧堆肥的进行，通过控制混合物料各组分配比以达到最佳的堆肥效果。如果含水率太低，将会降低好氧微生物的活性，从而导致影响堆肥效果;如果含水率过大，将导致堆肥物料间的间隙充满水分，造成空气流通性差，形成厌氧环境，促使微生物厌氧发酵，产生大量恶臭气体，减缓堆肥进度。

随着堆肥时间的推移，堆体物料含水率呈下降趋势。对于接种处理，进入发酵槽的混合物料含水率为58.1%，每经过一次翻堆，物料的含水率都有明显的下降，这主要是因为在超高温条件下，物料的水分变成水蒸气在翻抛过程中大量挥发，堆体温度越高，水分蒸发越快，远大于有机物氧化分解产生的水分。经过5次倒槽，堆体的含水率下降到32.5%，污泥减量化效果显著。而对照实验中，堆体最终含水率为40.1%，高于接种处理7.6个百分点。

2.4 有机质和DOC的变化

污泥接种后微生物数量大幅增加，总有机质含量随堆肥的进行迅速下降，从最开始的49.8%最终下降到25.5%，降低幅度为24.3%;并且在第3次翻堆后(即堆肥16d)，降低幅度已达到19.6%，占总幅度的80.6%，说明有机质的降解主要发生在高温期，而极端嗜热菌的存在大大促进了这一过程的进行。而对照实验中，堆体最终总有机质含量为30.6%，高于接种处理5.1个百分点。

由于微生物不能直接利用堆料中的固相成分，需通过微生物分泌胞外酶将堆料中的可降解成分水解为水溶性成分才能加以利用。污泥堆肥过程中，相对于固相组分，水溶性有机物的变化更能灵敏地反映堆肥的腐熟状况，因此可以通过研究物料浸提液中DOC的含量，来判断堆肥的腐熟度。随堆肥的进行，微生物大量繁殖，堆料中的有机质在胞外酶的作用下发生水解，DOC含量升高;随后由于有机质被微生物合成自身物质及转化为CO2，DOC含量逐步降低。堆肥结束时，两种处理DOC含量均低于堆肥腐熟指标(DOC<17 g/kg)，接种 处理较对照实验略低。

2.5 氮素含量的变化

发酵物料中的全氮含量总体呈下降趋势，氮素的损失主要是由于有机氮的矿化和持续性氨的挥发以及NO3-N的反硝化作用所致。在发酵前20天下降速度较快，后面趋于稳定，在接种处理的情况下，堆体的全氮含量由初期的42.7g/kg下降到30.5g/kg，全氮损失为28.6%;对照实验中，全氮含量下降到32.9g/kg，全氮损失为22.9%。这表明超高温发酵过程不仅会加速有机物的分解，也增加了氮的挥发损失。

3、结论

(1)添加固态堆肥接种剂后，在极端嗜热菌的作用下，可大幅提高堆肥温度和延长堆肥高温期，有利于杀死病原微生物，大大缩短发酵周期，提高污泥的处理效率，即使在冬季低温的情况下仍能正常发酵。

(2)整体看来，接种后的污泥，氨和有机酸的产生量较大，较对照组pH值变化幅度大。

(3)接种处理后的污泥在5次倒槽后，含水率较对照组降低7.6个百分点，污泥减量化效果显著。

(4)对于有机质和DOC两个指标，接种处理较对照组都有所降低，这标志着污泥的腐熟度也有一定程度的提高。

(5)试验表明，超高温发酵过程不仅会加速有机物的分解，也增加了氮的挥发损失，因此在污泥堆肥中建议考虑保氮剂的使用。