目前污泥產(chǎn)生的環(huán)境污染問(wèn)題日益突出，已造成極大的安全隱患、環(huán)境壓力和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。城市污泥既是一個(gè)重大的環(huán)境污染源，也是巨大的生物質(zhì)資源與能源庫(kù)。污泥中的有機(jī)物、病原菌、重金屬等不經(jīng)處理會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，但經(jīng)妥善處理處置后的污泥能達(dá)到減量化、無(wú)害化和資源化的目的。因此，如何實(shí)現(xiàn)污泥快速穩(wěn)定并進(jìn)行資源的回收利用，是我國(guó)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展所面臨的重大現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。
國(guó)內(nèi)外許多文獻(xiàn)對(duì)污泥好氧發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，從發(fā)酵菌的選擇到發(fā)酵過(guò)程中對(duì)物料的配比以及工藝參數(shù)的控制，這些都成為研究的熱點(diǎn)。雖然污泥好氧發(fā)酵制備有機(jī)肥的處置方式具有諸多突出的優(yōu)點(diǎn)，但是由于傳統(tǒng)堆肥發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)的周期長(zhǎng)、發(fā)酵溫度低難以達(dá)到土地利用的標(biāo)準(zhǔn)，且在發(fā)酵過(guò)程中臭氣污染嚴(yán)重、衛(wèi)生條件差等因素，長(zhǎng)期制約了污泥好氧發(fā)酵技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用。本文以廣饒康達(dá)環(huán)保水務(wù)有限公司的污泥為研究對(duì)象，通過(guò)比選引進(jìn)固態(tài)堆肥接種劑，研制出一套超高溫好氧發(fā)酵技術(shù)，探討了發(fā)酵過(guò)程中工藝參數(shù)的控制和各項(xiàng)指標(biāo)的變化趨勢(shì)，為城市污泥資源化提供一定的依據(jù)。
1、材料與方法
1.1 堆肥材料
實(shí)驗(yàn)采用的污泥為帶式壓濾脫水污泥，脫水后污泥的含水率約80%，堆肥輔料為花生殼粉、稻草秸稈，固態(tài)堆肥接種劑。
1.2 試驗(yàn)方法
日處理脫水污泥量80t，含水率約80%，新鮮污泥、返混料、輔料的重量比為20：8：1，調(diào)節(jié)物料的含水率與碳氮比，按照物料總干重的0.5%添加固態(tài)堆肥接種劑，用鏟車拌合均勻，然后再裝入發(fā)酵槽進(jìn)行好氧發(fā)酵。發(fā)酵槽長(zhǎng)9.0m，寬6.5m，高3.5m，堆體的高度約3.0m，總物料量約110t。在發(fā)酵過(guò)程中，用高壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行持續(xù)通風(fēng)供氧，經(jīng)過(guò)5次倒槽翻堆，溫度下降到50℃以下，水分降到30%以下，發(fā)酵結(jié)束。同時(shí)，另以等量已滅活的本固態(tài)堆肥接種劑按上述方法進(jìn)行堆肥，作為對(duì)照。試驗(yàn)工藝流程見圖1。
在試驗(yàn)過(guò)程中，每日用土鉆在堆體上均勻布點(diǎn)采樣，采樣位置約在堆體表面往內(nèi)部1.5m左右的位置，用四分法混合當(dāng)日樣品。每日監(jiān)測(cè)好氧發(fā)酵溫度、pH值、含水率變化情況，定期進(jìn)行微生物學(xué)和養(yǎng)分含量指標(biāo)的檢測(cè)，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
2、結(jié)果與分析
2.1 溫度的變化
本研究中選用的固態(tài)堆肥接種劑含極端嗜熱菌，好氧發(fā)酵期間堆體平均溫度在70℃以上，最高達(dá)到90℃。在高溫范圍內(nèi)，極端嗜熱菌大量繁殖，溫度明顯升高，堆肥中絕大多數(shù)的寄生蟲和病原菌被殺死，同時(shí)加速了腐殖質(zhì)和氨態(tài)氮的形成，物料變得質(zhì)輕且松散。
對(duì)于接種處理，隨著翻堆的進(jìn)行堆體溫度呈波浪形的變化規(guī)律，在好氧發(fā)酵的第2d，堆體的溫度即能升高到70℃以上，經(jīng)過(guò)第一次倒槽，物料變得更加均勻后，堆體最高溫度達(dá)90℃。后期堆溫的下降主要是隨著堆體中有機(jī)物的分解完畢，微生物通過(guò)降解有機(jī)物釋放的熱量逐漸減少。該超高溫好氧發(fā)酵技術(shù)受外界環(huán)境溫度變化的影響較小，即使在環(huán)境溫度為5℃的低溫情況下，物料仍能正常發(fā)酵，這也使得該技術(shù)在我國(guó)北方冬季氣溫較低的情況下仍然可以不間斷的處理污泥，具有更加普遍的推廣價(jià)值。從對(duì)照實(shí)驗(yàn)看，好氧發(fā)酵最高溫度為60℃，維持在50℃以上的天數(shù)只有9d，并且當(dāng)環(huán)境溫度下降到5℃左右時(shí)，物料發(fā)酵受影響較大。
2.2 pH的變化
pH值的變化可以反映堆肥進(jìn)程，且在堆肥初期，pH值控制在中性偏堿性將有利于微生物的降解作用，縮短堆肥時(shí)間，提高堆肥進(jìn)程。對(duì)于接種處理，pH在堆肥初期上升較快，到達(dá)最大值后逐漸緩慢回落，最高pH值8.45，最低7.80，最終腐熟物料的pH在7.95左右，呈弱堿性。而對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，pH值變化幅度較小，這可能是與微生物活性較小有關(guān)，氨、有機(jī)酸的產(chǎn)生量均少于接種處理。
2.3 含水率的變化
堆肥適宜的含水率一般在50%~70%，過(guò)高或過(guò)低的含水率都不利于好氧堆肥的進(jìn)行，通過(guò)控制混合物料各組分配比以達(dá)到最佳的堆肥效果。如果含水率太低，將會(huì)降低好氧微生物的活性，從而導(dǎo)致影響堆肥效果;如果含水率過(guò)大，將導(dǎo)致堆肥物料間的間隙充滿水分，造成空氣流通性差，形成厭氧環(huán)境，促使微生物厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生大量惡臭氣體，減緩堆肥進(jìn)度。
隨著堆肥時(shí)間的推移，堆體物料含水率呈下降趨勢(shì)。對(duì)于接種處理，進(jìn)入發(fā)酵槽的混合物料含水率為58.1%，每經(jīng)過(guò)一次翻堆，物料的含水率都有明顯的下降，這主要是因?yàn)樵诔邷貤l件下，物料的水分變成水蒸氣在翻拋過(guò)程中大量揮發(fā)，堆體溫度越高，水分蒸發(fā)越快，遠(yuǎn)大于有機(jī)物氧化分解產(chǎn)生的水分。經(jīng)過(guò)5次倒槽，堆體的含水率下降到32.5%，污泥減量化效果顯著。而對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，堆體最終含水率為40.1%，高于接種處理7.6個(gè)百分點(diǎn)。
2.4 有機(jī)質(zhì)和DOC的變化
污泥接種后微生物數(shù)量大幅增加，總有機(jī)質(zhì)含量隨堆肥的進(jìn)行迅速下降，從最開始的49.8%最終下降到25.5%，降低幅度為24.3%;并且在第3次翻堆后(即堆肥16d)，降低幅度已達(dá)到19.6%，占總幅度的80.6%，說(shuō)明有機(jī)質(zhì)的降解主要發(fā)生在高溫期，而極端嗜熱菌的存在大大促進(jìn)了這一過(guò)程的進(jìn)行。而對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，堆體最終總有機(jī)質(zhì)含量為30.6%，高于接種處理5.1個(gè)百分點(diǎn)。
由于微生物不能直接利用堆料中的固相成分，需通過(guò)微生物分泌胞外酶將堆料中的可降解成分水解為水溶性成分才能加以利用。污泥堆肥過(guò)程中，相對(duì)于固相組分，水溶性有機(jī)物的變化更能靈敏地反映堆肥的腐熟狀況，因此可以通過(guò)研究物料浸提液中DOC的含量，來(lái)判斷堆肥的腐熟度。隨堆肥的進(jìn)行，微生物大量繁殖，堆料中的有機(jī)質(zhì)在胞外酶的作用下發(fā)生水解，DOC含量升高;隨后由于有機(jī)質(zhì)被微生物合成自身物質(zhì)及轉(zhuǎn)化為CO2，DOC含量逐步降低。堆肥結(jié)束時(shí)，兩種處理DOC含量均低于堆肥腐熟指標(biāo)(DOC<17 g/kg)，接種 處理較對(duì)照實(shí)驗(yàn)略低。
2.5 氮素含量的變化
發(fā)酵物料中的全氮含量總體呈下降趨勢(shì)，氮素的損失主要是由于有機(jī)氮的礦化和持續(xù)性氨的揮發(fā)以及NO3-N的反硝化作用所致。在發(fā)酵前20天下降速度較快，后面趨于穩(wěn)定，在接種處理的情況下，堆體的全氮含量由初期的42.7g/kg下降到30.5g/kg，全氮損失為28.6%;對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，全氮含量下降到32.9g/kg，全氮損失為22.9%。這表明超高溫發(fā)酵過(guò)程不僅會(huì)加速有機(jī)物的分解，也增加了氮的揮發(fā)損失。
3、結(jié)論
(1)添加固態(tài)堆肥接種劑后，在極端嗜熱菌的作用下，可大幅提高堆肥溫度和延長(zhǎng)堆肥高溫期，有利于殺死病原微生物，大大縮短發(fā)酵周期，提高污泥的處理效率，即使在冬季低溫的情況下仍能正常發(fā)酵。
(2)整體看來(lái)，接種后的污泥，氨和有機(jī)酸的產(chǎn)生量較大，較對(duì)照組pH值變化幅度大。
(3)接種處理后的污泥在5次倒槽后，含水率較對(duì)照組降低7.6個(gè)百分點(diǎn)，污泥減量化效果顯著。
(4)對(duì)于有機(jī)質(zhì)和DOC兩個(gè)指標(biāo)，接種處理較對(duì)照組都有所降低，這標(biāo)志著污泥的腐熟度也有一定程度的提高。
(5)試驗(yàn)表明，超高溫發(fā)酵過(guò)程不僅會(huì)加速有機(jī)物的分解，也增加了氮的揮發(fā)損失，因此在污泥堆肥中建議考慮保氮?jiǎng)┑氖褂谩? >
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