淺談污泥堆肥資源化的設計與研究
0 引言
污泥堆肥資源化就是把污脫車間生產出的泥餅進一步在微生物的作用下,，通過微生物的生物化學反應實現物質轉化，從而達到剩余污泥的無害化,、穩(wěn)定化,、減量化和資源化的過程。根據處理過程中起作用的微生物對氧氣的要求不同,，污泥堆肥可分為好氧法和厭氧法兩種,。好氧法是指在通氣條件下通過好氣性微生物活動使有機物得到降解穩(wěn)定的過程，此過程速度快，堆肥溫度高（一般為50—60℃,，極限溫度可達80—90℃,，故又稱高溫堆肥）；厭氧堆肥實際上是微生物的固體發(fā)酵,，對有機物進行降解和穩(wěn)定化,，需通過更復雜的生物化學反應，該過程堆肥速度慢,，堆肥時間是好氧能法的3—4倍甚至更多,，根據實際情況，選定好氧堆肥法對泥餅進行處置并對處置后的肥效進行研究,。
1,、好氧堆肥法的微生物作用原理
好氧條件下進行污泥堆肥資源化，微生物作用過程可分為以下三個階段：（1）發(fā)熱階段（主發(fā)酵前期1—3天,，）堆肥堆制初期,，主要由中溫好氧的細菌和真菌，利用堆肥中最容易分解的可溶性物質,，如淀粉,、糖類等迅速增殖，釋放出能量,，使堆肥溫度不斷升高。
（2）高溫階段（主要發(fā)酵,、一次發(fā)酵,，3—8天）堆肥溫度上升到50℃以上，即可稱為高溫階段,。由于淀粉,、糖類等易分解物質迅速分解氧化的同時，消耗了大量的氧,，而造成了堆肥中局部的厭氧環(huán)境,。這樣，好氧性的微生物如纖維素分解氧化菌逐漸代替了中溫微生物的活動,。這時,，堆肥中殘留的或新形成的可溶性有機物繼續(xù)被分解轉化，一些復雜的有機物和纖維素,、半纖維素等也開始得到強烈的分解,。在此過程中，好熱性微生物隨著溫度升高而隨之發(fā)生變化,，在50℃左右,，主要是嗜熱性真菌和放線菌，溫度升高到60℃時，真菌幾乎完全停止活動,，僅有嗜熱菌和放線菌在繼續(xù)活動,，緩慢分解有機物，溫度升到70℃時,，大多數嗜熱性微生物已不適宜,，而大量死亡或進入休眠狀態(tài)。
高溫對污泥堆肥化而言是極度為重要的,，主要表現在兩個方面：一方面,，高溫對快速腐熱起著重要作用，在此階段中,，堆肥內部開始了腐殖質的形成過程,，并開始出現能溶于弱堿的黑色物質。另一方面,，高溫有利于殺死病原性微生物和寄生蟲卵,。病原性微生物的滅活取決于溫度和接觸時間，據研究60℃,，—70℃維持3天,，可使脊髓灰質炎病毒、病原細菌和蛔蟲卵天活,。根據我國長期的經驗,，一般認為，堆溫50℃—60℃,，持續(xù)6—7天,，可達到較好的殺天蟲卵和病原菌的效果。
（3）降溫和腐熟保肥階段（后發(fā)酵,、二次發(fā)酵,，需時20—30天，）經過高溫階段的主發(fā)酵,，大部分易分解有機物（包括纖維素等）已得到分解,，剩下的是木質素等較堆分解的有機物以及新形成的腐殖質。這時,，微生物活動減弱,，產熱量隨之減少，溫度逐漸下降,，中溫性微生物逐漸成為優(yōu)勢種,，殘余物質進一步分解，腐殖質繼續(xù)不斷地積累,，堆肥進入腐熟階段,。腐熟階段的主要問題是保存腐殖質和氮素等植物養(yǎng)料、充分的腐熟能大大提高污泥堆肥肥效與質量。為了減弱有機質礦化作用,，避免肥效損失,，可采取壓緊堆肥，造成厭氧狀態(tài)的措施,。
污泥堆肥過程中的生物相的變化通常表現為：
細菌,、真菌、厭氧菌→纖維分解氧化菌→嗜熱菌,、氨化菌→細菌,、脫氨菌→細菌、放線菌
在堆肥的過程中,，大量的蛋白質轉變成了氨,，它經消化后，又接著發(fā)生脫氮作用,，即在同一堆肥系統(tǒng)內,，同時存在著氧化反應和還原反應。也就是說,，在有機物團塊氧氣分布不均勻的污泥內,，既存在著適應消化細菌活動的好氣微環(huán)境，也存在著適應脫氮菌活動的厭氣環(huán)境,。因此,，在污泥堆肥系統(tǒng)中，一般都是細菌占優(yōu)勢,。
由于污泥好氧堆肥化具有發(fā)酵周期短,、能高溫發(fā)酵、無害化程度高,、衛(wèi)生條件好、易于實現機械化操作和工業(yè)化生產等特點,，污泥脫水后的泥餅和堆肥后的腐熟質混合調整接種后,，采用好氧堆肥法，簡單易行,，就能達到很好的堆肥效果,。如美國費城污泥制配中心采用貝爾茨維爾（BELTSVILLE）好氧堆肥法，年生產污泥達5萬噸,，其特點是在條形堆下設穿孔管,，用真空泵抽氣，使空氣從污泥混合物通過而充氣,，排出的氣再經過腐熟的肥堆過濾以防止散發(fā)臭氣,。從而達到了很好的堆肥效果。
2、好氧堆肥法的主要工藝流程與堆肥設備
2．1好氧堆肥法的主要工藝流程和技術條件
2．1．1主要工藝流程如下
泥餅→調整碳氮比→調整水分與接種→主發(fā)酵（通氣發(fā)酵1—4天）→后發(fā)酵（二次發(fā)酵）→后處理（緊壓保肥）
2．1．2技術條件
污泥堆肥資源化對泥餅等原料的要求：
（1）密度一般為350—650kg/m3,有機質含量（溫重）≥20%
（2）含水率40%—60%
（3）污泥原料營養(yǎng)配比：C/N為（20：1）—（30：1）C/P為（75：1）—（150：1）
（4）PH值在7—8.5
（5）發(fā)酵控制溫度40—60℃,，充氣堆肥保持55℃3天以上
（6）提供足夠的空氣量,，充氣堆肥通氣量控制在3.0—3.6m3（m3肥堆*h）
根據泥餅的情況，一般含水率在75%—80%之間,，而腐熟質含水率在25%—35%,，因此把泥餅與腐熟質按一定體積比混勻加入粉煤灰或石灰就能調整原料含水率在50%—60%之間。同時,，通過混料使泥餅粒度也得以調整,，能夠滿足堆肥要求。在此過程中,，也調整了PH值并進行接種,，進行接種的目的是增加微生物菌源，或增加微生物分解酵素,。此時,，肥堆中難分解物質少，可以考慮不再進行二次發(fā)酵,，堆肥時間短,，因而具有相當的優(yōu)越性，好氧堆肥時含水率以50%— 60%為最佳,，含量過高時,，部分污泥將產生厭氧發(fā)酵而延長有機物分解時間，含水率過低時,，有機物不易分解,，當含水率低于12%—15%時，微生物活動幾乎停止,。污泥中C/N比越小,，堆肥化所需時間越長。
2.2污泥堆肥資源化的工藝設備
2.2.1堆肥設備
堆肥設備包括物料處理,、翻堆,、反應器和除臭設備。
物料處理設備包括粉碎,、混合,、輸送和分離設備。污泥堆肥系統(tǒng)的物料處理設備比較簡單,，只需混合設備和輸送設備就行了,。條垛堆肥系統(tǒng)的翻堆設備為三類，斗式裝載機或推土機,、垮式翻堆機,、側式翻堆機,。翻堆設備可由拖位機牽引或自行推進，中小規(guī)模的條垛宜采用斗式裝載機或推土機,，大規(guī)模的條垛宜采用垮式翻堆機或側式翻堆機,。垮式翻堆機不需要牽引機械,，側式翻堆機需要拖拉機牽引,。美國常用的是垮式翻堆機，而側式翻堆機在歐洲比較普遍,。
2.2.2反應器堆肥系統(tǒng)
根據反應器類型,，固體流向，反應器的床層和空氣供給方式進行分類,，反應器堆肥系統(tǒng)可分為垂直固體流和水平及傾斜固體流兩類,。美國目前常用的反應器堆肥系統(tǒng)是攪拌床反應器、水平推流反應器和垂直流反應器,，而間歇隧道堆肥系統(tǒng)在歐洲的應用卻越來越多,，它在城市固體廢棄物、污泥等處理中得到廣泛的應用,。
2.2.3除臭設備
消除臭味問題是關系到一個堆肥工廠能否正常運行,，有效的臭味控制是衡量堆肥工廠成功運轉的一個重要標志，控制臭味至少必須采取5種措施：①堆肥過程控制,；②調查可能的臭味來源,；③臭味收集系統(tǒng)；④臭味處理系統(tǒng),；⑤殘留臭味的有效擴散,。堆肥過程控制是減少臭味的關鍵因素，但不能完全有效地控制臭味,，根據臭味來源的調整結果,，建立適當的臭味和處理系統(tǒng)。臭味處理系統(tǒng)包括化學除臭器,、生物過濾器等,。實踐中，常采用生物過濾器處理臭味,，在污泥堆肥系統(tǒng)中，它的組成材料為熟化的肥堆等,?？刂瞥粑兜淖畛Ｓ玫木C合措施是封閉堆肥設備、采用生物過濾器和進行過程控制,。
3,、堆肥的腐熟度與品質評價
腐熟度是指污泥中的有機物經微生物作用后腐化分解成為成分穩(wěn)定,，不再變化，施于土壤后能提高土壤肥效,，增加農作物產量,，是對作物沒有阻礙的堆肥發(fā)酵狀態(tài)。
判斷堆肥腐熟度的物理評價指標又稱表觀分析法,，有人將腐熟堆肥的表現性質歸納為：堆肥后期溫度自然降低,，不再吸引蚊蠅，不再有令人討厭的臭味,；由于真菌的生長,，堆肥出現白色或灰白色菌絲，堆肥產品呈現出疏松的團粒結構,。此外,，高品質的堆肥就是深褐色，肉眼看上去很均勻,，并發(fā)出令人愉快的泥漿氣味,。
此外，還有化學評價指標,，生物評價指標與光譜分析法,。
4、總結
通過好氧法堆肥系統(tǒng)能很好的把污水處理廠的污泥實現其資源化無害化和減量化,，形成一種類似土壤的灰褐色彩腐殖質,，應用于土壤改良、施肥和追肥中去,，取得良好的農用效果和效益,。也可以把N|、P,、K等肥料和這種腐熟質摻混,，通過造粒，生產出高效復混肥,，應用到農業(yè)中去,，也是污水處理廠污泥處理處置的最好出路，變廢為寶,，同時避免了由剩余污泥造成的二次污染,，實現了治污的良性循環(huán)，對生態(tài)環(huán)保具有重要的意義,。
參考文獻
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