城市污水处理厂污泥堆肥化处理优化 5页

第33卷第9期东北大学学报(自然科学版)Vo1．33，No．92012年9月JournalofNortheasternUniversity(NaturalScience)Sep．2012城市污水处理厂污泥堆肥化处理优化徐新阳，陈熙，柳青，宫璇(东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110819)摘要：以辽阳污水处理有限公司的污泥为研究对象，运用一套自制的适用于小体积发酵装置对污泥进行了高温好氧发酵堆肥处理．通过对比实验，对堆体温度、含水率等指标的变化进行了动态监测，获得了堆肥过程中各项指标的最优化组合．研究表明：通过室外通风晾晒并与调理剂混合，有利于调整生污泥水分，促进堆肥顺利启动；锯末、稻壳及稻草秸秆三种调理剂的调理效果次序为锯末>稻草秸秆>稻壳；污泥、调理剂、回流污泥最佳混合比为3：2：3；最后通过种子发芽实验得出堆肥污泥已经达到实际应用的要求．关键词：堆肥；调理齐lj；腐熟度；水分调控；污泥中图分类号：X172文献标志码：A文章编号：10053026(2O12)09一l340—05ResearchontheOptimizationofSludgeCompostingProcessforMunicipalWastewaterTreatmentPlantXUXin—yang，CHENXi，LJL，Qing，GONGXuan(SchoolofResources&CivilEngineering，NortheasternUniversity，Shenyang110819，China．Correspondingauthor：CHENXi，E—mai1：chenxineu@mail．1ieU．edu．cn)Abstract：TakingthesludgeofaLiaoyangsewagetreatmentplantasanexample，afermentationdevicewithcontrolsystemwasdesignedtocarryoutthethermophilicaerobiccompostingprocess．Thebestcombinationofdifferentindexcanbeobtainedbyanalyzingtheparameterssuchastemperature，watercontent，pHvalue，EC，WSOCandNH4+一Nofthermophilicaerobiccompostingprocess．Theinvestigationshowsthatitisabetterwaytodewaterthesludgethroughnaturalair—dryingfollowedbymixingwithconditioners．Amongthesawdust，ricehuskandricestraw，thecompostcanachievethebestmaturitywithsawdust．Thebestratioofsludge，sawdustandreturnedsludgeis3：2：3．Finally，thesludgetreatedbythethermophilicaerobiccompostingprocesscanbedefinedmaturityandappliedwidelyaccordingtotheexperimentsOfseedgermination．Keywords：composting；conditioner；maturity；waterregulation；sludge随着我国社会经济和城市化的发展，城市污程中原料的配比以及工艺参数控制，如添加剂的泥的产生及其数量在不断增长．一般而言，城市污种类和添加量、通风控制方式对于堆肥效果影响泥处置的基建投资约占污水处理厂总投资的等一直是近年来研究的热点_2J．本文以辽阳污水30％～50％，运行费约占污水处理厂总运行费的处理有限公司的污泥作为处理对象，除探讨适合20％～50％j．城市}亏水处理厂的污泥由于含有污泥高温好氧快速堆肥的各项工艺参数控制条件大量的有机物、各种营养元素、微量元素，作为可以外，还从堆肥过程中避免营养元素流失以及堆以变废为宝的替代资源越来越受到人们的关注．肥产品的土地利用角度进行了一定的拓展．通过国内外许多文献对于堆肥的发展历史进行了研究高温好氧堆肥工艺，解决了水分调理、污泥调详尽阐述，在城市污水厂污泥堆肥方面，主要介绍理和营养保持等关键技术，为堆肥化的过程控制了各种堆肥化的工艺过程及其参数控制．堆肥过和实际资源化利用提供一定的依据．收稿日期：201111—18基金项目：国家自然科学基金资助项目(51078604)．作者简介：徐新阳(1967)，男，浙江武义人，东北大学教授，博士生导师\n第9期徐新阳等：城市污水处理厂污泥堆肥化处理优化1341制点的温度，当温度高于60℃时则启动鼓风机进1实验材料与方法行强制通风，低于60℃则停止，以保证高温期堆1．1堆肥实验材料体温度始终保持在60℃以下，既能杀死病原菌实验采用的污泥为辽阳污水处理有限公司的等，又可以降低营养元素的损失；在堆体温度的下带式压滤脱水污泥，脱水后污泥的含水率约80％．降阶段，电控箱间歇启动鼓风机向堆体内部送风堆肥调理剂有三种，分别为锯末、稻壳及稻草秸使内部不发生厌氧，送风频率为停57min，开秆，其中稻草秸秆和稻壳采自沈阳市四方台的农3min．田，稻草秸秆破碎后长度在2～3cm；锯末采自于沈阳市望花木材厂．1．2好氧堆肥发酵装置本研究对常规堆肥装置的布气方式进行了改进，传统的布气方式大都是从堆肥装置底部向整个横截面直接送风，随着堆肥过程的进行，堆料问的孔隙不断减小，堆体越来越密实，堆体与堆肥装图2堆肥自动控制系统置内壁之问会形成间隙，影响空气进入堆体内部，Fig．2Oompostingcontrolsystem从而直接影响堆肥过程的正常进行．为了避免这1．4实验方法一问题，本研究只考虑对堆肥装置底部横截面中实验中单个处理堆料的体积为44L，质量约心的一部分进行送风，使得通入的空气能够很好为50kg．装堆前，在通风布气孔板上先铺一层地进入堆体内部，而不是从堆体与装置内壁之间3cm厚的玉米秸秆，以利于均匀布气．将实验原料散失，因此提高了堆体对所通入空气的利用率，节按照各批次实验设计的比例进行均匀混合，然后省了能耗．堆肥实验在自行设计的污泥发酵装置装入发酵装置的堆肥发酵区，进行实验．中进行．jJ．装置剖面图如图1所示．将所采集的土样分成2份：一份立即测定其含水率、有机质含量、pH值等；另一份则均匀地平铺在干净托盘中，摊成薄层置于通风室内进行风堆肥发酵区干，经处理后，对其浸提液进行各项指标的测定．水浸提液制取方法：将风干后的样品在研钵中磨细，并过孔径150m筛网，所得土样与超纯通风布气孔板水按1：10(质量：体积)比例混合，振荡2h，浸提折流板通风控制区液在5000r／min下离心分离20min，所得上清液折流板经45m微孔滤膜过滤后进行所需指标的分析．图1堆肥发酵装置纵向剖面Fig．1Verticalprofileofthecomposting2结果与分析fermentationdevice1，2，3一传感器插口；4，5，6一取样口；2．1堆肥污泥含水率的调整7一排污口；8一通气管(与鼓风机相连)．将所采集的污泥分成A，B，C3种处理方案，1．3污泥堆肥自动控制系统的设计各处理堆料的具体参数如表1所示．实验中水分实验全过程采用自行设计的堆肥自动控制系调控主要考虑采用加热法和物理吸附法．其中A统，见图2．电控箱对温度监测仪所采集的温度信方案采用加热法，B方案采用物理吸附法，C方案息进行分析处理，判断堆肥过程所处的阶段，从而采用两种方式相结合的方法．对通风方式及通风量进行实时调控．所采用的鼓表1好氧发酵实验1堆肥物料参数风机风量为50L／min，堆肥控制温度设为60℃，Table1Materialparametersofthecompostingexperiment1控制点为各堆体的中心点．在堆体温度上升阶段，电控箱间歇启动鼓风机向堆体内送风，以促进堆体内部微生物的快速繁殖，使堆体温度快速达到堆肥化所需要的高温，鼓风机送风频率为停45min，开5min；进入高温阶段后电控箱判断堆体控\n1342东北大学学报(自然科学版)第33卷好氧发酵实验各处理堆体控制点温度变化情低于中层的最高温度(54．8℃)．究其原因，物料况如图3所示．3种方案中C方案温度上升较快，与室内空气之间的热量交换对上、下层的温度影在2天半左右就达到了最高温度50．4℃，且在最响较大．尽管堆体中层的温度在高温阶段停留的高温度附近停留了2d左右，其停留时间明显较时间较长，达到了杀死病原菌的要求，但是不能保其他两个堆体长，因此3个堆体中C方案的堆肥证上、下层的物料也能完全达到卫生学的要求．翻效果最好．堆可以使堆体物料混合均匀，能够避免堆肥温度产生的层次效应J·图3好氧发酵实验1各处理堆体控制点温度变化Fig3Temperaturevariationsofthe图4好氧发酵实验2各处理堆体中心点温度变化compostingexperiment1Fig4Temperaturevariationsofthecompostingexperiment22．2堆肥调理剂种类的选择由好氧发酵实验1可知，向污泥中添加适当的调理剂是很必要的【4』．实验中选择锯末、稻壳和稻草秸秆三种调理剂进行对比研究，设计了为期13d的污泥好氧发酵实验2．本次实验在温室大棚中进行，其他条件与实验1相同．供试污泥在室外通风处摊开晾晒，含水率降至65％左右时，与3种调理剂混合，进行堆肥化实验，物料混合情况如表2所示．表2好氧发酵实验2堆肥物料参数Table2Compostingmaterialparametersofthet／dexperiment2图5好氧发酵实验2中A方案不同层次温度变化Fig．5TemperaturevariationsatdifferentpositionsofplanAinexperiment223调理剂的添加比例同样设A，B，C3种处理方案，供试污泥在室外通风处摊开晾晒，含水率降至60％～70％时，不同处理方案的温度变化情况如图4所示．分别以不同比例与锯末混合，进行堆肥化实验，进由图可见，A方案温度上升速度较快，而且所达到入高温期后每隔2～3d进行一次翻堆．物料混合的最高温度以及在高温阶段停留时间都优于B情况如表3所示．和C．因此3种调理剂对于污泥堆肥的促进效果不同处理方案的温度变化如图6所示．由图依次为锯末>稻草秸秆>稻壳．其原因是由于锯可知实验3的堆肥效果明显优于好氧发酵实验2，末和破碎后的稻草秸秆颗粒小，可以更容易地被对比各处理方案的温度变化情况，其中A，B方案微生物吸收利用．此外，锯末的比表面积大，更容所达到的最高温度(59．3，55．0℃)高于C方案易与污泥混合均匀．所以，锯末为污泥堆肥的最佳(50．8℃)，均达到了灭菌稳定化需要的高温．根调理剂．据我国《粪便无害化卫生标准(GB7959-87)》将图5显示了A方案不同层次的温度变化情堆肥温度在50～55℃以上维持5～7d或在55℃况，上层及下层的最高温度(52．0，52．5℃)明显以上超过3d天作为灭菌的标准，即认为完成了堆\n第9期徐新阳等：城市污水处理厂污泥堆肥化处理优化1343表3好氧发酵实验3堆肥物料参数Table3Oompostingmaterialparametersofexperiment32．4污泥堆肥腐熟程度的实验判定种子发芽指数是通过测试堆肥浸出液的生物毒性来评价污泥堆肥的腐熟度．为了进一步了解好氧发酵实验3所得污泥堆肥产品的腐熟程度，进行种子发芽实验．取污泥堆肥浸提液按照25％，50％，75％，100％的比例与去离子水混合配制成实验用的混合滤液．由图8可以看出，随着污泥堆肥浸提液混合比例的增高，所对应的小麦种子发芽指数先摹＼帐t／d升高后降低，当添加比例为50％左右时发芽率最图6好氧发酵实验3堆体中心点温度变化高．48h的发芽指数低于96h的发芽指数，说明Fig．6Temperaturevariationsofthecomposting污泥堆肥的肥效比较缓慢，短时间内对小麦种子experiment3生长的促进作用不显著；经过2d时间，各添加比肥的无害化．A，B两个方案相比，A在高温阶段停例的发芽指数均有大幅升高，尤其是添加比例为留的时问较长(55～60℃超过3d，达到了无害化50％的对照组，达到了210．1％，可见污泥堆肥对的要求)，B虽然温度上升速度快于A，但是在50种子的生长产生了明显的促进作用．发芽实验中～55℃只有3d，未达到卫生学的要求．可见，A不同添加比例、不同时间段的发芽指数均在80％方案的添加比例是最合理的．以上，说明堆肥产品对小麦种子无毒性作用，已经测得A方案不同层次的温度变化如图7所达到了完全腐熟．示．堆肥开始阶段上层温度高于下层温度，这是由于下层物料距离通风管位置较近，热量被空气带往上层．经过一段时间，上、下两层的温度曲线产生了交叉，上层温度低于下层温度，原因是随着堆肥化的进行下层物料被逐渐压实，空气无法顺利通过下层物料向上传递，导致热量无法散失造成的．由图可见，通过翻堆这种情况得到了改善，可见在高温阶段定期进行翻堆是非常必要的j．添JJHl：t：例／％图8不同时间、添加比例发芽指数随时间变化Fig．8Germinationindexchangesbasedondiferentaddingratiosandtime3结论1)本研究证明，静态高温好氧快速堆肥系统工艺技术的温度能达到55～60℃，并保持3d以上，完全达到了国家卫生标准中堆肥无害化的要求．2)在高温阶段对堆体进行定期翻堆有利于图7好氧发酵实验3中A处理不同层次温度变化Fig．7Temperaturevariationsatdifferent堆肥过程的进行，不仅可以使物料混合均匀，避免positionsofplanAinexperiment3(下转第1348页)\n1348东北大学学报(自然科学版)第33卷(上接第1343页)由于堆料的自压实发生的厌氧现象，还可以使堆142—156．[3]柳青．城市污水处理厂污泥农肥化关键技术研究[D]．沈体温度出现再升高，延长污泥在高温阶段的停留阳：东北大学，2007．时间，保证全部堆料的腐熟．(LiuQing．Researchonkeytechnicsofurbansewagesludge3)研究表明锯末、稻壳、稻草秸秆3种调理compostingasfertilizer[D]Shenyang：NortheasternUniversity，2007．)剂相比较而言，最佳调理剂为锯末．最佳的调理剂l4jSchneiderS，CoquetY，VachierP，eta1．Effectofurban添加比例为(污泥)：V(锯末)：V(回流污泥)=wastecompostapplicationonsoilnearsaturatedhydraulic3：2：3．conductivityEJJJournaloJEnvironmentalQuality，2009，38(2)：772781．4)发芽试验表明：堆肥产品对小麦种子无毒[5jYamadaY，KawaseY．Aerobiccompostingofwasteactivated性作用，且可以促进其生长，添加比例为50％时sludge：kineticanalysisformicrobiologicalreactionandoxygen促进效果最为显著．consumption[J]．WasteManagement，2006，26(1)：49—61．[6JSchlossPD，ChavesB，WalkerLPTheuseoftheanalysis参考文献：ofvariancetoassesstheinfluenceofmixingduringcomposting【JjProcessBiochemistry，2000，35：675684[1]宋丰产，张向炎，张楠．城市污水处理厂污泥处置与资源化[7]陈同斌，罗维．翻堆对强制通风静态垛混合堆肥过程及其利用途径探讨[J]．安徽农业科学，2010，38(36)：20891—理化性质的影响[J]．环境科学学报，2005，25(1)：117—20892．122．(SongFeng—chan，ZhangXiang—yan，ZhangNanDiscussion(thenTong—bin，LuoWeiEffectsofpile—turningonchemicalondisposalandutilizationofsludgeinsewagetreatmentplantandphysicalpropertiesinstaticforcedaerationcompostingoflJJ．JournalofAnhuiAgriculturalSciences，2010，38(36)：sewagesludgeandpigmanure[J]．JournalofEnvironmental20891—20892)Science，2005，25(1)：117—122．)[2]SmithSRAcriticalreviewofthebioavailabilityandimpacts[8]GaoPC，TangXB，FongYN，etalApplicationofsewageofheavymetalsinmunicipalsolidwastecompostscomparedtosludgecompostonhighwayembankments[J]Wastesewagesludge[J]EnvironmentInternational，2009，35(1)：Management．2008，28(9)：1630—1636．