好氧堆肥的工程實踐
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sunkille2006-02-24 13:13:39中國環(huán)境工程技術中心

摘要：污水廠污泥因其獨特的物性和特性一直較難處理,因此,污水廠通常將污泥濃縮脫水后直接外運填埋,以節(jié)省廠內運行費用,卻形成了新的污染.為了解決這一問題,我們對處理規(guī)模為4.0萬m3/d的某污水處理廠的污泥處理過程進行了改造,增設好氧堆肥設施,使污泥在廠內經(jīng)處理后達到穩(wěn)定化、資源化利用的目標. 關鍵詞：污泥 好氧堆肥 工程實踐
關鍵詞：污泥好氧堆肥 污水廠
論文作者：wmywzg
前言
污水廠污泥因其獨特的物性和特性一直較難處理,因此,污水廠通常將污泥濃縮脫水后直接外運填埋,以節(jié)省廠內運行費用.這一現(xiàn)象隨著《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的實施將被改變,該標準對污水廠污泥的處理提出了更高的要求,且提出了相應的標準,如下表1所示.對照此標準,目前大多數(shù)現(xiàn)有污水廠需增設污泥穩(wěn)定化處理設施.
表1 污水廠污泥穩(wěn)定化控制指標

穩(wěn)定化方法
控制項目
控制指標

好氧堆肥
含水率（％）
50

蠕蟲死亡率（％）
>95

糞大腸菌群菌值
>0.01

好氧消化
有機物降解率（％）
>40

厭氧消化
有機物降解率（％）
>40
某污水處理廠處理規(guī)模為4.0萬m3/d,為典型的城市生活污水處理廠,為滿足GB18918-2002的要求,污水廠將進行改造,在污泥處理與處置過程增設好氧堆肥設施,使污泥在廠內經(jīng)處理后達到穩(wěn)定化、資源化利用的目標.
2 好氧堆肥工藝的原理及過程控制參數(shù)
（1）工藝原理
好氧堆肥是在有氧條件下,好氧細菌對廢物進行吸收、氧化、分解.微生物通過自身的生命活動,把一部分被吸收的有機物氧化成簡單的無機物,同時釋放出可供微生物生長活動所需的能量,而另一部分有機物則被合成新的細胞質,使微生物不斷生長繁忙殖,產(chǎn)生出更多的生物體的過程.在有機物生化降解的同時,伴有熱量產(chǎn)生,因堆肥工藝中該熱能不會全部散發(fā)到環(huán)境中,就必然造成堆肥物料的溫度升高,這樣就會使一些不耐高溫的微生物死亡,耐高溫的細菌快速繁殖.生態(tài)動力學表明,好氧分解中發(fā)揮主要作用的是菌體碩大、性能活潑的嗜熱細菌群.該菌群在大量氧分子存在下將有機物氧化分解,同時釋放出大量的能量.據(jù)此好氧堆肥過程應伴隨著兩次升溫,將其分成三個階段：起始階段、高溫階段和熟化階段.
起始階段：不耐高溫的細菌分解有機物中易降解的碳水化合物、脂肪等,同時放出熱量使溫度上升,溫度可達15~40℃.
高溫階段：耐高溫細菌迅速繁殖,在有氧條件下,大部分較難降解的蛋白質、纖維等繼續(xù)被氧化分解,同時放出大量熱能,使溫度上升至60~70℃.當有機物基本降解完,嗜熱菌因缺乏養(yǎng)料而停止生長,產(chǎn)熱隨之停止.堆肥的溫度逐漸下降,當溫度穩(wěn)定在40℃,堆肥基本達到穩(wěn)定,形成腐植質.
熟化階段：冷卻后的堆肥,一些新的微生物借助殘余有機物（包括死后的細菌殘體）而生長,將堆肥過程最終完成.
（2）好氧堆肥的控制參數(shù)
機械化好氧堆肥過程的關鍵,就是如何選擇和控制堆肥條件,促使微生物降解的過程能快速順利進行,一般來說好氧堆肥要求控制的參數(shù)有：
供氧量
對于好氧堆肥而言,氧氣是微生物賴以生存的物質條件,供氧不足會造成大量微生物死亡,使分解速度減慢；但供冷空氣量過大又會使溫度降低,尤其不利于耐高溫菌的氧化分解過程,因此供氧量要適當,一般為0.1~0.2m3/m3.min,供氧方式是靠強制通風,因此保持物料間一定的空隙率很重要,物料顆粒太大使空隙率減小,顆粒太小其結構強度小,一旦受壓會發(fā)生傾塌壓縮而導致實際空隙減小.因此顆粒大小要適當,可視物料組成性質而定.
含水率
在堆肥工藝中,堆肥原料的含水率對發(fā)酵過程影響很大,水的作用一是溶解有機物,參與微生物的新陳代謝；二是可以調節(jié)堆肥溫度,當溫度過高時可通過水分的蒸發(fā),帶走一部分熱量.水分太低妨礙微生物的繁殖,使分解速度緩慢,甚至導致分解反應停止.水分過高則會導致原料內部空隙被水充滿,使空氣量減少,造成向有機物供氧不足,形成厭氧狀態(tài).同時因過多的水分發(fā),而帶走大部分熱量,使堆肥過程達不到要求的高溫階段,抑制了高溫菌的降解活性,最終影響堆肥的效果.實踐證明堆肥原料的水分在50~50％為宜.
碳氮比
有機物被微生物分解的速度隨碳氮比變化,微生物自身的碳氮比約為4~30,因此用作其營養(yǎng)的有機物的碳氮比最好也在該范圍內,當碳氮比在10~25時,有機物被生物分解速度最大.如果碳氮比過高,堆肥成品的比值也過高,即出現(xiàn)“氮饑餓”狀態(tài),施于土壤后,會奪取土壤中的氮,而影響作物生長.堆肥過程適宜的碳氮比應為20~30.
碳磷比
磷對微生物的生長也有很大影響,城市污水處理廠的污泥含有豐富的磷,可滿足微生物生長的需要,堆肥原料適宜的碳磷比為75~150.
PH值
PH值是微生物生長的重要條件,在堆肥初期,由于酸性細菌的作用,PH值降到5.5~6.0,使堆肥物料呈酸性,而后由于以酸性物為養(yǎng)料細菌的生長和繁殖,會使PH值上升,堆肥過程結束后物料的PH值上升到8.5~9.0.
3 污水廠好氧堆肥工藝簡介
工藝過程
在污水處理廠改造中,引進了日本的渦流加壓混扎機（Eco Herds）高品質快速堆肥化系統(tǒng).該系統(tǒng)將污泥和水分調整材料（稻殼、木屑、熟肥返回料）在密團的裝置中加壓混軋,使污泥和水分調整材料均勻混合.原料加入渦料加壓混軋機后,加壓混軋時間（機器內停留時間）約10分鐘左右,在此期間產(chǎn)生磨擦熱后,原料溫度達到50℃左右,如此,使在45℃以下具有活性的低溫菌、中溫菌、以及惡臭菌活性化.同時,促進發(fā)酵、分解的好氧高溫菌增殖,使原料在惡臭難以產(chǎn)生的環(huán)境中實現(xiàn)快速堆肥處理.
系統(tǒng)構造
Eco Herds式高品質快速堆肥化系統(tǒng)的構造分二部分.
原料部分：由待處理原料一次儲存的[原料料斗]、水分調整材料一次儲存的[輔料料斗]以及熟肥返回料儲存的[饋料料斗]構成.
渦流加壓混扎機（Eco Herds）主機
輸送部分：由將[原料料斗]的原料定量供料的[供給輸送裝置]和供給返回料的[皮帶式輸送裝置]構成.
原料供給量的調整、水分調整材料供給量的調整、以及熟肥返回料供給量的調整,都由控制面板按輸入程序控制.異物混入時,異物檢出機動作,裝置全體自動停止運行.原料、輔料及返回料供給機中,如任何一個發(fā)生空倉狀態(tài)時,全裝置停止運行,同時控制面板警示燈亮燈示警,各供給機有原料投入時,自動啟動并連續(xù)運行.
工藝特點
Eco Herds式高品質快速堆肥化系統(tǒng)的特點：
1、為使原料、水分調整料、返回熟料混合進入機械的含水率達到60~65％,各供給機的供給量須給予調整.
原料的供給量由輸入程序設定
水分調整的供給量由輸入程序設定
返回熟料的供給量由輸入程序設定
根據(jù)原料水分的變動,調整水分,可以通過增減返回熟料的供給量進行調整
由于水分調整料增減的調整,堆肥的成分會參差不齊,因此通過增減返回熟料的供給量進行調整,可使堆肥成分穩(wěn)定化.
2、Eco Herds的處理（加壓混軋）后排出的堆肥化物,由自走式連續(xù)攪拌機在發(fā)酵槽內20~25天邊攪拌邊發(fā)酵,由自走式連續(xù)攪拌機進行的攪拌與迄今為止的攪拌機不同,是為了Eco Herds 處理后,更進一步促進發(fā)酵而專門開發(fā)的裝置.
Eco Herds處理后的堆肥化物、原料的顆粒較小、顆粒表面附有裂痕,因此使得菌體易于進入并在短時間內進行分解.分解進行的同時,與分解相應的氧氣供給是必須的,能否滿足這一重要條件是穩(wěn)定發(fā)酵所必須的.
自走式連續(xù)攪拌機組合而成的系統(tǒng),實現(xiàn)了短時間內的穩(wěn)定、完全發(fā)酵、熟化堆肥.
3、產(chǎn)品堆肥
使用粉碎的稻草能產(chǎn)生完成發(fā)酵、熟化的堆肥
由返回料進行水分調整,因此能產(chǎn)生成分穩(wěn)定的堆肥
由于加壓混軋,雜草的種子和病原菌被滅活,因此能產(chǎn)生安全的堆肥
氮、磷、鉀的添加,可使產(chǎn)品根據(jù)耕種農業(yè)的要求生產(chǎn)出附加價值更高的堆肥.
4、 污泥堆肥產(chǎn)品成分表
為驗證好氧堆肥工藝對污水廠污泥的處理效果及堆肥后污泥的性質,采集了現(xiàn)有污泥的樣本,進行了試驗驗證,經(jīng)堆肥后的污泥成分檢測如下表2所示.
表2 廠現(xiàn)狀污泥堆肥成分表

檢測項目
單位
監(jiān)測結果
計量方法（標準 JIS）

氮N
％
2.89
肥料分析法5.3.1.2

磷酸P2O5
％
4.10
肥料分析法5.3.3

鉀K2O
％
1.04
肥料分析法5.3.3

銅
mg/kg
162
肥料分析法5.18.2

鋅
mg/kg
353
肥料分析法5.1.2

碳酸鈣
%
2.56
肥料分析法5.3.1.2

水分
%
33.1
肥料分析法3.1.1
經(jīng)評估,上表數(shù)據(jù)符合JA（日本農業(yè)協(xié)會）的標準,可用于任何經(jīng)濟農作物.
高品質快速堆肥化系統(tǒng)致臭物質測定
高品質快速堆肥化系統(tǒng)的環(huán)境質量可以達到相應的環(huán)境質量標準.其堆肥過程的致臭物質測定值（日本檢測數(shù)據(jù)）如下表3所示：
表3 污水廠污泥堆肥過程致臭物質分析

項目
日本規(guī)范、標準
原料堆放處
處理裝置口
發(fā)酵槽
臨界線

氨氣
1~2ppm
0.3ppm
0.3ppm
0.2ppm
0.2ppm

甲硫醇
0.002~0.004ppm
0.0002ppm
0.0096ppm