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  • 淺談汙泥堆肥資源化的設計與研究

    發布時間:2015-09-09 10:53:00 點擊:

    摘要:隨著國家對環保治理的力度的加大,越來越多的汙水廠投入運行,由此處理汙水而產生的剩餘汙泥也越來越多,如若對汙泥處理不好,就有可能會造成二次汙染,因此,處理汙水的同時,重視汙泥的處置顯得非常重要。本文對汙泥的堆肥資源化處置的設計與研究進行了論述。
    關鍵詞:汙水處理、剩餘汙泥、處置、資源化、研究。
    0引言
    汙泥堆肥資源化就是把汙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,從而達到剩餘汙泥的無害化、穩定化、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,汙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酵,對有機物進行降解和穩定化,需通過更複雜的生物化學反應,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並對處置後的肥效進行研究。
    1、好氧堆肥法的微生物作用原理
    好氧條件下進行汙泥堆肥資源化,微生物作用過程可分為以下三個階段:(1)發熱階段(主發酵前期1—3天,)堆肥堆製初期,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,如澱粉、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(主要發酵、一次發酵,3—8天)堆肥溫度上升到50℃以上,即可稱為高溫階段。由於澱粉、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被分解轉化,一些複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。
    高溫對汙泥堆肥化而言是極度為重要的,主要表現在兩個方麵:一方麵,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,並開始出現能溶於弱堿的黑色物質。另一方麵,高溫有利於殺死病原性微生物和寄生蟲卵。病原性微生物的滅活取決於溫度和接觸時間,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(後發酵、二次發酵,需時20—30天,)經過高溫階段的主發酵,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勢種,殘餘物質進一步分解,腐殖質繼續不斷地積累,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料、充分的腐熟能大大提高汙泥堆肥肥效與質量。為了減弱有機質礦化作用,避免肥效損失,可采取壓緊堆肥,造成厭氧狀態的措施。
    汙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,它經消化後,又接著發生脫氮作用,即在同一堆肥係統內,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汙泥內,既存在著適應消化細菌活動的好氣微環境,也存在著適應脫氮菌活動的厭氣環境。因此,在汙泥堆肥係統中,一般都是細菌占優勢。
    由於汙泥好氧堆肥化具有發酵周期短、能高溫發酵、無害化程度高、衛生條件好、易於實現機械化操作和工業化生產等特點,汙泥脫水後的泥餅和堆肥後的腐熟質混合調整接種後,采用好氧堆肥法,簡單易行,就能達到很好的堆肥效果。如美國費城汙泥製配中心采用貝爾茨維爾(BELTSVILLE)好氧堆肥法,年生產汙泥達5萬噸,其特點是在條形堆下設穿孔管,用真空泵抽氣,使空氣從汙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→主發酵(通氣發酵1—4天)→後發酵(二次發酵)→後處理(緊壓保肥)
    2.1.2技術條件
    汙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)汙泥原料營養配比:C/N為(20:1)—(30:1)C/P為(75:1)—(150:1)
    (4)PH值在7—8.5
    (5)發酵控製溫度40—60℃,充氣堆肥保持55℃3天以上
    (6)提供足夠的空氣量,充氣堆肥通氣量控製在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值並進行接種,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酵,堆肥時間短,因而具有相當的優越性,好氧堆肥時含水率以50%—60%為最佳,含量過高時,部分汙泥將產生厭氧發酵而延長有機物分解時間,含水率過低時,有機物不易分解,當含水率低於12%—15%時,微生物活動幾乎停止。汙泥中C/N比越小,堆肥化所需時間越長。
    2.2汙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。汙泥堆肥係統的物料處理設備比較簡單,隻需混合設備和輸送設備就行了。條垛堆肥係統的翻堆設備為三類,鬥式裝載機或推土機、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,中小規模的條垛宜采用鬥式裝載機或推土機,大規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反應器堆肥係統
    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,反應器堆肥係統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係統是攪拌床反應器、水平推流反應器和垂直流反應器,而間歇隧道堆肥係統在歐洲的應用卻越來越多,它在城市固體廢棄物、汙泥等處理中得到廣泛的應用。
    2.2.3除臭設備
    消除臭味問題是關係到一個堆肥工廠能否正常運行,有效的臭味控製是衡量堆肥工廠成功運轉的一個重要標誌,控製臭味至少必須采取5種措施:①堆肥過程控製;②調查可能的臭味來源;③臭味收集係統;④臭味處理係統;⑤殘留臭味的有效擴散。堆肥過程控製是減少臭味的關鍵因素,但不能完全有效地控製臭味,根據臭味來源的調整結果,建立適當的臭味和處理係統。臭味處理係統包括化學除臭器、生物過濾器等。實踐中,常采用生物過濾器處理臭味,在汙泥堆肥係統中,它的組成材料為熟化的肥堆等。控製臭味的最常用的綜合措施是封閉堆肥設備、采用生物過濾器和進行過程控製。
    3、堆肥的腐熟度與品質評價
    腐熟度是指汙泥中的有機物經微生物作用後腐化分解成為成分穩定,不再變化,施於土壤後能提高土壤肥效,增加農作物產量,是對作物沒有阻礙的堆肥發酵狀態。
    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:堆肥後期溫度自然降低,不再吸引蚊蠅,不再有令人討厭的臭味;由於真菌的生長,堆肥出現白色或灰白色菌絲,堆肥產品呈現出疏鬆的團粒結構。此外,高品質的堆肥就是深褐色,肉眼看上去很均勻,並發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
    通過好氧法堆肥係統能很好的把汙水處理廠的汙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,應用於土壤改良、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,生產出高效複混肥,應用到農業中去,也是汙水處理廠汙泥處理處置的最好出路,變廢為寶,同時避免了由剩餘汙泥造成的二次汙染,實現了治汙的良性循環,對生態環保具有重要的意義。
    參考文獻
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