污泥好氧堆肥的工程实践

污泥好氧堆肥的工程实践前言污水厂污泥因其独特的物性和特性一直较难处理，因此，污水厂通常将污泥浓缩脱水后直接外运填埋，以节省厂内运行费用。这一现象随着《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的实施将被改变，该标准对污水厂污泥的处理提出了更高的要求，且提出了相应的标准，如下表1所示。对照此标准，目前大多数现有污水厂需增设污泥稳定化处理设施。表1污水厂污泥稳定化控制指标稳定化方法控制项目控制指标好氧堆肥含水率（％）65有机物降解率（％）50蠕虫死亡率（％）95粪大肠菌群菌值0.01好氧消化有机物降解率（％）40厌氧消化有机物降解率（％）40某污水处理厂处理规模为4.0万m3/d，为典型的城市生活污水处理厂，为满足GB18918-2002的要求，污水厂将进行改造，在污泥处理与处置过程增设好氧堆肥设施，使污泥在厂内经处理后达到稳定化、资源化利用的目标。2好氧堆肥工艺的原理及过程控制参数（1）工艺原理好氧堆肥是在有氧条件下，好氧细菌对废物进行吸收、氧化、分解。微生物通过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，同时释放出可供微生物生长活动所需的能量，而另一部分有机物则被合成新的细胞质，使微生物不断生长繁忙殖，产生出更多的生物体的过程。在有机物生化降解的同时，伴有热量产生，因堆肥工艺中该热能不会全部散发到环境中，就必然造成堆肥物料的温度升高，这样就会使一些不耐高温的微生物死亡，耐高温的细菌快速繁殖。生态动力学表明，好氧分解中发挥主要作用的是菌体硕大、性能活泼的嗜热细菌群。该菌群在大量氧分子存在下将有机物氧化分解，同时释放出大量的能量。据此好氧堆肥过程应伴随着两次升温，将其分成三个阶段：起始阶段、高温阶段和熟化阶段。起始阶段：不耐高温的细菌分解有机物中易降解的碳水化合物、脂肪等，同时放出热量使温度上升，温度可达15~40℃。高温阶段：耐高温细菌迅速繁殖，在有氧条件下，大部分较难降解的蛋白质、纤维等继续被氧化分解，同时放出大量热能，使温度上升至60~70℃。当有机物基本降解完，嗜热菌因缺乏养料而停止生长，产热随之停止。堆肥的温度逐渐下降，当温度稳定在40℃，堆肥基本达到稳定，形成腐植质。熟化阶段：冷却后的堆肥，一些新的微生物借助残余有机物（包括死后的细菌残体）而生长，将堆肥过程最终完成。（2）好氧堆肥的控制参数机械化好氧堆肥过程的关键，就是如何选择和控制堆肥条件，促使微生物降解的过程能快速顺利进行，一般来说好氧堆肥要求控制的参数有：供氧量对于好氧堆肥而言，氧气是微生物赖以生存的物质条件，供氧不足会造成大量微生物死亡，使分解速度减慢；但供冷空气量过大又会使温度降低，尤其不利于耐高温菌的氧化分解过程，因此供氧量要适当，一般为0.1~0.2m3/m3.min，供氧方式是靠强制通风，因此保持物料间一定的空隙率很重要，物料颗粒太大使空隙率减小，颗粒太小其结构强度小，一旦受压会发生倾塌压缩而导致实际空隙减小。因此颗粒大小要适当，可视物料组成性质而定。含水率在堆肥工艺中，堆肥原料的含水率对发酵过程影响很大，水的作用一是溶解有机物，参与微生物的新陈代谢；二是可以调节堆肥温度，当温度过高时可通过水分的蒸发，带走一部分热量。水分太低妨碍微生物的繁殖，使分解速度缓慢，甚至导致分解反应停止。水分过高则会导致原料内部空隙被水充满，使空气量减少，造成向有机物供氧不足，形成厌氧状态。同时因过多的水分发，而带走大部分热量，使堆肥过程达不到要求的高温阶段，抑制了高温菌的降解活性，最终影响堆肥的效果。实践证明堆肥原料的水分在50~50％为宜。碳氮比有机物被微生物分解的速度随碳氮比变化，微生物自身的碳氮比约为4~30，因此用作其营养的有机物的碳氮比最好也在该范围内，当碳氮比在10~25时，有机物被生物分解速度最大。如果碳氮比过高，堆肥成品的比值也过高，即出现“氮饥饿”状态，施于土壤后，会夺取土壤中的氮，而影响作物生长。堆肥过程适宜的碳氮比应为20~30。碳磷比磷对微生物的生长也有很大影响，城市污水处理厂的污泥含有丰富的磷，可满足微生物生长的需要，堆肥原料适宜的碳磷比为75~150。PH值PH值是微生物生长的重要条件，在堆肥初期，由于酸性细菌的作用，PH值降到5.5~6.0，使堆肥物料呈酸性，而后由于以酸性物为养料细菌的生长和繁殖，会使PH值上升，堆肥过程结束后物料的PH值上升到8.5~9.0。3污水厂好氧堆肥工艺简介工艺过程在污水处理厂改造中，引进了日本的涡流加压混扎机（EcoHerds）高品质快速堆肥化系统。该系统将污泥和水分调整材料（稻壳、木屑、熟肥返回料）在密团的装置中加压混轧，使污泥和水分调整材料均匀混合。原料加入涡料加压混轧机后，加压混轧时间（机器内停留时间）约10分钟左右，在此期间产生磨擦热后，原料温度达到50℃左右，如此，使在45℃以下具有活性的低温菌、中温菌、以及恶臭菌活性化。同时，促进发酵、分解的好氧高温菌增殖，使原料在恶臭难以产生的环境中实现快速堆肥处理。系统构造EcoHerds式高品质快速堆肥化系统的构造分二部分。原料部分：由待处理原料一次储存的[原料料斗]、水分调整材料一次储存的[辅料料斗]以及熟肥返回料储存的[馈料料斗]构成。涡流加压混扎机（EcoHerds）主机输送部分：由将[原料料斗]的原料定量供料的[供给输送装置]和供给返回料的[皮带式输送装置]构成。原料供给量的调整、水分调整材料供给量的调整、以及熟肥返回料供给量的调整，都由控制面板按输入程序控制。异物混入时，异物检出机动作，装置全体自动停止运行。原料、辅料及返回料供给机中，如任何一个发生空仓状态时，全装置停止运行，同时控制面板警示灯亮灯示警，各供给机有原料投入时，自动启动并连续运行。工艺特点EcoHerds式高品质快速堆肥化系统的特点：1、为使原料、水分调整料、返回熟料混合进入机械的含水率达到60~65％，各供给机的供给量须给予调整。原料的供给量由输入程序设定水分调整的供给量由输入程序设定返回熟料的供给量由输入程序设定根据原料水分的变动，调整水分，可以通过增减返回熟料的供给量进行调整由于水分调整料增减的调整，堆肥的成分会参差不齐，因此通过增减返回熟料的供给量进行调整，可使堆肥成分稳定化。2、EcoHerds的处理（加压混轧）后排出的堆肥化物，由自走式连续搅拌机在发酵槽内20~25天边搅拌边发酵，由自走式连续搅拌机进行的搅拌与迄今为止的搅拌机不同，是为了EcoHerds处理后，更进一步促进发酵而专门开发的装置。EcoHerds处理后的堆肥化物、原料的颗粒较小、颗粒表面附有裂痕，因此使得菌体易于进入并在短时间内进行分解。分解进行的同时，与分解相应的氧气供给是必须的，能否满足这一重要条件是稳定发酵所必须的。自走式连续搅拌机组合而成的系统，实现了短时间内的稳定、完全发酵、熟化堆肥。3、产品堆肥使用粉碎的稻草能产生完成发酵、熟化的堆肥由返回料进行水分调整，因此能产生成分稳定的堆肥由于加压混轧，杂草的种子和病原菌被灭活，因此能产生安全的堆肥氮、磷、钾的添加，可使产品根据耕种农业的要求生产出附加价值更高的堆肥。4、污泥堆肥产品成分表为验证好氧堆肥工艺对污水厂污泥的处理效果及堆肥后污泥的性质，采集了现有污泥的样本，进行了试验验证，经堆肥后的污泥成分检测如下表2所示。表2厂现状污泥堆肥成分表检测项目单位监测结果计量方法（标准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钾K2O％1.04肥料分析法5.3.3铜mg/kg162肥料分析法5.18.2锌mg/kg353肥料分析法5.1.2碳酸钙%2.56肥料分析法5.3.1.2水分%33.1肥料分析法3.1.1经评估，上表数据符合JA（日本农业协会）的标准，可用于任何经济农作物。高品质快速堆肥化系统致臭物质测定高品质快速堆肥化系统的环境质量可以达到相应的环境质量标准。其堆肥过程的致臭物质测定值（日本检测数据）如下表3所示：表3污水厂污泥堆肥过程致臭物质分析项目日本规范、标准原料堆放处处理装置口发酵槽临界线氨气1~2ppm0.3ppm0.3ppm0.2ppm0.2ppm甲硫醇0.002~0.004ppm0.0002ppm0.0096ppm0.0001ppm0.0001ppm硫化氢0.02~0.06ppm0.005ppm0.005ppm0.0005ppm0.0005ppm甲硫醚0.0003ppm0.015ppm0.0001ppm0.0001ppm乙硫醚0.0044ppm0.060ppm0.0001ppm0.0003ppm室温23.4℃湿度49％室温22.7℃湿度53％室温22.1℃湿度52％测定方法：NH3—EPCN(Fe)铁吸光光度法MeSH、H2S、Me2S、Me2S2—FPD法从以上对堆肥过程环境气体质量的监测数据来看，本堆肥过程的环境空气质量完全可以满足我国的国家标准。