不同粒徑生活污泥對(duì)膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵影響的研究

朱海偉 陶依雯 高毅 虞光明

（上海元鈞環(huán)?？萍加邢薰?上海 200331）

在城市生活污泥膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵過程中，粒徑大小是重要影響因素之一。污泥的粒徑過大或過小都會(huì)阻礙好氧發(fā)酵過程中氧氣的輸送和擴(kuò)散作用，容易在堆體內(nèi)形成局部厭氧環(huán)境，不僅減緩污泥好氧發(fā)酵速率，還會(huì)引起臭味的大量產(chǎn)生，且污泥被破碎得越細(xì)小，動(dòng)力消耗越大，污泥處理成本也會(huì)增加。因此，混合破碎出適宜的粒徑范圍，將會(huì)大大提高污泥的資源化效率。

本試驗(yàn)是以上海奉賢污泥廠的生活污泥為研究對(duì)象，在各個(gè)發(fā)酵階段采樣并進(jìn)行腐熟度指標(biāo)發(fā)芽率指數(shù)（GI）、含水率、溫度、T值等指標(biāo)的測(cè)定并對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，以找出不同粒徑污泥與混合污泥的腐熟度之間關(guān)系，從而充分了解各個(gè)不同粒徑污泥的腐熟特性，為膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵污泥粒徑混合破碎提供基礎(chǔ)資料，最終實(shí)現(xiàn)縮短發(fā)酵周期、提高好氧發(fā)酵產(chǎn)率及品質(zhì)的目標(biāo)，為優(yōu)化污泥膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵工藝提供必要的數(shù)據(jù)支持和方法。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及發(fā)酵裝置

來源于上海奉賢污泥廠的待發(fā)酵污泥經(jīng)過混合破碎機(jī)破碎后，進(jìn)行膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵，其工藝流程大致如下：待發(fā)酵污泥→12d一次膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵→12d二次膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵。

五組待發(fā)酵污泥，脫水污泥含水率80%，輔料采用玉米秸稈，回料使用上海奉賢污泥廠發(fā)酵成熟污泥，三者按比例混合后含水率60%~63%，初始C/N值為28:1~30:1，堆體共設(shè)置五個(gè)，每個(gè)堆體尺寸2m×2m×1.5m，體積為6m3。發(fā)酵周期24d，第13d翻堆一次。在膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵過程的各個(gè)發(fā)酵階段進(jìn)行多點(diǎn)采集樣品，即發(fā)酵6d后、12d后、18d后、24d后的樣品。

1.2 試驗(yàn)方法

將待發(fā)酵污泥通過混合破碎機(jī)的不同設(shè)置獲得0~15、15~25、25~35、35~45及45~60mm五個(gè)不同粒徑范圍的污泥。

將待發(fā)酵的生活污泥通過布料機(jī)送入發(fā)酵倉(cāng)進(jìn)行發(fā)酵，并在每個(gè)發(fā)酵階段結(jié)束時(shí)取樣測(cè)定，即在發(fā)酵6d后、12d后、18d后、24d后分別取樣。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與測(cè)定方法

1.3.1 測(cè)定指標(biāo)

發(fā)芽率指數(shù)（GI）、含水率、溫度、T值。

1.3.2 測(cè)定方法

將所采集的樣品混勻，裝入樣品袋中。部分鮮樣置于4℃冰箱內(nèi)保存，24h內(nèi)分析完畢；剩余樣品平鋪在托盤中，進(jìn)行自然風(fēng)干干燥，樣品各參數(shù)的分析方法見表1。測(cè)定過程中每個(gè)樣品重復(fù)3次。

表1 分析方法與儀器

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 污泥膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵過程中不同粒徑污泥腐熟度指標(biāo)的變化及統(tǒng)計(jì)分析

2.1.1 不同粒徑污泥的發(fā)芽率指數(shù)（GI）對(duì)比分析

發(fā)芽率指數(shù)常作為生物學(xué)指標(biāo)被用來判斷好氧發(fā)酵的腐熟度。當(dāng)GI大于50%時(shí)可認(rèn)為發(fā)酵產(chǎn)品對(duì)植物基本沒有毒害作用，當(dāng)GI大于80%~85%時(shí)，即可認(rèn)為該發(fā)酵產(chǎn)品施入土壤對(duì)植物已完全沒有毒性[1]。

由圖1可見，所有粒徑物料的GI均呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，高溫發(fā)酵對(duì)于病原菌的滅活作用較明顯。膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵結(jié)束時(shí)所有物料的GI均達(dá)到65%以上，對(duì)植物基本無毒性，甚至15~25mm物料的GI超過90%。

圖1 污泥膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵過程中不同粒徑污泥的發(fā)芽率指數(shù)

2.1.2 不同粒徑污泥的含水率對(duì)比分析

有圖2可見，15~25mm及25~35mm物料的含水率在膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵過程中下降最明顯，其中15~25mm物料在一次發(fā)酵12d后含水率已經(jīng)降低至43.9%。另外，0~15mm、35~45mm及45~60mm物料在經(jīng)過兩次共24d膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵后含水率分別為52.1%、48.6%及54.3%，雖呈下降趨勢(shì)，但未達(dá)到發(fā)酵腐熟度標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 污泥膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵過程中不同粒徑污泥的含水率

2.1.3 不同粒徑污泥在膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵過程的溫度分析

堆體溫度的變化反映了好氧發(fā)酵過程中微生物活性的變化，這種變化與好氧發(fā)酵中可被氧化分解有機(jī)質(zhì)的含量呈正相關(guān)。有機(jī)質(zhì)被微生物降解時(shí)會(huì)放出熱量，使堆體溫度升高；有機(jī)質(zhì)被基本降解完后，放出的熱量減少，堆體溫度與環(huán)境溫度趨于一致，不再有明顯變化。根據(jù)堆體溫度的變化，可以判讀好氧發(fā)酵進(jìn)行的程度及腐熟狀況。

從表2對(duì)比數(shù)據(jù)中可以看出，五組粒徑的升溫期均在3d以內(nèi)，但15~25mm粒徑組55℃以上維持時(shí)間明顯大于其他粒徑組，達(dá)到249h，證明該組的有機(jī)質(zhì)被降解的最徹底，堆體基本已達(dá)到了殺菌滅活的效果。

表2 污泥膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵過程中不同粒徑污泥的溫度

2.1.4 不同粒徑污泥的T值分析

污泥高溫好氧發(fā)酵的C/N值從初始的25:1~30:1降低到15:1~20:1以下時(shí)，認(rèn)為好氧發(fā)酵達(dá)到腐熟。建議采用T=(終點(diǎn)C/N)/(初始C/N)來評(píng)價(jià)腐熟度，認(rèn)為當(dāng)T值小于0.6時(shí)好氧發(fā)酵已達(dá)腐熟[2]。

污泥膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵過程中的C/N變化如圖3，所有粒徑實(shí)驗(yàn)組C/N在經(jīng)過24d膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵后均呈下降趨勢(shì)，其中15~25mm及25~35mm物料的T值分別為0.51和0.55，其余粒徑組均接近0.7。

圖3 污泥膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵過程中不同粒徑污泥的C/N值

3 結(jié)語

不同粒徑的污泥對(duì)膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵的影響有所差異，其中15~25mm粒徑污泥的腐熟程度較好，這為今后實(shí)際生產(chǎn)中混合破碎出最適宜膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵的污泥粒徑，以促進(jìn)高溫好氧發(fā)酵進(jìn)程，縮短發(fā)酵周期，提高發(fā)酵效率和品質(zhì)，提供了必要的數(shù)據(jù)支持和研究基礎(chǔ)。

[1]Riffaldi R,Levi-Minzi R,Pera A,et al.Evaluation of compost maturity by means of chem ical and microbial analyses[J].Waste Management and Research,1986,4(44):387-396.

[2]康軍.楊凌城市污泥高效好氧堆肥研究[D].陜西:西北農(nóng)林科技大學(xué),2012:21.