生物強化脫水污泥好氧堆肥中氮素變化的研究

段奎全 趙 可

（吉林建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院 吉林長春 130118）

引言

截至到2017年6月，我國城鎮(zhèn)累計建成污水處理廠達4063座，污水處理能力已達1.78億m3/d，伴隨產(chǎn)生的市政污泥在3000-4000萬t/年（含水率以80%計）。污泥生物強化脫水技術(shù)基于生物濕法冶金發(fā)展而來[1]，近年來，該技術(shù)被用作一種污泥調(diào)理技術(shù)引入到剩余污泥脫水預(yù)處理領(lǐng)域。污泥經(jīng)生物強化脫水處理后，有機質(zhì)含量幾乎不變，再經(jīng)壓濾所得泥餅含水率可降至60%以下，滿足好氧堆肥用泥標(biāo)準(zhǔn)。氮作為土壤中重要的營養(yǎng)元素對植物的生長有促進作用。因此，探究氮素變化規(guī)律對高效地利用好氧堆肥方式處理生物強化脫水污泥，對減少堆肥過程中氮素的流失和污泥資源化利用有重大的環(huán)境意義。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

堆肥用泥取自長春市某污水處理廠污泥脫水間，該污水廠采用A/A/O處理工藝，處理后的污水達到一級A標(biāo)準(zhǔn)，剩余污泥采用生物強化脫水工藝預(yù)處理，處理后的污泥經(jīng)壓濾后形成泥餅，其含水率在60%以下，將泥餅打碎作為堆肥污泥。堆肥過程中采用稻殼和秸稈作為調(diào)理劑，二者均購自長春周邊農(nóng)村地區(qū)。

1.2 試驗方法

污泥好氧堆肥過程中，按時取樣檢測堆體理化指標(biāo)的變化，具體檢測方法如下：總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定；氨氮測定采用納氏比色法；硝酸鹽氮采用氯化鉀溶液提取-分光光度法。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 氨氮和硝酸鹽氮含量的變化

圖1 好氧堆肥過程中氨氮和硝酸鹽氮含量的變化

氨氮含量是反映堆肥效果和反應(yīng)進程的重要指標(biāo)[2]。生物強化脫水污泥好氧堆肥過程中氨氮含量的變化如圖1所示：在堆肥初期，氨氮含量為1.11mg/g，由于堆體中有機氮的降解使氨氮含量升高，在第6d達到最高值9.09mg/g。由于曝氣通風(fēng)作用使氨氮流失、可降解的有機氮不斷減少和溫度下降使硝化細菌活動增強，氨氮通過硝化細菌的作用下不斷轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，導(dǎo)致氨氮含量呈緩慢下降趨勢。到堆肥結(jié)束時，氨氮的含量為7.20mg/g，與堆肥前相比上升了548.4%。從圖2可知，前期硝酸鹽氮含量呈下降趨勢，到第16天降至最低2.00mg/Kg，與初期相比下降了17.0%，之后硝酸鹽氮含量呈升高趨勢，到堆肥結(jié)束時為2.42mg/Kg。堆體中的硝態(tài)氮主要來源于原有的硝態(tài)氮和硝化作用，硝化作用是將氨氮氧化成硝酸鹽氮的過程，此過程與溫度、pH、氧濃度和氨氮濃度有關(guān)[3]。堆肥初期，主要由于溫度＞35℃，硝化作用受到抑制；同時微生物利用硝酸鹽氮進行合成細胞物質(zhì)，導(dǎo)致硝酸鹽氮含量下降。第16天后，溫度逐漸降低，pH呈弱堿性，硝化作用加強，硝酸鹽氮含量逐漸恢復(fù)。

2.2 總氮含量的變化

圖2 好氧堆肥過程中總氮含量的變化

從圖2可知，在堆肥過程中，由于存在揮發(fā)氨等N元素的損失，同時N元素得不到補充，使得前期總氮含量下降。堆肥前污泥總氮含量為32.1g/Kg，隨著堆肥的進行，總氮含量呈上升趨勢，到堆肥結(jié)束時增加至33.9g/Kg，較堆肥前增加了1.8g/Kg，增加率為5.6%。這主要是由于堆肥過程中有機物的礦化、CO2的損失以及水分的蒸發(fā)，造成堆體干物質(zhì)和體積的減少，這被稱為“濃縮效應(yīng)”，該效應(yīng)使總氮含量升高。

結(jié)語

在30天的生物強化脫水污泥好氧堆肥中，氨氮和總氮含量分別較堆肥前增長了5.6%和548.4%。硝酸鹽氮含量呈先下降再上升的趨勢，堆肥前后含量的變化不大。生物強化脫水污泥堆肥后的污泥氮素含量增加，提高了污泥資源化利用價值。

[1]周立祥.污泥生物瀝浸處理技術(shù)及其工程應(yīng)用[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2012,35(5)：154-166.

[2]黃懿梅，曲東，李國學(xué).調(diào)理劑在雞糞鋸末堆肥中的保氮效果[J].環(huán)境科學(xué)，2003,24(2)：156-160.

[3]逯延軍，吳五星.城市生活垃圾和污泥混合堆肥中氮素變化規(guī)律研究[J].環(huán)境污染與防治，2008,30(2)：59-63.