城市污泥好氧堆肥處理現(xiàn)狀分析

閆宏圖 孟迪 劉天賜 陳超

（1.中海油節(jié)能環(huán)保服務(wù)有限公司 天津 300450 2.天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 天津 300350）

引言

城市污水廠在污水處理的過程中，降低了污水對于環(huán)境的危害。但是與此同時，在污水處理過程中產(chǎn)生了大量污泥，這些污泥中含有大量的重金屬、有機(jī)質(zhì)以及有毒有害微生物等。因此，我們必須要對其進(jìn)行處理后，才能排放到自然環(huán)境之中。

目前，常見的污泥處理處置方式有填埋、焚燒、堆肥土地利用、建材化利用等。其中污泥堆肥是城市污泥無害化和資源化的重要途徑之一，具有有機(jī)物分解徹底、無中間產(chǎn)物和臭味、無害化程度高的特點(diǎn)。將其施加到土壤中，還能夠改善土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，增加土壤中的有機(jī)質(zhì)和氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)的含量。

1 污泥堆肥

污泥堆肥，是指在人工控制下，在一定的水分、C/N比和通風(fēng)條件下通過微生物的發(fā)酵作用，將污泥轉(zhuǎn)變?yōu)榉柿系倪^程。通過堆肥化過程，有機(jī)物由不穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的腐殖質(zhì)物質(zhì)，其堆肥產(chǎn)品不含病原菌，不含雜草種子，可以安全處理和保存，是一種良好的土壤改良劑和有機(jī)肥料。

堆肥一般分為好氧堆肥和厭氧堆肥兩種[1]。好氧堆肥是在有氧情況下有機(jī)物料的分解過程，其代謝產(chǎn)物主要是二氧化碳、水和熱；厭氧堆肥是在無氧條件下有機(jī)物料的分解，厭氧分解最后的產(chǎn)物是甲烷、二氧化碳和許多低分子量的中間產(chǎn)物，如有機(jī)酸等。厭氧堆肥與好氧堆肥相比較，單位質(zhì)量的有機(jī)質(zhì)降解產(chǎn)生的能量較少，而且厭氧堆肥通常容易發(fā)出臭氣。由于這些原因，幾乎所有的堆肥工藝系統(tǒng)都采用好氧堆肥。

2 污泥好氧堆肥過程

污泥好氧堆肥是利用污泥中天然存在的細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物，在有氧條件下，有控制地促進(jìn)污泥中可降解的有機(jī)質(zhì)向穩(wěn)定的類腐殖質(zhì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的微生物學(xué)過程[2]。好氧堆肥發(fā)酵過程如圖1所示。在污泥好氧堆肥過程中，溶解性的有機(jī)質(zhì)可直接透過微生物的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜為微生物所吸收利用；不溶性的固體和膠體有機(jī)物先附著在微生物體外，由微生物所分解的胞外水解酶分解成溶解性物質(zhì)，再深入到細(xì)胞內(nèi)部參與氧化、還原、合成等過程。好氧堆肥可使污泥穩(wěn)定化，并能在高溫發(fā)酵時將污泥中的病原菌、寄生蟲卵等殺滅，其最終的產(chǎn)物還能作為肥料和土壤的改良劑。

圖1 好氧堆肥發(fā)酵過程圖

好氧堆肥過程是一個比較復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)過程。污泥的好氧堆肥過程通?？煞譃閮蓚€階段：一次堆肥（高溫發(fā)酵）和二次堆肥（后熟陳化）。一次堆肥階段需要較高濃度的氧氣，能達(dá)到發(fā)酵的最高溫度，易降解物質(zhì)和小分子有機(jī)物大量降解；二次堆肥階段的發(fā)酵溫度較低，氧氣吸收率較低。高溫發(fā)酵是堆肥的主要階段，期間通過微生物的活動，對污泥中大量可降解的低分子有機(jī)物等進(jìn)行分解；后熟陳化是堆肥的后續(xù)階段，通過重建低溫優(yōu)勢菌群，進(jìn)一步降解其中難以分解的有機(jī)物，從而更能有效減少植物毒性、病原菌的污染危害，使得堆肥腐熟更徹底[3]。好氧堆肥的溫度變化分三個階段：升溫階段、高溫階段、降溫階段。每個階段存在的細(xì)菌、放線菌、真菌和原生動物不同，它們利用各階段的產(chǎn)物作為食物和能量來源，直至形成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)為止，進(jìn)入腐熟或后熟階段[4]。

通氣供氧條件是影響堆肥的重要因素之一。通過供氧，能有效調(diào)節(jié)堆料中微生物的生長好氧環(huán)境、堆體內(nèi)溫度及水分等物理條件。當(dāng)堆體中氧氣的濃度不能滿足好氧微生物時，就會進(jìn)入?yún)捬鯛顟B(tài)，并產(chǎn)生惡臭；當(dāng)堆體中通風(fēng)強(qiáng)度大，則流動的氧氣容易帶走熱量，使堆體溫度降低。通氣供氧對堆肥的作用主要表現(xiàn)在堆肥三個時期：堆肥初期，通氣能提供足夠氧氣以供微生物的繁殖需要，從而分解有機(jī)物達(dá)到升溫目的；堆肥中期，通氣能維持微生物的活動以保持溫度；堆肥后期，通氣能通過帶走水分，使得堆體減容，加快腐殖過程。

3 好氧堆肥常見工藝

3.1 自然通風(fēng)靜態(tài)堆肥

自然通風(fēng)主要是依靠空氣的擴(kuò)散現(xiàn)象，由堆積層表面將氧擴(kuò)散、傳送到堆體內(nèi)部。自然通風(fēng)靜態(tài)堆肥是一種最簡單的堆肥方式，就是將準(zhǔn)備好的物料在一塊地上，料堆形狀一般是長條狀，也可以結(jié)合場地條件堆成其他形狀。這種堆肥方式與敞開式自然堆積很相似，料堆內(nèi)部常處于受壓狀態(tài)，外面空氣常常不能擴(kuò)散到料堆內(nèi)部而使其呈厭氧狀態(tài)，異味大，發(fā)酵不夠充分，發(fā)酵周期較長。該堆肥系統(tǒng)具有設(shè)備簡單、投資成本低等優(yōu)點(diǎn)。但它的缺點(diǎn)是占地面積大以及易受天氣影響等。

3.2 強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)堆肥

由于自然通風(fēng)靜態(tài)堆肥系統(tǒng)氧氣擴(kuò)散不到堆體內(nèi)部，內(nèi)部處于厭氧狀態(tài)，堆肥效果不好，因此，在此基礎(chǔ)上，我們對堆體進(jìn)行強(qiáng)制性通風(fēng)，使堆體內(nèi)部接觸到氧氣，堆體處于好氧狀態(tài)，稱為強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)堆肥。強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)堆肥是在料堆底部沿著長度方向設(shè)置通風(fēng)管或通風(fēng)槽，通過風(fēng)機(jī)和通風(fēng)管道進(jìn)行通風(fēng)供氧。其堆肥過程主要受溫度控制。在堆肥過程中，通風(fēng)通過蒸發(fā)水分使堆體散熱，從而使堆體保持適宜的溫度。由于通過控制鼓風(fēng)量能夠?qū)Χ洋w的需氧量和含水量實現(xiàn)一定程度的控制，其發(fā)酵周期比自然通風(fēng)靜態(tài)堆肥明顯縮短。

強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)堆肥的優(yōu)點(diǎn)是溫度和通氣情況能夠受人為控制，能有效地殺滅致病菌和降低發(fā)酵產(chǎn)生的惡臭味，產(chǎn)品穩(wěn)定性好；由于受控條件好，堆腐時間相對較短，占地面積也相對較小。缺點(diǎn)是：鼓風(fēng)機(jī)通風(fēng)量的選擇極其重要，否則堆體內(nèi)易出現(xiàn)供氧不足；受外界環(huán)境影響較大，在寒冷季節(jié)，為了減小寒冷氣候?qū)Χ逊实挠绊懀枰诖篌w積和合適的堆腐條件下進(jìn)行堆肥。

3.3 反應(yīng)器堆肥

反應(yīng)器堆肥是在密閉容器內(nèi)進(jìn)行的，通過人為控制通風(fēng)和水分，使物料進(jìn)行生物化學(xué)分解和轉(zhuǎn)化。利用反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)進(jìn)行市政污泥的堆肥，可將堆肥周期控制在3周以內(nèi)。反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)主要的優(yōu)點(diǎn)有：肥料質(zhì)量好、堆肥周期短、可靠性高、堆肥過程易于控制、占地面積小、不易受環(huán)境影響等。但是這種堆肥系統(tǒng)投資較高、維護(hù)成本高、操作復(fù)雜，從而影響了它的推廣使用[5]。

常見的堆肥反應(yīng)器主要有強(qiáng)制通風(fēng)無攪拌反應(yīng)器系統(tǒng)和強(qiáng)制通風(fēng)有攪拌反應(yīng)器系統(tǒng)兩類。強(qiáng)制通風(fēng)無攪拌反應(yīng)器系統(tǒng)在堆肥過程中不對物料進(jìn)行翻堆和攪拌，靠強(qiáng)制通風(fēng)為堆體供氧。在強(qiáng)制通風(fēng)條件下，可控制通風(fēng)量，為堆肥物料提供充足的氧氣。強(qiáng)制通風(fēng)有攪拌反應(yīng)器系統(tǒng)包含的設(shè)備與強(qiáng)制通風(fēng)無攪拌反應(yīng)器系統(tǒng)類似，區(qū)別在于反應(yīng)器具有攪拌功能。堆肥過程中，攪拌有利于物料與空氣的充分接觸，減少物料溫度、濕度和氧氣濃度的差異，加快反應(yīng)過程。

4 總結(jié)與建議

好氧堆肥是城市污泥穩(wěn)定化、無害化和資源化的有效途徑，是一種符合可持續(xù)發(fā)展的污泥處理方式。好氧堆肥是一個生物化學(xué)反應(yīng)過程，主要經(jīng)歷了高溫發(fā)酵以及后熟陳化階段，在有氧條件下，利用好氧微生物活動降解有機(jī)物質(zhì)。常用的好氧堆肥處理工藝多種多樣，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，我們需要不斷探索，尋找更好的好氧堆肥處理工藝。