城市污水污泥及麻黃廢渣堆肥化研究
摘要：本文對(duì)城市污水污泥與麻黃廢渣進(jìn)行堆肥無(wú)害化處理，考察了溫度、水分、pH及各有機(jī)成分的變化趨勢(shì)，探討了堆肥腐熟度的指標(biāo)。
關(guān)鍵詞：城市污水污泥 堆肥化 麻黃廢渣
1 前言
我國(guó)城市污水處理廠每年產(chǎn)生濕污泥約4.5×106噸，每年以15%的速度增長(zhǎng)[7]。污泥的成分非常復(fù)雜，不僅含有較豐富的氮、磷及多種微量元素和大量有機(jī)質(zhì)，同時(shí)還含有病原菌、寄生蟲(卵)、重金屬、鹽分及某些難分解的有機(jī)毒物。因此，必須進(jìn)行適當(dāng)處理，才能二次利用，否則會(huì)引起二次污染。[1-4]
處理污泥的 方法 主要有四種：填埋、投海、焚燒和土地利用[2]。因環(huán)境壓力與 經(jīng)濟(jì) 壓力的日益增大,世界各國(guó)已減少或禁止前三種,而加大以土地利用為主的無(wú)害化、資源化處理力度。由于污水污泥處理的投資和運(yùn)行費(fèi)用巨大(分別占污水處理廠費(fèi)用的12 ～30%和20～50%)[2]，我國(guó)尤其是新疆的污水污泥基本沒(méi)有正常的出路，給污水廠造成沉重負(fù)擔(dān)。例如，烏魯木齊市河?xùn)|污水處理廠的污泥已堆積成山，任意堆放,造成嚴(yán)重的二次污染。 研究 探索一種適合新疆污水污泥的處理方法和技術(shù)，是很有必要的。另外，新疆是我國(guó)麻黃素生產(chǎn)基地之一，將麻黃素廠的麻黃廢渣與污水污泥進(jìn)行堆肥化研究，化害為利，變廢為寶，服務(wù)于人類，實(shí)現(xiàn)可持續(xù) 發(fā)展 戰(zhàn)略，具有顯著的 社會(huì) 效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益
2 試驗(yàn)材料
2.1 污泥的來(lái)源及成分 分析
本試驗(yàn)的污泥來(lái)自烏魯木齊市河?xùn)|污水處理廠。該廠的污水處理能力為20萬(wàn)噸/日，以其中含污泥量0.02%計(jì)，將產(chǎn)生污泥約40噸/日。 污泥成分分析[1-6]結(jié)果見(jiàn)表1。 從表1可知，烏市污泥中的有機(jī)質(zhì)含量較高，其堆肥產(chǎn)品的品質(zhì)會(huì)好。氮和鉀的含量也較高，對(duì)于缺鉀的土壤來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的鉀肥來(lái)源。污泥中磷的含量偏低，但是磷肥是價(jià)格比較昂貴的肥料，因此污泥中的磷作為磷肥的有益補(bǔ)充有價(jià)值的。由于對(duì)進(jìn)入市政排污系統(tǒng)的污水缺少嚴(yán)格的質(zhì)量控制，很難保證污泥中低的重金屬含量。與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB4284-84對(duì)照可以看出，河?xùn)|污水廠污泥中重金屬除Zn外，均未超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。而新疆的土壤又是普遍缺Zn的，施用污泥有助于補(bǔ)充土壤中的Zn。因此，該污泥作為農(nóng)用是無(wú)害的，不會(huì)對(duì)作物產(chǎn)生重金屬污染。
2.2 麻黃廢渣來(lái)源及分析結(jié)果
麻黃廢渣取自新疆制藥廠麻黃素車間。用化學(xué)分析法測(cè)定麻黃廢渣的主要成分[2]，結(jié)果見(jiàn)表2。 從表2可知，麻黃廢渣中的粗灰分為16.54%，這主要是各種金屬元素的無(wú)機(jī)鹽;有機(jī)物含量為83.54%，主要富含纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、蛋白和脂肪，完全可作為堆肥的有機(jī)原料。
3. 試驗(yàn)設(shè)計(jì)[5]
堆肥化過(guò)程是復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程。試驗(yàn)選用的填充料為剪碎的麻黃桿廢渣。把麻黃廢渣和污泥進(jìn)行混合堆肥，不僅能減少環(huán)境的污染，降低大量費(fèi)用，更重要的是能變費(fèi)為寶，使原來(lái)廢棄的廢渣成為可利用的原料。給麻黃廢渣找到了一條合理的出路。試驗(yàn)是模擬大規(guī)模堆肥中的一小塊污泥微元，可認(rèn)為與環(huán)境沒(méi)有熱交換下，進(jìn)行九個(gè)樣的污泥堆肥處理。
4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
堆肥過(guò)程是在一定的溫度、濕度和pH條件下，利用微生物的作用使有機(jī)物發(fā)生生物化學(xué)降解，把廢棄有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為類腐殖質(zhì)的生化過(guò)程。本試驗(yàn)考察了各因素在堆肥過(guò)程中的變化。
4.1 溫度
溫度是 影響 微生物活動(dòng)和堆肥工藝過(guò)程的重要因素。對(duì)堆肥過(guò)程來(lái)講，溫度是其狀態(tài)的表觀體現(xiàn)。所有過(guò)程參數(shù)的控制都是為了使堆肥時(shí)堆體的溫度最快上升、維持適當(dāng)?shù)亩迅瘻囟燃绊樌叵陆。因(yàn)槎洋w的高溫才能殺死其中的病原菌，在堆體適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)有機(jī)質(zhì)降解最快，同時(shí)在適當(dāng)?shù)那闆r下進(jìn)行水分的去除和堆肥溫度的下降，結(jié)束堆肥。 試驗(yàn)中堆肥的溫度隨堆肥時(shí)間的變化情況如圖1所示。
堆肥經(jīng)歷了24天的時(shí)間。
從堆肥的溫度變化情況看，堆肥都經(jīng)歷了完整的升溫、恒溫和降溫階段。從開(kāi)始發(fā)酵，堆體溫度持續(xù)升高，在1-7天，溫度由17℃升至55℃;保持恒溫 55～60℃，持續(xù)18天左右;隨后堆體溫度下降到30℃。24天以后，堆體溫度保持平穩(wěn)，繼續(xù)監(jiān)測(cè)溫度，未見(jiàn)溫度有上升。說(shuō)明堆肥已達(dá)穩(wěn)定。
堆肥過(guò)程中，寄生蟲和病原菌[6]被殺死，在12天測(cè)定細(xì)菌數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表3。實(shí)驗(yàn)表明，污泥堆肥經(jīng)過(guò)9、10、11三天的55℃高溫，即可殺滅決大多數(shù)的病原菌符合堆肥的衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)，可以安全施用。
4.2 水分
在堆肥生態(tài)系統(tǒng)中，水分含量是一個(gè)重要的物理因素。水分對(duì)于有機(jī)物的分解和微生物的生長(zhǎng)繁殖是不可缺少的。堆肥中水分的主要作用在于：1.溶解有機(jī)物，參與微生物的新陳代謝;2.水分蒸發(fā)時(shí)帶走熱量，起調(diào)節(jié)堆肥溫度的作用。堆肥原料水分的多少，直接影響好氧堆肥反應(yīng)速度的快慢，影響堆肥的質(zhì)量，甚至關(guān)系到好氧堆肥工藝過(guò)程的成敗，因此堆肥中水分的控制十分重要。在堆肥過(guò)程中，取污泥樣品，在105～110℃的烘箱中烘干4小時(shí)，稱量以烘干損失重量作為水分含量[1.2]。
堆肥過(guò)程中平均水分含量變化見(jiàn)圖2。
從圖中總的水分變化趨勢(shì)可以看出，水分的變化不大，在69—75%之間變化，這也是微生物活動(dòng)的適宜條件。從圖2可以看出，在達(dá)到高溫44℃后，即第5天，大量微生物開(kāi)始進(jìn)行有機(jī)質(zhì)的降解，出現(xiàn)了水分含量升高的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象完全符合有機(jī)質(zhì)的好氧分解會(huì)有水分產(chǎn)生的原理。 C10H19O3N+12.5O2→10CO2+8H2O+NH3 隨后堆肥達(dá)到高溫55℃，水分含量基本保持不變。這說(shuō)明，好氧微生物在適宜條件下，能迅速繁殖，進(jìn)行有機(jī)物的降解，放出熱量，以維持堆體高溫，同時(shí)也分解生成水分。到第17天，堆肥溫度開(kāi)始下降，堆體的水分也略有降低，堆肥過(guò)程結(jié)束。
4.3 pH值
對(duì)堆肥體系進(jìn)行pH值的測(cè)定。在堆肥過(guò)程中，pH值變化不大，均在6～7之間變化。說(shuō)明堆肥在接近中性條件下進(jìn)行。
4.4 有機(jī)成分
快速高溫堆肥，首要的是熱量平衡 問(wèn)題 。低的有機(jī)質(zhì)含量產(chǎn)生的熱量不足以維持堆肥所需的溫度，并且堆肥產(chǎn)品由于肥效低而影響使用。有機(jī)質(zhì)含量過(guò)高，又會(huì)給通風(fēng)供氧帶來(lái)影響，可能造成部分厭氧狀態(tài)和產(chǎn)生惡臭。堆肥原料適宜的有機(jī)質(zhì)含量為20～80%。本試驗(yàn)的堆肥污泥有機(jī)質(zhì)含量在50～70%之間，因此適宜堆肥。對(duì)堆肥體系的有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)、脂肪和蛋白質(zhì)的含量變化[7]作了監(jiān)測(cè)，平均含量變化結(jié)果見(jiàn)圖3。
從圖3可以看出：1.隨著堆肥的進(jìn)行，各堆肥有機(jī)質(zhì)均呈現(xiàn)下降趨勢(shì);2.腐殖質(zhì)總的趨勢(shì)呈下降趨勢(shì);3.脂肪、蛋白質(zhì)的含量也有所下降。4.淀粉的含量由開(kāi)始的0.18%在第九天即降為零。 本試驗(yàn)把污泥中的有機(jī)質(zhì)劃分為淀粉類、類脂物類、蛋白質(zhì)類、腐殖質(zhì)類，纖維素類等[20]。在微生物的作用下，這些有機(jī)質(zhì)都應(yīng)發(fā)生不同程度的分解，最終都呈下降趨勢(shì)。淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、腐殖質(zhì)等有機(jī)物降解難易程度不同。在中、高溫期的降解順序是：淀粉>脂肪>蛋白質(zhì)>腐殖質(zhì)。 應(yīng)該加以說(shuō)明的是，本次試驗(yàn)未測(cè)定堆肥過(guò)程中纖維素的降解情況。 文獻(xiàn) 綜述中已提到，纖維素與淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、腐殖質(zhì)相比是較穩(wěn)定的，不易被分解的有機(jī)質(zhì)。
4.5 堆肥腐熟度的初步探討
本次試驗(yàn)堆肥產(chǎn)品的腐熟度從以下幾個(gè)方面分析：
1.堆肥的物理性狀：
(1)本次試驗(yàn)的堆腐污泥，后期溫度 自然 下降，不再上升;
(2)堆肥后的污泥含水率下降，呈現(xiàn)疏松的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，臭味消失。
2.堆肥的化學(xué)性狀：
(1).腐殖質(zhì)、蛋白質(zhì)的降解。堆肥過(guò)程中，腐殖質(zhì)和蛋白質(zhì)的含量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì);
(2)脂肪的降解。脂肪的降解隨堆肥的進(jìn)行逐漸平緩，呈較強(qiáng)的 規(guī)律 性。當(dāng)脂肪降解平緩時(shí)，堆體中降解的主要是腐殖質(zhì)和纖維素，它們不會(huì)產(chǎn)生太多的熱量使堆體升溫，因此堆體的溫度保持平緩。因此，使用脂肪作為腐熟度的指標(biāo)是合理及可行的。只要處于正常的堆肥狀態(tài)下，當(dāng)其中的脂肪降解達(dá)到平緩時(shí)，說(shuō)明堆體中的易降解有機(jī)物已經(jīng)降解完全，堆體的溫度不會(huì)再次上升，堆肥已達(dá)穩(wěn)定。
參考 文獻(xiàn)
[1] 中科院南京土壤 研究 所.土壤理化 分析 .上海：上海 科學(xué) 技術(shù)出版社，1983
[2] 南京農(nóng)學(xué)院.土壤農(nóng)化分析.北京：農(nóng)業(yè)出版社，1985
[3] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局.環(huán)境監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)分析 方法 .環(huán)境科學(xué)出版社，1983
[4] 北京大學(xué).儀器分析教程.北京大學(xué)出版社，1992
[5] 李國(guó)學(xué)、張福鎖.固體廢物堆肥化與有機(jī)復(fù)混肥生產(chǎn).北京：化學(xué) 工業(yè) 出版社，2000
[6] 食品衛(wèi)生檢疫技術(shù)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1997
[7] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).食品營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定方法，GB12394-90
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