（环境工程专业论文）天津市下水道污泥堆肥除臭技术研究.pdf

ab s t r a c t ab s t r a c t a l o n g w i t h t h e e c o n o m i c d e v e l o p m e n t a n d p e o p l e s l i v i n g s t a n d a r d s g r a d u a l l y i m p r o v e d . t i a n j i n s e t u p e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n m o d e l c i t i e s o f t h e i m p l e m e n t a t i o n o f t h e p r o j e c t , b e c a u s e t h e c i t y i s c o n s t a n t l y u p g r a d i n g t h e q u a l i t y o f t h e c i t y e n v i r o n m e n t . f r o m t h e g a r b a g e , s e w a g e , p o u l t r y d r o p p i n g s a n d t h e s t e n c h o f s l u d g e a n d r e l a t e d p o l l u t i o n h a s c a u s e d w i d e s p r e a d c o n c e r n , a n d b e g i n t r e a t m e n t .h o w e v e r , a s s e w a g e d i s c h a r g e s t o t h e m u n i c i p a l s e w e r s l u d g e h a r m f u l t o t h e e n v i r o n m e n t d i d n o t g e t m u c h a t t e n t i o n . s i n c e t h e a n n u a l d i s c h a r g e o f s e w a g e s l u d g e s i z e , d r a i n a g e , a c c o r d i n g t o t h e c i t y s s t a t i s t i c s o f f i c e , a b o u t 4 0 , 0 0 0 t o n s o f s e w a g e s l u d g e a n n u a l l y . b a s e d o n t h e c h a r a c t e r s o f t i a n j i n c i t y s e w a g e s l u d g e , m u d a n d d i s t r i b u t i o n o f a d e t a i l e d i n v e s t i g a t i o n . i n v i e w o f t h e d i s p o s a l o f s l u d g e a n d s l u d g e c o m p o s t o n t h e p r o b l e m s f a c i n g t h e p r o c e s s o f a d d i n g f i l t e r s m i c r o b e p r e p a r a t i o n t e c h n i q u e s a n d m e t h o d s . f l o r a c o m p o s t i n g p r o c e s s b y d e t e r m i n i n g t h e n u m b e r o f n i t r i f i c a t i o n一d e n i t r i f i c a t i o n n u m b e r o f f u n g u s a n d c h a n g e s i n t h e m o n i t o r i n g p r o c e s s o f c o m p o s t i n g o r g a n i c m a t t e r , n i t r o g e n c o m p o u n d s d e g r a d a t i o n a n d t r a n s f o r m a t i o n . t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o w t h a t i n t h e p r o c e s s o f a d d i n g a c e r t a i n a m o u n t o f s l u d g e c o m p o s t i n g m i c r o b i a l d e g r a d a t i o n d e o d o r a n t b a c t e r i a l p r e p a r a t i o n c a n b e t r a n s f o r m e d i n t o n o t o n l y t h e m a t e r i a l p r o d u c e d n o f o u l s t e n c h s u b s t a n c e s d i s s e m i n a t e d b y t h e c o m p o s t i n g p r o c e s s t o s t a b i l i z e s l u d g e s o o b n o x i o us o d o r c a n b e r e d u c e d t o a n a c c e p t a b l e l e v e l p e o p l e . b u t w i l l a l s o p r o m o t e t h e c o m p o s t i n g pr oce ss.a f t e r s e w a g e s l u d g e i n t o c o m p o s t c o n t a i n i n g o r g a n i c d e o d o r a n t ma t e r i a l s. ab s t r a c t k e y w o r d s :m i c r o b i a l a g e n t s d e o d o r a n t b a c t e r i a s e w a g e s l u d g ec o m p o s t p ro bi oti cs i i i 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了 解南开大学关于收集、 保存、 使用学位论文的规定， 同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印 刷本和电 子 版本;学校有权保存学位论文的印 刷本和电子版，并采用影印、 缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文;学校有权提供 目 录检 索以 及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务;学校有权按有 关规定向国家有关部门 或者机构送交论文的复印件和电子版; 在 不以 赢利为目 的的前提下，学校可以 适当复制论文的部分或全部 内容用于学术活动。 学位论文作者签名: 年月日 经指一导 教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名:学位论文作者签名: 解密时间:年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下: 内部5 年 ( 最长5 年，可少于5年) 秘密1 0年 ( 最 r. 1 0年，可少于1 0 年) 机密2 0年 ( 最长2 0年，可少于2 0 年) 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明: 所呈交的学 位论文， 是本人在导师指导下， 进行 研究工作所取得的成果。 除文中己 经注明引用的内容 外， 本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、 己 公开发 表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体， 均已 在文中以明 确方式标明。 本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名: 年月日 第一章 天津市中心城区下水道污泥现状及变化趋势的研究 第一章 天津市中心城区下水道污泥现状及变化趋势的研究 1 . 1 泥量分析 在天津市市政局管理处、 排管处规划科、科技科等协调帮助下，我们对市 内六区排水所、北辰市政所、东丽市政所和排管处所属八个排水所等 1 6个单 位在汛前 会战期间通挖污泥和泵站清池子的污泥进行了统计。 共取得技术数据 3 5 6 0 余个。 经初步 核算， 排水 管理 处 所属八 个排水 所污泥 总量 平均9 3 米为 日 ， 最大日1 0 4 米为 日 。 具体详见 附 录表1 ( 天 津市中 心 城区 市政 污 泥量统计 表) 。 为 便于 统计计算以 每日 为1 2 0 扩 ( 含水率9 5 ) 作为 近期 规划泥量。 天津市 中心城区下水道污泥量统计表见表i . 1 a 表1 . 1 天津市中心城区下水道污泥量统计表 次 三 月四 月五 月 污泥总量 ( m 3 ) 日均泥量 ( m 3 / d ) 污泥总量 ( m 3 ) 日 均泥量 ( m / d ) 污泥总量 ( m ; ) 日均泥量 ( m 3 / d ) 全处 1 - 8 所 2 5 0 7 . 69 0 8 931 4 3 . 1 51 0 4 . 7 71 3 4 8 . 14 3 . 4 9 区 1 - 8 所 2 4 3 5 . 47 8 . 5 67 8 0 2 . 52 6 0 . 0 82 9 3 2 . 59 4 . 6 总计 4 9 4 31 5 9 . 4 51 0 9 4 5 石3 6 4 . 8 54 2 8 0 . 61 3 8 . 0 9 注:总计中包括化粪井泥最 1 4 2 . 1 7 m 3 / d 1 .2 泥质分析 我们请天津市污水监测站对各排水所生产的污泥进行了污泥成分的监测。 目 前已 完成对排管处所属八个所1 6 个采泥点、 5 个区排水所1 0 个采泥点的采样工 作，取得监测数据4 0 0 余个。具体泥质检测数据见附录1( 天津市中心城 区污泥泥质检测报告表) 。 1 . 3下水道污泥有机成分的分析 通过对1 6 个采样点污泥成分检测报告的分析 ( 见图1 . 1 -1 . 2 ) , 说明下水道污泥有机质含量高，具有丰富的氮、磷、钾，是潜在的宝 贵的有机肥料资源。如将其进行堆肥化处理是不可多得有机肥料。 下水道的污泥，是生活污水长时间在厌氧状态下，由 厌氧和兼性厌氧微生 物大量繁殖、 生长， 在较长时间内， 对有机物的厌氧发酵、 分解后形成的沉积物， 因此， 在污泥中含有大量的 游离氨或胺， 或含硫的气体等， 这是下水道污泥散发 恶臭的主要原因。 第一章 天津市中心城区下水道污泥现状及变 化趋势的研究 经过对天津市下水道污泥进行调研，发现存在如下问题: 1 、中心城区下水道污泥均由各市政单位 ( 污水厂、市属排水所、 区属排水所)分别处置，由于受到人力、地理等条件限制，每次挖出 的污泥 ，不得不分散堆放 ; 2 、各单位污泥处置大多无固定场地，随机倾倒现象较为严重; 有的虽有污泥存放固定场地， 堆放一定量后与城市垃圾共同处理， 但 这 部分 污泥存放量小、费用高，周 围群众 反映强烈，不可 能成 为污泥 的最终 出路; 3 、 储泥点远离城区， 大多分布在外环线以外、 城市远郊区附近， 使得污泥运输费用较高，再加之沿途泄露，给城市景观造成了损害， 同时管道疏通所产生的污泥含水率过高，增加了运输成本: 4 、下水 管道污泥挖 出后 ，只 能存 放于 中转 的泥 斗 中. ，待 装满后 才 一 运到堆泥点，泥斗不能及时拖调， 使得泥斗中的污泥发出浓烈的恶 臭 ，严 重污染周边 的空气 .群众 反映 强烈，不断地 向市 政府热 线反映 此 类事 情。 5 、部分排水所污泥堆放点，与环卫部门签订协议，与城市垃圾 工同处理， 但这部分污泥存放量小、费用高，周围群众反映强烈，不 能成为 污泥的最终 出路 。 6 、近年来，郊县农民更加习惯于施用化学肥料，致使污泥出路 越 来越 不畅。 第二章一 水 道污泥堆肥 化的研究 第二章 下水道污泥堆肥化的研究 2 . 1污泥的 基础性研究 2 . 1 . 1污 泥形 成过程特性研究 污泥的来 源和形成十分复杂，不同 来源的 污泥存在差异， 形成 过程对 污泥 的物理化学特性同样有实质的影响。 了解污泥的来源， 尤其形成过程特性意义重 大， 是研究污泥理化性质的基础、 处理污泥的前提、 选择技术的依据。 一般来说， 如前所讨论的， 污泥的 形成主 要有物理聚 集、 化学凝聚、 微生 物繁 衍吸附或 三者 共存的 方式。 通过悬浮式好氧繁殖生成 活性污泥的活性污泥法是目 前广 泛用于各 种废水处理的 方法。 污泥产生量很大，因此 其结 构也成为许多研究的 对象。 以 活性污泥为例， 运作初期为迟滞生长期， 各种微生 物、 不溶性固体以及 溶解性有机物均同时悬浮分散于水中， 当对数生长期开始后， 微生物以有机物为 养分， 数量快速增加，并产生大量分泌物。 这些分泌物吸附在悬浮物质上，使得 表面电 荷改变， 并且造成凝聚作用 或是生物性架桥而 逐渐形 成小颗粒， 当对数生 长期结束， 进入衰减生长期， 微生 物开始互相附着， 此时污 泥颗粒较小， 呈 现球 型，粒径约在 1 - 5 u m 之间。在之后的内源呼吸期，持续的凝聚作用使得污泥颗 粒迅速增大， 最 终成为 成熟的活 性污泥。 污泥形 成过程的 物理变化、 生物化学反 应、 结构演变多 姿多 彩， 对产生 污泥的 性质及 后处 理有实 质性的决定 性的影响。 2 . 1 . 2 污泥 物理 特性研究 污泥的普遍特性为含水率高， 脱水 性很差， 其组成颗粒为 水中 悬浮固体经 不同 方式胶结 凝聚而 成， 结构松散， 形状不规则， 高度非均匀， 比 表面积与孔隙 率极高 ( 孔隙 率常大于9 9 %) ， 具有分形结构，外 观上具有类似绒毛的 分支与网 状结构。 污泥含水和脱水性与污泥物理结构密切关联、 相互依赖祸合存在强烈作 用。 进行污泥处理时， 了 解组成 污泥的基本物理 特性， 如颗粒大小与 表面性质、 内 部结 构以 及水分分布等是关键， 亦 成为 物理特性研究的焦点， 初步的 研究也表 明， 内 部结构、 含水性与分布等 之间 的相互作用， 污 泥内 部传递现象可能 成为更 主要的 物理特 性。 近年来， 许多 研究者通过各种测试 方法， 获得了 污 泥内 部的结 构、 表面 性质、 质量分 布、 内 部的传递 现象与 过程和它们之间 的相互 作用。 对于 第二章下 水道污泥 堆肥化 的研究 高度不规则形 状与不 均匀质量分布的污泥而言， 在实际 处理中确定结构、 孔隙率、 湿密度分布等 物理参数， 迄今为止， 有关它们 之间的 内 在联系、 能 质传递现象以 及相互作用等 方面的研究目 前还很少，缺乏对规律 和过程 特性的 基本了解。 2 . 1 3污泥生 物化学 特性 研究 污泥颗粒的形成与结构维持受许多因素的共同影响，生物化学特性显然是 最重要的影响因素之一， 其作用可以从三个方面认识: 生物化学反应与生成物质 组成、生物吸附与生物纤维的凝絮作用和生成污泥的后续化学与生物演化过程， 利用生物鉴定 技术和化学分 析方法探讨污泥结构， 从对细胞间 质的 萃取和成分鉴 定 发 现 3 1 ， 钙 离 子 等 金 属 成 分 、 丝 状 菌 等 可 能 是 产 生 絮 凝的 原因 之 一。 比 如 ， 菌体细胞聚集形成胶质网状体完全决定了污泥的特性， 甚至以后的演化方向。 有 研究者根据上述结果试图配制人工污泥， 用来模拟实际的污泥， 已经取得一定的 成果 4 1 2 . 2污泥堆 肥化技术 堆肥化， 是期 望达到“ 无害化、 资源化、 减量化” 三个目 标的污 泥处理技 术 之一， 它以 生物学为 基础。 利用污泥中丰富的 微生 物群 落在特定的环 境中对多 类 有机物进行分解、并将污泥转化成稳定的腐殖质类，从而用于肥田和改良土壤。 参与分 解作用的 微生物 群落以 细菌为主， 此外还包 括放线菌、 酵母菌、 真菌 及原 生动物。特定的环境条件包括充足的营养， 适当的水分， 合理的通风条件等。为 生物群落在特定的条 件下， 自 然生长，同 时释放能量、 二氧化碳和水蒸气， 逐渐 形成的高 温， 杀死对热 敏感的 微生物， 而耐高 温微生物则依 然生存。 堆肥化的 过 程是一个生物化学反应过程， 不论好氧堆肥还是厌氧堆肥， 都是微生物在一定条 件下将堆料中的 大分 子有机物分解为小分子的有 机物、 二氧化碳、 水及各种含 氮 物等， 同时释 放热能。 堆肥化过程， 也是 在堆 肥物料生态系统中微生 物群落的 演 替过程。 根据堆肥温度变化情况， 可将堆肥过程划分为三个阶段， 即中温阶段 ( 温 度由环境温度到 4 0 5 0 0c， 时间为堆肥开始的 4 0 h 左右) ， 高温阶段 ( 温度在 5 0 - 7 0 0 c ， 时间为 堆肥4 0 - 8 0 h ) , 腐熟阶段( 或降温阶 段， 时间 在堆肥8 0 h 以后) 1 5 1 . 2 . 2 . 1中温阶段 好氧高温堆肥过程中温度的升高是由于好氧微生物 ( 细菌、真菌、 酵母菌和 放线菌等)在高效分解有机物过程中释放出的热量造成的。 堆肥初期， 堆层基本呈中温，嗜温性微生物 ( 中温放线菌、蘑菇菌) 较为活 第二章 下水道污泥堆肥化的研究 跃， 并利用 堆肥中 可溶性有机物质 ( 蛋糖、 脂肪和 碳水化合物) 旺盛繁 殖。 它们 在转换和利用化学能的过程中， 有一部分变成热能， 由于堆料有良好的保温作用， 温度不断 上升。 随着温度上升， 嗜 温菌更为活跃， 并大量繁殖， 这样又导致更多 的有机物降解和释放出更多热能。 此阶段微生物以中温、需氧型为主， 通常是一 些无芽细 菌。 适合于中温阶段的微 生物种类极多， 其中 最主要是 细菌、 真菌和放 线菌。 这些菌类虽都有分解有机物能 力， 不仅对不同 温度有各自 的 适应性， 且对 不同的化合 物喜好也各异， 如 细菌特别喜 欢水溶性单糖类， 放线菌 和真菌对分解 纤维素和半纤维素物质具有特殊功能。 y u n g c h a n g 和 h u d s o n ( 1 9 6 7 ) 对堆肥化过程中 真菌群落的演替 进行t 较详 细的研究， 指出 利用复杂碳源的 能力 及耐受高温的 程度是决定真菌 在堆肥中 繁殖 的两个最重 要的因 素。 在中温阶 段， 他们认为中温 菌在升温的头几 天很快就被杀 死; 嗜热真菌和耐热真菌也被高 温杀死。 原因是它 们只能利用简单的 碳源而不能 利用纤维素活、 半纤维素， 它们不能在堆肥中持续存活的主要原因是后期缺乏易 利用的碳源。 相反耐热真菌由于能力用纤维素和半纤维素则能在堆肥化过程中后 期持续存在. 2 .2 .2高 温阶 段 当堆肥温度上升到. 4 5 以上时，即进入堆肥过程的第二个阶段高温阶 段。此时，嗜温性微生物受到控制甚至死亡， 取而代之的是一系列嗜热性微生物 ( 真菌、放线菌等) 。堆肥中残留的 新形成的可溶 性有机物继续分解转 化，复杂 的和一些难分 解的 有机化合物( 半纤维素、 纤维素、 蛋白 质和木质等) 也开始被 逐渐分解，腐殖质开始形成， 堆肥物质进入稳定状态。高温阶段，各种嗜热性微 生物的最适 温度也是不相同的， 在 堆肥温度上升过 程中， 嗜热 性微生物的群 类和 种类是相互接替的，一般在 5 0 左右进行活动的主 要是 嗜热性真菌与细 菌在活 动;温度上升到 7 0 以 上时，对大 多数嗜热性微生 物己 不适宜， 微生物大量死 亡或进入休眠状态， 除了一 些抱子外， 所 有的病原 微生物都会 在几个小时内死 亡。 y u n g c h a n g 和h u d s o n ( 1 9 6 7 ) 指出在 此期间 许多真菌， 特别是嗜热毛壳霉 和特异腐质霉， 它们都能快速利用纤维素和半纤维素且生长迅速。 在纯培养条件 下对纤维素分解的最适宜温度为 4 5 - 5 5 这与 其他的研究者 对各种植物残体堆 制时最大释放量测定结果相吻合，在 5 5 - 6 0 时释放量最大，超过 6 0 时显著 第二章下水道 污泥堆 肥化的研究 下降。 与细菌的生 长繁殖规律一样， 根据微生物的 活性， 可将 其在高 温阶段生长过 程分化为三个时期。 对数增长期 这一 时期， 嗜热性 微生物处于 对数增长期， 营养过剩，其活 性 增长速度与有机物浓度无关，仅与温度及供氧量有关。 减速增长期 在易分解和部分较难分解有机物不断消耗和新细胞不断合成 后， 堆肥中 有机物含量急剧下降， 直至有机物不再过 剩， 且成为微生 物进一步生 长的限制因素， 嗜热性微生物便从对数增长期过渡到减速增长期。 此时，微生物 增长速度与 剩下的 营养物 浓度成正比。 内 源呼吸期 此时， 继续通入空气，微生物 仍不断地 进行代谢活动， 但因 堆 肥中易分解 和部 分较易分解的有 机物几乎耗尽， 微生 物的代谢 进入内 源呼吸期。 虽然在有机物重组时内源呼吸也存在， 但细胞的合成大于消耗， 故其表现不明显， 而在内源呼吸期 则不然， 因为 此时 微生物已 不能从 其周围环境中获 得足 够的能量 以维持其生命， 于是开始显著地代谢 自身细胞内的营养物质。随后， 微生物在维 持其生命中 逐渐死亡， 细胞内 部分霉开始分解细 胞壁某 些部分， 营养物质 便离开 细胞本体向外扩散，以提供给活着的微生物较多营养。 此时，细胞的生长虽然没 有完 全停止， 但被细胞的分 解率 所超越， 只是微生 物量减少， 由于 此时能量 水平 低， 耗氧减 少， 故通气量亦可 减少。 在高 温阶段微生物活性 经历了 三个时 期变化后， 堆积层内就开 始发展与 有机 质分解相互对立的 另一过 程， 即腐殖 质的形成 过程， 堆肥物质逐步 进行稳定 状态。 2 . 2 . 3腐熟阶 段 经过高温阶段，在内源呼吸后期， 堆肥中有机物基本降解完， 只剩下部分较 难分解及难分解的有机物和新形成的腐殖质， 嗜热微生物由于缺乏适当的营养物 质而停止生 长， 即其生 物活性下降， 发 热量 减少。 堆肥温度随着散 热而逐渐下降， 堆肥过程进入第三阶段腐熟阶段。 在此阶段， 中温微生物又开始活 跃起来。重 新成为优 势菌， 对残余较难分解 的有机物进一步分解， 腐殖质不断增多，且稳定 化。 当 温度下降 并稳定在 4 0 0 c 左右时，对非基本达到稳定。堆肥进入腐熟阶段，降温后，需氧量大大减少，含 水量也降低，物料间隙率也增大，氧扩散能力强，此时只需要自然通风。 第二 章下水道污泥 堆肥化 的研 究 2 . 3堆肥化工艺过程 堆肥化工艺分原始的自 然堆肥和现代的械堆肥， 其处理方式有好氧和厌氧两 种，以 好氧居多。 堆肥 化工艺 过程主要包括前处 理、 主发酵、后发 酵、后处理、 贮存等环节。 2 . 3 . 1前处理 市政下水道 污泥及生活污水 污泥含水率较高， 一般均在 9 0 % -8 0 % 。因 此， 首先要调整水分。降低水分的方法主要有干燥和加入 “ 调理剂” 。通常选用的调 节材料主要有锯 末、 稻 草、 碎木、 树叶以 及其他具有吸 水膨胀 性能的 材料。 水分 调整后要考虑的是微生物增殖环境的调整，包括物料的搅拌，炭氮比例，通气性 和酸碱度等。创造 良好的微生物增殖环境是堆肥化成功的关键。 2 . 3 . 2主发酵 经过前处理的污泥， 即 可进行自 然堆 积或在各 种不同 类型的发 酵槽中进行主 发酵。主发酵有如下3 种形式。 2 . 3 . 2 . 1自 然堆积 这是在传统的农家 肥基础上发展 起来的， 把污 泥在野外场地堆 积成梯形或长 条形。 地面做防渗漏处理， 并设置污水收集井， 避免污染土壤。 此法虽然较简单， 但仅适宜于有空地的污水厂采集用。 其缺点是通气、 温度、 水分等方面不易控制， 发酵周期较长。 2 . 3 . 2 . 2机械堆肥 这种发酵装置的种 类较多， 一般是用水泥或钢质材料做 成筒状。进料可采 取间歇时，即一次进料后，待发酵成熟后排料，再进料:也有连续式进料，即由 入口处按一定的速度进料， 在出口处按相同的速度出料。 污泥在发酵槽的停留时 间， 要控制在与发酵周期相吻合。 这种堆肥化装置，由于在密闭的筒状发酵槽中 进行， 所以 通风、 水分、 温度等条件都比 较容易 控制。 氧气的 供应能力 大大提高， 发酵周期缩短，机械化程度高，但投资较大。 2 . 3 . 2 . 3半机械堆肥 . 形式种类也较多， 最普通的 是用水泥制成长条槽 形， 上面封盖， 槽底通过气 管进行强制通风。也有 采用移 动式翻倒装置， 使堆 肥原料 搅拌充分。 对于好氧堆肥来说， 必须 保证堆肥内 部空气流畅， 以 提供足够的扬弃， 必要时可 第二章下水道 污泥 堆肥化的研究 采取强制 通风。 一般情况下， 空 气量掌握在理论空气量的2 1 0 倍， 空 气量与污 泥水分含量，发酵槽形状，堆层高度等有关。 通气不足，不利于好氧分解，造成 局部范围的厌氧发酵; 空气过量则造成堆肥温度下降， 水分大量蒸发，不利于发 酵进行。厌氧自 然堆肥要 4 - 1 0 个月，好氧堆肥约4 -6 个月，而快速堆肥可缩 短到 3 -7 天。 2 . 3 . 3后发酵 经主发酵后的原料， 进入后发酵装置进行后发酵， 主要是为使一些较难分解 的有机物进一步发酵， 并形成腐殖酸等比较稳定的有机物。 后发酵可继续通风或 保持厌氧条件， 一般 在 1 0 2 0 天即可达到腐熟。 2 . 3 . 4后处理 经过发酵所得的熟 化堆肥， 还须经过粉碎、 整粒、 出 杂物等后处理，即 可获 得精制堆肥。精制堆肥，可单独或配合无机肥料使用。 2 . 3 . 6贮存 堆肥一般在春、秋季使用，夏、冬季节就必须进行贮存。贮存方式，可直接 堆在发酵池中或者装袋。要求是干燥、透气，以免影响堆肥制品的质量。 2 . 4污泥堆肥方法 堆肥方法有污泥单独堆肥、污泥与城市垃圾混合堆肥两种。 污 泥堆肥一般采用在好氧条件下 ，利用嗜温菌、嗜热菌的作用 ， 分解污泥中有机物质并杀灭传染病菌、 寄生虫卵与病毒， 提高污泥肥分。 污泥堆肥一般应添加膨胀剂。 膨胀剂可用堆肥腐熟的污泥、稻草、 木屑或城市垃圾等。 膨胀剂的作用是增加污泥肥堆的空隙率， 改善通风 以及调节污泥含水率与碳氢 比。 污 泥堆肥主要分为两个阶段 ，即一级堆肥阶段与二级堆肥阶段。 污泥单独堆肥的一般工 艺流程 ，如图 2 . 1 所示。 第 二章下水道污泥 堆肥化 的研究 膨胀剂 画 图 2 . 1 污泥堆肥一般工艺流程 图 我国城市生活垃圾有机成分约占4 0 % - 6 0 %, 燃煤气或电的地区为 高限，燃煤城 区为低限 。因此污泥可与城市生活垃圾混合堆肥，共 同处 理污泥与垃圾 。 污泥与城市生活垃圾混合堆肥工艺流程 见图 2 . 2 . 金属 、玻璃 纤维 、塑料 风机 脱 臭气 图2 . 2混合堆肥工艺流程示意图 污泥高温堆肥技术特点 : 1 自身产生一定的热量，并且高温持续时间长，不需外加热源 ，即可 达到无害化; 【 幻 使纤维素这种难于降解的物质分解， 使堆肥物料有了较高程度的腐 殖化，提高有效养分; ( 3 基建费用低、容易管理、设备简单: 4 产品无臭无味、质地疏松、 含水率低、 容重小、便于运输施用和后 续加工复混肥 ( 商品肥) . 目前世界各国采用的方法有静态和动态堆肥两种，如 自 然堆肥法， 圆柱形分格封闭堆肥法， 滚筒堆肥法， 竖立式多层反应堆肥法以及条形 静态通风等堆肥工艺， 这些方法都在不断发展和完善。 美国八十年代初 开发了比较完善的贝尔茨维尔好氧堆肥法， 主要采用堆底穿孔管道通入 空气的方法，防止臭气扩散，比较安全卫生。美国、 德国、 荷兰等发达 国家大多由污水厂出资， 国家政府资助交专业公司承包产业化经营， 堆 肥产 品作 为商品出售 。 第二章一 水道污泥 堆肥 化的研究 2 . 5堆肥的 影响因 素 堆肥过程比较简单， 然而要顺 利实现堆肥化， 必须创造良 好的微生 物增殖环 境。 影响 堆肥化成功的 关键因素， 包括污泥的 含水率， 通气性， p h值，碳氮比 及搅拌程度。 2 . 5 . 1 含水率 堆肥过程中 需要有水分， 以 便 为微生物分解有机物提 供适当的 温度。 以 水分 含量 5 0 % - 6 0 % 时为最佳: 水分 过多， 不仅会延长分解作用的 周期，还会使堆肥 变得比较致密，为物料创造厌氧条件， 产生恶臭. 如果水分太少，物料中心部位 将会达到最高温度，同样要降低分解速率，影响堆肥化进行。 2 . 5 . 2 通气性 堆肥化微生物的大部分是好氧性的， 所以必需创造良 好的通风条件， 使堆体 各部 分都能 得到充足的 空气， 这样 刁 能使有机物彻底分解， 防 止易 腐败有机物产 生恶臭。 所需的空气量， 可以 通 过微生物的需氧量来 计算， 实际 通气量为理论量 的2 - 1 0 倍。 通气的作用除供给氧以 外， 还有控制 温度和水分的 作用， 通气量过 多，带出的热量多，堆肥的温度就会下降。 2 . 5 . 3 p h 值 细菌和放线菌的 最适宜p h 值， 是中 性或弱碱 性， 而污泥的p h 值一般在5 - 7 之间，因 此需对p h 值 进行调 整。一 般来说， p h 值在6 1 0 范围内 堆肥化就能 进行。 堆肥化初期， 物料的p h 值有 下降 趋势，有 时会降至5 以 下。 随着堆肥过 程的 积蓄， 酸性将被中 和， 腐熟 堆肥的p h 值在6 - 8 之间。 2 . 5 . 4碳氮比 要形成大量细菌所需要的 碳氮， 碳氮比一般为 2 5 3 5 。 多数 土壤微生 物的 碳氮比在 1 5 3 0 之间，若将堆肥施入土壤，其碳氮比应低于 2 0 0碳氮比过高， 在高 用量施肥时， 微生 物活力就会固 定堆肥中的 有效氮， 从而造成 缺氮 代 2 . 5 . 5 物料的搅拌程 度 在堆肥 化过程中， 搅拌的 频率取决于每批物料的 特性和降解 速率。 翻动堆肥 时，可以在其表面喷洒一些水，以补充蒸发掉的水分。 污泥湿度太大时， 需要频 繁的翻动，以便尽快蒸发掉水分。 在寒冷的气候条件下， 堆肥翻动过程会散失部 分热量;一般在温和的气候条件下，典型的工艺是在堆肥形成后的第 3 天，第 7 第二 章下水道 污泥 堆肥化 的研 究 天，第1 2 天 翻动，处理期限的最 后阶段在每周 翻动一次。 堆肥化的 过程是一 个生物化学反 应过程， 不 论好氧堆肥还是厌氧 堆肥， 都是 微生物在一定 条件下将堆料中的大分子有机物分 解为小 分子的有机物、二 氧化 碳、水及各种含氮物等，同时释放热能。 2 . 6 污泥堆肥化工艺的 研究进展。 污泥堆肥 化工艺的研究已 有3 0 多 年的历史。 对此国内 外 许多文 献都有 大量 报道。 早期的污 泥堆肥化工艺 采用厌氧发酵 方式， 比 较有代表 性的为自 然堆 积法 和中温厌氧发 酵设施。 这种工艺可以 收集 部分甲 烷等生 物能 源， 但综合效 果较差。 6 0 年代初， 我国 首次在北京高碑店 污水处理厂进 行了 污泥自 然通风堆肥的 试验， 获得了 成功， 并确定了 污泥好 氧发酵堆肥工艺的 主导 地位。 此后美国 和其他国 家 也进行了 这方 面研究。 7 0年代初，美国加利 福尼亚州的洛 杉矶和东 海岸、 宾夕 法尼亚州的费 城、 科罗拉多州的 丹佛等 地通过对传 统的 厌氧发酵工艺进行改良 ， 相继开发除了 常规条垛堆肥化工艺、 充 气条垛堆肥化 工艺和静态垛充气堆肥化 工 艺。同时， 美国 农业部农业研究所在马里兰 州贝 尔 茨维莱 开始研究下水道污泥， 并创建了b e l t s v i n e 静态垛充气堆肥化 工艺。 静态垛充 气堆肥化的 工艺问世， 从 根本上改变了 传统使用的自 然通风系统的弊 病， 使风量 和风速可以 按堆肥化 进程 的需要加以 人 工控制， 从而缩短了 堆肥周期， 提高 了 污泥 处理能力和处理效果。 7 0 年代中 期，污 泥堆肥化技术得 到了 美国 环保局( e p a ) 认可，在e p a的 支持下， 新泽西州r u f g e r s 大学提出了更有 利于堆肥进 行和恶臭控制的强制通 风方式。 德 国在此工艺的 基础上进行了 进一步的改进， 使充气条垛 和静态垛堆肥化工艺更 加 完善，以 这两个工艺为 基础的两步 堆肥发酵在美国 深受欢迎。 8 0年代前后随 着 科学技术的 不断 进步， 堆肥化 工艺 设计逐渐 朝着工业化、 系 统化的 方向 发展， 许 多国 家如美、 英、 德、 法、日 等国 相继 进行了 利用各种发 酵装置进行封闭 式 污泥 发 酵 工 艺 试 验 。 1 9 7 8 年 ， 法国 成 功 地开 发出 了t ri g e 污 泥 堆 肥 化 工 艺 不 久 ， 德国 人o g e r 提出 了b a v反应槽封闭 充气式堆肥 化系统， 并 在法国 首先得 到了 推广 应 用。目前德国己有2 0多个堆肥厂应用这种工艺。英国万利普堆肥工厂引用目前 最流行的 d a n o工艺， 年可生 产堆肥达4 万 吨。 美国佛罗里 达州堆肥厂采用更 先进的 塔式堆肥化工艺， 污泥混合 物料从下部 送出， 边输送 边震荡， 这种工艺可 将污泥堆肥周期缩短为6 天。 近年来， 日 本主要 致力于机械化堆肥 技术 研究。 到 第二章 下水道污泥堆肥化的研究 目 前已 在神户、 大阪等地开发出了卧式( 污泥混合物料延水平方向 移动) 竖式( 混 合物料延垂直方向移动) 、 斜式. ( 物料延斜向移动) 的多种发酵仓系统的堆肥化 工艺并已 有1 7 种已 投入使用。 堆 肥化 技 术已 得 到了 广 泛的 应 用， 但堆肥系 统 的 分 类大 同 小 异 t， 今” 么 3 ， 4 - 6 1 o s t e n t i f o r d等11 0 1 根据操作过程的特点，将堆肥化技术分作干预过程 ( i n t e r v e t in a ry p r o c e s s e s ) 和 非 干 预 过 程( n o n - i n t e r v e t in a ry p r o c e s s e s ) e4 1 , m a n s e r 等 将堆肥系统 分为简 单条 垛堆 肥 系 统 ( s i m p l e w i n d r o w c o m p o s t in g s y s t e m s ) 和复 杂 机 械 堆 肥 系 统 ( m o re s o p h i s t i s tic a t e d m e c h a n ic a l c o m p o s t in g s y s t e m s ) 11 6 1 。 在 众 多 分 类 方 法 中 ， h a u g 4 1 的 分 类比 较 具 有 系 统 性。 他 根 据 反 应 器 类 型 、 固 体 流向 、 反应器的床层和空气供给方式进行分类。 将部分堆肥系统，分为条垛系统 ( win d r o w) 、强制通风静态条垛系统 ( a e r a t e d s t a t ic p i l e ) 和反 应器系 统 ( i n - v e s s e l ) 三 种. 1 条垛系统 条垛系统是将混合好的固体废物堆成条垛状， 在好氧条件下进行分解。 垛体 必须 通风， 一 般 采用两 种方 式达 到 通风 要求: ( 1 ) 强 制 通风， ( 2 ) 机 械搅拌 18 1 条 垛系 统 最 初 用以 处 理城 市 垃 圾 1 , 1 9 7 2 年美国 的l o s a n g e le s 县 第 一 次 用 条 垛 堆肥系统处理污泥。 近年来， 在美国采用条垛系统处理污泥的 厂家约占污泥堆肥 厂 一 的五分之一强。 对于条 垛系 统 来说， 最重 要的 是 场 地。 l in d e b e r g 4 1提出 了 场 地 表面 设 计的 两个要求: ( 1 ) 必须结实，以便机械设备的出入。 常用材料是道路沥青或混凝 土， 其设计标准与公路相似。 ( 2 ) 必须有坡度， 便于水快速流走。 当用坚硬的材 料 ( 如道路沥青和混凝土)建造场地表面时，其坡度至少应为1 %;当用不够坚 硬的材料 ( 如砾石和炉渣)建造场地表面时，其坡度应至少为2 %0 大部分场地需要排水系统， 它至少由两部分组成: ( 1 ) 排水沟 重力流排水 沟的结构不必太复杂，常用的是地下排水管系统或具有格栅和入孔的排水管系 统。 ( 2 ) 贮 水 池 面 积大 于2 0 0 0 0 m z ( - 5 .0 英亩 ) 的 场 地 或多 雨 量 地区 都 必 须 建 贮 水池，用以收集堆肥渗滤液和雨水。 条垛系统的规模必须适当。 如果堆体太小， 则保温性差， 易受气候影响， 尤 其在雨天和冬季的时候;同大堆体相比，处理等量的废物，所需土地面积更大。 第二章 下水道污泥堆肥化的研究 若堆体太大，易在堆体中心发生厌氧发酵， 产生强烈臭味， 影响周围 环境。 条垛 系统的堆体适宜规模参数为:底宽 2 - 6 m ,高 1 - 3 m ，长度不限。 最常见的料堆 尺寸为底宽3 - 5 m , 高2 - 3 m ， 其横截面大多呈三角形。 2 .强制通风静态条垛系统 条 垛系 统处理污 泥时 产生强 烈的 臭味和 大量的 病原 菌。 因 此， e p s t e i n等 人 在条垛系统的基础上开发了通风系统， 这就是后来被广泛应用的强制通风静态条 垛系统的开端。强制通风静态条垛系统己成为美国应用最广泛的污泥堆肥系统。 该系统与条垛系统的 最大区别是: 前者的料堆静止不动， 通过强制通风方式给堆 体供氧，后者的堆体需定期翻动，从而达到通风供氧的目 的。 条垛系统和强制通风静态条垛系统都是开放式系统， 它们对场地的要求基本 一致，因 此条垛系 统的 场地设计原则 也适用于 强制通 风静 态条垛系统。 e p s t e i n 等认为， 对场地的要求是: 工作表面结实， 能迅速排走积水和渗滤液， 处理能力 为1 7 . 8 t 千污泥 / h m 2 .d 对于强制通风条垛系统 ( a e r a t e d win d r o w) 和强制通风静态条垛系统 ( a e r a t e d s t a t ic p ile ) 来 说， 通风 管 道的 布置 很 重 要， 穿 孔 通 风管 可 置 于堆 肥 场 地表面或池沟内， 通风方式可采取正压通风或负压通风，也可两者同时应用。 对于强制通风静态条垛系统，通风系统决定其能否正常运行，也是温度控制 的主要手段。 在堆肥过程中， 通风不仅为微生物分解有机废物供氧， 同时也去除 二氧化碳和氨气等气体、 三热并蒸发水分， 而水分蒸发是散热的主要途径。 根据 通风需求和堆料组成，大部分堆料所需氧的理论值是 1 .2 - 2 .o g o z / g b v s ( b i o d e g r a d a b l e v o l a t i l e s o l i d s ) 。 通风速率可分为最小、 平均和最高 速率。 最 高通风速率是平均通风速率的4 . 6 倍， 其对间歇堆肥过程的影响大于对连续堆肥 过程的影响。 e p s te i n等认为， 通风管道的间距是整 个堆体达到高温的 关键， 通 风 量 应 为9 - 1 5 m 3 /h . t 千 污 泥 。 a l p e r t 等 却 认 为 ， 通 风 量 应 为4 2 m / h . t 干 污 泥 。 实际上， 通风量应根据各系统的具体情况进行调整。 强制通风条垛系统需要定时翻堆， 其通风系统的设计与强制通风静态条垛系 统相近。 在s t e n t i f o r d 等 u 8 1 的 实 验中 ， 堆 体 长7 .5 - 9 m , 宽2 .5 - 2 m , 高1 - 1 .5 m : 在e p s t e i 等的实验中，堆体体积为 1 2 6 . 2 .5 m( 长s 宽* 高) 。堆体的大小应根据处理的固 第二章 下水道污泥堆肥化的研究 体废物量和场地等具体情况而确定。另外， 常在堆体上加一层1 0 0 - 1 5 0 n u n 的覆 盖物，一般为调理剂或筛分后的堆肥，堆体的横截面 通常呈三角形。 3 . 反应器系统 1 9 8 3 年， 俄亥俄州的p o rt l a n d 城在美国 第一次 采用反应器堆肥系统处理污泥， 选用的是t a u l m a n - w e i s s 堆肥系统， 该 系统是一 个完全密闭的筒仓， 空气从底部供 给， 与堆料形成逆向流， 主要用于污泥堆肥反应器系统按照固体物料的 流向 可分 为垂直系统和水平系统。这类系统在美国得到了 越来越多的应用。从1 9 8 5 年的 3 个增加到1 9 9 3 年的3 6 个. 1 9 9 3 年， 反应器堆肥系统在美国的应用量依次 是 搅 拌床系统、垂直流反应器系统和少量的管式反应器系统。 o b r i e n 报道了 一种管式堆肥系统。 该系统是一个长方形卧式反应器， 空 气 与固体废物流向 平行， 通气方式为正压/ 负压方式。处理能力为3 .5 t 干污泥旧， 占 地 面 积2 7 .4 3 4 .8 时。 k u d g u s 论 述了 反 应 器 堆 肥 系 统的 选 择、 设 计 和 建 造 ， 提 出了选型原则:( 1 ) 在污水处理厂内，占地面积小;( 2 ) 无臭味操作;( 3 ) 可靠 性好; ( 4 ) 堆肥产品 优质。 所选设备是t a u l m a n - w e i s s 堆肥系统， 每个反应器容 积2 0