不同粒径生活污泥对膜覆盖高温好氧发酵影响的研究

朱海伟 陶依雯 高毅 虞光明

（上海元钧环保科技有限公司 上海 200331）

在城市生活污泥膜覆盖高温好氧发酵过程中，粒径大小是重要影响因素之一。污泥的粒径过大或过小都会阻碍好氧发酵过程中氧气的输送和扩散作用，容易在堆体内形成局部厌氧环境，不仅减缓污泥好氧发酵速率，还会引起臭味的大量产生，且污泥被破碎得越细小，动力消耗越大，污泥处理成本也会增加。因此，混合破碎出适宜的粒径范围，将会大大提高污泥的资源化效率。

本试验是以上海奉贤污泥厂的生活污泥为研究对象，在各个发酵阶段采样并进行腐熟度指标发芽率指数（GI）、含水率、温度、T值等指标的测定并对所测得的数据进行对比分析，以找出不同粒径污泥与混合污泥的腐熟度之间关系，从而充分了解各个不同粒径污泥的腐熟特性，为膜覆盖高温好氧发酵污泥粒径混合破碎提供基础资料，最终实现缩短发酵周期、提高好氧发酵产率及品质的目标，为优化污泥膜覆盖高温好氧发酵工艺提供必要的数据支持和方法。

1 实验材料与方法

1.1 试验材料及发酵装置

来源于上海奉贤污泥厂的待发酵污泥经过混合破碎机破碎后，进行膜覆盖高温好氧发酵，其工艺流程大致如下：待发酵污泥→12d一次膜覆盖高温好氧发酵→12d二次膜覆盖高温好氧发酵。

五组待发酵污泥，脱水污泥含水率80%，辅料采用玉米秸秆，回料使用上海奉贤污泥厂发酵成熟污泥，三者按比例混合后含水率60%~63%，初始C/N值为28:1~30:1，堆体共设置五个，每个堆体尺寸2m×2m×1.5m，体积为6m3。发酵周期24d，第13d翻堆一次。在膜覆盖高温好氧发酵过程的各个发酵阶段进行多点采集样品，即发酵6d后、12d后、18d后、24d后的样品。

1.2 试验方法

将待发酵污泥通过混合破碎机的不同设置获得0~15、15~25、25~35、35~45及45~60mm五个不同粒径范围的污泥。

将待发酵的生活污泥通过布料机送入发酵仓进行发酵，并在每个发酵阶段结束时取样测定，即在发酵6d后、12d后、18d后、24d后分别取样。

1.3 测定指标与测定方法

1.3.1 测定指标

发芽率指数（GI）、含水率、温度、T值。

1.3.2 测定方法

将所采集的样品混匀，装入样品袋中。部分鲜样置于4℃冰箱内保存，24h内分析完毕；剩余样品平铺在托盘中，进行自然风干干燥，样品各参数的分析方法见表1。测定过程中每个样品重复3次。

表1 分析方法与仪器

2 实验结果与分析

2.1 污泥膜覆盖高温好氧发酵过程中不同粒径污泥腐熟度指标的变化及统计分析

2.1.1 不同粒径污泥的发芽率指数（GI）对比分析

发芽率指数常作为生物学指标被用来判断好氧发酵的腐熟度。当GI大于50%时可认为发酵产品对植物基本没有毒害作用，当GI大于80%~85%时，即可认为该发酵产品施入土壤对植物已完全没有毒性[1]。

由图1可见，所有粒径物料的GI均呈现增长的趋势，高温发酵对于病原菌的灭活作用较明显。膜覆盖高温好氧发酵结束时所有物料的GI均达到65%以上，对植物基本无毒性，甚至15~25mm物料的GI超过90%。

图1 污泥膜覆盖高温好氧发酵过程中不同粒径污泥的发芽率指数

2.1.2 不同粒径污泥的含水率对比分析

有图2可见，15~25mm及25~35mm物料的含水率在膜覆盖高温好氧发酵过程中下降最明显，其中15~25mm物料在一次发酵12d后含水率已经降低至43.9%。另外，0~15mm、35~45mm及45~60mm物料在经过两次共24d膜覆盖高温好氧发酵后含水率分别为52.1%、48.6%及54.3%，虽呈下降趋势，但未达到发酵腐熟度标准。

图2 污泥膜覆盖高温好氧发酵过程中不同粒径污泥的含水率

2.1.3 不同粒径污泥在膜覆盖高温好氧发酵过程的温度分析

堆体温度的变化反映了好氧发酵过程中微生物活性的变化，这种变化与好氧发酵中可被氧化分解有机质的含量呈正相关。有机质被微生物降解时会放出热量，使堆体温度升高；有机质被基本降解完后，放出的热量减少，堆体温度与环境温度趋于一致，不再有明显变化。根据堆体温度的变化，可以判读好氧发酵进行的程度及腐熟状况。

从表2对比数据中可以看出，五组粒径的升温期均在3d以内，但15~25mm粒径组55℃以上维持时间明显大于其他粒径组，达到249h，证明该组的有机质被降解的最彻底，堆体基本已达到了杀菌灭活的效果。

表2 污泥膜覆盖高温好氧发酵过程中不同粒径污泥的温度

2.1.4 不同粒径污泥的T值分析

污泥高温好氧发酵的C/N值从初始的25:1~30:1降低到15:1~20:1以下时，认为好氧发酵达到腐熟。建议采用T=(终点C/N)/(初始C/N)来评价腐熟度，认为当T值小于0.6时好氧发酵已达腐熟[2]。

污泥膜覆盖高温好氧发酵过程中的C/N变化如图3，所有粒径实验组C/N在经过24d膜覆盖高温好氧发酵后均呈下降趋势，其中15~25mm及25~35mm物料的T值分别为0.51和0.55，其余粒径组均接近0.7。

图3 污泥膜覆盖高温好氧发酵过程中不同粒径污泥的C/N值

3 结语

不同粒径的污泥对膜覆盖高温好氧发酵的影响有所差异，其中15~25mm粒径污泥的腐熟程度较好，这为今后实际生产中混合破碎出最适宜膜覆盖高温好氧发酵的污泥粒径，以促进高温好氧发酵进程，缩短发酵周期，提高发酵效率和品质，提供了必要的数据支持和研究基础。

[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]康军.杨凌城市污泥高效好氧堆肥研究[D].陕西:西北农林科技大学,2012:21.