调理剂对厌氧消化污泥生物干化效果的影响

王逸贤

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

调理剂对厌氧消化污泥生物干化效果的影响

王逸贤

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

研究了不同调理剂对厌氧消化污泥生物干化效果的影响，分析了不同调理剂作用下生物干化产物的可利用性。研究结果表明，采用麸皮、秸秆或木屑和麸皮的混合物作为调理剂，经过18d生物干化，含水率可从55%～65%降至27%～40%，堆体重量可减少42%～52%，其中，以麸皮作为调理剂，生物干化过程55℃以上高温维持时间最长，减量化效果最显著。但是，生物干化产物的可溶性盐浓度较高，腐熟度较低，尚不满足我国农用、园林绿化和林地用泥质标准的要求。

厌氧消化污泥；生物干化；麸皮；秸秆；木屑

0 引言

污泥生物干化是利用微生物高温好氧发酵过程中有机物降解所产生的生物热能，通过过程调控手段促进水分蒸发，从而实现快速去除水分的一种干化处理工艺[1]。目前，污泥生物干化的研究对象大多为剩余活性污泥，对于厌氧消化后污泥的研究较少[2]。与剩余活性污泥相比，厌氧消化污泥具有有机物含量低、以厌氧或兼性厌氧菌群为主要微生物的特征，可能导致生物干化效果的不同。另一方面，厌氧消化作为一种主流的污泥处理技术，尚存在出泥含水率高、无害化程度低等问题，经常规脱水处理后含水率只能降至80%左右，无法直接与最终的处置或资源化利用环节衔接，这也是制约该技术在我国推广应用的因素之一。因此，有必要针对厌氧消化污泥开展生物干化技术研究。

调理剂可以提高污泥孔隙率和C/N比，防止污泥有机物含量过低而使生物活动受到抑制，是生物干化的重要影响因素。本研究采用自主设计的污泥生物干化反应器，研究了不同调理剂对厌氧消化污泥生物干化效果的影响，以期为污泥生物干化技术的推广和应用提供科学依据。

1 研究方法

1.1 试验材料

生物干化试验所用的厌氧消化污泥取自上海市某污水处理厂的脱水车间，该厂采用中温厌氧消化，厌氧消化污泥进行离心脱水后，含水率在74%～78%，VS含量在45%～49%。试验分别采用小麦麸皮、小麦秸秆以及木屑和麸皮的混合物作为调理剂。其中，小麦麸皮购自江苏省无锡市某副食品加工企业，含水率为13%～15%，VS为93%～94%；小麦秸秆购自河南省郑州市某农场，含水率为8%～10%，VS为88%～90%；木屑来自上海市某污泥好氧堆肥项目，含水率为11%～14%，VS为98%～99%。试验添加适量的生物干化产物作为返混料。

1.2 试验装置

生物干化试验装置如图1所示，为PVC材质的筒体反应器，高0.9m，直径0.5m，容积约0.18m3。反应器通过多孔板分隔成上下两个部分，上部为反应室，高度0.75m；下部为布气室，高度0.15m。布气室侧壁设有进风管，并与空气压缩机连接，空气压缩机的启停和通风量分别通过时空开关和浮子流量计控制。多通道参数记录仪的4个温度传感器分别沿高程均布于堆体的上、中、下三层及空气中，并设置1个湿度传感器测定环境湿度。反应器整体置于500kg电子台秤上以记录重量变化。

1.3 试验方法

分别以小麦麸皮、小麦秸秆以及木屑和麸皮的混合物作为调理剂，进行序批式试验，厌氧消化污泥、返混料和调理剂的混合比例（湿重）均为4∶1∶1，每批进料量在60kg左右，由于堆料孔隙率的差异，进料体积在90～105L。试验采用间歇通风方式供气，通风频率为开20min/关40min，通风速率恒定为12L/min。多通道参数记录仪采集温度和湿度数据，频率为30min/次。每天记录堆体重量和高度。定期在沿高程均布的3个取样点等量取样并混合均匀，测定含水率、VS、种子发芽指数、EC值等指标，并根据堆体温度的变化情况进行翻堆。试验结束后，部分干化污泥用于下一批次试验的返混料。

图1 生物干化试验装置

2 结果与讨论

2.1 调理剂对污泥生物干化温度的影响

生物干化是一个水分受热蒸发的过程，高温促使水分的蒸发和有机物的降解。采用不同调理剂，生物干化过程中温度随时间的变化情况如图2所示。可以看出，反应过程大致可分为升温期、高温期和降温期。试验开始后堆体温度迅速升高，采用麸皮作为调理剂，第7h平均温度超过60℃，第20h温度进一步升至70℃；采用秸秆作为调理剂，第7h温度超过60℃，第9.5h温度超过70℃，表明微生物的好氧发酵作用放出了大量热量；采用木屑和麸皮混合物作为调理剂，堆体温度也在第3d达到最高69.3℃。本试验高温期维持时间较长，可持续至第10d左右。由图2可见，堆体温度达到最高值后呈现缓慢下降趋势，翻堆后温度仍可回升至较高水平。采用麸皮、秸秆以及木屑和麸皮混合物作为调理剂，分别在第5、7和8d进行了翻堆，翻堆后仅6～10h堆体温度重新升至60℃以上，8～13h升至70℃以上，表明翻堆有利于改善物料的孔隙结构，提高物料均匀程度，使氧气在物料内较为均匀地分布，强化了氧气的传递效果，从而加强了微生物的代谢活动和产热量。降温期的堆体温度下降较快，即使进行翻堆，翻堆后的升温速率和最高温度均显著降低，且温度达到最高后迅速下降。

图2 生物干化过程温度变化

不同调理剂作用下生物干化过程的温度参数比较见表1。以秸秆作为调理剂，初期升温速率和最高温度相对较高；而以麸皮作为调理剂，高温维持时间最长，18d累积升温值最大。55℃以上高温维持时间均能达到7d以上，持续的高温有利于杀灭污泥中的病原菌和虫卵等，从而达到污泥无害化处理的目的。

表1 不同调理剂的生物干化温度参数

2.2 调理剂对污泥减量效果的影响

生物干化的主要目的是快速去除物料中的水分，不同调理剂作用下生物干化过程含水率的变化如图3所示。采用麸皮、秸秆以及木屑和麸皮混合物作为调理剂，堆料初始含水率分别为55.1%、63.1%和58.7%，经过18d生物干化后，含水率分别降低至27.0%、40.3%和31.6%。根据插值法计算可知，麸皮作为调理剂时，含水率降至40%和30%分别需要7.5d和11d；木屑和麸皮混合物作为调理剂时，含水率降至40%需要14d。

图3 生物干化过程含水率变化

不同调理剂作用下生物干化过程VS的变化如图4所示。采用麸皮、秸秆以及木屑和麸皮混合物作为调理剂，堆料初始VS含量分别为70.2%、62.1%和66.7%，经过18d生物干化后，VS含量分别降低至58.8%、54.1%和58.0%。VS含量在高温期下降较快，在降温期则较慢，通过有机物降解释放的生物热能减少。这表明高温对有机物降解有促进作用，相应地产生更多的热量以维持堆体温度。

图4 生物干化过程VS变化

不同调理剂作用下污泥生物干化的减量化效果见表2。生物干化过程中一方面由于微生物降解有机物产生代谢水，造成水分增加，每降解1g有机物产生大约0.7g代谢水[3]；另一方面由于通风对流水分蒸发，导致水分损失，含水率变化是两者共同作用的结果。由表2可见，以麸皮作为调理剂，减量化效果最明显，水分去除率和VS降解率均最高，VS降解量也远高于以秸秆以及木屑和麸皮混合物为调理剂的情况，这也是其累积升温较高的原因；秸秆密度较轻，质地蓬松，可为微生物提供很好的附着场所，且易于空气流通，也是较为理想的调理剂；以木屑和麸皮混合物作为调理剂，VS降解率仅为17.5%，这可能是由于木屑中含有较难降解的木质素等，在生物干化过程中几乎没有降解[4]，但是其干化效果并没有受到影响，水分去除率仍高达69.1%，木屑可能起到了骨架支撑和提高孔隙率的作用。

总体而言，物料初始含水率在55%～65%，采用麸皮、秸秆或木屑和麸皮混合物作为调理剂，均能得到较好的生物干化效果，经过18d生物干化，堆料湿重分别减少了51.9%、48.4%和42.6%，减量化效果明显。若仅以原污泥计算，经过混料和生物干化过程，则分别可减量27.7%、22.7%和14.0%。

2.3 调理剂对产物可利用性的影响

采用麸皮、秸秆以及木屑和麸皮混合物作为调理剂，堆料的初始EC值均在3.5ms/cm左右，而原污泥的EC值仅为1.4～2.5ms/cm，表明加入的调理剂是造成混合污泥EC值较高的原因。生物干化过程中EC值逐渐增加，产物EC值分别达到5.44ms/cm、6.40ms/cm和5.46ms/cm，这可能与生物干化过程中有机物或难溶性盐转化成可溶性盐有关[5]。在种子发芽指数方面，以麸皮作为调理剂，生物干化过程中发芽指数在0%～5.5%；以木屑和麸皮混合物作为调理剂，种子发芽指数可上升至15%左右；以秸秆作为调理剂，种子发芽指数可上升至40%左右，但总体仍较低。

EC值表征污泥中的可溶性盐的浓度，种子发芽指数表征污泥的腐熟程度，两者均是污泥进行土地利用的重要指标。我国《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》（GB/T23486—2009）规定，污泥施用到绿地后，要求对盐分敏感的植物根系周围土壤的EC值小于1.0ms/cm，对某些耐盐的园林植物可以适当放宽到小于2.0ms/cm，污泥种子发芽指数大于70%；《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质》（CJ/T309—2009）和《城镇污水处理厂污泥处置林地用泥质》（CJ/T362—2011）均规定污泥种子发芽指数大于60%。可见，生物干化产物的可溶性盐含量较高，若进行土地利用应掺入土壤，避免对园林植物造成损害；种子发芽指数则不能满足园林绿化、农用和林地用泥质要求，表明生物干化产物的腐熟度仍较低。

表2 不同调理剂的生物干化减量化效果

3 结 语

（1）采用麸皮、秸秆或木屑和麸皮的混合物作为调理剂，对厌氧消化污泥进行生物干化处理，在污泥∶返混泥∶调理剂=4∶1∶1时，经过18d生物干化，含水率可从55%～65%降至27%～40%，堆体重量可减少42%～52%。其中以麸皮作为调理剂，生物干化过程55℃以上高温维持时间最长，减量化效果最显著，含水率可降至30%以下。

（2）生物干化产物的EC值较高，种子发芽指数较低，不利于植物利用。以秸秆作为调理剂，种子发芽指数相对较高，但仍不能满足农用、园林绿化和林地用泥质标准的要求。

[1]郭松林,陈同斌,高定,等.城市污泥生物干化的研究进展与展望[J].中国给水排水,2010,26(15)：102-105.

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[5]张琪,郝瑞军,郝冠军,等.植物材料调理剂对两种污泥好氧堆肥的影响[J].园林科技,2013（1）：16-19.

X703

：A

：1009-7716（2017）02-0149-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.02.046

2016-12-06

上海市国际科技合作项目（14230700400）

王逸贤（1984-），女，上海人，工程师，从事水处理研究工作。