城市污泥好氧堆肥处理现状分析

2019-01-24闫宏图孟迪刘天赐陈超

建材与装饰 2018年49期

闫宏图孟迪刘天赐陈超

（1.中海油节能环保服务有限公司天津 300450 2.天津大学环境科学与工程学院天津 300350）

引言

城市污水厂在污水处理的过程中，降低了污水对于环境的危害。但是与此同时，在污水处理过程中产生了大量污泥，这些污泥中含有大量的重金属、有机质以及有毒有害微生物等。因此，我们必须要对其进行处理后，才能排放到自然环境之中。

目前，常见的污泥处理处置方式有填埋、焚烧、堆肥土地利用、建材化利用等。其中污泥堆肥是城市污泥无害化和资源化的重要途径之一，具有有机物分解彻底、无中间产物和臭味、无害化程度高的特点。将其施加到土壤中，还能够改善土壤的物理化学性质，增加土壤中的有机质和氮磷等营养物质的含量。

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比和通风条件下通过微生物的发酵作用，将污泥转变为肥料的过程。通过堆肥化过程，有机物由不稳定状态转变为稳定的腐殖质物质，其堆肥产品不含病原菌，不含杂草种子，可以安全处理和保存，是一种良好的土壤改良剂和有机肥料。

堆肥一般分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种[1]。好氧堆肥是在有氧情况下有机物料的分解过程，其代谢产物主要是二氧化碳、水和热；厌氧堆肥是在无氧条件下有机物料的分解，厌氧分解最后的产物是甲烷、二氧化碳和许多低分子量的中间产物，如有机酸等。厌氧堆肥与好氧堆肥相比较，单位质量的有机质降解产生的能量较少，而且厌氧堆肥通常容易发出臭气。由于这些原因，几乎所有的堆肥工艺系统都采用好氧堆肥。

2 污泥好氧堆肥过程

污泥好氧堆肥是利用污泥中天然存在的细菌、放线菌、真菌等微生物，在有氧条件下，有控制地促进污泥中可降解的有机质向稳定的类腐殖质物质转化的微生物学过程[2]。好氧堆肥发酵过程如图1所示。在污泥好氧堆肥过程中，溶解性的有机质可直接透过微生物的细胞壁和细胞膜为微生物所吸收利用；不溶性的固体和胶体有机物先附着在微生物体外，由微生物所分解的胞外水解酶分解成溶解性物质，再深入到细胞内部参与氧化、还原、合成等过程。好氧堆肥可使污泥稳定化，并能在高温发酵时将污泥中的病原菌、寄生虫卵等杀灭，其最终的产物还能作为肥料和土壤的改良剂。

图1 好氧堆肥发酵过程图

好氧堆肥过程是一个比较复杂的生物化学反应过程。污泥的好氧堆肥过程通常可分为两个阶段：一次堆肥（高温发酵）和二次堆肥（后熟陈化）。一次堆肥阶段需要较高浓度的氧气，能达到发酵的最高温度，易降解物质和小分子有机物大量降解；二次堆肥阶段的发酵温度较低，氧气吸收率较低。高温发酵是堆肥的主要阶段，期间通过微生物的活动，对污泥中大量可降解的低分子有机物等进行分解；后熟陈化是堆肥的后续阶段，通过重建低温优势菌群，进一步降解其中难以分解的有机物，从而更能有效减少植物毒性、病原菌的污染危害，使得堆肥腐熟更彻底[3]。好氧堆肥的温度变化分三个阶段：升温阶段、高温阶段、降温阶段。每个阶段存在的细菌、放线菌、真菌和原生动物不同，它们利用各阶段的产物作为食物和能量来源，直至形成稳定的腐殖质为止，进入腐熟或后熟阶段[4]。

通气供氧条件是影响堆肥的重要因素之一。通过供氧，能有效调节堆料中微生物的生长好氧环境、堆体内温度及水分等物理条件。当堆体中氧气的浓度不能满足好氧微生物时，就会进入厌氧状态，并产生恶臭；当堆体中通风强度大，则流动的氧气容易带走热量，使堆体温度降低。通气供氧对堆肥的作用主要表现在堆肥三个时期：堆肥初期，通气能提供足够氧气以供微生物的繁殖需要，从而分解有机物达到升温目的；堆肥中期，通气能维持微生物的活动以保持温度；堆肥后期，通气能通过带走水分，使得堆体减容，加快腐殖过程。

3 好氧堆肥常见工艺

3.1 自然通风静态堆肥

自然通风主要是依靠空气的扩散现象，由堆积层表面将氧扩散、传送到堆体内部。自然通风静态堆肥是一种最简单的堆肥方式，就是将准备好的物料在一块地上，料堆形状一般是长条状，也可以结合场地条件堆成其他形状。这种堆肥方式与敞开式自然堆积很相似，料堆内部常处于受压状态，外面空气常常不能扩散到料堆内部而使其呈厌氧状态，异味大，发酵不够充分，发酵周期较长。该堆肥系统具有设备简单、投资成本低等优点。但它的缺点是占地面积大以及易受天气影响等。

3.2 强制通风静态堆肥

由于自然通风静态堆肥系统氧气扩散不到堆体内部，内部处于厌氧状态，堆肥效果不好，因此，在此基础上，我们对堆体进行强制性通风，使堆体内部接触到氧气，堆体处于好氧状态，称为强制通风静态堆肥。强制通风静态堆肥是在料堆底部沿着长度方向设置通风管或通风槽，通过风机和通风管道进行通风供氧。其堆肥过程主要受温度控制。在堆肥过程中，通风通过蒸发水分使堆体散热，从而使堆体保持适宜的温度。由于通过控制鼓风量能够对堆体的需氧量和含水量实现一定程度的控制，其发酵周期比自然通风静态堆肥明显缩短。

强制通风静态堆肥的优点是温度和通气情况能够受人为控制，能有效地杀灭致病菌和降低发酵产生的恶臭味，产品稳定性好；由于受控条件好，堆腐时间相对较短，占地面积也相对较小。缺点是：鼓风机通风量的选择极其重要，否则堆体内易出现供氧不足；受外界环境影响较大，在寒冷季节，为了减小寒冷气候对堆肥的影响，需要在大体积和合适的堆腐条件下进行堆肥。

3.3 反应器堆肥

反应器堆肥是在密闭容器内进行的，通过人为控制通风和水分，使物料进行生物化学分解和转化。利用反应器堆肥系统进行市政污泥的堆肥，可将堆肥周期控制在3周以内。反应器堆肥系统主要的优点有：肥料质量好、堆肥周期短、可靠性高、堆肥过程易于控制、占地面积小、不易受环境影响等。但是这种堆肥系统投资较高、维护成本高、操作复杂，从而影响了它的推广使用[5]。

常见的堆肥反应器主要有强制通风无搅拌反应器系统和强制通风有搅拌反应器系统两类。强制通风无搅拌反应器系统在堆肥过程中不对物料进行翻堆和搅拌，靠强制通风为堆体供氧。在强制通风条件下，可控制通风量，为堆肥物料提供充足的氧气。强制通风有搅拌反应器系统包含的设备与强制通风无搅拌反应器系统类似，区别在于反应器具有搅拌功能。堆肥过程中，搅拌有利于物料与空气的充分接触，减少物料温度、湿度和氧气浓度的差异，加快反应过程。