极寒天气稻壳作为辅料对污泥生物干化的影响
2020-09-08张媛丽
张媛丽
（国电东北环保产业集团有限公司，辽宁沈阳 110014）
1 引言
国内现有的污泥干化工艺技术主要有生物干化、热干化、热电厂混烧三类［1］，此三类技术在国外也有较长时间应用，属于成熟工艺。生物干化技术与堆肥类似，主要是指通过一体化的机械特性改善自然的生物干化，使最终产品得到改善，达到要求的干化效果［2］。
在污泥生物干化过程中，含水率、通风系统、温度、pH、C/N、填料等因素均影响干化的进程和最终产品的质量。在诸多因素中，填料是生物干化的主要控制因素，其选择直接影响堆体内微生物发酵过程。本次选定稻壳为项目启动原料，主要是考虑其无需粉碎，成本低，在东北地区易于收购，受季节影响相对较低。采用间歇通风方式对物料定时通风，以现有污泥处理项目为研究对象，工业化生产，既避免了小试在放大过程中的不确定性，又可以直接辅助于未来的工业化生产，意义重大。本试验在沈阳的12 月份进行，天气寒冷，不易干化，考察恶劣天气下稻壳作为填料的工业化生产的可利用性和持续性。
2 材料与方法
2.1 试验材料
污泥生物干化技术初调试阶段，以沈阳市市政污泥作为干化基质，稻壳作为辅助填充料（均来自沈阳周边地区）。污泥和稻壳的各项参数见表1。
表1 污泥和稻壳的各项参数
2.2 试验方法
将城市污泥与稻壳按指定比例混合至含水率65%左右，pH 值在7～8 之间。以一条形堆垛中的3 个堆体为试验对象，每天用翻堆机翻堆1 次，向后翻抛约4 m，反应周期22 d。采用自动化间歇通风方式，分区域对堆体进行通风。每天分别对3 个堆体进行采样（把堆体分为3 层，在不同位置采样后混合），当天检测物料的含水率、有机质及堆密度（含水率的测定采用微波干燥法，有机质和堆密度采用国标法［3］），每天对堆体的核心温度和堆高进行测定。
3 结果与讨论
3.1 物料含水率、有机质的变化
生物干化的周期为22 d，物料的含水率由最初的65.3%下降为47.4%，有机质由最初的74.6%下降为54.5%。在本反应周期内，升温段为2 d，高温段为7 d，降温段为13 d。物料含水率与有机质变化曲线见图1。
图1 物料含水率与有机质变化曲线
温度变化曲线见图2。
图2 温度变化曲线
研究表明，稻壳作为辅料的生物干化反应大体上分为3 个阶段：黏质期、干化期和风化期。物料在黏质期的时候，恶臭明显，触感较黏，含水率在63%～65%之间，有机质在71%～74%之间。黏质期为反应的前5 d，含水率和有机质先增大后减小，主要的原因是物料经铲车混合不均匀，在翻抛2 d 后，物料基本达到均匀的状态，此时为真正的初始物料的含水率。物料在干化期时，含水率明显下降，恶臭味道减弱，含水率在49%～57%之间，有机质在57%～65%之间。干化期一般在反应的6～14 d，此时为菌体的对数生长期和物料的高温段，在此过程中，物料的含水率和有机质大幅度下降，反应剧烈，是生物干化反应的核心反应段。在此反应段，物料需要大量供氧，但是曝气量太大又会使物料的温度下降，导致菌体的活性降低，适宜的曝气量是此阶段反应的关键。随后进入到风化期，在此阶段物料的含水率和有机质基本不变，含水率在47%～48%之间，有机质在54%～55%之间，反应基本结束。在此过程中，主要靠通风曝气带走大量的水分，靠风化作用使物料进一步干化。
试验发现堆体的核心温度高于边墙温度，因为边墙受环境影响大，在高温段两者相差20 ℃左右。为了延长高温段，在此过程中要加大曝气量，还应辅助循环曝气使物料的温度保持在60 ℃左右。当堆体进入降温的第一阶段，核心温度直线下降，边墙温度基本保持不变，此时堆体的曝气应采取循环模式以期延长高温段。进入风化期后，堆体的核心温度和边墙温度基本一致，此阶段靠风化作用带走水分，要适量地加大尾部的曝气量，使堆体在出仓时有较好的干燥度。
3.2 物料堆体积及密度的变化
堆密度由原来的0.51 t/m3下降到0.31 t/m3，体积基本上保持不变。物料的堆密度在黏质期维持在0.5 t/m3左右，干化期和风化期降为0.31 t/m3。
4 结论
（1）在沈阳极寒的天气条件下，以稻壳为辅料的污泥生物干化反应良好，无需外源加热和添加菌剂，节约了生产成本。
（2）稻壳作为辅料的污泥干化过程，大体上分为黏质期、干化期和风化期。在黏质期物料含水率在63%～65%之间，有机质在71%～74%之间，堆密度在0.5 t/m3左右。干化期时，含水率下降为49%～57%，有机质为57%～65%，堆密度降为0.31 t/m3，直至反应结束基本保持不变。风化期时，物料的含水率、有机质和堆密度、堆体的核心温度和边墙温度基本不变，此过程主要靠通风曝气带走大量的水分，靠风化作用使物料进一步干化。在整个反应周期，堆体体积变化不大。
（3）干化反应的高温段共7 d，是生物干化反应的核心反应段，需要大量供氧。
