城市污水污泥及麻黃廢渣堆肥化研究
摘要：本文對(duì)城市污水污泥與麻黃廢渣進(jìn)行堆肥無害化處理,，考察了溫度、水分,、pH及各有機(jī)成分的變化趨勢,，探討了堆肥腐熟度的指標(biāo)。
關(guān)鍵詞：城市污水污泥 堆肥化 麻黃廢渣
1 前言
我國城市污水處理廠每年產(chǎn)生濕污泥約4.5×106噸,，每年以15%的速度增長[7],。污泥的成分非常復(fù)雜，不僅含有較豐富的氮,、磷及多種微量元素和大量有機(jī)質(zhì),，同時(shí)還含有病原菌、寄生蟲(卵),、重金屬,、鹽分及某些難分解的有機(jī)毒物。因此,，必須進(jìn)行適當(dāng)處理,，才能二次利用，否則會(huì)引起二次污染,。[1-4]
處理污泥的 方法 主要有四種：填埋,、投海、焚燒和土地利用[2],。因環(huán)境壓力與 經(jīng)濟(jì) 壓力的日益增大,世界各國已減少或禁止前三種,而加大以土地利用為主的無害化,、資源化處理力度。由于污水污泥處理的投資和運(yùn)行費(fèi)用巨大(分別占污水處理廠費(fèi)用的12 ～30%和20～50%)[2],，我國尤其是新疆的污水污泥基本沒有正常的出路,，給污水廠造成沉重負(fù)擔(dān)。例如,，烏魯木齊市河?xùn)|污水處理廠的污泥已堆積成山,，任意堆放,造成嚴(yán)重的二次污染,。 研究 探索一種適合新疆污水污泥的處理方法和技術(shù)，是很有必要的,。另外,，新疆是我國麻黃素生產(chǎn)基地之一，將麻黃素廠的麻黃廢渣與污水污泥進(jìn)行堆肥化研究,，化害為利,，變廢為寶，服務(wù)于人類,，實(shí)現(xiàn)可持續(xù) 發(fā)展 戰(zhàn)略,，具有顯著的 社會(huì) 效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益
2 試驗(yàn)材料
2.1 污泥的來源及成分 分析
本試驗(yàn)的污泥來自烏魯木齊市河?xùn)|污水處理廠,。該廠的污水處理能力為20萬噸/日,，以其中含污泥量0.02%計(jì)，將產(chǎn)生污泥約40噸/日,。 污泥成分分析[1-6]結(jié)果見表1,。 從表1可知，烏市污泥中的有機(jī)質(zhì)含量較高,，其堆肥產(chǎn)品的品質(zhì)會(huì)好,。氮和鉀的含量也較高，對(duì)于缺鉀的土壤來說是一個(gè)很好的鉀肥來源,。污泥中磷的含量偏低,，但是磷肥是價(jià)格比較昂貴的肥料，因此污泥中的磷作為磷肥的有益補(bǔ)充有價(jià)值的,。由于對(duì)進(jìn)入市政排污系統(tǒng)的污水缺少嚴(yán)格的質(zhì)量控制,，很難保證污泥中低的重金屬含量。與國家標(biāo)準(zhǔn) GB4284-84對(duì)照可以看出,，河?xùn)|污水廠污泥中重金屬除Zn外,，均未超過國家標(biāo)準(zhǔn)。而新疆的土壤又是普遍缺Zn的,，施用污泥有助于補(bǔ)充土壤中的Zn,。因此，該污泥作為農(nóng)用是無害的,，不會(huì)對(duì)作物產(chǎn)生重金屬污染,。
2.2 麻黃廢渣來源及分析結(jié)果
麻黃廢渣取自新疆制藥廠麻黃素車間。用化學(xué)分析法測定麻黃廢渣的主要成分[2],，結(jié)果見表2,。 從表2可知，麻黃廢渣中的粗灰分為16.54%，這主要是各種金屬元素的無機(jī)鹽;有機(jī)物含量為83.54%,，主要富含纖維素,、半纖維素、木質(zhì)素,、蛋白和脂肪,，完全可作為堆肥的有機(jī)原料。
3. 試驗(yàn)設(shè)計(jì)[5]
堆肥化過程是復(fù)雜的生物化學(xué)過程,。試驗(yàn)選用的填充料為剪碎的麻黃桿廢渣,。把麻黃廢渣和污泥進(jìn)行混合堆肥，不僅能減少環(huán)境的污染,，降低大量費(fèi)用,，更重要的是能變費(fèi)為寶，使原來廢棄的廢渣成為可利用的原料,。給麻黃廢渣找到了一條合理的出路,。試驗(yàn)是模擬大規(guī)模堆肥中的一小塊污泥微元，可認(rèn)為與環(huán)境沒有熱交換下,，進(jìn)行九個(gè)樣的污泥堆肥處理,。
4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
堆肥過程是在一定的溫度,、濕度和pH條件下,，利用微生物的作用使有機(jī)物發(fā)生生物化學(xué)降解，把廢棄有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為類腐殖質(zhì)的生化過程,。本試驗(yàn)考察了各因素在堆肥過程中的變化,。
4.1 溫度
溫度是 影響 微生物活動(dòng)和堆肥工藝過程的重要因素。對(duì)堆肥過程來講,，溫度是其狀態(tài)的表觀體現(xiàn),。所有過程參數(shù)的控制都是為了使堆肥時(shí)堆體的溫度最快上升、維持適當(dāng)?shù)亩迅瘻囟燃绊樌叵陆?。因?yàn)槎洋w的高溫才能殺死其中的病原菌,，在堆體適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)有機(jī)質(zhì)降解最快，同時(shí)在適當(dāng)?shù)那闆r下進(jìn)行水分的去除和堆肥溫度的下降,，結(jié)束堆肥,。 試驗(yàn)中堆肥的溫度隨堆肥時(shí)間的變化情況如圖1所示。
堆肥經(jīng)歷了24天的時(shí)間,。
從堆肥的溫度變化情況看,，堆肥都經(jīng)歷了完整的升溫、恒溫和降溫階段,。從開始發(fā)酵,，堆體溫度持續(xù)升高，在1-7天,，溫度由17℃升至55℃;保持恒溫 55～60℃,，持續(xù)18天左右;隨后堆體溫度下降到30℃,。24天以后，堆體溫度保持平穩(wěn),，繼續(xù)監(jiān)測溫度,，未見溫度有上升。說明堆肥已達(dá)穩(wěn)定,。
堆肥過程中,，寄生蟲和病原菌[6]被殺死，在12天測定細(xì)菌數(shù),，結(jié)果見表3,。實(shí)驗(yàn)表明，污泥堆肥經(jīng)過9,、10,、11三天的55℃高溫，即可殺滅決大多數(shù)的病原菌符合堆肥的衛(wèi)生學(xué)指標(biāo),，可以安全施用,。
4.2 水分
在堆肥生態(tài)系統(tǒng)中，水分含量是一個(gè)重要的物理因素,。水分對(duì)于有機(jī)物的分解和微生物的生長繁殖是不可缺少的,。堆肥中水分的主要作用在于：1.溶解有機(jī)物，參與微生物的新陳代謝;2.水分蒸發(fā)時(shí)帶走熱量,，起調(diào)節(jié)堆肥溫度的作用,。堆肥原料水分的多少，直接影響好氧堆肥反應(yīng)速度的快慢,，影響堆肥的質(zhì)量,，甚至關(guān)系到好氧堆肥工藝過程的成敗，因此堆肥中水分的控制十分重要,。在堆肥過程中,，取污泥樣品，在105～110℃的烘箱中烘干4小時(shí),，稱量以烘干損失重量作為水分含量[1.2],。
堆肥過程中平均水分含量變化見圖2。
從圖中總的水分變化趨勢可以看出,，水分的變化不大,，在69—75%之間變化，這也是微生物活動(dòng)的適宜條件,。從圖2可以看出,，在達(dá)到高溫44℃后，即第5天，大量微生物開始進(jìn)行有機(jī)質(zhì)的降解,，出現(xiàn)了水分含量升高的現(xiàn)象,，這一現(xiàn)象完全符合有機(jī)質(zhì)的好氧分解會(huì)有水分產(chǎn)生的原理。 C10H19O3N+12.5O2→10CO2+8H2O+NH3 隨后堆肥達(dá)到高溫55℃,，水分含量基本保持不變,。這說明，好氧微生物在適宜條件下,，能迅速繁殖,，進(jìn)行有機(jī)物的降解，放出熱量,，以維持堆體高溫,，同時(shí)也分解生成水分。到第17天,，堆肥溫度開始下降,，堆體的水分也略有降低，堆肥過程結(jié)束,。
4.3 pH值
對(duì)堆肥體系進(jìn)行pH值的測定,。在堆肥過程中，pH值變化不大,，均在6～7之間變化,。說明堆肥在接近中性條件下進(jìn)行。
4.4 有機(jī)成分
快速高溫堆肥,，首要的是熱量平衡 問題 ,。低的有機(jī)質(zhì)含量產(chǎn)生的熱量不足以維持堆肥所需的溫度，并且堆肥產(chǎn)品由于肥效低而影響使用,。有機(jī)質(zhì)含量過高，又會(huì)給通風(fēng)供氧帶來影響,，可能造成部分厭氧狀態(tài)和產(chǎn)生惡臭,。堆肥原料適宜的有機(jī)質(zhì)含量為20～80%。本試驗(yàn)的堆肥污泥有機(jī)質(zhì)含量在50～70%之間,，因此適宜堆肥,。對(duì)堆肥體系的有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì),、脂肪和蛋白質(zhì)的含量變化[7]作了監(jiān)測,，平均含量變化結(jié)果見圖3。
從圖3可以看出：1.隨著堆肥的進(jìn)行,，各堆肥有機(jī)質(zhì)均呈現(xiàn)下降趨勢;2.腐殖質(zhì)總的趨勢呈下降趨勢;3.脂肪,、蛋白質(zhì)的含量也有所下降。4.淀粉的含量由開始的0.18%在第九天即降為零。 本試驗(yàn)把污泥中的有機(jī)質(zhì)劃分為淀粉類,、類脂物類,、蛋白質(zhì)類、腐殖質(zhì)類,，纖維素類等[20],。在微生物的作用下，這些有機(jī)質(zhì)都應(yīng)發(fā)生不同程度的分解,，最終都呈下降趨勢,。淀粉、蛋白質(zhì),、脂肪,、腐殖質(zhì)等有機(jī)物降解難易程度不同。在中,、高溫期的降解順序是：淀粉>脂肪>蛋白質(zhì)>腐殖質(zhì),。 應(yīng)該加以說明的是，本次試驗(yàn)未測定堆肥過程中纖維素的降解情況,。 文獻(xiàn) 綜述中已提到,，纖維素與淀粉、蛋白質(zhì),、脂肪,、腐殖質(zhì)相比是較穩(wěn)定的，不易被分解的有機(jī)質(zhì),。
4.5 堆肥腐熟度的初步探討
本次試驗(yàn)堆肥產(chǎn)品的腐熟度從以下幾個(gè)方面分析：
1.堆肥的物理性狀：
(1)本次試驗(yàn)的堆腐污泥,，后期溫度 自然 下降，不再上升;
(2)堆肥后的污泥含水率下降,，呈現(xiàn)疏松的團(tuán)粒結(jié)構(gòu),，臭味消失。
2.堆肥的化學(xué)性狀：
(1).腐殖質(zhì),、蛋白質(zhì)的降解,。堆肥過程中，腐殖質(zhì)和蛋白質(zhì)的含量均呈現(xiàn)下降趨勢;
(2)脂肪的降解,。脂肪的降解隨堆肥的進(jìn)行逐漸平緩,，呈較強(qiáng)的 規(guī)律 性。當(dāng)脂肪降解平緩時(shí),，堆體中降解的主要是腐殖質(zhì)和纖維素,，它們不會(huì)產(chǎn)生太多的熱量使堆體升溫，因此堆體的溫度保持平緩,。因此,，使用脂肪作為腐熟度的指標(biāo)是合理及可行的,。只要處于正常的堆肥狀態(tài)下，當(dāng)其中的脂肪降解達(dá)到平緩時(shí),，說明堆體中的易降解有機(jī)物已經(jīng)降解完全,，堆體的溫度不會(huì)再次上升，堆肥已達(dá)穩(wěn)定,。
參考 文獻(xiàn)
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[6] 食品衛(wèi)生檢疫技術(shù)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社,，1997
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