浅谈污泥堆肥资源化的设计与研究
0 引言
污泥堆肥资源化就是把污脱车间生产出的泥饼进一步在微生物的作用下，通过微生物的生物化学反应实现物质转化，从而达到剩余污泥的无害化、稳定化、减量化和资源化的过程。根据处理过程中起作用的微生物对氧气的要求不同，污泥堆肥可分为好氧法和厌氧法两种。好氧法是指在通气条件下通过好气性微生物活动使有机物得到降解稳定的过程，此过程速度快，堆肥温度高（一般为50—60℃，极限温度可达80—90℃，故又称高温堆肥）；厌氧堆肥实际上是微生物的固体发酵，对有机物进行降解和稳定化，需通过更复杂的生物化学反应，该过程堆肥速度慢，堆肥时间是好氧能法的3—4倍甚至更多，根据实际情况，选定好氧堆肥法对泥饼进行处置并对处置后的肥效进行研究。
1、好氧堆肥法的微生物作用原理
好氧条件下进行污泥堆肥资源化，微生物作用过程可分为以下三个阶段：（1）发热阶段（主发酵前期1—3天，）堆肥堆制初期，主要由中温好氧的细菌和真菌，利用堆肥中最容易分解的可溶性物质，如淀粉、糖类等迅速增殖，释放出能量，使堆肥温度不断升高。
（2）高温阶段（主要发酵、一次发酵，3—8天）堆肥温度上升到50℃以上，即可称为高温阶段。由于淀粉、糖类等易分解物质迅速分解氧化的同时，消耗了大量的氧，而造成了堆肥中局部的厌氧环境。这样，好氧性的微生物如纤维素分解氧化菌逐渐代替了中温微生物的活动。这时，堆肥中残留的或新形成的可溶性有机物继续被分解转化，一些复杂的有机物和纤维素、半纤维素等也开始得到强烈的分解。在此过程中，好热性微生物随着温度升高而随之发生变化，在50℃左右，主要是嗜热性真菌和放线菌，温度升高到60℃时，真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热菌和放线菌在继续活动，缓慢分解有机物，温度升到70℃时，大多数嗜热性微生物已不适宜，而大量死亡或进入休眠状态。
高温对污泥堆肥化而言是极度为重要的，主要表现在两个方面：一方面，高温对快速腐热起着重要作用，在此阶段中，堆肥内部开始了腐殖质的形成过程，并开始出现能溶于弱碱的黑色物质。另一方面，高温有利于杀死病原性微生物和寄生虫卵。病原性微生物的灭活取决于温度和接触时间，据研究60℃，—70℃维持3天，可使脊髓灰质炎病毒、病原细菌和蛔虫卵天活。根据我国长期的经验，一般认为，堆温50℃—60℃，持续6—7天，可达到较好的杀天虫卵和病原菌的效果。
（3）降温和腐熟保肥阶段（后发酵、二次发酵，需时20—30天，）经过高温阶段的主发酵，大部分易分解有机物（包括纤维素等）已得到分解，剩下的是木质素等较堆分解的有机物以及新形成的腐殖质。这时，微生物活动减弱，产热量随之减少，温度逐渐下降，中温性微生物逐渐成为优势种，残余物质进一步分解，腐殖质继续不断地积累，堆肥进入腐熟阶段。腐熟阶段的主要问题是保存腐殖质和氮素等植物养料、充分的腐熟能大大提高污泥堆肥肥效与质量。为了减弱有机质矿化作用，避免肥效损失，可采取压紧堆肥，造成厌氧状态的措施。
污泥堆肥过程中的生物相的变化通常表现为：
细菌、真菌、厌氧菌→纤维分解氧化菌→嗜热菌、氨化菌→细菌、脱氨菌→细菌、放线菌
在堆肥的过程中，大量的蛋白质转变成了氨，它经消化后，又接着发生脱氮作用，即在同一堆肥系统内，同时存在着氧化反应和还原反应。也就是说，在有机物团块氧气分布不均匀的污泥内，既存在着适应消化细菌活动的好气微环境，也存在着适应脱氮菌活动的厌气环境。因此，在污泥堆肥系统中，一般都是细菌占优势。
由于污泥好氧堆肥化具有发酵周期短、能高温发酵、无害化程度高、卫生条件好、易于实现机械化操作和工业化生产等特点，污泥脱水后的泥饼和堆肥后的腐熟质混合调整接种后，采用好氧堆肥法，简单易行，就能达到很好的堆肥效果。如美国费城污泥制配中心采用贝尔茨维尔（BELTSVILLE）好氧堆肥法，年生产污泥达5万吨，其特点是在条形堆下设穿孔管，用真空泵抽气，使空气从污泥混合物通过而充气，排出的气再经过腐熟的肥堆过滤以防止散发臭气。从而达到了很好的堆肥效果。
2、好氧堆肥法的主要工艺流程与堆肥设备
2．1好氧堆肥法的主要工艺流程和技术条件
2．1．1主要工艺流程如下
泥饼→调整碳氮比→调整水分与接种→主发酵（通气发酵1—4天）→后发酵（二次发酵）→后处理（紧压保肥）
2．1．2技术条件
污泥堆肥资源化对泥饼等原料的要求：
（1）密度一般为350—650kg/m3,有机质含量（温重）≥20%
（2）含水率40%—60%
（3）污泥原料营养配比：C/N为（20：1）—（30：1）C/P为（75：1）—（150：1）
（4）PH值在7—8.5
（5）发酵控制温度40—60℃，充气堆肥保持55℃3天以上
（6）提供足够的空气量，充气堆肥通气量控制在3.0—3.6m3（m3肥堆*h）
根据泥饼的情况，一般含水率在75%—80%之间，而腐熟质含水率在25%—35%，因此把泥饼与腐熟质按一定体积比混匀加入粉煤灰或石灰就能调整原料含水率在50%—60%之间。同时，通过混料使泥饼粒度也得以调整，能够满足堆肥要求。在此过程中，也调整了PH值并进行接种，进行接种的目的是增加微生物菌源，或增加微生物分解酵素。此时，肥堆中难分解物质少，可以考虑不再进行二次发酵，堆肥时间短，因而具有相当的优越性，好氧堆肥时含水率以50%— 60%为最佳，含量过高时，部分污泥将产生厌氧发酵而延长有机物分解时间，含水率过低时，有机物不易分解，当含水率低于12%—15%时，微生物活动几乎停止。污泥中C/N比越小，堆肥化所需时间越长。
2.2污泥堆肥资源化的工艺设备
2.2.1堆肥设备
堆肥设备包括物料处理、翻堆、反应器和除臭设备。
物料处理设备包括粉碎、混合、输送和分离设备。污泥堆肥系统的物料处理设备比较简单，只需混合设备和输送设备就行了。条垛堆肥系统的翻堆设备为三类，斗式装载机或推土机、垮式翻堆机、侧式翻堆机。翻堆设备可由拖位机牵引或自行推进，中小规模的条垛宜采用斗式装载机或推土机，大规模的条垛宜采用垮式翻堆机或侧式翻堆机。垮式翻堆机不需要牵引机械，侧式翻堆机需要拖拉机牵引。美国常用的是垮式翻堆机，而侧式翻堆机在欧洲比较普遍。
2.2.2反应器堆肥系统
根据反应器类型，固体流向，反应器的床层和空气供给方式进行分类，反应器堆肥系统可分为垂直固体流和水平及倾斜固体流两类。美国目前常用的反应器堆肥系统是搅拌床反应器、水平推流反应器和垂直流反应器，而间歇隧道堆肥系统在欧洲的应用却越来越多，它在城市固体废弃物、污泥等处理中得到广泛的应用。
2.2.3除臭设备
消除臭味问题是关系到一个堆肥工厂能否正常运行，有效的臭味控制是衡量堆肥工厂成功运转的一个重要标志，控制臭味至少必须采取5种措施：①堆肥过程控制；②调查可能的臭味来源；③臭味收集系统；④臭味处理系统；⑤残留臭味的有效扩散。堆肥过程控制是减少臭味的关键因素，但不能完全有效地控制臭味，根据臭味来源的调整结果，建立适当的臭味和处理系统。臭味处理系统包括化学除臭器、生物过滤器等。实践中，常采用生物过滤器处理臭味，在污泥堆肥系统中，它的组成材料为熟化的肥堆等。控制臭味的最常用的综合措施是封闭堆肥设备、采用生物过滤器和进行过程控制。
3、堆肥的腐熟度与品质评价
腐熟度是指污泥中的有机物经微生物作用后腐化分解成为成分稳定，不再变化，施于土壤后能提高土壤肥效，增加农作物产量，是对作物没有阻碍的堆肥发酵状态。
判断堆肥腐熟度的物理评价指标又称表观分析法，有人将腐熟堆肥的表现性质归纳为：堆肥后期温度自然降低，不再吸引蚊蝇，不再有令人讨厌的臭味；由于真菌的生长，堆肥出现白色或灰白色菌丝，堆肥产品呈现出疏松的团粒结构。此外，高品质的堆肥就是深褐色，肉眼看上去很均匀，并发出令人愉快的泥浆气味。
此外，还有化学评价指标，生物评价指标与光谱分析法。
4、总结
通过好氧法堆肥系统能很好的把污水处理厂的污泥实现其资源化无害化和减量化，形成一种类似土壤的灰褐色彩腐殖质，应用于土壤改良、施肥和追肥中去，取得良好的农用效果和效益。也可以把N|、P、K等肥料和这种腐熟质掺混，通过造粒，生产出高效复混肥，应用到农业中去，也是污水处理厂污泥处理处置的最好出路，变废为宝，同时避免了由剩余污泥造成的二次污染，实现了治污的良性循环，对生态环保具有重要的意义。
参考文献
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