城市污水處理廠剩余污泥堆肥的實驗研究

1、采用活性污泥工藝進行污水處理的過程均產(chǎn)生大量剩余污泥1。未經(jīng)處理的污泥在堆放和排放過程中會對環(huán)境造成二次污染。目前污泥處置的主要方法有填埋、焚燒和土地利用等方式,其中土地利用最具有發(fā)展前景,但長期大量使用污泥會導(dǎo)致土壤及植物中Zn ,Cu ,Pb ,Cd ,Ni 等重金屬含量顯著增加2,然而城市污泥中含有大量的有機質(zhì)和N ,P 等植物養(yǎng)分元素,施入土壤后可以提高土壤的肥力,促進農(nóng)作物增產(chǎn),是適合中國國情的處置方法3-6。因此,有必要對剩余污泥進行一系列的處理后才能施用于土地。本試驗采用強制通風(fēng)好氧發(fā)酵裝置,重點研究剩余污泥堆肥過程中的配比、溫度、含水率、pH 值以及有機質(zhì)和重金屬等參數(shù)的變化規(guī)

2、律,為污泥堆肥提供一定的科學(xué)依據(jù)。1實驗材料與方法1.1污泥堆肥實驗裝置實驗采用自制的污泥堆肥好氧發(fā)酵裝置。設(shè)計的堆肥裝置容量最大控制在15L 左右,該堆肥箱上面設(shè)計2個口,一個用來通風(fēng)出氣,一個插水銀溫度計。在箱子的底部有一根塑料管,用它和曝氣泵連接給箱子通風(fēng)。箱子內(nèi)部距底部50mm 處安裝篩板,用來承托污泥,在篩板和底部有大約3L 的氣體容積,堆肥裝置如圖1所示。1.泡沫保溫箱2.溫度計3.導(dǎo)氣管4.蓋板5.底板6.氣泵7.閥門8.流量計9.堆肥圖1實驗裝置城市污水處理廠剩余污泥堆肥的實驗研究劉偉,李向東,劉漢湖(中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院,江蘇徐州221008摘要:污泥由于產(chǎn)量大且成分比

3、較復(fù)雜,如何對它進行無害化,穩(wěn)定化處理,使其成為替代資源已經(jīng)越來越受到人們的關(guān)注?；诤醚醵逊恃b置系統(tǒng),以徐州市某污水處理廠的剩余污泥為研究對象,研究了污泥處理過程中溫度、含水率、有機質(zhì)、有機碳以及pH 值和重金屬等指標(biāo)的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明:采用污泥與稻草的體積比為12的比例堆肥,控制初始含水率為70%左右,可順利實現(xiàn)升溫。堆肥15d 后,物料含水率、有機質(zhì)、有機碳都有了明顯的降低;總氮、總磷以及水溶性鉀的含量都有了不同程度的增加;重金屬含量有了一定程度的降低,符合堆肥的要求。關(guān)鍵詞:剩余污泥;稻草;好氧堆肥中圖分類號:X7文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1004-8642(200803-002

4、4-03收稿日期:2008-01-15作者簡介:劉偉(1983-,男,陜西富平人,碩士研究生,主要研究方向為水污染控制.Experimental Study on Extra Sludge Composting of Municipal Wastewater Treatment PlantLIU Wei,LI Xiang-Dong ,LIU Han-huAbstract :At present,sludge production is increasing and the components are complex.It is being paid more attention about

5、how to deal with the sludge harmlessly and make it become the renewable resources.Taking Xuzhou municipal wastewater treatment plant as an example,this research studied the change of extra sludge parameters such as temperature,moisture,organic matter,organic carbon,pH,heavy metal and so on in the pr

6、ocess of oxidation composting.The results indicated that when the initial water content was adjusted to 70percent and the ratio of sludge with straw at 1:2,it had a better effect and the temperature could rise rapidly.In the end of composting process,the water content,organic matter,organic carbon w

7、ere reduced;the content of total N,total P and water soluble K were increased obviously;the content of heavy metal was also reduced.It can reach the standards of composting.Key words :Extra sludge;Straw;Oxidation compost第21卷第3期2008年6月江蘇環(huán)境科技Jiangsu Environmental Science and TechnologyVol.21No.3Jun.20

8、08123495678第21卷第3期1.2污泥堆肥的原料(1堆肥原料:選取徐州市某污水處理廠污泥脫水車間的剩余污泥作為研究對象。該污水處理廠主要處理生活污水和少量的工業(yè)廢水。該廠剩余污泥的含水率在70%左右。(2堆肥調(diào)理劑:試驗所選調(diào)理劑為稻草。1.3污泥堆肥的配比堆肥實驗在實驗室進行,設(shè)計的不同物料比如表1所示,將污泥與稻草按不同的體積比配比,放在堆肥箱內(nèi)。在堆肥前,調(diào)節(jié)含水率為70%左右,然后密封好,底下用曝氣泵通風(fēng)。堆肥時間為15d。表1不同物料比堆肥實驗設(shè)計堆肥箱物料及配比(體積比通風(fēng)方式1號污泥稻草=11強制通風(fēng)2號污泥稻草=12強制通風(fēng)3號污泥稻草=13強制通風(fēng)4號污泥稻草=14強

9、制通風(fēng)1.4參數(shù)的測定方法在堆肥的不同時段里,分別從堆體中取堆肥樣,進行各種參數(shù)的測試。取樣時間分別為堆肥前、堆肥7d和堆肥15d。測定的參數(shù)包括溫度、pH值、有機質(zhì)和有機碳、氮、磷、鉀、重金屬等,測定方法見表2。表2堆肥過程中測定的指標(biāo)及其分析方法2試驗結(jié)果與討論2.1溫度堆肥過程中堆肥箱內(nèi)溫度的變化見表3。表3堆肥箱內(nèi)溫度的變化日期1號堆肥箱2號堆肥箱3號堆肥箱4號堆肥箱2007-05-05252525252007-05-06404535332007-05-07455045352007-05-08505545452007-05-09506050502007-05-1055585050200

10、7-05-11535052522007-05-12484845502007-05-13464538452007-05-14454036452007-05-15383535352007-05-16363235352007-05-17343231322007-05-18283026272007-05-1925262525對堆肥而言,溫度過高,容易導(dǎo)致噬熱菌的死亡,從而影響處理效果,高溫堆肥最高溫度一般控制在60以下7。從表3中可以看出:2號箱中的溫度,添加的稻草比較適中,比較利于微生物的呼吸作用,則溫度上升的很快。4號箱中添加的稻草比較多,則堆體內(nèi)的空隙率太大,一旦通風(fēng),微生物呼吸產(chǎn)生的熱量會被空

11、氣帶走,則會導(dǎo)致熱量上升太慢,并且污泥和稻草攪拌會導(dǎo)致箱內(nèi)濕度降低,影響微生物生存所需的水分,進而影響微生物發(fā)酵作用,也會影響箱內(nèi)溫度的上升。因此添加稻草適中,會促進微生物的發(fā)酵,箱內(nèi)溫度就會上升快,并且溫度保持性也好。2.2含水率堆肥過程中含水率的變化見表4。表4堆肥過程中含水率的變化%堆肥箱堆肥前堆肥7d堆肥15d1號70.4664.6548.212號70.4669.3041.963號70.4667.0547.964號70.4662.4351.73從表4中可以得知:如果堆肥箱內(nèi)污泥和稻草的比例適中,則微生物呼吸作用強,產(chǎn)生的熱量多,箱內(nèi)的水分蒸發(fā)比較快,含水率就相應(yīng)的比較低;如果箱內(nèi)稻草太

12、少,污泥黏結(jié)性太強,空隙率太小,微生物得不到呼吸所需的空氣,產(chǎn)生的熱量少,箱內(nèi)水分蒸發(fā)不出去,則含水率降低的比較慢;如果箱內(nèi)稻草相對較多,空隙率比較大,微生物呼吸作用產(chǎn)生的熱量被散失,則箱內(nèi)溫度比較低,水分也就蒸發(fā)的慢,積累在箱內(nèi)8,導(dǎo)致水分回升。2.3有機質(zhì)堆肥過程中有機質(zhì)的變化見表5。表5堆肥期間有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化堆肥箱堆肥前堆肥7d堆肥15d1號62.1960.0051.942號62.1956.7952.073號62.1959.2452.634號62.1959.6651.21通常認(rèn)為,堆肥過程中其有機質(zhì)含量的下降是堆肥腐熟的一個重要標(biāo)志9。堆肥15d后,各個箱中有機質(zhì)含量都有了一定的降

13、低,這是因為箱中的溫度在一個階段內(nèi)適宜微生物進行有機質(zhì)的分解,因此有機質(zhì)含量有了一定程度的降低。4號箱中有機質(zhì)在15d后大幅度降低有可能是因為箱內(nèi)大量的稻草和污泥相比較而言,更容易被微生物分解?；瘜W(xué)指標(biāo)含水率/%pH值有機質(zhì)VS/%TPTN水溶性鉀重金屬測試條件105下24h 110蒸餾水浸提550下灼燒4h 用氫氧化鈉消解用滅菌器消解110的蒸餾水浸提用高氯酸消解儀器和分析方法減重(DHG-9030A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱玻璃電極(pHS-3KSW-4-12型馬福爐分光光度法紫外分光光度法離子色譜火焰原子吸收分光光度法樣品鮮樣風(fēng)干樣烘干樣風(fēng)干樣風(fēng)干樣風(fēng)干樣風(fēng)干樣%劉偉等城市污水處理廠剩余污泥堆

14、肥的實驗研究25江蘇環(huán)境科技2008年6月2.4有機碳(1有機碳的計算10:有機碳(g/kg=有機質(zhì)/1.724。(2堆肥過程中有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化見表6。表6有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化堆肥箱堆肥前堆肥7d堆肥15d1號3603483102號3603293023號3603433054號360346339從表6中可以看到:經(jīng)過15d的堆肥,有機碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所降低,這是由于有機質(zhì)的分解引起碳的揮發(fā)損失,從而使有機碳含量不斷下降。2.5pH值堆肥過程中pH值的變化表7。表7堆肥過程中pH值的變化堆肥箱堆肥前堆肥7d堆肥15d1號2號3號4號7.66.

15、75.8根據(jù)美國環(huán)保局(USEPA的規(guī)定,污泥與調(diào)理劑的pH值應(yīng)在69之間11。從表7可以看出:在堆肥前泥樣是微顯堿性,在堆肥7d后,pH值都有所降低。這是因為在這7d時間里,堆肥箱中的溫度適合微生物分解有機質(zhì),產(chǎn)生了有機酸,導(dǎo)致了pH 值的降低。2.6總氮、總磷和水溶性鉀堆肥過程中總氮、總磷和水溶性鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化見表8。表8堆肥過程中總氮、總磷和水溶性鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化在堆肥的最后幾天溫度開始降低,適宜硝化細(xì)菌進行消化反應(yīng),總氮量持續(xù)上升。由于有機質(zhì)的分解,導(dǎo)致堆料體積和重量不斷減少,以及箱內(nèi)含水量的降低,養(yǎng)分濃縮,和添加了填充料的結(jié)果,使總磷和鉀的含量都有了不同程度的增加。綜上所述,總氮、

16、總磷和水溶性鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都有了一定的增加,符合堆肥的要求。2.7重金屬堆肥過程中重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化見表9。從表中可以看出:金屬鉻、鉛和鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所降低,這說明在堆肥過程中,大部分重金屬得到鈍化,含量有所降低。金屬鎘的質(zhì)量分?jǐn)?shù)卻有所增加,這是由于堆肥過程中水分損失及揮發(fā)性物質(zhì)損失,以及堆肥后堆體體積變小等而引起重金屬在堆料中濃縮所致。2.8控制標(biāo)準(zhǔn)我國農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)見表10。表10中國城市污泥土地利用重金屬控制標(biāo)準(zhǔn)從表10中的數(shù)據(jù)和本次實驗的數(shù)據(jù)進行比較可以得知,重金屬中Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稍微高于污泥土地利用的控制標(biāo)準(zhǔn),而其余重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在土地利用的控制標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi),基本符合農(nóng)用的要

17、求。3結(jié)論文章在分析該市污水處理廠污泥性質(zhì)的基礎(chǔ)上,進行了該廠污泥農(nóng)用可行性的研究:通過稻草與污泥按一定體積比混合進行強制性通風(fēng)好氧堆肥,研究堆肥過程中污泥中的營養(yǎng)物質(zhì)和重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化,分析判斷了污泥和稻草按不同比例混合堆肥時產(chǎn)生的效果。本研究得出以下結(jié)論:(1經(jīng)過15d的好氧堆肥,V(污泥V(稻草= 12混合堆肥的效果較好。堆肥過程可以實現(xiàn)順利升溫,含水率、有機質(zhì)和有機碳都有了明顯的降低, pH值的變化也基本維持在中性范圍內(nèi),符合堆肥的要求。表9堆肥過程中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化指標(biāo)天數(shù)/d715715715715(N/(gkg-177.6978.7882.4177.6989.2575.4

18、577.6984.5280.3777.6978.1284.66(P/(gkg-19.959.6110.629.958.9511.719.9510.4310.629.9510.9211.74(K/(gkg-10.7650.5571.3220.7650.4881.5470.7650.7040.8420.7650.5820.957堆肥箱gkg-1指標(biāo)天數(shù)/d715715715715(Cd/(mgkg-120.3025.4631.4620.3029.3228.9220.3027.3124.9720.3023.9628.74(Cr/(mgkg-1297.908.4953.47297.9022.8034.

19、17297.90133.5453.06297.9034.6026.13(Zn/(mgkg-11438.731321.071450.141438.731543.971232.911438.731447.651431.861438.731261.641225.50堆肥箱1號2號3號4號(Pb/(mgkg-1186.1987.69122.68186.19127.04102.52186.1994.0871.78186.19122.4460.10土壤條件pH值6.5pH值<6(Cd205(Cr1000600(Pb1000300(Zn30002000mgkg-11號2號3號4號(下轉(zhuǎn)第29頁 26第

20、21卷第3 期(A切面總體結(jié)構(gòu)(B表面結(jié)構(gòu)t/d圖5顆粒污泥掃描電鏡照片圖4顆粒污泥的產(chǎn)甲烷活性2.3.3顆粒污泥的的形態(tài)結(jié)構(gòu)掃描電鏡觀察到顆粒污泥形狀各異,有橢球形、球形及其不太規(guī)則的形狀等,也有些污泥呈破碎狀,說明此時的顆粒污泥強度依舊不是很高,還有待于進一步通過運行而逐步得到提高。顆粒污泥表面和內(nèi)部微生物并未呈現(xiàn)明顯的分區(qū),而是相互交融,偶有細(xì)菌以成簇、成團的方式出現(xiàn),形成了一個呼應(yīng)共生的微生物系統(tǒng)(見圖5。3結(jié)論比較系統(tǒng)的分析了接種消化污泥EGSB 反應(yīng)器的初次啟動情況,得到如下結(jié)論:(1接種未經(jīng)完全消化脫水污泥的EGSB 反應(yīng)器能夠在室溫環(huán)境下、在42d 內(nèi)啟動成功,即形成沉淀性良好

21、、生物活性高的顆粒污泥。說明在常溫、低COD 濃度條件下的啟動是切實可行的。(2相對較高的上流速度有利于高性能顆粒污泥的形成。即EGSB 反應(yīng)器的初次啟動宜采用低進水濃度、較高的有機負(fù)荷、較大的上流速度的方式。參考文獻1Lettinga G.Advanced anaerobic wastewater treatment in the near future J.Wat Sci Tech,1997,35(10:5-12.2Lettinga G,Rebac S,Zeeman G.Challenge of Psychrophilic anaerobic wastewater treatment J.

22、Trends in Biotech,2001,19(9:363-370.3國家環(huán)境保護總局.水和廢水檢測分析方法M.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,1996.4賀延齡.廢水的厭氧生物處理M.北京:中國輕工業(yè)出版社,1998.5任南琪.厭氧生物技術(shù)原理與應(yīng)用M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.(責(zé)任編輯朱鼎一產(chǎn)氣量/m L1201008060402000123456接種污泥啟動完成污泥(2污泥中含有較高的氮、磷和鉀,可以作為植物生長所需的營養(yǎng)元素,并且污泥中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在污泥農(nóng)用污染物控制標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。所以該污水處理廠的剩余污泥適宜堆肥,有污泥農(nóng)用的可行性。參考文獻1張清敏,陳衛(wèi)平,胡國臣,等.污泥有效利用研究進展J.農(nóng)業(yè)環(huán)境保護,2000,19(1:58-61.2Mulchcl,Adamu C A,Bbell P F,et al.Residual heavy metal concentrations in sludge amended coastal plain soils:I.comparison of extractants J.Commun Soil Sci Plant Anal,1991,22(9/10:919-941.3陳同斌,李艷霞,金