技术分享 ▎污泥好氧堆肥工艺中主要影响因素的研究

前 言

随着污水处理厂的增加，污水得到妥善的处理，而集中了大部分污染物的脱水后污泥的处置成了一个亟待解决的难题。经过研究，发现污泥的厌氧消化和好氧发酵是较为可靠安全的处理方式。厌氧消化在去除污泥的污染物的同时，产生的沼气，存在储存安全问题；而好氧发酵工艺，却可以安全的通过微生物的作用将污泥转化为用于绿化甚至是农业生产的高效肥料。因此，在污泥的处置中，好氧堆肥工艺是较为可靠、经济的选择。 好氧堆肥工艺主要通过强化各类微生物对污泥中有机物的降解作用实现污泥的减量化及稳定化。因此，通过改善微生物的生存条件和生存环境，就可以达到提高堆肥效率的目的。现阶段，研究影响微生物生存状态的条件主要方向在提高微生物种群数量，改善通风条件，调整辅料情况等方面。

1 微生物种群数量

传统堆肥法一般都是利用堆料中的土著微生物来降解有机污染物，但存在发酵时间长、产生臭味且肥效低等问题。而通过菌剂接种可提高堆肥微生物数量，加速堆肥反应进程。
1.1 接种菌剂对堆肥的作用 早在40年代，美国就通过接种细菌使堆肥时间缩短1~3 d 。许多学者已致力于研究堆肥不同阶段起关键作用的微生物，并在自然界进行优质高效菌群的筛选和接种技术的探讨。 1.1.1 提高堆肥的腐熟速度 通过电镜扫描结果表明，接种细菌比不接种细菌的处理角蛋白降解更完全，生物被膜形成的更早。进行菌剂接种的堆料能迅速通过常温阶段，节省堆肥过程的起步时间。 1.1.2 提高堆肥的腐熟质量 固氮：氮损失的重要途径是是在升温期的NH3挥发。石春芝等和蒲一涛等在生活垃圾中接种固氮菌，堆肥的含氮量有一定提高，保证了腐熟后肥料的质量。 杀毒：据相关研究，在城市污泥堆肥过程中，微生物类群的数量变化与毒性有机物的含量呈正相关关系。通过微生物的生物作用，使最终产品中的毒性降低。 灭菌除草：沈根祥等报道了Hsp菌剂能迅速提高牛粪堆肥的发酵温度，有效杀灭粪中所含的杂草种子和虫卵病菌，具有快速堆肥腐熟和无害化的功效。 1.1.3 对堆肥除臭效果显著 接种菌剂可以降低NH3的排放。在常温阶段，随着微生物快速生长和繁殖，加速了有机氮的分解，并以NH4+-N的形式快速积累。而后随着温度、pH值的升高，积累的NH4+-N一部分以有明显臭味的NH3释放到大气中。通过菌剂接种，可以将升温过程缩短，同时由于菌剂的固氮作用，减少NH3的释放，达到除臭效果。
1.2 接种菌剂的实际效果在张陇利等进行的试验中充分证实了微生物菌剂的接种对污泥堆肥的积极作用。试验中接种菌剂为近10个菌株构成的复合微生物制剂。试验设计用污泥、锯末和回流堆肥三种物料按不同比例混合成6个试验堆体。经过为期21天的数据收集和分析工作证明，接种菌群的堆体升温速率和温度最高值均大于未接种菌群的堆体，且接种菌群的堆体升温速率和温度最高值均大于未接种菌群的堆体，且接种菌群的堆体增加率水分散失额有机质降解速度，控制了氮的损失，提高了GI值。

2 通风条件

氧气是影响堆肥进程的关键因素，是判断堆肥阶段的重要参数。氧气的供给影响到堆肥过程中微生物活动、温度控制、臭气产生、堆肥速度和质量等诸多方面。
2.1 通风条件影响堆肥的速度 堆体氧气状况直接影响堆肥微生物的活性，从而影响碳的转化形式。通风是改善氧气状况的重要措施。研究表明，污泥堆肥的最佳通风量为8.48L·h-1·kg-1（干基），此时CH4的排放量仅为初始总碳的0.12‰。通风量过低，堆体易出现厌氧区域，增加CH4产生量；通风量过高会缩短CH4的氧化时间，增加CH4排放量。
2.2 通风条件影响恶臭气体的排放 污泥堆肥过程中主要产生的恶臭气体是H2S，挥发性有机酸（VOAs）和氨气。 根据研究，缺少充足的氧气供应是产生H2S的主要原因。保持堆体内部气体中氧气含量超过14%，就可以减少H2S的产生。因此，对堆体进行持续或经常性的通风是避免产生H2S污染的最佳策略。 VOAs在很低的浓度下会产生很重的臭味，而氨气在很高的浓度下才能产生臭味。在厌氧状态下，堆体产生大量厌氧菌，并产生VOAs。研究证明，在氧气不充足的情况下不直接产生氨气，只是在堆体pH>7.0的情况下才会产生氨气。但氧气供给不足会在堆体内繁殖大量厌氧微生物，释放VOAs；而一味加大通气量会导致堆体pH的快速升高，增加氨气释放的可能。
2.3 通风条件影响堆肥的质量堆肥的稳定性是衡量堆肥质量的重要参数。不稳定的堆肥产品会抑制植物的生长和发芽，并带入有害物质与各种病原菌，导致植物患病。

3. 辅料的应用

污泥堆肥过程中，辅料的应用也是一个重要的因素。现常见的堆肥辅料主要有各类秸秆，木屑或一些植物类产品加工企业的下脚料等。
3.1 辅料的选择 现实生活中，可以选用结构稳固，具有较高的含碳量的材料作为辅料。但结合堆肥成本和实际应用条件，一般在充分考虑以下因素的前提下，选用缺少进一步使用价值的农作物秸秆或植物类产品加工的下脚料。 辅料的含碳量和纤维结构的不同，会使堆体在高温阶段停时长不同。适当的高温时长可以杀死病原微生物，保证堆肥质量，但温度过高会导致氮素的流失。 堆体的C/N是好氧微生物能够正常完成自身新陈代谢和分解有机物的一个重要指标。通过选择合适的辅料来调整堆体的C/N，维持适当的高温阶段时长，可以减少总氮损失，提高堆肥效率和质量。
3.2 辅料的处理 3.2.1 物理处理 在污泥好氧堆肥中，辅料普遍使用的是成本低廉，持续供货的植物秸秆。对于秸秆的物理处理就是将秸秆切断为2-5cm长度的辅料段。这样的长度便于在含水率80%左右的脱水污泥为主的堆体中支撑出局部空隙，保证堆体各处的氧气供应。 3.2.2 生物处理 植物秸秆辅料中含有大量的纤维素，它由β（1-4）键的葡萄糖单元所组成，通常与半纤维素和木质素连接在一起，其非均质基团为各种己糖、戊糖、糖醛酸聚体，它们在物料中常与一些更难分解的物质相结合，分解难度大。有研究表明，在污泥堆肥过程中，可以进行纤维素分解的菌群有中温好氧纤维素分解菌、高温好氧纤维素分解菌和高温厌氧纤维素分解菌。其中中温好氧纤维素分解菌的数量在前3 d上升，随后很快下降；高温好氧纤维素分解菌在前6 d数量上升，随后开始下降，第15 d达到最低值；高温厌氧纤维素分解菌在整个过程中数量不断增加[22]。这说明在辅料的处理过程中，投入适当的纤维素分解菌群对辅料进行预处理，会很大程度上提高堆肥效果和质量。 与污水处理中活性污泥法一样，污泥堆肥工艺中也需要依靠各类微生物的作用来实现污泥的腐熟，转化为腐殖质肥料。由于各污水处理厂进水水质有较大区别，污泥成分也不同，所以在进行污泥堆肥过程中应结合实际情况，投放微生物菌剂，改善通风条件和选择合适辅料。

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参考文献

[1] 席北斗, 刘鸿亮, 孟伟等. 高效复合微生物菌群在垃圾堆肥中的应用[J]. 环境科学, 2001, 22(5): 122-125.[2] 徐灵，王成端，姚岚.污泥堆肥过程中主要性质及氮素转变[J].生态环境,2008, 17(2): 602-605. [3] 郭瑞，陈同斌等.不同污泥处理与处置工艺的碳排放[J].环境科学学报, 2011,31(4):673-679.

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