城市污水污泥及麻 黃廢渣堆肥化研究

2017-04-19  來自: 鶴壁市百惠生物科技有限公司 瀏覽次數:645
摘要:本文對城市污水污泥與麻 黃廢渣進行堆肥無害化處理,考察了溫度、水分、pH及各有機成分的變化趨勢,探討了堆肥腐熟度的指標。

關鍵詞: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]。污泥的成分非常復雜,不僅含有較豐富的氮、磷及多種微量元素和大量有機質,同時還含有病原菌、寄生蟲(卵)、重金屬、鹽分及某些難分解的有機毒物。因此,必須進行適當處理,才能二次利用,否則會引起二次污染。[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]。因環境壓力與經濟壓力的日益增大,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行費用巨大(分別占污水處理廠費用的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擔。例如,烏魯木齊市河東污水處理廠的污泥已堆積成山,任意堆放,造成嚴重的二次污染。研究探索一種適合新疆污水污泥的處理方法和技術,是很有必要的。另外,新疆是我國麻 黃素生產基地之一,將麻 黃素廠的麻 黃廢渣與污水污泥進行堆肥化研究,化害為利,變廢為寶,服務于人類,實現可持續發展戰略,具有顯著的社會效益、經濟效益和環境效益。  

  2 試驗材料

  2.1 污泥的來源及成分析分

  本試驗的污泥來自烏魯木齊市河東污水處理廠。該廠的污水處理能力為20萬噸/日,以其中含污泥量0.02%計,將產生污泥約40噸/日。 污泥成分分析[1-6]結果見表1。 從表1可知,烏市污泥中的有機質含量較高,其堆肥產品的品質會好。氮和鉀的含量也較高,對于缺鉀的土壤來說是一個很好的鉀肥來源。污泥中磷的含量偏低,但是磷肥是價格比較昂貴的肥料,因此污泥中的磷作為磷肥的有益補充有價值的。由于對進入市政排污系統的污水缺少嚴格的質量控制,很難保證污泥中低的重金屬含量。與國家標準 GB4284-84對照可以看出,河東污水廠污泥中重金屬除Zn外,均未超過國家標準。而新疆的土壤又是普遍缺Zn的,施用污泥有助于補充土壤中的Zn。因此,該污泥作為農用是無害的,不會對作物產生重金屬污染。

  2.2 麻 黃廢渣來源及分析結果  

  麻 黃廢渣取自新疆制藥廠麻 黃素車間。用化學分析法測定麻 黃廢渣的主要成分[2],結果見表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鹽;有機物含量為83.54%,主要富含纖維素、半纖維素、木質素、蛋白和脂肪,完全可作為堆肥的有機原料。

  3. 試驗設計[5]

  堆肥化過程是復雜的生物化學過程。試驗選用的填充料為剪碎的麻 黃桿廢渣。把麻 黃廢渣和污泥進行混合堆肥,不僅能減少環境的污染,降低大量費用,更重要的是能變費為寶,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。試驗是模擬大規模堆肥中的一小塊污泥微元,可認為與環境沒有熱交換下,進行九個樣的污泥堆肥處理。

  4. 實驗結果與討論

  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物發生生物化學降解,把廢棄有機質轉化為類腐殖質的生化過程。本試驗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和堆肥工藝過程的重要因素。對堆肥過程來講,溫度是其狀態的表觀體現。所有過程參數的控制都是為了使堆肥時堆體的溫度最快上升、維持適當的堆腐溫度及順利地下降。因為堆體的高溫才能殺死其中的病原菌,在堆體適當的溫度范圍內有機質降解最快,同時在適當的情況下進行水分的去除和堆肥溫度的下降,結束堆肥。試驗中堆肥的溫度隨堆肥時間的變化情況如圖1所示。

  堆肥經歷了24天的時間。   

  從堆肥的溫度變化情況看,堆肥都經歷了完整的升溫、恒溫和降溫階段。從開始發酵,堆體溫度持續升高,在1-7天,溫度由17℃升至55℃;保持恒溫 55~60℃,持續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,繼續監測溫度,未見溫度有上升。說明堆肥已達穩定。

  堆肥過程中,寄生蟲和病原菌[6]被殺死,在12天測定細菌數,結果見表3。實驗表明,污泥堆肥經過9、10、11三天的55℃高溫,即可殺滅決大多數的病原菌符合堆肥的衛生學指標,可以安全施用。

   4.2 水分

  在堆肥生態系統中,水分含量是一個重要的物理因素。水分對于有機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.溶解有機物,參與微生物的新陳代謝;2.水分蒸發時帶走熱量,起調節堆肥溫度的作用。堆肥原料水分的多少,直接影響好氧堆肥反應速度的快慢,影響堆肥的質量,甚至關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,稱量以烘干損失重量作為水分含量[1.2]。     

 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,這也是微生物活動的適宜條件。從圖2可以看出,在達到高溫44℃后,即第5天,大量微生物開始進行有機質的降解,出現了水分含量升高的現象,這一現象完全符合有機質的好氧分解會有水分產生的原理。

 C10H19O3N+12.5O2→10CO2+8H2O+NH3

隨后堆肥達到高溫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,進行有機物的降解,放出熱量,以維持堆體高溫,同時也分解生成水分。到第17天,堆肥溫度開始下降,堆體的水分也略有降低,堆肥過程結束。

  4.3 pH值

  對堆肥體系進行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行。

  4.4 有機成分

  快速高溫堆肥,首要的是熱量平衡問題。低的有機質含量產生的熱量不足以維持堆肥所需的溫度,并且堆肥產品由于肥效低而影響使用。有機質含量過高,又會給通風供氧帶來影響,可能造成部分厭氧狀態和產生惡臭。堆肥原料適宜的有機質含量為20~80%。本試驗的堆肥污泥有機質含量在50~70%之間,因此適宜堆肥。對堆肥體系的有機質、腐殖質、脂肪和蛋白質的含量變化[7]作了監測,平均含量變化結果見圖3。  

  從圖3可以看出:1.隨著堆肥的進行,各堆肥有機質均呈現下降趨勢;2.腐殖質總的趨勢呈下降趨勢;3.脂肪、蛋白質的含量也有所下降。4.淀粉的含量由開始的0.18%在第九天即降為零。 本試驗把污泥中的有機質劃分為淀粉類、類脂物類、蛋白質類、腐殖質類,纖維素類等[20]。在微生物的作用下,這些有機質都應發生不同程度的分解,最終都呈下降趨勢。淀粉、蛋白質、脂肪、腐殖質等有機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>腐殖質。應該加以說明的是,本次試驗未測定堆肥過程中纖維素的降解情況。文獻綜述中已提到,纖維素與淀粉、蛋白質、脂肪、腐殖質相比是較穩定的,是不易被分解的有機質。

   4.5 堆肥腐熟度的初步探討

   本次試驗堆肥產品的腐熟度從以下幾個方面分析:

   1.堆肥的物理性狀:

  (1)本次試驗的堆腐污泥,后期溫度自然下降,不再上升;

  (2)堆肥后的污泥含水率下降,呈現疏松的團粒結構,臭味消失。

   2.堆肥的化學性狀:

  (1).腐殖質、蛋白質的降解。堆肥過程中,腐殖質和蛋白質的含量均呈現下降趨勢;

  (2)脂肪的降解。脂肪的降解隨堆肥的進行逐漸平緩,呈較強的規律性。當脂肪降解平緩時,堆體中降解的主要是腐殖質和纖維素,它們不會產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是合理及可行的。只要處于正常的堆肥狀態下,當其中的脂肪降解達到平緩時,說明堆體中的易降解有機物已經降解完全,堆體的溫度不會再次上升,堆肥已達穩定。

      (供應有機肥發酵菌種和生物有機肥生產技術。本技術適宜于處理的廢棄物包括:(1)糞便類 雞糞、豬糞、牛糞、羊糞、馬糞等動物糞便;(2)秸稈類 玉米秸稈、稻草、麥秸、豆秸等農作物秸稈;(3)殼糠類 稻殼、稻殼粉、花生殼粉、花生秧粉、谷糠、菌糠等;(4)糟渣類 酒糟、醬油糟、醋糟、糠醛渣、木糖渣、酶渣、大蒜渣、糖渣等;(5)餅粕類 豆餅、豆粕、油枯、菜籽餅等;(6)其他 生活污泥、濾泥等。通過生物發酵腐熟,制作成達到NY525-2002標準的有機肥料。http://www.dzdazz.live/。專家熱線:15803924096)
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