城鎮污水廠污泥好氧堆肥生產管理及土壤改良劑的應用領域

李常慧，劉永德，趙繼紅,2，曹 軍，黃克毅，周 鵬，金保生

(1.河南工業大學 化學化工學院，河南 鄭州 450000；2.鄭州輕工業學院，河南 鄭州 450000；3.鄭州市污水凈化有限公司，河南 鄭州 450000；4.新鄉市三禾環保設備科技有限公司，河南 新鄉 453000)

城鎮污水廠污泥好氧堆肥生產管理及土壤改良劑的應用領域

李常慧1，劉永德1，趙繼紅1,2，曹 軍3，黃克毅3，周 鵬3，金保生4

(1.河南工業大學 化學化工學院，河南 鄭州 450000；2.鄭州輕工業學院，河南 鄭州 450000；3.鄭州市污水凈化有限公司，河南 鄭州 450000；4.新鄉市三禾環保設備科技有限公司，河南 新鄉 453000)

摘要：指出了污泥堆肥是在好氧條件下，利用嗜溫菌、嗜熱菌將污泥中的有機物分解，并殺死病菌、寄生蟲卵等，提高污泥肥分的過程。從微生物角度對生產、管理和應用工程等方面進行了分析，系統闡述了污泥好氧堆肥的生產技術控制及操作管理技術，介紹了好氧堆肥生產的成品高效土壤改良劑的應用領域，提出了優化土壤改良劑生產及市場化的建議。

關鍵詞：污泥；堆肥；土壤改良劑；應用

中圖分類號：X53

文獻標識碼：A

文章編號：：1674-9944(2015)02-0236-03

Abstract:Sludge composting is produced through process of improving nutriment in a fertilizer, which is realized by the utilization of mesophilic bacteria and thermophilic bacteria to decompose the organic matter in the sludge and kill bacteria and parasitic ovum under the aerobic condition. From the perspective of microorganism, this article analyzes the sludge composting from the aspects of production, management and application engineering, and systematically expounds the control of productive technology and technology of operation management of the sludge aerobic composting; in addition, the article introduces the application fields of the high efficient soil conditioner that is produced by aerobic composting and proposes the suggestions for optimizing soil conditioner's production and marketization.

1引言

污泥堆肥是在好氧條件下，利用好氧的嗜溫菌、嗜熱菌的代謝作用，將污泥中的有機物分解，并殺滅傳染病菌、病毒、寄生蟲卵等，提高污泥肥分的過程，產生的肥料可以用于園藝和農業目的，是一種無害化、減容化、穩定化的綜合處理技術。通過污泥堆肥過程，有機物由不穩定的狀態轉變為穩定的腐殖質物質，堆肥的產品不含病原菌，無臭無蠅，可以安全處理和保存，是一種良好的土壤改良劑和有機肥料[1]。

為了得到質量合格的土壤改良劑產品，在污泥堆肥生產過程中需要切實提高污泥堆肥質量。污泥堆肥方式與原材料、工藝和設備以及產品的消納方向密切相關，呈現出條剁、單槽、連續式負壓式和容器式等多種堆肥工藝形式[2]。在規模化污泥堆肥生產中，堆體的孔隙率、通風量以及環境溫度作為生產的基本條件，直接影響到堆體升溫發酵進程和污泥無害化處置效果，對堆肥產品的質量有較大影響。

2污泥好氧堆肥生產及過程控制

在污泥混合料中，有機質、碳氮比、水分、孔隙率和環境溫度以及氧氣合適條件下，其中的自然微生物通過同化作用將部分有機質轉化為自身生長所需的細胞質獲得養分迅速生長繁殖，通過異化作用將有機質逐級分解，代謝為各種穩定的產物，很快可以進入到規模化的生化階段，對有機質進行礦化和腐殖化[3]。對淀粉、纖維素等多糖有機質分解，最終分解成二氧化碳和水；對蛋白質和生物堿等含氮有機物通過氨化、消化和反消化，將其分解為銨鹽和硝酸鹽；對含磷有機物分解產生磷酸和磷酸鹽；對含硫有機質分解形成硫酸和硫酸鹽；脂肪分解為脂肪酸和氨基酸；對有機質殘體和芳香族有機質合成腐殖質[4]。

在整個堆體的生化代謝過程中，釋放大量二氧化碳，產生一定量的分解水分，釋放出大量熱能持續加熱堆體升高堆溫，在高溫條件下曝氣吹脫水蒸汽干化堆體，經過多次均質翻拋再升溫，易分解有機質含量不斷分解減少，水分含量不斷蒸發下降，團塊逐層粉化，堆體漸變疏松，堆溫緩降趨于常溫，微生物代謝活動逐步停止，污泥高溫堆肥發酵結束。在此過程中，堆體通風曝氣是脫水的需要，更是好氧堆肥微生物的代謝條件，關系到最終代謝產物，影響到堆體溫度、有機物分解程度、堆體發酵周期和堆肥品質。而堆肥品質的好壞，關系到堆肥后續消納方向和應用工程經濟利益。

在堆體不同的發酵階段，堆體的溫度、水蒸汽散發狀態、氣味情況、堆體物料色澤、水分含量、團塊粒徑以及微生物菌種等方面呈現一定的規律性變化[5]。通過對污泥堆體的翻拋和曝氣等手段進行調控，平均溫度50℃下堆體保持8~12d以上，60℃以上保持5~8d的高溫期，確保有害菌、蛔蟲卵以及雜草種子有效滅活，有機質充分腐熟礦化和各種有害物變性改性，實現污泥的穩定化、無害化和減量化[6]。

2.1　堆肥生產三要素

堆體系統中的水分含量、孔隙率和溫度稱為堆肥生產三要素，三者之間相互關聯、相互作用。

2.1.1　堆體水分

堆體水分是影響微生物生長和代謝、堆體孔隙率、堆體溫度、發酵周期和堆肥質量的重要因素之一。堆體在發酵周期內其最大的脫水負荷是由設備和工藝決定的，混料超出負荷上限的水分無法脫出，反而影響到堆體的發酵周期及堆肥質量。堆體水分與各種材料的含水率和配料比相關。在生產和管理中，首先應確定出適合設備狀態、季節、原材料最大混料含水率和最低秸稈添配料比等參數，指導不同季節或原材料質量不穩定情況下的混料生產。

2.1.2　堆體孔隙率

堆體孔隙率關系到堆體的透氣性和發酵環境的好壞，有氧狀態下微生物好氧發酵，無氧狀態下則是厭氧發酵。堆體空隙率受水分含量、秸稈的種類、粗細粒徑比、添加量和回流料質量以及翻拋質量的直接影響，而秸稈粒徑過細、雜質率過高或使用晾曬干化的回流料對改變孔隙率的作用不大。無論什么原因影響到堆體的透氣性，都可能會把堆體轉化為缺氧厭氧狀態，改變堆體堆肥的進程。而堆體缺氧厭氧不僅會影響到溫度，還會產生硫化氫、三甲胺、甲硫醇和甲烷等厭氧臭氣。

2.1.3　堆體溫度

堆體溫度包括堆體高溫和高溫期，是堆體發酵的重要指標之一。最小堆體孔隙率和最大含水率是混料堆肥的基礎參數，高溫和高溫期是堆肥管理的階段目標，是好氧堆肥發酵成敗的關鍵。從原材料質量到發酵調控管理，任何一個環節出現問題，最終都會體現在堆體溫度、水分含量和堆肥質量上。污泥堆肥的三個主要的熱能平衡式如下。

(1)堆體熱動力平衡式表示為：

Q生化能→Q總熱能→q堆體升溫+q水汽蒸發+q輻射傳遞熱+q空氣加熱

(2)堆體水動力平衡式表示為：

H2O總量→H2O混料+H2O分解→H2O蒸發+H2O吹脫+H2O堆肥水分

(3)堆體基質動力平衡式表示為：

M總量→M堆肥+M分解

從熱能平衡式(1)可以看出，分解有機質產生的Q生化能是堆體系統總熱能Q總熱能，是堆體升溫的唯一熱源。從水分平衡式(2)可以看出，堆體系統水分總量H2O總量由H2O混料和H2O分解兩部分構成，堆體系統實際蒸發吹脫出的水分量與堆肥所含水分之和大于混料水分H2O混料，水汽蒸發和吹脫實現是堆肥發酵干化的主要形式。從基質平衡式(3)可以看出，有機質M分解被生化分解轉化部分是堆體能量Q生化能和H2O分解的來源。

從堆體系統微生物的好氧發酵、堆肥三要素和堆體動力平衡機理不同角度都表明，污泥堆肥是堆體微生物在有氧條件下多種要素協同發酵的過程。從堆肥工程的實踐中也可以看出，不同的發酵階段不同溫度和水分，預示著堆體處于不同的發酵階段、不同的發酵狀態和不同的發酵質量。在實際生產過程中，盡管設備自動化程度越來越高，工藝越來越先進，但是由于原材料、氣候溫度、混料生產、發酵過程管控和設備狀態等諸多因素的影響，發酵周期和堆肥質量仍然難以穩定。

2.2　好氧堆肥過程控制

2.2.1　技術控制

混料是堆肥的基礎環節，混合料質量的穩定性直接影響堆體發酵進程。污泥、秸稈輔料和回流料的水分含量和質量具有高不穩定性，也造成日常混料孔隙率、水分和有機質等質量下降。混料水分、孔隙率和碳氮比變化幅度過大時，直接影響到堆體升溫慢、堆溫低、再升溫困難、高溫期短的問題，如果發酵階段調控管理不當，會影響堆肥腐熟和脫水，堆肥質量難以保證。總之，通過調整配料比，保證混料透氣性和水分穩定性，減輕發酵階段管控難度。

結合實際生產情況看，混料水分高和透氣性差以及秋冬季低溫因素是造成堆肥生產影響的主要問題，冬季影響因素多，問題也最為突出。如果長期使用質量不合格回流料可能會造成“混料-發酵-堆肥回流料”的惡性循環。生產運行中，設備自動化程度越高，工藝越先進，對混料質量和穩定性要求越高。

2.2.2　管理控制

堆肥生產管理包括原材料、混料生產、發酵過程和堆肥質量動態調控管理等過程：主要是檢查和管控原材料質量；根據原材料和季節變化，調整配料比管控混料質量；通過調整翻拋和曝氣參數，控制高溫和高溫期，以保證在周期內生產出質量合格堆肥基料。堆肥生產管理水平體現在日常堆肥過程質量的管控，特別是對出現問題槽堆的處置調整能力方面。

堆肥品質包括物理指標、化學指標、生物學指標、肥效指標和有害物指標。管理人員憑借管理經驗可以通過堆肥溫度變化、水氣蒸發狀態、翻拋氣味、團塊形態、堆肥干散程度和物料色澤等相應變化，基本上可以直觀判斷出堆肥質量的概況。因此，提高管理人員的業務管理能力對于堆肥系統的運行是十分必要的。

3高效土壤改良劑的應用領域

3.1　開發生產高效土壤改良劑

在優質好氧堆肥質量基礎上，進行高效土壤改良劑配置生產，再次進行重金屬鈍化處理，用專用微生物進行二次定向發酵，提高乳酸菌、固氮菌和根瘤菌等肥效微生物和腐殖質的含量，也可以根據工程實際需要有針對性地進行有機肥、無機肥混配，制成高效土壤改良劑，提高改良劑肥效和安全性以及附加值，再應用于相關工程。

3.2　高效土壤改良劑使用原則

在堆肥應用工程中，首先，應遵循控制污染、避免肥害和規避風險的基本原則，避免盲目性和簡單化操作，因造成地下深層污染問題而受挫。其次，要學習和研究工程行業特點及基本規則，不斷提高專業技術知識和工程駕馭能力，妥善處理好各種實際問題。第三，承接可以充分發揮出高效土壤改良劑的優勢相關工程。

3.3　高效土壤改良劑應用領域

要嚴格在國家政策的范圍內使用污泥高效土壤改良劑，可以廣泛應用于糧食和果品之外的其它種植領域，適時開展：①各種廢棄礦山(被擾動的礦山地表層)生態修復工程；②鹽堿地和沙漠地區的綠化工程；③園林和綠化帶工程；④垃圾填埋場表層覆蓋生物防臭工程等堆肥生態環境修復型應用工程等方面的研究和開拓工作。

3.4　應用工程注意事項

生態環境修復應用工程，是在土肥和綠化傳統基礎上，融合現代生物、環保工程技術的新理念新方法，在土壤和地下水不被污染的條件下，進行被破壞地表環境的生態修復與綠化。堆肥企業是非專業綠化工程單位，對早期工程不能求大貪多，要進行充分調查，專業論證，精細核算，制定周密的技術實施方案，根據堆肥的質量和數量分步實施，充分做好防范可能的風險預案。

在應用工程中，要根據工程環境基礎和客戶要求情況，通過相關工程技術，采取針對性措施，將堆肥產品用于環境生態修復和園林植物綠化，解決污泥堆肥的安全去向和二次污染問題，符合國家相關政策和發展方向，還可以整合廢物資源，為企業增值創收。

4結語

污泥堆肥是一種無害化、減容化、穩定化的污泥綜合處理處置技術。通過污泥堆肥過程，有機物由不穩定的狀態轉變為穩定的腐殖質物質，堆肥的產品不含病原菌，無臭無蠅，可以安全處理和保存，是一種良好的土壤改良劑和有機肥料。堆肥產品——高效土壤改良劑完全可以作為有機肥料廣泛用于各種廢棄礦山和被擾動地表層生態修復、鹽堿地綠化、沙漠地區綠化和垃圾填埋場表層覆蓋等工程，推動市政污泥堆肥行業的健康良性發展。

參考文獻：

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[3]高定，張軍，陳同斌，等.好氧生物堆肥過程中有機質降解模型的研究進展[J].中國給水排水，2010，26(11)：153~156.

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[5]李海清，羅世田.城市垃圾好氧堆肥化處理技術[J].煤炭技術，2006，25(11)：9~11.

[6]李建國.堆肥腐熟度指標的探討[J].城市環境與城市生態，1990 (2) ：8~12.

Production Management of Sludge Aerobic Composting in

Urban Sewage Plant and Applications of Soil Conditioner

Li Changhui1, Liu Yongde1, Zhao Jihong1,2, Cao Jun3, Huang Keyi3, Zhou Peng3, Jin Baosheng4

(1.SchoolofChemistryandChemicalEngineering,HenanUniversityofTechnology,Zhengzhou450000,

China;2.ZhengzhouUniversityofLightIndustry,Zhengzhou450000,China;

3.ZhengzhouSewagePurificationCo.,Ltd.,Zhengzhou450000,China;

4.XinxiangSanheEnvironmentalProtectionEquipmentTechnologyCo.,Ltd.,Xinxiang453000,China)

Key words: sludge; compost; soil conditioner; application