污泥膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵的實(shí)驗(yàn)研究

朱海偉 陶依雯 吳海俊 王晨

（上海元鈞環(huán)?？萍加邢薰?上海 200331）

污泥膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵的實(shí)驗(yàn)研究

朱海偉 陶依雯 吳?？?王晨

（上海元鈞環(huán)?？萍加邢薰?上海 200331）

膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵工藝是一種將微孔功能膜作為脫水污泥好氧發(fā)酵處理覆蓋物的工藝技術(shù)。本實(shí)驗(yàn)利用上海奉賢污泥廠的新鮮脫水生活污泥，采用兩階段共24d的膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵工藝。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：通過調(diào)節(jié)物料含水率和C/N，經(jīng)過膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵處理，污泥有機(jī)質(zhì)發(fā)生降解，含水率不斷下降，最終穩(wěn)定在45%左右；2種不同工況的最高溫度均達(dá)到70℃以上，并在60℃維持8天以上，有效殺滅病原菌及雜草種子，實(shí)現(xiàn)污泥無害化、穩(wěn)定化和減量化的要求。

污泥；膜覆蓋；好氧發(fā)酵

多年運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)表明，生活污泥應(yīng)在污水處理廠內(nèi)就地規(guī)范處理，減少污泥處理成本，避免二次運(yùn)輸污染。所以我公司根據(jù)實(shí)際情況引進(jìn)了污泥膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵技術(shù)，并因地制宜進(jìn)行了優(yōu)化。

覆蓋功能膜的堆體在鼓風(fēng)的作用下，在膜內(nèi)形成一個(gè)低壓內(nèi)腔，從而使堆體供氧均勻充分，溫度分布均勻，可以確保發(fā)酵物的衛(wèi)生化水平，保證致病性微生物在發(fā)酵過程中得到有效殺滅，大大減少敞開式堆體工藝由于局部易發(fā)生厭氧而導(dǎo)致的臭氣產(chǎn)生[1]。

本研究采用膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵工藝技術(shù)研究污泥好氧發(fā)酵過程中溫度、含水率、有機(jī)質(zhì)含量、種子發(fā)芽率（GI）等因素的變化。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

該裝置采用雙層全鋼結(jié)構(gòu)制作而成（見圖1），裝置外形尺寸5.5m×2.7m× 2.0m。實(shí)驗(yàn)裝置的主要特點(diǎn)為底部設(shè)有強(qiáng)制通風(fēng)曝氣槽，兩側(cè)設(shè)計(jì)有功能膜固定裝置，電氣控制及供風(fēng)系統(tǒng)集成在裝置后端。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)污泥采用上海奉賢污泥廠的新鮮脫水生活污泥，含水率78.5%，總有機(jī)質(zhì)51.8%，總氮3.2%，種子發(fā)芽率（GI）16.3%；污泥發(fā)酵實(shí)驗(yàn)用輔料為秸稈，含水率19.6%，總有機(jī)質(zhì)72.9%，總氮0.76%；污泥發(fā)酵實(shí)驗(yàn)用回料含水率44.3%，總有機(jī)質(zhì)38%，總氮2.53%。為避免成熟秸桿與污泥混合不均造成污泥結(jié)塊，將秸桿切割為長(zhǎng)1cm～2cm的段。實(shí)驗(yàn)組分Ⅰ、Ⅱ共2組進(jìn)行，混合后特性見表1，組成比例見表2。

表1 污泥、回料、輔料混合特性表

表2 污泥、回料、輔料組成比例

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

新鮮脫水生活污泥與輔料、腐熟回料按表2進(jìn)行配比，進(jìn)入混合破碎機(jī)充分混合并均勻破碎后，通過布料機(jī)送入污泥發(fā)酵裝置進(jìn)行膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵。

實(shí)驗(yàn)?zāi)じ采w高溫好氧發(fā)酵工藝分兩個(gè)階段進(jìn)行。一次發(fā)酵過程在發(fā)酵倉內(nèi)完成，發(fā)酵周期為12d，發(fā)酵溫度應(yīng)保持在55℃以上且持續(xù)時(shí)間不得少于6d；一次發(fā)酵完成后翻堆進(jìn)行二次發(fā)酵，發(fā)酵周期為12d。一次及二次發(fā)酵堆體供氧均采用離心風(fēng)機(jī)強(qiáng)制鼓風(fēng)供氧，通氣頻率為間歇鼓風(fēng)。

發(fā)酵堆體分Ⅰ、Ⅱ組進(jìn)行，在發(fā)酵過程中監(jiān)測(cè)溫度、含水率、有機(jī)質(zhì)含量及種子發(fā)芽率的變化。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析討論

表3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

2.1 膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵過程中溫度的變化

第Ⅰ、Ⅱ組在兩階段內(nèi)膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵過程中的溫度變化如圖2、圖3所示。第Ⅰ、Ⅱ組經(jīng)過2天時(shí)間，堆體溫度都達(dá)到了55℃以上，分別在第3天和第四天達(dá)到最高溫度72℃和71.5℃，并在60℃以上高溫維持了8天左右，確保了發(fā)酵物的衛(wèi)生化水平，保證致病性微生物在發(fā)酵過程中得到有效殺滅。由圖1可知第Ⅰ組比第Ⅱ組的溫升速率略快，可能是因?yàn)榈冖窠M比第Ⅱ組的初始含水率低，回料比例大，初始時(shí)微生物含量較多，微生物分解有機(jī)質(zhì)所釋放的能量較多所致。

從第12天開始為二次發(fā)酵階段。此階段微生物降解的物質(zhì)主要是難降解有機(jī)物，分解速率較慢，故溫度上升空間較小。由圖2可見，第Ⅱ組發(fā)酵時(shí)達(dá)到最高溫度較第Ⅰ組高，可能與第Ⅱ組初始含水率較高有關(guān)。第Ⅱ組初始含水率較高，導(dǎo)致在經(jīng)過一次發(fā)酵后可能未達(dá)到基本腐熟程度，而部分未分解的有機(jī)質(zhì)在二次發(fā)酵的初期得到了進(jìn)一步降解。

好氧發(fā)酵初期，堆體基本呈中溫，嗜溫微生物活動(dòng)頻繁[2]，其生長(zhǎng)速率呈對(duì)數(shù)增長(zhǎng)，并在1d～2d內(nèi)達(dá)到最大值。當(dāng)堆體溫度上升超過55℃進(jìn)入高溫階段，嗜溫微生物受到抑制甚至死亡，取而

代之的是嗜熱微生物，堆體溫度表現(xiàn)為急劇上升至60℃甚至70℃以上。此時(shí)，堆體中的可溶性有機(jī)質(zhì)繼續(xù)被氧化分解，復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)如半纖維素、纖維素和蛋白質(zhì)也開始被強(qiáng)烈分解。在好氧發(fā)酵后期剩下部分難分解的有機(jī)質(zhì)和新形成的腐殖質(zhì)，這時(shí)微生物的活性下降，堆體發(fā)熱量減少，溫度下降趨勢(shì)緩慢，最終堆體溫度向環(huán)境溫度過渡。

圖2 第Ⅰ、Ⅱ組一次發(fā)酵過程中的溫度變化

圖3 第Ⅰ、Ⅱ組二次發(fā)酵過程中的溫度變化

2.2 膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵過程中含水率與有機(jī)質(zhì)的變化

第Ⅰ、Ⅱ組脫水污泥、回料及輔料的混合比例不同，混合后進(jìn)入發(fā)酵裝置的污泥含水率 分別為 62.59%和66.08%。從圖4可知，含水率呈下降趨勢(shì)，在膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵進(jìn)行到第6天時(shí)，含水率已分別降至55.1%和57.2%。到好氧發(fā)酵結(jié)束時(shí)，含水率都降至45%以下，從圖5可看出污泥呈黃褐色，無明顯臭味，呈松散狀，從表觀上認(rèn)為已達(dá)到腐熟標(biāo)準(zhǔn)[1]。

圖4 第Ⅰ、Ⅱ組膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵過程中的含水率變化

圖5 脫水污泥和膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵完成后的物料

第Ⅰ、Ⅱ組的初始有機(jī)質(zhì)含量分別為52.33%和53.11%，符合污泥好氧發(fā)酵的有機(jī)質(zhì)含量要求[1]。由于通風(fēng)和微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的降解作用[3]，有機(jī)質(zhì)含量呈下降趨勢(shì)，第Ⅰ組及第Ⅱ組在膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵完成后最終有機(jī)質(zhì)含量均在35%左右。

2.3 膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵的GI分析

從種子發(fā)芽率（GI）的測(cè)定情況可知，脫水污泥的初始GI值為16.3%。經(jīng)過兩次膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵后，兩組實(shí)驗(yàn)污泥的種子發(fā)芽率均達(dá)到了80%以上，說明經(jīng)過8天左右60℃以上的高溫，可殺滅幾乎所有的有害病菌和蟲卵，達(dá)到完全腐熟標(biāo)準(zhǔn)[1]。

3 結(jié)語

3.1 對(duì)城市污泥進(jìn)行膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵，經(jīng)過兩階段共24天的發(fā)酵處理，污泥的含水率都大幅度下降，堆肥結(jié)束時(shí)含水率降至45%左右，可使污泥減量化。

3.2 堆體的最高溫度都達(dá)到70℃以上，并可在60℃以上維持8天，達(dá)到污泥無害化處理的要求，能起到減量、殺菌、無害化的目的。膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵可以大大提高脫水污泥種子發(fā)芽率。

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部,中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì).城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南（試行）[Z]. 2011-03-18.

[2]趙書勤.高溫好氧發(fā)酵法處理城市污水廠脫水污泥[D].上海∶同濟(jì)大學(xué),2004∶21.

[3]王彪,完顏華,許麗萍.污泥高溫好氧堆肥的實(shí)驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2007,32(3)∶133-135.