污泥膜覆蓋高溫好氧發酵的實驗研究

朱海偉 陶依雯 吳海俊 王晨

（上海元鈞環保科技有限公司 上海 200331）

污泥膜覆蓋高溫好氧發酵的實驗研究

朱海偉 陶依雯 吳海俊 王晨

（上海元鈞環保科技有限公司 上海 200331）

膜覆蓋高溫好氧發酵工藝是一種將微孔功能膜作為脫水污泥好氧發酵處理覆蓋物的工藝技術。本實驗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酵工藝。實驗結果表明：通過調節物料含水率和C/N，經過膜覆蓋高溫好氧發酵處理，污泥有機質發生降解，含水率不斷下降，最終穩定在45%左右；2種不同工況的最高溫度均達到70℃以上，并在60℃維持8天以上，有效殺滅病原菌及雜草種子，實現污泥無害化、穩定化和減量化的要求。

污泥；膜覆蓋；好氧發酵

多年運營經驗表明，生活污泥應在污水處理廠內就地規范處理，減少污泥處理成本，避免二次運輸污染。所以我公司根據實際情況引進了污泥膜覆蓋高溫好氧發酵技術，并因地制宜進行了優化。

覆蓋功能膜的堆體在鼓風的作用下，在膜內形成一個低壓內腔，從而使堆體供氧均勻充分，溫度分布均勻，可以確保發酵物的衛生化水平，保證致病性微生物在發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生厭氧而導致的臭氣產生[1]。

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

1 實驗材料與方法

1.1 實驗裝置

該裝置采用雙層全鋼結構制作而成（見圖1），裝置外形尺寸5.5m×2.7m× 2.0m。實驗裝置的主要特點為底部設有強制通風曝氣槽，兩側設計有功能膜固定裝置，電氣控制及供風系統集成在裝置后端。

圖1 實驗裝置示意圖

1.2 實驗材料

實驗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%，總有機質51.8%，總氮3.2%，種子發芽率（GI）16.3%；污泥發酵實驗用輔料為秸稈，含水率19.6%，總有機質72.9%，總氮0.76%；污泥發酵實驗用回料含水率44.3%，總有機質38%，總氮2.53%。為避免成熟秸桿與污泥混合不均造成污泥結塊，將秸桿切割為長1cm～2cm的段。實驗組分Ⅰ、Ⅱ共2組進行，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 實驗方法

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

實驗膜覆蓋高溫好氧發酵工藝分兩個階段進行。一次發酵過程在發酵倉內完成，發酵周期為12d，發酵溫度應保持在55℃以上且持續時間不得少于6d；一次發酵完成后翻堆進行二次發酵，發酵周期為12d。一次及二次發酵堆體供氧均采用離心風機強制鼓風供氧，通氣頻率為間歇鼓風。

發酵堆體分Ⅰ、Ⅱ組進行，在發酵過程中監測溫度、含水率、有機質含量及種子發芽率的變化。

1.4 測定項目及方法

2 實驗結果與分析討論

表3 測定項目及方法

2.1 膜覆蓋高溫好氧發酵過程中溫度的變化

第Ⅰ、Ⅱ組在兩階段內膜覆蓋高溫好氧發酵過程中的溫度變化如圖2、圖3所示。第Ⅰ、Ⅱ組經過2天時間，堆體溫度都達到了55℃以上，分別在第3天和第四天達到最高溫度72℃和71.5℃，并在60℃以上高溫維持了8天左右，確保了發酵物的衛生化水平，保證致病性微生物在發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，可能是因為第Ⅰ組比第Ⅱ組的初始含水率低，回料比例大，初始時微生物含量較多，微生物分解有機質所釋放的能量較多所致。

從第12天開始為二次發酵階段。此階段微生物降解的物質主要是難降解有機物，分解速率較慢，故溫度上升空間較小。由圖2可見，第Ⅱ組發酵時達到最高溫度較第Ⅰ組高，可能與第Ⅱ組初始含水率較高有關。第Ⅱ組初始含水率較高，導致在經過一次發酵后可能未達到基本腐熟程度，而部分未分解的有機質在二次發酵的初期得到了進一步降解。

好氧發酵初期，堆體基本呈中溫，嗜溫微生物活動頻繁[2]，其生長速率呈對數增長，并在1d～2d內達到最大值。當堆體溫度上升超過55℃進入高溫階段，嗜溫微生物受到抑制甚至死亡，取而

代之的是嗜熱微生物，堆體溫度表現為急劇上升至60℃甚至70℃以上。此時，堆體中的可溶性有機質繼續被氧化分解，復雜的有機質如半纖維素、纖維素和蛋白質也開始被強烈分解。在好氧發酵后期剩下部分難分解的有機質和新形成的腐殖質，這時微生物的活性下降，堆體發熱量減少，溫度下降趨勢緩慢，最終堆體溫度向環境溫度過渡。

圖2 第Ⅰ、Ⅱ組一次發酵過程中的溫度變化

圖3 第Ⅰ、Ⅱ組二次發酵過程中的溫度變化

2.2 膜覆蓋高溫好氧發酵過程中含水率與有機質的變化

第Ⅰ、Ⅱ組脫水污泥、回料及輔料的混合比例不同，混合后進入發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，在膜覆蓋高溫好氧發酵進行到第6天時，含水率已分別降至55.1%和57.2%。到好氧發酵結束時，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，從表觀上認為已達到腐熟標準[1]。

圖4 第Ⅰ、Ⅱ組膜覆蓋高溫好氧發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酵完成后的物料

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

2.3 膜覆蓋高溫好氧發酵的GI分析

從種子發芽率（GI）的測定情況可知，脫水污泥的初始GI值為16.3%。經過兩次膜覆蓋高溫好氧發酵后，兩組實驗污泥的種子發芽率均達到了80%以上，說明經過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，達到完全腐熟標準[1]。

3 結語

3.1 對城市污泥進行膜覆蓋高溫好氧發酵，經過兩階段共24天的發酵處理，污泥的含水率都大幅度下降，堆肥結束時含水率降至45%左右，可使污泥減量化。

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

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部,中華人民共和國國家發展和改革委員會.城鎮污水處理廠污泥處理處置技術指南（試行）[Z]. 2011-03-18.

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

[3]王彪,完顏華,許麗萍.污泥高溫好氧堆肥的實驗研究[J].環境科學與管理,2007,32(3)∶133-135.