功能膜覆蓋對市政污泥好氧發酵效能的影響

張燕劍 馬小杰

摘要：膜覆蓋高溫好氧發酵污泥處理術具有臭氣散發量小、發酵效果好、能耗低等特點，其與常規好氧發酵的主要區別在于功能膜的使用，該功能膜的作用是既保證了好氧發酵過程高效的進行，又有效解決了好氧發酵過程中的臭氣問題。本文結合上海某污泥處理工程項目，通過試驗室小試裝置，對比有無功能膜及改變好氧發酵物料的配比，考察污泥好氧發酵過程中功能膜對好氧發酵過程的影響及好氧發酵效果的影響，可以為實際應用提供參考。

關鍵詞：市政污泥；功能膜；好氧發酵；穩定化；資源化

中圖分類號：X705 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）07-0086-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.050

Effect of functional membrane coverage on aerobic fermentation efficiency of municipal sewage sludge

Zhang Yanjian 1， Ma Xiaojie 2，3

（1.Drainage Management Institute of Qingpu District， Shanghai 201799，China； 2. Zhejiang Shuanglin Environmental Co.， Ltd.， Hangzhou Zhejiang 311100， China；

3. Shanghai Miaoqin Environmental Technology Co.， Ltd.， Shanghai 201500，China）

Abstract： The membrane covered high temperature aerobic fermentation sludge treatment has the characteristics of small odor emission， good fermentation effect and low energy consumption. The main difference between the membrane and conventional aerobic fermentation is the use of functional membrane. The function of this functional membrane not only ensures the high efficiency of aerobic fermentation process， but also effectively solves the odor in aerobic fermentation process. Question. In this paper， the effect of functional membrane on aerobic fermentation process and the effect of aerobic fermentation in aerobic fermentation process of sludge are compared with the actual sludge treatment project in Shanghai， and the effect of functional membrane on aerobic fermentation process and the effect of aerobic fermentation in aerobic fermentation process are compared.

Key words： Municipal sludge； Functional membrane；Aerobic fermentation； Stabilization； Resource-based

近年來，中國各地陸續興建了一些膜覆蓋高溫好氧發酵污泥處理工程[1～3]，該技術具有臭氣散發量小、發酵效果好、能耗低等特點。膜高溫好氧發酵與常規好氧發酵的主要區別在于功能膜的使用，該功能膜的作用是既保證了好氧發酵過程高效的進行，又有效解決了好氧發酵過程中的臭氣問題。本試驗結合上海某污泥處理工程項目，通過試驗室小試裝置，對比有無功能膜及改變好氧發酵物料的配比，考察污泥好氧發酵過程中功能膜對好氧發酵過程的影響及好氧發酵效果的影響，為在實際中的應用提供重要參考。

1 材料與方法

1.1 好氧發酵原料

本試驗中試驗設計及試驗材料如表1所示。

1.2 好氧發酵裝置

好氧發酵采用模擬反應裝置，為高度 50 cm，直徑35 cm的雙層有機玻璃柱（圖1），容積約為50 L，外部采用隔熱棉包裹。實際填充物料容積約為40 L，底部采用穿孔管通風。

2 好氧發酵過程中指標變化

在好氧發酵小試過程中，分別測定了污泥的堆體溫度變化、總有機碳降解率、總氮、C/N比及速效磷及發芽指數的變化情況。其結果分別如圖2-7所示。好氧發酵過程中，處理1為污泥：輔料=1：2，但并沒有覆蓋膜；處理2為污泥：輔料=1：2，覆蓋膜；處理3為污泥：輔料=1：1，覆蓋膜[1]。由圖2可以看出處理2中溫度明顯高于處理3，處理2溫度最高能達65℃，而處理3僅能達到50℃左右。同時可以看出，好氧發酵過程中，覆蓋膜處理溫度比無膜覆蓋處理平均高3℃。由5.3可知，TOC含量處理1與處理2并無顯著性差異。處理3，TOC降解效果顯著不如處理1和處理2。總氮含量和C/N比與TOC規律相當，處理1與處理2并無顯著性差異（圖3和圖5）。速效磷處理1與處理2波動較大，總體呈現先上升后下降的趨勢。而對于處理2而言，發芽指數在前15天出現明顯抑制的現象[2]。

3 結果分析

3.1 數據分析

一般認為，堆體溫度在55℃條件下保持3d以上，可以殺滅物料中所含病原菌，滿足衛生學指標和好氧發酵腐熟的要求。由上述測定結果不難看出，污泥物料比例在1：2以上均能滿足此要求，并且膜的覆蓋在一定程度上能夠防止熱的揮發和散失。處理3污泥含量較高，導致溫度無法滿足要求。隨著好氧發酵的進行，好氧發酵物料越來越穩定，有機質的分解速率明顯下降，堆體溫度呈下降趨勢，最后接近環境溫度，說明好氧發酵基本腐熟。好氧發酵初始階段，嗜溫微生物迅速利用易分解有機質進行自身繁殖，大量有機質被分解礦化，快速下降；之后，隨著堆體溫度升高，嗜熱微生物逐漸占有優勢，開始大量利用纖維素、半纖維素和木質素等較難分解的有機質，含量緩慢降低。處理3初始TOC含量較低，主要是因為增加污泥比例會相對降低混合物料的TOC含量。但是輔料添加比例過高，導致C/N比高，氮素相對不足，導致大量有機質不能很快被消耗，延緩了有機質降解過程（前述內容中溶解性有機物后期較穩定）[3]。污泥高溫好氧發酵有機質降解主要集中在前兩周，控制好這一階段的好氧發酵條件，有助于提高有機質降解速率、無害化程度和好氧發酵效率。

好氧發酵混合料中總氮變化如圖4所示。好氧發酵初始階段，堆體內易分解有機質豐富、氮源充足，大量含氮有機質在微生物的作用下發生氨化作用，產生易揮發的氨，氨氮迅速累積，同時堆體溫度迅速上升，并且持續高溫，使得被物料吸附和溶解在液相中的氨打破了原有的平衡而大量揮發，反應器內有明顯的氨味，大量隨著通風而逸出，一直持續到高溫期結束，導致大量氮素損失。處理1中由于沒有膜的覆蓋，導致在前5d總氮下降很快，達到最低點，有機質降解帶來的濃縮效應遠不能彌補氨氣揮發造成的氮素損失，導致TN含量下降，而處理2膜覆蓋后能夠在一定程度上降低氮素的損失，處理3基本維持在原有水平上。處理1和處理2的C/N比在過程中基本呈現下降趨勢，在20天后下降趨勢趨于平緩，綜合堆體溫度變化，說明好氧發酵已經趨于穩定，進入后熟階段[4]。

圖7為好氧發酵過程中GI的變化規律，從圖中可以看出，好氧發酵結束后，發芽指數處理2>處理1>處理3。但是在好氧發酵過程中，處理2好氧發酵初期種子發芽率受到抑制，可能的原因有三個：（1）污泥中小分子有機酸初期濃度較高，抑制了種子的發芽率，隨著好氧發酵進行，小分子有機酸被分解或者轉化成高分子腐殖酸；（2）膜的覆蓋導致堆體中氨的大量積累，從而抑制了種子發芽率，隨著好氧發酵進行，氨轉化、揮發；（3）重金屬的固定和有效形態的轉變。

3.2 經濟性分析

目前有很多關于減少好氧發酵氮素損失、提高速效磷含量的研究。本試驗中三個處理均能保證好氧發酵順利進行，等量輔料（以1.0 kg干重計算）可以處理的污泥量（以干重極）分別為0.5 kg和1.0 kg。處理3調理劑節省了50%，但處理效果不是很好。但過高的增加調理劑含量，會導致運輸、粉碎和混合等費用和能耗；增加污泥比例可以大幅度提高處理效率，并且由于碳源限制可以縮短一次發酵時間，好氧發酵系統利用率高，調理劑的好氧發酵產品存儲空間減少，基礎建設費用降低；污泥好氧發酵在很大程度上只是為了無害化和減量化，所以結合實際運行情況（溫度可達80℃），加上本試驗的試驗結果，認為污泥輔料混合比例在1：1-1：2之間，適當減少曝氣量，控制溫度在70℃以下， 在滿足好氧發酵質量的基礎上，還能夠提高好氧發酵效率，有顯著的生產價值和經濟效益。

4 膜覆蓋式好氧發酵處理污泥技術評價

從試驗結果來看，處理后污泥基本滿足《城鎮污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質》（GB/T 23486-2009）中的要求，除個別情況下理化指標（pH和EC）和污染物指標（Cu和As）外，均能滿足園林綠化要求。污泥園林綠化利用時，應控制污泥中的鹽分，避免對園林植物造成影響。污泥施用到綠化地后，要求對鹽分敏感的植物根系周圍土壤的EC值宜小于1.0 mS/cm，對某些耐鹽的園林植物可以適當放寬到小于2.0 mS/cm。從以上結果分析可知，污泥園林利用時，宜根據污泥使用地點的面積、土壤污染物本底值和植物的需氧量確定合理的污泥使用量。

從養分指標來看，本項目處理污泥泥質均能滿足要求，甚至遠超過限制要求。但是從測試項目中不難看出，溶解性有機質相對含量較高，膜覆蓋導致氮素流失減少，在污泥中大量積累，其結果可能會導致徑流中磷和氮濃度的提高，從而導致二次污染。因此污泥如果使用不當，其中的氮磷將隨降水進入地表徑流最終流入江河湖泊，造成非點源污染問題。從污染物指標來看，污泥經過膜發酵好氧發酵后，重金屬無論是總量還是生物有效性，都能得到很好的控制。

5 建議

本項目污泥處理泥質可滿足園林綠化使用要求。為進一步提高污泥處理效果，根據本項目測定指標，結合國家相關標準和國內外參考文獻，建議如下：

（1）污泥、輔料的參合比例為1：2，處理后污泥中溶解性有機物含量較高，因此建議可適當降低輔料投加比例，在重金屬達標的基礎上，控制在1：1-1：2之間為宜。

（2）本項目好氧發酵過程中溫度高達80℃，溫度高于65℃時并不利于微生物的增值和活性。因此可合理控制曝氣量，控制最高溫度在70℃左右，這樣不僅可以節約能源，而且能夠促進有機物的降解，減少二次污染的可能性。

（3）處理污泥應根據實際情況，確定合理比例，正確使用。

參考文獻

[1]王濤.膜覆蓋條垛堆肥技術與應用案例[J].中國環保產業，2013（12）：25-28.

[2]馬小杰，黃瑾.膜覆蓋好氧發酵工藝在城鎮污泥處理中的應用[J].中國市政工程，2015，180（4）：42-44.

[3]王軍軍.膜高溫好氧發酵技術在污泥處理工程中的應用[J].給水排水，2016（4）：40-44.

[4]馬小杰，黃瑾.膜覆蓋好氧發酵工藝在城鎮污泥處理中的應用[J].中國市政工程，2015（4）：42-44.

收稿日期：2018-05-22

作者簡介：張燕劍（1984-），女，工程師，學士，研究方向為給排水管理。