城市污泥 复合肥 研究进展
一、污泥堆肥化的概念及意义
堆肥化是在有控制的条件下,使有机废弃物在微生物作用下发生降解,并同时使有机物向稳定的腐殖质方向转化的过程。污泥堆肥化是通过在污泥中加入一定比例的蓬松剂和调理剂,利用污泥中的微生物对有机物进行氧化分解,最终转化为稳定性较高的类腐殖质的过程。污泥经堆肥处理后,不仅可以消除污泥本身的臭味,而且堆肥过程中产生的高温可以杀死污泥中大部分病原菌和寄生虫,达到无害化的目的。另外堆肥后,污泥中的有机质分解后形成的速效养分更利于植物吸收,堆肥产生的腐殖质能改良土壤,可作为优良的农田肥料。
二、污泥堆肥化的条件控制
含水率是堆肥工艺的一个重要控制参数,直接影响着微生物的活性。研究者提出高效堆肥需要的含水率为50%~70%。Liang等研究了污泥堆肥过程中含水率、温度和微生物之间的关系,发现含水率对微生物活性的影响很大而且为主要的影响因素。魏源送等的研究也证实堆料的含水率严重影响污泥堆肥过程,并认为堆料的初始含水率不宜超过80%。
为了调整污泥含水率,改善堆料的透气性,通常需要添加辅料。辅料可分为调理剂和蓬松剂2大类。堆肥化过程中常用的辅料有木屑、树叶、秸秆、稻草、动物粪便等。张雪英等研究了不同蓬松剂对城市污泥强制通风堆肥的影响。冯磊等以秸秆作为蓬松剂,对城市污水污泥进行堆肥处理试验研究并认为蓬松剂的含量会影响堆肥效果。Fang等以木屑做蓬松剂,用粉煤灰做调理剂和污泥混合堆肥。
在堆肥过程中,温度是影响堆肥进程和最终产品质量的核心因素。国内外学者对于堆肥温度的研究主要集中在以下方面：堆肥升温过程的特点及堆体能达到的最高温度,堆体热量散失与环境温度的关系；控制过程与温度的关系；温度与微生物生长繁殖及种群演替的关系。Tateda等研究发现,环境温度对强制通风静态垛式堆肥堆体的底部温度影响最强烈。李艳霞等研究了环境温度对污泥堆肥的影响,即环境温度对污泥堆肥的起始升温影响不大。而徐红等的研究却表明,堆温受外界气温的影响不明显,而是按自身的发酵和腐熟过程变化。陈同斌等研究了城市污泥堆肥过程中的温度变化规律,认为堆体温度在高温阶段持续的时间、升温和降温的速率都和加入的调理剂的比例有密切的关系。丁文川等对污泥堆肥过程中温度与微生物降解有机物之间的关系进行了研究。
三、污泥堆肥化的重金属控制
污泥中的重金属含量是限制污泥大规模地利用的重要因素。重金属在污泥中的性质稳定,不易去除,并随污泥进入土壤后,长期积累可能会对环境造成危害。通过堆肥可以使污泥中的重金属的活性被钝化,重金属的生物有效性较低,植物可利用形态养分增加。李国学等研究了不同钝化剂对污泥堆肥中的铜、锌、锰等重金属形态的影响。 Chiang等研究了在污泥堆肥过程中通过添加高岭石的方法钝化重金属。Fang等研究了石灰对堆肥过程中重金属的影响。
四、污泥堆肥化的保氮技术
污泥中氮的含量是评价污泥农用价值的重要参数之一。Tiquia等认为在堆肥过程中,约有20%~70%的氮素会损失。氮素损失会使堆肥产品肥力减小,严重影响堆肥的农用价值。Barrington等研究发现,碳的损失与氮的损失成高度的反比关系。
五、污泥堆肥化技术工艺
污泥连续发酵工艺是目前国际上普遍使用的、较为先进的处理方法。日本、韩国以及欧美一些国家近年来相继研究出连续封闭仓式发酵系统。这种系统采用机械方式进料、通风和排料,具有自动化程度高、周期短、日处理污泥量大、处理后的污泥质量稳定,以及能有效控制臭气和其他环境污染因素等优点,综合效应好。
我国在污泥堆肥化技术工艺研究上近年来取得了初步成果,先后建成了一些机械化程度较高的堆肥厂,其堆肥技术在产品质量、运行操作可控性、环境质量等方面指标都达到了较高水平。魏源送等利用自行研制的强制通风静态仓进行污泥堆肥,研究了不同通风方式对污泥堆肥过程的影响,建立了适合我国城市污水处理厂的高效低能耗的污泥堆肥工艺。徐红等采用强制通风高温堆肥技术对生活污水处理厂的污泥进行堆肥化处理研究,使其堆肥产品质量达到稳定化和无害化,证明了该堆肥工艺的技术可行性。陈玲等针对上海曲阳污水处理厂的脱水污泥进行动态快速好氧堆肥处理工艺研究。张智等利用卧式螺旋式污泥好氧堆肥装置进行间歇式动态堆肥,对污水厂厌氧消化污泥进行中温堆肥试验研究,使有机物的降解率较高。
六、前景展望
城市污水处理是我国“九五”“十五”期间需重点解决的环保问题,而大力进行污水处理的同时,又面临着对其伴生物污泥处理处置的难题。利用城市污水厂污泥制造复混肥是适合我国国情且具有经济和环境双重效益的污泥处置方法。
七、结束语
污泥堆肥化技术经过近几十年的发展,取得了很大的进步,但在技术理论和工艺上还存在诸多问题尚待研究,堆肥化技术仍有很大的提高潜力。
污泥经堆肥化处理后,虽然解决了其易腐烂发臭、含水量高、含有病原菌和寄生虫等有害特性,但其中的重金属、盐分、及难降解有机毒物等未从根本上去除。要使污泥成为安全、有用的资源,还应对上述几个问题进行深入研究。关于污泥堆肥中难降解有机毒物的最终归宿问题,国内外研究报道很少,其影响有待进一步探讨。
参考文献
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张雪英,张宇峰,徐炎华,等,不同蓬松剂对城市污泥强制通风堆肥的影响南京工业大学学报,2003,25：68~71.
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