城市污水污泥农用资源化技术研究.pdf

城市污水污泥农用资源化技术研究 ＊ 程永高 1 何红升 1 吴艳青 2 1.邢台职业技术学院资环系, 河北 邢台 054035; 2.邢台职业技术学院艺术系, 河北 邢台 054035 摘要 通过对城市污泥的成分分析, 表明其资源化利用具有可行性, 并自制实验装置对污泥进行好氧堆肥试验, 试验得 出符合农用资源化条件的污泥肥料。 关键词 城市污泥; 重金属; 好氧堆肥; 农用资源化 RESEARCH ON TECHNOLOGY OF USING URBAN SEWAGE SLUDGE AS AGRICULTURAL RESOURCES Cheng Yonggao1 He Hongsheng1 Wu Yanqing2 1. Department of Resource and Environment, Xingtai Professional Technical College, Xingtai 054035, China; 2. Arts Department of Xingtai Professional technical College, Xingtai 054035, China Abstract It is feasible to use urban sewage sludge as agricultural resources through analysisof the composition of the sludge. A self- made setup is used to carried out the test of aerobic composting using the sludge. The test shows that the sludge fertilizer can meet the conditions of agricultural resources. Keywords urban sewage sludge; heavy metals;aerobic composting;agricultural resources ＊河北省科研项目城市污泥好氧堆肥的研究 20081309 。 近年来,随着我国经济建设高速发展和人们环境 保护意识的增强 ,国家对污水排放制定了较严格可行 的标准,建成了各种类型和不同规模的污水处理厂。 但同时污水处理厂产生大量的残渣即污泥采用直接 排放、直接施用于农田和填埋的处理办法 ,这实际上 是对环境造成了二次污染 ,严重危害人体健康 。因此 如何合理 、安全使污泥资源化处理事在必行, 迫在 眉睫 。 1 城市污泥的泥质评价及农用资源化可行性分析 城市污泥是污水处理过程中的伴生物。污泥的 农田利用之所以受到人们重视 ,主要原因是污泥中含 有比较丰富的有机营养成分氮 、 磷 、 钾等 ,同时其含有 的一些重金属影响了污泥的农用资源化利用。经过 测定分析 , 邢台市污水处理厂污泥泥质的状况见 表1 ～ 表 4。 从表 1～ 表 4 可以看出 ,城市污泥中含大量有机 物成分和部分菌类及重金属等, 通过与农家肥比较, 其氮 、 磷较高。如果能够去除污泥中重金属、菌类 ,从 而符合农作物的使用条件 ,那么污泥就具有很高的资 源价值及制造肥料的可行性。 表 1 污水处理厂污泥组分分析mg kg 项目含水率蛋白质脂肪碳水化合物 混合污泥6737. 780. 9461. 28 表 2 重金属及有毒物质含量mg kg 项目CuNiZnPbCrAsHg 含量371153107930048716 . 36. 86 表 3 污水处理厂污泥卫生学指标 细菌总数 105个g - 1 大肠菌群 105个g - 1 蛔虫卵 105个g- 1 活卵 率 肠道致病菌 检出率 738. 018. 317. 069 . 866. 7 表 4 污泥中的营养成分与农家肥比较 肥料类别有机物氮磷钾 污水处理厂污泥55～ 692 . 6～ 5 . 41 . 2～ 1. 50. 28～ 0. 4 猪厩肥25. 00. 450. 083极少量 马厩肥25. 00. 580. 122极少量 牛厩肥20. 00. 340. 070极少量 羊厩肥31. 80. 841. 100极少量 33 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期 2 污泥好氧堆肥农用资源化利用试验 2. 1 污泥预处理 2. 1. 1 污泥的驯化 取邢台市污水处理厂的二沉池污泥10 L放入曝 气池内,按10 g L的投配比加入硫粉, 曝气培养 ,至 pH 值稳定在某一固定的 pH 值为止 ,即可认为污泥的驯 化结束。 2. 1. 2 污泥中重金属的钝化 该二沉池污泥42. 5 L和驯化完成的污泥7. 5 L共 同加入曝气池内 ,按3 g L的投配比加入硫粉, 曝气5 d 后,去除上清液。处理后 pH 6. 5, 泥中重金属的含 量如表5 所示。 表 5 处理后污泥中重金属的含量mg kg 元素CuNiZnPbCrAsHg 含量13691535376124 农用标准250100500300600755 从表 5 可以看出, 处理后的污泥符合我国农用标 准。重复上述处理过程, 便可以得到满足国家农用标 准限值的污泥。将污泥进行浓缩脱水处理后备用 。 2. 2 污泥好氧堆肥 将试验中得到的污泥 ,加辅助材料 植物秸杆 、 锯 末等 混合好氧堆肥 ,工艺流程如图 1。 污泥原料一次发酵 通风除臭 调理剂 二次发酵造粒低温干燥冷却 复合肥 混合成品 图 1 污泥堆肥工艺流程 2. 2. 1 试验装置及堆肥材料 污泥 堆 肥 好 氧 发 酵 装 置 为 筒 体 状 , 体 积 0. 785 m 2 , 尺寸3. 14 m 0. 5 m 1 m, 离地高度是 20 cm,装置的正上方设置3 个孔径2 cm、 孔距10 cm的 圆孔, 用于温度测量; 正下方焊接100 cm 20 cm的凹 型槽, 凹型槽的两端开有 2 个通风孔, 孔径2 cm ,通风 孔一端密封 ,另一端与鼓风机相连; 筒体中间设置搅 拌混合污泥的 2 个十字交叉的金属棒 ,筒体外侧面对 角线焊接 4 个矩形的把手, 用于筒体转动 。污泥发酵 池平面示意图如图 2 所示。 图 2 污泥好氧堆肥发酵池平面 向污泥堆肥好氧发酵装置加料时在煤渣上加一 层木糠 , 然后原料污泥和木糠交替放置 原料泥 20 cm,木糠2 cm , 堆高约为40 cm ,断面成梯形状 如 图3 所示 ,泥堆表面覆盖一层厚度约5 cm木屑用于 保温 。 2. 2. 2 试验方法 试验污泥采自邢台市污水处理厂, 含水率平均为 67左右 ,污泥的通气性能差 ,由于在堆置时易黏结 图 3 污泥堆肥断面 成块产生恶臭, 因此外加木糠、稻草等作为外源有机 调理剂,采用强制通风的好氧 厌氧堆肥发酵方法 。 试验过程中 ,每天上午、中午和下午各测量和记 录一次堆温 ,每次测量堆温选取 8 个不同位置测量, 计算每次的平均堆温 ,再计算一天的平均堆温 。每日 堆温依次出现升温、高温 、 降温 3 个阶段, 而整个泥堆 的温度变化并未达到资料中介绍的高温阶段。在常 温下好氧发酵过程的泥堆温度随时间的变化见图 4, 含水率变化见图 5。堆肥期间, 每天定时定量通过鼓 风机向泥堆中输送氧气, 增加好氧发酵的速度, 采用 2 kW鼓风机, 送风量为4 m 3 min, 送风频率10 min h, 并适当参照堆温变化进行送风。考虑到开始几天耗 氧量稍大, 因此每天鼓风机的送风量采用10 min h送 风频率,7 天后适当减少送风, 送风频率为5 min h ,并 适当参照温度的变动适量地加大或减少送风的风量, 以免泥堆受通风影响而降低堆温。 3 试验结果及分析 堆肥的目的是稳定污泥, 杀灭污泥内部的有害细 菌,便于后续利用。堆体温度的变化可以直观地反映 堆肥过程中微生物的活性和堆肥的进程 ,同时也是衡 34 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期 图 4 常温下泥堆温度变化情况 图 5 堆肥含水率变化曲线 量堆肥腐熟的一个重要参数 。如图 4 所示, 试验前 3 天温度处于上升阶段 ,在第 3 天达到最高温度65 ℃, 在50～ 55 ℃以上维持 3 天后 微生物基本死亡 , 说 明堆体中微生物在良好通风状态下分解活动旺盛导 致升温。随着可分解底物的不断减少, 微生物的活动 减慢, 堆体温度快速下降 , 降至40 ℃左右时, 下降减 缓。至22 ℃,随后几天一直保持该状态, 认为当堆肥 温度稳定在20～ 30 ℃ 时发酵基本完成 。 在好氧堆肥过程中, 水分的主要作用是为微生物 吸收养分提供介质 ,堆体保持一定的湿度 ,对微生物 的生长繁殖等代谢活动提供合适的环境条件, 因此, 含水率是影响堆肥进程的重要因素之一 。堆肥开始 时含水率为60. 04,随着发酵的进行, 含水率逐渐降 低,最后降至 50. 78。 一般认为堆肥含水率降到 50以下 ,微生物的活性要受到抑制作用。 好氧发酵后的污泥, 臭味大大减弱 。测其含水率 为51。然后静置厌氧堆放60 d ,其含水率进一步降 低到 43。堆肥结束后, 污泥外观呈松散状, 无异 味。发酵完成后的腐熟产品经自然干化后取样检测 结果如表 6 所示 。 从分析结果可以看出 ,经过自然干化的堆肥成品 其含水率已经大大降低, 这样在进行烘干处理时的成 本可大为降低。在试验过程中可以观察到,未进行堆 肥处理的污泥臭味较大, 且易滋生蚊蝇 , 而经过堆肥 处理的污泥在自然干化过程中既没有臭味,也没有蚊 蝇滋生 。污泥中的营养元素氮 、磷、钾等在堆肥处理 过程中未表现出明显的变化, 说明堆肥处理中, 污泥 的营养元素未损失 。经过堆肥后可与无机肥料混合 制成新型有机复合肥 。 表 6 腐熟产品的成分含量 水分 有机质 N gkg- 1 P gkg- 1K gkg- 1 样品18 . 5637. 4538. 7916 . 05 . 75 样品213 . 2755. 6076. 9011. 677 . 77 样品311 . 9838. 9243. 5724. 3014. 48 4 结论 1 对污水处理厂产生的污泥进行高温好氧发酵 在技术上是可行的, 达到了农用资源化目的。 2 污泥含水率是影响堆肥过程的重要因素 ,当含 水率为50～ 65 时 ,污泥进入堆肥系统中 ,可以有 较好的通透性, 更好地进行好氧发酵反应 ,通过分解 污泥来使堆温升高。含水率 80的脱水污泥在自然 晾晒条件下 ,3 ～ 5 d其含水率即可达到 65以下, 可 以作为堆肥原料 , 自然晾晒是较为经济的预调整 手段 。 3 污泥通气结构的改善是高温发酵成败的关键 因素和技术难点 ,更是工程化的技术难题 ,需要深入 研究 。 4 通过对堆肥成品的二次堆肥试验可以看出 ,在 污泥中已较好地完成了污泥稳定化过程 。易腐有机 物得到降解 ,病原微生物得到杀灭, 堆肥成品松散 、 无 恶臭, 达到无害化要求 , 污泥动态堆肥装置是较为理 想的机械化堆肥装置 。 参考文献 [ 1] 徐强. 污泥处理处置技术及装置[ M] . 北京 化学工业出版社, 2003 165 -168. [ 2] 魏源送. 采用不同调理剂的污泥堆肥稳定度研究[ J] . 中国给水 排水, 2002 2 28. [ 3] 丁文川, 郝以琼. 重庆市城市污水厂污泥的处理与处置[ J] . 重 庆环境科学, 2000, 22 2 23. [ 4] 邓晓林, 王国华, 任鹤云. 上海城市污水厂的污泥处置途径探讨 [ J] . 中国给水, 2000 5 16. 作者通信处 程永高 054000 河北省邢台职业技术学院资环系 电话 0319 2125178 E -mail chengyonggao 163. com 2008- 09-25 收稿 35 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期