堆肥污泥（精选10篇）
堆肥污泥 篇1
造纸行业是我国国民经济的重要产业之一。据统计,2010年我国纸及纸制品产量达到9 270万t[1],成为继美国、日本之后居于世界第3位的纸和纸制品生产大国和第2位纸消费大国。然而造纸行业是一个污染比较严重的行业,造纸工业的排污水,不论其是否经过了污水处理,其排污过程中均可产生污泥。生产过程中产生的大量废渣和污泥对周边环境造成很大的污染。当前,对于造纸污泥,多以焚烧和土地填埋方式处理,但是焚烧处理成本高,且二次污染严重,土地填埋也会占用大量的土地。国外大量的试验表明,造纸污泥堆肥化处理及农用资源化是一条治本之策,污泥堆肥产品用于林业生产,木材用于造纸,真正形成了林纸一体化的生态工业体系。近10年来,欧盟各国、美国、澳大利亚等发达国家普遍有将城市污泥进行堆肥处理后实现农用的趋势[2]。这一循环技术路线同样也非常适合我国国情。制浆造纸污泥含有大量的纤维素类有机质和氮、磷、钾、钙、镁、硅、铜、铁、锌、锰等多种植物营养成分,无重金属积累。利用堆肥方式将造纸污泥处理后用作肥料,能做到造纸污泥的无害化、减量化及资源化利用,是一种适合我国国情的处理方式[3]。研究表明,造纸污泥有机复合肥能促进玉米等农作物对N、K的吸收,改善农作物的品质[4,5,6]。目前,造纸污泥堆肥仍存在着升温困难、堆肥效果不理想、堆肥过程中养分容易损失等问题。该文从造纸污泥的性质出发,综述了造纸污泥堆肥方面的研究进展,以期为造纸污泥的资源化利用提供理论参考。
1 造纸污泥的性质
制浆造纸污泥包括从物理处理产生的一段污泥以及由生物处理产生的二段污泥。2段污泥中都含有纤维素、半纤维素和木质素,一段污泥中通常还含有细木块、树皮和制浆造纸生产流程中所加入的一些化学品;二段污泥中则较多是由微生物吸附的悬浮颗粒物。制浆造纸污泥的含有大量的纤维素类有机质和氮、磷、钾、钙、镁、硅、铜、铁、锌、锰等多种植物营养成分以及中微量元素,造纸污泥中除磷与钾偏低外,有机质与总氮含量明显高于一般的农家肥,重金属含量均低于我国1984年颁布的《农用污泥污染物控制标准(4284-84)》,造纸污泥的农用不会导致重金属污染,资源性能突出,适合于堆肥处理及农用。
2 造纸污泥的堆肥研究进展
2.1 造纸污泥堆肥过程中控制因素的研究
污泥好氧堆肥过程的主要控制因素有堆料的含水率、通风状况、温度、pH值、C/N、调理剂等。一般情况下,堆肥污泥混合原料要求:含水率50%~60%,pH值5~9,C/N为25~35∶1,有机物含量20%~80%,粒度12~60 mm。在堆体的通风状况研究方面,有研究者指出静态垛以定期翻堆为通风方式并不能有效地保持堆体的好氧状态,建议减少堆体体积及向堆体加入膨松剂。造纸污泥堆肥的膨松剂可以在制浆厂就地取材,使用制浆过程的另一种副产物树皮,或者使用木片作为膨松剂。在膨松剂的添加量上,Maria等[7]的研究表明:当向粗污泥堆肥中加入0~5 mm的木片作膨松剂时,膨松剂与污泥体积比为1∶1时可达到堆体通风状况的最佳状态。造纸污泥的C/N较高,要使堆肥混合原料的C/N降到25~35,需向污泥中加入富含氮的物质。Das等[8]利用C/N为28.3~130.9的造纸污泥作为原料,比较了它们的堆肥效果,结果发现,降低C/N并不能显著加速堆肥过程的进行,而且C/N为130时就可以有效进行堆肥;并在其后的大规模生产试验中得到相近的结果。
堆肥腐熟度的评价是关系到堆肥的方法能否顺利进行的最为关键的问题之一。Cooperband等[9]发现,植物的生长与某些堆肥的腐熟指标之间具有良好的相关关系。可用发芽指数GI(Germination Index)初步断定堆肥的腐熟度。造纸污泥堆肥的腐熟与否也可以利用GI来衡量。夏晓刚等介绍了明胶测试法、自热测试法、二氧化碳探测管法和水溶性有机碳测试法这4种腐熟度的快速测试方法。王德汉等[5]指出,CEC值可以作为造纸污泥堆肥腐熟程度的控制指标,当CEC值≥80 mmol/100 g时,认为造纸污泥堆肥已经腐熟。
2.2 造纸污泥堆肥中微生物的研究
堆肥过程中微生物的活动很剧烈。利用好氧堆肥来处理造纸污泥,是依靠污泥中各类微生物(细菌、真菌和放线菌)在分解有机物中交替出现,使堆肥的温度上升、下降。从分解水溶性有机物开始,逐渐分解难分解有机物(主要是纤维素和木质素),并转化为腐殖质的生物化学过程。造纸污泥中存在一些本土微生物,为了加速造纸污泥堆肥的腐熟,减小一次发酵的停留时间,加入外源的微生物具有重要的生产应用意义。王德汉等[4]的研究表明,从多项堆肥的物理、化学及生物学指标可以看出,添加富含纤维素降解菌的发酵材料,可以加速造纸污泥的无害化与腐熟,提高其肥效。
木质素是自然界中第二大生物聚合物,其结构复杂,是微生物难以分解的物质。造纸污泥因含有大量木质纤维素而致使堆肥效果不佳,加强木质纤维转化为腐殖质便成为堆肥充分腐熟的关键。人们对微生物降解木质纤维素进行过大量研究,认为白腐菌是能有效分解木质纤维的一类丝状真菌。在造纸污泥堆肥中加入白腐菌类微生物,或者联合利用含有其他微生物的堆肥,能加快木质纤维转化为腐殖质的速度,从而有利于堆肥的充分腐熟。采用含氯漂白工艺制浆往往使得造纸污泥中含有大量的含氯有机物等污染物。白腐菌能够降解含氯有机污染物、农药以及土壤中的石油等,向造纸污泥堆肥中添加白腐菌,能加快一些有毒有机物的降解,降低污染物对环境的危害性。同时,由于造纸污泥堆肥中添加了白腐菌,将其施用到土壤,还可以降解土壤的农药残留、石油烃等污染物。
2.3 造纸污泥堆肥过程中物质变化的研究进展
2.3.1 N的物质转化。
造纸污泥堆肥过程中含N物质是随着堆肥的进程而变化的。在堆肥初始阶段,造纸污泥中的有机质在微生物的作用下矿化成简单的蛋白质,并放出NH3。在堆肥化进入嗜热阶段后,堆肥开始的2~3周内积累的NH4-N开始下降,然而,在嗜热阶段,由于高温影响,硝化反应几乎难以发生。只有当温度降到40℃以下时,才会发生硝化发应,生成NO3-N。在堆肥低温腐熟保肥阶段,随着温度的下降,N2O的浓度开始上升,由于前阶段积累了大量NH4,在硝化作用下,造纸污泥中NO3-N的含量大大增加。
2.3.2 C的物质转化。
研究发现,造纸污泥中水溶性碳物质的转化需要经过2个阶段:第1个阶段,即最初的8周,纤维素和半纤维素被剧烈的分解;第2个阶段,较难分解的碳(木质素等)被分解。微生物中的生物碳的转化也类似,在最初的12周,由于有充足的有机物供应,微生物可以很容易的生长和繁殖,微生物碳不断的增加;之后,微生物碳开始减少,这表明造纸污泥中能被微生物利用的有机物已完全被消耗,微生物进入内源消化阶段,污泥中的有机质被合成为腐植酸物质。
3 造纸污泥堆肥利用的研究进展
3.1 造纸污泥堆肥作肥料和土壤改良剂
利用造纸污泥作农田肥料是最简单又科学的方法。Jouko等[10]的研究表明,对比施用化肥,造纸污泥堆肥配合化肥施用对谷物的产量增产效应并不显著,因为养分含量较低,肥料利用价值并不高,但是作为土壤改良剂利用,则可以改善物理性状、C/N,增加团聚体、C和N含量;且造纸污泥堆肥试验中的重金属含量远远低于芬兰政府所规定的土壤中重金属含量的限定值。因此,向土壤中施加造纸污泥堆肥不会造成重金属的二次污染。王德汉等[5]利用造纸污泥堆肥研制出颗粒状土壤改良剂,并进行了菜心、玉米盆栽及大田玉米试验。结果表明,土壤改良剂不仅能促进菜心、玉米生长,提高N、P养吸分收,而且能降低土壤容重、增加土壤有效磷含量,有一定的保氮作用,且造纸污泥土壤改良剂农业应用不会造成土壤与农产品污染。造纸污泥堆肥中含有较多的木质素和黏粒,可以有一个相对较长的养分释放过程,这与林木生长过程对养分的吸收是较一致的。故将污泥堆肥应用于林地对林木的生长有增产效应。另外,造纸污泥作肥料对改善土壤性质有良好的作用,它能使土壤的单独微粒形成聚团体,构成团粒结构,达到蓄水保墒的效果。还有试验表明,使用堆肥后可以减少每次灌溉用水的4%~30%。造纸污泥堆肥使用于土壤中还有其他方面的效用。造纸污泥在堆肥过程中会产生一些有益的微生物,Carisse等[11]从造纸污泥堆肥中分离出多种细菌及真菌,在温室条件下检验了这些分离出来的细菌和真菌对由Pythium ultimum引起的黄瓜猝倒病有显著的抑制效应[4]。Stone等[12]的研究也表明,在砂质土壤上使用造纸污泥堆肥具有控制多种叶面和经土壤传播病害的潜在利用价值。造纸污泥堆肥还可以作为某些生物农药的载体,使生物农药长时间地维持在较高浓度,并且作物生长上堆肥与生物农药间体现出显著的相互效应。Evanylo等[13]报道,造纸污泥堆肥除了作为有机肥料向作物提供养分外,还可以当着土壤改良剂,经过掺入其他一些养分较低、保水性能较好的介质等二次加工后,造纸污泥堆肥还可以作为盆栽介质使用。
3.2 造纸污泥堆肥作吸附剂利用
造纸污泥含有大量的纤维素类物质,纤维素类物质可以吸附水溶液中的重金属,故造纸污泥堆肥可以作为吸附剂修复废水中的重金属。Lister等[14]通过试验研究发现,造纸污泥经堆肥化处理后由于微生物的数量增加,其对废水中重金属的吸附效果比未经堆肥处理的更好。试验还从造纸污泥堆肥中获得了一种叫B.brovis的细菌,其细胞壁可以吸附水溶液中重量为本身干重量31%的Pb及28%的Cu,将其接种到经过杀菌的污泥堆肥中,在25℃下培养21 d,B.brovis细菌数量可以达到109cells/g;经过接种培养后的造纸污泥堆肥可以提高对水溶液中铅、铜、镉、锌等重金属去除能力,其中对Pb和Cu的去除能力可分别提高2~3倍。
4 结语
造纸污泥是一种造纸制浆工业废水污染转移的产物,由于其资源化性能突出,是一种潜在的资源。固体废物的其他处理方式越来越受到限制的今天,造纸污泥堆肥化处理具有可消除臭味,杀死病原菌和寄生虫卵,减少污泥体积与水分,并且由于生物降解作用,能消除有机污染物,使污泥的中养分的形态更有利于植物吸收,从而提高污泥的农用价值等优点,这就使造纸污泥的堆肥处理技术将越来越受到关注,将是今后造纸污泥无害化处理的最佳途径。在造纸污泥堆肥的研究方面,国外在堆肥工艺改进、菌种的研制开发、堆肥的应用等方面都已经开展了相当广泛和深入的研究。而国内对造纸污泥堆肥的研究还比较少,今后应该结合我国国情,应重点在造纸污泥堆肥过程中堆肥的工艺、堆肥化过程中难降解有机毒物的变化以及如何提高堆肥质量等方面展开深入研究,以便为实际工程提供更有价值的设计及运行参数。
摘要：该文分别从控制因素、微生物、堆肥过程中物质转化等方面阐述了造纸污泥的堆肥研究概况,结合造纸污泥堆肥的性质,介绍了其在农业、环保等领域的利用情况,展望了造纸污泥堆肥的研究前景。
关键词：造纸污泥,堆肥,利用
堆肥污泥 篇2
施用污泥堆肥对滩涂土壤理化性质的影响
污泥堆肥中富含有机质营养成分,可改良土壤,同时要防止重金属和病原菌等可能引起的污染.为评价污泥堆肥作为土壤改良基质的`可能性,本试验系统进行了上海曲阳水质净化厂污泥堆肥/滩涂土混配土的理化性质分析.研究结果表明,污泥堆肥与滩涂土混配后,土壤pH、电导率、阳离子交换量等理化指标得到改善;营养得到补充,肥力提高明显;混配土中未见病原菌污染问题,污泥堆肥施加比例控制在30%(干重计)以内时,也不存在重金属污染风险,混配土可以满足农用要求.
作 者：唐银健 陈玲 程五良 何培松 赵建夫 TANG Yin-jian CHEN Ling CHENG Wu-liang HE Pei-song ZHAO Jian-fu 作者单位：同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海,200092 刊 名：四川环境 ISTIC英文刊名：SICHUAN ENVIRONMENT 年，卷(期)：2006 25(6) 分类号：X703 关键词：污泥堆肥 土壤 土地利用 理化性质堆肥污泥 篇3
关键词：污泥；堆肥；翻堆策略；理化性质
中图分类号：X703；S141.4 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2014）07-0394-03
收稿日期：2013-02-22
基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项子课题（编号：2012ZX07204-001）；河南省重大公益招标项目（编号：101100910300）；河南省科技攻关项目（编号：142102310063）；河南省教育厅科学技术研究重点项目（编号：14A610009）；郑州轻工业学院博士基金（编号：2013BSJJ022）。
作者简介：马闯（1982—），男，河南开封人，博士，讲师，主要从事固体废弃物资源化研究。E-mail：machuang819@163.com。高温好氧发酵后的土地利用是城市污泥主要的处理处置方式之一[1]，由于强制通风静态垛具有占地面积小、处理能力大的优点，工业化的污泥堆肥一般采用该工艺。强制通风静态垛堆肥系统具有半开放、单向鼓风的特点，堆体内部通常会形成温度、湿度及氧气浓度的层次梯度[2-4]，从而影响堆肥效率和堆肥成品的品质。通过对发酵物料进行翻堆处理，不但可以提供氧气，而且有利于物料均匀，促进水分蒸发，还可以有效改善堆体内温度、湿度、氧气浓度等空间效应，打破不同剖面的层次效应，改进通气性能、减少臭气产生[5]。因此，翻堆成为弥补强制通风静态垛堆肥系统不足的重要手段，也成为提高其堆肥效率和发酵质量的重要措施。针对不同的发酵物料，采用何种翻堆策略取决于物料的湿度、孔隙度、有机质的分解速率及堆肥外部环境等。陈同斌等研究发现，污泥与猪粪堆肥时，升温期和降温期翻堆效果不理想，而高温阶段翻堆有利于提高堆肥效率[6]。有研究认为，过早翻堆会推迟高温时间，导致堆温显著下降，翻堆过晚则不利于再次升温和高温维持[7-8]。Zhao等研究发现，堆体每2 d翻抛1次比每 4 d 翻抛1次会散失更多的热量[9]；李玉红等研究牛粪高温堆肥时发现，3 d/次和6 d/次的处理比9 d/次的升温快，且温度高，堆肥产品种子发芽率高[10]。翻堆一般分为人工翻堆和机械翻堆，无论采用何种翻堆方式，随着翻堆频率的增加，堆肥成本均会增加。因此需要探索在尽量降低翻堆频率的同时，通过调整翻堆时机、优化翻堆策略，提高堆肥效率和产品质量，达到堆肥成本和效率的平衡。笔者针对城市污泥强制通风静态垛堆肥工艺，在整个堆肥周期固定翻堆次数，通过分析不同翻堆策略对堆肥物理和化学性质的影响，揭示强制通风静态垛堆肥的适宜翻堆时间，以期为优化翻堆策略，提高堆肥效率和产品质量提供参考。
1材料与方法
1.1试验材料
试验在郑州市八岗污泥处理厂进行，供试的城市污泥为郑州市五龙口污水处理厂的脱水污泥，污泥含水率（MC）7981%，挥发性固体（VS）含量为60.3%。调理剂为锯末和该厂的腐熟料，其含水率分别为8.23%、34.5%，挥发性固体含量分别为95.5%、43.3%。污泥、锯末和腐熟料按体积比 1 ∶0.2 ∶0.8 的比例均匀混合，混合后测得待发酵物料的含水率、挥发性固体含量分别为54.5%、52.4%左右。
1.2试验方法
将混合后待发酵物料用铲车堆积于发酵槽中，堆体的长、宽、高分别为30、4.5、1.7 m。根据需要，用罗茨鼓风机自堆体底部强制间歇式通风供氧，通风量为140 m3/min。堆肥过程由计算机根据堆肥实时温度反馈控制罗茨鼓风机。在试验中采用德国巴库斯翻抛机进行翻抛，翻抛深度为1.6 m。
试验设3个处理，每个堆肥周期均翻抛3次：处理1，在发酵后6、13、15 d翻抛；处理2，在发酵后8、11、14 d翻抛；处理3，在发酵后10、12、14 d翻抛。试验于夏季进行，共发酵15 d。
1.3采样与分析方法
在整个发酵周期中，采用温度探头自动监测堆体温度。试验过程中，各堆体每3 d取1次样品（最后一次取样为发酵15 d时），分别测定其含水率、挥发性固体（VS）含量、pH值、电导率（EC）、种子发芽指数（GI）、总氮（TN）等。化验分析方法分别为：含水率采用烘干法，挥发性固体采用灼烧法，pH值采用pH酸度计测定法，电导率采用电导率仪测定法，发芽指数采用小白菜发芽试验法，总氮采用半微量凯氏定氮法[11]。
2结果与分析
2.1堆体各处理的温度变化
在好氧堆肥过程中，堆体的温度是好氧堆肥的关键参数，同时也是判断堆肥是否成功、能否最终实现无害化的重要指标之一[12]。不同翻堆策略堆肥过程中的温度变化趋势如图1所示，可以看出，3个处理的温度变化趋势基本相同；堆肥过程中各处理堆体温度的变化均经历了3个阶段：快速升温期、高温持续期、降温期；堆肥初期，堆料中易分解的有机质在微生物的作用下迅速分解，堆体产生大量的热量导致堆体温度快速上升，各处理均在1 d内完成快速升温过程后进入高温持续期（>50 ℃），在快速升温期各处理间温度差别不大；进入高温期后，不同处理温度存在一定的差异，在堆肥的高温前期，處理2的温度最高，处理1次之，处理3最低，3个处理呈现出明显的层次性并持续到堆肥后6 d；6 d时，处理1进行了翻堆作业，显著降低了处理1的温度，7 d后，处理2、处理3的温度逐渐超过处理1，以处理3温度最高并波动持续到 12 d，之后各处理均进入降温期，处理2与处理3的温度相差不大，但均高于处理1。同时，由于堆肥过程中需要维持一段时间的高温才能满足堆肥无害化、稳定化的要求，温度过低时无法完成无害化，而温度过高则会对微生物造成灭活作用[13]。处理1、处理2、处理3的温度在50 ℃以上的持续时间均在10 d左右，完全达到了GB 7959—1987《粪便无害化卫生标准》中规定的堆温应在50～55 ℃以上并持续5～7 d的要求。可见3种翻抛策略均可以成功进行污泥堆肥，实现污泥无害化。
nlc202309021315
堆肥期间，处理1分别在6、13、15 d时进行了1次翻堆作业，处理2分别在8、11、14 d进行了1次翻堆作业，处理3于10、12、14 d进行了1次翻堆作业。由图1可见，通过翻堆作业可以顯著降低堆体温度，加快降温期的降温速度；同时，每次翻堆后堆体温度均有小幅度上升，翻堆的时间越早则升温速度越快，温度恢复得越好。与高温中期开始翻堆（处理2）相比，高温前期开始翻堆（处理1）会降低堆体达到的最高温度及整个堆肥周期的温度，高温后期开始翻堆（处理3）可提高堆体达到的最高温度及整个堆肥周期的温度。
2.2堆体含水率的动态变化
堆肥物料的干化和脱水是堆肥化处理的主要目的之一，尤其是对于含水率较高的城市污泥更是堆肥成功与否的评价指标之一。翻堆能使堆料混合均匀，促进水分蒸发，有利于堆肥物料干燥[14]。不同翻堆策略堆肥过程中的含水率变化趋势如图2所示，可以看出3个处理的含水率变化趋势基本相同，随着堆肥的进行，脱水作用明显，含水率均逐渐降低，各处理堆肥前7 d的脱水速率均要高于后 7 d；处理1、处理2、处理3的含水率分别由开始堆肥时的53%左右降为42.3%、38.5%、36.7%；3个处理中以处理3的脱水效果最好，处理2次之，处理1最差。可见与高温前期（处理1）和高温中期开始翻堆（处理2）相比，高温后期开始翻堆（处理3）更有利于堆肥物料的脱水，从而取得更好的干化效果。
2.3堆体挥发性固体的动态变化
堆肥化处理是微生物活动降解有机物的过程，表现为堆肥物料中挥发性固体含量的逐渐降低。由图3可知，3个处理的挥发性固体含量在堆肥过程中均呈明显的下降趋势，且表现为堆肥前期（前4 d）降低较快，后期相对较慢。堆肥前期易降解的有机物（如可溶性糖、有机酸、淀粉等）分解速率较快，而中后期随着易降解物质的减少，微生物需要利用较难降解的有机物质（如纤维素、半纤维素和木质素等）作为碳源，分解相对缓慢[15]。处理1的挥发性固体含量从52.1%降为46.8%，处理2的挥发性固体含量从51.8%降为45.5%，处理3的挥发性固体含量从51.6%降为44.1%，3个处理的挥发性固体含量分别下降了10.2%、12.2%、14.5%，说明翻堆策略对有机物的降解有显著影响；高温后期开始翻堆（处理3）能促进挥发性固体的降解，有利于促进堆肥的腐熟，这与处理3温度较处理1、处理2相比更高（图1）、微生物活性更大、降解有机物的能力更强有关。
2.4堆体总氮含量的动态变化
高温堆肥过程中普遍存在氮素损失的现象，不仅会污染环境，而且会降低肥料中的养分含量。堆肥过程中的氨基酸、蛋白质进行脱羧作用和脱氨作用后排出NH3，造成总氮含量的下降。由图4可知，3个处理污泥堆肥过程中总氮含量变化趋势相同，均呈逐渐下降趋势，且表现为堆肥前期（前4 d）降低较快，后期相对较慢，与挥发性固体动态变化趋势一致。各处理总氮含量分别由堆肥开始时的20.5、20.1、20.3 g/kg，降为堆肥结束时的18.8、17.5、17.1 g/kg，分别下降了8.3%、12.9%、15.8%，可见在整个堆肥过程中处理3的氮损失最严重，而处理1的氮损失最小，这可能与处理1在高温前期（6 d时）就进行翻堆作业，从而有效降低了堆体温度并抑制了微生物活性，降低了有机质矿化速度和NH3产生量有关。
2.5堆体pH值的动态变化
pH值是影响微生物生命活动的重要因素之一，一般认为堆肥物料的pH值应该以6～9 为宜，pH值太高或太低都不利于堆肥化过程顺利进行。由图5可以看出，在堆肥开始的前4 d，3个处理 pH值均有不同程度的上升，这可能是由于堆体升温较快，第5天时已经进入高温期第4天，在微生物的作用下含氮有机物矿化和氨化作用产生的大量NH3致使 pH值上升；处理1在第8天的pH值有所下降，后持续升高，最后稳定在8.7左右；处理2在第5天后pH值逐渐下降，到第11天达到最低（7.8左右），第11天后pH值逐渐增加，到堆肥结束时达到8.7左右；处理3在整个堆肥过程中，除第5至第14天，pH值均持续升高；堆肥结束时，3个处理的pH值分别为8.7、8.7、8.5左右，均符合无害化要求，可见翻堆策略对堆体pH值没有显著影响。
2.6堆体种子的发芽指数动态变化
污泥好氧发酵后的土地利用是资源化的最终出路，种子发芽指数（GI）是检验堆肥腐熟度最直接、最有效的方法，并且可以预测堆肥毒性的大小。一般来说，堆肥种子发芽指数达到50%时，可认为其对植物基本没有毒害，若种子发芽指数超过80%，则可认为堆肥完全腐熟[16]。由图6可知，各处理的种子发芽指数变化趋势相似，均呈现先降低后升高的趋势；在堆肥第11天，各处理的种子发芽指数均达到50%以上，对植物已经基本没有毒害作用；堆肥结束时，各处理的种子发芽指数均可达到80%左右，表明各处理均能够实现物料的腐熟和无害化，能够满足植物生长的需要。
3结论
不同翻堆策略对堆体理化性质的影响不同，翻堆作业可以显著降低堆体温度，加快降温期的降温速度。高温后期开始翻堆（处理3）可提高堆体达到的最高温度及整个堆肥周期的温度。采用处理3的翻抛策略更有利于堆肥物料的脱水干化、提高挥发性固体（VS）降解率，但会增大氮素损失量，因而要注意控制氨气的释放。不同翻堆策略对物料pH值和种子发芽率没有显著影响，3个处理均可实现物料的腐熟和无害化。由于污泥堆肥更侧重的是脱水干化和无害化，为了保证污泥的脱水干化效果，建议采用处理3的翻抛策略。
参考文献：
[1]Zhou H B，Ma C，Gao D，et al. Application of a recyclable plastic bulking agent for sewage sludge composting[J]. Bioresource Technology，2014，152：329-336.
nlc202309021315
[2]Walker L P，Nock T D，Gossett J M，et al. The role of periodic agitation and water addition in managing moisture limitations during high-solids aerobic decomposition[J]. Process Biochemistry，1999，34（6/7）：601-612.
[3]罗维，陈同斌，高定，等. 城市污泥-猪粪混合堆肥过程中湿度的层次效应及其动态变化[J]. 环境科学，2004，25（2）：140-144.
[4]陈同斌，黄启飞，高定，等. 城市污泥堆肥温度动态变化过程及层次效应[J]. 生态学报，2002，22（5）：736-741.
[5]Larney F J，Olson A F，Carcamo A A，et al. Physical changes during active and passive composting of beef feedlot manure in winter and summer[J]. Bioresource Technology，2000，75（2）：139-148.
[6]陈同斌，罗维，郑国砥，等. 翻堆对强制通风静态垛混合堆肥过程及其理化性质的影响[J]. 环境科学学报，2005，25（1）：117-122.
[7]Kelleher B P，Leahy J J，Henihan A M，et al. Advances in poultry litter disposal technology：a review[J]. Bioresource Technology，2002，83（1）：27-36.
[8]Chu C P，Lee D J. Dewatering of waste activated sludge via centrifugal field[J]. Drying Technology，2002，20（4/5）：953-966.
[9]Zhao L，Gu W M，He P J，et al. Effect of air-flow rate and turning frequency on bio-drying of dewatered sludge[J]. Water Research，2010，44（20）：6144-6152.
[10]李玉红，李清飞，王岩. 翻堆次数对牛粪高温堆肥的影响[J]. 河南农业科学，2006（7）：70-72.
[11]鲍士旦.土壤农化分析[M]. 3版. 北京：中国农业出版社，2008.
[12]马闯，高定，陈同斌，等. 新型调理剂CTB-2污泥堆肥的氧气时空变化特征研究[J]. 生态环境学报，2012，21（5）：929-932.
[13]馬闯，李明峰，赵继红，等. 通风策略对废弃物好氧堆肥的影响综述[J]. 江苏农业科学，2013，41（11）：350-353.
[14]Schloss P D，Chaves B，Walker L P. The use of the analysis of variance to assess the influence of mixing during composting[J]. Process Biochemistry，2000，35（7）：675-684.
[15]郑卫聪，王俊，王晓明，等. 不同堆置措施对园林有机废弃物堆肥有机物降解的影响[J]. 华南农业大学学报，2012，33（1）：28-32.
[16]Saidi N，Kouki S，Mhiri F，et al. Microbiological parameters and maturity degree during composting of Posidonia oceanica residues mixed with vegetable wastes in semi-arid pedo-climatic condition[J]. Journal of Environmental Sciences-China，2009，21（10）：1452-1458.
含油污泥堆肥处理的研究 篇4
关键词：含油污泥,堆肥,微生物菌种,营养剂,降解率
近几年,世界对石油和矿产的需求也在不断地增加,进而会在开采,炼制及运输等过程中产生大量的石油污染物,其中包括成分复杂,产出量大,危害较严重的固体废弃物———含油污泥,也叫作石油生产的“伴生品”。目前,在原油脱水过程中,在脱水罐、储油罐等底部会产生大量含油污泥。同时,在油田、炼油厂的污水处理场(如隔油池底、浮选池、曝气池等)也存在着大量含油污泥。一个日处理20000 m3污水的处理厂每日约产生20 m3含油污泥[1]。
含油污泥是一种成份极其复杂的稳定的悬浮乳状液体系。它的组成包括大量的老化原油、固体悬浮物、细菌和腐蚀产物等;在生产过程中添加的处理剂如缓蚀剂等也留在含油污泥中[2],同时还含有一些金属盐类和苯系物等有毒物质。若这些有害成份不加以妥善处理,直接排放,对环境及人人类都会造成严重威胁。但含油污泥中还含有大量的石油类物质,营养元素,多种菌类物质,具有非常高的利用价值,因此,对含油污泥的无害化处理处理以及资源化利用是当前石油行业和环境保护的核心问题。
1 国内外含油污泥的处理技术现状
由于不同作业所产生含油污泥的性质有所不同,还没有一种工艺适合所有油田的含油污泥。国内外常采用的处理技术包括:焚烧法、溶剂萃取法、调制-机械分离法以及生物法等。各个处理技术优缺点比较见表1。
通过上述物理化学法和生物法的技术优缺点比较发现,生物处理法具有节约能源、投资少、运行费用低等优点,能较好的实现对含油污泥的固液分离及原油的去除。生物法处理工艺主要有:地耕法、堆肥法、生物反应器等,本文主要介绍堆肥法处理含油污泥。
2 堆肥法处理含油污泥
堆肥法是将含油废物与适当的材料相混合成堆放置,利用天然微生物的自然发酵[4]来降解石油烃类,从而达到净化含油污泥的作用。根据处理过程中起作用的微生物对氧气的不同要求,可将堆肥分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种,本文就好氧堆肥进行研究。
好氧堆肥是在有氧的条件下,好氧细菌群对含油污泥中石油类物质等有机营养物质进行吸收、氧化、分解。微生物将含油污泥中部分被吸收的有机物经过一系列的新陈代谢活动转化为简单的无机物,在这一过程中所释放的热量可为微生物进行自身的生命活动所利用,油泥处理效果进一步得到提高。另一部分有机物则被合成新的细胞质,使微生物不断生长繁殖,产生出更多的生物体的过程。
3 适合堆肥处理的含油污泥的基本特性
由于堆肥过程中微生物的自身生命活动直接影响着堆肥产品的质量以及堆肥腐熟所需的时间,所以,能较好的促进堆肥期间微生物菌群的活性所具备的条件及性质即适合堆肥处理的含油污泥的基本特性。在堆肥过程中重要的影响因素有:温度、湿度、p H、有机物含量等[5,6]。
(1)温度
对于堆肥而言,温度是堆肥得以进行的重要因素。微生物对石油烃类的降解可在很大的温度范围内发生,因而降解石油烃类的微生物在0~70℃的环境中均可发现。大多数微生物在常温下较易降解石油烃类,Atlas研究发现在20℃时石油烃微生物的降解速率比10℃高[7]。降解时间会因温度较低而延长,进而微生物降解率降低,且在低温下,某些对微生物产生毒害的部分低分子量石油烃类物质很难挥发,降低酶活性,从而在一定程度上抑制了石油烃类的降解,同时石油烃的粘度在低温下也会受到影响,所以低温下石油烃类较难降解。
考虑到微生物的酶活、石油类物质的溶解度和挥发特性等因素也会影响降解效果,一般认为石油类物质适宜的降解温度为15~30℃。
(2)湿度
水在微生物的生命活动中扮演者至关重要的角色。营养物质只有溶于水中或者只有分子中溶于水的部分才能被微生物代谢利用,毋庸置疑,作为影响着堆肥微生物活动的重要因素,含水率在堆肥过程中也扮演着重要的角色,左右着堆肥反应进行。
污泥中的水分主要作用在:(1)污泥中存在大量的营养物质可以被水溶解,供给微生物代谢活动;(2)调节堆肥反应堆堆体的温度。可以说堆体反应堆中的含水率的大小除了起着保证微生物代谢所需要的水分的作用,还在一定程度上左右着反应的进行。研究表明好氧堆肥的初始含水率应当控制在40%~60%之间[8]。含水率过高,势必会影响堆料中氧气的供给,另一方面,为了保证供给氧气,过高含水率的堆体会使得通风强度增加,这会使得堆肥反应产生的热量散发严重,也不利于堆肥反应的进行;同时,堆体的含水率过低,会使得可溶于水的有机物质含量变少,微生物的代谢繁殖会被低浓度的营养物质的所限制,另外微生物缺少维持生命活动所需的水也会对堆肥反应的进行造成不利的影响。
(3)p H值
p H值对于微生物的生长也是一个至关重要的因素,一般中性或弱碱性是微生物生长最适宜的p H环境,过大或过小都会对微生物代谢活动产生影响。在堆肥过程中,p H值随着时间和温度的变化而变化。在堆肥初期,由于微生物代谢所产生的酸性物质,p H值会下降(可降至5.0),然后上升至8~8.5左右,此外,堆体的酸碱环境也会影响氮素的流失,p H值小于7时,氮以氨气的形式进入大气中,对堆肥产物的肥效造成一定的影响。因此,在堆肥工艺设计中,一般确定污泥和调理剂混合物的酸碱值应在6~9之间最佳。
(4)有机物含量
有机物含量也是影响堆肥效果的一项重要因素。在污泥的堆肥过程中,有机物的含量在20%~80%较合适,有机物含量过低,微生物不能得到足够的碳源作为底物进行代谢活动,产生的少许热量不足以提高堆体的温度,既不利于堆体的无害化处理,温度也不能满足高温分解微生物的繁殖,导致堆肥失败。有机物含量过高,污泥在堆肥过程中需要的氧气量增大,极易缺氧,导致堆体达不到好氧状态而发生恶臭,也会造成堆肥化失败。
4 含油污泥堆肥处理的技术进展
4.1 微生物强化处理技术
(1)添加微生物菌剂
在污泥的堆肥过程中,微生物推动和维持着堆体反应等一系列活动,在堆肥反应中扮演着至关重要的角色。从微生物作用的角度来看,堆肥过程就是堆肥微生物进行生命活动的过程[9]。所以对微生物的强化处理将会加强石油烃的降解,使堆肥得以顺利进行。
由于在堆肥过程中,本土微生物不能有效的降解石油烃,达不到堆肥效果,因此,向堆体中添加外源微生物便成为高效降解石油烃的新思路,而在进行微生物强化处理的过程中,高效石油降解菌对底物环境的适应性及其对石油的分解特性都会影响最终的处理效率,因此,微生物菌剂的筛选和驯化十分重要。Muthuswamy等[10]对芽孢杆菌(Bacillussp)IOS1-7、棒杆菌(Corynebacteriumsp.)BPS2-6、假单胞菌(Pseudomonas sp)HPS2-5、假单胞菌(Pseudomonas sp.)BPS1-8等菌株对石油烃的降解效果做了一系列研究,结果显示石油烃的降解率均达85%。徐金兰等[11]从陕北石油污染土壤中富集分离优选出7株菌株,通过实验比较筛选出高效石油降解菌黄杆菌属和邻单胞菌属,高效菌株均可在较短的时间内达到去除石油烃效果,去除率可达88.4%和73.4%,可作为堆肥微生物的最佳选择。
然而,由于石油成分非常复杂,没有任何一种微生物能降解石油中的所有成分,因此,目前在堆肥处理含油污泥上趋于利用降解不同组分的多种微生物组合制成的混合菌剂,宋绍富等[12]在进行微生物堆制处理中,通过接种外源菌YC-1和YC-3,以及以YC-1∶YC-3为1∶1制成的混合菌剂YC-13来降解石油污染物,实验结果发现,混合菌YC-13的除油率大大超过了单菌株,表明混合菌在降解含油污泥中的烃类化合物时,各个单菌株之间表现出一定的协同作用促进效应,但在培养初期,混合菌需要一段适应时间,而随着培养时间的增加,单菌株相互促进,对含油污泥中油的利用效率增加,除油率便会显著增加。
(2)添加营养剂
在含油污泥的堆肥处理过程中,有机物质的降解是微生物活动的结果,而微生物活动又受营养物质丰缺的制约,有效营养丰富,微生物繁殖速度就快,反之则慢。为了使参与有机物分解的堆肥微生物有营养处于平衡状态,大量研究表明C∶N∶P的质量比例接近21∶1∶0.5时对石油类物质的降解比较适合[13]。欧阳威等[14]在进行微生物强化处理技术和普通强化堆肥处理含油污泥的对比试验中,向两个处理单元中都加入了营养液,在微生物强化处理单元中喷洒菌剂和溶有尿素和KH2PH4的营养液,堆制强化处理单元中以腐熟农家肥作为营养剂进行堆肥实验,都是为了使石油烃的降解菌处于最佳的营养平衡状态。余冬梅等[15]以某油田联合站含油污泥为研究对象,利用堆肥生物降解法进行处理。在含油污泥中添加草和有机肥,处理115 d后,含油污泥中的石油烃含量从原来的(123±1)g/kg降低到(71.7±0.7)g/kg,且生物毒性有所降低,EC50从原来的(1.77±0.28)mg/m L提高至(2.76±0.38)mg/m L。稻草和干猪粪,可以改良油泥C/N/P比例,强化处理能力。
以上研究实验表明,目前,在堆肥处理含油污泥中,可通过接种高效降解菌剂、优势单菌混合培养而成的混合菌剂以及添加营养剂来达到堆肥微生物的强化,提高石油烃的降解率,优化堆肥效果。
4.2 堆体单元强化技术
上文提到,在含油污泥的堆肥过程中,堆体的含水率、p H值、孔隙度等因素都影响着石油烃的降解率,决定着堆肥的成败。为了使堆肥原料一直处于最佳状态,向堆体中添加特定的调节剂,可改善微生物的降解环境,提高石油烃的去除率。
当堆肥原料的含水率低于所需的正常值时,一般直接加水或添加含水率较高的粪稀等,而当堆肥底物的水分过高,颗粒较细时会引起通气性变差,可采用以下几种方法调节:(1)可回流堆过肥的干物料,以调节起始混合物的水分含量;(2)可把干的调理剂如锯末或碾碎的垃圾、秸秆等加入高湿度的原料中(如污泥和鸡粪);(3)可把膨胀剂如木屑和秸秆等加进高湿度的原料中,以维持堆垛结构的完整性和多孔性[16],便于空气流通。调理剂的使用量一般不超过油泥的10%。叶小梅[17]认为木屑的石油生物降解速率最好,蛭石次之,稻草再次之;其施用量为6%,在室温下培养120 d,石油烃去除率近70%。但是,含有有机物质的调理剂会影响土壤酶的活性,可能激发微生物的活性,也有可能抑制生物降解,宋绍富等人在研究不同的调理剂对堆肥微生物的影响,结果就发现YC-1菌采用土作为调理剂时除油率为40.01%,优于土+荞麦皮的19.05%,而YC-3采用土+荞麦皮作为调理剂时的除油率为32.55%,优于土的25.38%,说明相同的调理剂对不同的菌株会起到不同的作用。
5 结语
含油污泥成分复杂,处理难度大,是油田、石化等领域里最为突出的环境问题,生物处理含油污泥具有成本低,操作简单,无二次污染等优点,在许多发达国家都得到了很好的应用,是实现污泥无害化和资源化的主要研究和发展方向。
堆肥污泥 篇5
城市污水处理厂剩余污泥堆肥的实验研究
摘要：污泥由于产量大且成分比较复杂.如何时它进行无害化,稳定化处理,使其成为替代资源已经越来越受到人们的关注.基于好氧堆肥装置系统,以徐州市某污水处理厂的剌余污泥为研究对象,研究了污泥处理过程中温度、含水率、有机质、有机碳以及pH值和重金属等指标的变化规律.研究结果表明:采用污泥与稻草的体积比为1:2的比例堆肥,控制初始含水率为70%左右,可顺利实现升温.堆肥15d后,物料含水率、有机质、有机碳都有了明显的降低;总氮、总磷以及水溶性钾的`含量都有了不同程度的增加;重金属含量有了一定程度的降低,符合堆肥的要求.作 者：刘伟 李向东 刘汉湖 LIU Wei LI Xiang-Dong LIU Han-hu 作者单位：中国矿业大学环境与测绘学院,江苏,徐州,221008期 刊：江苏环境科技 ISTIC Journal：JIANGSU ENVIRONMENTAL SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：,21(3)分类号：X7关键词：剩余污泥 稻草 好氧堆肥
污泥堆肥的应用研究进展 篇6
污泥是污水处理后的附属品,是一种有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。由于污泥的成分复杂,通常含有重金属、有机污染物以及少量的病原微生物和寄生虫卵等毒害物质[3,4],大量未经处理的污泥任意堆放和排放会对环境造成新的污染。为寻求经济与环保的方式解决当前城市污泥的排放出路,促进污泥无害化及资源化利用,土地利用是最有效的方式。此方法充分实现了污泥的使用价值,并杜绝其危害性及二次污染;同时可以解决农业急需的有机肥料原料的来源问题。经过堆肥化处理的污泥质地疏松,容重减小,可被植物利用的营养成分增加,病原菌和寄生虫卵几乎全被杀死[3],是一种良好的土壤结构改良剂,不仅可以改善土壤物理性质[4],还可提高土壤保水能力及土壤团粒结构稳定性[5]。本文综述了污泥堆肥在农业上的应用,并指出今后污泥堆肥在农业中的发展趋势。
1 污泥堆肥在农田上的应用
1.1 污泥堆肥在粮食作物上的应用
研究表明,城市污泥复混肥还可促进玉米籽粒增产,与对照差异达极显著水平[7]。将城市污泥复混肥和化肥分别对小麦施肥,发现前者显著促进小麦增产[6];城市污泥作为肥料不仅对当季作物具有增产作用,同时还具有显著的后效。丁文等[8]应用污泥有机肥进行大田试验表明,在常规施肥的基础上增施污泥有机肥可显著提高水稻产量、糙米营养品质。王连敏等[9]也发现,适量施用污泥,水稻返青加快、分孽增多,体内叶绿素含量增高,但与施用化肥相比,施用污泥的处理分葵发生偏晚。戈乃纷等[10]研究表明施用城市污泥后的第二季小麦增产28.9%~30.8%,后效极为显著,说明城市污泥复混肥中污泥带入的养分具有良好的增产效果。可见,城市污泥可作为一种长效肥料。污泥作为肥料能提高水稻、大豆对N、P、K的吸收量,并且有明显的增产效果[11]。施用城市污泥堆肥还可增加粮食作物的蛋白质含量[12]。但在施用污泥堆肥过程中要严格控制施用量,肖玲等[13]进行的盆栽试验结果显示,当污泥施用量在2%以下时,小麦茎叶中铜、锌的含量均在正常范围之内,铅、隔与对照相近。综上所述,施用污泥堆肥不仅可使作物增产,还可提高果实的营养成分,在合适的施用量下,重金属含量不会超标。
1.2 污泥堆肥在蔬菜上的应用
污泥堆肥不仅在粮食作物上得到广泛应用,近年来,有关蔬菜方面的应用研究也逐渐增多。金燕等[14]研究表明,施用城市污泥复合肥对生菜、菜花和窝笋有明显的增产作用,其增产效果相当于或略高于等养分的化肥和等氮量的市售复合肥,比对照增产19.8%~30.6%。廖宗文等[15]研究表明施用城市污泥的处理生菜增产达61%,而且菜茎较对照短,叶片数增多。但也有研究表明,只有通过增加污泥堆肥施用量或者配合施用化肥,才能获得较高的产量[16]。还有研究表明,在施化肥的基础上,施用污泥有机肥可显著提高蔬菜的产量、等级和品质[17]。可见,污泥堆肥还可应用于蔬菜种植,但由于污泥中含有重金属,所以还需进步跟踪试验,检测蔬菜中重金属含量是否超标。
2 污泥堆肥在林业上的应用
随着城市建设的不断加速,城市污水处理厂污泥在林地、园林绿化等方面的应用越来越多。李艳霞等[18]对城市污泥堆肥作为林木容器育苗基质进行了研究。在基质中添加1/2~2/3的城市污泥堆肥,可以使国槐和刺槐的株高及地径增加34.1%~51.3%和8.3%~20.8%,叶片的叶绿素含量提高9.9%~26.7%,同时绿色期延长。Labrecque等[19]对柳树(Salix)进行施用污泥试验结果表明,总生物量与污泥量呈显著相关性,而且植物吸收Cd和Zn比Ni、Hg和Pb要强,证明柳树可以作为污水污泥的过滤器和净化器,并有高的生物量。张天红等[20]研究发现,施用污泥1年后,杨树、泡桐和小油松的树高和地径比对照增长了9.2%~41.2%和5.6%~20.8%,并且试验树木的生长效应均随污泥的施用量增加而相应增加。王新等[21]研究表明,污泥堆肥(有机质44.39%)施于榆树较对照树高增加11%~25%,地径粗增加19%~50%。Lee等[22]利用污泥进行火柜松(Loblolly Pine)试验,统计分析指出,施用污泥量至800kg/hm2对火炬松机械性能没有影响。张增强等[23]对白蜡和国槐所作的研究表明,当污泥堆肥施用量在3~9kg/m2时,白蜡树的高度、地茎增加量和当年生枝条长度,国槐的高度增加量、地茎及根茎比分别比对照处理增加较为明显。污泥和垃圾堆肥(全N 23.6g/kg),明显促进苗木生长,提高叶片叶绿素含量,延长叶片生长期[24]。可见,长期施用污泥堆肥可促进苗木生长,将污泥堆肥应用于园林绿化将会成为污泥土地利用的主要趋势。
3 污泥堆肥在花卉果树上的应用
污泥堆肥可应用于多种花卉植物,研究表明,月季、扶桑、木槿、金枣、美人蕉、旱荷花、龟背竹、五叶地锦等施用污泥堆肥后均有较好的生长响应,其中月季、扶桑、木槿、美人蕉、旱荷花等的开花量增加、花期延长,金枣的挂果量增加,金枣、龟背竹、五叶地锦等的生物量明显增大[25]。同时,在常规施肥的基础上,施用污泥堆肥可显著提高蜜柚产量、改善蜜柚品质,施用污泥堆肥的蜜柚果肉中Hg、As、Pb、Cd、Cr重金属含量均低于GB2762—2005《食品中污染物限量》(水果)标准[26]。研究表明,污泥堆肥在花卉果树上的应用也存在着积极作用。
4 污泥堆肥在草业上的应用
采用城市污泥堆肥作为草皮基质,可以明显促进高羊茅的生长。施用20t/hm2的污泥堆肥,能够提高高羊茅生物量及促进其根系生长,草坪的密度和盖度明显提高,降低草皮生产成本,而且也有利于保护耕地和提高土壤肥力。城市污泥堆肥可作为草皮基质培育黑麦草,研究表明,施用城市污泥堆肥的黑麦草的长势始终最好,比化肥处理生物量大,且有明显的后效。无论是城市污泥用作堆肥基质还是城市污泥复合肥,均明显促进黑麦草的生长,叶绿素和黑麦草对养分的吸收,均高于化肥空白及化肥对照[27]。这说明对园林绿地植物而言,城市污泥与其它肥料具有同等的肥效,甚至优于等量化肥。污泥堆肥可明显促进黑麦草的分蘖能力,较空白及化肥对照提高28%和15%,黑麦草、紫羊茅、匍枝翦股颖每茬鲜重和总干重随污泥堆肥使用量的增加而增大。白三叶和马尼拉草的鲜重随污泥堆肥施用量的增加而增大,这两种草坪草的绿色期以9kg/m2的污泥堆肥处理的为最长[28]。
城市污泥堆肥可以增强栽培基质的保水性能和植物的抗旱能力,采用经过堆肥化处理的污水厂污泥作为植物栽培基质是可行的资源化技术途径。对黑麦草而言,施用14~70t/hm2的污泥堆肥(全N 16.1g/kg),黑麦草的地上地下生物量和叶绿素含量明显提高;与不施化肥和施用化肥的对照相比,污泥堆肥可增加土壤有效态氮、磷含量[29];而施用污泥与化肥的复合肥可促进其根系发达及叶片对N的吸收,并提高草密度、覆盖度以及质量[30]。同样,紫羊茅、马尼拉草和白三叶等施用污泥堆肥后,均获得良好生长响应,土壤理化性质明显改善;长期施用没有镉、汞毒害现象[31]。可见,污泥堆肥可促进多种草皮的生长,作为基质施肥还可改善土壤环境。
5 污泥堆肥在土地修复和重建上的应用
Cai等[32]研究表明污泥经过堆肥处理后可用于土地修复,提高土壤肥力。姚天举[33]利用污泥好氧静态堆肥装置生产的堆肥对月季、杨树、油松等花卉树木及草坪进行了栽种施用的对比试验,结果表明,污泥堆肥不仅对树木生长具有良好的效果,而且还可起到土壤修复的作用。目前,污泥堆肥在土地修复和重建方面的报道还很少。但根据已有研究表明,污泥堆肥可以修复经过严重扰动的土壤。
6 污泥堆肥在农业中的发展趋势
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,但其应用还存在着一些问题:土壤重金属积累,尽管污泥好氧发酵过程存在一定的重金属生物钝化作用,但仍然含有大量生物有效态的重金属,长期施用必将造成土壤重金属累积。所以,在污泥堆肥处理技术、用量、工艺方面还有待进一步研究开发。
目前,将污泥在堆肥化的基础上与化肥或者其它固体废弃物按一定比例混合制成有机-无机复混肥或有机肥[34],是应用于农业的主要发展趋势。制成的有机-无机复混肥除含氮、磷、钾三要素外,还含钙、镁、硼、硫、锌等元素和有机质,不但可使供肥过程稳定、协调,取得较好的肥效,而且可不断培肥地力[35]。这既解决了污泥堆肥产品养分含量低,又能实现土地增肥的长效作用,符合农业的可持续发展战略。污泥和其它固体废弃物按一定配比进行堆肥可弥补各自存在的营养缺陷,提高其土地利用水平,促进城市节能减排[36]。
城市污泥处理与堆肥技术 篇7
关键词：城市污泥,处置,好养,堆肥
污泥是城市污水处理厂在污水净化处理过程中产生的沉积物质, 是一种由有机残片及附属的金属元素、细菌菌体、虫卵、杂草种子、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。含有丰富的氮、磷、钾和有机质, 是可利用的良好有机肥源;但又含有重金属、有机污染物、病原菌等, 处置利用不当易产生环境污染。
污泥主要特点是含水率高, 有机物含量高, 容易腐化发臭, 且颗粒较细, 比重较小, 呈胶状液态, 不易通过沉降进行固液分离。按照来源, 污泥主要有生活污水污泥、工业废水污泥、粪便处理污泥和给水污泥等。
为了改善我国水资源污染严重的现状, 从“九五”期间我国污水治理问题得到充分重视, 城市污水处理工程、粪便处理工程项目发展很快。截止到2009年10月, 全国城镇建成运行的污水处理厂1 817座, 粪便处理场100多座, 随着这些设施的运行会产生大量的污泥 (截止到2010年底, 全国城镇污水处理厂产生的含水率80%污泥已突破2 000万t) , 如果污泥处理不当就会对环境造成二次污染, 污泥的处理处置和利用已经越来越成为我国急需解决的大问题。
目前, 从世界范围看, 对污泥的处理方法主要有焚烧、填埋、投海和堆肥等多种形式。填埋法受到用地的限制且容易产生二次污染;投海会污染海洋, 对海洋生态系统造成威胁, 国际公约已明令禁止;焚烧法的技术与设备复杂, 能耗大, 投资高, 并伴有大气污染问题;而用堆肥法处理后的污泥可以进行农业利用, 具有经济简便、可资源化、环保等优点, 已经引起广泛重视, 是目前污泥处理寄以厚望的途径。
污泥堆肥的优点:堆肥的优点主要包括土壤改良、高效有机肥、改善粪便处理废弃物、提高土地利用率、降低污染和卫生风险、杀死病原菌等。
堆肥是一种很好的土壤改良剂。当堆肥施用于农田, 可以增加有机质, 改善土壤结构, 减少肥料的使用量。堆肥的产品有很大的潜在市场, 如庭院种植、园林、菜农、苗木种植者等等。由于这是一项变废为宝的工程, 还能在政策、税收方面得到政府的大力支持;堆肥还可以减轻粪便的质量、水分含量和活性, 便于处理, 并在没有臭气和苍蝇的环境下得到很好的贮存等等。
堆肥实际就是废弃物稳定化的一种形式, 但它需要特殊的湿度和通气条件以产生适宜的温度, 一般认为这个温度要高于45℃, 保持这种高温可以使病原菌失活并杀死杂草种子。在合理堆肥后残留的有机物分解率较低并相对稳定, 堆肥的臭味可大大降低。堆肥中有机物料的降解与干燥过程同步进行能够降低后续处理的费用, 从而有利于增加堆肥的再利用或处置。
堆肥一般分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种。好氧堆肥是在有氧的情况下有机物料的分解过程, 微生物分解有机质产生大量的热使堆温增高, 随之微生物的种群和代谢活力也发生相应变化, 其代谢产物主要是新鲜有机质、CO2、H2O和热量;而厌氧堆肥是在无氧条件下有机物料的分解, 厌氧分解最后的产物是CH3、CO2和许多低分子量的中间产物, 如有机酸等。厌氧堆肥与好氧堆肥相比较, 单位质量的有机质降解产生的能量较少, 而且通常发出臭气, 不能有效地杀死有机物料中的病菌、虫卵及杂草种子, 由于这些原因, 好氧堆肥在堆肥工程中被经常采用。
污泥堆肥的技术基础:污泥堆肥是在高温堆肥的技术基础上, 结合粉煤灰的各种特性, 并吸收德国ETH/OAM再生公司应用粉煤灰和污泥在德国农业应用的研究技术, 解决污泥含水率高不宜发酵的关键技术。将污泥按一定比例与添加物质均匀混合, 在一定温度条件下, 通过堆肥完成对污泥的脱水和有机熟化处理。
试验证明, 粉煤灰含有多种有利于植物生长的微量元素, 对污泥中的重金属有一定的钝化、固化缓释作用, 且具有较强的水化活性, 促进发酵以及改良土壤的特性, 它对施用到农田中的化肥有缓释作用, 可做污泥堆肥的膨松剂和调节剂。将含水率约为60%~80%的污泥与体积约为30%~40%的添加物 (菌种、锯末、麦糠、粉煤灰等) 混合均匀后放至发酵容器发酵, 每天进行一次翻堆, 并对发酵容器进行间歇式曝气, 由于好氧菌作用, 堆肥物料在三天后可升温到60℃以上, 在60℃~65℃维持3天~4天, 实现灭菌和干燥的目的, 在发酵容器物料停留10天~12天, 就可完成堆肥。堆肥后的物质疏松, 臭味消失;堆肥的植物可利用的有效态养分提高, 重金属含量比原污泥有较大幅度降低, 再进一步加工干燥, 就可装袋入库待销。
我国堆肥现状与前景:当前世界各国普遍采用的堆肥方法有静态和动态堆肥两种, 如自然堆肥法、圆柱形分格封闭堆肥法、滚筒堆肥法等堆肥工艺, 这些方法都在不断的发展和完善。
近年来, 国内先后建成了机械化程度较高的堆肥厂, 如北京、无锡、烟台等地的机械化堆肥技术, 包括较完整的前处理、发酵、后处理工艺和设备, 其堆肥技术在产品质量、运行操作可控性、环境质量等方面的指标都达到了较高水平。
1997年北京市环境保护科学研究院总结多年研究成果, 吸取国内外各类机械堆肥装置的优点, 设计、研制了污泥动态发酵器, 该装置效率高, 能耗低, 便于操作管理和设备化。根据所研制的设备, 提出以污泥动态发酵器为核心的污泥制有机肥新工艺路线, 建成了一条年产5 000t有机肥的生产线。生产线包括动态发酵器、混合搅拌器、圆盘造粒机、烘干机、筛分机等, 运行后设备稳定可靠, 社会、经济效益明显。这为我国的污泥处置问题起了良好的开端。
另外, 从我国农业生产的发展和市场需求看, 未来有机肥的发展潜力也十分广阔。随着我国农业产业结构调整和“三绿工程”的实施, 优质、高效生态农业种植面积将逐年扩大, 绿色食品、有机食品生产基地的扩大必然形成对有机肥的巨大需求。
在我国, 环保产业是新兴产业, 一种被认为是以实现社会效益为主的产业, 随着环保产业以治理污染为主逐渐向以治理污染和综合利用并举的方向发展, 环保产业将同其他产业一样实现市场经济的运行机制, 故污泥堆肥项目将会在不久的将来迎来灿烂的明天。
参考文献
[1]城市生活垃圾好氧静态堆肥处理技术规程CJJ/T52.
[2]粪便处理场设计规范CJJ64-2009.
[3]李国学, 张福锁.固体废物堆肥与有机复混肥生产[M].北京化学工业出版社, 2000.
城市污泥堆肥化处理研究进展 篇8
1 城市污泥性质
一是数量大,增长迅速。污泥量占污水量体积的0.3%~0.5%(或污泥在污水中的含量为10~20 g/kg),若进行深度处理则污泥量增加0.5~1.0倍,伴随污水处理效率的提高,污泥数量将大幅增加;二是污泥中养分丰富,含有较高的有机质和丰富的氮磷等矿质营养元素;三是污泥成分比较复杂。由于来源于各种工业和生活污水,故含有一些对环境和生物有害的物质,如Cd、Pb、As、Cu和Zn等,还含有病原菌、寄生虫(卵)和一些有毒的有机物。
Macnicol等[3]通过研究,将污泥区分为生物絮凝态、颗粒态、水溶态及胶体4个组分。其中生物絮凝态组分约占污泥总量的69%,颗粒态组分占23%,水溶态组分占8%,胶体组分不到1%[4]。
污泥有机质及各种营养元素含量丰富。通过对29个城市污泥组成的统计分析发现,中国城市污泥(不包括工业污泥)有机质平均含量达384 g/kg,全氮、全磷和全钾分别为27.0、14.3和7.0g/kg;有机质、全氮、全磷均比纯猪粪高出1/3~2/3,但全钾比纯猪粪低1/3。中国城市污泥有机质含量呈逐年增加的趋势,氮、磷含量变化规律不明显。所以污泥经堆肥化处理后作为肥料使用具有一定的价值和潜在的优势[5]。
2 污泥堆肥技术
堆肥利用自然界广泛存在的细菌、放线菌、真菌等微生物,有控制地促进固体废物中可生物降解的有机物向稳定的类腐殖质生化转化的微生物学过程,在一定温度、湿度和p H值条件下,使有机物发生生物化学降解,形成一种类似腐殖质土壤的物质。在堆肥过程中,微生物分解有机质是一个放热过程,使得堆体温度升高,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。堆体升温还有助于堆体水分的散失,减小堆体体积,达到减量化的目的。另外,堆肥成品中的速效养分更有利于农作物吸收,同时堆肥成品中的腐殖质能改良土壤[6],使得污泥堆肥达到资源化。
堆肥化过程有好氧堆肥和厌氧堆肥2种,目前污泥堆肥化基本采用的都是进料、搅拌、通气、出料同时进行的高效好氧发酵工艺。好氧堆肥过程由4个阶段组成,即升温阶段、高温阶段、降温阶段和腐熟阶段。堆肥初期,堆层基本呈中温,嗜温菌较为活跃,大量繁殖。它们在利用有机物的过程中,有一部分转换成热量,由于堆肥物料具有良好的保温作用,堆层温度不断上升,1~2 d后可达到50~60℃。在这个温度下,嗜温菌受到抑制,甚至死亡,而嗜热菌的繁殖进入激发状态,嗜热菌的大量繁殖和温度的明显提高,使堆肥发酵直接由中温进入高温,并在高温范围内稳定一段时间。正是在这一温度范围内,堆肥中的寄生虫和病原菌被杀死,腐殖质开始形成,堆肥达到初步腐熟。在后发酵阶段,由于大部分有机物在主发酵阶段已经被降解,因此堆肥不再有新的能量积累,堆肥也就一直维持在中温(30~40℃),这时堆肥产物进一步稳定,最后达到深度腐熟[7]。
3 污泥堆肥工艺
堆肥工艺分为厌氧堆肥与好氧堆肥2种,其中好氧法,具有臭气发生量少、发酵时间短、堆肥品质好等优点,因此该文就好氧堆肥工艺进行论述。在实际堆肥工艺中,比较常见的有条垛式堆肥,强制通风静态垛式堆肥和各式反应器堆肥。后2种堆肥方式对环境影响小,堆肥效率高,是目前国内外学者研究得比较多的方式。条垛式堆肥是最为传统的堆肥方式,工艺成熟,操作简单,也是目前国内使用较为广泛的方式。
3.1 条垛式堆肥
条垛式堆肥系统最初仅用于城市垃圾堆肥,1970年美国才第1次将这种堆肥方式用于污泥堆肥[8]。随着这种堆肥系统的不断优化发展,美国1993年普查,条垛式系统占321个堆肥项目的21.5%。1993年加拿大普查全国121个运行的堆肥厂中,有90个是条垛式系统[9]。
条垛式堆肥是将原料混合堆肥添加剂后简单堆积成窄长条垛,在好氧条件下进行堆肥化,定期使用机械或人工进行翻堆通风[10]。条垛式堆肥系统必须具有适当的规模,如果堆体太小,则保温性差,水分散失过快,在高温期维持不了足够长的时间,导致产品腐熟度达不到要求,而且相对大堆体,单位面积处理的污泥量较小;如果堆体过大,堆体中心通风不好,发酵周期长,易产生厌氧发酵,损失有机质及氮素等营养元素。条垛系统的堆体适宜规模参数为:底宽2~6m、高1~3 m,长度不限。最常见的堆体尺寸为底宽3~5 m、高2~3 m,其横截面大多呈三角形[11]。
条垛式堆肥系统堆体供氧主要是通过翻堆的方式进行,翻堆频率根据堆体具体情况而定,其中包括外界温度、堆体大小、添加剂的使用等。在春、夏、秋3个季节,因为平均温度较高,一般不会影响堆体升温,所以一般采用每天翻1次,或者隔1 d翻1次的翻堆方式,以保证堆体在好氧情况下发酵。而在冬季堆肥时,外界温度较低,第1次翻堆时间应在成堆后3~4 d,翻堆期间也应该根据堆体的实际温度而定。若翻堆过于频繁,则不利于堆体温度的升高;若翻堆次数太少,则容易产生厌氧发酵。在添加剂的使用上,当使用稻草、谷壳、干草、干树叶、木片或锯屑作调理剂且与污泥形成的混合物的含水率约为60%时,成堆后第3天翻堆,然后每隔1 d翻堆1次直至第4次,随后,每隔4或5 d翻堆1次堆。如果用纸作调理剂,只要混合物料含水率不超过50%,便可如上述频率进行翻堆[12]。
条垛式堆肥系统对外界条件也有很严格的要求。首先,要有足够大的场地,通风条件好,有利于水分散失和堆体供氧。若有条件,可建造一个较大的棚以减少冬季和雨季对堆肥的影响。其次,场地条件必须结实,以便大型机械设备,如铲车、翻抛机等操作。通常用的地面材料是沥青或混泥土,也可是碎石或碳渣。场地要有一定的坡度,以便堆肥渗滤液快速流走,其坡度应该在1%~2%。堆肥场地还应具备相应的排水系统,以便收集渗滤液,避免造成二次污染[12]。
条垛式堆肥系统尽管是一个低水平系统,但有很多优点:所需设备简单,投资成本较低;翻堆会加快水分的散失,堆肥容易干燥;干燥的堆肥易于把填充剂筛分,干的填充剂可以较快地进行回用;由于堆肥时间相对较长,条垛式堆肥产品腐熟度高、稳定性好[13]。但条垛式堆肥也存在一些缺点,如条垛系统占地面积大,而且腐熟周期长;需要大量的翻堆机械和人力;相对于其他的堆肥系统,条垛式堆肥需要更多的监测以确保足够的通气量和温度;翻堆会造成臭味的散失,这会对公众生活造成影响;条垛式堆肥系统受天气的影响严重,例如,雨季会破坏堆体结构,冬季会造成堆体热量大量损失,使温度降低。为了保持良好的通风,条垛式系统需要相对较大比例的填充剂[14]。
3.2 强制通风静态垛式堆肥
强制通风静态垛式堆肥系统是在条垛式堆肥系统的基础上开发出来的,是采用物料静止不动,通过地面通风管道强制通风的方式供氧发酵。通风方式可采取正压通风、负压通风或者两者相结合的方式。对此堆肥方式,通风系统决定其能否正常运行,同时通风系统也是温度控制的主要手段。在堆肥过程中,通风提供给微生物分解有机物时所需要的氧气,同时带走水分、二氧化碳、氨气等气体。目前,该系统已经成为美国应用最广泛的污泥堆肥系统。
3.3 各式反应器堆肥
魏源送等[10]总结了国内外各式反应器堆肥系统(图1)。
反应器堆肥发酵工艺目前是国内外学者研究的热点,较前2种堆肥方式有其独有的特点,如发酵周期短,能有效地控制臭气、灰尘和其他污染环境的因素,占地面积小,自动化程度高。但是一次性投资大,操作复杂,维修费用高,对污泥性质的变化适应性不强[15]。
4 堆肥工艺参数
在堆肥过程中如果能采取比较合理的方法和有效控制堆肥过程中各种参数,将有效的提高堆肥效率和堆肥品质。堆肥过程中适宜的各种重要参数见表1。其中,含水率、温度、C/N、含氧量以及p H值是最为关键的堆肥参数。
4.1 含水率
含水率是堆肥过程中一项重要指标。一般认为堆肥起始含水率应控制在45%~60%之间。含水率过低影响微生物生长,不利于微生物分解有机质释放热量;含水率过高则会堵塞堆肥物料中孔隙,影响通风,从而降低堆体含氧量,导致厌氧发酵。含水率具体控制在多少适宜,这决定于堆肥原料的组成、性质和有机质含量。
4.2 温度
堆体温度是影响堆肥进程和产品最终品质的重要因素,同时也是判断堆肥是否达到无害化要求的最重要指标之一[16]。根据《粪便无害化卫生标准(GB7959-87)》的要求,堆肥过程中最高堆温达50~55℃以上持续5~7 d,或者在55℃以上维持3 d,这样才能有效杀死堆体中的病原菌和有害微生物。
堆肥过程中不同温度有不同效果:大于55℃无害化效果最好;45~55℃生物降解速率最大;35~40℃微生物种类最多。但是在堆肥过程中应尽量避免堆体高于60℃,因为过高的温度会使有机质消耗过快。丁文川等[17]研究表明,污泥堆肥过程中有机质的分解主要是在中温(45℃左右)阶段完成,参与反应的微生物以中温菌群为主。环境温度对堆体也会造成一定的影响。李艳霞等[18]研究表明,在通气静态垛式堆肥系统中,环境温度对起始升温的影响不像其他堆肥参数那么严重。当环境温度在5.8℃以上时,堆肥可以进行;当低于此温度时堆肥无法进行。Tateda等[19]对环境温度研究表明,环境温度对强制通风静态垛式堆肥堆体底部温度影响最剧烈,当环境温度小于20℃时,其对堆体达到最高温度时间有影响。
4.3 C/N
堆体C/N一般认为以20/1较合适。C/N若过高,微生物由于氮不足,生长受到限制,有机物降解速率变缓,从而延长了堆肥时间;C/N若过低,则堆肥过程中产生氨,不仅影响环境,而且造成肥分氮的损失,导致堆肥产品质量下降[20]。由于污泥本身富含氮,C/N较低,所以在堆肥之前需要添加合适的添加剂以调节堆肥物料的C/N。可以作为堆肥添加剂的材料很多,如麦麸、农作物秸秆、锯末、菇渣、树皮等,在实际操作中需结合实际情况而定,如季节、收购成本、储存等。
4.4 含氧量
含氧量是堆肥过程中促进微生物生长的重要因素。一般认为,堆体含氧量应在5%~15%之间。若高于15%,堆体保温性差,堆体在高温期维持不了较长的时间,嗜热菌群数量少,影响堆肥成品的卫生指标;若低于5%,则堆体通风性差,堆体中心易产生厌氧发酵。
4.5 p H值
根据美国环保局(USEPA)的规定,污泥与添加剂混合后p H值应在6~9之间。适宜的p H值可使微生物有效地发挥作用,保留堆料中有效氮成分,p H值过高或过低都会影响堆肥的效率[21]。
5 总结
随着我国污水处理厂的发展和普及,每天产出的污泥量越来越大。在各种污泥处理技术中,污泥堆肥化处理因其可以达到污泥减量化、无害化、资源化处理的优点,已经成为学者们研究的热点问题。污泥堆肥化技术经过几十年的发展,在缩短发酵周期、提高产品品质、降低二次污染等研究方面取得了很大的进步。但是在污泥堆肥工艺和理论上仍然有很多问题需要进一步展开研究:一是污泥堆肥化过程中重金属钝化及转化;二是开放式堆肥系统中臭气控制问题;三是堆肥化产品的农用效应;四是污泥堆肥工艺的成本。研究这些内容,对污泥堆肥成品在使用中的安全问题、堆肥过程中的环境问题、堆肥工厂的效益问题有很重要的现实意义。
摘要：随着城市的发展,城市生活污水污泥也迅速增加。目前污泥堆肥化处理已经成为国内外学者研究的热点。该文主要对污泥性质、国内外城市污泥堆肥方法,以及污泥堆肥过程中的重要参数控制进行综述,以为城市污泥堆肥化处理提供参考。
堆肥污泥 篇9
新疆冬季气温一般在—20℃,而污泥的冰点温度为—7～—10℃,含水率80%,密度在1.08～1.14 t/m3之间。污泥料仓为四棱台形,污泥冻结成块后不能通过螺旋推进器落入上料带机,从而不能进入混料机进行C:N比例调整和生物菌种的添加。日处理350 t污泥的单个污泥料仓体积为99.09 m3,实际工作容积为总体积的80%,即79.3 m3,现按照99.09 m3计算。
1 保温材料及厚度
选择聚氨酯材料发泡保温,其具体参数如表1所示。
因污泥料仓置于厂房内,风速几乎为0,表面对流散失不计,只作传导计算。保温材料单位时间内导热量为:
Q导热=λ·A·ΔT/b=0.02×100.6×15/0.3=100.6 W
式中,λ为聚氨酯保温板导热系数[W/(m·K)];A为污泥料仓表面积,99.09 m3的表面积为100.6 m2;ΔT为温度差值(℃);b为聚氨酯保温板厚度(m)。
1 h导出热量:100.6 W×3 600=362.16 kW。
外界环境温度设为—20℃,污泥运至厂内时温度在0℃左右,首先将污泥加热至5℃需要能量Q吸=C污泥·m污泥·ΔT污泥=C污泥,ρ污泥·V·ΔT污泥=1.05×1.08×99.09×5=561.84 kJ。
2 电热保温费用
保证单仓污泥在5℃需要每小时输入362.16 kW的热量。采用电热丝加热,单仓最少需要275 m直径2 mm的镍铬丝电阻丝。
冬季从10月20日至来年4月20日共6个月,180天,其中—15℃以下天数在80～90天,每小时耗电量为362.16 kW·h,如表2所示,取90天;-15～0℃也取90天,每小时耗电量为181.08 kW·h。
6个月耗电量合计为391 132.8 kW·h,平均电价按照0.75元/kW·h计算,整个冬季单仓保证污泥温度5℃需要费用29.33万元。
3 集中供热保温费用
保证单仓污泥在5℃需要每小时输入362.16 kW的热量,转化成能量为13.04×105 kJ/h。暖气费用为单价40元/m2,管道通径DN50 mm,ΔT水=64.5℃,水的比热容为4.2 kJ/(kg·℃),污泥吸收热量Q吸=供热管线放出热量Q放,即:
得:
m水=4 813.58 kg
管道内水流速度一般在0.8～1.0 m/s,DN50 mm的管道每小时流量为Q=3.14×0.0252×1.0×103×3 600=7 065 kg>4 813.58 kg,管路通径选取正确。
根据每小时供热管线放出热量Q放=每小时供热管线传导热量Q传热,可以计算出管道的换热面积为385.4 m2 (此处计算略),则供暖费用为385.4×40=1.54万元。镀锌管材料及安装3.79万元。
4 燃烧设备费用
每小时362.16 kW热量转化成13.04×105 kJ/h,燃煤热风机燃烧效率最高为75%,选择热风设备输出热量为13.04×105÷75%=17.39×105 kJ/h。—15～0℃耗煤量为41 kg/h,—15℃以下为80.3 kg/h,1天按照8 h计算,冬季运行时间为1 440 h,燃烧设备耗能如表3所示。
单台燃烧设备购置费用11.6万元,整个冬季单仓保证污泥温度5℃需要费用13.521万元(11.6+0.649+1.272)。
5 3种方案费用汇总与对比
3种方案费用汇总和各项费用对比如表4、图1所示。
6 结论
比较上述3种方案,集中供暖方案能源消耗费用最省,维护费用也较低,因此,选用该方案最为合理。
参考文献
[1]成大先.机械设计手册:常用工程材料[M].北京:化学工业出版社,2004
[2]石力开.材料词典[M].北京:化学工业出版社,2006
[3]贾永康,徐红梅.热工学基础[M].武汉:武汉理工大学出版社,2008
堆肥污泥 篇10
当前，城市污泥的处理用作肥料的必要性无可置疑。但是不清楚和没有解决的问题还很多。在生态学方面致力于研究土壤施用污泥的长效，这样可以确定应用城市污泥生产的肥料在农业生产管理中对于环境是否是长期安全的[6,7]。
本研究旨在，以城市污泥作为有机肥料、有机-无机肥料，研究其对草甸灰化壤农化性质的作用持效性。
1 材料与方法
1.1 试验地点概况
2005-2007年在全俄农业科学院有机肥和泥炭工艺设计研究所的长期定位试验站进行(弗拉季米尔地区)。土壤为沙质粘土冰碛层铺垫的草甸灰化沙壤，耕层位于沙性积淀物的厚层中。地块地势平整。种植作物为牧草。土壤耕层为弱酸性，盐基饱和度为69.2%，全磷含量为0.0085%，全钾含量为0.0041%。
1.2 试验材料
(1)当地城市污泥;(2)有机堆肥：于2004年用当地无药剂处理的城市污泥和豌豆-燕麦混合物堆制而成，组成比例为1:1(干物质);(3)化学肥料(N,P,K)。
1.3 试验设计
试验分两组：第一组：1对照;2城市污泥30t/hm2;3有机堆肥(P2O5含量相当于城市污泥30t/hm2)(本实验设计考虑到磷对重金属迁移和转化的影响，因此处理3和处理2按照相同的P2O5含量进行施用有机肥)。第二组：1对照;2有机堆肥15t/hm2;3有机堆肥30t/hm2;4有机堆肥15t/hm2+生石灰3t/hm2;5有机堆肥30t/hm2+生石灰3t/hm2;6有机堆肥15t/hm2+N(纯氮)60kg/hm2+K(纯钾)60kg/hm2;7,NPK(相当于有机堆肥15t/hm2含量)。
第一组试验为新设试验，阐明一次性施入城市污泥及其有机堆肥对土壤农化性质，土壤重金属含量的影响。第二组试验是在长期定位试验基础上进行的，试验田于1982,1986,1991和2000年施用了原始城市污泥，旨在阐明施用有机堆肥及与石灰，化学肥料配合施用对土壤农化性质，土壤重金属含量的影响。
小区随机分布，5次重复，小区面积6m2，试验周围保护带宽0.5m。2005年春季施入土壤。城市污泥和堆肥的用量按湿度50%换算，并在P2O5含量上保持平衡。轮作作物为：大麦-燕麦-三叶草。所有农事操作人工进行。
1.4 试验分析
作物生长后期进行土壤取样分析，主要农化指标：pH，交换性酸(H+)，阳离子代换量，盐基饱和度，磷，钾的分析。分析方法采用常规分析方法。
2 结果与分析
2.1 对土壤化学性质的影响
2.1.1 第一组试验的作用时效和作用后效
(1)作用时效。在无污染土壤背景条件下，施用城市污泥及其堆肥，进行了城市污泥和有机堆肥对土壤农化性质作用时效的研究(表2)。根据获得的土壤0-20cm耕层的数据可知，当施入城市污泥30t/hm2及P2O5含量相当于城市污泥的有机堆肥时，土壤农化性质发生变化。土壤代换性酸和水解性酸的数值明显降低。水解性酸水平相应降低了5.4%和8.5%，这是由于城市污泥和有机堆肥分解过程中影响了土壤溶液里的二价和三价阳离子。城市污泥和有机堆肥对可吸收阳离子总量产生影响，可吸收阳离子总量分别增加了8.5%和7.5%，在施入城市污泥和有机堆肥时，土壤耕层中的速效磷含量相应增加2.93和3.82倍。
(2)作用后效。在作用后效方面，城市污泥和有机堆肥对土壤耕层的农业化学性质也具有较大的影响。在具有较低缓冲容量的耕层，和作用时效结果一样，土壤的酸碱性质发生明显的变化。和作用时效相比，表现出土壤的代换性酸和水解性酸的增加，可吸收阳离子相应增加了22%和25%。
在各处理作用后效方面，土壤耕层中磷、钾的水平，一方面取决于土壤中有机肥料的分解过程，另一方面决定于作物的积累。有机堆肥处理与对照相比速效磷含量增加了4.46倍。施用城市污泥的处理，速效磷含量只增加了2.5倍，比其作用时效时低。有机堆肥的作用后效对速效磷动态有很好的影响，比城市污泥作用后效要高。有别于这些肥料的作用时效，他们的作用后效同样很好地影响着速效钾的动态变化。
2.1.2 第二组试验的作用时效和作用后效
(1)作用时效。各处理土壤的农业化学性质有所不同(表3)。在处理2和3中，施用有机堆肥对土壤耕层(0-20cm)中的酸碱性质变化有较大影响。在施用有机堆肥背景下进行石灰处理，代换性和水解性酸大幅降低，土壤耕层中可吸收盐基总量增加，这是由于石灰带入土壤溶液中二价阳离子产生的作用。处理6和7与只施用有机堆肥(15t/hm2)的处理相比，土壤中代换性和水解性酸提高不明显，可吸收盐基总量降低。
由获得的数据可知，施用有机堆肥的处理2和3导致了土壤耕层中速效磷增加了48%和76%。处理4和5由于磷酸钙的形成，与处理2相比，导致速效磷降低10%和12%。单独施用有机堆肥及与石灰处理配合的处理，土壤中磷钾变化相同。单独施入有机堆肥时，土壤中钾含量分别增加39%和50%，与处理2和3相比，土壤石灰处理导致交换性钾的含量分别下降2%和3%。证明石灰处理对土壤酸碱性和土壤钾动态变化的作用时效强度较低。
在研究中发现，有机堆肥在施用量15-30t/hm2与石灰处理结合，对土壤的农业化学性质有较好的影响。
(2)作用后效。处理2和3有机堆肥表现出对耕层(0-20cm)酸碱度有明显影响，与肥料的作用时效研究结果一致。石灰处理与有机堆肥相比，促进了土壤耕层中代换性和水解性酸的进一步降低，可吸收盐基总量的增加，这是由于石灰处理土壤过程中所含的Ca2+，Mg2+的影响。处理6和7中氮钾矿物肥料导致土壤里的代换性和水解性酸增加，与有机堆肥15t/hm2相比可吸收盐基总量减少。
处理2和3对土壤耕层中速效磷含量具有较好的影响，其含量增加了74%-78%。在处理4和5的后效中，石灰处理与施用有机堆肥(15t/hm2)相比，导致速效磷含量的继续增长，这取决于配合施入有机堆肥和石灰后在土壤中形成的磷酸钙的水解，和有机堆肥在石灰处理后的降解过程。
单独施用有机堆肥及与石灰配合施用对土壤中钾产生的后效，与它们对磷的作用后效相似。和作用时效相同，表现出土壤中钾含量的增加，处理2和3中，土壤钾含量增加24%-37%，在与石灰配合施用时，土壤交换性钾含量增加52%-86%。施用量15-30t/hm2的有机堆肥与石灰配合，对土壤农化性质产生较好的影响。
2.2 对土壤中重金属含量的影响
作为判定重金属对土壤影响的主要指标，这里使用了浓度系数Kc和总污染指数Zc:
其中，Ca-各处理中重金属的浓度，Cк-对照中重金属的浓度。
其中，Zc-土壤本底基础上的各处理重金属增加水平，Kc-浓度系数，n-Kc>1.0的元素数量。在施入城市污泥和污泥的其他形式有机肥料时，根据土壤总重金属污染系数可将污染土壤划分为轻度(Zc<10)，中等(Zc=10-25)和重度污染。
2.2.1 第一组实验的作用时效和作用后效
(1)作用时效。在第一组实验中一次性施入剂量为30t/hm2的城市污泥和堆肥时，土壤耕层中的重金属总量和有效态含量与对照相比有明显增加(表4)。
根据重金属总量浓度系数值，施入的有机肥中，Cu>Cd>Zn>Ni>Pb。而对于有效态重金属浓度系数：Cd>Pb>Zn>Cu>Ni。城市污泥处理的土壤与施用堆肥的土壤相比，重金属的浓度系数要高，这取决于土壤中较低的本底值和城市污泥中较高的重金属含量。比较重金属总量和有效态重金属的Kc可看出，施用有机肥后有效态重金属Pb,Cd和Zn要比它们总量的Kc在很大程度上增加(表4)。在施入土壤耕层的城市污泥和堆肥条件下，重金属总量的污染指数Zc值分别是4.8和2.6，有效态重金属的污染指数分别是9.4和5.4。施用了堆肥的土壤污染指数比施用了城市污泥的土壤污染指数低1.8倍。由上面污染指数看出，城市污泥和堆肥对重金属有效态浓度的影响要高于它们对重金属总量的影响。根据土壤污染指数，城市污泥和堆肥作用的污染程度都属于轻度污染(表4)。
(2)作用后效。在城市污泥对土壤的作用后效方面，施入了城市污泥土壤比施入堆肥的土壤中重金属总量和有效态的浓度都高。由城市污泥后效产生的污染指数与堆肥后效产生的污染指数相比，总量和有效态重金属的总污染指数分别高1.9和3倍(表4)。
该差别较作用时效明显，这是由于重金属在肥料-土壤-作物系统中的迁移和转化过程的不同程度造成的。需要指出的是，堆肥和城市污泥相比，在后期的矿化速率要高于前期。浓度系数Kc排序比较，在堆肥作用后效方面重金属Pb,Cd和Zn有效态的Kc比其总量的Kc增加较大，这在总污染指数Zc的数值当中表现出来。土壤耕层属于轻度污染。
2.2.2 第二组实验
(1)作用时效。堆肥处理导致土壤中重金属含量增加(表5)。有机堆肥处理、有机-无机肥混合处理均影响到重金属的总量和速效态的浓度。根据重金属总量的Kc值可按下列元素降序排列Pb>Cu>Zn>Ni>Cd。土壤中重金属总量的污染指数Zc为1.2-5.5，因此试验各处理根据上面土壤污染等级的划分，在使用堆肥和分别与石灰、化学肥料配合处理的土壤都属于轻度污染。比较重金属总量的浓度系数和有效态重金属浓度系数可看出，堆肥及配合石灰处理的土壤，以及配合化学肥料处理的土壤影响有效态重金属Cd,Cu,Ni,Pb和Zn的Kc较对重金属总量Kc影响大。在石灰配合的处理中除未增加重金属总量，同时降低了有效态重金属的浓度，其总量和有效态重金属的土壤污染指数与处理2相比降低1.4-1.6倍。这与施用石灰土壤的农化性质的改变和重金属在土壤中的固定有关。
(2)作用后效。由表5可以看出，在作用后效方面，堆肥及其与石灰和化学肥料配合施用都导致了土壤中重金属总量和有效态重金属含量的增加。土壤中重金属总量的污染指数Zc为1.23-5.63，根据土壤污染等级划分，堆肥和分别与石灰、化学肥料配合处理的土壤都属于轻度污染。比较重金属总量的浓度系数和有效态重金属浓度系数可看出，堆肥及配合石灰处理的土壤，以及配合化学肥料处理的土壤影响有效态重金属Cd,Cu,Ni,Pb和Zn的Kc较对重金属总量Kc影响大。
处理4石灰配合的处理降低了有效态重金属的浓度，该处理有效态重金属的土壤污染指数与处理2相比降低1.45倍，而处理5与处理3相比较，有效态重金属污染指数略有下降，这是由于高量施用有机肥导致土壤酸度增加产生的。
3 结论与讨论
3.1 第一组试验中，在作用时效方面，城市污泥和有机堆肥使土壤耕层中速效磷含量相应增加2.93和3.82倍，这取决于城市污泥及其堆肥中磷的含量，另一方面决定于土壤耕层中肥料降解速度。同时，土壤中交换态钾在施入城市污泥和有机堆肥后下降。导致该现象的原因可解释为，城市污泥和有机堆肥中钾的含量较低，及随作物生物量增加导致钾的输出量增加。在耕层较低缓冲容量情况下，和作用时效一样，土壤酸碱性质发生明显的变化。与作用时效相比，表现出土壤代换性酸和水解性酸增加。该情况可能与2005-2006年气候条件变化有关。
3.2 第二组试验中，有机堆肥单独施用和与石灰处理相结合，在作用时效和后效方面，对土壤中的磷钾状态有不同的影响。取决于石灰对土壤的作用和有机堆肥生物降解过程。有机堆肥与城市污泥相比，具有较好的作用效果，对土壤中营养元素的形态具有很好的影响：速效磷含量增加1.2-4.5倍，速效钾含量增加1.1-2.2倍。有机堆肥和城市污泥对草甸灰化壤的酸碱性质具有较大的影响。有机堆肥和城市污泥对土壤中磷的作用效果取决于污泥中磷的含量。土壤中钾含量变化取决于化学肥料的用量。
3.3在研究城市污泥对土壤重金属影响中，引入了重金属的浓度系数和土壤重金属污染指数。有效态重金属Pb,Cd和Zn要比它们总量的Kc在很大程度上增加。石灰处理土壤与施用15t/hm2的有机堆肥相比，由于形成了磷酸钙缘故，速效磷含量降低了10%-12%。石灰施用量为3t/hm2时，对土壤中重金属的固定和降低其在土壤中的迁移活性具有较大影响。有机堆肥和有机-无机肥料的作用时效和作用后效方面，与城市污泥相比，较小程度地提高了土壤中重金属的总量和有效态浓度，各处理对土壤的污染程度都属于轻度污染。
参考文献
[1]Muhamad A T.Agricultural ecological evaluation about the effects of municipal sludge on the biome in farm[D].Moscow,2001,150-180.
[2]Deiana S,Gersa C,Manunza B,et al.Analytical and spectroscopic characterization of humic asids extracted from sewage sludge manure and worm compost [J].Soil Science,1990,150 (1):14-18.
[3]Kasatikov V A,Orlov D C,Amosova Y M.Effects of municipal sludge on the humic acids' structure characterictics in meadow podzol soil[D].Kashan,1991,209-212.
[4]Otabyng A,Ykimenko O C,Cadovnikova L K.Effects of municipal sludge on the elements absorptivity grown in hydrophic cultivation[J].Agricultural Chemistry,2001,2:55-60.
[5]Doroshkeviq C G,Ubugunov L L,Mangatavi C D,et al.Effects of organic and inorganic fertilizer mainly composed with municipal sludge on the yeild and quality of tomato[J].Agriculture Chemistry,2002,8:41-48.
[6]Caharenko A V.Utilization of organic living and industrial waste in modern agriculture.International Conference on the ecological-techno logical question about the utilization of organic and inorganic fertilizermainly composed with municipal sludge and solid waste[R]. Vladimir 2004,3-5.
[7]Bokrovski C V,Kasatikov V A.Application of municipal sludge in agriculture[M].Moscow,Agriculture Press,1987,53-59.
[8]Kasatikov V A.Ecological characteristics and optimization of fertilizer application mainly composed with peat and municipal sludge[D].Vladimir,1988,520-563.