堆肥控制系统（共9篇）
堆肥控制系统 篇1
摘要：总结了剩余污泥在堆肥过程中臭气的来源与危害, 重点介绍了3种臭气过程控制方法, 即:优化堆肥工艺参数除臭法、添加调理剂除臭法、添加除臭菌剂除臭法, 分析了3种控制方法的特点, 并展望了臭气过程控制方法综合利用的前景。
关键词：臭气控制,城市污泥,污泥堆肥
随着我国城市的快速发展, 人民生活水平的逐步提高, 生活污水的数量也逐年攀升, 污水处理的副产物剩余污泥的日益增多成了污水处理的瓶颈而臭气的控制和处理是污泥处理过程中不可或缺的环节之一。
目前, 业内一般将臭气成分分成5 大类, 一是含S臭气成分, 如H2S、R-SH、R-S-R等;二是含N臭气成分, 如NH3、NH2-R等;三是含氧臭气成分如R-CO-R、RCOH、RCOOH等;四是烃类化合物如烷烃、烯烃、芳香烃等;五是卤代烃。 污泥堆肥过程中臭气的主要成分是前两种。
1 臭气的来源与危害
1.1 臭气的来源
剩余污泥堆肥处理的过程中, 在氧气充足的情况下, 污泥中的有机成分如蛋白质等, 在好氧微生物的作用下产生有刺激性气味的气体如NH3等在氧气不充分的情况下, 厌氧微生物将有机物质分解为不彻底的有恶臭气味的产物, 如H2S、SO2、硫醇类和含氮的化合物如胺类、酰胺类等[1]。 这些气体产生后溢出堆肥容器将会污染堆肥车间环境, 对工作人员的身心健康造成威胁, 如果散发到外界空气中会给大气带来污染。
1.2 臭气的危害
臭气的危害分为两个方面。 首先, 在好氧堆肥的过程中产生的臭气主要是NH3, 堆料中的氮元素会随着NH3的散失而大大减少, 影响腐熟堆料的营养价值, 降低其农用效果。 其次, 臭气中的NH3通常会使人产生食欲不振、头晕、头痛、恶心、呕吐、乏力等一些不好的生理反应, 严重者可发生肺水肿、成人窘迫综合征, 同时可能发生呼吸道刺激症状等。 而臭气中的H2S是强烈的神经毒素, 对粘膜有强烈刺激作用, 吸入少量高浓度H2S可于短时间内致命, 低浓度的H2S对人的眼、呼吸系统及中枢神经都有不良影响。 基于堆肥臭气的危害, 要从源头控制堆肥臭气的产生。
2 臭气的控制方法
堆肥过程中臭气的控制有两种途径, 一种是过程控制, 即通过优化堆肥的物料配比、堆体孔隙率、通风状况等, 在过程中尽量减少臭味气体的产生;另一种是末端控制, 也就是对堆肥过程中产生的臭气进行收集、处理后达标排放以减少臭气对工作环境的污染。 减少堆肥过程中臭气的产生和释放既可以减少堆料中氮素的损失, 达到保氮除臭的目的, 又可以改善堆肥车间操作人员的工作环境。
堆肥中臭气的过程控制主要分为优化堆肥工艺参数、添加调理剂、添加除臭菌等。
2.1 优化堆肥工艺参数
堆肥过程的重要参数有堆料、氧气、温度、含水率和堆体孔隙率等。堆料中C/N比与堆肥过程臭气的产生有一定的关系, 如C/N比过低, 就会造成合成有机物的碳源不足, 过量的氮不能用于细胞合成, 最后转变成NH3挥发掉, 导致了氮素的损失又造成了堆肥车间的空气污染。 好氧堆肥过程中, 有机质的降解需要消耗大量氧气[2], 如果堆体中氧气含量不能满足有机质彻底降解的需要, 有机质就会不完全分解, 其中间代谢产物就是臭味气体。 堆肥物料的含水率直接关系到堆肥过程能否顺利进行, 含水率过低影响微生物的活性, 不利于堆料的生物降解, 含水率过高, 堆体的孔隙率就会减少, 不利于氧气在堆体中的扩散, 造成堆体局部厌氧发酵, 产生臭味气体。 微生物的生长及堆体水分的散失都与堆肥温度有着直接的关系, 温度越高、p H值越高, NH3释放量就越多。
从源头控制臭气的产生最常用的方法是调节堆料的初始C/N比, 使其初始C/N值满足好氧堆肥的最优条件。 堆放物料时应充分混匀以使堆体具有适当的孔隙率和良好的通风条件;采用适当的通风速率既可以提供堆体足够的氧气又可以带走部分水分以降低堆体的含水率, 得到相对干燥的堆肥成品以及提高堆体的重量和采用良好的堆肥保温施设以确保堆肥内部达到最佳温度。
2.2 添加调理剂
在高温好氧堆肥工艺中, 堆料通常不能满足堆肥过程所需的理化条件, 需要进行预处理, 使其满足好氧微生物生长的要求[3]。 因此, 堆肥时就需要给剩余污泥添加适当的辅料———调理剂。 从调理剂是否参与堆体有机质降解过程的角度, 可将调理剂分为活性调理剂和惰性调理剂[4]。 由于活性调理剂本身能够参与有机质的降解, 所以应用较惰性调理剂多。 活性调理剂包括秸秆、树叶、枝条和回流污泥等, 堆肥中添加适当的活性调理剂可以起到调节物料C/N比、含水率、孔隙率、堆料有机质含量等作用, 间接改善了堆肥工艺条件, 可以达到除臭保氮的效果。
2.3 添加除臭菌
微生物除臭就是利用自然界中广泛存在的微生物来分解堆肥过程中产生的恶臭气体, 达到臭气处理的目的。 生物除臭法因具有简单、投资省、运行费用低、维护管理方便、效果好等优点而发展得很快。 美国、德国、日本对污水处理厂的恶臭多采用生物除臭技术进行治理[5]。 童正明等[6]研究了在生活垃圾堆肥中添加由八种菌种和两种天然植物提取物按配方混合而成的除臭菌, 结果表明, 添加除臭菌对生活垃圾具有明显的除臭效果, 可有效减少堆肥发酵过程中产生的恶臭。
3 污泥堆肥臭气控制的展望
目前, 污泥堆肥臭气的控制技术已有一定程度的研究进展, 但是还有待进一步的发展创新。 臭气控制方法各有优缺点, 如果能联合使用两种或两种以上方法来控制臭气, 避其缺点取其优点, 是未来除臭技术的研究方向。 例如将微生物技术和调理剂联合使用, 即把具有除臭功能的微生物附着在调理剂上, 这样既可以利用两者的优点达到除臭保氮的效果, 又可以节省调理剂和菌种资源。 如何将除臭微生物附着在调理剂上, 并且随着调理剂的循环利用使其活性和功能不变则是有待解决的问题。
参考文献
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堆肥控制系统 篇2
高温堆肥是增施有机肥、提高土壤肥力的重要途径之一，是秸秆还田的主要渠道。当前，已进入高温多雨季节，正是高温积肥的有利时机，广大农民朋友应充分利用稻秸、玉米秸、杂草、落叶等有机物质，采取行之有效的方法，进行高温堆肥，以提高土地产出率和改善农产品品质。
1、地面堆肥法：
选择距水源较近、运输方便的地方，肥堆大小视场地和材料多少而定。首先把地面捶实，然后于底部铺上一层干细土，再在上面铺一层未切碎的玉米秆作为通气床（厚约26厘米），然后在床上分层堆积材料，每层厚约20厘米，并逐层浇入人粪尿（下少上多），为保证堆内通气，在堆料前按一定距离垂直插入木棍，使下面与地面接触，堆完后拔去木棍，余下的孔道作为通气孔，堆肥材料包括秸秆，人畜粪尿和细土，其配比为3：2：5，配料时加入2%-5%的钙镁磷肥混合堆沤，可减少磷素固定，使钙镁磷肥肥效明显提高。按肥料比例混合后，调节水分为湿重的50%，一般以手握材料有液滴出为宜，在肥堆四周挖深30厘米、宽30厘米左右的沟，把土培于四周，防止粪液流失。最后，用泥封堆3-5厘米左右，堆好后2-8天，温度显著上升，堆体逐渐下陷，当堆内温度慢慢下降时，进行翻堆，把边缘腐熟不好的材料与内部的材料混合均匀，重新堆起，如发现材料有白色菌丝体出现，要适量加水，然后重新用泥封好，待达到半腐熟时压紧密封待用。
堆肥腐熟的标志：完全腐熟时作物秸秆的颜色为黑褐色至深褐色，秸秆很软或混成一团，植株残体不明显，用手抓握堆肥挤出汁液，滤出后无色有臭味。
2、快腐剂堆肥法：
堆肥控制系统 篇3
堆肥技术是目前处理城市生活垃圾和农业秸秆最有前景的一项技术,它不仅可以达到无害化,而且可以将有机物重返大自然,进行资源循环利用。在堆肥发酵的过程中,控制好发酵的温度、湿度、pH值、耗氧量和电导率等参数,对快速有效的发酵具有重要的意义。因此,实时监测发酵时的各种参数是堆肥过程中的关键技术之一。
目前,参数检测信号都是通过电缆或总线从发酵仓传输到控制房的上位机。拖拽的电缆不仅给操作者带来了诸多的不便,而且由于运输垃圾或秸秆的车辆过多,往往造成电缆断裂,重新铺设电缆工作量较大。本文应用蓝牙技术取代传统的电缆连接,设计了堆肥发酵仓的无线参数信号检测系统,降低了造价,减少了安全隐患,简化了使用步骤。
1 检测系统的总体结构
检测系统由信号采集模块、蓝牙传输模块和上位机(主控计算机)组成,总体结构如图1所示。其中,信号采集模块安装在堆肥发酵仓上,选用单片机作为控制芯片,通过UART口与蓝牙模块连接;上位机用来处理并且显示各种参数信息,通过USB口和蓝牙模块连接。
2 系统的硬件设计
2.1 信号采集部分
信号采集部分主要由传感器模块、电源模块以及下位机组成。下位机选用Cygnal公司的C8051F020单片机,自带12位100ksps和8位500 ksps的8通道的ADC,内部集成2个UART口,可完成数据的采集、处理,并传输给蓝牙模块。
温湿度传感器模块采用插入式ATH4探杆式温湿度变送器,由于其直接以RS485形式输出数字量,因此通过MAX485芯片和单片机的UART1口相连接。电导率的测量采用WQ-CND传感器;pH值的测量采用YBK10-WQ201型传感器;含氧量的测量采用MIC-O2型氧传感器。后面3种传感器的输出都是4～20mA的电流信号,需要转换成0～3V信号传输给单片机。各种传感器的性能参数如表1所示;信号采集部分原理图,如图2所示。
2.2 蓝牙模块
蓝牙模块采用BF10型蓝牙通信模块,该模块是一款智能型无线数据传输产品,具有高灵敏性、低成本、体积小巧和低功耗的特性。其核心芯片BlueCore4-Ext完全兼容蓝牙2.0规范,拥有UART接口,支持1200～2 764 800bps等多种波特率通信和SPP协议,最高可达到3M调制模式。
本设计中仅用蓝牙来代替串口线,因此采用2个BF10-I型模块,把和上位机连接的蓝牙模块设置成主模块,和下位机连接的蓝牙模块设置成从模块。当两模块设置为相同的波特率、相同的通道(不能为通道64)时,上电之后,主从模块则自动连接形成串口透明,此时的数据传输是全双工的。
2.3 蓝牙与上位机的连接
上位机通过USB口与蓝牙模块连接,如图3所示。由于BF10型蓝牙通信模块只能接受TTL信号,因此选用CH341A芯片来进行转换。USB口本身能提供DC5V电源,可供CH341A工作,而BF10的工作电压为DC3.3V,通过ASM117把5V转化成3.3V。BF10的PIO0口是主从模块设置口,悬空或+3.3V为主模块;PIO1口驱动1个LED灯,作为通讯指示。当蓝牙配对时,LED闪烁,一旦配对成功,LED保持长亮,PIO2口～PIO4口接拨码开关,设置通讯波特率;PIO6口～PIO11口也接拨码开关,选择通道,总共可选择64个通道(第64通道为从模块通道,这里不能使用)。
2.4 蓝牙与下位机的连接
蓝牙与下位机(单片机)的连接如图4所示。C8051F020单片机的UART0口直接连接蓝牙模块,同时把蓝牙模块的PIO0口接地,设置成从模块。在蓝牙通信时,主从模块的波特率和通道应该选择一致。如果带电选择通道或波特率时,必须复位才能生效。
3 系统的软件设计
3.1 信号采集程序设计
信号采集程序模块具体的流程,如图5所示。
系统初始化后,关闭中断(UART0中断不关),通过UART1口发送指令给ATH4探杆式温湿度变送器,要求读取温度和湿度值,然后等待对方的数据;如果等不到数据,再重新发送指令,假设3次发送指令都不能读取数据,则退出程序,向上位机报警。读取温湿度数据后,分别采集pH值、电导率、含氧量信号,每个信号采集20次,进行去极值平均滤波,获得最终数据,保存在相应的RAM中,最后打开中断。
信号采集程序定期循环,在循环期间,如果接收到UART0的中断,则是上位机发送指令来要求读取各参数的值。这时,停止执行信号采集程序,转而执行把保存在RAM中的各参数值发送给上位机。发送完后,再继续执行信号采集程序。
3.2 上位机程序设计
由于Visual Basic6.0中名为MSCOMM32.OCX的通信控件提供了标准的事件处理函数与过程,并通过属性的方法设置串行通信口参数,比较容易地解决了串行口通信问题,所以本系统上位机选用Visual Basic6.0作为设计程序。在本系统中,通信的过程主要为启动、发送命令、接受参数。
4 系统测试
为了验证检测系统的可靠性,对系统进行了测试试验。发酵仓由丹阳恒昌阀门有限公司定制,在发酵仓内部按一定比例放置秸秆、液体菌等,在其内部分别安装温湿度传感器模块、电导率传感器、含氧传感器和pH值传感器,测得值通过蓝牙模块传输给上位机并显示。同时,具备温湿度、电导率、含氧量、pH值等测量仪器,把两种方法测的数据进行比较,结果如表2所示。
由表2可以看出,采用蓝牙传输的信号和实测的信号偏差较小。蓝牙技术采用跳频抗干扰技术,比电缆传输可减少电气设备的干扰。因此,蓝牙检测系统误差小,可靠性高。
5 结束语
堆肥发酵过程中检测的参数多、信息量大、现场环境恶劣。本文设计的基于蓝牙传输的堆肥发酵仓参数检测系统减少了接线,提高了系统的稳定性和可靠性,现场试验效果良好。此技术是对堆肥发酵领域的一次有益尝试,具有良好的应用价值。
参考文献
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污水处理厂污泥生物堆肥技术 篇4
污水处理厂污泥生物堆肥技术
摘要：国家政策 城镇污泥的出路问题已成为制约我国城镇污水处理行业健康发展的“瓶颈”.污泥的`随意倾到、堆放和填埋,已经造成二次污染.2月,住房和城乡建设部、环境保护部和科学技术部三部门联合发布了<城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策(试行)>.在该文件中明确规定鼓励符合标准的污泥进行土地利用.相对于填埋、焚烧,污泥生物堆肥处理后土地利用可充分利用其有机质和N、P等营养元素.是适合我国国情的处置方式.但受处理技术、认识水平和心理因素、政策法规、产品出路等问题的困扰,在污泥生物堆肥(生物干化)处理技术选择和产业化过程中仍面临一些困扰和疑惑.作 者：陈同斌 郑国砥 高定 作者单位：中国科学院地理科学与资源研究所环境修复中心期 刊：建设科技 Journal：CONSTRUCTION SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：,“”(7)分类号：X7
好氧堆肥技术研究 篇5
1.1 国外堆肥产业发展状况
堆肥已成为世界范围内处理生物质废弃物的一种普遍工艺。国外堆肥产业化开始较早,技术成熟,工艺繁多,有较完善的堆肥产品质量认证体系,堆肥产业呈持续发展趋势。据报道,美国早在1997年就有8500座堆肥设施,且根据原料的不同分类明细,其中15座用于处理城市混合垃圾,250座处理城市污泥,138处处理食品垃圾,3316座处理园林废弃物,5700余座用于处理农业固体废弃物[1]。德国年收集到的880万t有机固体废弃物中,83%经堆肥处理,17%经厌氧处理,其中厌氧处理的剩余物只有5%缺乏后期的堆肥处理[2]。荷兰、意大利等其他国家也有类似趋势。例如,WILP采用干式厌氧发酵结合通气静态堆肥,年处理能力7万t;HENELO采用干式高温发酵隧道堆肥,年处理5万t。
1.2 国内堆肥产业发展状况
在我国,生物质废弃物管理制度不完善,堆肥设备水平较低。我国堆肥产业处在起步阶段,堆肥产业的规模、数量及技术还是以粗放式、简单加工为主,同发达国家相比具有很大差距。目前,我国已成为世界上最大的有机废弃物产出国,废弃物不经任何处理排放到自然中,会带来严重环境污染,实现有机废弃物的资源化利用及土地循环利用是未来重要发展方向。随着国家加强环境保护治理及社会资金对堆肥行业的关注,堆肥处理固体有机废弃物生产生物肥及有机肥必将进入发展的崭新阶段,堆肥产业化有着十分广阔的前景。
目前,我国堆肥技术的研究结合发达国家的经验,与其有所不同,包括自主技术和设备的研究,堆肥微生物菌剂的应用,快速堆肥工艺的提出和有机-无机复合肥工艺的建立,中国的堆肥和有机肥发展正在走一条独具特色的市场化道路。
2 好氧堆肥技术
2.1 堆肥的特点
堆肥无论是在废弃物处理还是在土地利用方面都有许多好处。堆肥产品N、P、K的含量一般分别为0.4%~1.6%、0.1%~0.4%和0.2%~0.6%,废物经过堆制,体积一般只有原体积的50%~70%。堆肥的主要优点有:优良的土壤改良剂;产品可销售;改变了原料性状;改善了土地利用;降低污染风险;可杀灭病原菌;作为养殖垫料;减轻土传病害;获得政府补贴。堆肥的主要缺点有:费时耗本;加工需要场地;可能产生臭气;受天气影响;需要市场销售;原料及养分的异地转移;可能损失肥料中的氮素;堆肥养分释放缓慢;作为商品企业有一定风险。
2.2 好氧堆肥原理
好氧堆肥过程其实就是堆肥物料在微生物作用下的降解过程。微生物分解有机物生成二氧化碳、生物量和热量,将有机物转化为腐殖质。微生物新陈代谢活动使有机物降解,既可以维持自身的生命活动,又可以达到将有机物分解为有利于被生物直接利用的小分子无机物的目的。在好氧堆肥过程中,微生物首先吸收和利用物料中可溶性有机物,固体和胶体等先吸附在微生物体外,随着堆肥过程的进行,微生物分泌的胞外酶将固体和胶体分解为可溶性有机物,再渗入细胞中为微生物利用。微生物经由自身的代谢活动,使一部分有机物被氧化成简单可被直接利用的无机物,释放出能量;使另一部分有机物合成微生物自生的细胞物质,使机体能够正常生长与繁殖。图1可以说明这个过程。好氧堆肥过程大致分为3个阶段。
2.2.1 升温阶段
一般指堆肥过程的起始阶段,嗜温性微生物占主导地位,通常将这些嗜温性微生物称为初级分解者。堆肥开始,初级分解者最先利用物料中的可溶性有机物导致温度升高,堆体的温度从环境温度开始上升到45℃左右。
2.2.2 高温阶段
堆体温度达到45℃,嗜热微生物成为优势菌群,逐步取代升温期的嗜温菌群。嗜温微生物随温度升高逐渐消亡,最终被耐高温菌群所利用。此时,有机物降解速度很快,并且不断加速,一些难降解的高分子聚合物也开始降解,直至达到最高温度。
2.2.3 降温阶段(腐熟阶段)
当物料被降解到一定程度时,嗜热微生物的活性逐步降低,温度也随之下降。嗜温菌群重新繁殖,淀粉、纤维素等高聚合物被分解,随着温度趋于环境温度,物料不再进一步降解,形成木质素与腐殖质混合体。
2.3 堆肥的影响因素
堆肥是否能够顺利进行,是通过调配堆肥初始参数,分析堆肥过程中的工艺参数来判断的。有了适合的堆肥条件和良好工艺参数控制,才能使堆肥过程顺利进行。堆肥过程参数主要包括含水率、温度、氢离子浓度(pH)、C/N、有机物的变化、通气量等。
2.4 减少氮损失的措施
堆肥是将农业固体废弃物转化为有机肥和生物肥的一种资源化和无害化的途径,堆肥中有机物在微生物作用下不断分解,由于矿化作用,有机氮不断分解为NH4+-N,NH4+-N累积生成NH3挥发,因而降低堆肥产品肥效,同时NH3的挥发也污染了环境。在某些情况下,氮损失会高达70%,有机肥国家标准规定,堆肥产品的总氮含量应>0.5%,而大量氮素的流失,就无法满足这一标准。目前,减少氮损失的方法主要有加入固氮微生物、加入多孔吸附物质、加入调理剂及应用尿酶抑制剂。
2.5 堆肥原料
堆肥的原料一般来源于农业及市政废弃物。适合堆肥的物料很多,如牲畜粪便、家禽粪便、作物秸秆及残渣、饼粕、水藻和其它水生植物、淤泥和污泥、餐厨垃圾、制药业培养基废渣、中药渣、粉煤灰、树皮、木屑、市政污泥、造纸污泥、甘蔗和甜菜虑泥、化学肥料(尿素)、水果和蔬菜废弃物、食品加工废弃物、泥炭、木炭、石灰、屠宰场废弃物、米糠及稻壳、麸皮、花生壳和堆肥回料等。要选择合适的堆肥原料,首先要了解各种原料的基本特性,特别是一些适合产业化、商品化的特性,比如原料来源是否广泛、稳定,原料各种养分指标是否能够达到堆肥要求。
2.6 堆肥微生物
堆肥过程中的微生物主要来源于两个方面,一方面是原料中本身就存在的微生物菌群,另一方面是人工培育具有一定特殊功能的菌种。顾希贤[3]、崔宗均[4]、黄得扬[5]等人从堆肥、畜粪、土壤等样品中分离得到微生物,将其制作成菌剂添加到堆肥当中,研究表明,添加微生物菌剂能够使木质纤维素等难分解的有机物降解速度加快。刘克锋[6]、冯明谦[7]、席北斗[8]等人将筛选出的几种纯菌株按照一定配比进行混合培养,制成高效复合微生物菌剂,并将其应用在堆肥中,研究结果显示,堆体升温速度快,有机物降解速率快。慕永红等[9]将微生物菌剂应用于水稻秸秆还田,能有效促进水稻秸秆降解,还能提高磷、钾的含量。
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造纸污泥的堆肥研究 篇6
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。
固体废弃物堆肥技术研究 篇7
固体废弃物的种类繁多，成分复杂，是造成环境污染的重要影响因素。随着居民生活水平不断的提高，固体废弃物的产量也在不断增加，而且其危害性也在不断提高。目前对固体废弃物进行处理主要方法有投弃海洋、焚烧、填埋和堆肥等。我国是一个农业大国，堆肥技术是一种有效的处理固体废弃物的手段。能适合堆肥处理技术的固体废弃物主要有城市生活垃圾、生活污水污泥、家畜粪便等[1]。堆肥技术是在微生物的作用下，将固体废弃物中不稳定的有机质转化为较稳定的有机质，将其中的挥发性物质含量降低，同时降低其臭味。此外，堆肥技术还能够杀灭废弃物中含有的一些病原菌、虫卵等。堆肥是一个复杂的过程，需要控制的因素很多，最为关键的因素是保持微生物的正常繁衍，使其能够进行稳定的生长和代谢，此外还需控制pH、温度、湿度等。
2 堆肥的影响因素
2.1 原料
原料是堆肥处置过程中的主要部分，能作为堆肥技术原料的固体废弃物主要有生活污水处理厂污泥、城市生活垃圾、农业废物、畜禽粪便、餐厨垃圾等。不同的原料组成对堆肥的效果有着不同的影响。研究表明，生活污水厂污泥同甜高粱型农业废物进行混合堆肥，该组合产生的肥料质量最佳[2]。
2.2 水分
不同的原料组成和堆体系统，所需的水分不同。例如采用条垛系统和反应器系统，堆肥过程中水分不易大于65%；而对于强制通风静态堆垛其水分不宜大于60%，但水分也不能太低，一般情况下不宜低于40%，否则会抑制微生物的生长；水分太高的缺点是会堵塞堆料的空隙，进而变成厌氧发酵。
2.3 氧含量
氧含量是进行堆肥的主要影响因素，研究表明在堆体中空气氧的体积比例保持在5%～15%最佳，低于5%将会变成厌氧发酵，影响肥效；而高于15%会使堆体中大量的病原菌存活。
2.4 碳氮比
堆体中碳和氮的比例是堆肥过程变化的显著特征。在堆肥过程中，碳源会转化为CO2和一些腐殖质；堆体中的含氮物质会以氨气的形式逸散或者转变为硝酸盐等，或者被生物吸收。一般情况下，堆肥中C/N比保持在20:1到30:1为最佳。其过高或者过低都会影响堆肥的效果[3]。
2.5 温度
堆肥过程中最佳的温度范围为45℃～65℃；温度大于65℃时就会抑制堆体中微生物的生长。堆肥是一个进行放热的过程，如不妥善进行控制温度将会增加到75℃～80℃，大量的有机物将会被消耗，进而降低了堆肥的质量。
3 堆肥技术的种类及特点
堆肥技术是一项古老传统的固体废弃物处理技术，来源于人类对其和畜禽粪便的处置。堆肥主要是利用微生物对有机物的降解，以使有机物转化为无机物，此过程中微生物自身也得到增殖。在这个过程的同时微生物的新陈代谢活动，将一部分有机物同化，另一部分有机物被转化为无机物，释放出能量。微生物在此过程中进行了物理、化学和生物等转化。逐渐稳固，并形成腐殖酸，而后形成最终产品-肥料[3]。
按照堆肥过程中含有氧气的多少可分为好氧堆肥、厌氧堆肥和兼性堆肥三类。而根据堆肥技术的复杂程度，可分为条垛式堆肥系统、静态强制通风垛式堆肥系统和发酵仓式系统。
3.1 厌氧、好氧堆肥技术
3.1.1 厌氧堆肥技术
厌氧堆肥技术是利用微生物在厌氧或缺氧条件下对有机固体废弃物进行分解的过程，堆肥过程中有机物不能够完全被分解，而且还伴随着恶臭气体的溢出。
厌氧堆肥技术的原理：有机固体废弃物在厌氧条件下，利用微生物的分解作用将有机物分解的过程。这个过程是有机固体废弃物无害化资源化的过程。分解过程中主要的产物为甲烷和二氧化碳，甲烷是一种可利用的能源，二氧化碳是相对污染较低的物质。这个能源转化的过程中，大部分的能源转化到甲烷中，而只有一小部分转移到二氧化碳中。由于厌氧发酵过程中物质的代谢、转化以及生物群落之间的作用相当复杂，对其有机物转化的过程说法不一，主要有两阶段理论、三阶段理论和四阶段理论[4]。
厌氧堆肥的优点是在反应过程中能耗低，但是其缺点也是相当显著，就是有机物分解不彻底，还伴有恶臭气体，因此在实际中应用较少。
3.1.2 好氧堆肥技术
好氧堆肥技术是指在有氧条件下利用好氧微生物对有机物进行氧化分解的过程。在该过程中有机物分解彻底，无恶臭气体产生，而且好氧堆肥化具有发酵周期短，无害化程度高，卫生条件好，易于机械化操作等特点，故国内外用垃圾、污泥、人畜粪尿等有机废物制造堆肥的工厂，绝大多数都采用好氧堆肥化。好氧堆肥过程中，有机固体废弃物中可溶性有机物可透过堆体中微生物的细胞壁和细胞膜进入微生物的体内被吸收，其中不能被直接吸收的有机固体废弃物吸附在微生物的体外，然后在微生物产生的胞外酶的作用下继续被分解，再被微生物所利用[5]。
好氧堆肥技术是一个复杂的微生物氧化分解过程，可分为三个阶段完成堆肥过程。（1）中温阶段：该阶段是好氧堆肥的初级阶段，堆体中基本保持中温的状态，其中嗜温型细菌最为活跃，且能够利用可溶性有机物大量的繁殖。（2）高温阶段：在嗜温型细菌的作用下，堆体的温度不断上升。当堆体的问题上升到45℃时，进入了下一个堆肥阶段，即高温阶段。（3）腐熟阶段：腐熟阶段属于堆肥的后期，大部分的可溶性有机物已被分解，堆体中只剩下难降解的有机物和一些新形成的腐殖质。这个时期微生物的活动频率较低，发热量开始减少，堆体的问题开始降低。
好氧堆肥技术中根据不同的供氧方式分为强制通风好氧堆肥和自然通风好氧堆肥。强制通风好氧堆肥是需要在外力的作用下，借助空压机或空气泵等的作用，是整个堆体保持在好氧的环境条件下，该方法能够有效的防止堆体内部出现缺氧或厌氧的环境，确保有机物的充分分解，其缺点是能耗高。自然通风好氧堆肥是利用自然的条件来保证堆体中的氧气含量，但是该技术会出现堆体内部供养不足的现象，使得有机物不能充分分解，影响堆肥效果，但其相比强制通风好氧堆肥能耗较低。
3.2 条垛式、通气静态垛式、发酵仓堆肥系统
3.2.1 条垛式堆肥
条躲式堆肥技术被认识距今最为古老的堆肥方式，即将堆肥物料以条垛状堆置,垛的断面可以是梯形、不规则四边形或三角形。它的填充量巨大，在运行时需要大量的人力和机械装置来给堆体进行供养[6]。一般条垛的形状是3m～5m宽,2m～3m高的梯形条垛。而最佳的条垛尺寸需要根据气候条件、翻堆的设备以及堆肥原料等一些条件而定。为了保证更好的堆肥效果，和对周围环境的保护，一般情况下条垛式堆肥都应堆在沥青、水泥或者其它坚固的地面上。
优点:（1）使用的设备简单，投资少；（2）水分散失快，堆肥易干燥；（3）填充剂易于筛分和回用；（4）堆腐时间相对较长,产品的稳定性好；
缺点：（1）条垛式系统占地面积大；（2）需要翻动堆体进行通气,耗费大量的翻堆机械及人力；（3）相对于其他堆肥系统,条垛式堆肥系统需要更频繁地监测,才能确保足够的通气量和温度；（4）翻堆会造成臭味的散失,污染大气环境；（5）条垛式在不利的气候条件下不能进行操作,受环境影响较大；（6）为了保证良好的通气条件,条垛式系统所需的填充剂比例相对较大。
3.2.2 通气静态垛式堆肥
相比条垛式堆肥系统，通气静态垛式堆肥系统能够有效的保证温度。在堆肥过程中不需要物料的翻堆，是利用鼓风设备以及通气管路来保证堆体中的氧含量[7]。堆肥时在管路上铺设一层木屑或者其他物料，确保气体可以均匀的输送到堆体中，然后在填充物上堆放肥料进行堆肥。为了最大限度的减少对周围环境的影响，一般堆肥应设在沥青或水泥地面上进行,以防止渗滤液对土壤的污染或对地面的腐蚀。
优点：（1）投资相对较低；（2）温度能够得到更好的控制，产品稳定性好，堆肥时间较短；（3）占地面积小。
缺点：受气候条件影响大，例如在雨天会破坏堆体的结构；而相对条垛式堆肥冬季所受影响较小。
3.2.3 发酵仓堆肥
发酵仓堆肥系统是一种自动化、机械化很高的堆肥方式。该堆肥技术是在部分或者全封闭的容器中，在一定的空气和水分条件下使物料进行生物降解和转化的堆肥技术。根据容器中物料流向的不同，可分为水平流向反应器和竖直流向反应器。在堆肥的整个周期中，堆肥的原料调理剂和膨胀剂，初始含水量和碳氮比，通气状况和温度均需要进行严格的控制，只有在最佳的工艺条件下才能最终达到提高发酵效率，这样才能保证堆肥产品的质量[8]。
优点：（1）占地面积小；（2）堆肥条件易控制；（3）堆肥过程不受外界气候的影响；堆肥过程中能够对废气进行收集，减少了对环境的二次污染；（4）发酵仓中的余热能够进行回收利用；
缺点：（1）设备要求高，投资大；（2）堆肥周期短，产品具有潜在的不稳定性；（3）依赖机械化设备的程度高，设备一旦出问题，直接影响堆肥的效果。
4 结语
堆肥技术是固体废弃物无害化、资源化利用的重要措施。大量的实践表明有机质能够从根本上改变土壤的性质，能够为农作物的生长提供必要的N、P、K等元素，有效的调节植物的生长。但是我国目前的堆肥质量不高，堆肥中有大量的玻璃、砂石等杂质，直接影响堆肥的效果。因此应加大力度改善前期的垃圾收集、分类等设施和技术。同时不断的发展新型的堆肥技术，提高堆肥的利用效率。
参考文献
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鸡粪好氧堆肥试验研究 篇8
1 材料与方法
1.1 材料
鸡粪、玉米秸秆、锯末。
1.2 实验方法
试验于2011年8月在长春科技学院实验场完成。将玉米秸秆碾压后调整其粒度在10mm以下。按照鸡粪80%, 玉米秸秆15%, 锯末5%充分混合物料, 调整含水率60%。按照堆肥单元长2.0m、宽1.5m、高1.2m, 体积3.6m3进行堆肥。试验设置两组分别添加复合菌剂 (含康氏木霉, 白腐菌, 变色栓菌, 固氮菌, 解磷菌和解钾菌等) 和不添加复合菌剂, 添加组设三次重复。雨天和夜晚进行塑料布覆盖。
分别在堆肥的最初和第2、5、8、11、15、18、21、25、30天的上午10:00在堆肥的中部, 0.45m深度采样, 采集多点混合样, 每堆采样总量在200g左右。测定其含水率、PH、EC、NH4+-N (氯化钾浸提蒸馏法) 和NO3-N (碱介还原蒸馏法) 含量, 并用不同时期的堆肥提取液进行玉米种子发芽率 (GI) 试验。前十五天每隔三天进行翻堆, 十五天后每隔五天进行翻堆。每天进行温度测定, 测温在取样之前, 翻堆在取样之后。
2 结果与分析
2.1 温度和含水率的变化
堆肥温度和含水率是反应堆肥进行程度的重要指标。添加菌剂组温度达到55℃的时间较未添加组早接近两天, 两组最高温度分别出现在第三天和第五天。添加组在第十五天时基本已发酵结束, 后期温度变化不明显, 这与刘强[3]等的研究基本一致, 而对于二十天以后的腐熟过程, 两组未见明显差异。由此可见, 无论接种复合菌剂与否, 都能保证堆肥温度在55℃以上持续9-10天的时间, 均可达到无害化的要求[4]。但复合菌剂能够促进发酵快速进行, 进而使发酵时间缩短。堆肥物料中的水分具有溶解有机物, 为微生物提供养分, 参与微生物的新陈代谢, 以及蒸发时带走部分热量的作用。本试验中初始含水率控制在60%[5], 随着时间的延续, 含水率逐渐降低。在发酵的第3-5天, 含水率下降最快, 这主要是由于微生物在消耗有机质的同时也会消耗水分, 而当发酵速度减缓时, 含水率下降速率趋于缓慢。
2.2 EC的变化
EC反映了溶液中含盐量的多少, 直接影响植物的生长。图2显示, EC值初期上升, 随后缓慢下降。这是由于在堆肥前期, 随着微生物活性增强, 堆肥物料剧烈分解产生了大量小分子物质, 其中有小分子有机酸及各种阴阳离子如HCO3-、HSO4-、NH4+、H+等, 使EC值上升。随着CO2、NH3的挥发, 其它小分子的无机成分被微生物利用, EC开始下降[6]。堆肥过程中腐殖质的形成对可溶离子的配合作用也可能是EC值下降的另一因素[6]。整个过程中, 堆肥物料的EC值分别由4.27m S·cm-1降至3.71m S·cm-1 (未添加菌剂处理) 和3.63m S·cm-1 (添加菌剂处理) , 添加菌剂处理比未添加处理下降幅度提高14.28%。堆肥处理有利于物料中无机盐含量的下降。
从图3可以看出, EC与p H之间呈显著负相关, 两个处理的相关系数分别为0.736和0.756。这也说明在堆肥过程中小分子有机酸及H+、HCO3-、HSO4-等酸性离子含量降低导致了EC值下降、p H值升高。
2.3 NO3-N和NH4+-N
2.3.1 NO3-N的变化
图4表明, 堆肥前后, 未添加菌剂和添加菌剂处理的NO3-N含量分别由最初的0.320g·kg-1和0.321g·kg-1上升到堆肥结束的0.428g·kg-1和0.449g·kg-1, 总体表现为增加的趋势。未添加菌剂和添加菌剂处理间差异显著, 表明添加菌剂对硝化过程具有一定的促进作用。
NO3-N含量最初表现为先迅速上升再下降的过程, 是由于温度上升, 硝化细菌生长繁殖加快, 堆肥中硝化细菌大量产生导致NO3-N含量迅速升高, 此外堆体干物质总量下降对NO3-N含量上升也有一定贡献。温度继续上升, 微生物的迅速生长和大量有机物的降解可能造成局部缺氧, 使NO3-N反硝化引起氮氧化物的挥发, 导致该时段内NO3-N含量下降。这一阶段过后, NO3-N保持了缓慢上升的趋势, 除干物质总量下降有所贡献以外, 也存在硝化细菌的贡献。
2.3.2 NH4+-N的变化
图5表明, 在堆肥的5-7d时间内, NH4+-N出现一个明显的峰值, 分别为2.31g·kg-1 (未添加菌剂) 和2.60g·kg-1 (添加菌剂) 。这是由于易利用氮素含量较高, 随着微生物快速生长和繁殖加速了有效氮的分解, 并以NH4+-N的形式快速积累。随着堆体温度和p H值的升高, 积累的NH4+-N以氨气的形式向外界挥发, 也有部分铵成为细胞组织合成过程中的氮源, 导致NH4+-N积累下降。堆肥结束时, NH4+-N含量分别为1.29g·kg-1 (未添加菌剂) 、1.40g·kg-1 (添加菌剂) 。
2.4 GI的变化
利用堆肥不同时期提取液进行种子发芽率试验结果表明 (图6) , 浇灌未经过堆肥化过程的堆肥混合物料提取液处理, 玉米种子GI值最低, 对玉米种子发芽率抑制率达到90%以上。随着堆肥化进程的延长, GI值逐渐升高。但在发酵11d的堆肥中, GI值急剧下降, 这是可能是由于高温期的堆肥中存在某种对种子发芽具有较大毒性的物质, 抑制了发芽率。随着堆置时间的进行, 有机酸和多酚等物质的转化和含量降低, GI值又逐渐升高。浇灌堆腐25天的堆肥提取液处理, 其GI值均大于50%, 达到堆肥腐熟的评价标准。
3 结论与讨论
(1) 微生物活性越强, 分解效率越高, 温度上升越快。且复合菌剂的接种, 能有使发酵期提前将近两天。
(2) 堆肥过程中, EC值分别由4.27m S·cm-1降至3.71m S·cm-1 (未添加菌剂处理) 和3.63m S·cm-1 (添加菌剂处理) , 堆肥处理有利于物料中无机盐含量的下降。且EC值与PH值呈显著负相关。
(3) 添加菌剂处理比未添加菌剂处理的NO3-N含量上升幅度大。但无论添加菌剂与否, 由于堆肥温度的变化, 引起微生物种类的改变, 导致NO3-N含量最初表现为先迅速上升再下降, 而后缓慢上升的过程。
(4) 添加菌剂处理有助于NH4+-N向氨气的转化。
(5) 高温期, GI最低。但随着堆置时间的延长, 又逐渐升高, 当堆肥达到25天时, 达到腐熟标准。
摘要：好氧堆肥是畜禽养殖废物无害化处理与资源化利用的重要途径。本文在分析堆肥温度变化确定堆肥进行程度的基础上, 研究堆肥过程中电导率 (EC) 、硝态氮 (NO3-N) 和铵态氮 (NH4+-N) 的变化, 并进行种子发芽率试验。结果表明, 添加菌剂处理在缩短堆肥周期的同时, 能够使EC下降幅度提高14.28%, 使硝态氮和铵态氮含量分别比不添加菌剂处理提高4.91%和8.53%。种子发芽率 (GI) 试验表明堆肥达到25天时能够达到腐熟标准。
关键词：好氧堆肥,硝态氮,铵态氮,种子发芽率
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城市污泥处理与堆肥技术 篇9
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.