污泥混合堆肥的試驗研究

李芳芳，王 航，夏利博，潘伊帆，上官彬

(華北水利水電大學 環境與市政工程學院，河南 鄭州 450001)

1 引言

近年來，隨著國家經濟的飛速增長，不斷興建的污水處理廠和配套設施日益完善，污水處理產生的剩余污泥的處理已成為人們關注的重點[1]。現在全國年污泥產生量已突破4000萬t。隨著時間的推移，預計到2020年時突破年產量6000萬t[2],污泥處理形式十分嚴峻。剩余污泥是指污水處理廠水處理結束后經濃縮、脫水后排出的含水率約為80%的深褐色泥塊或泥餅，它含有大量的水分、豐富的有機物以及氮、磷、鉀等營養元素，還含有重金屬及病原菌等有害物質，如果不經適當處置就任意排放，不僅對環境造成污染，同時也會對資源造成嚴重的浪費[3]。

污泥資源化利用是未來發展趨勢。經過堆肥穩定化的污泥，堆肥發酵的產物中含有大量的腐殖質，含有植物生長發育的必要元素，能夠有效改善土壤結構使土壤疏松透氣[4]。“十三五”著重提出要大力發展城市污泥等量大面廣、附加值高的廢棄物循環利用的產業化水平。

目前，由于公眾對污泥的土地利用僅局限于農用，且對污泥農用存在一定的爭議和擔憂，導致污泥的土地利用一直得不到有效的推廣，因此，拓展多元化的應用途徑就顯得尤為必要。將剩余污泥應用于盆栽花卉是一種有效且安全的資源化方式，它開辟了新的利用方向，對人體健康一般不造成影響，是污泥資源化利用新的方向。

2 材料與方法

實驗采用基礎研究與應用研究，試驗研究與工藝研究相結合開展研究工作。

2.1 實驗材料

實驗采用鄭州市某污水處理廠剩余污泥，堆肥配料選用玉米、秸稈、蘆葦桿。

2.2 堆肥方法

將玉米、秸稈、蘆葦桿打磨成粉后，過80目篩分，每種物料與污泥分別進行6∶100、8∶100、10∶100、12∶100、14∶100五種比例混合，每種堆肥體積約為5 L,在35～60 ℃的溫度下進行20 d的堆肥處理。每3 d翻堆一次，并取樣測定各項理化性質指標。比較哪種比例的除臭效果較佳，以確定適合的堆肥配比。

2.3 檢測方法和指標

檢測方法:堆肥實驗指標測定方法均采用《城鎮污水處理廠污泥處置農用泥質》(CJ-T309-2009)中所規定的測定方法。檢測指標見表1。

表1 各項檢測指標限值

3 結果與討論

實驗主要對堆肥過程中的物料的理化性質進行檢測，共3組物料，分別為玉米、蘆葦、小麥，每組物料最終進行3個不同配比的對比實驗，分別為100∶8、100∶10、100∶12。圖1中分別以A、B、C對應表示。進行了理化性指標檢測結果及分析，具體內容如下。

3.1 溫度

溫度是影響污泥堆肥效果的重要因素,在整個堆肥過程呈一定的變化趨勢[5]。溫度先升高后下降，并最終過渡到環境溫度。堆肥開始6 d后，隨著微生物的大量繁殖與新陳代謝，堆肥箱溫度逐漸上升至超過55 ℃，持續了3 d左右的時間，這個階段基本耗盡了易降解有機質，微生物活動受到影響產生的熱量減少，因而堆肥箱溫度逐漸降低。接近或降至環境溫度需11 d，開始為二次發酵階段，微生物主要進行難降解有機物的降解活動，因而分解速率較慢，溫度變化趨勢較為平緩，堆料進入熟化或穩定化階段(圖1)。

圖1 堆肥過程中溫度隨時間的變化

3.2 含水率

不同物料其含水率不同，同一種物料的不同配比，其含水率也不同。隨后降至最低水平。堆肥的前9 d堆肥箱溫度升高很快，水分很快蒸發，微生物在分解有機質后進行硝化反應，又產生了水分，導致箱內水分增大。此后，污泥的含水率開始下降，且降低較為明顯。在污泥堆肥過程中，含水率的變化主要是由于有機物的氧化分解產生水分，另外由于通風曝氣及攪拌作用以水蒸氣形式揮發而降低[6]。

3.3 pH值

不同物料其pH值不同，同一種物料的不同配比，其pH值相差不大。整個實驗的pH值均表現出先升高后降低的趨勢，且其變化趨勢緩慢。這是由于在堆體溫度達到高溫前，微生物分解有機質產生物主要是有機酸，隨著高溫期的到來，有機酸被逐步分解，同時含氮有機物被分解產生氨，pH值逐漸上升；隨著主發酵的進行，氨以氣體形式散發出去，pH值回落。

3.4 有機質

不同物料其有機質含量不同，同一種物料的不同配比，其有機質含量不同。由于微生物作用，有機質被降解，有機質含量整體呈下降趨勢。通常認為，堆肥過程中有機質含量的下降是堆肥腐熟的一個重要標志[7]。11 d之前的下降趨勢并不明顯但后期的溫度及其他理化性質較微生物的生存條件更適宜，后期降解速率略微增大。

3.5 總氮(TN)

不同物料其總氮含量不同，同一種物料的不同配比，其總氮含量不同。TN是有機氮和無機氮的總和，有機氮的轉化主要是氮素的固定與釋放，氮素流失主要是培養過程中揮發性NH3的釋放、硝態氮的反硝化作用。初期TN下降迅速原因是因為培養初期，微生物大量繁殖生長，使得TN中有機氮迅速降解生成大量揮發氨所致。堆肥過程中TN升高的原因是NH3揮發的速度快于總干物質重量下降的速度，從而導致TN含量相對升高。

3.6 總磷(TP)

在整個堆肥過程中，總磷含最是一個增加的趨勢。這是因為堆肥過程有機質的分解。導致堆料體積和重量不斷減少，養分濃縮，使總磷含量增加[8]。且P元素不能以氣態形式揮發出去，因此P含量的變化更能反應出培養過程中NH3、H2O等物質揮發損失的快慢。在好氧混合堆肥處理的第11 d P含量明顯上升，原因是同時期污泥中NH3等物質揮發過快，導致P含量相對增加。

4 結論

堆肥時間為20 d，每隔2 d分別對堆肥污泥的pH值、含水率、有機質含量、氮磷含量進行測定。

測定結果顯示：最適宜的配料為蘆葦桿100∶12； 堆肥后的干污泥的pH基本在7～8之間，總體呈下降趨勢，保持在弱堿環境; 含水率維持在70%～80%之間，且隨著堆肥時間延長，含水率略有下降; 有機質含量在26%～34%范圍，整體呈下降趨勢，降解率約為24%; 總氮含量在3%～5%之間，總磷含量在3%左右，基本變化不大。且隨著堆肥時間的拉長，污泥的臭味逐漸消失。

[1]馬 瑤，王宏哲，村鎮剩余活性污泥農用的堆肥技術研究[J].中國資源綜合利用，2015(11):39～41.

[2]閆雯君，吳世杰，金俊杰，等，污泥干化蘆葦床在我國的應用前景分析[J].黑龍江科技信息，2016(10)：96.

[3]先 勛，翟云波，曾光明．城市污水處理廠污泥資源化利用技術進展[J].環境污染治理技術與設備，2003，4(10)：9～13．

[4]李國學．有機固體廢棄物堆肥與利用研究進展[C]∥佚名．土壤與植物營養研究新動態(第三卷)．北京：中國農業出版社，1995．

[5]馬 瑤，王宏哲，彭舉威，等.不同C/N比的村鎮剩余污泥堆肥資源化研究[J].哈爾濱商業大學學報，2016.32(1):29～32.

[6]馬 瑤，王宏哲，彭舉威，等.不同C/N比的村鎮剩余污泥堆肥資源化研究[J].哈爾濱商業大學學報，2016.32(1):29～32.

[7]INANNOTTI D A,GREBUS M E,TOTH B L, et al，Oxygen respiratory to assess stability and maturity of composted solid waste[J].Environ Qual，1994(22):1177～1183.

[8]李清秀，張雁秋.污泥好氧堆肥的試驗研究[J] .安徽農業科學，2008，36(31)：13691～13693.