生物強化脫水污泥好氧堆肥中氮素變化的研究

段奎全 趙 可

（吉林建筑大學市政與環境工程學院 吉林長春 130118）

引言

截至到2017年6月，我國城鎮累計建成污水處理廠達4063座，污水處理能力已達1.78億m3/d，伴隨產生的市政污泥在3000-4000萬t/年（含水率以80%計）。污泥生物強化脫水技術基于生物濕法冶金發展而來[1]，近年來，該技術被用作一種污泥調理技術引入到剩余污泥脫水預處理領域。污泥經生物強化脫水處理后，有機質含量幾乎不變，再經壓濾所得泥餅含水率可降至60%以下，滿足好氧堆肥用泥標準。氮作為土壤中重要的營養元素對植物的生長有促進作用。因此，探究氮素變化規律對高效地利用好氧堆肥方式處理生物強化脫水污泥，對減少堆肥過程中氮素的流失和污泥資源化利用有重大的環境意義。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

堆肥用泥取自長春市某污水處理廠污泥脫水間，該污水廠采用A/A/O處理工藝，處理后的污水達到一級A標準，剩余污泥采用生物強化脫水工藝預處理，處理后的污泥經壓濾后形成泥餅，其含水率在60%以下，將泥餅打碎作為堆肥污泥。堆肥過程中采用稻殼和秸稈作為調理劑，二者均購自長春周邊農村地區。

1.2 試驗方法

污泥好氧堆肥過程中，按時取樣檢測堆體理化指標的變化，具體檢測方法如下：總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定；氨氮測定采用納氏比色法；硝酸鹽氮采用氯化鉀溶液提取-分光光度法。

2 試驗結果與分析

2.1 氨氮和硝酸鹽氮含量的變化

圖1 好氧堆肥過程中氨氮和硝酸鹽氮含量的變化

氨氮含量是反映堆肥效果和反應進程的重要指標[2]。生物強化脫水污泥好氧堆肥過程中氨氮含量的變化如圖1所示：在堆肥初期，氨氮含量為1.11mg/g，由于堆體中有機氮的降解使氨氮含量升高，在第6d達到最高值9.09mg/g。由于曝氣通風作用使氨氮流失、可降解的有機氮不斷減少和溫度下降使硝化細菌活動增強，氨氮通過硝化細菌的作用下不斷轉化為硝酸鹽氮，導致氨氮含量呈緩慢下降趨勢。到堆肥結束時，氨氮的含量為7.20mg/g，與堆肥前相比上升了548.4%。從圖2可知，前期硝酸鹽氮含量呈下降趨勢，到第16天降至最低2.00mg/Kg，與初期相比下降了17.0%，之后硝酸鹽氮含量呈升高趨勢，到堆肥結束時為2.42mg/Kg。堆體中的硝態氮主要來源于原有的硝態氮和硝化作用，硝化作用是將氨氮氧化成硝酸鹽氮的過程，此過程與溫度、pH、氧濃度和氨氮濃度有關[3]。堆肥初期，主要由于溫度＞35℃，硝化作用受到抑制；同時微生物利用硝酸鹽氮進行合成細胞物質，導致硝酸鹽氮含量下降。第16天后，溫度逐漸降低，pH呈弱堿性，硝化作用加強，硝酸鹽氮含量逐漸恢復。

2.2 總氮含量的變化

圖2 好氧堆肥過程中總氮含量的變化

從圖2可知，在堆肥過程中，由于存在揮發氨等N元素的損失，同時N元素得不到補充，使得前期總氮含量下降。堆肥前污泥總氮含量為32.1g/Kg，隨著堆肥的進行，總氮含量呈上升趨勢，到堆肥結束時增加至33.9g/Kg，較堆肥前增加了1.8g/Kg，增加率為5.6%。這主要是由于堆肥過程中有機物的礦化、CO2的損失以及水分的蒸發，造成堆體干物質和體積的減少，這被稱為“濃縮效應”，該效應使總氮含量升高。

結語

在30天的生物強化脫水污泥好氧堆肥中，氨氮和總氮含量分別較堆肥前增長了5.6%和548.4%。硝酸鹽氮含量呈先下降再上升的趨勢，堆肥前后含量的變化不大。生物強化脫水污泥堆肥后的污泥氮素含量增加，提高了污泥資源化利用價值。

[1]周立祥.污泥生物瀝浸處理技術及其工程應用[J].南京農業大學學報,2012,35(5)：154-166.

[2]黃懿梅，曲東，李國學.調理劑在雞糞鋸末堆肥中的保氮效果[J].環境科學，2003,24(2)：156-160.

[3]逯延軍，吳五星.城市生活垃圾和污泥混合堆肥中氮素變化規律研究[J].環境污染與防治，2008,30(2)：59-63.