城市污泥好氧堆肥處理現狀分析

閆宏圖 孟迪 劉天賜 陳超

（1.中海油節能環保服務有限公司 天津 300450 2.天津大學環境科學與工程學院 天津 300350）

引言

城市污水廠在污水處理的過程中，降低了污水對于環境的危害。但是與此同時，在污水處理過程中產生了大量污泥，這些污泥中含有大量的重金屬、有機質以及有毒有害微生物等。因此，我們必須要對其進行處理后，才能排放到自然環境之中。

目前，常見的污泥處理處置方式有填埋、焚燒、堆肥土地利用、建材化利用等。其中污泥堆肥是城市污泥無害化和資源化的重要途徑之一，具有有機物分解徹底、無中間產物和臭味、無害化程度高的特點。將其施加到土壤中，還能夠改善土壤的物理化學性質，增加土壤中的有機質和氮磷等營養物質的含量。

1 污泥堆肥

污泥堆肥，是指在人工控制下，在一定的水分、C/N比和通風條件下通過微生物的發酵作用，將污泥轉變為肥料的過程。通過堆肥化過程，有機物由不穩定狀態轉變為穩定的腐殖質物質，其堆肥產品不含病原菌，不含雜草種子，可以安全處理和保存，是一種良好的土壤改良劑和有機肥料。

堆肥一般分為好氧堆肥和厭氧堆肥兩種[1]。好氧堆肥是在有氧情況下有機物料的分解過程，其代謝產物主要是二氧化碳、水和熱；厭氧堆肥是在無氧條件下有機物料的分解，厭氧分解最后的產物是甲烷、二氧化碳和許多低分子量的中間產物，如有機酸等。厭氧堆肥與好氧堆肥相比較，單位質量的有機質降解產生的能量較少，而且厭氧堆肥通常容易發出臭氣。由于這些原因，幾乎所有的堆肥工藝系統都采用好氧堆肥。

2 污泥好氧堆肥過程

污泥好氧堆肥是利用污泥中天然存在的細菌、放線菌、真菌等微生物，在有氧條件下，有控制地促進污泥中可降解的有機質向穩定的類腐殖質物質轉化的微生物學過程[2]。好氧堆肥發酵過程如圖1所示。在污泥好氧堆肥過程中，溶解性的有機質可直接透過微生物的細胞壁和細胞膜為微生物所吸收利用；不溶性的固體和膠體有機物先附著在微生物體外，由微生物所分解的胞外水解酶分解成溶解性物質，再深入到細胞內部參與氧化、還原、合成等過程。好氧堆肥可使污泥穩定化，并能在高溫發酵時將污泥中的病原菌、寄生蟲卵等殺滅，其最終的產物還能作為肥料和土壤的改良劑。

圖1 好氧堆肥發酵過程圖

好氧堆肥過程是一個比較復雜的生物化學反應過程。污泥的好氧堆肥過程通常可分為兩個階段：一次堆肥（高溫發酵）和二次堆肥（后熟陳化）。一次堆肥階段需要較高濃度的氧氣，能達到發酵的最高溫度，易降解物質和小分子有機物大量降解；二次堆肥階段的發酵溫度較低，氧氣吸收率較低。高溫發酵是堆肥的主要階段，期間通過微生物的活動，對污泥中大量可降解的低分子有機物等進行分解；后熟陳化是堆肥的后續階段，通過重建低溫優勢菌群，進一步降解其中難以分解的有機物，從而更能有效減少植物毒性、病原菌的污染危害，使得堆肥腐熟更徹底[3]。好氧堆肥的溫度變化分三個階段：升溫階段、高溫階段、降溫階段。每個階段存在的細菌、放線菌、真菌和原生動物不同，它們利用各階段的產物作為食物和能量來源，直至形成穩定的腐殖質為止，進入腐熟或后熟階段[4]。

通氣供氧條件是影響堆肥的重要因素之一。通過供氧，能有效調節堆料中微生物的生長好氧環境、堆體內溫度及水分等物理條件。當堆體中氧氣的濃度不能滿足好氧微生物時，就會進入厭氧狀態，并產生惡臭；當堆體中通風強度大，則流動的氧氣容易帶走熱量，使堆體溫度降低。通氣供氧對堆肥的作用主要表現在堆肥三個時期：堆肥初期，通氣能提供足夠氧氣以供微生物的繁殖需要，從而分解有機物達到升溫目的；堆肥中期，通氣能維持微生物的活動以保持溫度；堆肥后期，通氣能通過帶走水分，使得堆體減容，加快腐殖過程。

3 好氧堆肥常見工藝

3.1 自然通風靜態堆肥

自然通風主要是依靠空氣的擴散現象，由堆積層表面將氧擴散、傳送到堆體內部。自然通風靜態堆肥是一種最簡單的堆肥方式，就是將準備好的物料在一塊地上，料堆形狀一般是長條狀，也可以結合場地條件堆成其他形狀。這種堆肥方式與敞開式自然堆積很相似，料堆內部常處于受壓狀態，外面空氣常常不能擴散到料堆內部而使其呈厭氧狀態，異味大，發酵不夠充分，發酵周期較長。該堆肥系統具有設備簡單、投資成本低等優點。但它的缺點是占地面積大以及易受天氣影響等。

3.2 強制通風靜態堆肥

由于自然通風靜態堆肥系統氧氣擴散不到堆體內部，內部處于厭氧狀態，堆肥效果不好，因此，在此基礎上，我們對堆體進行強制性通風，使堆體內部接觸到氧氣，堆體處于好氧狀態，稱為強制通風靜態堆肥。強制通風靜態堆肥是在料堆底部沿著長度方向設置通風管或通風槽，通過風機和通風管道進行通風供氧。其堆肥過程主要受溫度控制。在堆肥過程中，通風通過蒸發水分使堆體散熱，從而使堆體保持適宜的溫度。由于通過控制鼓風量能夠對堆體的需氧量和含水量實現一定程度的控制，其發酵周期比自然通風靜態堆肥明顯縮短。

強制通風靜態堆肥的優點是溫度和通氣情況能夠受人為控制，能有效地殺滅致病菌和降低發酵產生的惡臭味，產品穩定性好；由于受控條件好，堆腐時間相對較短，占地面積也相對較小。缺點是：鼓風機通風量的選擇極其重要，否則堆體內易出現供氧不足；受外界環境影響較大，在寒冷季節，為了減小寒冷氣候對堆肥的影響，需要在大體積和合適的堆腐條件下進行堆肥。

3.3 反應器堆肥

反應器堆肥是在密閉容器內進行的，通過人為控制通風和水分，使物料進行生物化學分解和轉化。利用反應器堆肥系統進行市政污泥的堆肥，可將堆肥周期控制在3周以內。反應器堆肥系統主要的優點有：肥料質量好、堆肥周期短、可靠性高、堆肥過程易于控制、占地面積小、不易受環境影響等。但是這種堆肥系統投資較高、維護成本高、操作復雜，從而影響了它的推廣使用[5]。

常見的堆肥反應器主要有強制通風無攪拌反應器系統和強制通風有攪拌反應器系統兩類。強制通風無攪拌反應器系統在堆肥過程中不對物料進行翻堆和攪拌，靠強制通風為堆體供氧。在強制通風條件下，可控制通風量，為堆肥物料提供充足的氧氣。強制通風有攪拌反應器系統包含的設備與強制通風無攪拌反應器系統類似，區別在于反應器具有攪拌功能。堆肥過程中，攪拌有利于物料與空氣的充分接觸，減少物料溫度、濕度和氧氣濃度的差異，加快反應過程。

4 總結與建議

好氧堆肥是城市污泥穩定化、無害化和資源化的有效途徑，是一種符合可持續發展的污泥處理方式。好氧堆肥是一個生物化學反應過程，主要經歷了高溫發酵以及后熟陳化階段，在有氧條件下，利用好氧微生物活動降解有機物質。常用的好氧堆肥處理工藝多種多樣，各有其優缺點，我們需要不斷探索，尋找更好的好氧堆肥處理工藝。