城镇污水处理厂污泥资源化利用探讨

摘要:本文通过对污泥的好氧堆肥工艺,利用高温微生物发酵技术使城镇污水处理厂污泥变为可用资源的探讨,并进行中试研究,同时进行农作物相关试验,探求污泥发酵控制参数,跟踪使用效果与结果,旨在为城镇污水处理厂的污泥提供良好的处置技术方式及污泥资源化利用可行性分析。

关键词:城镇污水处理厂 污泥 资源化利用

污泥作为污水处理过程的伴生物一直是困扰污水处理厂的难题,也是各个城市在解决水污染的情况下,又面临固体污染源困城。据“全国城镇污水处理建设与运行工作现场会议”提供的数据,截至2009年底,全国城镇累计建成污水处理厂1993座,总处理能力已超过1亿立方米/日,与“十五”末相比分别增长了1.2倍和75%。这也是到目前为止世界上所有国家污水处理能力增长最快的速度。《中国给水排水》杂志提供的数据,2010年,全国城市污水处理总规模将达到1×108m3/d,污泥量将达到5×104t/d。目前全国城镇污水处理厂污泥只有小部分进行填埋、土地利用、焚烧或建材利用等,总有效处理处置率仅5-10%。污泥本身是一种可以利用的资源。污泥资源化利用就是要借助先进可行的技术手段,将污泥作为一种资源加以利用,在解决对环境影响问题的基础上产生一定的经济效益,保障城市污水处理行业的健康发展。

污泥目前处置方式主要有焚烧、填埋、堆肥和投海等。与其它处置方式相比,堆肥处理不但可以达到稳定污泥的目的,同时制成肥料农业利用具有经济、简便、可资源化等优点,引起各国的重视,并进行大量的研究。我们对银川市污水处理厂的污泥进行了堆肥实验,并进行了农作物实验,探索其使用效果及对土壤及农作物的影响。

1 污泥堆肥设计思路

污泥堆肥分为好氧发酵工艺与厌氧发酵工艺两种过程。机械化好氧堆肥技术是在有控制的条件下,利用好氧微生物对污泥中易腐有机物进行生物降解,使之成为具有良好稳定性的腐植粒状物的全部过程。目前国内外正在研究开发的污泥好氧发酵堆肥技术都是采用进料、搅拌、通气、出料同时进行的高效发酵装置,其核心是好氧发酵槽。而发酵槽按照形状可分为几类:立式多段发酵槽;筒仓式发酵槽;卧式旋转发酵槽;卧式敞口发酵槽。从建设投资低、动力消耗小,符合高效、低耗的节能环保原则出发。本研究选择以强制通风静态发酵装置为基础的堆肥处置。

1.1 污泥堆肥装置设计 强制通风静态堆肥池(如图)。

1.2 材料与方法 本试验采用银川市污水处理厂脱水污泥, 挥发性有机物含量为49.12%,含水率79.8%,添加调理剂(谷物加工产生的麸皮和谷糠、20mm长的农作物桔杆及牛、羊、鸡粪)。按吨泥(含水率60%左右)5Kg-8Kg的量配比进入堆肥条垛,堆肥垛为59.0m×4.5m×2.4m,堆肥垛底部有曝气棒,分别采用1.3m3/(m in·m3)、0.79m3/(min·m3)两种通风量。

目前污水处理厂所产生的污泥主要通过带滤机或离心机脱水,带滤机污泥脱水后污泥含水率基本在80%左右,离心机脱水后污泥含水率在75%左右,所以污泥的半干化是污泥制成有机肥的一个难点。利用现有的牛、羊肥及谷物加工产生的麸皮和米糠、农作物桔杆、造纸厂的麦杆等资源来降低污泥含水率至55-60%,以利于堆肥发酵。

1.3 所需设备、仪表 鼓风机、铲车、干燥设备、圆盘造粒设备及相应管件、温度计等。

2 污泥堆肥装置操作参数选择及效果

影响好氧堆肥的主要因素是含水率、温度和供氧量。好氧传统堆肥的核心问题是供氧受到限制。使用研制出的污泥动态堆肥装置,通过自然通风、连续强制通风、间断强制通风三种方式对含水率,通风与温度的关系等进行了实验,目的在于探索堆肥装置的最佳运行参数。

2.1 污泥的前处理 由于污水处理厂压滤机脱除下来的污泥含水率高达80%,不能直接进行堆肥试验。需采取前处理(干燥),银川市周边有沙荒地,良好气候条件,经济污泥干燥方式是采用自然晾晒。采用自然晾晒的方式,污泥层厚5～8cm。根据天气和季节情况晾晒3～5天,天气状况良好的情况下3天左右的晾晒,可以使污泥的含水率降低到70%左右,再通过添加调理剂的方式基本可以达到堆肥装置的含水率要求(55-60%)。

2.2 污泥含水率的控制与变化 水的比热高于其他堆料,因而水分可通过传热而影响堆温。高湿度堆肥(通常大于65%)的升温速率较慢,堆肥周期长,堆体容易过早冷却,甚至无法达到高温堆肥的要求。相反,当堆肥过程中湿度低于40%时,堆温开始降低。由堆温的变化表明,堆肥过程中湿度应维持在50%～60%。

通过试验得出不同含水率的堆温变化。在同等的通气条件下,含水率较高则堆温较低,含水率较低则堆温较高。在自然通风的条件下,进料的含水率在70%和60%时,55℃以上的堆温均能保持三天,但是含水率达到70%,污泥容易成团,影响供气设备的正常工作。但当进料含水率在20%以下时,整个堆体温度改变不大,发酵作用不明显。

综合几方面因素,确定了控制进料水份在55%—60%左右,即污水厂的脱水泥饼经自然晾晒3～5天就可以做为堆肥装置的进料。这样可以比较经济地解决进料含水率的调整问题,可减少掺混干燥物调整含水率的经济性。

2.3 堆肥容积的变化 通过试验,二周、一个月及三个月堆肥后污泥容积变化如下表:

2.4 二次堆肥 二次堆肥发酵主要使微生物获得了一次重新接种的机会,在一次发酵中未分解完全的一些较难分解的有机物,得以继续分解。二次发酵采用将一次发酵出料翻倒均匀,在室内平地堆积,堆高1m,堆长2m,堆宽1.5m,表2为二次发酵过程的温度变化。

由上表可以看出二次发酵温度随时间缓慢下降,温度没有回升现象,并且没有蚊蝇孳生现象出现。说明在堆肥发酵阶段有机物已得到分解,虫卵已被杀死,污泥达到腐熟和稳定。二次堆肥发酵证实了强制通风的污泥静态堆肥装置中可以在较短的停留时间(5天)内,高效、彻底地对污泥进行稳定化和无害化处理,并为后续造肥工艺提供了有利的条件。

2.5 污泥中重金属 污泥是污水处理过程中伴生物质,含有丰富的的氮、磷、钾及维持植物正常生长发育的多种微量元素,可以改良土壤结构的有机质。但也含有一定的重金属。重金属的含量与污水来源、污水处理厂处理工艺及季节不同,差异较大。银川市多数污水处理厂主要以处理生活污水为主,根据宁夏家林科学院农产品质量监测中心的监测结果,不存在污泥中重金属超标的问题。检测结果如表3:

检测结果表明用这些污泥进行堆肥重金属含量不会超标,科学合理地进行城市污泥农用不会造成土壤和农产品的重金属污染问题。

从表3可以看出,银川市污水处理厂的污泥中重金属含量完全符合农用污泥的国家标准。当制做污泥颗粒肥时,则应根据施用场地的土壤条件,计算污泥安全施用量来确定施肥量。以避免重金属在农田土壤中过度积累,保护农业生态环境。

2.6 病原微生物的去除 好氧堆肥是放热过程,由嗜温菌与嗜热菌完成分解有机物的作用,另外,在堆肥升温过程中又可杀死病原微生物和寄生虫卵等使污泥无害化。通过试验证明堆温达到>50℃时,保持5天,大部分病原微生物就会被杀灭。自然通风、连续通风、间断通风这几种运转方式都可以达到杀灭病原微生物的目的。生污泥的大肠菌值在107～109之间,蛔虫卵数在3.8×103～3.7×104个/kg之间变化,经过在发酵池中7日的高温发酵,出料的大肠菌值≤102,蛔虫卵为0,可达到无害化目的。在常用的复混肥园盘造粒生产线中,物料要经过混合、粉碎、成型、烘干、筛分等各工艺段。其中烘干段的温度达到95-100℃,肥料经过约20分钟烘烤,能够进一步杀灭残存的病原微生物。

3 污泥堆肥后用于农作物试验

为了解堆肥后污泥肥效,并研究其對农作物的影响,先后联合宁夏农科院在银川市掌政乡茂盛村科技示范区及红寺堡沙塘科技示范园区进行了试验,试验结果如下:

掌政园区:甜瓜肥效试验,试验安排肥量为常规羊粪施肥量的.12倍,在甜瓜生长期内,植株综合生长势前期低于对照7.6%,后期由于发酵肥料缓释特性的作用,综合生长势低于对照1.2%,由于发酵肥料中P、K元素含量较高的因素,最终产量为,污泥发酵肥料总产量高于对照羊粪处理13.4%,检测无重金属残留。另外进行几组试验结论与此相似。

4 结论

4.1 城市污水厂剩余污泥好氧堆肥,生产有机肥是一种有效的污泥处理利用方式,污泥强制通风好氧静态堆肥装置是较为理想的机械化堆肥装置。

4.2 建议采用间断性强制通风方式,其温度积蓄良好,堆温保持较高,能量消耗也比较低。

4.3 污泥含水率是影响堆肥过程的重要因素,适合的含水率为50～60%,在这一范围内,污泥进入堆肥系统中,可以有较好的通透性,更好地进行好氧发酵反应,通过分解污泥来使堆温升高。

4.4 在污泥动态堆肥装置中的堆肥过程达到55℃以上的高温,并维持超过5日的时间,可以充分地杀灭病原微生物,其中蛔虫卵的杀灭率达到100%,大肠杆菌值降低约5～7个数量级,达到无害化标准。

4.5 中、小型城镇污水处理厂主要以处理生活污水为主,因而一般污泥中重金属超标问题不严重,但应采取技术措施避免引起重金属的二次污染。

4.6 采用好氧堆肥方式处置城镇污水处理厂所产生的污泥,投资省,易操作,运营成本低,易管理。

4.7 我国是一个农业大国,将污泥作为一种肥料资源加以利用,不但减少了污染,还具有良好的经济效益和环境效益。

参考文献:

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