[摘要]以聚丙烯酸鈉和鋸末為調(diào)理劑，采用強制通風靜態(tài)垛高溫好氧堆肥工藝，對添加高吸水性樹脂聚丙烯酸鈉對堆肥的促進作用進行了初步探討。結(jié)果表明:在污泥:鋸末:聚丙烯酸鈉=1:15%:0.5%(質(zhì)量比)的添加比例下，堆肥進程良好，與沒有添加聚丙烯酸鈉的堆肥相比，堆肥達到高溫的時間較短，高溫的保持時間較長，大于55℃的時間為4天，在第23天左右達到腐熟，堆肥產(chǎn)品疏松無臭，并且有較好的吸水、保水性能。

[關(guān)鍵詞]污泥堆肥調(diào)理劑聚丙烯酸鈉

隨著人口增多和污水處理的普及化，污泥的處理和處置顯得非常重要。眾多科學工作者對其進行了一系列的研究，特別是污泥的堆肥及農(nóng)用化處理情有獨鐘。Raviv M 和Haug R T. 等[1-2]研究了添加物對污泥堆肥效果的影響;Keefer RF等[3]研究了堆肥的污泥在農(nóng)田中的應用;通過堆肥，不僅可以殺滅細菌，還可以變廢為寶。

污水廠脫水泥餅含水率高，黏度大，透氣性差，需加入適當比例的鋸末、稻殼等來調(diào)整堆肥物料到適合的堆肥狀態(tài)[4-5]，但同時也添加了大量難降解物質(zhì)，堆肥周期漫長，加大了物耗能耗，并且氮元素損失嚴重，因此找到合適的添加物及合適的工藝極其重要。聚丙烯酸鈉(PAAS)是一種高吸水性高分子材料，在土地利用方面，具有保水保肥，改良土壤的作用[6]。前期研究[7]證明，污泥添加適當比例的聚丙烯酸鈉，可改良污泥結(jié)構(gòu)，提高污泥的空隙率，以創(chuàng)造更好的堆肥條件，因此本文研究聚丙烯酸納的加入對整個堆肥進程及堆肥產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

1試驗部分

1.1試驗材料和方法

采用鋸末(經(jīng)草藥粉碎機粉碎成粒徑3～5mm)和污水處理廠脫水污泥作為原料，以PAAS作為添加劑，在自制的反應器內(nèi)，進行人工控制條件下的模擬好氧堆肥。鋸末于閩江木材加工廠購得，污泥來源于福州祥坂污水處理廠，PAAS來自于泉州邦立達實業(yè)有限公司，呈細小、白色顆粒狀(過30目篩)，吸水倍率為343，吸水速率為8.3mL/min#8226;g。原料性質(zhì)見表1。

表1調(diào)理劑的初始基本性狀

含水率(%)可揮發(fā)性固體(%)C/N

污泥83.668.311.5

PAAS 8.4----

鋸末17.899.5 115.6

將剛?cè)』氐奈勰噤佌归_晾曬并進行粉碎，堆體1混入鋸末和PAAS，堆體2只混入污泥和鋸末，依據(jù)我們前期小試實驗的結(jié)果not;not;not;not;not;not;not;not;not;not;not;not;not;[7]，污泥和鋸末的適宜添加比例為污泥:鋸末 =1:15%(質(zhì)量比)，在該比例下，堆肥物料初始含水率為70%±2%，C/N為30%±2%。在前期實驗基礎上，設計PAAS的添加比例為0.5%。具體配比如表2。

表2堆肥混料質(zhì)量比

1號堆體添加比例2號堆體添加比例

污泥:鋸末:PAAS1:15%:0.5%污泥:鋸末1:15%

堆肥采用強制通風靜態(tài)垛高溫好氧堆肥工藝，并結(jié)合人工翻堆，間歇通風。根據(jù)溫度反饋，手動控制通風頻率和通風時間，3天翻堆一次。

1.2 堆肥場地的設計

堆肥池為磚砌結(jié)構(gòu)，尺寸設計為100×100×150(cm3)，采用半敞開型。堆肥池底部設有長條形通風溝，通風溝的尺寸為100×13.5×16(cm3)，通風溝與排水溝相連，均設計了1%的坡度，以便堆肥過程中產(chǎn)生的滲濾液順利通過排水溝排出。

堆肥池底部鋪設PVC管作為通風曝氣管，管道直徑為110mm，一端封閉，一端與鼓風機相連，PVC管四周均勻穿直徑3mm的布氣小孔，池底鋪一層厚約5cm的稻草作為垛

* 基金項目:教育部“新世紀優(yōu)秀人才支持計劃”NCET-04-0614;福建省環(huán)保局科技計劃。

底，以使布氣均勻。鼓風機:FT1-370-5，全壓785pa，風量8.5m3/h，功率370w，轉(zhuǎn)速2800r/min。

1.3 采樣和分析方法

表3樣品監(jiān)測指標和分析方法

指標儀器與方法

溫度 溫度傳感器(選取堆體中央位置測溫)

含水率/% 減重法(101A電熱鼓風干燥箱)

有機質(zhì)VS/%KSW—4212型馬福爐，550℃下灼燒4h[5]

吸水性 離心抽率法[8]

保水性 模擬自然條件下的蒸發(fā)[9]

2 結(jié)果與討論

2.1 表觀性狀

就翻堆難易程度上看，1號堆體明顯易于2號。第17天翻堆后，1號堆體幾乎沒有臭味，2號堆體局部臭味仍然很重，并招惹很多蚊蠅，說明1號發(fā)酵均勻，發(fā)酵速度快于2號堆體，且進入腐熟階段;2號則發(fā)酵反應緩慢而且不均勻，局部出現(xiàn)惡臭、發(fā)黑，呈厭氧狀態(tài)。堆肥21天以后，兩池堆體都較蓬松，顆粒小，散發(fā)出腐木和泥土氣息。由此可見，PAAS的加入，改善了物料結(jié)構(gòu)，使得物料混合更充分，氧氣供應更充足。

2.2 堆肥過程中的溫度變化

溫度是堆肥化過程微生物代謝活動的反映，是保證堆肥順利進行的重要因素。完整的堆肥過程包括四個階段:即升溫、高溫、降溫和穩(wěn)定階段。堆體溫度變化是評價堆肥化過程的重要評價指標之一。堆肥溫度在55℃下保持3-7天將能很好的殺滅大部分病原菌[8]。圖1為實驗堆肥過程中堆體不同深度的溫度隨時間的變化曲線。

圖1堆體溫度隨時間變化

從兩池溫度變化曲線可以得知，1號堆體在第9天達到50℃以上，并維持了4天，最高溫達59℃;2號則在第11天達到50℃以上，并且也維持了4天，且最高溫達到58℃，20天后再次翻堆，隨著可分解底物的不斷減少，微生物的活動減慢，溫度平穩(wěn)下降，一次發(fā)酵已經(jīng)接近完成，堆肥基本達到穩(wěn)定的腐熟階段。

總體上看，1號堆體溫度較早進入高溫期，整個過程溫度基本保持略高于2號池?？紤]到1號堆體添加了PAAS以后，由于其高吸水性及膨脹的性質(zhì)，致使污泥自身的含水率下降、同時空隙度升高，堆體較為蓬松，使得混料中氧氣量充足，微生物反應較為活躍。

2.3 含水率的變化

堆肥試驗中堆體的含水率變化情況如圖2。

圖2堆體含水率隨時間變化

由上圖可以看出，總體上兩座堆肥池的含水率均呈逐漸下降趨勢;由于加入了PAAS使得混料變蓬松，空隙率大而更容易散發(fā)出更多的水分，所以1號堆體含水率偏低下降速度較快且曲線波動不大。在第25天的時候，最終下降到55%左右。

2.4 有機質(zhì)的變化

隨著堆肥的進行，物料中有機質(zhì)被微生物分解利用，通常認為，可揮發(fā)性固體含量下降至一個相對穩(wěn)定的值是堆肥接近腐熟的一個重要標志[8]。本試驗中可揮發(fā)性固體含量堆肥前后的變化情況如表4。

表4堆肥中可揮發(fā)性固體含量的變化(單位:g/kg)

編號堆肥前堆肥后變化率(%)

1號堆體77.758.325.0

2號堆體77.561.221.0

由表可以看出，1號堆體可揮發(fā)性固體的減少量大于2號堆體，說明1號堆體的反應較為充分，有機質(zhì)的降解率較高，腐熟比較完全。由此看出，PAAS的加入使得土質(zhì)變疏松，比表面積增大，跟空氣接觸較好，從而使得微生物分解更充分更完全。

2.5 總氮含量的變化

堆肥前后，兩個堆體總氮含量的變化如圖3所示。

圖3堆肥前后總氮含量的變化

由圖3可以看出:由于堆肥過程中有機物的分解以及水分的蒸發(fā)引起干物質(zhì)的質(zhì)量的減少，堆肥后添加PAAS的處理產(chǎn)品中氮含量都有所提高，由此可見PAAS吸附了一部分的氮元素，減少了NH3的揮發(fā)，起到了一定的固氮保肥作用。這與近年來國內(nèi)外不少研究結(jié)果相似，聚丙烯酸鈉本身對氮養(yǎng)分有較強的吸持和解吸能力，具有良好的保肥效果和對N元素等肥料的緩釋性能[10-11]。

2.6 產(chǎn)品的吸水性和保水性

將定量的堆肥產(chǎn)品進行蒸餾水淋洗，并在經(jīng)過足夠的時間內(nèi)浸泡，測得兩池每g堆肥產(chǎn)品的最大吸水量為:1號為5.15g，2號為4.83g(見圖4)。1號的產(chǎn)品的吸水性能略優(yōu)于2號產(chǎn)品。

圖4每g堆肥產(chǎn)品的最大吸水量

圖5堆肥產(chǎn)品的水分蒸發(fā)曲線

圖5為堆肥產(chǎn)品的水分蒸發(fā)曲線，由圖可知，1號的曲線比2號平緩。隨著時間的變化，1號堆肥產(chǎn)品中的水分蒸發(fā)速度比2號緩慢;1號堆肥產(chǎn)品的保水性能好于未添加PAAS的2號。由此可見，PAAS在堆肥后，其吸水保水作用仍較明顯。

3結(jié)論

與鋸末\\污泥二元體系相比，添加PAAS形成的三元體系，改善了堆肥效果。主要表現(xiàn)在堆體較易粉碎和攪拌，空隙率較大，氧氣供給充分，到達高溫階段所需時間較短，腐熟較為均勻和充分;PAAS在堆肥過程中起到了良好的保氮性能。PAAS能夠抑制氮元素以氨氣的形式揮發(fā)，對氮元素有吸附作用，得到的堆肥產(chǎn)品氮含量較高;由于部分殘留PAAS的存在，添加PAAS的堆肥產(chǎn)品具有較好的吸水和保水能力，施肥后，能起到改良土壤的作用。

參考文獻:

[1] Raviv M， Medina S ，Karasnovsky A ， et al . Conserving nitrogen during compositing[J] .Bio Cycle ，2002 ，43 (9) :48.

[2] Haug R T. The practical handbook of compost engineering[J] . Lewis Publishers. CRC Press ， Inc. Boca Raton ， Florida ， 1993.

[3] Keefer RF.Metal-organic associations in twe extracts from nine soils amended with three sewage sludge.Agriculture ， ecosystem and environment ， 1994， (5) :151-165.

[4] 張雪英，張宇峰，徐炎華，等.不同蓬松劑對城市污泥強制通風堆肥的影響[J].南京工業(yè)大學學報，2003，25(5):68-72.

[5] 許民，楊建國，李宇慶，等.污泥堆肥影響因素及輔料的探討[J].環(huán)境保護科學，2004，30(5):37-40.

[6] 李淑琴，朱書全，黃占斌，等.聚丙烯酸鈉/腐植酸型高吸水性樹脂的合成與應用[J].石油化工，2004，33(3):245-246.

[7] 盧巧暉.污泥混合聚丙烯酸鈉的堆肥工藝研究[D].福建師范大學碩士學位論文，2007.

[8] 陳玲，趙建夫，李宇慶，等.城市污水廠污泥快速好氧堆肥技術(shù)研究[J].環(huán)境科學，2005，26(5):192-195.

[9] 北京農(nóng)業(yè)大學樹脂應用協(xié)作組.高吸水性樹脂在農(nóng)業(yè)上的應用基礎研究[J].北京農(nóng)業(yè)大學學報，1989，15(1):37-44.

[10] 杜建軍，王新愛，廖宗文，等.不同肥料對高吸水性樹脂吸水倍率的影響及養(yǎng)分吸持研究[J].水土保持學報， 2005， 19(4):27-29.

[11] 詹發(fā)祿，柳明珠，郭明雨，等.具有緩釋肥功能超強吸水樹脂研究[J].蘭州大學學報:自然科學版， 2003， 39(6):62-69.