王逸賢

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

調(diào)理劑對(duì)厭氧消化污泥生物干化效果的影響

王逸賢

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

研究了不同調(diào)理劑對(duì)厭氧消化污泥生物干化效果的影響，分析了不同調(diào)理劑作用下生物干化產(chǎn)物的可利用性。研究結(jié)果表明，采用麩皮、秸稈或木屑和麩皮的混合物作為調(diào)理劑，經(jīng)過18d生物干化，含水率可從55%～65%降至27%～40%，堆體重量可減少42%～52%，其中，以麩皮作為調(diào)理劑，生物干化過程55℃以上高溫維持時(shí)間最長(zhǎng)，減量化效果最顯著。但是，生物干化產(chǎn)物的可溶性鹽濃度較高，腐熟度較低，尚不滿足我國農(nóng)用、園林綠化和林地用泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

厭氧消化污泥；生物干化；麩皮；秸稈；木屑

0 引言

污泥生物干化是利用微生物高溫好氧發(fā)酵過程中有機(jī)物降解所產(chǎn)生的生物熱能，通過過程調(diào)控手段促進(jìn)水分蒸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)快速去除水分的一種干化處理工藝[1]。目前，污泥生物干化的研究對(duì)象大多為剩余活性污泥，對(duì)于厭氧消化后污泥的研究較少[2]。與剩余活性污泥相比，厭氧消化污泥具有有機(jī)物含量低、以厭氧或兼性厭氧菌群為主要微生物的特征，可能導(dǎo)致生物干化效果的不同。另一方面，厭氧消化作為一種主流的污泥處理技術(shù)，尚存在出泥含水率高、無害化程度低等問題，經(jīng)常規(guī)脫水處理后含水率只能降至80%左右，無法直接與最終的處置或資源化利用環(huán)節(jié)銜接，這也是制約該技術(shù)在我國推廣應(yīng)用的因素之一。因此，有必要針對(duì)厭氧消化污泥開展生物干化技術(shù)研究。

調(diào)理劑可以提高污泥孔隙率和C/N比，防止污泥有機(jī)物含量過低而使生物活動(dòng)受到抑制，是生物干化的重要影響因素。本研究采用自主設(shè)計(jì)的污泥生物干化反應(yīng)器，研究了不同調(diào)理劑對(duì)厭氧消化污泥生物干化效果的影響，以期為污泥生物干化技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 試驗(yàn)材料

生物干化試驗(yàn)所用的厭氧消化污泥取自上海市某污水處理廠的脫水車間，該廠采用中溫厭氧消化，厭氧消化污泥進(jìn)行離心脫水后，含水率在74%～78%，VS含量在45%～49%。試驗(yàn)分別采用小麥麩皮、小麥秸稈以及木屑和麩皮的混合物作為調(diào)理劑。其中，小麥麩皮購自江蘇省無錫市某副食品加工企業(yè)，含水率為13%～15%，VS為93%～94%；小麥秸稈購自河南省鄭州市某農(nóng)場(chǎng)，含水率為8%～10%，VS為88%～90%；木屑來自上海市某污泥好氧堆肥項(xiàng)目，含水率為11%～14%，VS為98%～99%。試驗(yàn)添加適量的生物干化產(chǎn)物作為返混料。

1.2 試驗(yàn)裝置

生物干化試驗(yàn)裝置如圖1所示，為PVC材質(zhì)的筒體反應(yīng)器，高0.9m，直徑0.5m，容積約0.18m3。反應(yīng)器通過多孔板分隔成上下兩個(gè)部分，上部為反應(yīng)室，高度0.75m；下部為布?xì)馐遥叨?.15m。布?xì)馐覀?cè)壁設(shè)有進(jìn)風(fēng)管，并與空氣壓縮機(jī)連接，空氣壓縮機(jī)的啟停和通風(fēng)量分別通過時(shí)空開關(guān)和浮子流量計(jì)控制。多通道參數(shù)記錄儀的4個(gè)溫度傳感器分別沿高程均布于堆體的上、中、下三層及空氣中，并設(shè)置1個(gè)濕度傳感器測(cè)定環(huán)境濕度。反應(yīng)器整體置于500kg電子臺(tái)秤上以記錄重量變化。

1.3 試驗(yàn)方法

分別以小麥麩皮、小麥秸稈以及木屑和麩皮的混合物作為調(diào)理劑，進(jìn)行序批式試驗(yàn)，厭氧消化污泥、返混料和調(diào)理劑的混合比例（濕重）均為4∶1∶1，每批進(jìn)料量在60kg左右，由于堆料孔隙率的差異，進(jìn)料體積在90～105L。試驗(yàn)采用間歇通風(fēng)方式供氣，通風(fēng)頻率為開20min/關(guān)40min，通風(fēng)速率恒定為12L/min。多通道參數(shù)記錄儀采集溫度和濕度數(shù)據(jù)，頻率為30min/次。每天記錄堆體重量和高度。定期在沿高程均布的3個(gè)取樣點(diǎn)等量取樣并混合均勻，測(cè)定含水率、VS、種子發(fā)芽指數(shù)、EC值等指標(biāo)，并根據(jù)堆體溫度的變化情況進(jìn)行翻堆。試驗(yàn)結(jié)束后，部分干化污泥用于下一批次試驗(yàn)的返混料。

圖1 生物干化試驗(yàn)裝置

2 結(jié)果與討論

2.1 調(diào)理劑對(duì)污泥生物干化溫度的影響

生物干化是一個(gè)水分受熱蒸發(fā)的過程，高溫促使水分的蒸發(fā)和有機(jī)物的降解。采用不同調(diào)理劑，生物干化過程中溫度隨時(shí)間的變化情況如圖2所示。可以看出，反應(yīng)過程大致可分為升溫期、高溫期和降溫期。試驗(yàn)開始后堆體溫度迅速升高，采用麩皮作為調(diào)理劑，第7h平均溫度超過60℃，第20h溫度進(jìn)一步升至70℃；采用秸稈作為調(diào)理劑，第7h溫度超過60℃，第9.5h溫度超過70℃，表明微生物的好氧發(fā)酵作用放出了大量熱量；采用木屑和麩皮混合物作為調(diào)理劑，堆體溫度也在第3d達(dá)到最高69.3℃。本試驗(yàn)高溫期維持時(shí)間較長(zhǎng)，可持續(xù)至第10d左右。由圖2可見，堆體溫度達(dá)到最高值后呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)，翻堆后溫度仍可回升至較高水平。采用麩皮、秸稈以及木屑和麩皮混合物作為調(diào)理劑，分別在第5、7和8d進(jìn)行了翻堆，翻堆后僅6～10h堆體溫度重新升至60℃以上，8～13h升至70℃以上，表明翻堆有利于改善物料的孔隙結(jié)構(gòu)，提高物料均勻程度，使氧氣在物料內(nèi)較為均勻地分布，強(qiáng)化了氧氣的傳遞效果，從而加強(qiáng)了微生物的代謝活動(dòng)和產(chǎn)熱量。降溫期的堆體溫度下降較快，即使進(jìn)行翻堆，翻堆后的升溫速率和最高溫度均顯著降低，且溫度達(dá)到最高后迅速下降。

圖2 生物干化過程溫度變化

不同調(diào)理劑作用下生物干化過程的溫度參數(shù)比較見表1。以秸稈作為調(diào)理劑，初期升溫速率和最高溫度相對(duì)較高；而以麩皮作為調(diào)理劑，高溫維持時(shí)間最長(zhǎng)，18d累積升溫值最大。55℃以上高溫維持時(shí)間均能達(dá)到7d以上，持續(xù)的高溫有利于殺滅污泥中的病原菌和蟲卵等，從而達(dá)到污泥無害化處理的目的。

表1 不同調(diào)理劑的生物干化溫度參數(shù)

2.2 調(diào)理劑對(duì)污泥減量效果的影響

生物干化的主要目的是快速去除物料中的水分，不同調(diào)理劑作用下生物干化過程含水率的變化如圖3所示。采用麩皮、秸稈以及木屑和麩皮混合物作為調(diào)理劑，堆料初始含水率分別為55.1%、63.1%和58.7%，經(jīng)過18d生物干化后，含水率分別降低至27.0%、40.3%和31.6%。根據(jù)插值法計(jì)算可知，麩皮作為調(diào)理劑時(shí)，含水率降至40%和30%分別需要7.5d和11d；木屑和麩皮混合物作為調(diào)理劑時(shí)，含水率降至40%需要14d。

圖3 生物干化過程含水率變化

不同調(diào)理劑作用下生物干化過程VS的變化如圖4所示。采用麩皮、秸稈以及木屑和麩皮混合物作為調(diào)理劑，堆料初始VS含量分別為70.2%、62.1%和66.7%，經(jīng)過18d生物干化后，VS含量分別降低至58.8%、54.1%和58.0%。VS含量在高溫期下降較快，在降溫期則較慢，通過有機(jī)物降解釋放的生物熱能減少。這表明高溫對(duì)有機(jī)物降解有促進(jìn)作用，相應(yīng)地產(chǎn)生更多的熱量以維持堆體溫度。

圖4 生物干化過程VS變化

不同調(diào)理劑作用下污泥生物干化的減量化效果見表2。生物干化過程中一方面由于微生物降解有機(jī)物產(chǎn)生代謝水，造成水分增加，每降解1g有機(jī)物產(chǎn)生大約0.7g代謝水[3]；另一方面由于通風(fēng)對(duì)流水分蒸發(fā)，導(dǎo)致水分損失，含水率變化是兩者共同作用的結(jié)果。由表2可見，以麩皮作為調(diào)理劑，減量化效果最明顯，水分去除率和VS降解率均最高，VS降解量也遠(yuǎn)高于以秸稈以及木屑和麩皮混合物為調(diào)理劑的情況，這也是其累積升溫較高的原因；秸稈密度較輕，質(zhì)地蓬松，可為微生物提供很好的附著場(chǎng)所，且易于空氣流通，也是較為理想的調(diào)理劑；以木屑和麩皮混合物作為調(diào)理劑，VS降解率僅為17.5%，這可能是由于木屑中含有較難降解的木質(zhì)素等，在生物干化過程中幾乎沒有降解[4]，但是其干化效果并沒有受到影響，水分去除率仍高達(dá)69.1%，木屑可能起到了骨架支撐和提高孔隙率的作用。

總體而言，物料初始含水率在55%～65%，采用麩皮、秸稈或木屑和麩皮混合物作為調(diào)理劑，均能得到較好的生物干化效果，經(jīng)過18d生物干化，堆料濕重分別減少了51.9%、48.4%和42.6%，減量化效果明顯。若僅以原污泥計(jì)算，經(jīng)過混料和生物干化過程，則分別可減量27.7%、22.7%和14.0%。

2.3 調(diào)理劑對(duì)產(chǎn)物可利用性的影響

采用麩皮、秸稈以及木屑和麩皮混合物作為調(diào)理劑，堆料的初始EC值均在3.5ms/cm左右，而原污泥的EC值僅為1.4～2.5ms/cm，表明加入的調(diào)理劑是造成混合污泥EC值較高的原因。生物干化過程中EC值逐漸增加，產(chǎn)物EC值分別達(dá)到5.44ms/cm、6.40ms/cm和5.46ms/cm，這可能與生物干化過程中有機(jī)物或難溶性鹽轉(zhuǎn)化成可溶性鹽有關(guān)[5]。在種子發(fā)芽指數(shù)方面，以麩皮作為調(diào)理劑，生物干化過程中發(fā)芽指數(shù)在0%～5.5%；以木屑和麩皮混合物作為調(diào)理劑，種子發(fā)芽指數(shù)可上升至15%左右；以秸稈作為調(diào)理劑，種子發(fā)芽指數(shù)可上升至40%左右，但總體仍較低。

EC值表征污泥中的可溶性鹽的濃度，種子發(fā)芽指數(shù)表征污泥的腐熟程度，兩者均是污泥進(jìn)行土地利用的重要指標(biāo)。我國《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)》（GB/T23486—2009）規(guī)定，污泥施用到綠地后，要求對(duì)鹽分敏感的植物根系周圍土壤的EC值小于1.0ms/cm，對(duì)某些耐鹽的園林植物可以適當(dāng)放寬到小于2.0ms/cm，污泥種子發(fā)芽指數(shù)大于70%；《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農(nóng)用泥質(zhì)》（CJ/T309—2009）和《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置林地用泥質(zhì)》（CJ/T362—2011）均規(guī)定污泥種子發(fā)芽指數(shù)大于60%?？梢?，生物干化產(chǎn)物的可溶性鹽含量較高，若進(jìn)行土地利用應(yīng)摻入土壤，避免對(duì)園林植物造成損害；種子發(fā)芽指數(shù)則不能滿足園林綠化、農(nóng)用和林地用泥質(zhì)要求，表明生物干化產(chǎn)物的腐熟度仍較低。

表2 不同調(diào)理劑的生物干化減量化效果

3 結(jié) 語

（1）采用麩皮、秸稈或木屑和麩皮的混合物作為調(diào)理劑，對(duì)厭氧消化污泥進(jìn)行生物干化處理，在污泥∶返混泥∶調(diào)理劑=4∶1∶1時(shí)，經(jīng)過18d生物干化，含水率可從55%～65%降至27%～40%，堆體重量可減少42%～52%。其中以麩皮作為調(diào)理劑，生物干化過程55℃以上高溫維持時(shí)間最長(zhǎng)，減量化效果最顯著，含水率可降至30%以下。

（2）生物干化產(chǎn)物的EC值較高，種子發(fā)芽指數(shù)較低，不利于植物利用。以秸稈作為調(diào)理劑，種子發(fā)芽指數(shù)相對(duì)較高，但仍不能滿足農(nóng)用、園林綠化和林地用泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

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X703

：A

：1009-7716（2017）02-0149-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.02.046

2016-12-06

上海市國際科技合作項(xiàng)目（14230700400）

王逸賢（1984-），女，上海人，工程師，從事水處理研究工作。