潘國強，周 平，郭 昉，康偉強,3

(1.昆明城市污水處理運營有限責任公司，云南 昆明 650299；2.昆明滇池水務股份有限公司，云南 昆明 651000； 3.昆明滇池水務固體廢物處置有限責任公司，云南 昆明 650299)

現(xiàn)行污泥處理技術(shù)主要為“好氧堆肥+土地利用和水泥窯協(xié)同焚燒+建材化利用”兩種方式[1]，但易受土地利用后端出路、水泥市場需求等因素影響[2]。為尋求穩(wěn)定妥善的處置方式，實現(xiàn)污泥在污水處理廠內(nèi)原位減量、資源化利用[3]，達到污泥減量化、無害化及資源化的目標[4]，積極尋求一種污泥源頭減量技術(shù)正是大多數(shù)污水處理廠迫切的需要[5]。

污泥有機干化生物處理設備，技術(shù)原理為投加以乳酸菌為主的微生物基質(zhì)，在高溫和酸性條件下微生物對有機固廢進行氧化分解，同步降低含水率，按“破碎+升溫60～80 ℃+攪拌+生物除臭”的工藝進行反應，實現(xiàn)減量化和無害化處理[6-8]。設備可用于污泥源頭減量、廚余、蔬菜、花卉廢料等有機固廢處理處置。

1 材料和方法

1.1 污泥干化設備

500 kg/d 設備主機尺寸為 4560 mm×1740 mm×2600 mm，輔助設備采用掛桶式提升翻轉(zhuǎn)機 1200 mm×1500 mm×2600 mm，固液分離料倉 1200 mm×1000 mm×600 mm ，油水分離器 1500 mm×500 mm×800 mm ，破碎機 1150 mm×1100 mm×1280 mm，螺旋輸送機 5800 mm×400 mm×700 mm，除臭裝置 900 mm×900 mm×1890 mm，占地面積<8 m2，整體面積<17.2 m2，最大功率為 31.5 kW/h。

污泥選用某省會城市第二污水處理廠的脫水污泥，廚余選用該地某小區(qū)廚余垃圾。

1.2 運行模式

1.2.1 一階段運行模式

按“干化 14 d+自然腐熟 14 d”的運行模式已開展試驗，記錄日常運行數(shù)據(jù)，對含水率、pH、有機質(zhì)、種子發(fā)芽指數(shù)及蛔蟲卵死亡率等指標開展日常監(jiān)測，對腐殖酸、EC值、營養(yǎng)學指標及臭氣指標開展監(jiān)測[9]。

1.2.2 二階段運行模式

1)含水率保持55%～60%，停留時間 10 d，摸索投料量、投料頻率與溫度控制策略；對進出料開展日常監(jiān)測，對出料開展自然腐熟 10 d，并跟蹤監(jiān)測[10]。

2)停留時間不超 24 h，摸索含水率達30%～40%條件下投料量、投料頻率與溫度控制的策略；將出料作為返混料與污泥好氧堆肥，按m(80%含水率污泥)∶m(35%含水率輔料)∶m(35%含水率返混料)=5∶1∶0、5∶0∶2.5、5∶1∶1.5、5∶1∶2.5，設置4個平行好氧堆肥堆體，起始含水率約63%開展好氧堆肥，對堆體進行翻堆，記錄堆體溫度取樣監(jiān)測分析。

3)進料含水率小于80%，停留時間 10 d，摸索不同比例的投料量、投料頻率與溫度控制的策略；對進出料開展日常監(jiān)測(表1、表2)，對出料開展自然腐熟 10 d，并跟蹤監(jiān)測。

表1 試驗進出料泥質(zhì)統(tǒng)計表

表2 對照標準

2 結(jié)果與討論

2.1 直接出料結(jié)果

2.1.1 溫度

設備運行過程中，一階段物料溫度為58.1±6.6 ℃、二階段為48.0±2.7 ℃。其中，71%(30 d)的時間物料溫度大于了 50 ℃，其余時間也接近 50 ℃，最高達 70 ℃(圖1)。出料的無害化指標蛔蟲卵死亡率>95%，糞大腸菌群值>0.01(1次糞大腸菌群值超標，占比5%)，基本實現(xiàn)了無害化的要求。

2.1.2 含水率

微生物的生長繁殖離不開水，微生物的生長繁殖對水要求比較嚴格。本試驗一階段含水率(22.2±5.4)%，最低至13%，不利于微生物生長，故二階段調(diào)節(jié)含水率至50%～59%。二階段設備內(nèi)物料含水率達到了生物處理所需的含水率控制要求，如圖1所示。

一階段前14天為干化，后14天為自然腐熟。圖1 干化處理設備運行期間物料溫度、含水率變化情況圖

2.1.3 pH

進料pH為7.60，出料pH 7.82，出料pH較進料pH略有上升。

2.1.4 有機質(zhì)

試驗過程中有機質(zhì)進料為(45.6±5.1)%，出料有機質(zhì)(60.0±8.3)%，污泥及廚余進料有機質(zhì)含量較為穩(wěn)定，前期由于添加了基質(zhì)(500 kg 設備添加了 960 kg 鋸末及菌種，反應 14 d 污泥與基質(zhì)的質(zhì)量比約為5∶1)，污泥廚余進料與基質(zhì)摻拌后有機質(zhì)含量上升，最高達95.4%。隨著反應有機質(zhì)被不斷降解，出料有機質(zhì)含量趨于穩(wěn)定，排除前期基質(zhì)的有機質(zhì)含量，出料有機質(zhì)為55%，達到生物處理機的控制要求，如圖2所示。

一階段前14天為干化，后14天為自然腐熟。圖2 干化處理設備運行期間進出料有機質(zhì)變化情況圖

2.1.5 碳氮比

設備內(nèi)污泥C、N質(zhì)量比約為8.5∶1，與基質(zhì)混合后為11.4∶1；污泥協(xié)同廚余C、N質(zhì)量比約為10.5∶1，與基質(zhì)混合后為13.5∶1。

2.1.6 溶解氧

設備內(nèi)常保持常通風帶攪拌，攪拌裝置運行中能夠正轉(zhuǎn)和反裝，攪拌葉片設計帶有螺旋角，以迫使物料在徑向移動的同時也會沿軸線前后移動，循環(huán)往復。受攪拌軸轉(zhuǎn)速影響，物料的移動速度較為緩慢。

2.1.7 能耗

一階段處理設備能耗為 1 kWh/kg，出料含水率過低后調(diào)整設備干燥等級，二階段污泥設備能耗 0.59 kWh/kg，污泥協(xié)同廚余設備能 0.46 kWh/kg。

2.1.8 氣體檢測

氣體檢測情況見表3。

表3 臭氣檢測情況

2.2 后端土地利用試驗

經(jīng)一階段試驗后調(diào)整，二階段試驗物料溫度48.0±2.7 ℃、pH7.82、含水率50%～59%、有機質(zhì)55%，C、N質(zhì)量比11.5～13.4∶1。通氧攪拌的情況下，出料樣種子發(fā)芽指數(shù)達不到標準要求，故對出料進行進一步后端土地利用試驗，具體結(jié)果如表4所示。

表4 種子發(fā)芽培養(yǎng)液指標對比監(jiān)測表

2.2.1 種子發(fā)芽培養(yǎng)液相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)

由表4可知，一階段將出料與紅土按1∶1～1∶9質(zhì)量比摻拌，自然腐熟等形式驗證后端土地利用，結(jié)果表明，1∶9 摻拌種子發(fā)芽指數(shù)>60%，而此時營養(yǎng)學N、P、K、有機質(zhì)等指標達不到后端土地利用要求。

二階段將出料作為返混料與污泥好氧堆肥，按m(80%含水率污泥)∶m(35%含水率輔料)∶m(35%含水率返混料)=5∶1∶0、5∶0∶2.5、5∶1∶2.5，設置平行好氧堆肥堆體，結(jié)果表明，不添加輔料的堆體種子發(fā)芽指數(shù)>100%，其余堆體種子發(fā)芽指數(shù)為0，不滿足后端土地利用要求。

2.2.2 浸出液重金屬監(jiān)測數(shù)據(jù)

種子發(fā)芽指數(shù)是綜合判別肥效與毒性的指標。影響種子發(fā)芽指數(shù)的主要指標為pH值、EC值、無機重金屬毒性及有機物毒性抑制[17]。通過對比浸出液監(jiān)測數(shù)據(jù)分析表明：浸出液重金屬形態(tài)未發(fā)生顯著變化不對本試驗種子發(fā)芽指數(shù)造成影響，如圖3所示。

圖3 浸出液重金屬數(shù)據(jù)圖

污泥經(jīng)設備處理后，溶解性腐殖酸質(zhì)量分數(shù)為0.5%，經(jīng) 14 d 腐熟后溶解性腐殖酸含量無變化(種子發(fā)芽指數(shù)同樣無變化)。二廠污泥堆肥試驗一次發(fā)酵后物料含水率約55%，溶解性腐殖酸質(zhì)量分數(shù)為1.5%～2.5%，總腐殖酸質(zhì)量分數(shù)為4.5%～5%。經(jīng)2個月腐熟后含水率約35%，溶解性腐殖酸質(zhì)量分數(shù)為2%～4.4%，總腐殖酸質(zhì)量分數(shù)為7.2%～9%；種子發(fā)芽指數(shù)不達標。

從種子發(fā)芽培養(yǎng)液的COD看，設備出料COD明顯上升，腐殖酸質(zhì)量分數(shù)低于好氧堆肥組，原因推測為：好氧堆肥過程中乳酸菌等產(chǎn)小分子酸導致COD數(shù)值升高，當產(chǎn)小分子酸的菌種起主要作用時，穩(wěn)定化的菌種發(fā)揮作用小，未完全達到腐熟階段，故腐殖酸含量低，種子發(fā)芽指數(shù)低[18-19]。

2.3 經(jīng)濟成本比對

從80%含水率污泥經(jīng) 24 h 直接脫水至55%，干化生物處理設備綜合成本約為常規(guī)污泥深脫技術(shù)的2倍，估算為220元；脫水至55%后堆肥綜合成本約為直接好氧堆肥的2倍，估算為603元；將脫水至45%以下作為返混料進行好氧堆肥，但堆體試驗種子發(fā)芽指數(shù)均未達到土地利用相關(guān)標準，無估算價格。

3 結(jié)論

1)試驗物料溫度(48.0±2.7 ℃)、pH(7.82)、含水率(50%～59%)、有機質(zhì)(55%)等影響好氧發(fā)酵的因素滿足生物處理機的控制需求及后端好氧堆肥的控制要求，出料蛔蟲卵死亡率、糞大腸菌群值等無害化指標基本滿足要求(糞大腸菌群值超標一次，占總送檢次數(shù)的5%)。

2)污泥干化設備出料種子發(fā)芽指數(shù)低，出料樣及自然腐熟樣腐殖酸質(zhì)量分數(shù)為0.5%，低于好氧堆肥穩(wěn)定化后腐殖酸質(zhì)量分數(shù)4%。出料及作為返混料堆體的種子發(fā)芽培養(yǎng)液的COD較高，造成的原因可能是產(chǎn)小分子酸的菌種起主要作用，升溫階段未完全達到腐熟過程，故腐殖酸含量低，種子發(fā)芽指數(shù)低，故出料不可進行后端堆肥處置。

3)試驗便攜式氨氣濃度儀測得氨氣質(zhì)量分數(shù)達 100 mg/kg，第三方檢測為氨氣 1.64 mg/m3，硫化氫 0.17 mg/m3，甲烷 0.38 mg/m3，臭氣濃度1318(無量綱)，超過林業(yè)基質(zhì)土環(huán)評批復廠界二級排放標準[ρ(氨氣)<1.5 mg/m3]、[ρ(硫化氫)=0.06 mg/m3]。人可以明顯察覺臭味，不可投入實際生產(chǎn)，除臭裝置需改善以保證達標排放。

4)經(jīng)濟成本分析，從80%含水率經(jīng) 24 h 直接脫水至55%，污泥生物干化處理的綜合成本約為深脫的2倍，估算為220元；脫水至55%后堆肥綜合成本約為直接好氧堆肥的2倍，估算為603元，經(jīng)濟不可行，還需進一步節(jié)能降耗降低成本。