污泥堆肥的通风及控制技术

污泥堆肥是处理和处置污水处理厂的副产物－污泥的一种有效手段,作为控制氧含量的通风系统在好氧堆肥过程中起着至关重要的作用,通风系统及其控制技术已成为堆肥工艺研究的主要内容之一     

通风对微小型密闭好氧堆肥过程的影响

为探究适于未来星球基地长期载人航天任务应用的微小型密闭好氧堆肥装置的运行条件,以小麦秸秆和模拟粪便的混合物为实验材料,开展了4种通风速率对堆肥过程的影响研究。结果表明,0.025、0.050、0.075和0.100 m³·(m³·min)⁻¹处理组高温期分别维持了125、125、43和24 h,0.050 m³·(m³·min)⁻¹的O₂消耗速率和CO₂产率为4个处理组最大。CH₄和N₂O主要产生于堆肥初期,累积排放量以0.100 m³·(m³·min)⁻¹处理组的最高,分别为296.50和169.16 mg·kg⁻¹。从堆体氨氮指标测试结果来看,0.050 m³·(m³·min)⁻¹处理组含量最高,其保氮效果最好。4个处理组的GI分别为64.09%、97.26%、72.95%和66.07%。综合各种指标分析认为,适于未来星球基地任务应用的微小型密闭好氧堆肥装置通风速率可以设置为0.050 m³·(m³·min)⁻¹,该通风速率既能确保堆肥过程中微生物对氧气的需求,又能减少热量的损失,产生的污染气体量相对较少,所得的堆肥产品质量最佳。     

生化黄腐酸投加量对木薯渣堆肥效果的影响

为了明确不同生化黄腐酸投加量对木薯渣堆肥效果的影响,以木薯渣、干鸡粪和烟杆粉为原料,设置了T1（堆肥原料+1‰生化黄腐酸）、T2（堆肥原料+2‰生化黄腐酸）、T3（堆肥原料+3‰生化黄腐酸）和CK（不添加生化黄腐酸的堆肥原料）4个处理,测定不同堆肥处理对温度、含水率、淀粉、水溶性碳（DOC）、纤维素、半纤维素、木质素含量以及一些腐熟程度指标的影响。结果表明,添加生化黄腐酸能促进堆体升温,有效降低堆体含水率,能使堆肥过程中淀粉、DOC、纤维素、半纤维素的降解率分别提高5.95%、5.29%、7.35%和4.95%,并且腐熟程度指标的变化也表明添加生化黄腐酸能有效促进堆肥腐熟程度,缩短腐熟周期。4个处理的总体堆肥效果表现为：T2 > T1 > T3 > CK,说明添加2‰的生化黄腐酸的堆肥效果最好。     

接种微生物与人粪便同步连续投加对好氧堆肥效果的影响

利用新型梨形筒式好氧堆肥反应器,在通风量为3．0L／min,搅拌频率为5min／h的条件下,就不接种微生物、接种土著菌种、枯草芽孢杆菌与酵母菌时人粪便连续投加好氧堆肥效果进行了对比。堆制20d即2个运行周期中各堆体的温度、含水率、COD、总氮、pH值与GI等的变化表明,接种微生物可以显著提高堆体的升温速率与堆体平均温度、COD降解率、Ct（P〈0．01）,堆肥可迅速达到完全腐熟。接种土著菌种效果最为明显（P〈0．01）,其后相继为枯草芽孢杆菌与酵母菌。接种土著菌种可使堆体温度在50℃以上维持18d,第8天COD降解率达到61．17％、总氮损失率为25．75％,第6天时GI达到108．22％。     

环境温度对污泥堆肥过程的影响

在不同的环境温度下,采用强制通风静态污泥堆肥中试实验系统进行了五种调剂的污泥堆肥实验。结果表明：环境温度对污泥堆肥过程的堆体温度有影响。在寒冷的冬季（气温范围为－15－5．0℃,平均气温为－5．1℃）,污泥堆肥的堆体中层温度能顺利达到温度（60℃）,并能保持一段高温期（约9d),堆肥产品达到了无害化国家标准,在污泥堆肥过程,不必对堆料的pH值进行调整。     

卧式螺旋污泥好氧动态堆肥技术的研究

利用卧式螺旋式污泥好氧堆肥装置进行间歇式动态堆肥,对污水厂厌氧消化污泥进行了中温堆肥试验研究.通过控制各组堆肥的含水率、物料配比和通气量,重点探讨各种条件下堆体温度与有机物降解的关系.试验结果表明,厌氧消化污泥以木屑为调理剂在装置中可以实现好氧堆肥处理,其适宜的物料控制参数为:污泥:木屑=10:1～1.5(湿重比),堆肥含水率50%～60%;过程控制参数为:通风量为6.7～8.3 m3/h·t,发酵周期为8 d,温度45℃.     

通风速率对烟草废料堆肥腐熟及元素变化影响

以烟草废料为原料堆肥,设置不同的通风速率,通过对堆肥中温度、营养元素和腐殖质等指标变化的研究,揭示了通风速率对堆肥腐熟和主要元素变化的影响。结果表明,通风速率为0.1和0.2 m3/(h·m3)的处理的高温期持续时间在5 d以上,满足堆肥无害化卫生标准要求,堆肥积温以0.2 m3/(h·m3)的处理最高;堆肥结束时,通风速率为0.2和0.3 m3/(h·m3)处理的总碳含量降低率、总氮含量增加率及NO3--N含量增幅均强于0.1 和0.4 m3/(h·m3)的通风处理,且两处理的NH4+-N含量至堆肥结束时降至400 mg/kg阈值以下;通风速率为0.2 m3/(h·m3)的处理的终产品的腐殖化质数为1.91,达到腐熟阈值1.90。综合以上结果表明,0.2 m3/(h·m3)的通风速率较适于烟草废料堆肥腐熟和营养转化。     

堆肥系统的通风设计

对堆肥系统的两种不同风机选型方法及计算结果进行了比较。根据计划结果,方法二所选风机的风量、风压和功率都大于方法一所选的风机。对于堆肥系统,目前常用的风机选型风机的风量比较适宜。     

环境温度对污泥堆肥过程的影响

在不同的环境温度下 ,采用强制通风静态仓污泥堆肥中试实验系统进行了五种调理剂的污泥堆肥实验。结果表明 :环境温度对污泥堆肥过程的堆体温度有影响。在寒冷的冬季 (气温范围为 -1 4～ 5.0℃ ,平均气温为 -5.1℃ ) ,污泥堆肥的堆体中层温度能顺利达到设定温度( 60℃ ) ,并能保持一段高温期 (约 9d) ,堆肥产品达到了无害化国家标准。在污泥堆肥过程 ,不必对堆料的 pH值进行调整。     

接种微生物与人粪便同步连续投加对好氧堆肥效果的影响简

利用新型梨形筒式好氧堆肥反应器,在通风量为3.0 L/min,搅拌频率为5 min/h的条件下,就不接种微生物、接种土著菌种、枯草芽孢杆菌与酵母菌时人粪便连续投加好氧堆肥效果进行了对比。堆制20 d即2个运行周期中各堆体的温度、含水率、COD、总氮、pH值与GI等的变化表明,接种微生物可以显著提高堆体的升温速率与堆体平均温度、COD降解率、GI（P<0.01）,堆肥可迅速达到完全腐熟。接种土著菌种效果最为明显（P<0.01）,其后相继为枯草芽孢杆菌与酵母菌。接种土著菌种可使堆体温度在50℃以上维持18 d,第8天COD降解率达到61.17%、总氮损失率为25.75%,第6天时GI达到108.22%。     

过氧化钙联合絮凝剂调理污泥改善脱水性能

污泥经过CaO_2联合絮凝剂处理后,其脱水性能得到明显改善。采用改变初始pH、调理剂投加量以及改变调理剂投加顺序的方法,调理污泥改善脱水性能;采用Zeta电位、激光粒度、胞外聚合物及结合水分析对调理前后的污泥进行了表征;研究了调理剂不同投加量对污泥脱水性能的影响;探讨了不同调理剂下污泥脱水机理。结果表明:CaO_2联合絮凝剂(微生物絮凝剂或壳聚糖)明显改善污泥脱水降低污泥含水率;CaO_2联合絮凝剂调理后的污泥粒径和Zeta电位均有所减小,并且CaO_2在絮凝剂之前投加,降低幅度更加明显;先投加CaO_2,污泥层状结构会在氧化作用下发生裂解破碎,形成不规则的小絮体,使污泥破坏得更彻底;在絮凝剂之前投加CaO_2,污泥经过处理后的可溶性糖类和可溶性蛋白质的浓度增加,而结合的糖类、蛋白质及结合水的变化量却减小。因此,CaO_2联合絮凝剂可以优化污泥脱水性能,且CaO_2与絮凝剂的投加顺序对于污泥脱水有显著影响。     

污泥堆肥微生物菌剂的筛选优化及应用

从菌糠腐熟物中分离纯化12株长势良好的菌株,经16SrDNA测序分析,鉴定为链霉菌(Streptomyces sp.),将其中长势最好的一株命名为链霉菌P9。通过单因素实验及Plackett-Burman实验设计对链霉菌P9发酵培养基配方进行优化,得到培养基最佳配方为蔗糖10g/L,蛋白胨+酵母粉25.0g/L,MgSO_4·7H_2O 0.075g/L,KH_2PO_40.3g/L,K_2HPO_40.6g/L。将最佳培养基配方下制得的链霉菌P9发酵液用于污泥好氧堆肥,接种量分别为0(对照组CK)、0.5%(质量分数,下同)、1.0%、1.5%。结果表明,当接种量为0.5%时,堆体最高温度可达61.0℃,高温期维持12d,堆肥效果程度优于CK组(堆体最高温度58.1℃,高温期维持9d),接种量为1.0%、1.5%时污泥堆肥进程反而被抑制。堆肥结束时,堆体上清液的种子发芽指数均在70%以上,说明堆体物料基本腐熟无毒。可见,采用链霉菌P9发酵液作为微生物菌剂促进污泥好氧堆肥是可行的,接种量宜为0.5%。     

调理剂和通风方式对污泥生物干化效果的影响

采用了自主设计的污泥生物干化实验室模拟系统,研究了调理剂、物料配比和通风方式等实验条件对脱水污泥生物干化的影响效果。研究结果表明,与锯末相比,秸秆有利于反应物料温度的上升,含水率下降程度更大;利用秸秆调节污泥初始含水率在60%和65%的实验条件下时,物料的平均含水率分别下降了7%和6%,当初始含水率65%时,生物堆体的温度和含水率没有明显的变化;与连续通风相比较,间歇通风的实验条件有利于生物堆体的温度的升高和干化效果;在该实验中,最佳的生物干化条件是以秸秆为调理剂,初始含水率调至65%以下,以间歇方式进行通风。     

添加氮损失抑制剂对蓝藻泥堆肥质量的影响

对脱水蓝藻进行大型生产性堆肥实验。研究堆肥过程中,氮损失抑制剂过磷酸钙的添加对堆肥物料各类理化性质的影响。研究结果表明,过磷酸钙加入的处理组与未加过磷酸钙的对照组堆制37 d后堆肥物料均可腐熟,且堆肥肥效均符合NY525-2002的相关要求。添加过磷酸钙处理组有机质含量为490 g/kg,全N、全P和全K含量分别为20.75、10.02和11.32 g/kg,总养分含量达到9.77%,堆肥品质明显优于对照处理。同时,在微生物的作用下,对照组中微囊藻毒素MC-RR与微囊藻毒素MC-LR去除率分别达到89.8%与78.3%。值得一提的是,添加过磷酸钙后,MC-RR和MC-LR的去除率得到进一步提高,分别达到了92.96%和100%,较好地保证了蓝藻堆肥农用的安全性,为脱水蓝藻好氧堆肥化提供了可行性依据。     

厌氧消化和好氧堆肥对城市污泥中新污染物的削减

城镇污水处理规模的扩大使得城市污泥的产生量增加,而药物及个人护理品(PPCPs)、生物性污染物、微塑料(MPs)和雌激素等新污染物在污泥中的检出率也呈增加趋势。污泥厌氧消化制沼气、好氧堆肥制土壤改良剂具有削减污染物、回收有价值组分、降低环境风险等多重功效,然而它们对新污染物的削减效果尚待考察。以上述4种新污染物为例,比较了它们在不同国家城市污泥中的存在状况,综述了厌氧消化、好氧堆肥、厌氧消化和好氧堆肥结合以及与物化措施联合对新污染物的削减情况及存在的问题。针对污泥中多种新污染物并存的状况,提出未来应开发针对多种新污染物的去除技术,同时强化新污染物削减机制的研究,以保障城市污泥的安全利用。     

辅料及工艺参数对干旱地区污泥堆肥物理指标动态变化的影响

针对我国西北干旱地区污泥堆肥过程中存在升温速度慢和缺少适宜堆肥技术参数的问题,通过大型条垛式污泥堆肥正交实验,研究堆肥过程中堆体的温度、pH、电导率、含水率的动态变化过程,以期明确适宜该地区的污泥堆肥技术参数。结果表明,当玉米秸秆配比为15%时,堆体的升温速度达17.3 ℃∙d⁻¹,最高温度可达75 ℃以上;当秸秆粒径为5 cm时,高温持续时间最长,达22 d;堆体的电导率随着秸秆配比的增加呈增加的趋势,堆肥结束后以秸秆配比15%的电导率值最大。从水分变化来看,堆肥10 d后,污泥先静置6 d后翻抛的堆体上层含水率高,而常规翻抛的堆体各层含水率在15 d后呈现下层>上层>中层的垂直空间分布。总体而言,玉米秸秆粒径对堆体温度影响最大,而玉米秸秆配比对堆体含水率影响最大。西北干旱区污泥条垛式堆肥最优技术参数为添加5 cm粒径的玉米秸秆15%,完全混合先静置6 d后进行翻抛。本研究结果可为我国西北干旱地区生活污泥高效堆肥提供参考。     

甲基汞和腐殖质在污泥堆肥过程中的变化特征及其相互关系

好氧堆肥-土地利用是实现污泥资源化处置的主要方式,但污泥中重金属的环境健康风险是限制污泥土地利用的重要因素。通过观测北方某工程规模的污泥好氧堆肥过程汞、甲基汞的变化,并基于三维荧光光谱区域积分分析,研究好氧堆肥过程甲基汞的变化特征及其与有机物中腐殖质变化关系。结果表明,堆肥前后,汞与甲基汞质量分数未发生明显变化,但通过质量衡算发现,堆肥结束后堆体中汞总量从(272.56±25.71) g下降到(211.10±12.97) g,出现22.5%的汞散失,而甲基汞质量从0.37 g下降至0.28 g,24.3%的甲基汞可能发生去甲基化而形态转变。在堆肥过程中,甲基汞质量与荧光区域Ⅲ（富里酸）体积积分呈显著负相关(r=−0.897,p<0.05),与荧光区域Ⅳ（微生物代谢副产物）体积积分呈显著正相关(r=0.933,p<0.01)。基于堆肥过程甲基汞和汞质量的动态变化,在堆肥前10 d的有机物快速腐熟化阶段发生了甲基汞的去甲基化,而后随好氧堆肥过程翻堆、曝气发生了汞的蒸发散失。本研究结果可为评价污泥好氧堆肥后对汞、甲基汞健康风险提供参考。     

污泥调理对给水污泥脱水性能的影响

为了研究污泥调理对给水厂污泥脱水性能的影响,对不同水厂的污泥进行了特性研究及调理实验。实验结果表明：2个水厂污泥中有机物含量及Zeta电位差别较大,大庆某水厂污泥中不溶性大分子有机物和腐殖酸等亲水性物质含量较多,使得污泥的脱水过程受到影响。2种污泥在污泥比阻、沉降比、毛细吸水时间（CST）上的差异均可说明南通某水厂污泥的脱水性能远优于大庆某水厂污泥。经过污泥调理过程,二者的脱水性能均得到改善。对于南通某水厂污泥,高效聚合氯化铝（HPAC）的调理具有较为明显的优势,聚丙烯酰胺（PAM）对其脱水性能的改善作用次之,聚合氯化铝（PACl）调理效果最弱;对于大庆某水厂污泥,PACl、HPAC在提高污泥脱水性能方面效果欠佳,而使用阴离子型PAM虽然会增加体系中TOC含量,但其强大的吸附架桥能力可以有效地使污泥颗粒聚沉,使得污泥脱水性能得到较大幅度的提升,表现出最优的污泥调理效果。