城市生活污泥蚯蚓堆肥过程中重金属形态变化特征

利用蚯蚓处理城市生活污泥,研究了蚯蚓处理对污泥重金属总量及形态的影响。结果表明:污泥经蚯蚓处理后,污泥的pH值、有机质、总氮均有不同程度的降低,污泥重金属Cu、Zn、Ni、Pb含量分别降低了19.05%、12.10%、10.77%、24.90%。BCR连续提取结果表明:Cu以可氧化态为主,Zn及Ni以可交换态和可还原态为主,Pb以残渣态为主。蚯蚓处理对污泥重金属可交换态及可还原态影响不显著,但大幅降低了Cu、Zn、Ni、Pb可氧化态含量,降幅分别为19.79%、92.57%、35.18%、78.31%。蚯蚓处理总体上降低了重金属Cu、Ni、Pb的生物有效性。     

蚯蚓对城市污泥蚯蚓堆肥过程中微生物特征变化的影响

为揭示蚯蚓对城市污泥中微生物特征的影响和作用,本研究采用赤子爱胜蚓处理城市污泥,以无蚯蚓处理为对照,探讨蚯蚓对污泥堆肥中微生物数量、活性和种群变化的影响.结果显示:蚯蚓在前期能够显著提升脱氢酶的活性和细菌16S r DNA的丰度;从而加速有机物的降解,促进后期堆肥产物的腐殖质化.高通量测序结果表明:从60 d开始,蚯蚓组和对照组的细菌种群结构出现明显差异,蚯蚓处理能够显著增加最终产物的细菌种群的Chao1和Shannon指数.最终产物中,对照组的优势菌群为变形菌门(56%)、拟杆菌门(16.3%)和厚壁菌门(15.4%);蚯蚓组的优势种群有变形菌门(31.3%)、拟杆菌门(27.1%)、放线菌门(21.1%).与对照组相比,蚯蚓粪中放线菌和根瘤菌的丰度分别提高了13.1%和2.5%,表明蚯蚓的作用提升了堆肥产物作为微生物肥料的潜力.     

好氧堆肥与蚯蚓堆肥对污泥处理污泥效果比较研究

采用自行设计的好氧堆肥装置和蚯蚓堆肥处理装置,以药渣为填充料,开展污泥的处理对比实验,并检测处理过程中各项指标和养分含量的变化,用紫外分光法测得污泥通过好氧堆肥和蚯蚓堆肥过程有机质含量的变化,将两种方法处理后的污泥分别对丁香进行施肥,结果发现施用经好氧堆肥处理后的污泥的丁香生长良好,虽然堆肥熟料中氮元素含量略偏低,但磷元素含量适中,对丁香的生长起到促进作用,经此处理的堆肥熟料由于其肥效高,营养元素丰富,从肥效和成本上有替代常规土壤的可能性,将具有良好的市场前景。而蚯蚓堆肥组中磷含量较高,若经适当处理,则可将其制成蚯蚓活性污泥复合肥,应用于沙地绿化树木的种植,其复合肥肥力高,对生态环境影响小,这种蚯蚓活性复合肥也将具有广阔的前景。     

城镇污泥蚯蚓堆肥硝化进程及其影响因素

硝化是城镇污泥蚯蚓堆肥稳定化的最后一个阶段,研究硝化进程及其影响因素对减少蚯蚓堆肥过程中的NH_4~+积累、氮素损失和加快蚯蚓堆肥稳定化过程具有重要意义.文章考察了蚯蚓生物量、环境温度以及好氧条件对蚯蚓堆肥NH_4~+、NO_3~-变化的影响.结果发现,蚯蚓生物量对NH_4~+、NO_3~-含量变化影响较大,并存在显著的跃变特点,即当蚯蚓生物量超过一定数量时,会显著加快氨化和硝化速率.环境温度显著影响堆肥氨化作用,影响大小顺序为25℃20℃15℃;环境温度仅对蚯蚓堆肥硝化速率产生影响,但不改变堆肥的硝化进程.蚯蚓堆肥好氧条件对硝化影响大于对氨化的影响,好氧条件优劣不但影响硝化进程还影响硝化速率,氧环境条件好的蚯蚓堆肥硝化进程启动早,硝化速率高.     

基于Meta分析的蚯蚓堆肥对堆肥质量和重金属的影响效应

为了综合评估蚯蚓堆肥在不同控制条件下堆肥质量和重金属的转化规律,综述了109篇文献,通过Meta分析定量探讨了蚯蚓种类、预堆肥时间、通风方式、初始C/N、初始pH和初始含水率对提高蚯蚓堆肥质量和降低重金属毒性方面的影响.结果表明,以上6分组因子均显著影响堆肥的质量和重金属毒性.经过蚯蚓堆肥后,以下营养指标含量显著增加：NO₃^--N（116.2%）、TN（29.1%）、TP（31.2%）和TK（15.0%）;而NH₄⁺-N含量（-14.8%）和C/N（-36.3%）显著降低;同时也显著降低了最终堆肥中Cu和Cr总量及其生物有效性.综合考虑不同分组因子对堆肥质量和重金属影响的显著程度,若堆肥以促进腐熟和富集营养元素为目的,则建议堆体物料的初始含水率调节为70%~80%、C/N为30~85和pH为6~7,并进行0~15 d的预堆肥,通风方式采用自然放置方法;若以削弱物料中重金属危害为主要目的,则建议调节物料初始含水率为50%~60%、C/N小于30和pH为7~8,不进行预堆肥,定时翻堆,引用Eudrilus eugeniae种类进行蚯蚓堆肥.     

基于光谱学分析蚯蚓堆肥对市政污泥水溶性有机物的影响

采用分子量分级、极性分析、光谱分析方法,研究了市政污泥水溶性有机物(DOM)在蚯蚓堆肥前后的变化特征。结果表明,蚯蚓处理后污泥DOM中300 D的组分含量高出对照组污泥6.50%,8 000 D的组分则少了56.25%;疏水性组分比例高出对照组50.76%。光谱分析表明,试验组中均存在羧酸、芳香族物质等,且蚯蚓处理后污泥DOM的蛋白质含量、分子量降低,多糖和芳香族物质含量增加。荧光光谱显示原始污泥中含有大量蛋白质和腐殖质,经过90 d降解生成色氨酸、酪氨酸等物质,且处理组腐殖化程度高于对照组。     

白线蚓对蚯蚓处理城市污泥的影响

蚯蚓处理污泥反应器中,常伴大量的白色线蚓(寡毛纲、线蚓科).因此,本文以蚯蚓处理城市污泥为研究对象,初步探讨了白线蚓(Enchytraeus Spp.)接种密度对赤子爱胜蚓(Eisena fetida)处理城市污泥的影响.结果表明,白线蚓的密度显著影响了蚯蚓堆肥后产物的物理化学性质和蚯蚓的生物量.白线蚓接种密度与蚯蚓堆肥产物的pH值、电导率(EC)、总氮(TN)呈负相关;与其总有机碳(TOC)、有效磷(AP)、重金属Cu、Zn、Pb、Cr及Cd的含量呈正相关.同时较高的白线蚓接种密度显著降低了蚯蚓的生长率,但蚯蚓的卵数未受显著影响.由此可知,蚯蚓和白线蚓在反应器中存在食物链竞争关系.本研究建议对蚯蚓处理污泥反应器中的白线蚓采取一定的控制措施.     

温度对蚯蚓生物滤池处理小城镇污泥效果影响

试验在9¹0,1410,14¹5,1815,18¹9,2419,24²5℃4个温度水平下进行,在蚯蚓生物滤池试验的同时进行了无蚯蚓对照试验,对蚯蚓生物滤池的蚯蚓与微生物的协同作用,以及对污泥的稳定性、污泥性状、污泥含有的微量元素的变化进行试验研究。结果表明在前3个温度水平下随着温度的升高,降解污泥有机质能力、总氮去除效果、硝化能力、聚磷效果方面蚯蚓生物滤池与无蚯蚓生物滤池都有明显提高,并且有蚯蚓的处理效果始终高于无蚯蚓的,但第4个温度水平下,无蚯蚓的处理效果与有蚯蚓的基本相同。     

超声波辅助浸取分离污泥中的重金属

以实验室合成的含重金属离子的污泥为研究对象,通过实验分析对比了不同pH下超声波对污泥中重金属离子去除率的影响。研究表明,在超声波的辅助作用下,一步酸浸法能使Cu-Fe混合污泥中的Cu和Fe完全分离,Cu和Fe的离子浸出率分别是97.47%和1.81%;超声波辅助两步酸浸法分离Cu-Cr污泥中的Cu和Cr,96.52%的Cu溶解在浸出液中,96.64%的Cr保留在浸出渣中,Cu、Cr可完全分离;在Cr-Fe混合污泥中,超声的辅助作用使两步酸浸后Cr的浸出率达97.05%,浸出渣中则含98.48%的Fe,2种金属得到有效的分离。酸浸过程中加入超声波对重金属的分离回收有明显的强化效果。     

蚯蚓粪对城镇污泥降解的影响

以城镇污泥快速稳定化为目的,将污泥与蚯蚓粪以质量比2:1混合作为处理组(WF),以不添加蚯蚓粪的污泥作为对照组(W),在(20±1)℃条件下进行对比试验,试验共进行50 d,研究蚯蚓粪对城镇污泥降解过程的影响。结果表明:与对照组相比,处理组污泥中有机质(OM)浓度降低了4.2%,电导率(EC)提高了79.0%,N H 4 + -N浓度提高了110.0%,N O 3 - -N浓度降低了83.5%;试验过程中,处理组pH变化幅度低于对照组,蚯蚓粪能促进污泥氨化,稳定污泥pH;添加蚯蚓粪使城镇污泥中有机质降解程度更高,矿化速度更快,促使城镇污泥快速稳定。蚯蚓粪可用作加速城镇污泥生物降解的添加剂。     

污泥堆肥施用对土壤及地下水影响研究

为探究北京市污泥堆肥产品施用对土壤和地下水的影响,采用原状土柱模拟降雨试验方法,研究了在污泥堆肥产品年施用量为3、6、12kg/m²的条件下,Cu、Cr、Ni、Zn、Pb、Cd、As、Hg 8种重金属元素的迁移和淋溶特征.结果表明,Cd淋溶后残留最少（6.1%~11.9%）,进入淋溶水最多（4.5%~7.3%）;Hg淋溶残留最多（16.0%~22.1%）,进入淋溶水最少（<0.1%）.Hg、Pb、Ni、Cd、Cu在0~20cm土壤层积累最多（52.0%~78.7%）;Cr、Zn、As则在20~40cm层积累最多（42.7%~53.2%）.8种元素在土壤中的含量均符合《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618-2018）限值.淋溶水中测得的6种重金属浓度由大至小依次为Zn > As > Cd > Cu > Pb > Cr,受堆肥施用量及降雨量共同影响.淋溶水中Cu、Cr、Ni、Zn、Pb 5种元素的浓度始终在《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017）Ⅰ类水质范围内,Cd、As、Hg在Ⅲ类范围内.     

Changes of Cu, Zn, and Cd speciation in sewage sludge during composting

The potential toxicity risks from heavy metals depend on their chemical speciation. The four stages of the Tessier sequential extraction method were employed to investigate changes in heavy metal speciation （Cu, Zn, and Cd） of sewage sludge during forced aeration composting, and then to identify whether the composting process would reduce or enhance their toxicities. Throughout the composting process, the exchangeable, carbonate-bound, Fe-Mn oxide-bound, and organic matter-bound fractions of Cu were converted to the residual Cu fraction. The organic matter-bound Cu fraction greatly contributed to this transformation. Residual Zn fraction was transformed to the Fe-Mn oxide-bound and organic matter-bound fractions after composting. The residual Zn fraction was a major contributor to the organic matter-bound Zn fraction. The availability of Cu and Zn was reduced by composting such that the risk of heavy metal toxicity decreased with prolonged treatment times. Additionally, attention should be paid to the increased availability of Cd in sewage sludge after composting treatment.     

复合微生物菌剂对污泥堆肥的作用效果研究

为了研究复合微生物菌剂对污泥堆肥的作用效果,以消化污泥、锯末和回流堆肥为原料,接种不同剂量（0、0．2％、0．5％）的复合微生物菌剂进行室外露天堆肥,分析了温度、含水率、pH值、全碳（TC）、全氮（TN）、种子发芽指数（germination index,GI）的动态变化,结果表明：各堆体温度保持在50℃以上的时间均超过7d,满足堆肥卫生标准;接种复合微生物菌剂的堆体升温速率和温度最高值均大于未接种堆体,接种复合微生物菌剂有利于增加堆体水分散失量,加快堆体有机质降解速度,降低堆体氮的损失量,提高GI值;其中微生物菌剂接种量为0．5％的堆体,接种处理对水分散失、氮损失的控制和GI值的增加效果较明显。     

城市污泥堆肥过程中气温对堆体温度影响的模拟

在静态垛堆肥过程中,气温的变化会对堆体温度造成影响,这对堆肥过程中的堆体温度控制具有重要意义．但迄今为止,对此问题仍缺乏研究．本文引入小波分析方法对气温和堆体温度数据进行去噪和压缩处理,提取出气温波动引起的堆体温度波动信号,然后对气温波动信号和堆体温度波动信号进行分周期拟合,获得一一对应的振幅和相位差．结果表明,对于强制通风静态垛堆肥,气温波动对堆体下层（75cm）的影响最大,最大值为0．186℃,最小值为0．132℃,平均值为0．159℃;对中层（50cm）的影响最小,但随着堆肥进程的持续有增大的趋势;对上层（25cm）影响的最大值为0．105℃,最小值为0．065℃,平均值为0．085℃．从相位差上看,堆体中层（50cm）的相位差始终最大,在堆肥的降温期呈现明显减小的趋势;上层（25cm）的相位差随着堆肥进程的持续有明显增大的趋势;下层（75cm）的相位差在整个堆肥进程中呈缓慢升高的趋势．通过影响强度和相位差综合分析发现,堆体上层物料和下层物料在热量散失过程中可能存在两种不同的热交换机制,即上层物料以稳态热传导和自然对流为主,而下层物料则以非稳态热对流为主．     

Ambient air temperature Effects on the temperature of sewage sludge composting process

Using data obtained with a full-scale sewage sludge composting facility, this paper studied the effects of ambient air temperature on the composting temperature with varying volume ratios of sewage sludge and recycled compost to bulking agent. Two volume ratios were examined experimentally, 1 ： 0 ： 1 and 3 ： 1 ： 2. The results show that composting temperature was influenced by ambient air temperature and the influence was more significant when composting was in the temperature rising process： composting temperature changed 2.4-6.5℃ when ambient air temperature changed 13℃. On the other hand, the influence was not significant when composting was in the high-temperature and/or temperature falling process： composting temperature changed 0.75-1.3℃ when ambient air temperature changed 8-15℃. Hysteresis effect was observed in composting temperature＇s responses to ambient air temperature. When the ventilation capability of pile was excellent（at a volume ratio of 1：0：1）, the hysteresis time was short and ranging 1.1-1.2 h. On the contrary, when the proportion of added bulking agent was low, therefore less porosity in the substrate（at a volume ratio of 3：1：2）, the hysteresis time was IonQ and ranging 1.9-3.1 h.     

添加低比例石灰调质的脱水污泥堆肥试验研究

添加石灰可以快速实现污泥干化,抑制污泥恶臭产生、钝化重金属及杀灭病原微生物,但大量石灰(>5%)的加入不但会增加成本,而且会明显提高产物pH值,极大限制了其后续利用,因此,开展了采用添加低比例(￡5%)石灰调质进行污泥堆肥的研究.试验采用罗迪格(Leodige)高效混合设备制备石灰质量分数分别为1%、5%和5%+熟料的混合污泥作为堆肥原料,与未添加石灰的污泥进行对比堆肥.采用氧温控制系统在线监测氧气和温度,实时反馈并控制系统通风.结果表明:堆肥15d后,添加石灰的3组堆肥pH值分别从9.06、12.17、12.34下降至弱碱性水平(<8.3),挥发分从57.35%、45.97%、44.59%下降至44.20%、39.28%、38.42%;4组堆肥减量比均达到50%以上,除2#减量速率明显较慢外,其他3组堆肥减量速率无显著差异;重金属浸出试验检测发现,重金属浸出浓度受pH值的影响较大,添加5%石灰的堆体,Cu、Ni、Zn的浸出液浓度最低.工程应用中,建议采用添加质量分数5%的石灰与一定的熟料返混,从而提高堆肥效率及产品品质.     

Effect of ultrasonic pretreatment on anaerobic digestion and its sludge dewaterability

To investigate the effect of ultrasonic pretreatment on anaerobic digestion and sludge dewaterability and further to probe into the influencing factors on sludge dewaterability, sludge flocs were stratified into four fractions: (1) slime; (2) loosely bound extracellular polymeric substances (LB-EPS); (3) tightly bound EPS (TB-EPS); and (4) EPS-free pellets. The results showed that ultrasonic pretreatment increased the anaerobic digestion efficiency by 7%–8%. Anaerobic digestion without ultrasonic pretreatment deteriorated the sludge dewaterability, with the capillary suction time (CST) increased from 1.42 to 47.3 (sec L)/g-TSS. The application of ultrasonic pretreatment firstly deteriorated the sludge dewaterability (normalized CST increased to 44.4 (sec L)/g-TSS), while subsequent anaerobic digestion offset this effect and ultimately decreased the normalized CST to 23.2 (sec L)/g-TSS. The dewaterability of unsonicated sludge correlated with protein (p = 0.003) and polysaccharide (p = 0.004) concentrations in the slime fraction, while that of sonicated sludge correlated with protein concentrations in the slime and LB-EPS fractions (p < 0.05). Fluorescent excitationemission matrix analysis showed that the fluorescence matters in the LB-EPS fraction significantly correlated with sludge dewaterability during anarobic digestion.     

污泥堆肥含水率监测方法的选择与探讨

城市污泥的堆肥过程中,快速、准确的含水率测定方法有助于掌握堆体腐熟程度和水分脱除进程,并据此进行工艺的优化和反馈调控.本文介绍了污泥堆肥的含水率监测方法及其优缺点.由于堆肥物料性质与堆肥环境的特殊性和复杂性,缺乏可直接应用的测定仪器,应根据物料性质、工况条件等选择合适的含水率测定技术,并对相关仪器进行改进.对于污泥堆肥的工程化应用而言,实时在线监测的原位含水率测定方法更适合指导工艺的调控和优化、提高堆肥效率.     

Combined alkaline and ultrasonic pretreatment of sludge before aerobic digestion

Alkaline and ultrasonic sludge disintegration can both be used as pretreatments of waste activated sludge (WAS) for improving the subsequent anaerobic or aerobic digestion. The pretreatment has been carried out using different combination of these two methods in this study. The effect was evaluated based on the quantity of soluble chemical oxygen demand (SCOD) in the pretreated sludge as well as the degradation of organic matter in the following aerobic digestion. For WAS samples with combined pretreatment, the released COD was in high level than those with ultrasonic or alkaline treatment. When combined with the same ultrasonic treatment, NaOH treatment resulted in more solubilization of WAS than Ca(OH)2. For combined NaOH and ultrasonic treatments with different sequences, the released COD were in the order: simultaneous treatment > ultrasonic treatment following NaOH treatment > NaOH treatment following ultrasonic treatment. For simultaneous treatment, low NaOH dosage (100 g/kg dry solid), short duration (30 min) of NaOH treatment, and low ultrasonic specific energy (7 500 kJ/kg dry solid) were beneficial for sludge disintegration. Using combined NaOH and ultrasonic pretreatment with the optimium parameters, the degradation efficiency of organic matter was increased from 38.0% to 50.7%, which is much higher than with ultrasonic (42.5%) or with NaOH pretreatment (43.5%) in the subsequent aerobic digestion at the same retention time.     

超声波联合PAM对污泥脱水性能的影响

以污泥脱水性能与沉降性能为指标,研究了超声波调理联合PAM对污泥脱水性能的影响。实验结果表明,单独使用超声波调理的最佳调理时间为20 s,此时污泥比阻为0.68×109s2/g;采用PAM对污泥进行调理时,在浓度为0.1%,投加量为100 mg/L时污泥比阻最小,为0.32×109s2/g;采用超声波与PAM联合调理时,利用正交试验得到最适合的组合条件为:调理时间20s、PAM投加量100 mg/L、浓度0.15%。