污水处理厂污泥堆肥技术概述

污水处理厂污泥堆肥技术概述内容摘要：

引，它一次只能对条垛的一侧进行翻堆，需要来回两次才能把一个堆体翻完。 美国常用的是垮式翻堆机，而侧式翻堆 机在欧洲比较普遍。 反应器堆肥系统 同条垛和强制通风静态垛系统相比，反应器堆肥系统具有下述优点：堆肥产品质量高、操作人员少、有效的堆肥过程控制和臭味控制、空间限制少和良好的公众关系（由于密闭和有效的臭味控制），这些也是选择反应器系统的主要原因 [72,75]。 可根据处理性能、是否有大规模运行的经历、系统可靠性和灵活性、停机维修时间、投资和运行费用、生产厂家的售后服务 [76]选择反应器堆肥系统。 美国目前常用的反应器堆肥系统是搅拌床反应器、水平推流反应器和垂直推流反应器。 间歇隧道堆肥系统在欧洲的应用 越来越广泛 [74]。 1998 年建成的北京南宫堆肥厂采用了从德国引进的间歇隧道堆肥系统，日处理城市垃圾 400 吨。 过去，间歇隧道堆肥系统主要为培植蘑菇生产堆肥。 该系统具有严格的过程控制和环境影响小等显著优点。 一个典型的间歇隧道堆肥系统常采用一个水泥箱或钢箱 (长 30 40 m，宽 2 5 m，高 3 5 m)；隧道的墙壁、顶部、门都是绝缘隔热的，底板采用穿孔水泥板或穿孔钢板 ( 孔径 f1cm)，底板下面是风室或与孔相连的穿孔管；堆料停留 1～ 4 周，通常为 2 周；因为堆料进入隧道后不被搅动，所以堆料的混合就显得 非常重要；采用计算机控制通风系统，出气可按一定比例与新鲜空气混合进入堆体，因此，堆体前、后两端和上、下层的温差分别 2～ 3℃和 3～ 5℃。 但它较高的投资和运行费用影响了它的广泛应用。 除臭设备 美国大多数堆肥工厂采用的除臭设备是多段化学除臭器（ Multistage chemical scrubber） 或生物过滤器（ Biofilter）等。 常用的化学除臭器有喷雾塔和填料塔，这两种设备由 2 4 部分组成，通常包含了去除氨气的硫酸部分及氧化有机硫化物和其他臭味物质的次氯酸钠或氢氧化钠部分。 因为 生物过滤器操作简单，投资和运行费用低，能同时处理多种臭味物质，所以，生物过滤器在堆肥工厂得到了更为广泛的应用。 生物过滤器有开放式和密闭式两种，主要由填料和布气系统组成，填料通常为熟化的堆肥、木片、树皮和粒状泥炭等，影响生物过滤器运行效率的关键因素之一是布气系统。 生物过滤器的主要设计参数是负荷和停留时间，负荷一般为 80120 m3/m2 h，停留时间通常为 40 60 秒，出气温度维持在 20 40℃；保持生物过滤器中过滤床 一 定的含水率（ 4060%， wt％）是实现其最佳操作的关键 [72, 7884]。 生物 过滤器的除臭机制是物理吸附、化学氧化和中和、生物降解 [72]。 堆肥设备发展趋势 A、家庭堆肥器 西雅图固体废弃物公用事业局于 1986 年在美国第一次实施堆肥大师计划，这标志着家庭堆肥的开始，该计划主要分为两部分：采用堆肥技术处理庭院废弃物和食品废物 [8586]。 1995 年， 41％西雅图居民家庭实行了家庭堆肥，分流了约 8,300 吨庭院废弃物，其中的 82％堆肥用于庭院绿化 [85]。 有研究表明，在 Ontario 的 Mississauga 地区，路边收集、集中堆肥和家庭堆肥的处理费用分别为 $140/t、 $190/t 和 $50/t；家庭堆肥可以减少试验区居民垃圾量的 3 5％ [87]。 同集中、大规模的堆肥系统相比，家庭堆肥具有显著的优点：费用低（消除了固体废弃物收集和处理的费用）和固体废弃物源头减量 [8789]。 在西雅图，用于食品废物的家庭堆肥器有两种型号：蚯蚓箱和锥形桶。 过去常用的是蚯蚓箱（每个 $60，不包括蚯蚓和垫料），现在流行的是锥形桶（每个 $13），锥形桶高约 ，内有一个高度为 的篮子，它能容纳一个三口之家在 69 个月之内产生的食品废物；用于庭院废弃物的家庭堆肥器有 两种型号： m3（ $37）和 m3（ $41） [86]。 制造家庭堆肥器的材料为木材、再生聚乙烯和不锈钢。 通过对一个家庭堆肥器（容积 600升，材料为再生聚乙烯，为了通风，采用穿孔滤板和穿孔壁，孔径Φ ，上覆盖板，滤板和搅拌器为高等级的钢材）长达一年的研究表明：机械搅拌能极大地提高堆肥产品的质量 [90]。 堆肥马桶 (或称无水马桶）适于无水或少水的地方，如大型堆肥马桶适于公园、高速公路车站等，小型马桶适于轮船等。 市售堆肥马桶分为自含式和集中式，这两类均可采用间歇或连续方式运行，材质为玻璃丝 和聚乙烯。 自含式是堆肥器设置在马桶旁边，集中式设置在地下室或建筑物的旁边。 间歇运行的堆肥马桶含有 1 个以上的室，当一个室盛满以后，便转到另一个室，它的好处是腐熟堆肥不会被新鲜的粪便污染；连续运行的堆肥马桶只有一个室，那么新鲜粪便和腐熟堆肥就会混合在一起 [9192]。 B、适于现场操作的小容量反应器堆肥系统 由于经济、臭味控制和场地的原因，大型反应器、强制通风静态垛和条垛堆肥系统受到了极大的限制，因此，适于现场操作的可移动、小容量反应器堆肥系统便应运而生。 例如， 英国 County Mulch 造了两套可移动堆肥系统 （容积为 m3）， 形状类似滚式集装箱，进料采用斗式装载机，出料时吊车把集装箱吊起，物料从集装箱的后门倒出来；采用计算机控制温度和氧含量 [93]。 虽然该类系统只出现了几年，但它正得到小型污水处理厂、食品行业、餐饮业、社区、学校、医院、研究所和商业团体等越来越广泛的注意和应用，目前它主要用于食品废物处理。 市售小容量反应器堆肥系统有箱式系统、搅拌仓和旋转消化器等，但目前最常用的是箱式堆肥系统 [94 97]，该系统可间歇或连续操作，具有良好的过程控制（采用计算机 控制）、投资低（包括一个 m3箱、一个螺旋混合器、进料输送带、过程控制和生物过滤器的箱式系统，其费用为＄ 66,000）、较少的人工费用、设备简单、易于操作和组装（制成标准件）等优点，但它最大的优点是为那些没有足够场地的团体提供了一种处理有机废物的技术，目前美国和加拿大分别有 50 和 25 个箱式堆肥系统在运行 [95 96]。 一个典型的箱式堆肥系统处理规模为 1～ 40 吨 /日， 由若干个箱子组成 (每个箱子的 容积为 m3)，其中 2 个箱子用作生物过滤器。 为便于 现场操作，混合设备和反应器与拖车连接 [9798]。 堆肥臭味及其控制 臭味问题关系到一个堆肥工厂能否正常运行，有效的臭味控制是衡量堆肥工厂成功运转的一个重要标志 [71, 99]。 堆肥工厂最主要的臭味物质包括还原性硫化物、氨、胺化合物、脂肪酸、萜、丙酮、苯酚和甲苯，臭味中最常见的硫化物为硫化氢 (H2S)、二甲基硫 ((CH3)2S)、二甲基二硫 ((CH3)2S2) 、二甲基三硫 ((CH3)2S3)、二硫化碳 (CS2)和甲基硫醇 (CH3SH)[84]。 控制臭味至少须采取五种措施：（ 1）堆肥过程控制；（ 2）调查可能的臭味来源；（ 3）臭味收集系统；（ 4）臭味处理系统；（ 5）残留臭味的有效扩散 [72]。 堆肥过程控制是减少臭味产生的关键因素，但不能完全有效地控制臭味。 根据臭味来源的调查结果，建立适当的臭味收集和处理系统。 控制臭味的最常用综合措施是封闭堆肥设备、采用生物过滤器和进行过程控制 [3]。 堆肥腐熟度和堆肥产品质量标准 堆肥腐熟度 对堆肥产品和应用来说， 堆肥腐熟度是一个非常重要的指标。 腐熟度与植物毒性有关，稳定度与堆肥的微生物活性有关 [100]，然而，腐熟度与稳定度是相互关联的， 这是因为微生物在不稳定的堆肥中产生了植物毒性物质 [101]。 确定堆肥腐熟度的方法可分为如下几种 ：物理方法、化学方法、生物方法和光谱方法 [102106]。 堆肥的物理特性如颜色、 气味、 温度只能定性描述， 而不能定量描述堆肥的腐熟程度；光谱方法如紫外分析 (UV, ultaviolet), 可见光分析 (VIS, visible), 固相核磁共振 (13C NMR, nuclear magic resonance), 傅里叶转换红外分析 (FTIR, fourier transform infrared), 漫反射傅里叶转换红外分析 (DRIFT, diffuse reflectance fourier transform infrared)和近红外分析(NIR, near infrared) 已应用于堆肥腐熟度的研究，但目前不普遍，需要进一步的研究。 因此，化学方法广泛地应用于堆肥腐熟度的研究，如测定固相和水浸提液的 C/N 比、无机氮、阳离子交换容量（ CEC， cation exchange capacity ）和腐植质，另一种广泛应用的方法是生物方法，如发芽指数 (GI, germination index)、微生物活性 [100 ， 107 113]。 不同原料的堆肥腐熟度建议指标均可查到 [114 117]。 虽然有许多指标，但目前尚没有一种指标能广泛地应用于不同原料、 不同堆肥工艺的堆肥腐熟度判定，只有综合不同指标，才能恰当地评价堆肥是否腐熟 [118119]。 堆肥产品质量标准 堆肥产品有不同的质量标准，欧洲根据“土壤质量无净值降解（ No degradation of soil quality”制订； 美国根据 “风险评价（ Risk assessment）”制订，尤 其是污泥的重金属含量限制 [120]。 土壤质量无净值降解起源于土壤标准，它反映重金属在土壤中的含量，指导原则是为了保证土壤长期的肥力，尤其是重金属的含量不应高于土壤背景值 [121]，因此建立了堆肥中污染物的允许浓度和堆肥的允许施用量（防止土壤中污染物浓度超过土壤背景值）， 并把这些作为堆肥应用的指导原则和政策法规。 风险评价基于污泥应用，它的指导原则是对污泥及污泥堆肥中不同污染物和病原菌对环境和人体健康潜在的影响进行风险分析，从而确定各种污染物达到“无观察到负效应 （ NOAEV, No observed adverse effect level）”情况的最低允许浓度。 关于污泥及其堆肥在这方面的研究很多，而关于 MSW 堆肥这方面的研究则很少，但前者的研究对后者的研究具有借鉴作用。 基于风险评价和土壤质量无净观察到负效应 （ NOAEV, No observed adverse effect level）”情况的最低允许浓度。 关于污泥及其堆肥在这方面的研究很多，而关于 MSW 堆肥这方面的研究则很少，但前者的研究对后者的研究具有借鉴作用。 基于风险评价和土壤质量无净值降解设定的允许污染物浓度差异很大。 小结 本章从堆肥过程出发，对国内外堆肥技术的发展及现状进行了论述，介绍了堆肥技术的一般方法、堆肥设备、堆肥臭味和堆肥产品质量，得出如下结论： 虽然堆肥技术的应用范围越来越广泛， 但它在城市固体废弃物管理中的地位和作用仍然很小。 当前污泥堆肥主要以条垛和强制通风静态垛堆肥系统为主，反应器堆肥系统为辅。 我国大多数垃圾堆肥厂采用二次性发酵工艺。 影响堆肥过程的主要因素是堆料的含水率、 C/N 比和 pH 值、堆体中的氧含量和堆体温度。 适宜的堆料初始含水率范围为 55～ 65％ (wt)，堆肥过程应在含水率 40～ 60％ (wt)之间操作；适宜的堆料 C/N 比为 20～ 30/1；堆料的 pH值应在 6～ 9 之间；堆体中的氧含量在 5～ 15％之间比较适宜；在堆肥过程，堆体温度应控制在 45～ 65℃之间，但在 55～ 60℃时比较好，不宜超过 60℃。 堆肥设备包括物料处理设备、翻堆设备、反应器堆肥系统和除臭设备。 家庭堆肥器和适于现场操作的小容量反应器堆肥系统是堆肥设备的发展趋势。 臭味关系到一个堆肥工厂能否正常运行， 有效的臭味控制是衡量堆肥工厂成功运转的一个重要标志。 堆肥工厂最主要的臭味物质为还原性硫化物、 氨 、胺化合物、脂肪酸、萜、丙酮、苯酚和甲苯，控制臭味的最常用措施是封闭堆肥设备、采用生物过滤器和进行过程控制。 目前尚没有某种单一指标能评价不同原料、 不同堆肥工艺的堆肥腐熟度，因此需采用不同的指标综合评价堆肥腐熟度。 影响堆肥应用的关键因素是堆肥产品质量，基于不同标准的堆肥产品，其污染物控制浓度差异较大。 在我国，堆肥技术主要处理城市固体废弃物和污泥。 同发达国家相比，我国在堆肥技术的研究和应用方面均存在较大差距， 堆肥工业仍处在起步阶段。 参考文献 国家统计局， 1999。 中国统计年鉴 1999。 中国统计出版社。 国家环境保护局， 1994。 中国环境保护 21 世纪议程。 中国环境科学出版社。 《中国环境年鉴》编委会， 1998。 中国环境年鉴 1997。 中国环境年鉴社。 杨健，郝一舒，陈绍伟， 1999。 城市污水厂污泥处理方案的生命周期分析。 污染防治技术， 12(4)： 205206。 朱南文，高廷耀，周增炎， 1998。 我国城市污水厂污泥处置途径的选择。 上海环境科学， 17(11)： 4042。 薛文源， 1991。 城市污水污泥对环境的污染及其防治。 城市环境与城市生态， 4(4)： 4246。 孟庆杰，沙丽，曾志英， 1996。 我国城市污水厂污泥、沼气产量与综合利用现状及前景。 中国市政工程， 4： 5055。 周立祥， 胡霭堂， 戈乃玢， 胡忠明， 1999。 城市污泥土地利用研究。 生态学报， 19(2)： 185193。 中国科学院。