通气静态仓式污泥好氧堆肥的中试研究
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体温度顺利上升至 55 ℃,并保持 3d 以上的条件下 ,堆肥产品的卫生学指标符合国家标准 。堆肥过程中的含水率和有 机质 VS 含量显著减少 ,至堆肥结束时分别为 2111 %、4313 %和 3214 %、2918 % ;而 NO3- 含量明显提高 ,分别从初始 时的 321mg/ kg 和 345mg/ kg 提高到4 658mg/ kg 和3 687mg/ kg ,可作为本系统污泥堆肥腐熟的一个标志 。 关键词 污泥 回流堆肥 堆肥化 木片 静态仓
图 5 显示了堆肥过程中水溶性有机碳 ( WSOC) 和 NO3- 的变化曲线 。从图中可看出 ,两轮堆肥 A 、B 的 WSOC 变化规律比较一致 , 先上升后出现下降 。 堆肥初期 ,堆料中的有机质在微生物分泌的胞外酶作 用下 促 使 水 溶 性 有 机 碳 含 量 增 加[8 ] , 从 初 始 的 1112mg/ g 、819mg/ g 分 别 上 升 到 1615mg/ g 和
本研究所用的实验装置见图 1 , T0 为设定温度 点取 60 ℃, T 为温度 。
图 1 污泥堆肥试验装置示意图 1 —温度控制器 ;2 —时间继电器 ;3 —温度传感器 ;4 —阀门 。
212 实验材料 3 国 家“ 九 五” 重 点科 技 攻关项目“污泥高效低耗堆肥及复合肥制备
成套技术”(96 - 909 - 01 - 05)
> 95～100 50～55 5～7
实验结果表明 ,在本实验的升温条件和堆温保持
状况下 ,堆肥产品卫生学指标完全达到了国家相关卫
生标准 ,见表 2 。
图 3 污泥堆肥 A 、B 含水率和有机质 VS 的变化曲线
313 堆肥过程中 p H 的变化 图 4 描述了堆肥过程中 p H 随时间的变化情况 。
9 Riffaldi et . al. , Evaluation of compost maturity by means of chemical
and microbial analyses , Waste Management & Research. 1986. 4 :387 ～396 .
第一作者 李承强 ,硕士研究生 ,主要从事废水及固废处理技术研究 。
(3) 木片 北京市木材厂 ,含水率为 11178 %～ 34133 % ,有机质含量为 83119 %～98. 83 %。 213 实验方法和分析方法
配制两种不同比例的堆料 ,如表 1 所示 。发酵仓 的容积约为 412m3 。将表中所述堆料充分混合均匀 后装入发酵仓 ,此前先用木片在通风板上铺一层约 15cm 厚的垫层以使通风均匀 ,堆上用麦秸覆盖以吸 收臭气和保温 。发酵期结束后转入后腐熟仓 ,使堆料 逐渐达到腐熟 。通风采用时间2温度通风控制方式 。 采样点为温度控制点附近的范围内 ,分析含水率 、有 机质 (以 VS 计) 、p H、水溶性有机碳和 NO3- 的变化 。 堆肥 A 的温度由温度计每天记录一次 ,堆肥 B 的温 度由 XS 型智能温度巡检仪自动每 6h 记录一次 。
堆肥初期 ,由于含氮有机质的降解产生 N H3 ,从而使 p H 值出现升高现象 。随后含氮因有机质降解减少和 N H3 随堆体的通风作用散失 ,p H 值出现下降趋势 , 至堆肥结束 ,两轮堆肥 A 、B 的 p H 值分别为 7126 和 7134 。堆肥中 p H 在初期出现下降 ,这可能是堆肥过 程中出现厌氧现象 ,产生有机酸或其他酸性代谢产物 的结果 。实验中堆料的 p H 在 6～9 的微生物适应范 围内波动 ,因此堆料的 p H 不必进行调整[7 ] 。 314 水溶性有机碳和 NO3- 的变化
(2) 堆料中的含水率和有机质在堆肥过程中明 显减少 ;p H 的变化在微生物适应的 6～9 范围内 ;水 溶性有机碳的变化符合堆肥过程的一般规律 ;但以上 指标受影响因素较多 ,不宜用作腐熟度指标 。在堆肥 后期堆料中出现明显的硝化反应过程 ,NO3- 的含量 较初期有明显增加 ,可以作为堆肥腐熟的一个标志 。
环 境 工 程
42
2001 年 2 月第 19 卷第 1 期
离子色谱 IC 测有机碳和 NO3- 。大肠杆菌和蛔虫卵 的测定 :采用中华人民共和国国家标准 GB7959287 附 录 A 、B 所述方法 。 3 结果与讨论 311 堆肥过程中温度的变化
堆肥过程中温度的变化如图 2 所示。由图 2 可 看出 ,2 种配比堆料在环境温度 25～35 ℃的条件下 , 堆体温度都能顺利上升 ,这是堆料中的微生物利用易 降解有机物产生热量的结果 。两轮堆肥实验分别在 第 7d 和第 4d 达到 55 ℃,并分别维持了 8d 和 4d 。高 温保持 3d 以上 ,是杀灭堆料中的致病微生物和寄生 虫卵的重要条件[6 ] 。与 A 轮实验相比 ,B 轮堆肥的 木片使用量相对较大 ,因此堆料的孔隙率较高 ,堆体 温度上升也较快 。
1 前言 随着我国城市污水处理事业的发展 ,城市污水厂
的污水和污泥产量也将越来越大 ,污泥的最终出路问 题日益成为困扰污水厂正常运行的关键 。污泥中含 有丰富的有机物质和植物生长所需的 N 、P 、K 等营 养元素 ,国外称之为生物固体[1 ] ;同时 ,污泥中也含有 大量的有毒有害物质 。采用堆肥化技术处理污泥 ,是 国外常用的污泥处理技术之一[2、3 ] 。经堆肥化处理 后的污泥含有丰富的腐植质 ,可作为土壤调理剂 ,有 较高的肥效 ,能改善土壤结构 ,提高土壤肥力[4 ] 。污 泥堆肥与其他污泥处理方法填埋 、焚烧 、投海相比 ,具 有建设投资少 ,运转费用低 ,无二次污染等优点 ,适合 于我国的国情 。堆肥中的腐熟度指标是判断堆肥是 否腐熟 ,是否无害的重要参数 。本研究通过以木片为 调理剂的中试堆肥系统 ,对污泥堆肥过程中理化指标 的变化规律和堆肥腐熟度指标进行了初步探讨 。 2 实验装置 、材料和方法 211 实验装置
参考文献
1 Goldstein N. , Riggle D. And Steuteville R. , 1994 Bilsolid Survey , Biocyle , 1994. 35 (12) :48～571
2 Specia Report , Sludge composting trends and opportunities. Water & Waste Treat ment , 1995. 38 (11) :44～47.
7 陈世和 ,张所明 1 城市垃圾堆肥原理与工艺 1 上海 :复旦大学出版 社 ,19901
8 Garcia et . al. Study on Water Extract of Sewage Sludge Composts , Soil Sci. Plant Nutr. , 1991. 37 :399～4081
3 蔡建成等编译 1 堆肥工程与堆肥工厂 1 北京 : 机械工业出版社 , 19901
4 薛澄泽等 1 污泥制作堆肥及复合有机肥料的研究 1 农业环境保 护 ,1997116 (1) :11～151
5 Ishii , H. , et . al. . Sewage sludge composting process by static pile met hod. Wat . Sci. Tech. , 1991. 23 : 1979～1989.
312 堆肥过程中含水率和有机质的变化 堆肥过程中含水率和有机质的变化见图 3。从
图 3 可知 ,由于通风和微生物对有机质的降解作用 , 两轮堆肥的含水率和有机质含量呈下降趋势 。堆肥 A 的含水率和有机质从初期的 6610 %、6718 %分别 下降至 2111 %和 4313 % ;B 轮堆肥的含水率和有机 质则 从 初 期 的 6416 %、5417 % 下 降 至 3214 % 和 2918 % ,两轮堆肥过程水分的去除及有机质的降解都 比较显著 。
环 境 工 程
2001 年 2 月第 19 卷第 1 期
43
图 4 污泥堆肥 A 、B 中 p H 的变化曲线
1313mg/ g ; 随 后 , 由 于 可 降 解 有 机 质 逐 渐 减 少 , WSOC 含量逐步减小并趋于稳定 。至堆肥结束 ,两 轮堆肥 A 、B 的 WSOC 变为 811mg/ g 和 511mg/ g 。 在堆肥初期 ,堆体温度较高 ,硝化细菌因高温而受到 抑制 ,此时 NO3- 含量出现减少现象 ; 随着堆体温度 下降 ,硝化细菌活性逐步增强 ,NO3- 的含量随之显著 增加 (其中堆肥 A 后腐熟期堆体温度又重新升高 ,使 NO3- 含量出现减少现象) 。堆肥 A 、B 结束后 NO3含量 与 初 期 相 比 , NO3- 分 别 从 初 期 的 321mg/ kg 、 345mg/ kg 增加到4 658mg/ kg 和3 687mg/ kg 。因此 , 可考虑将堆肥结束时 NO3- 含量大量增加的现象作 为堆肥腐熟的标志 ,通过检测 NO3- 的存在和含量来 判定堆肥是否腐熟[9 ] 。但这需要作进一步的研究 。
图 5 污泥堆肥 A 、B 的 WSOC 和 NO3- 的变化曲线
2000 - 06 - 08 收稿
ENV IRONM EN TAL EN GIN EERIN G
图 2 污泥堆肥 A 、B 温度随时间的变化曲线 表 2 污泥堆肥卫生指标检验结果
粪大肠杆菌 初始 结束
蛔虫卵杀灭率 温度/ 时间/
%
℃
d
源自文库
A
4 ×106 > 0. 111
100
50～55 15
B
4 ×106
国家卫生标准
GB 7 959 —87
0. 43 > 0.1～0.01
100
50～55 12
6 USEPA. A Plain English Guide to t he EPA Part 503 Biosolids Rule. EPA/ 832/ r293/ 003 ,pp116. U . S. Environmental Protection Agency Office of Wastewater Management . Washington , DC. 1994.
表 1 污泥好氧堆肥的物料配比
堆料 A B
物料体积配比 污泥/ 回流堆肥/ 木片 = 1∶1∶1 污泥/ 回流堆肥/ 木片 = 1∶1∶1. 6
初始含水率 % 65. 7 64. 6
含水率的测定 :105 ℃下烘 24h 至恒重 ;有机质的 测定 :550 ℃灼烧 4h ;p H 的测定 :1∶10 (w/ v) 的水提取 液 ,由 p H23 酸度计测定 ;水溶性有机碳和 NO3- 的测 定 :风干样品研磨过筛 (0. 5mm) ,按质量分数 1∶10 比 例与水混合振荡 2h ,在5 000转下离心分离 15min ,上 清液过 0145μm 的滤膜 ,所得滤液分别用 TOC500 和
(1) 污泥 采自北京市方庄污水处理厂脱水污 泥 ,含水率为 80173 %～ 82119 % , 有机质含量大于 45 %。
(2 ) 回 流 堆 肥 采 用 自 制 堆 肥 , 含 水 率 为 37135 % ～ 38. 94 % , 有 机 质 含 量 为 52113 % ～ 52. 85 %。
环 境 工 程
2001 年 2 月第 19 卷第 1 期
41
固
通气静态仓式污泥好氧堆肥的中试研究3
废
处
理
李承强 魏源送 樊耀波 王敏健 贾智萍
(中国科学院生态环境研究中心环境水化学国家重点实验室 ,北京 100085)
摘要 将污泥 、回流堆肥和木片按体积比为 1∶1∶1 和 1∶1∶116 的比例混合 ,采用通气静态仓进行高温好氧堆肥 ,在堆
4 结论 (1) 采用本实验装置对脱水污泥 、回流堆肥和木
片进行混合堆肥 ,可使堆料顺利升温 ,所得堆肥产品 的卫生学指标符合国家相关卫生标准 ( GB 7959287) 。 本实验结果表明 ,通气静态仓式堆肥系统工艺技术高 温 50～55 ℃,并保持 5～7d 以上 ,是达到堆肥卫生学 指标的重要条件 。
图 5 显示了堆肥过程中水溶性有机碳 ( WSOC) 和 NO3- 的变化曲线 。从图中可看出 ,两轮堆肥 A 、B 的 WSOC 变化规律比较一致 , 先上升后出现下降 。 堆肥初期 ,堆料中的有机质在微生物分泌的胞外酶作 用下 促 使 水 溶 性 有 机 碳 含 量 增 加[8 ] , 从 初 始 的 1112mg/ g 、819mg/ g 分 别 上 升 到 1615mg/ g 和
本研究所用的实验装置见图 1 , T0 为设定温度 点取 60 ℃, T 为温度 。
图 1 污泥堆肥试验装置示意图 1 —温度控制器 ;2 —时间继电器 ;3 —温度传感器 ;4 —阀门 。
212 实验材料 3 国 家“ 九 五” 重 点科 技 攻关项目“污泥高效低耗堆肥及复合肥制备
成套技术”(96 - 909 - 01 - 05)
> 95～100 50～55 5～7
实验结果表明 ,在本实验的升温条件和堆温保持
状况下 ,堆肥产品卫生学指标完全达到了国家相关卫
生标准 ,见表 2 。
图 3 污泥堆肥 A 、B 含水率和有机质 VS 的变化曲线
313 堆肥过程中 p H 的变化 图 4 描述了堆肥过程中 p H 随时间的变化情况 。
9 Riffaldi et . al. , Evaluation of compost maturity by means of chemical
and microbial analyses , Waste Management & Research. 1986. 4 :387 ～396 .
第一作者 李承强 ,硕士研究生 ,主要从事废水及固废处理技术研究 。
(3) 木片 北京市木材厂 ,含水率为 11178 %～ 34133 % ,有机质含量为 83119 %～98. 83 %。 213 实验方法和分析方法
配制两种不同比例的堆料 ,如表 1 所示 。发酵仓 的容积约为 412m3 。将表中所述堆料充分混合均匀 后装入发酵仓 ,此前先用木片在通风板上铺一层约 15cm 厚的垫层以使通风均匀 ,堆上用麦秸覆盖以吸 收臭气和保温 。发酵期结束后转入后腐熟仓 ,使堆料 逐渐达到腐熟 。通风采用时间2温度通风控制方式 。 采样点为温度控制点附近的范围内 ,分析含水率 、有 机质 (以 VS 计) 、p H、水溶性有机碳和 NO3- 的变化 。 堆肥 A 的温度由温度计每天记录一次 ,堆肥 B 的温 度由 XS 型智能温度巡检仪自动每 6h 记录一次 。
堆肥初期 ,由于含氮有机质的降解产生 N H3 ,从而使 p H 值出现升高现象 。随后含氮因有机质降解减少和 N H3 随堆体的通风作用散失 ,p H 值出现下降趋势 , 至堆肥结束 ,两轮堆肥 A 、B 的 p H 值分别为 7126 和 7134 。堆肥中 p H 在初期出现下降 ,这可能是堆肥过 程中出现厌氧现象 ,产生有机酸或其他酸性代谢产物 的结果 。实验中堆料的 p H 在 6～9 的微生物适应范 围内波动 ,因此堆料的 p H 不必进行调整[7 ] 。 314 水溶性有机碳和 NO3- 的变化
(2) 堆料中的含水率和有机质在堆肥过程中明 显减少 ;p H 的变化在微生物适应的 6～9 范围内 ;水 溶性有机碳的变化符合堆肥过程的一般规律 ;但以上 指标受影响因素较多 ,不宜用作腐熟度指标 。在堆肥 后期堆料中出现明显的硝化反应过程 ,NO3- 的含量 较初期有明显增加 ,可以作为堆肥腐熟的一个标志 。
环 境 工 程
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2001 年 2 月第 19 卷第 1 期
离子色谱 IC 测有机碳和 NO3- 。大肠杆菌和蛔虫卵 的测定 :采用中华人民共和国国家标准 GB7959287 附 录 A 、B 所述方法 。 3 结果与讨论 311 堆肥过程中温度的变化
堆肥过程中温度的变化如图 2 所示。由图 2 可 看出 ,2 种配比堆料在环境温度 25～35 ℃的条件下 , 堆体温度都能顺利上升 ,这是堆料中的微生物利用易 降解有机物产生热量的结果 。两轮堆肥实验分别在 第 7d 和第 4d 达到 55 ℃,并分别维持了 8d 和 4d 。高 温保持 3d 以上 ,是杀灭堆料中的致病微生物和寄生 虫卵的重要条件[6 ] 。与 A 轮实验相比 ,B 轮堆肥的 木片使用量相对较大 ,因此堆料的孔隙率较高 ,堆体 温度上升也较快 。
1 前言 随着我国城市污水处理事业的发展 ,城市污水厂
的污水和污泥产量也将越来越大 ,污泥的最终出路问 题日益成为困扰污水厂正常运行的关键 。污泥中含 有丰富的有机物质和植物生长所需的 N 、P 、K 等营 养元素 ,国外称之为生物固体[1 ] ;同时 ,污泥中也含有 大量的有毒有害物质 。采用堆肥化技术处理污泥 ,是 国外常用的污泥处理技术之一[2、3 ] 。经堆肥化处理 后的污泥含有丰富的腐植质 ,可作为土壤调理剂 ,有 较高的肥效 ,能改善土壤结构 ,提高土壤肥力[4 ] 。污 泥堆肥与其他污泥处理方法填埋 、焚烧 、投海相比 ,具 有建设投资少 ,运转费用低 ,无二次污染等优点 ,适合 于我国的国情 。堆肥中的腐熟度指标是判断堆肥是 否腐熟 ,是否无害的重要参数 。本研究通过以木片为 调理剂的中试堆肥系统 ,对污泥堆肥过程中理化指标 的变化规律和堆肥腐熟度指标进行了初步探讨 。 2 实验装置 、材料和方法 211 实验装置
参考文献
1 Goldstein N. , Riggle D. And Steuteville R. , 1994 Bilsolid Survey , Biocyle , 1994. 35 (12) :48～571
2 Specia Report , Sludge composting trends and opportunities. Water & Waste Treat ment , 1995. 38 (11) :44～47.
7 陈世和 ,张所明 1 城市垃圾堆肥原理与工艺 1 上海 :复旦大学出版 社 ,19901
8 Garcia et . al. Study on Water Extract of Sewage Sludge Composts , Soil Sci. Plant Nutr. , 1991. 37 :399～4081
3 蔡建成等编译 1 堆肥工程与堆肥工厂 1 北京 : 机械工业出版社 , 19901
4 薛澄泽等 1 污泥制作堆肥及复合有机肥料的研究 1 农业环境保 护 ,1997116 (1) :11～151
5 Ishii , H. , et . al. . Sewage sludge composting process by static pile met hod. Wat . Sci. Tech. , 1991. 23 : 1979～1989.
312 堆肥过程中含水率和有机质的变化 堆肥过程中含水率和有机质的变化见图 3。从
图 3 可知 ,由于通风和微生物对有机质的降解作用 , 两轮堆肥的含水率和有机质含量呈下降趋势 。堆肥 A 的含水率和有机质从初期的 6610 %、6718 %分别 下降至 2111 %和 4313 % ;B 轮堆肥的含水率和有机 质则 从 初 期 的 6416 %、5417 % 下 降 至 3214 % 和 2918 % ,两轮堆肥过程水分的去除及有机质的降解都 比较显著 。
环 境 工 程
2001 年 2 月第 19 卷第 1 期
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图 4 污泥堆肥 A 、B 中 p H 的变化曲线
1313mg/ g ; 随 后 , 由 于 可 降 解 有 机 质 逐 渐 减 少 , WSOC 含量逐步减小并趋于稳定 。至堆肥结束 ,两 轮堆肥 A 、B 的 WSOC 变为 811mg/ g 和 511mg/ g 。 在堆肥初期 ,堆体温度较高 ,硝化细菌因高温而受到 抑制 ,此时 NO3- 含量出现减少现象 ; 随着堆体温度 下降 ,硝化细菌活性逐步增强 ,NO3- 的含量随之显著 增加 (其中堆肥 A 后腐熟期堆体温度又重新升高 ,使 NO3- 含量出现减少现象) 。堆肥 A 、B 结束后 NO3含量 与 初 期 相 比 , NO3- 分 别 从 初 期 的 321mg/ kg 、 345mg/ kg 增加到4 658mg/ kg 和3 687mg/ kg 。因此 , 可考虑将堆肥结束时 NO3- 含量大量增加的现象作 为堆肥腐熟的标志 ,通过检测 NO3- 的存在和含量来 判定堆肥是否腐熟[9 ] 。但这需要作进一步的研究 。
图 5 污泥堆肥 A 、B 的 WSOC 和 NO3- 的变化曲线
2000 - 06 - 08 收稿
ENV IRONM EN TAL EN GIN EERIN G
图 2 污泥堆肥 A 、B 温度随时间的变化曲线 表 2 污泥堆肥卫生指标检验结果
粪大肠杆菌 初始 结束
蛔虫卵杀灭率 温度/ 时间/
%
℃
d
源自文库
A
4 ×106 > 0. 111
100
50～55 15
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国家卫生标准
GB 7 959 —87
0. 43 > 0.1～0.01
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6 USEPA. A Plain English Guide to t he EPA Part 503 Biosolids Rule. EPA/ 832/ r293/ 003 ,pp116. U . S. Environmental Protection Agency Office of Wastewater Management . Washington , DC. 1994.
表 1 污泥好氧堆肥的物料配比
堆料 A B
物料体积配比 污泥/ 回流堆肥/ 木片 = 1∶1∶1 污泥/ 回流堆肥/ 木片 = 1∶1∶1. 6
初始含水率 % 65. 7 64. 6
含水率的测定 :105 ℃下烘 24h 至恒重 ;有机质的 测定 :550 ℃灼烧 4h ;p H 的测定 :1∶10 (w/ v) 的水提取 液 ,由 p H23 酸度计测定 ;水溶性有机碳和 NO3- 的测 定 :风干样品研磨过筛 (0. 5mm) ,按质量分数 1∶10 比 例与水混合振荡 2h ,在5 000转下离心分离 15min ,上 清液过 0145μm 的滤膜 ,所得滤液分别用 TOC500 和
(1) 污泥 采自北京市方庄污水处理厂脱水污 泥 ,含水率为 80173 %～ 82119 % , 有机质含量大于 45 %。
(2 ) 回 流 堆 肥 采 用 自 制 堆 肥 , 含 水 率 为 37135 % ～ 38. 94 % , 有 机 质 含 量 为 52113 % ～ 52. 85 %。
环 境 工 程
2001 年 2 月第 19 卷第 1 期
41
固
通气静态仓式污泥好氧堆肥的中试研究3
废
处
理
李承强 魏源送 樊耀波 王敏健 贾智萍
(中国科学院生态环境研究中心环境水化学国家重点实验室 ,北京 100085)
摘要 将污泥 、回流堆肥和木片按体积比为 1∶1∶1 和 1∶1∶116 的比例混合 ,采用通气静态仓进行高温好氧堆肥 ,在堆
4 结论 (1) 采用本实验装置对脱水污泥 、回流堆肥和木
片进行混合堆肥 ,可使堆料顺利升温 ,所得堆肥产品 的卫生学指标符合国家相关卫生标准 ( GB 7959287) 。 本实验结果表明 ,通气静态仓式堆肥系统工艺技术高 温 50～55 ℃,并保持 5～7d 以上 ,是达到堆肥卫生学 指标的重要条件 。