污水处理厂污泥好氧动态堆肥生产有机肥

污水处理厂污泥好氧动态堆肥生产有

机肥

污水处理厂污泥好氧动态堆肥生产有机肥

2010年10月20日

摘要：农业利用是城市污水处理厂剩余污泥最终处置的较好途径，污泥必须经过稳定化和无害化处理后才能农业利用。本研究在生产性规模的装置上，利用自行研制的好氧动态堆肥装置进行了污泥稳定化和无害化处理的应用研究。

关键词：剩余污泥动态堆肥装置有机肥重金属

1 引言

我国城市近年来普遍建设了污水处理厂，而且规模不断扩大、处理程度不断提高。与蓬勃发展的污水处理技术相比，污泥处理和处置技术在我国还刚刚起步，未妥善处理的污泥会带来严重的二次污染问题。随着新建污水处理厂的陆续投产，污泥产量将会有大幅度的增加，所以对污泥的处理和处置必须予以充分的重视。

污泥的利用和最终处置方法主要有焚烧、填埋、堆肥和投海等。与其它处置方式相比，堆肥处理不但可以达到稳定污泥的目的，同时制成肥料农业利用具有经济、简便、可资源化等优点，引起各国的重视，并进行大量的研究。

北京市密云污水处理厂目前处理能力为万立方米／天，日产污泥40吨（含水率80％）。采用好氧动态堆肥装置已建成了一条完整的生产性规模

（年产有机肥5000吨）的污泥制肥生产线，生产线已连续运行四年，有机复混肥销售情况良好。

2 污泥处理和利用工艺

污水处理厂的初次污泥和二次污泥经浓缩后，一般采用带式压滤机脱水，泥饼含水率为75～85％。这样的污泥由于含水率高、粘性大、无结构强度，直接进行堆肥有难度，氧气难以通入，影响堆肥化进程，必须调整其含水率。经过水分调节的污泥进入动态堆肥装置好氧发酵成为性状良好的腐植颗粒；然后可以按照不同农肥标准添加一定比例的氮、磷、钾等化学原料，通过粉碎、搅拌后进入造粒装置，成型后经干燥、筛分成为成品包装后入库或出售。污泥处理和处置工艺流程如图1。

脱水污泥→水分调节→堆肥发酵→制肥造粒→农田利用

图1 污泥处理和处置过程污泥堆肥工艺分为好氧发酵与厌氧发酵两种工艺过程。机械化好氧堆肥技术是在有控制的条件下，利用好氧微生物对污泥中易腐有机物进行生物降解，使之成为具有良好稳定性的腐植粒状物的全部工艺过程。目前国内外正在研究开发的污泥好氧发酵堆肥技术都是采用进料、搅拌、通气、出料同时进行的高效发酵工艺装置，其核心是好氧发酵槽。而发酵槽按照形状可分为几类：立式多段发酵槽；筒仓式发酵槽；卧式旋转发酵槽；卧式敞口发酵槽。从对几类发酵装置的比较可以看出，各类发酵装置中，卧式旋转发酵装置可操作性强、容易设备化（可以同时适合大规模和小规模的生产）、建设投资低、动力消耗小符合高效、低耗的环保节能原则。本研究选择了以卧式旋转式发酵装置为基础，研制设计了污泥动态堆肥装置。

3 污泥堆肥装置设计

根据对已有设备类型、操作性能和基建等项费用的比较，在卧式旋转发酵罐的基础上进行了改造，设计出一套污泥堆肥装置。设计滚筒直径为，出

料口和进料口直径分别为和（如图2）。滚筒总长12m，进料与出料口同时起到空气补给和气体排出口的作用。由于进料和出料口的存在，滚筒中实际物料堆放厚度就受到限制，超过一定高度的熟化污泥会自动从出料口流出。这样滚筒中物料的体积就应进行核算。

式中：d为滚筒直径；

L为滚筒长度；

k为物料充满度；一般为～；

计算得到滚筒的有效容积为～。

滚筒采用齿圈齿轮传动方式旋转滚动，利用计时装置自动定时运转。

4 动态污泥堆肥装置操作参数选择

从传统堆肥的基本原理看，影响好氧堆肥的主要因素是温度、水分、含水率和供氧量。好氧传统堆肥的核心问题是供氧受到限制。使用研制出的污泥动态堆肥装置，通过自然通风、连续强制通风、间断强制通风三种方式对含水率，通风与温度的关系等进行了实验，目的在于探索堆肥装置的最佳运行参数。

（1）污泥的前处理

由于从密云污水处理厂压滤机脱除下来的污泥含水率高达80％以上，不易直接进行堆肥试验。需采取前处理（干燥），采用自然晾晒的方式，污泥层厚5～8cm。根据天气和季节情况晾晒3～5天，污泥凉晒前后的含水率变化见表1。

表1 不同季节污泥晾晒后含水率值晾晒时间（天）含水率（％）

春季夏季秋季

1

2

3

4

5

由表1可见，一般情况下3天左右的晾晒，就可以使污泥的含水率降低到70%以下，基本可以达到进入堆肥装置的含水率要求。中小型污水处理厂的污泥产量较少，如果场地条件容许，气候条件良好，则采用自然晾晒是最经济、简便的污泥干燥方式。

（2）污泥含水率的影响

通过试验得出不同含水率的堆温变化。在同等的通气条件下，含水率较高则堆温较低，反之亦然。在自然通风的条件下，进料的含水率在70％和60％时，55℃以上的堆温均能保持三天，但是含水率达到70％，污泥容易在滚动中成团，甚至形成直径40 cm的泥球，影响设备正常工作。但当进料含水率在20％以下时，整个罐体温度改变不大，发酵作用不明显（见表2）。

表2 不同含水率时堆温的变化含水率（％）次数堆温（℃）

1 2 3 4 5

70 1 70 64 58 46 45

2 68 62 55 4

3 43

3 68 63 57 4

4 42

60 1 72 67 59 46 44

2 70 65 57 44 42

3 72 68 60 4

4 41

20 1 36 32 32 30 29

堆肥过程中，微生物分解有机物和自身生长繁殖过程中需要一定的水分，有机物在水的作用下溶解，以利于微生物的摄取，同时水分蒸发散热也可以起到调节堆温的作用。甚至当含水率太低时，微生物在水中摄取营养物质的能力降低，停止对有机物分解。但含水率过高使堆料互相粘结，将堵塞空气的通道，从而使堆肥呈厌氧状态。含水率过低，又会影响反应过程。这是因为微生物是借在物料之间的游离水的运动中摄取食物和营养物质的。如果微生物缺少这种靠液体运动而游动的机会，那么就会在严重缺少营养物质的状态下丧失分解有机物的能力。

综合几方面因素，确定了控制进料水份在60％左右，即污水厂的脱水泥饼经自然晾晒3～5天就可以做为堆肥装置的进料。这样可以比较经济地解决进料含水率的调整问题，采用其它诸如掺混干燥物或烘干之类的调整含水率的方法都多少影响了机械堆肥的经济性。

（3）不同通风方式的影响

在污泥好氧发酵过程中，通风是堆肥过程的控制手段，要达到最佳条件就要控制通风。通风的目的一方面为好氧微生物分解有机物提供释放能量时所需的氧气，维持堆层好氧状态；另一方面则有蒸发水分、干燥堆肥物料、驱散热量，控制堆肥过程温度的作用。通风量过大时，水分的大量蒸发导致温度降低不利于微生物繁殖。反之通风不足，好氧微生物则因缺氧而活性减慢甚至停止反应。根据理论计算，对于城市生活污水污泥来讲，每氧化1克有机物约需要2克O2，但使物料干化所需的空气量大于生化反应的需氧量。除了通气量，通风方式也直接影响着发酵反应的进程，主要有自然通风、连续强制通风