污泥好氧堆肥的试验研究
安徽农业科学,JournalofAnhuiAgri.Sci.2008,36(31):13691-13693,13696 责任编辑 金琼琼 责任校对
张士敏
污泥好氧堆肥的试验研究
李清秀1,2,张雁秋2 (1.徐州生物工程高等职业学校,江苏徐州221006;2.中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州221008)
摘要 [目的]研究城市污水处理剩余污泥农用的可行性。[方法]利用自行设计的好氧堆肥装置,将某污水处理厂的剩余污泥与稻草按体积比1∶1、1∶2、1∶3、1∶4进行混合堆肥,观察堆肥过程中堆肥箱内的温度、含水率、钾含量等参数的变化,评价堆肥腐熟度。[结果]污泥与稻草按体积比1∶2进行混合堆肥时,堆肥箱内的温度上升较快,含水率的下降幅度较大,有机质含量下降较快,钾含量较高,铜含量增加最少,锌含量降低最明显,堆肥腐熟度较好,各项指标均符合腐熟度要求,实现了污泥的资源化、无害化和稳定化。[结论]城市污水处理剩余污泥具有农用性,当污泥与稻草体积比为1∶2时,堆肥的效果较好。关键词 污泥;堆肥;腐熟度中图分类号 S141.8 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2008)31-13691-03StudyontheAerobicCompostingTestofSewageSludge
(LIQing2xiuetal XuzhouHigherVocationalUnverisityofBioengineering,Xuzhou,Jiangsu221006)
Abstract [Objective]Theresearchwastostudythefeasibilityofagriculturalutilizationoftreatingtheexcesssludgebysewageincity.[Method]Withself2designedaerobiccompostingdevice,theexcesssludgefromasewagetreatmentplantwasmixedwithricestrawaccordingtodifferentvolumeratioof1∶1,1∶2,1∶3and1∶4formakingcompost,theparametersoftemperature,moisturecontentandKcontentetc.incompostboxeswereobservedincom2postingprocess,andthematurityofcompostwasevaluated.[Result]Whenthecompostwasmadeaccordingtothevolumeratioofsludgeandricestrawwas1∶2,thetemperatureincompostboxeswasincreasedrapidly,andthemoisturecontentwasdecreasedgreatly,organicmattercontentwasdecreasedrapidly,Kcontentwashigher,theincrementofCuwastheleast,thedecrementofZnwasmostobvious,andthematurityofcompostwasbetter,allin2dexeswereaccordwiththerequirementsofmaturity,whichcouldrealizetheresource,harmlessandstabilizationofsewage.[Creatingtheex2cesssludgebysewageincityhadagriculturalutilization,andthecomposteffectwasbetterwhenthevolumeratioofstrawwas1∶2.Keywords Sludge;Compost;Maturity
随着经济的发展和污水处理率的不断提高,污水处理后所产生的污泥量也日益增加。据2001年统计[1],我国城市污水处理后每年排放干污泥约30万t,并且还在以每年1020%的速度增加,到2010万tmm22所示。在筛板和3,,也可作为垃
的理化性质很不稳定,,重金属以及成危害。某污水处理厂生产的剩余污泥进行好氧堆肥,采用强制通风堆肥的方式,分别加入一定量的稻草与污泥进行混合堆肥,探讨了堆肥过程中通风量、通风方式、pH值、有机质及氮、磷含量等参数的变化情况。
1 材料与方法
1.1 堆肥物料 生污泥直接取自徐州市污水处理厂污泥脱
图1 试验装置外观示意
Fig.1 Theappearanceoftest
device
水车间,干稻草取自徐州市沛县南京矿附近的农户。
1.2 试验装置 自行设计的堆肥装置为立方体结构(图1),容量最大控制在15L左右。堆肥箱上面有2个口,一个
用于通风出气,直径大约为20mm;另一个是插水银温度计的,温度计距堆肥表面200mm左右,以确保测量温度的准确。箱子的底部一侧有2个塑料管:通风管和曝气泵连接,开孔直径与塑料管的口径均为6mm,箱内的塑料管管壁上开有一排均匀小孔,塑料管的外端超出箱子一点,用橡皮管连接到气泵上;另一个是垃圾渗滤液的出口,靠近最底部在通风管的旁边,孔径为10mm,在开始通风时,可先把该口密封,在堆肥过程中,可以经常利用小口倒取里面的渗滤液,测量重金属、硝酸盐和氨氮的含量等。
为了让外源鼓风均匀分散,在距箱子底部50mm高度处
作者简介 李清秀(1964-),女,江苏沛县人,副教授,从事生物技术
在环境保护中的应用研究。
收稿日期 2008208208
图2 通风筛板装置示意
Fig.2 Theventilationsieveplatedevice
1.3 方法
1.3.1 试验设计及堆制。堆肥试验在中国矿业大学校内进
行,将污泥与稻草按1∶1、1∶2、1∶3、1∶4体积比配比,放在堆肥
13692 安徽农业科学 2008
年
箱内。堆肥前调节含水率为70%左右,然后密封好,用曝气泵通风。堆肥15d。
1.3.2 试样的制备。①风干样:取污泥置阴凉通风处,风干3d后碾碎,过100目筛。②干燥样:取污泥在105℃烘箱中烘
分解引起碳的挥发损失,
从而使有机碳含量不断下降。
干,碾碎,过100目筛,于干燥器中保存。③新鲜样泥水浸提液:取10g污泥新鲜样,按照新鲜污泥∶蒸馏水=1∶10(W/V)的比例混合,在恒温振荡器中,25℃下恒温振荡2h,然后在
5000r/min离心分离15min,取上清液,测定NH4+2N含量、pH值。④风干泥样水浸提液:取10g污泥风干样,按照风干
的污泥∶蒸馏水=1∶10(W/V)的比例混合,在恒温振荡器中
25℃下恒温振荡2h,然后在5000r/min离心分离15min,取
上清液测定NO3-2N含量。
1.3.3 测定内容。在堆肥的不同时段里,分别从堆体中取
图4 堆肥过程中含水率的变化
Fig.4 Thechangesofwatercontentduringthecomposting
process
堆肥样,进行各种参数的测试。包括温度、pH值、总有机质和有机碳、总磷、总氮、硝酸盐氮、氨氮、重金属等的变化。
2 结果与分析
2.1 堆肥过程中温度的变化 4个堆肥箱中温度变化情况
见图3。从图3可以看出:2号箱温度上升的很快,1、4号箱温度上升的较慢。说明添加稻草适中,会促进微生物的发酵,箱内温度就会上升快,并且温度保持性也好;稻草添加过少,污泥容易结块,箱内空气流通性降低,微生物呼吸作用受到抑制,不利于好氧发酵;箱中添加的稻草过多,堆体内的空隙率太大,通风时微生物呼吸产生的热量被空气带走,污泥和稻草搅拌导致箱内湿度降低,水分,进而影响微生物的发酵,,2
图5 堆肥过程中有机质含量的变化
Fig.5 Thechangesoforganicmattercontentduringthecomposting
process
图3 堆肥过程中温度变化的情况
Fig.3 Thechangesituationsoftemperatureduringthecomposting
process
2.2 堆肥过程中含水率的变化 4个堆肥箱中含水率的变
图6 堆肥过程中有机碳含量的变化
Fig.6 Thechangesoforganiccarboncontentduringthecomposting
process
化见图4。从图4可以看出:经过15d的时间,4个堆肥箱内的含水率都有不同程度的降低。2、4号箱中的含水率一直处于下降的趋势,从7d开始,2号箱下降的幅度很大,4号箱下降的幅度较小,而1号箱与3号箱内的含水率有所回升。所以,2号箱比较适中。
2.3 堆肥过程中有机质含量的变化 通常认为,堆肥过程
2.5 堆肥过程中pH值的变化 堆肥过程中pH值的变化见
表1。
根据美国环保局(USEPA)的规定,污泥与调理剂的pH值应在6～9[3]。从表1可以看出:在堆肥前泥样微显碱性,堆肥7d后,pH值均有所降低。1号箱降低的较多,2号和3号箱中的微生物有可能已开始分解有机氮,产生了NH4+,导致了pH值的回升,4号箱pH值也较高。在7～15d温度已逐渐降低,适宜硝化细菌进行硝化反应,NH4+转化成NO2-和NO3-,产生大量的H+,pH值有所降低。
中有机质含量的下降是堆肥腐熟的一个重要标志[2]。堆肥过程中有机质含量的变化见图5。从图5可以看出:经过15
d的时间,4个堆肥箱内的有机质含量都有不同程度的降低。2.4 堆肥过程中有机碳含量的变化 从图6可以看出:经
过15d的堆肥,有机碳的含量有所降低,这是由于有机质的
36卷31期 李清秀等 污泥好氧堆肥的试验研究13693
表1 堆肥过程中pH值的变化
Table1 ThechangesofpHvalueduringthecompostingprocess
堆肥效果较明显。
堆肥15d
堆肥箱
1号2号3号4号
堆肥前堆肥7d
7.66.2
5.7
7.67.67.6
6.86.66.7
5.75.9
5.8
2.6 堆肥过程中总氮含量的变化 从图7可以看出,堆肥7d时,1号箱和4号箱温度才到达较高的水平,开始分解有机
质,此时硝化反应还未进行。7d后温度开始降低,硝化细菌
开始进行硝化反应,总氮量持续上升。而2号箱和3号箱在堆肥7d时硝化反应已开始进行,总氮量上升的较快,7d后总氮量发生减少,可能是因为堆肥箱内的环境比较适宜微生物的生存,氧气供应不足,导致箱内缺氧,发生了反硝化反应,总氮以氨气或氮气的形式散失,故总氮量降低。
图9 堆肥过程中钾含量的变化情况
Fig.9 Thechangesituationsofpotassiumcontentduringthecom2
postingprocess
2.9 堆肥过程中硝酸盐氮的变化 从图10可以看出:硝酸
盐氮的含量一直在升高。虽然硝酸盐氮含量增加,但仍没有达到试验所要求的数值。原因在于风量的计算上可能存在问题。
Fig.7 Thechangesituationsoftotalnitrogenduringthecomposting
process
2.7 堆肥过程中总磷含量的变化 从图8可以看出,在整
图10 堆肥过程中硝酸盐氮含量的变化
Fig.10 Thechangesofnitrogencontentinnitrateduringthecom2
postingprocess
+
2.10 堆肥过程中NH从图11可以看出:42N含量的变化
个堆肥过程中,总磷含量是一个增加的趋势。这是因为有机质的分解,导致堆料体积和重量不断减少,养分浓缩,使总磷含量增加;另一方面是因为添加了填充料的结果。
3、4号箱中NH4+2N含量降低了,而1号和2号箱中NH4+2N的
含量却增大了。可能是因为通风量不足,导致箱内处于半厌氧状态,抑制了硝化细菌的活性,使NH4+2N含量有所增加。
图8 堆肥过程中总磷的变化情况
Fig.8 Thechangesituationsoftotalphosphorousduringthecom2
postingprocess
2.8 堆肥过程中钾含量的变化 从图9可以看出,4个堆肥
+
图11 堆肥过程中NH42N含量的变化
+
ig.11 ThechangesofNH42Ncontentduringthecompostingprocess
箱中钾的含量都有不同程度的增加。2号堆肥箱中的钾含量较高,说明污泥和稻草的搅拌比例适中,适合微生物的生长,
(下转第13696页)
13696 安徽农业科学 2008年
表2 正交试验结果L9(34)
Table2 TheresultsofL9(3)orthogonaltest
4
的薯蓣皂苷元有效成分与标准品一致。同时,其峰面积为
μ1860.28(V・s),对应薯蓣皂苷元标准曲线,可计算提取率为
1.837%。3 结论
因素Factor
1
2345678K1K2K3A1∶201∶201∶201∶251∶251∶251∶301∶301.4131.6221.455BCD[**************]01.4611.5211.508提取率Extractionrate∥%
1.5611.5431.1361.7781.4811.6071.4131.61110 [***********][***********].5841.5931.5451.5541.3621.343试验表明,微波萃取法提取盾叶薯蓣皂苷元的最佳条件是固液比1∶20,提取时间10min,提取温度100℃,粒度60目,提取率可达1.837%。微波萃取法具有选择性高、提取时间短、有效成分提取率高等优点,这是微波特殊的工作原理所致。由于溶剂及细胞液吸收微波能量,细胞内部温度升高,压力增大,细胞壁破裂,使皂苷元分子从细胞中释放出来,传递转移到溶剂周围被提取出。因此,微波萃取技术作为一种天然产物成分提取的优势技术,
必将获得更大的发展。
图1 薯蓣皂苷元标准曲线
Fig.1 Thestandardcurveofdiosgenin
图2 Fig.2 Thechromf图3Thechromatogramofcrudediosgenin
bytheorthogonaltest
参考文献
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(上接第13693页)
2.11 堆肥过程中其他物质含量的变化 通过试验得出:
性。最为准确的就是化学指标的检测,它可以定量地判断堆料的腐熟情况。
该试验通过氮、磷、钾、有机质、有机碳、硝酸盐氮等指标判断堆料腐熟度,结果发现,2号箱中的堆料腐熟度较好,各项指标都符合腐熟度的要求。
3 小结
3-
随着堆肥时间的延长,箱中PO4、Na、SO4
+2-
的含量有所
升高,表明经过15d左右的好氧堆肥,污泥中营养元素的含量增加,可以满足植物生长的需要。
2.12 堆肥过程中重金属含量的变化 金属铜的含量有所
增加,增加最明显的是4号箱,而2号箱金属铜的含量增加最少;金属锌的含量有所降低,降低最明显的是2号和4号箱,而1号箱有所上升,但不是很明显;金属镉的含量有所增加,而金属铬和铅的含量却有所降低,说明在堆肥过程中,大部分重金属得到钝化,含量有所降低,其他重金属元素含量有不同程度的增加。通过和农用污泥中污染物控制标准(GB4284-84)对照,发现堆肥后的重金属只有Cu的含量高于土地的最高容许量,其他的重金属如Cr、Pb的含量均在最高容许含量的范围之内,而Zn、Cd的含量只稍高于标准。
2.13 堆肥腐熟度的评价 按照物理和化学指标的检测方
笔者对城市污水处理厂的剩余污泥进行堆肥研究。
在堆肥过程中,对它的一些指标进行测量和分析,评价它是否具有使用性和可行性。经过测量和分析,发现徐州污水处理厂生产的剩余污泥具有农用性,可以用作堆肥研究。
经过15d的好氧堆肥发现,污泥∶稻草=1∶2(体积比)混合堆肥的效果较好。堆肥过程可以顺利升温,营养物质的含量较高,重金属含量降低的较多,腐熟度也较好,最终实现了污泥资源化、无害化和稳定化。参考文献
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法对堆肥中的各项指标进行了分析,来判断堆肥的腐熟情况。对于物理指标如温度、颜色、气味变化等,虽然操作简便,但只是定性的分析,从感官上进行判断,有一定的局限