目前污泥產生的環(huán)境污染問題日益突出，已造成極大的安全隱患、環(huán)境壓力和經濟負擔。城市污泥既是一個重大的環(huán)境污染源，也是巨大的生物質資源與能源庫。污泥中的有機物、病原菌、重金屬等不經處理會對環(huán)境造成污染，但經妥善處理處置后的污泥能達到減量化、無害化和資源化的目的。因此，如何實現污泥快速穩(wěn)定并進行資源的回收利用，是我國社會可持續(xù)發(fā)展所面臨的重大現實問題。
國內外許多文獻對污泥好氧發(fā)酵技術進行了詳細的闡述，從發(fā)酵菌的選擇到發(fā)酵過程中對物料的配比以及工藝參數的控制，這些都成為研究的熱點。雖然污泥好氧發(fā)酵制備有機肥的處置方式具有諸多突出的優(yōu)點，但是由于傳統(tǒng)堆肥發(fā)酵技術生產的周期長、發(fā)酵溫度低難以達到土地利用的標準，且在發(fā)酵過程中臭氣污染嚴重、衛(wèi)生條件差等因素，長期制約了污泥好氧發(fā)酵技術的實踐應用。本文以廣饒康達環(huán)保水務有限公司的污泥為研究對象，通過比選引進固態(tài)堆肥接種劑，研制出一套超高溫好氧發(fā)酵技術，探討了發(fā)酵過程中工藝參數的控制和各項指標的變化趨勢，為城市污泥資源化提供一定的依據。
1、材料與方法
1.1 堆肥材料
實驗采用的污泥為帶式壓濾脫水污泥，脫水后污泥的含水率約80%，堆肥輔料為花生殼粉、稻草秸稈，固態(tài)堆肥接種劑。
1.2 試驗方法
日處理脫水污泥量80t，含水率約80%，新鮮污泥、返混料、輔料的重量比為20：8：1，調節(jié)物料的含水率與碳氮比，按照物料總干重的0.5%添加固態(tài)堆肥接種劑，用鏟車拌合均勻，然后再裝入發(fā)酵槽進行好氧發(fā)酵。發(fā)酵槽長9.0m，寬6.5m，高3.5m，堆體的高度約3.0m，總物料量約110t。在發(fā)酵過程中，用高壓風機進行持續(xù)通風供氧，經過5次倒槽翻堆，溫度下降到50℃以下，水分降到30%以下，發(fā)酵結束。同時，另以等量已滅活的本固態(tài)堆肥接種劑按上述方法進行堆肥，作為對照。試驗工藝流程見圖1。
在試驗過程中，每日用土鉆在堆體上均勻布點采樣，采樣位置約在堆體表面往內部1.5m左右的位置，用四分法混合當日樣品。每日監(jiān)測好氧發(fā)酵溫度、pH值、含水率變化情況，定期進行微生物學和養(yǎng)分含量指標的檢測，記錄試驗數據。
2、結果與分析
2.1 溫度的變化
本研究中選用的固態(tài)堆肥接種劑含極端嗜熱菌，好氧發(fā)酵期間堆體平均溫度在70℃以上，最高達到90℃。在高溫范圍內，極端嗜熱菌大量繁殖，溫度明顯升高，堆肥中絕大多數的寄生蟲和病原菌被殺死，同時加速了腐殖質和氨態(tài)氮的形成，物料變得質輕且松散。
對于接種處理，隨著翻堆的進行堆體溫度呈波浪形的變化規(guī)律，在好氧發(fā)酵的第2d，堆體的溫度即能升高到70℃以上，經過第一次倒槽，物料變得更加均勻后，堆體最高溫度達90℃。后期堆溫的下降主要是隨著堆體中有機物的分解完畢，微生物通過降解有機物釋放的熱量逐漸減少。該超高溫好氧發(fā)酵技術受外界環(huán)境溫度變化的影響較小，即使在環(huán)境溫度為5℃的低溫情況下，物料仍能正常發(fā)酵，這也使得該技術在我國北方冬季氣溫較低的情況下仍然可以不間斷的處理污泥，具有更加普遍的推廣價值。從對照實驗看，好氧發(fā)酵最高溫度為60℃，維持在50℃以上的天數只有9d，并且當環(huán)境溫度下降到5℃左右時，物料發(fā)酵受影響較大。
2.2 pH的變化
pH值的變化可以反映堆肥進程，且在堆肥初期，pH值控制在中性偏堿性將有利于微生物的降解作用，縮短堆肥時間，提高堆肥進程。對于接種處理，pH在堆肥初期上升較快，到達最大值后逐漸緩慢回落，最高pH值8.45，最低7.80，最終腐熟物料的pH在7.95左右，呈弱堿性。而對照實驗中，pH值變化幅度較小，這可能是與微生物活性較小有關，氨、有機酸的產生量均少于接種處理。
2.3 含水率的變化
堆肥適宜的含水率一般在50%~70%，過高或過低的含水率都不利于好氧堆肥的進行，通過控制混合物料各組分配比以達到最佳的堆肥效果。如果含水率太低，將會降低好氧微生物的活性，從而導致影響堆肥效果;如果含水率過大，將導致堆肥物料間的間隙充滿水分，造成空氣流通性差，形成厭氧環(huán)境，促使微生物厭氧發(fā)酵，產生大量惡臭氣體，減緩堆肥進度。
隨著堆肥時間的推移，堆體物料含水率呈下降趨勢。對于接種處理，進入發(fā)酵槽的混合物料含水率為58.1%，每經過一次翻堆，物料的含水率都有明顯的下降，這主要是因為在超高溫條件下，物料的水分變成水蒸氣在翻拋過程中大量揮發(fā)，堆體溫度越高，水分蒸發(fā)越快，遠大于有機物氧化分解產生的水分。經過5次倒槽，堆體的含水率下降到32.5%，污泥減量化效果顯著。而對照實驗中，堆體最終含水率為40.1%，高于接種處理7.6個百分點。
2.4 有機質和DOC的變化
污泥接種后微生物數量大幅增加，總有機質含量隨堆肥的進行迅速下降，從最開始的49.8%最終下降到25.5%，降低幅度為24.3%;并且在第3次翻堆后(即堆肥16d)，降低幅度已達到19.6%，占總幅度的80.6%，說明有機質的降解主要發(fā)生在高溫期，而極端嗜熱菌的存在大大促進了這一過程的進行。而對照實驗中，堆體最終總有機質含量為30.6%，高于接種處理5.1個百分點。
由于微生物不能直接利用堆料中的固相成分，需通過微生物分泌胞外酶將堆料中的可降解成分水解為水溶性成分才能加以利用。污泥堆肥過程中，相對于固相組分，水溶性有機物的變化更能靈敏地反映堆肥的腐熟狀況，因此可以通過研究物料浸提液中DOC的含量，來判斷堆肥的腐熟度。隨堆肥的進行，微生物大量繁殖，堆料中的有機質在胞外酶的作用下發(fā)生水解，DOC含量升高;隨后由于有機質被微生物合成自身物質及轉化為CO2，DOC含量逐步降低。堆肥結束時，兩種處理DOC含量均低于堆肥腐熟指標(DOC<17 g/kg)，接種 處理較對照實驗略低。
2.5 氮素含量的變化
發(fā)酵物料中的全氮含量總體呈下降趨勢，氮素的損失主要是由于有機氮的礦化和持續(xù)性氨的揮發(fā)以及NO3-N的反硝化作用所致。在發(fā)酵前20天下降速度較快，后面趨于穩(wěn)定，在接種處理的情況下，堆體的全氮含量由初期的42.7g/kg下降到30.5g/kg，全氮損失為28.6%;對照實驗中，全氮含量下降到32.9g/kg，全氮損失為22.9%。這表明超高溫發(fā)酵過程不僅會加速有機物的分解，也增加了氮的揮發(fā)損失。
3、結論
(1)添加固態(tài)堆肥接種劑后，在極端嗜熱菌的作用下，可大幅提高堆肥溫度和延長堆肥高溫期，有利于殺死病原微生物，大大縮短發(fā)酵周期，提高污泥的處理效率，即使在冬季低溫的情況下仍能正常發(fā)酵。
(2)整體看來，接種后的污泥，氨和有機酸的產生量較大，較對照組pH值變化幅度大。
(3)接種處理后的污泥在5次倒槽后，含水率較對照組降低7.6個百分點，污泥減量化效果顯著。
(4)對于有機質和DOC兩個指標，接種處理較對照組都有所降低，這標志著污泥的腐熟度也有一定程度的提高。
(5)試驗表明，超高溫發(fā)酵過程不僅會加速有機物的分解，也增加了氮的揮發(fā)損失，因此在污泥堆肥中建議考慮保氮劑的使用。(來源：東營市環(huán)境監(jiān)測站)
