厌氧堆肥和好氧发酵的原理和区别

好氧堆肥的工程实践
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sunkille2006-02-24 13:13:39中国环境工程技术中心

摘要：污水厂污泥因其独特的物性和特性一直较难处理,因此,污水厂通常将污泥浓缩脱水后直接外运填埋,以节省厂内运行费用,却形成了新的污染.为了解决这一问题,我们对处理规模为4.0万m3/d的某污水处理厂的污泥处理过程进行了改造,增设好氧堆肥设施,使污泥在厂内经处理后达到稳定化、资源化利用的目标. 关键词：污泥 好氧堆肥 工程实践
关键词：污泥好氧堆肥 污水厂
论文作者：wmywzg
前言
污水厂污泥因其独特的物性和特性一直较难处理,因此,污水厂通常将污泥浓缩脱水后直接外运填埋,以节省厂内运行费用.这一现象随着《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的实施将被改变,该标准对污水厂污泥的处理提出了更高的要求,且提出了相应的标准,如下表1所示.对照此标准,目前大多数现有污水厂需增设污泥稳定化处理设施.
表1 污水厂污泥稳定化控制指标

稳定化方法
控制项目
控制指标

好氧堆肥
含水率（％）
50

蠕虫死亡率（％）
>95

粪大肠菌群菌值
>0.01

好氧消化
有机物降解率（％）
>40

厌氧消化
有机物降解率（％）
>40
某污水处理厂处理规模为4.0万m3/d,为典型的城市生活污水处理厂,为满足GB18918-2002的要求,污水厂将进行改造,在污泥处理与处置过程增设好氧堆肥设施,使污泥在厂内经处理后达到稳定化、资源化利用的目标.
2 好氧堆肥工艺的原理及过程控制参数
（1）工艺原理
好氧堆肥是在有氧条件下,好氧细菌对废物进行吸收、氧化、分解.微生物通过自身的生命活动,把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物,同时释放出可供微生物生长活动所需的能量,而另一部分有机物则被合成新的细胞质,使微生物不断生长繁忙殖,产生出更多的生物体的过程.在有机物生化降解的同时,伴有热量产生,因堆肥工艺中该热能不会全部散发到环境中,就必然造成堆肥物料的温度升高,这样就会使一些不耐高温的微生物死亡,耐高温的细菌快速繁殖.生态动力学表明,好氧分解中发挥主要作用的是菌体硕大、性能活泼的嗜热细菌群.该菌群在大量氧分子存在下将有机物氧化分解,同时释放出大量的能量.据此好氧堆肥过程应伴随着两次升温,将其分成三个阶段：起始阶段、高温阶段和熟化阶段.
起始阶段：不耐高温的细菌分解有机物中易降解的碳水化合物、脂肪等,同时放出热量使温度上升,温度可达15~40℃.
高温阶段：耐高温细菌迅速繁殖,在有氧条件下,大部分较难降解的蛋白质、纤维等继续被氧化分解,同时放出大量热能,使温度上升至60~70℃.当有机物基本降解完,嗜热菌因缺乏养料而停止生长,产热随之停止.堆肥的温度逐渐下降,当温度稳定在40℃,堆肥基本达到稳定,形成腐植质.
熟化阶段：冷却后的堆肥,一些新的微生物借助残余有机物（包括死后的细菌残体）而生长,将堆肥过程最终完成.
（2）好氧堆肥的控制参数
机械化好氧堆肥过程的关键,就是如何选择和控制堆肥条件,促使微生物降解的过程能快速顺利进行,一般来说好氧堆肥要求控制的参数有：
供氧量
对于好氧堆肥而言,氧气是微生物赖以生存的物质条件,供氧不足会造成大量微生物死亡,使分解速度减慢；但供冷空气量过大又会使温度降低,尤其不利于耐高温菌的氧化分解过程,因此供氧量要适当,一般为0.1~0.2m3/m3.min,供氧方式是靠强制通风,因此保持物料间一定的空隙率很重要,物料颗粒太大使空隙率减小,颗粒太小其结构强度小,一旦受压会发生倾塌压缩而导致实际空隙减小.因此颗粒大小要适当,可视物料组成性质而定.
含水率
在堆肥工艺中,堆肥原料的含水率对发酵过程影响很大,水的作用一是溶解有机物,参与微生物的新陈代谢；二是可以调节堆肥温度,当温度过高时可通过水分的蒸发,带走一部分热量.水分太低妨碍微生物的繁殖,使分解速度缓慢,甚至导致分解反应停止.水分过高则会导致原料内部空隙被水充满,使空气量减少,造成向有机物供氧不足,形成厌氧状态.同时因过多的水分发,而带走大部分热量,使堆肥过程达不到要求的高温阶段,抑制了高温菌的降解活性,最终影响堆肥的效果.实践证明堆肥原料的水分在50~50％为宜.
碳氮比
有机物被微生物分解的速度随碳氮比变化,微生物自身的碳氮比约为4~30,因此用作其营养的有机物的碳氮比最好也在该范围内,当碳氮比在10~25时,有机物被生物分解速度最大.如果碳氮比过高,堆肥成品的比值也过高,即出现“氮饥饿”状态,施于土壤后,会夺取土壤中的氮,而影响作物生长.堆肥过程适宜的碳氮比应为20~30.
碳磷比
磷对微生物的生长也有很大影响,城市污水处理厂的污泥含有丰富的磷,可满足微生物生长的需要,堆肥原料适宜的碳磷比为75~150.
PH值
PH值是微生物生长的重要条件,在堆肥初期,由于酸性细菌的作用,PH值降到5.5~6.0,使堆肥物料呈酸性,而后由于以酸性物为养料细菌的生长和繁殖,会使PH值上升,堆肥过程结束后物料的PH值上升到8.5~9.0.
3 污水厂好氧堆肥工艺简介
工艺过程
在污水处理厂改造中,引进了日本的涡流加压混扎机（Eco Herds）高品质快速堆肥化系统.该系统将污泥和水分调整材料（稻壳、木屑、熟肥返回料）在密团的装置中加压混轧,使污泥和水分调整材料均匀混合.原料加入涡料加压混轧机后,加压混轧时间（机器内停留时间）约10分钟左右,在此期间产生磨擦热后,原料温度达到50℃左右,如此,使在45℃以下具有活性的低温菌、中温菌、以及恶臭菌活性化.同时,促进发酵、分解的好氧高温菌增殖,使原料在恶臭难以产生的环境中实现快速堆肥处理.
系统构造
Eco Herds式高品质快速堆肥化系统的构造分二部分.
原料部分：由待处理原料一次储存的[原料料斗]、水分调整材料一次储存的[辅料料斗]以及熟肥返回料储存的[馈料料斗]构成.
涡流加压混扎机（Eco Herds）主机
输送部分：由将[原料料斗]的原料定量供料的[供给输送装置]和供给返回料的[皮带式输送装置]构成.
原料供给量的调整、水分调整材料供给量的调整、以及熟肥返回料供给量的调整,都由控制面板按输入程序控制.异物混入时,异物检出机动作,装置全体自动停止运行.原料、辅料及返回料供给机中,如任何一个发生空仓状态时,全装置停止运行,同时控制面板警示灯亮灯示警,各供给机有原料投入时,自动启动并连续运行.
工艺特点
Eco Herds式高品质快速堆肥化系统的特点：
1、为使原料、水分调整料、返回熟料混合进入机械的含水率达到60~65％,各供给机的供给量须给予调整.
原料的供给量由输入程序设定
水分调整的供给量由输入程序设定
返回熟料的供给量由输入程序设定
根据原料水分的变动,调整水分,可以通过增减返回熟料的供给量进行调整
由于水分调整料增减的调整,堆肥的成分会参差不齐,因此通过增减返回熟料的供给量进行调整,可使堆肥成分稳定化.
2、Eco Herds的处理（加压混轧）后排出的堆肥化物,由自走式连续搅拌机在发酵槽内20~25天边搅拌边发酵,由自走式连续搅拌机进行的搅拌与迄今为止的搅拌机不同,是为了Eco Herds 处理后,更进一步促进发酵而专门开发的装置.
Eco Herds处理后的堆肥化物、原料的颗粒较小、颗粒表面附有裂痕,因此使得菌体易于进入并在短时间内进行分解.分解进行的同时,与分解相应的氧气供给是必须的,能否满足这一重要条件是稳定发酵所必须的.
自走式连续搅拌机组合而成的系统,实现了短时间内的稳定、完全发酵、熟化堆肥.
3、产品堆肥
使用粉碎的稻草能产生完成发酵、熟化的堆肥
由返回料进行水分调整,因此能产生成分稳定的堆肥
由于加压混轧,杂草的种子和病原菌被灭活,因此能产生安全的堆肥
氮、磷、钾的添加,可使产品根据耕种农业的要求生产出附加价值更高的堆肥.
4、 污泥堆肥产品成分表
为验证好氧堆肥工艺对污水厂污泥的处理效果及堆肥后污泥的性质,采集了现有污泥的样本,进行了试验验证,经堆肥后的污泥成分检测如下表2所示.
表2 厂现状污泥堆肥成分表

检测项目
单位
监测结果
计量方法（标准 JIS）

氮N
％
2.89
肥料分析法5.3.1.2

磷酸P2O5
％
4.10
肥料分析法5.3.3

钾K2O
％
1.04
肥料分析法5.3.3

铜
mg/kg
162
肥料分析法5.18.2

锌
mg/kg
353
肥料分析法5.1.2

碳酸钙
%
2.56
肥料分析法5.3.1.2

水分
%
33.1
肥料分析法3.1.1
经评估,上表数据符合JA（日本农业协会）的标准,可用于任何经济农作物.
高品质快速堆肥化系统致臭物质测定
高品质快速堆肥化系统的环境质量可以达到相应的环境质量标准.其堆肥过程的致臭物质测定值（日本检测数据）如下表3所示：
表3 污水厂污泥堆肥过程致臭物质分析

项目
日本规范、标准
原料堆放处
处理装置口
发酵槽
临界线

氨气
1~2ppm
0.3ppm
0.3ppm
0.2ppm
0.2ppm

甲硫醇
0.002~0.004ppm
0.0002ppm
0.0096ppm