城市廢棄物混合堆肥處理的工藝研究
隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活水平的提高，相應(yīng)地城市垃圾也急劇增加，生活質(zhì)量的改善使人們對環(huán)境的要求越來越高，污水的無序排放將被制止，下水道逐年普及，污水集中處理率提高，由此帶來了下水道排水管污泥和城市污水處理廠的污泥處理量增加。
目前，城市污水處理廠的污泥處置并未徹底解決。我們對城市垃圾、排水管污泥、城市污水處理廠脫水污泥進(jìn)行了綜合處理研究。
1、實驗部分
1.1廢棄物成分分析
廢棄物主要為：城市生活垃圾、下水道排水管污泥和城市污水處理廠脫水污泥，經(jīng)分析測定結(jié)果見表1。
表1廢棄物分析結(jié)果 |
1.2實驗方法及原理
實驗采用堆肥的方法進(jìn)行。在一定條件下，通過微生物的新陳代謝使廢棄物中的可降解有機(jī)物發(fā)酵、腐熟而得到堆肥產(chǎn)品。反應(yīng)過程如下：
含氮有機(jī)物的氧化過程：
CsHtNuOv•aH2O＋O2——CwHvNgOz•cH2O＋H2O＋CO2＋NH3＋能量。
細(xì)胞物質(zhì)的合成過程：
（CxHgOz）＋NH3＋O2——C5H7NO3＋CO2+H2O＋能量。
細(xì)胞物質(zhì)的氧化過程：
C5H7NO3＋5O2——5CO2＋2H2O＋NH3＋能量。
1.3實驗?zāi)康?/p>
探索堆肥的主要工藝參數(shù)，通過實驗確定堆肥物料的混合配比、最佳通風(fēng)量、一次發(fā)酵期、二次發(fā)酵周期、堆肥的適宜溫度。
2、工藝及設(shè)備
2.1工藝流程
廢棄物——預(yù)處理——一次發(fā)酵——二次發(fā)酵——后處理——產(chǎn)品。
2.1.1預(yù)處理。調(diào)整堆肥原料的組成和性質(zhì)，如廢棄物顆粒的大小、水分、C/N，使其適合堆肥使用。
2.1.2一次發(fā)酵。將堆肥的中溫與高溫兩個階段的微生物代謝過程稱為一次發(fā)酵或主發(fā)酵，即從發(fā)酵初期開始，經(jīng)中溫、高溫然后到達(dá)預(yù)期溫度并開始下降的整個過程，主要作用是使堆肥物料達(dá)到初步穩(wěn)定。
2.1.3二次發(fā)酵。物料經(jīng)過一次發(fā)酵，還有一部分大量難分解的有機(jī)物存在，需進(jìn)一步發(fā)酵，使之腐熟，這樣可保證其對農(nóng)田的安全性。
2.1.4后處理。去除堆肥成品的雜質(zhì)和調(diào)整顆粒粒度，使之達(dá)到農(nóng)用的要求。
2.2混合堆肥實驗
混合堆肥實驗裝置如圖1所示。
 圖1混合堆肥的實驗裝置 |
2.3實驗控制因子
2.3.1物料配比。據(jù)資料報導(dǎo)，將污水廠的脫水污泥、城市生活垃圾、排水管污泥按一定比例混合，使它達(dá)到含水率為45%～60％，有利于堆肥的發(fā)酵。經(jīng)初步實驗及計算，得出城市生活垃圾：污水廠脫水污泥：排水管污泥為7:1.5:1.5較理想。
2.3.2通風(fēng)。主要確定通風(fēng)量與通風(fēng)時間。通風(fēng)量是根據(jù)堆層的溫度變化來決定的。而通風(fēng)時間則根據(jù)堆層中氧濃度的變化來確定。
2.3.3溫度。堆肥的溫度控制在55～65℃較好，過高，水分易蒸發(fā)，對反應(yīng)不利；過低，不易殺死細(xì)菌。
2.3.4實驗步驟。將污水廠的脫水污泥、城市垃圾與排水管污泥按比例混合后投放到堆肥裝置，開始一次發(fā)酵，當(dāng)一次發(fā)酵完成后再進(jìn)行二次發(fā)酵。最后進(jìn)行后處理，形成堆肥產(chǎn)品。
3、實驗結(jié)果與分析
3.1實驗結(jié)果
在前述實驗與計算的基礎(chǔ)上，確定物料配比為：城市生活垃圾：污水廠脫水污泥：排水管污泥為7:1.5:1.5。
一次發(fā)酵前后物料成分的變化見表2，一次發(fā)酵過程中溫度隨時間的變化見圖2，發(fā)酵過程中通風(fēng)對堆層氧濃度變化見圖3，發(fā)酵過程中N-NH3NO4的變化見圖4。
表2一次發(fā)酵前后物料的變化 |
 圖2一次發(fā)酵過程中溫度隨時間的變化 |
 圖3發(fā)酵過程中通風(fēng)對堆層氧濃度變化 |
 圖4發(fā)酵過程中N-NH3NO4的變化 |
3.2分析
3.2.1從圖2中可以看出，反應(yīng)時間進(jìn)行到32h時，溫度升高到68℃，以后一直維持在60℃以上，至152h時才下降，表明微生物的活躍期是120h。
3.2.2圖3表示堆肥4h后堆層氧濃度的下降趨勢，可以看到，當(dāng)氧濃度為21％時，經(jīng)15min后，氧濃度下降，小于10％，此時應(yīng)通風(fēng)。
3.2.3二次發(fā)酵的目的是使進(jìn)一步難分解的物質(zhì)分解成穩(wěn)定的堆肥物。此時堆肥中的微生物從異養(yǎng)優(yōu)勢轉(zhuǎn)人自養(yǎng)優(yōu)勢，并伴隨有明顯的硝化過程，圖4表明了NH3向NOx轉(zhuǎn)化的過程。
4、結(jié)論
4.1當(dāng)選用城市垃圾和污水廠脫水污泥及排水管污泥（下水道污泥）作為混合堆肥發(fā)酵的原料時，他們的最適合比例為：城市垃圾（66%～74％），污水廠脫水污泥（13％～17％），排水管污泥（13％～17%）。
4.2堆肥原料的含水率應(yīng)控制在46%～48%，空隙率為0.51～0.53。
4.3 通風(fēng)量：通風(fēng)能力每立方米堆層大于50m3/h（風(fēng)壓為4903Pa，堆高為2.5m）。在一次發(fā)酵時通風(fēng)和停風(fēng)的比例：在發(fā)酵的第1～2d鼓風(fēng)和停止鼓風(fēng)的比例為25％～35%，第3～4d時為40%～60％，第5～8d時為10%～20%，第9～l0d為50%。
4.4一次發(fā)酵的溫度應(yīng)控制在55～65℃，不應(yīng)超過70℃，維持120h。
4.5發(fā)酵周期：一次發(fā)酵為10d，二次發(fā)酵為15d。
4.6堆肥產(chǎn)品的理化性質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)對照見表3。
表3堆肥產(chǎn)品的理化性質(zhì) |
上述堆肥產(chǎn)品的理化性質(zhì)和無害化指標(biāo)均符合GB4284農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)（堿性土壤、中性土壤）及GB8172-87城鎮(zhèn)垃圾農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)。
4.7堆肥成品的無害化指標(biāo)見表4（在上述所選定的配比范圍內(nèi)時）。
表4堆肥成品的無害化指標(biāo)  |
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