城市廢棄物混合堆肥處理的工藝研究
隨著我國經濟的不斷發(fā)展，人民生活水平的提高，相應地城市垃圾也急劇增加，生活質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，經分析測定結果見表1。
表1廢棄物分析結果 |
1.2實驗方法及原理
實驗采用堆肥的方法進行。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物發(fā)酵、腐熟而得到堆肥產品。反應過程如下：
含氮有機物的氧化過程：
CsHtNuOv•aH2O＋O2——CwHvNgOz•cH2O＋H2O＋CO2＋NH3＋能量。
細胞物質的合成過程：
（CxHgOz）＋NH3＋O2——C5H7NO3＋CO2+H2O＋能量。
細胞物質的氧化過程：
C5H7NO3＋5O2——5CO2＋2H2O＋NH3＋能量。
1.3實驗目的
探索堆肥的主要工藝參數，通過實驗確定堆肥物料的混合配比、最佳通風量、一次發(fā)酵期、二次發(fā)酵周期、堆肥的適宜溫度。
2、工藝及設備
2.1工藝流程
廢棄物——預處理——一次發(fā)酵——二次發(fā)酵——后處理——產品。
2.1.1預處理。調整堆肥原料的組成和性質，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，經中溫、高溫然后到達預期溫度并開始下降的整個過程，主要作用是使堆肥物料達到初步穩(wěn)定。
2.1.3二次發(fā)酵。物料經過一次發(fā)酵，還有一部分大量難分解的有機物存在，需進一步發(fā)酵，使之腐熟，這樣可保證其對農田的安全性。
2.1.4后處理。去除堆肥成品的雜質和調整顆粒粒度，使之達到農用的要求。
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。據資料報導，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，使它達到含水率為45%～60％，有利于堆肥的發(fā)酵。經初步實驗及計算，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。主要確定通風量與通風時間。通風量是根據堆層的溫度變化來決定的。而通風時間則根據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)，對反應不利；過低，不易殺死細菌。
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，當一次發(fā)酵完成后再進行二次發(fā)酵。最后進行后處理，形成堆肥產品。
3、實驗結果與分析
3.1實驗結果
在前述實驗與計算的基礎上，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，反應時間進行到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，當氧濃度為21％時，經15min后，氧濃度下降，小于10％，此時應通風。
3.2.3二次發(fā)酵的目的是使進一步難分解的物質分解成穩(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轉化的過程。
4、結論
4.1當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控制在46%～48%，空隙率為0.51～0.53。
4.3 通風量：通風能力每立方米堆層大于50m3/h（風壓為4903Pa，堆高為2.5m）。在一次發(fā)酵時通風和停風的比例：在發(fā)酵的第1～2d鼓風和停止鼓風的比例為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)酵的溫度應控制在55～65℃，不應超過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堆肥產品的理化性質與標準對照見表3。
表3堆肥產品的理化性質 |
上述堆肥產品的理化性質和無害化指標均符合GB4284農用污泥中污染物控制標準（堿性土壤、中性土壤）及GB8172-87城鎮(zhèn)垃圾農用控制標準。
4.7堆肥成品的無害化指標見表4（在上述所選定的配比范圍內時）。
表4堆肥成品的無害化指標  |
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