花生壳作为调理剂在城市污泥堆肥中的应用

叶长明，任屹罡，魏丽芳，杨艳琴，魏明宝

(郑州轻工业学院河南省表界面科学重点实验室，河南郑州 450002)

随着我国社会经济和城市化的发展，城市污水的数量在不断增长。随着大量污水处理厂的运行，必将产生大量污泥。城市污泥是中国当前亟待解决的问题，污泥堆肥处理是污泥无害化和资源化的重要途径之一［1－2］。近年来，我国在污泥的处理处置方面开展了大量工作。但是由于经济技术原因，我国污泥处理能力还十分薄弱。对于我国这样一个发展中国家来说，高效低耗污泥堆肥处理技术的开发研究和使污泥堆肥产品实现商品化和产业化，具有重大的现实意义和长远意义。

脱水后的污泥含水率在76% ～80%，调节水分，增加孔隙度并增加其碳源。调理剂在污泥堆肥过程中的消耗量非常大，需要有长期稳定的来源以保证堆肥厂的稳定运营。郑州地区花生壳资源十分丰富。花生壳表面坚硬，硅含量高，不易被细菌分解，可以循环使用。利用花生壳作为污泥堆肥调理剂的报道不多，本文通过研究花生壳在堆肥中的应用，为生产实践提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料来源

污泥来源于郑州五龙口污水处理厂脱水污泥，污泥样品的含水率79.82%，有机质为52.52%，氮的含量为2.02%，重金属含量如表1所示，重金属含量比较低，污泥采用好氧堆肥之后适宜于土地利用。花生壳和秸秆来源于郑州八岗污泥处置厂，花生壳含水率18.81%，有机质69.31%，秸秆含水率24.25%，有机质 57.21%。

1.2 试验方法

1.2.1 堆肥方法

表1 郑州市五龙口污水处理厂污泥重金属含量(mg/kg，以干污泥计)

堆肥量与配比如表2所示，每个堆体加入3 kg的堆肥回料。1号堆、2号堆和3号堆考察的是花生壳不同堆肥配比对堆肥效果的影响，以探讨最佳的堆肥比例。4号堆是作为1、2、3号堆的对比空白试验。4号和5号堆试验是考察秸秆的添加比例对堆肥效果的影响。五个堆体均采用人工翻堆好氧堆肥，分别在上堆后每隔两天进行人工翻堆。

表2 堆料组成

1.2.2 采样方法

采用多点取样组成混合样的方法，料堆表面下10 cm对称分别四个取样点及中点处共取5个样混合均匀。

1.2.3 温度

每天早、中、晚在堆体的中心进行测定，取平均值。

1.2.4 有机质

采用重铬酸钾容量法。

1.2.5 pH 值

称取5 g左右的鲜样，按照1∶10(鲜样重∶蒸馏水体积)的比例混合，稍搅拌，浸24 h，用快速滤纸过滤，过滤后测试滤液。

1.2.6 全磷

钼锑抗分光光度法。

1.2.7 氨氮

纳氏试剂法。

1.2.8 种子发芽指数

取鲜样与蒸馏水按1∶10(质量∶体积)比例混合振荡2 h，浸提液在5 000 r/min下分离20 min，上清液过滤后待用。将一张滤纸置于干净的培养皿中，滤纸上整齐摆放30粒黄豆种子，准确吸取5 mL滤液于培养皿中28℃培养72 h，每个样品做三次重复试验，同时用去离子水作对照。

2 结果与讨论

2.1 各堆体中心温度

图1 各堆体中心温度的变化

各堆体中心温度变化如图1所示，五个堆体在堆肥前4天为快速升温期，各堆料快速升温后下降并有一个相对稳定的中温期。堆体2升温速率最快，在堆肥的第4天即达到最高温度65℃。堆体1、3、4、5在堆肥的第3天堆体温度均升至55℃以上，并在堆肥的第4天均升至到最高温度分别为:58、56、55、57℃。四个堆体均可以维持55℃以上的高温期3天，满足了堆肥卫生学指标的要求［3－4］。从温度的变化可以看出:花生壳是良好的蓬松剂，堆肥效果好，适宜作为污泥堆肥的填充剂。

2.2 有机质和含水率的变化

有机质和含水率的变化如表3所示，可以看出，初始物料中污泥占总固的比例越大，其一次堆肥有机物降解的比例越大。在一次堆肥的过程中，微生物主要分解对象为污泥中的可降解有机物成分，而调理剂的分解有限，这和花生壳难降解的特点是一致的。从此次堆肥的情况来看初始污泥占总物料的比例偏小。建议污泥与花生壳的质量比在8∶(1～2)之间最为适宜。

表3 堆肥前后物料性质的变化

从堆体2(污泥、花生壳质量比7∶2)与堆体1(污泥、花生壳质量比8∶1)、堆体4、堆体5的含水率变化比较可以看出，填充料(花生壳)的比例高，水分的降低速率越快，由此说明空隙率越高，通风效果越好，越有利于水分的散失。

从堆体2(污泥、花生壳质量比7∶2)与堆体3(污泥、花生壳质量比8.5∶2.5)的含水率变化可看出，填充料比例高低不是影响水分散失的唯一因素。

因此污泥堆肥含水率的减少主要跟高温持续时间和空隙率两个因素有关。

2.3 全磷的变化

全磷随时间的变化见图2。

图2 全磷含量曲线图

从图2中可以看出，污泥堆肥过程中的全磷含量一直保持上升趋势。堆体2和堆体1、3比较发现高温阶段磷分解比较快，说明高温有利于全磷的增加;堆体4和堆体5比较发现，秸秆的添加有利于微生物的活动，但作用不是很理想。在堆肥过程中全磷含量一直保持上升趋势，调理剂(花生壳)的添加量为20%时，堆肥效果较好。

2.4 氨氮的变化

氨氮变化如图3所示，从图3可看出，堆体2从初始的2.24 g/kg于第7天时上升到最大值，随后氨氮的含量急剧开始下降，到结束时所处理的污泥堆肥样品中降为0.80 g/kg。之后堆肥样品中氨氮的含量一直降低，最后趋于稳定。堆体2和堆体1、3比较发现高温阶段氮分解比较快，符合高温有利于氨氮的增加;堆体4和堆体5比较发现秸秆的添加有利于微生物的活动，但作用不是很理想。

图3 各堆体氨氮含量曲线图

在堆肥过程中氨氮含量在堆肥前7天上升较快，达到最大值后，开始急剧降低，调理剂(花生壳)的添加量为20%的时候堆肥效果较好。

2.5 pH值的变化

堆肥中pH值变化如图4所示，从图4可以看出，堆体4、5前期pH值呈下降的趋势，这可能是因为堆体4、5的堆积密度较大，在堆肥的初期需要氧含量高，从而在堆体早期形成厌氧的环境。而厌氧现象的发生，则会生成大量硫化氢等酸性气体，使pH值下降。随着对堆体的翻堆，这种厌氧现象逐渐消失，堆体的pH值逐渐升高。堆肥pH值应在6～9之间［5］，pH值过高和过低都会影响堆肥效率。

图4 各堆体pH值的变化

2.6 种子发芽指数的变化

种子发芽指数是为了检测堆肥的腐熟效果，是一种生物评价指标。一般认为，污泥湿样品的发芽指数大于50%时即表明堆体产品基本没有毒性，堆肥腐熟［6－7］。种子发芽率变化如图5所示，由图5知，堆体1、2、3最后均达到腐熟，满足污泥排放的标准，但是堆体4、5没有满足，说明调理剂(花生壳)对堆肥效果的影响较大。

图5 各堆体种子发芽率

3 结论

利用花生壳和秸秆作为堆肥调理剂，初始含水率为60%左右都可以达到堆肥的卫生学标准，由于花生壳花生壳表面坚硬，空隙较大通气性好，而且不易被细菌分解，可以循环使用，效果更好，好氧堆肥，能使污泥堆肥温度升至55℃，并维持3 d以上，使污泥达到无害化和稳定化，当花生壳添加量为20%左右时，堆肥升温较快，全磷含量高，氨氮损失小。

［1］陈江萍，张延青，郭一令，等.污泥处理、处置及资源化技术研究［J］.青岛理工大学学报.2011，32(5):85－89

［2］陈现明，原培胜，白振光，等.好氧堆肥技术在城镇污水厂污泥处理中的应用［J］.舰船防化，2011(5):40－44

［3］中华人民共和国标准.粪便无害化卫生标准［S］.GB7959－87.

［4］USEPA.A plain english guide to the EPA part 503 biosolids rule［S］.EPA/8322/R－93/003，1994.

［5］Design Manual Number 44:Composting ofmunicipal wastewater sludge［J］.WWBLDMUS EPA 625/4－85/014.

［6］田 炀，刘丽芬，张兴文，等.秸秆与污泥混合堆肥研究［J］.大连理工大学学报，2003，43(6):380－383.

［7］李宇庆，陈 玲，赵建夫，等.城市污水厂污泥快速高效堆肥技术研究［J］.农业环境科学学报，2005，24(2):380－383.