污泥膜覆盖高温好氧发酵的实验研究

朱海伟 陶依雯 吴海俊 王晨

（上海元钧环保科技有限公司 上海 200331）

污泥膜覆盖高温好氧发酵的实验研究

朱海伟 陶依雯 吴海俊 王晨

（上海元钧环保科技有限公司 上海 200331）

膜覆盖高温好氧发酵工艺是一种将微孔功能膜作为脱水污泥好氧发酵处理覆盖物的工艺技术。本实验利用上海奉贤污泥厂的新鲜脱水生活污泥，采用两阶段共24d的膜覆盖高温好氧发酵工艺。实验结果表明：通过调节物料含水率和C/N，经过膜覆盖高温好氧发酵处理，污泥有机质发生降解，含水率不断下降，最终稳定在45%左右；2种不同工况的最高温度均达到70℃以上，并在60℃维持8天以上，有效杀灭病原菌及杂草种子，实现污泥无害化、稳定化和减量化的要求。

污泥；膜覆盖；好氧发酵

多年运营经验表明，生活污泥应在污水处理厂内就地规范处理，减少污泥处理成本，避免二次运输污染。所以我公司根据实际情况引进了污泥膜覆盖高温好氧发酵技术，并因地制宜进行了优化。

覆盖功能膜的堆体在鼓风的作用下，在膜内形成一个低压内腔，从而使堆体供氧均匀充分，温度分布均匀，可以确保发酵物的卫生化水平，保证致病性微生物在发酵过程中得到有效杀灭，大大减少敞开式堆体工艺由于局部易发生厌氧而导致的臭气产生[1]。

本研究采用膜覆盖高温好氧发酵工艺技术研究污泥好氧发酵过程中温度、含水率、有机质含量、种子发芽率（GI）等因素的变化。

1 实验材料与方法

1.1 实验装置

该装置采用双层全钢结构制作而成（见图1），装置外形尺寸5.5m×2.7m× 2.0m。实验装置的主要特点为底部设有强制通风曝气槽，两侧设计有功能膜固定装置，电气控制及供风系统集成在装置后端。

图1 实验装置示意图

1.2 实验材料

实验污泥采用上海奉贤污泥厂的新鲜脱水生活污泥，含水率78.5%，总有机质51.8%，总氮3.2%，种子发芽率（GI）16.3%；污泥发酵实验用辅料为秸秆，含水率19.6%，总有机质72.9%，总氮0.76%；污泥发酵实验用回料含水率44.3%，总有机质38%，总氮2.53%。为避免成熟秸杆与污泥混合不均造成污泥结块，将秸杆切割为长1cm～2cm的段。实验组分Ⅰ、Ⅱ共2组进行，混合后特性见表1，组成比例见表2。

表1 污泥、回料、辅料混合特性表

表2 污泥、回料、辅料组成比例

1.3 实验方法

新鲜脱水生活污泥与辅料、腐熟回料按表2进行配比，进入混合破碎机充分混合并均匀破碎后，通过布料机送入污泥发酵装置进行膜覆盖高温好氧发酵。

实验膜覆盖高温好氧发酵工艺分两个阶段进行。一次发酵过程在发酵仓内完成，发酵周期为12d，发酵温度应保持在55℃以上且持续时间不得少于6d；一次发酵完成后翻堆进行二次发酵，发酵周期为12d。一次及二次发酵堆体供氧均采用离心风机强制鼓风供氧，通气频率为间歇鼓风。

发酵堆体分Ⅰ、Ⅱ组进行，在发酵过程中监测温度、含水率、有机质含量及种子发芽率的变化。

1.4 测定项目及方法

2 实验结果与分析讨论

表3 测定项目及方法

2.1 膜覆盖高温好氧发酵过程中温度的变化

第Ⅰ、Ⅱ组在两阶段内膜覆盖高温好氧发酵过程中的温度变化如图2、图3所示。第Ⅰ、Ⅱ组经过2天时间，堆体温度都达到了55℃以上，分别在第3天和第四天达到最高温度72℃和71.5℃，并在60℃以上高温维持了8天左右，确保了发酵物的卫生化水平，保证致病性微生物在发酵过程中得到有效杀灭。由图1可知第Ⅰ组比第Ⅱ组的温升速率略快，可能是因为第Ⅰ组比第Ⅱ组的初始含水率低，回料比例大，初始时微生物含量较多，微生物分解有机质所释放的能量较多所致。

从第12天开始为二次发酵阶段。此阶段微生物降解的物质主要是难降解有机物，分解速率较慢，故温度上升空间较小。由图2可见，第Ⅱ组发酵时达到最高温度较第Ⅰ组高，可能与第Ⅱ组初始含水率较高有关。第Ⅱ组初始含水率较高，导致在经过一次发酵后可能未达到基本腐熟程度，而部分未分解的有机质在二次发酵的初期得到了进一步降解。

好氧发酵初期，堆体基本呈中温，嗜温微生物活动频繁[2]，其生长速率呈对数增长，并在1d～2d内达到最大值。当堆体温度上升超过55℃进入高温阶段，嗜温微生物受到抑制甚至死亡，取而

代之的是嗜热微生物，堆体温度表现为急剧上升至60℃甚至70℃以上。此时，堆体中的可溶性有机质继续被氧化分解，复杂的有机质如半纤维素、纤维素和蛋白质也开始被强烈分解。在好氧发酵后期剩下部分难分解的有机质和新形成的腐殖质，这时微生物的活性下降，堆体发热量减少，温度下降趋势缓慢，最终堆体温度向环境温度过渡。

图2 第Ⅰ、Ⅱ组一次发酵过程中的温度变化

图3 第Ⅰ、Ⅱ组二次发酵过程中的温度变化

2.2 膜覆盖高温好氧发酵过程中含水率与有机质的变化

第Ⅰ、Ⅱ组脱水污泥、回料及辅料的混合比例不同，混合后进入发酵装置的污泥含水率 分别为 62.59%和66.08%。从图4可知，含水率呈下降趋势，在膜覆盖高温好氧发酵进行到第6天时，含水率已分别降至55.1%和57.2%。到好氧发酵结束时，含水率都降至45%以下，从图5可看出污泥呈黄褐色，无明显臭味，呈松散状，从表观上认为已达到腐熟标准[1]。

图4 第Ⅰ、Ⅱ组膜覆盖高温好氧发酵过程中的含水率变化

图5 脱水污泥和膜覆盖高温好氧发酵完成后的物料

第Ⅰ、Ⅱ组的初始有机质含量分别为52.33%和53.11%，符合污泥好氧发酵的有机质含量要求[1]。由于通风和微生物对有机质的降解作用[3]，有机质含量呈下降趋势，第Ⅰ组及第Ⅱ组在膜覆盖高温好氧发酵完成后最终有机质含量均在35%左右。

2.3 膜覆盖高温好氧发酵的GI分析

从种子发芽率（GI）的测定情况可知，脱水污泥的初始GI值为16.3%。经过两次膜覆盖高温好氧发酵后，两组实验污泥的种子发芽率均达到了80%以上，说明经过8天左右60℃以上的高温，可杀灭几乎所有的有害病菌和虫卵，达到完全腐熟标准[1]。

3 结语

3.1 对城市污泥进行膜覆盖高温好氧发酵，经过两阶段共24天的发酵处理，污泥的含水率都大幅度下降，堆肥结束时含水率降至45%左右，可使污泥减量化。

3.2 堆体的最高温度都达到70℃以上，并可在60℃以上维持8天，达到污泥无害化处理的要求，能起到减量、杀菌、无害化的目的。膜覆盖高温好氧发酵可以大大提高脱水污泥种子发芽率。

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部,中华人民共和国国家发展和改革委员会.城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南（试行）[Z]. 2011-03-18.

[2]赵书勤.高温好氧发酵法处理城市污水厂脱水污泥[D].上海∶同济大学,2004∶21.

[3]王彪,完颜华,许丽萍.污泥高温好氧堆肥的实验研究[J].环境科学与管理,2007,32(3)∶133-135.