張媛麗

（國(guó)電東北環(huán)保產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司，遼寧沈陽(yáng) 110014）

1 引言

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的污泥干化工藝技術(shù)主要有生物干化、熱干化、熱電廠混燒三類［1］，此三類技術(shù)在國(guó)外也有較長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用，屬于成熟工藝。生物干化技術(shù)與堆肥類似，主要是指通過(guò)一體化的機(jī)械特性改善自然的生物干化，使最終產(chǎn)品得到改善，達(dá)到要求的干化效果［2］。

在污泥生物干化過(guò)程中，含水率、通風(fēng)系統(tǒng)、溫度、pH、C/N、填料等因素均影響干化的進(jìn)程和最終產(chǎn)品的質(zhì)量。在諸多因素中，填料是生物干化的主要控制因素，其選擇直接影響堆體內(nèi)微生物發(fā)酵過(guò)程。本次選定稻殼為項(xiàng)目啟動(dòng)原料，主要是考慮其無(wú)需粉碎，成本低，在東北地區(qū)易于收購(gòu)，受季節(jié)影響相對(duì)較低。采用間歇通風(fēng)方式對(duì)物料定時(shí)通風(fēng)，以現(xiàn)有污泥處理項(xiàng)目為研究對(duì)象，工業(yè)化生產(chǎn)，既避免了小試在放大過(guò)程中的不確定性，又可以直接輔助于未來(lái)的工業(yè)化生產(chǎn)，意義重大。本試驗(yàn)在沈陽(yáng)的12 月份進(jìn)行，天氣寒冷，不易干化，考察惡劣天氣下稻殼作為填料的工業(yè)化生產(chǎn)的可利用性和持續(xù)性。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

污泥生物干化技術(shù)初調(diào)試階段，以沈陽(yáng)市市政污泥作為干化基質(zhì)，稻殼作為輔助填充料（均來(lái)自沈陽(yáng)周邊地區(qū)）。污泥和稻殼的各項(xiàng)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 污泥和稻殼的各項(xiàng)參數(shù)

2.2 試驗(yàn)方法

將城市污泥與稻殼按指定比例混合至含水率65%左右，pH 值在7～8 之間。以一條形堆垛中的3 個(gè)堆體為試驗(yàn)對(duì)象，每天用翻堆機(jī)翻堆1 次，向后翻拋約4 m，反應(yīng)周期22 d。采用自動(dòng)化間歇通風(fēng)方式，分區(qū)域?qū)Χ洋w進(jìn)行通風(fēng)。每天分別對(duì)3 個(gè)堆體進(jìn)行采樣（把堆體分為3 層，在不同位置采樣后混合），當(dāng)天檢測(cè)物料的含水率、有機(jī)質(zhì)及堆密度（含水率的測(cè)定采用微波干燥法，有機(jī)質(zhì)和堆密度采用國(guó)標(biāo)法［3］），每天對(duì)堆體的核心溫度和堆高進(jìn)行測(cè)定。

3 結(jié)果與討論

3.1 物料含水率、有機(jī)質(zhì)的變化

生物干化的周期為22 d，物料的含水率由最初的65.3%下降為47.4%，有機(jī)質(zhì)由最初的74.6%下降為54.5%。在本反應(yīng)周期內(nèi)，升溫段為2 d，高溫段為7 d，降溫段為13 d。物料含水率與有機(jī)質(zhì)變化曲線見(jiàn)圖1。

圖1 物料含水率與有機(jī)質(zhì)變化曲線

溫度變化曲線見(jiàn)圖2。

圖2 溫度變化曲線

研究表明，稻殼作為輔料的生物干化反應(yīng)大體上分為3 個(gè)階段：黏質(zhì)期、干化期和風(fēng)化期。物料在黏質(zhì)期的時(shí)候，惡臭明顯，觸感較黏，含水率在63%～65%之間，有機(jī)質(zhì)在71%～74%之間。黏質(zhì)期為反應(yīng)的前5 d，含水率和有機(jī)質(zhì)先增大后減小，主要的原因是物料經(jīng)鏟車混合不均勻，在翻拋2 d 后，物料基本達(dá)到均勻的狀態(tài)，此時(shí)為真正的初始物料的含水率。物料在干化期時(shí)，含水率明顯下降，惡臭味道減弱，含水率在49%～57%之間，有機(jī)質(zhì)在57%～65%之間。干化期一般在反應(yīng)的6～14 d，此時(shí)為菌體的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期和物料的高溫段，在此過(guò)程中，物料的含水率和有機(jī)質(zhì)大幅度下降，反應(yīng)劇烈，是生物干化反應(yīng)的核心反應(yīng)段。在此反應(yīng)段，物料需要大量供氧，但是曝氣量太大又會(huì)使物料的溫度下降，導(dǎo)致菌體的活性降低，適宜的曝氣量是此階段反應(yīng)的關(guān)鍵。隨后進(jìn)入到風(fēng)化期，在此階段物料的含水率和有機(jī)質(zhì)基本不變，含水率在47%～48%之間，有機(jī)質(zhì)在54%～55%之間，反應(yīng)基本結(jié)束。在此過(guò)程中，主要靠通風(fēng)曝氣帶走大量的水分，靠風(fēng)化作用使物料進(jìn)一步干化。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)堆體的核心溫度高于邊墻溫度，因?yàn)檫厜κ墉h(huán)境影響大，在高溫段兩者相差20 ℃左右。為了延長(zhǎng)高溫段，在此過(guò)程中要加大曝氣量，還應(yīng)輔助循環(huán)曝氣使物料的溫度保持在60 ℃左右。當(dāng)堆體進(jìn)入降溫的第一階段，核心溫度直線下降，邊墻溫度基本保持不變，此時(shí)堆體的曝氣應(yīng)采取循環(huán)模式以期延長(zhǎng)高溫段。進(jìn)入風(fēng)化期后，堆體的核心溫度和邊墻溫度基本一致，此階段靠風(fēng)化作用帶走水分，要適量地加大尾部的曝氣量，使堆體在出倉(cāng)時(shí)有較好的干燥度。

3.2 物料堆體積及密度的變化

堆密度由原來(lái)的0.51 t/m3下降到0.31 t/m3，體積基本上保持不變。物料的堆密度在黏質(zhì)期維持在0.5 t/m3左右，干化期和風(fēng)化期降為0.31 t/m3。

4 結(jié)論

（1）在沈陽(yáng)極寒的天氣條件下，以稻殼為輔料的污泥生物干化反應(yīng)良好，無(wú)需外源加熱和添加菌劑，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

（2）稻殼作為輔料的污泥干化過(guò)程，大體上分為黏質(zhì)期、干化期和風(fēng)化期。在黏質(zhì)期物料含水率在63%～65%之間，有機(jī)質(zhì)在71%～74%之間，堆密度在0.5 t/m3左右。干化期時(shí)，含水率下降為49%～57%，有機(jī)質(zhì)為57%～65%，堆密度降為0.31 t/m3，直至反應(yīng)結(jié)束基本保持不變。風(fēng)化期時(shí)，物料的含水率、有機(jī)質(zhì)和堆密度、堆體的核心溫度和邊墻溫度基本不變，此過(guò)程主要靠通風(fēng)曝氣帶走大量的水分，靠風(fēng)化作用使物料進(jìn)一步干化。在整個(gè)反應(yīng)周期，堆體體積變化不大。

（3）干化反應(yīng)的高溫段共7 d，是生物干化反應(yīng)的核心反應(yīng)段，需要大量供氧。