吳淞污水處理廠污泥好氧堆肥工藝簡介
引言
污水廠污泥因其獨特的物性和特性一直較難處理，因此，污水廠通常將污泥濃縮脫水后直接外運填埋，以節省廠內運行費用。這一現象隨著《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的實施將被改變，該標準對污水廠污泥的處理提出了更高的要求，且提出了相應的標準，如下表1所示。對照此標準，目前大多數現有污水廠需增設污泥穩定化處理設施。
表1 污水廠污泥穩定化控制指標
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上海吳淞污水處理廠處理規模為4.0萬m3/d，為典型的城市生活污水處理廠，為滿足GB18918-2002的要求，污水廠將進行改造，其中，污泥處理與處置過程擬增設好氧堆肥設施，使污泥在廠內經處理后達到穩定化、資源化利用的目標。
1 好氧堆肥工藝的原理及過程控制參數
（1）工藝原理
好氧堆肥是在有氧條件下，好氧細菌對廢物進行吸收、氧化、分解。微生物通過自身的生命活動，把一部分被吸收的有機物氧化成簡單的無機物，同時釋放出可供微生物生長活動所需的能量，而另一部分有機物則被合成新的細胞質，使微生物不斷生長繁忙殖，產生出更多的生物體的過程。在有機物生化降解的同時，伴有熱量產生，因堆肥工藝中該熱能不會全部散發到環境中，就必然造成堆肥物料的溫度升高，這樣就會使一些不耐高溫的微生物死亡，耐高溫的細菌快速繁殖。生態動力學表明，好氧分解中發揮主要作用的是菌體碩大、性能活潑的嗜熱細菌群。該菌群在大量氧分子存在下將有機物氧化分解，同時釋放出大量的能量。據此好氧堆肥過程應伴隨著兩次升溫，將其分成三個階段：起始階段、高溫階段和熟化階段。
起始階段：不耐高溫的細菌分解有機物中易降解的碳水化合物、脂肪等，同時放出熱量使溫度上升，溫度可達15~40℃。
高溫階段：耐高溫細菌迅速繁殖，在有氧條件下，大部分較難降解的蛋白質、纖維等繼續被氧化分解，同時放出大量熱能，使溫度上升至60~70℃。當有機物基本降解完，嗜熱菌因缺乏養料而停止生長，產熱隨之停止。堆肥的溫度逐漸下降，當溫度穩定在40℃，堆肥基本達到穩定，形成腐植質。
熟化階段：冷卻后的堆肥，一些新的微生物借助殘余有機物（包括死后的細菌殘體）而生長，將堆肥過程最終完成。
（2）好氧堆肥的控制參數
機械化好氧堆肥過程的關鍵，就是如何選擇和控制堆肥條件，促使微生物降解的過程能快速順利進行，一般來說好氧堆肥要求控制的參數有：
供氧量
對于好氧堆肥而言，氧氣是微生物賴以生存的物質條件，供氧不足會造成大量微生物死亡，使分解速度減慢；但供冷空氣量過大又會使溫度降低，尤其不利于耐高溫菌的氧化分解過程，因此供氧量要適當，一般為0.1~0.2m3/m3.min，供氧方式是靠強制通風，因此保持物料間一定的空隙率很重要，物料顆粒太大使空隙率減小，顆粒太小其結構強度小，一旦受壓會發生傾塌壓縮而導致實際空隙減小。因此顆粒大小要適當，可視物料組成性質而定。
含水率
在堆肥工藝中，堆肥原料的含水率對發酵過程影響很大，水的作用一是溶解有機物，參與微生物的新陳代謝；二是可以調節堆肥溫度，當溫度過高時可通過水分的蒸發，帶走一部分熱量。水分太低妨礙微生物的繁殖，使分解速度緩慢，甚至導致分解反應停止。水分過高則會導致原料內部空隙被水充滿，使空氣量減少，造成向有機物供氧不足，形成厭氧狀態。同時因過多的水分發，而帶走大部分熱量，使堆肥過程達不到要求的高溫階段，抑制了高溫菌的降解活性，最終影響堆肥的效果。實踐證明堆肥原料的水分在50~50％為宜。
碳氮比
有機物被微生物分解的速度隨碳氮比變化，微生物自身的碳氮比約為4~30，因此用作其營養的有機物的碳氮比最好也在該范圍內，當碳氮比在10~25時，有機物被生物分解速度最大。如果碳氮比過高，堆肥成品的比值也過高，即出現“氮饑餓”狀態，施于土壤后，會奪取土壤中的氮，而影響作物生長。堆肥過程適宜的碳氮比應為20~30。
碳磷比
磷對微生物的生長也有很大影響，城市污水處理廠的污泥含有豐富的磷，可滿足微生物生長的需要，堆肥原料適宜的碳磷比為75~150。
PH值
PH值是微生物生長的重要條件，在堆肥初期，由于酸性細菌的作用，PH值降到5.5~6.0，使堆肥物料呈酸性，而后由于以酸性物為養料細菌的生長和繁殖，會使PH值上升，堆肥過程結束后物料的PH值上升到8.5~9.0。
2 吳淞污水廠好氧堆肥工藝簡介
工藝過程
在吳淞污水處理廠改造中，擬引進日本的渦流加壓混扎機（Eco Herds）高品質快速堆肥化系統。該系統將污泥和水分調整材料（稻殼、木屑、熟肥返回料）在密團的裝置中加壓混軋，使污泥和水分調整材料均勻混合。原料加入渦料加壓混軋機后，加壓混軋時間（機器內停留時間）約10分鐘左右，在此期間產生磨擦熱后，原料溫度達到50℃左右，如此，使在45℃以下具有活性的低溫菌、中溫菌、以及惡臭菌活性化。同時，促進發酵、分解的好氧高溫菌增殖，使原料在惡臭難以產生的環境中實現快速堆肥處理。
系統構造
Eco Herds式高品質快速堆肥化系統的構造分二部分。
原料部分：由待處理原料一次儲存的[原料料斗]、水分調整材料一次儲存的[輔料料斗]以及熟肥返回料儲存的[饋料料斗]構成。
輸送部分：由將[原料料斗]的原料定量供料的[供給輸送裝置]和供給返回料的[皮帶式輸送裝置]構成。
原料供給量的調整、水分調整材料供給量的調整、以及熟肥返回料供給量的調整，都由控制面板按輸入程序控制。異物混入時，異物檢出機動作，裝置全體自動停止運行。原料、輔料及返回料供給機中，如任何一個發生空倉狀態時，全裝置停止運行，同時控制面板警示燈亮燈示警，各供給機有原料投入時，自動啟動并連續運行。
工藝特點
Eco Herds式高品質快速堆肥化系統的特點：
1、為使原料、水分調整料、返回熟料混合進入機械的含水率達到60~65％，各供給機的供給量須給予調整。
原料的供給量由輸入程序設定
水分調整的供給量由輸入程序設定
返回熟料的供給量由輸入程序設定
根據原料水分的變動，調整水分，可以通過增減返回熟料的供給量進行調整
由于水分調整料增減的調整，堆肥的成分會參差不齊，因此通過增減返回熟料的供給量進行調整，可使堆肥成分穩定化。
2、Eco Herds的處理（加壓混軋）后排出的堆肥化物，由自走式連續攪拌機在發酵槽內20~25天邊攪拌邊發酵，由自走式連續攪拌機進行的攪拌與迄今為止的攪拌機不同，是為了Eco Herds 處理后，更進一步促進發酵而專門開發的裝置。
Eco Herds處理后的堆肥化物、原料的顆粒較小、顆粒表面附有裂痕，因此使得菌體易于進入并在短時間內進行分解。分解進行的同時，與分解相應的氧氣供給是必須的，能否滿足這一重要條件是穩定發酵所必須的。
自走式連續攪拌機組合而成的系統，實現了短時間內的穩定、完全發酵、熟化堆肥。
3、產品堆肥
使用粉碎的稻草能產生完成發酵、熟化的堆肥
由返回料進行水分調整，因此能產生成分穩定的堆肥
由于加壓混軋，雜草的種子和病原菌被滅活，因此能產生安全的堆肥
氮、磷、鉀的添加，可使產品根據耕種農業的要求生產出附加價值更高的堆肥。
3 吳淞廠污泥堆肥產品成分表
為驗證好氧堆肥工藝對吳淞污水廠污泥的處理效果及堆肥后污泥的性質，采集了吳淞廠現有污泥的樣本，進行了試驗驗證，經堆肥后的污泥成分檢測如下表2所示。
表2 吳淞廠現狀污泥堆肥成分表
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經評估，上表數據符合JA（日本農業協會）的標準，可用于任何經濟農作物。
高品質快速堆肥化系統致臭物質測定
高品質快速堆肥化系統的環境質量可以達到相應的環境質量標準。其堆肥過程的致臭物質測定值（日本檢測數據）如下表3所示：
表3 吳淞污水廠污泥堆肥過程致臭物質分析
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從以上對堆肥過程環境氣體質量的監測數據來看，本堆肥過程的環境空氣質量完全可以滿足我國的國家標準。
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