影响污泥堆肥微生物生存状态的条件

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影响污泥堆肥微生物生存状态的条件

随着污水处理厂的大规模增加,污水得到妥善的处理,而集中了大部分污染物的脱水后污泥的处

置成了一个巫待解决的难题。传统的处理方式一般是填埋或焚烧,填埋势必造成长期的二次污

染,使得污水处理的努力化为乌有,而焚烧会带来一些始料未及的环境污染。经过研究人员多年

的研究,发现污泥的厌氧消化和好氧发酵是较为可靠安全的处理方式。厌氧消化在去除污泥的污

染物的同时,产生的沼气,可以用于发电等用途,但由于沼气产量不稳定,且相对于电厂,产生的电能

微乎其微,不宜接人供电网络,效益有限。而好氧发酵工艺,也就是农业使用了几千年的好氧堆肥

工艺,却可以通过微生物的作用将污泥转化为可以用于绿化甚至是农业生产的高效肥料。因此,

在污泥的处置中,好氧堆肥工艺较为可靠、经济的选择。

好氧堆肥工艺主要通过强化各类微生物对污泥中有机物的降解作用实现污泥的减量化及稳定

化。但微生物的组成比较复杂,微生物种群的组成和数量是随着堆肥过程的变化而变化的。传统

研究主要集中在细菌、真菌和放线菌之间的关系和数量变化上,用培养基方法理清发酵过程中细

菌、真菌和放线菌的变化情况。提出细菌总数和放线菌的变化过程都遵从高一低一高的趋势,而

真菌的趋势却呈现一直下降的状态。这样的分析方法无法描述微生物的具体菌群内容,无法具体

明确过程中实际发生的反应。现在研究人员采用变性梯度凝胶电泳分析法(DGGE)对堆肥过程

中每个阶段中微生物的种群和数量给出了较为明确的描述。在常温阶段,一般是在第 0一4天,

物料中含有高浓度的有机酸,此阶段微生物多是发酵能力强的细菌,快速分解有机物;在高温阶段,

一般是在第 4一13 天,美国国家环保局(USEPA)规定高温堆肥在 55℃以上要维持 3一5天,我国

国家标准规定是在 50-55 以上维持 5一7天,以达到杀灭病原菌和杂草种子的目的上。pH 及温度

明显升高,发酵细菌数量减少,与嗜热芽抱杆菌有关的微生物大量出现进行蛋白分解,并产生大量

氨气;在冷却阶段,一般是在第 13 一32 天,出现梭状芽抱杆菌类的专性厌氧菌,降解复杂的有机物,

此阶段堆肥堆中出现了大量的局部厌氧环境;随后的腐熟阶段,一般是在第 32 一45 天,物料中出

现大量的与节杆菌属有关的土壤微生物,使得腐熟产品与土壤类似。由此可见,污泥堆肥的核心

动力是微生物的活性和稳定性。因此,通过改善每个阶段相应微生物的生存条件和生存环境,就

可以达到提高堆肥效率的目的。

现阶段,研究影响微生物生存状态的条件主要方向在提高微生物种群数量,改善通风条件,调整辅

料情况等方面。

1 微生物种群数量

传统堆肥法一般都是利用堆料中的土著微生物来降解有机污染物,但存在发酵时间长、产生臭味

且肥效低等问题。而在堆肥初期通过菌剂接种可提高堆肥微生物数量,加速堆肥反应进程。

1.1 接种菌剂对堆肥的作用早在40 年代,美国就通过接种细菌使堆肥时间缩短 1一3d。许多研究

结果对堆肥过程中接种菌剂的促进作用还是充分肯定的,不少学者已致力于研究堆肥不同阶段起

关键作用的微生物,并在自然界进行优质高效菌群的筛选和接种技术的探讨。

1.1.1 提高堆肥的腐熟速度

通过电镜扫描结果表明,接种细菌比不接种细菌的处理角蛋白降解更完全,生物被膜形成的更

早。进行菌剂接种的堆料能迅速通过常温阶段,进人高温阶段,节省堆肥过程的起步时间。

1.1.2 提高堆肥的腐熟质量

固氮:堆肥过程中各阶段均有不同程度氮素损失,氮损失的重要途径是NH:挥发,NH:产生和挥发

损失的高峰期主要是在升温期。石春芝等91 和蒲一涛等在生活垃圾中接种固氮菌,堆肥的含氮

量有一定提高,保证了腐熟后肥料的质量。

杀毒:国外多项实验证明,用生物技术方法降解尼古丁毒性的可行性,且证实通过高温堆肥处理对

毒性有机物的降解有显著效果。据相关研究,在城市污泥堆肥过程中,微生物类群的数量变化与

毒性有机物的含量呈正相关关系。通过微生物的生物作用,使最终产品中的毒性降低,达到相关

标准。

灭菌除草:沈根祥等报道了HsP 菌剂能迅速提高牛粪堆肥的发酵温度,有效杀灭粪中所含的杂草

种子和虫卵病菌,具有快速堆肥腐熟和无害化的功效。庞金华等和顾希贤等分别用菌剂堆肥成品

进行肥效试验,结果证明施接菌堆肥比施不接菌堆肥增产显著。席北斗等接种高效复合微生物菌

群生产的堆肥成品中含有大量生物活性的微生物,是一种良好的生物活性有机肥料。

1.1.3 对堆肥除臭效果显著

接种菌剂可以降低 NH3 的排放。在常温阶段,随着微生物快速生长和繁殖,加速了有机氮的分解,

并以NH4+一N的形式快速积累的结果。而后随着温度、pH 值的升高,积累的NH4+一N一部

分以 NH3 的形式释放到大气中,一部分被微生物同化或被硝化成 No3 一N。通过菌剂接种,可以

将升温过程缩短,同时由于菌剂的固氮作用,减少NH3 的释放,达到除臭效果。

1.2 接种菌剂的实际效果

在张陇利等进行的试验中充分证实了微生物菌剂的接种对污泥堆肥的积极作用。

试验中接种菌剂为研制的复合微生物制剂,主要有酵母菌、乳酸菌、放线菌和丝状真菌四类近

ro 个菌株构成。试验设计用污泥、锯末和回流堆肥三种物料按不同比例混合成6个试验堆体。

堆体为 1.5mx1mx1.Zm 的梯形,初始含水率为55%,C/N 比为 20 左右,露天堆肥,当堆体超过65℃

时翻堆,低于 65℃时,间隔2天翻堆。经过为期 21 天的数据收集和分析工作,研究小组对 6个堆体

的总碳、总氮和发芽指数变化进行了分析。试验证明,所有堆体温度在 50℃以上均保持了 7天

以上,满足堆肥卫生标准,发芽指数GI 在50%一80%:之间,堆肥基本无毒性;而接种菌群的堆体升

温速率和温度最高值均大于未接种菌群的堆体,且接种菌群的堆体增加率水分散失额有机质降解

速度,控制了氮的损失,提高了 GI 值。

从接种菌剂的理论分析和实际试验中,可以得出接种菌剂对于污泥堆肥工艺效率和质量的提高起

到了巨大的积极作用,节省堆肥时间,降低了运行成本。

2 通风条件

氧气是影响堆肥进程的关键因素,是判断堆肥阶段的重要参数!”,。氧气的供给影响到堆肥过程

中微生物活动、温度控制、臭气产生、堆肥速度和质量等诸多方面。

2.1 通风对堆肥的影响

2.1.1 影响堆肥的速度

堆体氧气状况直接影响堆肥微生物的活性,从而影响碳的转化形式。通风是改善氧气状况的重要

措施 L”〕。污泥好氧堆肥过程的碳主要以 coZ 的形式去除,但当堆体出现通风不畅而导致的局

部厌氧环境时,碳会通过厌氧菌的作用生成 CH、的形式排放。但由于 CH4 性质不稳定,部分厌

氧产生的 cH、在好氧区域又被氧化为 c02。研究表明,污泥堆肥的最佳通风量为 8.48L·h ’一·kg

’一(干基),此时 CH4 的排放量仅为初始总碳的0.12%。。而改变通风强度会增大 CH、的排放,通

风量为 1.69L·h ‘一·kg ’一(干基)和16.63L·h ‘一·kg ’一(干基)时cH4 的排放量分别是最佳通风量

时的 27 倍和5倍。主要原因就是通风量过低,堆体易出现厌氧区域,增加 CH4 产生量;通风量过

高会缩短 CH4 的氧化时间,增加 cH、排放量。因此,在好氧发酵过程中,应通过调节通风状况,减

少cH、的产生,最大程度培养和增加好氧微生物,进而提高好氧发酵的速率。

2.1.2 影响恶臭气体的排放

污泥堆肥过程中主要产生的恶臭气体是 HZS,挥发性有机酸(VOAS)和氨气。

根据中科院的相关研究,污泥好氧堆肥过程中产生 HZS 的时段主要集中在堆肥过程的前40 小

时。缺少充足的氧气供应是产生 HZS 的主要原因。保持堆体内部气体中氧气含量超过14%的

就减少HZS 的产生。因此,对堆体进行持续或经常性的通风是避免产生 HZs 污染的最佳策略。

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摘要：

影响污泥堆肥微生物生存状态的条件随着污水处理厂的大规模增加,污水得到妥善的处理,而集中了大部分污染物的脱水后污泥的处置成了一个巫待解决的难题。传统的处理方式一般是填埋或焚烧,填埋势必造成长期的二次污染,使得污水处理的努力化为乌有,而焚烧会带来一些始料未及的环境污染。经过研究人员多年的研究,发现污泥的厌氧消化和好氧发酵是较为可靠安全的处理方式。厌氧消化在去除污泥的污染物的同时,产生的沼气,可以用于发电等用途,但由于沼气产量不稳定,且相对于电厂,产生的电能微乎其微,不宜接人供电网络,效益有限。而好氧发酵工艺,也就是农业使用了几千年的好氧堆肥工艺,却可以通过微生物的作用将污泥转化为可以用于绿化甚至是...

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