CN109970471A - 一种减少城市污泥堆肥过程中氮素损失的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及城市污泥处理领域，提供一种减少城市污泥堆肥过程中氮素损失的方法，包括以下步骤：将脱水污泥与磷酸盐缓冲溶液混合均匀后，再加入调理剂调节含水率，并混合均匀；混合均匀后的物料进行堆肥化处理，堆肥化处理过程中进行强制通风供氧。本发明通过向城市污泥中投加磷酸盐缓冲溶液，在加快污泥堆肥中有机物降解速率的同时，降低堆肥过程中氮素的损失。当向城市污泥中加入适量的磷酸盐缓冲溶液后，可以加速松散型胞外聚合物向可溶性有机物的转变，从而提高堆体内可生物利用的碳。堆体内的氨同化细菌在更多可利用碳源存在的情况下可以将更多的铵态氮转化成有机氮，而使氮素固定在堆体内，减少堆肥过程中氮素的损失。
Description
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种减少城市污泥堆肥过程中氮素损失的方法。
背景技术
城市污泥是活性污泥法处理市政污水的过程中产生的液态、半固态及固态的废弃物，主要由有机相、无机相和水分组成，污泥中含有大量持久性有机物、易降解有机物、重金属、恶臭物质、寄生虫卵和病原体等，因此污泥排入环境前需进行无害化、稳定化处理。污泥堆肥化处理是污泥稳定化处理的一种，污泥经堆肥后可用于耕地、园地和牧草地等，变废为宝。城市污泥的堆肥化处理有利于节约资源，实现可持续发展，但由于城市污泥的碳氮比低，因此在城市污泥堆肥过程中存在严重的氮素损失问题。氮素损失主要是由氨气挥发造成的。大量的氨气挥发对堆肥厂区操作人员造成健康威肋，还会造成酸雨以及增加自然中氮负荷，造成水体富营养化。此外，氮素作为肥料的主要成分，如果发生流失势必会降低堆肥产品的农用价值。
目前，减少氮素损失的控制方法主要有以下几种：(1)投加物理吸附可以有效的吸附堆肥产生的氨气，但容易吸附饱和，且吸附材料混入堆肥料后不利于堆肥产物的资源化利用；(2)投加化学药剂控制氮素损失，主要是通过中和反应将产生的NH3转化为NH4 +而固定在堆体内，这类化学物质主要有硫酸亚铁、稀硫酸、过磷酸钙等，但为了不影响堆体内微生物活性，这些酸性物质的投加量一般不宜过多，因此固氮量十分有限；(3)通过投加蔗糖、米糠等提高堆料内可利用碳的含量，促进氨的同化作用，将铵态氮转化为有机氮，但该类添加剂成本很高，且投加过量容易在堆肥初期造成酸积累，影响堆肥进程。
专利文献CN107285824A中公开了一种减少有机垃圾中氮素损失的堆肥方法。本发明所述方法包括将含有机垃圾的堆肥底物中加入氮素固定剂进行发酵，其中所述氮素固定剂由氧化镁和磷酸或者盐组成。本发明堆肥方法可以有效的提高有机物的降解，促进堆肥腐熟，缩短堆肥时间，同时降低堆肥过程中的氮素损失，增加堆肥的氮素的含量和养分有效性。该专利采用氧化镁和磷酸或者其盐作为氮素固定剂，主要是利用固定剂内的镁离子(Mg2+)和磷酸根(PO4 3-)离子与堆体内的铵离子(NH4 +)发生沉淀反应，生产磷酸镁铵(MgNH4PO4)沉淀，即鸟粪石，固定过程为化学作用。而磷酸镁铵的生成对堆体内各离子的浓度以及生成环境要求比较高，实际操作难度较大。因此，选择一种合适实用的添加剂，有效的改善污泥的理化性质，在促进堆肥过程中有机质的降解速率的同时，减少氮素损失成为了污泥堆肥过程中面临的紧迫问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种减少城市污泥堆肥过程中氮素损失的方法。本发明中采用磷酸盐缓冲溶液作为添加剂，在加快污泥堆肥中有机物降解速率的同时，降低堆肥过程中氮素的损失。
本发明的技术原理是：本发明的技术原理如图2所示。城市污泥中含有大量的菌胶团，这些菌胶团通过胞外聚合物连接在一起，这些胞外聚合物可占污泥中有机物量的80％以上。胞外聚合物由贴着细胞壁的紧密型胞外聚合物和贴着紧密型胞外聚合物的疏散型胞外聚合物。在污泥堆肥过程中，疏散型胞外聚合物可以转移到液相中，变成可生物利用的可溶性有机物。而在污泥中加入适量的磷酸盐缓冲溶液后，堆肥体中的微生物为需要通过分泌更多的胞外聚合物来抵抗外部环境的渗透压，且磷酸盐缓冲溶液可以加速松散型胞外聚合物向可溶性有机物的转变，从而提高堆体内可生物利用的碳。堆体内的氨同化细菌在更多可利用碳源存在的情况下可以将更多的铵态氮转化成有机氮，而使氮素固定在堆体内，减少堆肥过程中氮素的损失。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种减少城市污泥堆肥过程中氮素损失的方法，所示的方法包括以下步骤：
(1)将脱水污泥与磷酸盐缓冲溶液混合均匀后，再加入调理剂调节含水率，并混合均匀；
(2)混合均匀后的物料进行堆肥化处理，堆肥化处理过程中进行强制通风供氧。
优选地，步骤(1)中，所述的磷酸盐缓冲溶液的总浓度(以P元素计)为0.5～1.5mol/L；所述的磷酸盐缓冲溶液至少为一种磷酸一氢盐和一种磷酸二氢盐的组合。
优选地，所述的磷酸一氢盐选自磷酸一氢钠、磷酸一氢钾中的至少一种；
优选地，所述的磷酸二氢盐选自磷酸二氢钠、磷酸二氢钾中的至少一种。但不限于此。
优选地，所述的磷酸盐缓冲溶液的pH值为6.0～8.0。
优选地，所述脱水污泥的含水率为80-85％。
优选地，步骤(1)中，所述的磷酸盐缓冲溶液按照脱水污泥干重(kg)：磷酸盐缓冲溶液摩尔量(mol，以P元素计)为3：1～3的比例投加。所述脱水污泥干重指将脱水污泥在105℃下烘干至恒重后的质量。所述缓冲溶液投加量过少时，不能有效的促进胞外聚合物的分泌；所述缓冲溶液投加量过多时，会导致提供堆肥体系的盐度不利于微生物的生长。
优选地，步骤(1)中，所述的调理剂包括木屑、秸秆中的至少一种，但不限于此。调节含水率至55％～65％，当堆肥的含水率过低时，不利用微生物的生长；过高时，不利于堆体内氧气的传导。
优选地，步骤(2)中，所述堆肥化处理过程中，控制通风量为0.2～0.4L/min/kg物料干重；当通风量过低时，容易造成堆体内氧浓度过低，不利于微生物的生长；过高时，容易过多的带走堆体内的热量，不利用堆体的保温。
所述的物料干重指脱水污泥和调理剂的干重质量，不包括磷酸盐缓冲溶液的质量。
优选地，步骤(2)中，所述堆肥化处理过程中还包括每4-6天进行一次翻堆处理的步骤。堆肥化处理20～30天后即可完全腐熟。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明投加的缓冲溶液pH值范围为6.0～8.0，在此pH值范围内，不会抑制体系内微生物的活性；
(2)利用加强堆肥微生物的氨同化作用使堆肥过程中产生的NH4+被微生物合成有机氮而固定在对体内，从而减少了堆肥过程中因氨气的逸出；
(3)在脱水污泥的堆肥过程中，微生物的氨同化作用始终是在发生的，本发明中只是在堆肥启动期向堆体内投加缓冲溶液，通过提高堆体内可生物利用有机物的浓度加强了氨同化作用，因此具有很强的可操作性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明方法涉及的工艺流程图；
图2为堆肥过程中磷酸盐缓冲溶液促进氨同化进程的原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明以下实施例1～3为参照图1的工艺流程进行实施的，其堆肥过程中磷酸盐缓冲溶液促进氨同化进程的原理如图2所示。
以下实施例采用的磷酸盐缓冲溶液的配制方法为：取适量的磷酸一氢盐、磷酸二氢盐溶于蒸馏水中，配成磷酸盐缓冲溶液。
实施例1
堆肥原料：某城市污水处理成的脱水污泥2kg(含水率80％，脱水污泥干重为0.4kg)，调理剂为木屑0.65kg，磷酸盐缓冲溶液为含有0.1mol磷酸一氢钾和0.1mol的磷酸二氢钾的pH为6.8的溶液200毫升。
将上述原料按附图1所示的工艺流程混合，混合后将含水率为65％的堆料装入罐体内进行强制通风静态堆肥，通风量为0.2L/min/kg物料干重。堆肥30天，每6天进行一次翻堆。
堆肥期间每6天采样一次，测定堆体的含水率、铵态氮、硝态氮、全氮及有机质等。实验结果表明，未添加磷酸盐缓冲时，污泥堆肥的氮素损失为65.3％，添加缓冲溶液的氮素损失为16.7％。这表明，添加缓冲溶液可以有效的减少堆料中氮素的损失。
实施例2
堆肥原料：某城市污水处理成的脱水污泥2kg(含水率85％，脱水污泥干重为0.3kg)，调理剂为秸秆1.3kg，磷酸盐缓冲溶液为含有0.018mol磷酸一氢钠和0.132mol的磷酸二氢钠的pH为6.0的溶液200毫升。
将上述原料按附图1所示的工艺流程混合，混合后将含水率为55％的堆料装入罐体内进行强制通风静态堆肥，通风量为0.4L/min/kg物料干重。堆肥20天，每4天进行一次翻堆。
堆肥期间每4天采样一次，测定堆体的含水率、铵态氮、硝态氮、全氮及有机质等。实验结果表明，未添加磷酸盐缓冲时，污泥堆肥的氮素损失为60.3％，添加缓冲溶液的氮素损失为14.7％。这表明，添加磷酸盐缓冲溶液可以有效的减少堆料中氮素的损失。
实施例3
堆肥原料：某城市污水处理成的脱水污泥2kg(含水率82.0％，脱水污泥干重为0.36kg)，调理剂为木屑0.8kg，磷酸盐缓冲溶液为含有0.114mol磷酸一氢钠和0.006mol的磷酸二氢钾的pH为8.0的溶液200毫升。
将上述原料按附图1所示的工艺流程混合，混合后将含水率为62.5％的堆料装入罐体内进行强制通风静态堆肥，通风量为0.3L/min/kg物料干重。堆肥25天，每5天进行一次翻堆。
堆肥期间每5天采样一次，测定堆体的含水率、铵态氮、硝态氮、全氮及有机质等。实验结果表明，未添加磷酸盐缓冲时，污泥堆肥的氮素损失为64.3％，添加缓冲溶液的氮素损失为35.7％。这表明，添加磷酸盐缓冲溶液可以有效的减少堆料中氮素的损失。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种减少城市污泥堆肥过程中氮素损失的方法，其特征在于，所示的方法包括以下步骤：
(1)将脱水污泥与磷酸盐缓冲溶液混合均匀后，再加入调理剂调节含水率，并混合均匀；
(2)混合均匀后的物料进行堆肥化处理，堆肥化处理过程中进行强制通风供氧。
2.根据权利要求1所述的减少城市污泥堆肥过程中氮素损失的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的磷酸盐缓冲溶液的总浓度为0.5～1.5mol/L；所述的磷酸盐缓冲溶液至少为一种磷酸一氢盐和一种磷酸二氢盐的组合。
3.根据权利要求1或2所述的减少城市污泥堆肥过程中氮素损失的方法，其特征在于，所述的磷酸一氢盐选自磷酸一氢钠、磷酸一氢钾中的至少一种；所述的磷酸二氢盐选自磷酸二氢钠、磷酸二氢钾中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的减少城市污泥堆肥过程中氮素损失的方法，其特征在于，所述的磷酸盐缓冲溶液的pH值为6.0～8.0。
5.根据权利要求1所述的减少城市污泥堆肥过程中氮素损失的方法，其特征在于，所述脱水污泥的含水率为80-85％。
6.根据权利要求1所述的减少城市污泥堆肥过程中氮素损失的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的磷酸盐缓冲溶液按照脱水污泥干重(kg)：磷酸盐摩尔量(mol)为3：1～3的比例投加。
7.根据权利要求1所述的减少城市污泥堆肥过程中氮素损失的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的调理剂包括木屑、秸秆中的至少一种，调节含水率至55％～65％。
8.根据权利要求1所述的减少城市污泥堆肥过程中氮素损失的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述堆肥化处理过程中，控制通风量为0.2～0.4 L/min/kg物料干重；
所述的物料干重指脱水污泥和调理剂的干重质量，不包括磷酸盐缓冲溶液的质量。
9.根据权利要求1所述的减少城市污泥堆肥过程中氮素损失的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述堆肥化处理过程中还包括每4-6天进行一次翻堆处理的步骤。
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| CN1868930A (zh) * | 2006-06-06 | 2006-11-29 | 广东省农业科学院土壤肥料研究所 | 一种利用制碱废渣和城市污泥生产多元酸性土壤调理剂的方法 |
| CN107285824A (zh) * | 2016-04-13 | 2017-10-24 | 香港浸会大学 | 一种减少有机垃圾中氮素损失的堆肥方法 |
| CN109180251A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-01-11 | 江南大学 | 一种好氧堆肥的方法 |
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