超声波耦合好氧堆肥预处理结合蚯蚓处理剩余污泥研究

摘要

随着城镇污水处理厂的大量建设和运行，污泥的产量大幅度增加。我国于2015年2月发布的《水污染防治行动计划》（“水十条”）明确指出:在2020年底前，地级及以上城市污泥无害化处理处置率应达到90％以上，由此可见,污泥的处理处置已迫在眉睫。大量研究表明，在污水处理过程中产生的剩余污泥，含有大量有机质和营养元素，是一种有一定价值的资源。因此，开发低碳环保的资源化污泥处理处置技术是目前国内外污水处理行业的研究热点。
　　本文首先分析国内外关于污泥处理处置的主要方法及其优缺点，然后，以污泥处理处置的减量化、无害化和资源化为基本原则，并基于蚯蚓的生态处理功能，选择以污水厂剩余污泥为主要原料，并混合掺加一定量的秸秆和鸡粪，采用超声波破解技术耦合好氧堆肥预处理，结合蚯蚓处理工艺对其进行处置。该研究主要测试了污泥的基本性质、微生物数量、营养物质和重金属含量等指标，进而分析污泥在处理前后，性质的变化特征和影响因素。主要研究内容和研究成果有以下几个方面:
　　好氧堆肥使污泥堆肥堆体温度上升，其产生的高温，能够满足污泥无害化的基本要求。在预处理过程中，含水率、EC（电导率）、有机质、TOC、TN、C/N、富里酸(FA)、病原体含量有不同程度降低，pH值、TP、TK、胡敏酸(HA)、HA/FA值则有不同程度的提高。污泥经过超声波破解耦合好氧堆肥预处理后，污泥的腐殖化和有机质稳定化程度得到初步提高，为下一步蚯蚓处理污泥创造了良好条件。采用蚯蚓对经预处理后的污泥进行处置，污泥的pH值、TOC、C/N、FA、污泥中病原体含量有所降低，而EC值、TN、TP、TK、HA值、碱解氮、速效磷、速效钾则有所升高，可见，蚯蚓处理能使有机质得到进一步分解。同时，有机氮的矿化程度加快，堆肥产品的肥效和腐熟程度均得到提高，从而能够进一步有效减少污泥处理后的病原体含量，使其能够满足土地利用的要求。而鸡粪的添加对污泥各项指标的影响较小。在构建超声波耦合好氧堆肥预处理结合蚯蚓处理剩余污泥系统时，通过基于时间的变化和TOC的减少速率，探讨建立该系统的动力学模型。
　　在整个处理过程中，通过微生物和蚯蚓的协同作用，反应器中的有机质不断分解。随着水分和一些有毒有害气体的挥发，堆体存在质量损失，产生浓缩效应，使得重金属在处理后，Zn、Cu、Pb、Cd、Cr、Hg、As等8种元素的相对浓度均有所上升，但其总量变化幅度不大。通过采用修正BCR法对污泥中的重金属形态进行分级测定可知，其弱酸提取态和可还原态所占比例均有所降低，而稳定性更高的可氧化态和残渣态占比上升，因此经过处理后，污泥中的重金属稳定性得到提高。在蚯蚓对重金属的吸收方面，蚯蚓对Cd和Ni表现出生物富集作用，对其他的重金属则表现为生物吸收，说明蚯蚓处理可促进重金属钝化/固化，并能降低其生物毒性。
　　经过超声波设备处理的污泥，其内部产生“空穴”作用，能够有效的破坏污泥絮体结构，击破污泥细胞壁结构并释放出细胞内的物质，为污泥好氧堆肥和蚯蚓处理，创造有利的条件。因此，使用超声波技术的组别，在有机质、TN、TP、TK、速效养分含量和病原体的灭活率等方面，在不同程度上优于对照组，可见，超声波处理技术能够提高污泥处理的深度。
　　蚯蚓处理污泥后，其体重平均增长25.38％，通过方差分析表明，超声波破解技术的加入和蚯蚓放养密度对蚯蚓体重的增长，存在显著影响。并且蚯蚓的放养密度对于污泥的有机质降解、TP、TK和重金属的富集等方面有积极的作用。
　　通过对污泥微观结构的观察，超声波破解耦合好氧堆肥预处理和蚯蚓生物处理均有助于破坏污泥原有的致密结构，提高空气的流通效率，降低堆肥粘度，促进土壤团聚体形成，并能够把污泥转化为结构疏松、团粒结构丰富并富含营养成分的蚯蚓粪，从而提高污泥的回收利用价值。
　　综合试验的各项指标，确定使用超声波耦合好氧堆肥预处理结合蚯蚓处理剩余污泥系统的运行参数:超声处理时间10分钟，处理量为60％，蚯蚓放养密度为80g/kg。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 国内外污泥处理处置现状

1．1．1 城市污泥的产生及组成

1．1．2 污泥处理处置的主要方式

1．2 蚯蚓处理技术

1．2．1 蚯蚓处理污泥的可行性分析

1．2．2 蚯蚓处理污泥的研究

1．3 超声波处理剩余污泥技术

1．3．1 超声波处理剩余污泥原理

1．3．2 超声波处理污泥研究现状

1．4 研究目的、研究内容和研究技术路线

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

1．4．3 研究技术路线

第2章 试验设计与分析方法

2．1 试验材料

2．1．1 污泥

2．1．2 蚯蛔

2．1．3 试验装置

2．2 试验设计

2．2．1 预处理方式

2．2．2 通风方式

2．2．3 试验环境

2．2．4 试验方案设计

2．3 检测指标与数据分析方法

2．3．1 检测指标

2．3．2 检测指标分类

2．3．3 数据分析方法

2．4 小结

第3章 超声波耦合好氧堆肥预处理对污泥性质的影响研究

3．1 击破率的测试

3．2 污泥物化性质的变化

3．2．1 温度的变化

3．2．2 含水率的变化

3．2．3 pH值和EC值的变化

3．3 污泥营养成分及微生物指标的变化

3．3．1 有机质的变化

3．3．2 TN／TP／TK的变化

3．3．3 TOC的变化

3．3．4 C／N的变化

3．4 污泥重金属总量的变化

3．5 小结

第4章 超声波耦合好氧堆肥预处理结合蚯蚓处理对污泥性质的影响研究

4．1 污泥物化性质的变化

4．1．1 温度的变化

4．1．2 含水率的变化

4．1．3 pH值和EC值的变化

4．2 污泥营养成分及微生物指标的变化

4．2．1 有机质的变化

4．2．2 TN／TP／TK的变化

4．2．3 TOC的变化

4．2．4 基于TOC变化的动力学模型

4．2．5 C／N的变化

4．2．6 胡敏酸和富里酸的变化

4．2．7 速效养分的变化

4．2．8 微生物指标的变化

4．3 污泥重金属总量的变化

4．4 污泥重金属形态的变化

4．5 蚯蚓对重金属的吸收

4．6 蚯蚓的生长状况及放养密度对污泥性质的影响

4．6．1 蚯蚓表观特征的变化

4．6．2 蚯蚓的生长率

4．6．3 蚯蚓放养密度对污泥性质的影响

4．7 污泥处理前后结构的变化

4．7．1 宏观结构的变化

4．7．2 微观结构的变化

4．8 小结

第5章 构建超声波耦合好氧堆肥预处理结合蚯蚓处理剩余污泥系统的研究

5．1 超声波技术对污泥性质的影响

5．1．1 超声波耦合好氧堆肥预处理阶段

5．1．2 蚯蚓处理阶段

5．2 添加鸡粪对污泥性质的影响

5．2．1 超声波耦合好氧堆肥预处理阶段

5．2．2 蚯蚓处理阶段

5．3 构建超声波耦合好氧堆肥预处理结合蚯蚓处理剩余污泥系统

5．3．1 系统运行参数

5．3．2 系统处理流程

5．4 小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及科研成果

缩略词表