如何处理在废水处理过程中所产生的的剩余污泥是一個个许多废水处理厂共同面临与日异增长的问题。许多废水厂正在积极寻找更有效的处理方法以其能够把剩余的污泥变成具有较高经济价值及社会效益的肥料或者土壤添加剂。本文将介绍一种能够将处理过的污泥转变成A级生物固体的新技术。这种A级生物固体可为废水处理厂提供最灵活的污泥废弃方式，例如填埋，或用于肥料、土壤添加剂等多元化方式。

剩余污泥的堆肥消化处理是利用好氧性的生化热处理过程来分解污泥中的有机成分。堆肥过程中可使污泥中的有机成分减少大约25%。消化过程中所产生的热量可降低剩余污泥中的含水量，从而使之稳定并转化成无害而有用的生物固体。

有机成分

总的来说，剩余污泥中有机物的成分越高，在堆肥处理中释放的热量就越多。较多的热量可提前达到消化过程中的高温 阶段(55 -65 °C), 并且蒸发更多的水分。未经处理的剩余污泥通常含有60%到80%的有机物，但是一般厌氧消化后的污泥只含有30%到50%的有机物。既然未经处理的原污泥(从初沉池和二沉池来的)比消化后的污泥含有较多的有机物，用脱水后而未经处理的原污泥来进行污泥堆肥会较为有效。而且使用原污泥来进行堆肥可省掉通常在污泥消化过程中所需要的消化池、管道、水泵、电力、人员等等。

消化1.0公斤(kg)有机物平均所产生的热量是2.1千万焦耳(21MJ)。大约4MJ可蒸发1.0kg水分(考虑到热损失及提高消化物质温度所需要的热量)。因此，消化1.0kg有机物大约可除去剩余污泥中5.0kg的水分。 (21MJ/(4MJ/kg水分))。

在进行堆肥处理前对剩余污泥进行脱水是非常必要的。 脱水不仅减少污泥总体积，并且减少了在消化过程需要蒸发的水分总量。

臭味

产生强烈的臭味是在污泥堆肥化的过程中会遇见的一个问题。这是由于剩余污泥中含有高浓度的有机物所造成的。控制臭味的方法很多，但本文作者倾向以添加生石灰(CaO)来改变污泥的pH值。 实验证明当pH值从5.5 到6.5的范围提升到10.0到10.5时有机物会失去它的臭味。另外，除了改变污泥的pH值，生石灰的水合作用(从污泥中吸收水分)导致生石灰释放热能到污泥中。在生石灰的水合作用过程中，1.0 kg的纯生石灰({bfb}CaO)可产生1,152 KJ的热量，并且从污泥中吸收320g的水分。这些额外释放的热量可以缩短中温过程(25-40°C)所需的时间跨度并加快进入高温阶段(55-65°C)，从而大大缩短了总的堆肥化的时间。如果这样还不能解决问题的话，简单的办法是向污泥堆肥堆里通入空气，然后用生物过滤器过滤排气来进一步减少臭味。

温度和含水率

以下公式可用来计算生石灰的添加量与温度增加的关系

DT = (1152* A* Mi)/[(Msi* Csi) + (Mi* Ci)]

DT = 剩余污泥温度的增加量，°C A = 生石灰活度(以小数计)， 一般是0.9 Mi = 生石灰量，kg Msi = 剩余污泥量，kg Ci = 生石灰比热= 0.92 KJ/kg °C Csi = 剩余污泥比热 (KJ/ kg °C)， 从 Csi = 1.8 (1 +0.85 * Wsi3) (2) 计算出来 Wsi = 脱水后剩余污泥的含水率(以小数计)

当剩余污泥的温度升高10°C时，进行污泥堆肥的微生物活度可增加一倍。

在剩余污泥中加入生石灰可吸收其中的水分。因此降低消化混合物的含水率。加入生石灰后剩余污泥的含水率可以用下面的公式计算：

Wk=[(Mst* Wsi)-(0.32* A* Mi)]/(Msi + Mi) (3)

Wk = 加入生石灰后剩余污泥的含水率(以小数计)

因为剩余污泥的含水率越低，剩余污泥的体积越小。因此先把原污泥脱水后再加入生石灰可以降低使pH值升高到10.5所需生石灰的用量。

堆肥混合物

本文所陈述的新的堆肥技术需要在加入填充剂(锯末、泥炭、木削、树皮等) 与回用污泥前，在脱水过的污泥中先加入生石灰并予以充分混合。图1显示的是此一污泥堆肥处理的工艺示意图。当生石灰和剩余污泥充分混合后，加入填充剂和一部分回用的堆肥污泥进行混合。这一混合物形成堆砌物状，并保持在55°C到65°C之间进行三到十{yt}的堆肥处理。这种堆肥堆通常可用填充剂或回用的堆肥污泥覆盖以防止热量的流失，并且避免吸引蚊虫。对于堆肥混合物成分的建议详见表1。

堆肥化的程序控制

实验显示在消化过程中微生物的种群和数量是会改变的。因此，控制堆肥化的环境与确保微生物繁衍是十分关键的。堆肥化环境的控制参数包括堆肥堆里的温度、湿度、氧气及二氧化炭的浓度、以及微生物生长所需的碳、氮、磷和钾等营养成分。操作人员对这些参数必需持续的监控以保证微生物的生长。

堆肥堆的温度会直接影响微生物的种类及其功能。在堆肥堆的温度从起始温度到中温阶段再到高温阶段的升温过程中，以及{zh1}完成堆肥过程后温度缓慢的降低过程中，微生物种群都在随着温度变化着。实验显示高温阶段必需保持三到十{yt}才能产生A级的生化固体，因为大部份的致病菌只有在高温阶段才能被杀死。当微生物种群随堆肥堆的温度的变化而变化时，它们对湿度及氧气的要求也在变化。堆肥堆的湿度与堆肥堆里氧气及二氧化炭的浓度是紧密相关的，其中一个参数的变化会直接影响其它参数的变化。

堆肥堆所需的氧气是由空气供给的，而所需空气量是由堆肥堆的湿度决定的。堆肥堆的湿度越高所需的空气量越大。堆肥堆里的氧气必须至少维持在一个{zd1}的水平，同时二氧化碳的浓度不得超过它的{zd0}允许值。当通气后，堆肥堆的空隙率会增大。这个过程导致蒸发量增加，而使堆肥堆的湿度降低。然而空气也能导致热量损失而使得堆肥堆的温度降低。温度的降低将使微生物的堆肥率降低。因此，氧气及二氧化碳的浓度和空气的供给量必须得到适当的监测和控制。实验显示每堆肥消化一吨有机物所需的空气供给率大约是每小时15至20立方米。当堆肥堆里二氧化碳的浓度达到8%时，监测及控制装置应自动提供空气。

下面的例子是根据对未经处理的剩余原污泥进行堆肥化实验所得到的数据。

实例：

一废水处理厂(WWTP)的设计容量是每天处理4千万加仑的废水(40 mgd) 。每天大约产生700吨由初沉池污泥及剩余活性污泥所组成的浓缩原污泥。此原污泥的含水率为97% (3%为固体) 。污泥经过高分子加药离心脱水处理后其含水率可降到80%(20%固体)，而其体积则降低到每天105吨。堆肥化的过程中使用生石灰和以锯末为主的填充剂。(注意：厌气消化所产生的污泥在污泥脱水过程中所需的高分子加药量是未经处理污泥所需量的2倍)。处理厂每天使用2.1吨的生石灰 (105吨/天*2%)将污泥的pH值升高到10.5，并且去除污泥的臭气。因添加生石灰所增加的污泥的温度可以下面的公式计算：

DT = (1,152 * A * Mi) / [(Msi * Csi) + (Mi * Ci)]

Csi = 1.8 (1 + 0.85* Wsi3) DT = (1,152 * 0.9 * 2,100) / [(105,000 * {1.8 [1 + (0.85 * 0.83)]}) + (2,100 * 0. 92)] DT = 2,177,280 / 273,184.8 DT = 8.0° C

堆肥过程和高温阶段所需的时间取决于堆肥工艺的运行效果，堆肥物的组成和含量 (含水率，污泥的有机和化学含量，填充剂的类型，回用剩余污泥的活力等)。整个堆肥化的过程可持续几天到几个星期。例如，使用生物降解的木片以及/或者回用堆肥污泥，可快速增加堆肥堆的温度，因为这些物质已经处于生物降解的阶段。由于释热化学反应可以提高堆肥的起始温度，在剩余污泥中加入生石灰可以缩短堆肥过程。图2显示在剩余污泥中加入生石灰及未加入生石灰的堆肥温度和堆肥时间的对比。

加入生石灰后剩余污泥的含水率是

Wk = [(Mst * Wsi) – (0.32 * A * Mi)] / (Msi + Mi) (6)

Wk = [(105,000 * 0.8) – (0.32 * 0.9 * 2,100)] / (105,000 + 2,100) = 0.78 or 78%

锯末的用量是每天105吨(105吨/天* 1.0)， 而加入的回用污泥是每天21吨 (105吨/天* 0.2)。

图3展示未经处理的原剩余污泥脱水和堆肥工艺示意图。

堆肥堆在加入生石灰后需要几天才能达到高温阶段。维持这个温度10至12天(图2) 可{zd0}限度地降低病原体及控制病菌传播，从而使堆肥物能够符合40CFR，503条款中的生化固体标准(美国标准)。相较之下，一般静态曝气堆肥法需要较长的堆肥时间和较多的操作程序。这两个因数导致静态曝气堆肥法比本文所介绍的生石灰曝气法需要更大的占地面积来贮存这些堆肥物质。

结论

本文提供一个可对原污泥进行高效堆肥处理的新技术。这个技术可减少或避免一般污泥处理中所需的消化池和其附属设备以及相关花费。这个技术包括添加生石灰，填充剂，以及回用堆肥到原污泥中以增进堆肥化过程。与一般的堆肥方法比较，此一新技术更容易去除臭气，提高堆肥过程的初始温度，并减少堆肥过程持续的时间。