CN109503225A - 一种降低污泥蚯蚓堆肥强温室气体n2o排放的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低污泥蚯蚓堆肥强温室气体N₂O排放的方法，该方法包含：步骤1，设置缓冲层，向其中投加蚯蚓，其中，该缓冲层的基质为发酵腐熟的禽畜粪便，其电导率低于5.0mS/cm；步骤2，在缓冲层上设置具有若干通孔的隔离网；步骤3，在隔离网上投加污泥，作为反应区；蚯蚓能经通孔在缓冲层与反应区之间移动。本发明通过调节污泥蚯蚓堆肥中的碳氮比、含水率和蚯蚓密度等参数，在实现污泥稳定化和资源化的同时，大幅度地降低了污泥蚯蚓堆肥过程中的温室气体排放量。本发明方法高效低耗、生态环保、运行成本低廉，实现强温室气体N₂O的减排，对于降低中小城镇污水处理厂污泥处置过程中的二次污染具有实际应用价值。

Description

一种降低污泥蚯蚓堆肥强温室气体N2O排放的方法

技术领域

本发明属于环境保护领域，涉及污泥蚯蚓堆肥中的二次污染问题，具体涉及一种降低污泥蚯蚓堆肥强温室气体N₂O排放的方法。

背景技术

随着我国经济社会的持续快速发展，污水处理能力不断提高，污泥产量也急剧增加。截止2016年，全国的剩余污泥年产量已达到3000万吨。堆肥是处理污泥并使之资源化的一项重要技术。

通过堆肥处理，污泥中有机质分解后形成的速效养分更利于植物吸收，同时产生的腐殖质还能改良土壤。蚯蚓堆肥依靠蚯蚓与微生物之间的协同作用对有机物进行分解，并形成以蚓粪为主的有机肥料。与好氧堆肥相比，蚯蚓堆肥基建费用少、运行能耗低、管理方便，这些优点使得蚯蚓堆肥在我国中小城镇地区等小型污水厂剩余污泥的生态处理过程中具有巨大的应用前景。

由于全球温室效应的加剧，各类废弃物处理过程中温室气体的排放逐渐引起人们的关注。通常情况下，好氧堆肥中0～10％的氮素以N₂O的形式损失。作为一种重要的温室效应气体，N₂O单分子增温潜势为CO₂的296倍，对全球气候的增温效应显著。此外，N₂O的排放还会引起堆肥物料氮素损失，当堆肥过程控制不当时，N₂O的排放量甚至会超过氨气，成为主要的氮素损失形式，导致堆肥产品肥效降低。有研究表明，在禽畜粪便以及蔬菜废弃物的蚯蚓堆肥过程中，亦有一定的N₂O排放通量。而大量基于农田和森林生态系统的研究则显示，蚯蚓活动与N₂O排放密切相关，是土壤温室气体代谢过程中不容忽视的功能种群。

因此，针对性地提出N₂O的减排措施，进一步优化污泥蚯蚓堆肥的工艺性能，扩大其应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效减少污泥蚯蚓堆肥过程中强温室气体N₂O排放的方法，以达到降低污泥蚯蚓处置过程中二次污染的目的。

本发明公开了一种降低污泥蚯蚓堆肥强温室气体N₂O排放的方法，该方法包含：

步骤1，设置缓冲层，向其中投加蚯蚓，其中，该缓冲层的基质为发酵腐熟的禽畜粪便，其电导率低于5.0mS/cm；

步骤2，在缓冲层上设置具有若干通孔的隔离网；

步骤3，在隔离网上投加污泥，作为反应区；

其中，蚯蚓能经所述通孔在缓冲层与反应区之间移动。

较佳地，所述的禽畜粪便选择牛粪、猪粪、羊粪、鸡鸭鹅粪等中的任意一种或任意多种的组合。

较佳地，步骤1中，所述的蚯蚓为体重0.3～0.6g/条。

较佳地，步骤1中，蚯蚓的投加密度为1.2～2.0kg/m²。

较佳地，所述通孔的孔径为0.3～0.6厘米。

较佳地，步骤3中，投加的污泥为调理后的污泥，其中，污泥调理方法为，采用农业废弃物与污泥混合，调节污泥的碳氮比至20:1～30:1，含水率为70～75％。

较佳地，步骤3中，调理后的污泥置于阴凉处若干天以去味。

较佳地，步骤3中，所述的农业废弃物选择锯末、稻草、稻壳、麦秆、落叶、杂草中的任意一种或任意多种的组合。

较佳地，步骤3中，污泥投加厚度为10～15cm，处理时间为20-30d。

本发明还提供了一种上述的降低污泥蚯蚓堆肥强温室气体N₂O排放的方法采用的蚯蚓堆肥反应器，其包含：

缓冲层，该缓冲层的基质为发酵腐熟的禽畜粪便，该缓冲层内投加有若干蚯蚓；

位于缓冲层之上的反应区，反应区内设置有调理后的污泥，调理后的污泥为农业废弃物与污泥的混合物，其中，碳氮比至20:1～30:1，含水率为70～75％；及

设置在缓冲层与反应区之间的隔离网，该隔离网设置有若干用于蚯蚓通行的通孔。

本发明提供的一种降低污泥蚯蚓堆肥强温室气体N₂O排放的方法，通过调节污泥蚯蚓堆肥中碳氮比、含水率和蚯蚓密度等参数，实现强温室气体N₂O的减排。该方法基于污泥蚯蚓堆肥反应器运行。反应器由两部分构成，其中底部为厚度5厘米的缓冲层，主要基质为发酵腐熟的牛粪、猪粪等禽畜粪便，缓冲层中的蚯蚓密度控制为1.2～2.0kg/m²；上部为待处理污泥和调理剂(稻草或锯末)；通过调理剂调节污泥碳氮比为20:1～30:1，含水率为70～75％，在实现污泥稳定化和资源化的同时，可以大幅度地降低污泥蚯蚓堆肥过程中的强温室气体N₂O排放量。

本发明的有益效果在于：

(1)显著降低污泥蚯蚓堆肥过程中强温室气体N₂O的排放量。通过投加锯末、稻草等高碳氮比的农林废弃物，提高污泥的碳氮比，不仅有效地缓解了堆肥过程中蚯蚓的蛋白质中毒症状，更通过合理搭配营养，减少了堆肥基质中的厌氧环境，降低由反硝化过程生成的N₂O；同时有机碳素的增多，也抑制了由硝化途径产生的N₂O。

(2)适应性强。本发明设计的蚯蚓反应器，通过设置格网(隔离网)将反应器分为缓冲层和反应区，蚯蚓可通过格网由缓冲层进入污泥中，分解污泥中的有机质。当污泥中存在较高浓度的有毒有害物质，不适宜蚯蚓生长时，蚯蚓亦可穿过格网，返回到缓冲层，有效地减少蚯蚓损失。

(3)变废为宝，节约成本。相对于传统的生物炭、沸石等温室气体减排技术，利用农业废弃物作为调理剂，方便就地取材，成本低廉，以废治废。同时，农业废弃物基质可以为堆肥过程中腐殖酸的形成提供纤维素基质，不仅有效利用了农业废弃物以废制肥，还能提高污泥蚯蚓堆肥的产品品质，增加农用价值和经济效益。

综上，利用本项发明，不仅可以有效地降低污泥蚯蚓堆肥过程中强温室气体N₂O的排放，还可以提高污泥蚯蚓堆肥的品质，是一种值得推广应用的污泥处置方法。

附图说明

图1为本发明的蚯蚓堆肥反应器的结构示意图。

图2为本发明的实施流程图。

图3为本发明的污泥蚯蚓堆肥与对照组的N₂O排放图。

图4为本发明的污泥蚯蚓堆肥与对照组的三维荧光对比图(Ex：激发波长，Em：发射波长)。

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

本发明提出的污泥蚯蚓堆肥技术，可以显著降低污泥蚯蚓堆肥过程中的N₂O排放量。该技术由蚯蚓反应器以及相应的物料调理方法组成。

如图1所示，本发明的蚯蚓堆肥反应器包含：

缓冲层1，该缓冲层1的基质为发酵腐熟的禽畜粪便，该缓冲层内投加有若干蚯蚓；

位于缓冲层之上的反应区3，反应区内设置有调理后的污泥，调理后的污泥为农业废弃物与污泥的混合物，其中，碳氮比至20:1～30:1，含水率为70～75％；及

设置在缓冲层与反应区之间的隔离网2，该隔离网设置有若干用于蚯蚓通行的通孔。

本发明的污泥蚯蚓堆肥处理的实施流程如图2所示：

S1，构建污泥蚯蚓反应系统。该系统由缓冲层和反应区组成，两者中间采用隔离网，如格网分开。缓冲层的厚度约5cm，由蚯蚓喜好的牛粪、猪粪等基质组成，其电导率低于5.0mS/cm，可以为蚯蚓提供快速生长和不利条件下的避难场所。格网为孔径为0.3-0.6cm的硬质塑料制成，方便蚯蚓上下移动。缓冲层中的蚯蚓密度为1.2～2.0kg/m²。

本发明的蚯蚓堆肥反应器可以是圆形或矩形，可用塑料、混凝土或木板等制造，亦可无需反应器，直接在空旷平地进行，但必须设置有格网。反应器的具体尺寸根据处理污泥量的大小来确定。

S2，污泥调理

取脱水后的剩余污泥，加入锯末或稻草，调节碳氮比为20:1～30:1，含水率为70～75％。混匀后的物料，阴凉处放置5天去味，无明显氨味后，投加到反应区。

S3，污泥投加与运行

将去味后的污泥物料直接投加到格网上，厚度为10～15cm。更佳地，在反应区的顶部覆盖后遮阳网。投加物料后，受到新鲜物料的刺激作用，缓冲层中的蚯蚓在食物的驱使下，穿过格网进入到污泥中，经过20-30天的运行，完成污泥有机质的降解和稳定化。

实施例1

1.设置缓冲层，缓冲层的厚度约5cm，由蚯蚓喜好的牛粪、猪粪等基质组成，其电导率低于5.0mS/cm。缓冲层中的蚯蚓密度为1.2kg/m²。

2.在缓冲层上设置隔离网，该隔离网为孔径为0.5cm的硬质塑料制成，方便蚯蚓上下移动。

3.取脱水后的剩余污泥，加入稻草，调节碳氮比为20:1，含水率为70％。混匀后的物料，阴凉处放置5天去味，无明显氨味后，投加到反应区。

4.将去味后的污泥物料直接投加到隔离网上，厚度为15cm，在反应区的顶部覆盖后遮阳网。投加物料后，受到新鲜物料的刺激作用，缓冲层中的蚯蚓在食物的驱使下，穿过格网进入到污泥中，经过30天的运行，完成污泥有机质的降解和稳定化。

实验证实，实施例1中通过投加稻草对污泥进行调理，显著降低75％以上的N₂O排放量(见图3)。此外，通过稻草调理，还可以显著增加污泥蚯蚓堆肥中的腐殖酸含量(Ex：激发波长，Em：发射波长)(见图4)，提高其资源化农用价值。

实施例2

1.设置缓冲层，缓冲层的厚度约5cm，由蚯蚓喜好的鸡鸭鹅粪等基质组成，其电导率低于5.0mS/cm。缓冲层中的蚯蚓密度为2.0kg/m²。

2.在缓冲层上设置隔离网，该隔离网为孔径为0.5cm的硬质塑料制成，方便蚯蚓上下移动。

3.取脱水后的剩余污泥，加入锯末，调节碳氮比为30:1，含水率为75％。混匀后的物料，阴凉处放置5天去味，无明显氨味后，投加到反应区。

4.将去味后的污泥物料直接投加到隔离网上，厚度为10cm，在反应区的顶部覆盖后遮阳网。投加物料后，受到新鲜物料的刺激作用，缓冲层中的蚯蚓在食物的驱使下，穿过格网进入到污泥中，经过30天的运行，完成污泥有机质的降解和稳定化。

实施例2中通过投加锯末对污泥进行调理，显著降低75％以上的N₂O排放量。

综上所述，本发明通过调节污泥蚯蚓堆肥中的碳氮比、含水率和蚯蚓密度等参数，在实现污泥稳定化和资源化的同时，大幅度地降低了污泥蚯蚓堆肥过程中的温室气体排放量，尤其是实现强温室气体N₂O的减排。本发明的方法简单易行、生态环保，在中小城镇污水处理厂剩余污泥的资源化处理方面就有实际应用价值。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种降低污泥蚯蚓堆肥强温室气体N₂O排放的方法，其特征在于，该方法包含：

步骤1，设置缓冲层，向其中投加蚯蚓，其中，该缓冲层的基质为发酵腐熟的禽畜粪便，其电导率低于5.0mS/cm；

步骤2，在缓冲层上设置具有若干通孔的隔离网；

步骤3，在隔离网上投加污泥，作为反应区；

其中，蚯蚓能经所述通孔在缓冲层与反应区之间移动。

2.如权利要求1所述的降低污泥蚯蚓堆肥强温室气体N₂O排放的方法，其特征在于，步骤1中，所述的禽畜粪便选择牛粪、猪粪、羊粪、鸡鸭鹅粪中的任意一种或任意多种的组合。

3.如权利要求1所述的降低污泥蚯蚓堆肥强温室气体N₂O排放的方法，其特征在于，步骤1中，所述的蚯蚓为体重0.3～0.6g/条。

4.如权利要求1所述的降低污泥蚯蚓堆肥强温室气体N₂O排放的方法，其特征在于，步骤1中，蚯蚓的投加密度为1.2～2.0kg/m²。

5.如权利要求1所述的降低污泥蚯蚓堆肥强温室气体N₂O排放的方法，其特征在于，步骤2中，所述通孔的孔径为0.3～0.6厘米。

6.如权利要求1所述的降低污泥蚯蚓堆肥强温室气体N₂O排放的方法，其特征在于，步骤3中，投加的污泥为调理后的污泥，其中，污泥调理方法为：采用农业废弃物与污泥混合，调节污泥的碳氮比至20:1～30:1，含水率为70～75％。

7.如权利要求6所述的降低污泥蚯蚓堆肥强温室气体N₂O排放的方法，其特征在于，步骤3中，调理后的污泥置于阴凉处若干天以去味。

8.如权利要求6所述的降低污泥蚯蚓堆肥强温室气体N₂O排放的方法，其特征在于，步骤3中，所述的农业废弃物选择锯末、稻草、稻壳、麦秆、落叶、杂草中的任意一种或任意多种的组合。

9.如权利要求6所述的降低污泥蚯蚓堆肥强温室气体N₂O排放的方法，其特征在于，步骤3中，污泥投加厚度为10～15cm，处理时间为20～30d。

10.一种权利要求1-9中任意一项所述的降低污泥蚯蚓堆肥强温室气体N₂O排放的方法采用的蚯蚓堆肥反应器，其包含：

缓冲层，该缓冲层的基质为发酵腐熟的禽畜粪便，该缓冲层内投加有若干蚯蚓；

位于缓冲层之上的反应区，反应区内设置有调理后的污泥，调理后的污泥为农业废弃物与污泥的混合物，其中，碳氮比至20:1～30:1，含水率为70～75％；及

设置在缓冲层与反应区之间的隔离网，该隔离网设置有若干用于蚯蚓通行的通孔。