摘 要：堆肥化技術(shù)是使污水廠污泥達(dá)到穩(wěn)定化和無害化的一種經(jīng)濟(jì)而有效的手段。本文介紹了城市污水污泥堆肥技術(shù)，以及其在國內(nèi)外的發(fā)展、應(yīng)用，并對(duì)該技術(shù)存在的問題和應(yīng)用前景進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：污泥；堆肥化技術(shù)；應(yīng)用

城市污水污泥通常是指城市污水處理廠在處理污水過程中產(chǎn)生的固態(tài)沉淀物，一般是一沉污泥和剩余活性污泥。污泥成分復(fù)雜，除含有大量水分外，還有大量的有機(jī)質(zhì)、難降解有機(jī)物、多種微量元素、病原微生物和寄生蟲卵、重金屬等成分[1]。

我國現(xiàn)有的污泥處理方法主要是脫水后堆放或填埋，處理費(fèi)用昂貴，一般一個(gè)污水處理廠的污泥處理費(fèi)約占總運(yùn)行費(fèi)用的10～15%，總投資10～25%。由于處理污泥花費(fèi)巨大，致使一些污水處理廠將污泥直接排放，給環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。污泥已成為困擾污水處理廠和全社會(huì)的重大環(huán)保難題。

1 污泥堆肥技術(shù)

大量的未經(jīng)處理的污泥任意堆放，會(huì)對(duì)公共環(huán)境會(huì)造成新的污染。因此，如何將產(chǎn)量巨大，成分復(fù)雜的污泥為無害化、資源化，避免二次污染，已經(jīng)成為世界環(huán)境界矚目的課題之一。

堆肥化是利用自然界廣泛存在的細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物，有控制地促進(jìn)固廢中可生物降解的有機(jī)物向穩(wěn)定的類腐殖質(zhì)生化轉(zhuǎn)化的微生物學(xué)過程，在一定溫度、濕度和pH值條件下，使有機(jī)物發(fā)生生物化學(xué)降解，形成一種類似腐殖質(zhì)土壤的物質(zhì)，堆肥化的產(chǎn)品稱為堆肥，其過程如圖1所示。

圖1 堆肥過程

堆肥化過程有好氧堆肥和厭氧堆肥兩種，目前污泥堆肥化基本上采用的是好氧堆肥。好氧堆肥過程由四個(gè)階段組成，即升溫階段，高溫階段，降溫階段和腐熟階段。每個(gè)階段都存在不同的細(xì)菌、放線菌、真菌和原生動(dòng)物。它們利用各階段的產(chǎn)物作為食物和能量來源，一直進(jìn)行到穩(wěn)定的腐殖質(zhì)物質(zhì)形成為止。

堆肥的一般流程如下:廢棄物一→前處理一→一次發(fā)酵一→二次發(fā)酵一→后處理一→產(chǎn)品。目前國內(nèi)外正在研究開發(fā)的污泥好氧發(fā)酵堆肥技術(shù)都是采用進(jìn)料、攪拌、通氣、出料同時(shí)進(jìn)行的高效發(fā)酵工藝裝置。

2 污泥堆肥技術(shù)進(jìn)展

堆肥化技術(shù)是國際上從20世紀(jì)60年代后期迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)新的生物處理技術(shù)，它運(yùn)用多學(xué)科技術(shù)利用微生物群落在特定的環(huán)境中對(duì)多相有機(jī)物分解，將污泥改良成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)，用于肥田或土壤改良。由于堆肥技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中可以達(dá)到“無害化”、“減量化”、“資源化”的效果，并且具有經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、不需外加能源、不產(chǎn)生二次污染等特點(diǎn)，因此，20世紀(jì)7O年代后，引進(jìn)世界各國的廣泛重視，并迅速成為環(huán)保領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

自1857年英國建立世界上第一個(gè)污水處理廠以來，污泥處理一直是市政管理中的重要問題之一[2]。在國外，污泥及其堆肥作肥源農(nóng)用，已有多年的歷史。美國早在19世紀(jì)60年代初就有關(guān)于污泥農(nóng)用的研究。日本在1954年建成第一座污泥堆肥中心，到90年代末已建了35座。目前日本最大的堆肥廠在北海道的札幌市，發(fā)酵倉和生產(chǎn)線及袋裝產(chǎn)品很具規(guī)模，而且機(jī)械化、自動(dòng)化程度很高[3]。英國萬歷普廠引用了Dano公司的機(jī)械堆肥技術(shù)年產(chǎn)粉狀4萬噸。在美國污泥農(nóng)地利用量占污泥產(chǎn)出總量的33%，葡萄牙高達(dá)80%，德國25%，日本11%，英國51%[4]。

近年來日本、韓國以及歐美一些國家相繼研究開發(fā)出封閉倉式發(fā)酵系統(tǒng)[。以機(jī)械方式進(jìn)料、通風(fēng)和排料，雖然設(shè)備投資較高，但是由于自動(dòng)化程度高，周期短，日處理污泥量大，污泥處理后質(zhì)量穩(wěn)定，容易有效利用，而且可以有效地控制臭氣和其他污染環(huán)境的因素，所以綜合效益好。

日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)最近開發(fā)出用污水處理廠的污泥進(jìn)行短時(shí)間堆肥的技術(shù)，使得堆肥需要的發(fā)酵時(shí)間由以前的一個(gè)月縮短至一周左右[5]。這一技術(shù)先用攪拌機(jī)攪拌污泥，使污泥變成粒狀，便于空氣進(jìn)入，促使污泥高速發(fā)酵。當(dāng)發(fā)酵溫度達(dá)到9O攝氏度以后，即可殺死污泥中的病原菌、寄生蟲和雜草的種子等，使其成為安全肥料。過去的發(fā)酵堆肥技術(shù)往往需用一個(gè)月的時(shí)間，堆肥面積過大成為其中的一個(gè)難題。新技術(shù)大大縮短了發(fā)酵時(shí)間，減少了占地面積。

與國外相比，我國對(duì)城市污泥農(nóng)用資源化的理論研究與實(shí)踐均相差甚遠(yuǎn)。污泥堆肥與其他處理方法(如填埋、焚燒)相比，具有建設(shè)投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，適合于我國國情。

我處自行研制和設(shè)計(jì)的污泥處置方法污泥制肥的主要技術(shù)包括：生物高氮源發(fā)酵技術(shù)、污泥沉淀池天然脫水劑成比例置換聚丙烯酰胺技術(shù)、磷酸中和軟化與重金屬鈍化技術(shù)、VT菌噴涂接種技術(shù)、熱噴造粒技術(shù)等。該方案的主要技術(shù)包括：生物高氮源發(fā)酵技術(shù)、磷酸中和軟化與重金屬鈍化技術(shù)、VT菌二次接種技術(shù)、熱噴造粒技術(shù)等：生物高氮源發(fā)酵技術(shù)成功地解決了高氨環(huán)境下的微生物活性難題，加入磷酸溶解性材料和重金屬鈍化材料是為了進(jìn)一步降低聚丙烯酰胺的不溶解性和重金屬活性。接入VT菌，利用堆積發(fā)酵工藝，進(jìn)一步軟化污泥，增加腐殖質(zhì)。最后經(jīng)高溫、高壓熱噴膨化造粒，再二次接菌，完成三維復(fù)合。

20世紀(jì)60年代初，我國首次在北京高碑店污水處理廠進(jìn)行了污泥自然通風(fēng)堆肥試驗(yàn)，獲得了成功，并確定了好氧發(fā)酵堆肥工藝的主導(dǎo)地位[6]。而污水處理中的污泥處理和處置技術(shù)在我國還剛剛起步,在全國現(xiàn)有污水處理設(shè)施中有污泥穩(wěn)定處理設(shè)施的還不到1/4,處理工藝和配套設(shè)備較為完善的還不到1/10。在我國僅有的十幾座污泥消化池中,能夠正常運(yùn)行的為數(shù)不多。我國污泥農(nóng)用的比例較小(不足10%)，有很大的發(fā)展前途和空間。

北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院研究建成了一條年產(chǎn)3000t的有機(jī)復(fù)合肥生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線解決了制肥工藝中關(guān)鍵問題的預(yù)處理，即污泥的水分調(diào)整和無害化處理。采用自行研制的高效滾筒污泥堆肥設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)快速發(fā)酵，在對(duì)污泥進(jìn)行無害化處理的同時(shí)又降低了其含水率，是一種高效的污泥堆肥裝置。生產(chǎn)裝置運(yùn)行兩年來設(shè)備穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟(jì)效益明顯。

徐州污水處理廠處理污水能力為16.5萬m3/d，該生產(chǎn)線除主要用于以富含有機(jī)質(zhì)的城市污水處理廠的污泥為基料，添加一定比例的氮、磷、鉀和微量元素等營養(yǎng)成分制成有機(jī)、無機(jī)綜合體系復(fù)混肥料的生產(chǎn)外，還可用于生產(chǎn)高濃度、中濃度、低濃度的純無機(jī)復(fù)混肥、生物有機(jī)復(fù)混肥等新型肥料，年綜合生產(chǎn)能力為2.5萬t[7]。

中國市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究院的消化工藝實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程如下: 初沉池污泥—→消化柱(攪拌) —→集氣瓶—→氣體流量計(jì)—→排出。污泥消化處理制肥方法同高溫好氧堆肥的工藝大致相同，只是脫水后的污泥沒有經(jīng)過發(fā)酵過程，而是直接進(jìn)行滾筒烘干機(jī)進(jìn)行干燥固化，并利用烘干機(jī)內(nèi)的高溫直接起到殺菌作用。然后再通過造粒機(jī)制成肥料。

大量的實(shí)驗(yàn)表明，污泥經(jīng)堆肥化處理后，植物可利用形態(tài)養(yǎng)分增加，重金屬的生物有效性減小，污泥堆肥土地使用能明顯改善土壤理化性質(zhì)。但目前該方法仍存在一些問題：重金屬含量高，堆肥肥分較低，減量化效果不高，運(yùn)輸費(fèi)用較高，有臭味等。此外，隨著《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)的實(shí)施將被改變，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)污水廠污泥的處理提出了更高的要求。對(duì)照此標(biāo)準(zhǔn)，目前大多數(shù)現(xiàn)有污水廠需增設(shè)污泥穩(wěn)定化處理設(shè)施。

因此，為達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用、高效低耗的污泥堆肥處理，必須對(duì)污泥堆肥過程進(jìn)行更深入系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，使城市污水污泥堆肥化具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

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[7] 李天寶，熊正為，劉勇. 城市污泥處理方法綜述[J].南華大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版).2003,17(4).：28-33

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