國(guó)內(nèi)外污泥堆肥化技術(shù)研究

李姝娟，李洪遠(yuǎn)

（南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300071）

污泥堆肥化技術(shù)是國(guó)際上從20世紀(jì)60年代后期迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新的生物處理技術(shù)，它運(yùn)用多學(xué)科技術(shù)，利用自然界廣泛存在的細(xì)菌、放線菌、真菌等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。堆肥技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中可以達(dá)到“無(wú)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)70年代后，污泥堆肥化技術(shù)引起世界各國(guó)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)[1]。

1 堆肥過程及堆肥技術(shù)概述

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4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(lái)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→前處理→一次發(fā)酵→二次發(fā)酵→后處理→產(chǎn)品。

目前常用的堆肥技術(shù)有很多種，分類也很復(fù)雜。按照有無(wú)發(fā)酵裝置可分為開放式堆肥系統(tǒng)和發(fā)酵倉(cāng)堆肥系統(tǒng)。根據(jù)堆肥技術(shù)的復(fù)雜程度以及使用情況，主要有條垛式、靜態(tài)垛式和反應(yīng)器3大類堆肥系統(tǒng)，其中條垛式堆肥主要通過人工或機(jī)械的定期翻堆配合自然通風(fēng)來(lái)維持堆體中的有氧狀態(tài)；與條垛式堆肥相比，靜態(tài)堆肥過程中不進(jìn)行物料的翻堆，更能有效地確保堆體達(dá)到高溫和病原菌滅活，堆肥周期縮短；反應(yīng)器堆肥則在一個(gè)或幾個(gè)容器中進(jìn)行，通氣和水分條件得到了更好的控制。國(guó)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 國(guó)外污泥堆肥技術(shù)進(jìn)展

在國(guó)外，污泥及其堆肥作肥源農(nóng)用，已有多年的歷史。美國(guó)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20世紀(jì)90年代末已建成35座。目前日本最大的堆肥廠在北海道的札幌市，發(fā)酵倉(cāng)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。近年來(lái)日本、韓國(guó)以及歐美一些國(guó)家相繼研究開發(fā)出封閉倉(cāng)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[2]。

2.1 美國(guó)污泥堆肥技術(shù)

目前世界各國(guó)污泥高溫堆肥技術(shù)采用的方法有：自然堆肥法、圓柱形分格封閉堆肥法、滾筒堆肥法、豎立式多層反應(yīng)堆肥法以及條形靜態(tài)通風(fēng)等堆肥工藝，這些方法都在不斷發(fā)展和完善。美國(guó)費(fèi)城污泥制配中心在20世紀(jì)80年代初開發(fā)了比較完善的貝爾茨維爾好氧堆肥法，主要利用條形堆底穿孔管通入空氣，用真空泵抽氣，使空氣從污泥混合物中通過而充斥，排出的氣再經(jīng)過腐熟的肥堆過濾，以防止臭氣擴(kuò)散，比較安全衛(wèi)生。在美國(guó)污泥處理費(fèi)用大多由污水廠出資，國(guó)家政府資助，交專業(yè)公司承包，產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)，堆肥產(chǎn)品作為商品出售。

2.2 日本污泥堆肥技術(shù)

日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)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。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90℃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，該技術(shù)大大縮短了發(fā)酵時(shí)間，減少了占地面積[3]。

在日本廣泛采用的污泥連續(xù)發(fā)酵工藝，利用回轉(zhuǎn)倉(cāng)完成中溫、高溫發(fā)酵過程，高效、防臭，成品質(zhì)量高。例如：丹諾（DANO）發(fā)酵器，是一種古老而現(xiàn)代的好氧發(fā)酵設(shè)備，丹麥DANO公司的發(fā)酵器轉(zhuǎn)筒直徑3.5 m，長(zhǎng)度36 m；德國(guó)Reinsta1公司的發(fā)酵器，直徑3.75 m，長(zhǎng)度40 m，還有直徑長(zhǎng)達(dá)4～5 m，長(zhǎng)度60 m以上的，如KM-102A型、KM-101型等。丹諾發(fā)酵倉(cāng)污泥腐熟周期能達(dá)到3個(gè)晝夜以內(nèi)。

2.3 韓國(guó)污泥堆肥技術(shù)

在韓國(guó)，以往的污泥處置方式主要以投海（72％）為主，輔以填埋、焚燒等處置手段。但是自2003年7月1日以后，污泥已經(jīng)禁止填埋、投海，并且出于焚燒處理費(fèi)用高昂且導(dǎo)致地球變暖等因素考慮，韓國(guó)從印度引進(jìn)蚯蚓品種進(jìn)行馴化，建立了一整套利用蚯蚓規(guī)模化轉(zhuǎn)化污泥的技術(shù)。首爾市污泥32％以上是由蚯蚓處理（日處理污泥150 t，年處理量5.5萬(wàn)t），在韓國(guó)國(guó)內(nèi)起到了重要的示范帶頭作用。

蚯蚓堆肥技術(shù)是基于蚯蚓在自然生態(tài)系統(tǒng)中所具有的促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化功能以及固體廢棄物堆肥處理的基礎(chǔ)上，發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)針對(duì)城市生活垃圾、農(nóng)業(yè)廢棄物和城市生活污水污泥中的有機(jī)部分的生物處理技術(shù)。它是在污泥堆肥基礎(chǔ)上引入蚯蚓，蚯蚓在堆肥處理污泥過程中，尋覓合適的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)作為食物，污泥進(jìn)入蚯蚓體內(nèi)到最后以蚯蚓糞便的形式排出，相當(dāng)于一套完整的污泥處理工藝，此間既有蚯蚓體內(nèi)分泌物的化學(xué)作用以及蚯蚓體內(nèi)腸道微生物的生化作用，還有研磨、消化等物理化學(xué)作用。

3 我國(guó)的污泥堆肥技術(shù)

國(guó)內(nèi)最早建設(shè)的唐山西郊污水處理一廠、秦皇島污水處理廠都建設(shè)了日處理10 t脫水污泥的堆肥系統(tǒng)，僅相當(dāng)于為日處理能力3～5萬(wàn)t的污水處理廠配套，主要采用的是高溫好氧機(jī)械化翻堆發(fā)酵工藝，物料運(yùn)輸主要靠裝載機(jī)，部分運(yùn)輸過程采用皮帶輸送機(jī)和螺旋輸送機(jī)。隨著我國(guó)環(huán)保要求的不斷提高和污泥堆肥技術(shù)的成熟，堆肥處理規(guī)模也日趨擴(kuò)大。到2009年，規(guī)劃中日沈陽(yáng)北部污水處理廠、洛陽(yáng)瀍東污水處理廠日處理規(guī)模已達(dá)到250 t脫水污泥，可以為日處理能力40萬(wàn)t污水處理廠配套。由于處理設(shè)施密集，物料輸送量大，傳統(tǒng)的運(yùn)輸方式已無(wú)法滿足物料輸送的使用要求，因此必須采用有利于提高輸送效率和自動(dòng)化程度的物料輸送方式。

3.1 SACT污泥機(jī)械化堆肥技術(shù)

SACT-BII污泥堆肥系統(tǒng)是SACT族污泥堆肥工藝的一種，也是國(guó)內(nèi)第一套真正實(shí)現(xiàn)全封閉大型工業(yè)化處理目的的污泥機(jī)械化處理系統(tǒng)，其體現(xiàn)了好氧發(fā)酵系統(tǒng)封閉化、物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)自動(dòng)化、除臭系統(tǒng)高效化的特點(diǎn)[4]。SACT自動(dòng)控制系統(tǒng)分為混料控制系統(tǒng)、發(fā)酵倉(cāng)控制系統(tǒng)、物料輸送控制系統(tǒng)3個(gè)子系統(tǒng)，此外還包括除臭控制系統(tǒng)、通風(fēng)控制系統(tǒng)、門禁控制系統(tǒng)、閉路電視控制系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)?；炝峡刂葡到y(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，包括：儲(chǔ)料、配料和混料等系統(tǒng)，儲(chǔ)料系統(tǒng)主要控制料倉(cāng)、料坑等儲(chǔ)料區(qū)的物位；配料系統(tǒng)主要控制配料機(jī)的運(yùn)行速度以調(diào)節(jié)各種物料配比；混料系統(tǒng)主要控制混料機(jī)的運(yùn)行速度，以達(dá)到與進(jìn)料量相適應(yīng)的生產(chǎn)能力。發(fā)酵倉(cāng)控制系統(tǒng)是整合控制系統(tǒng)的核心，包括：翻堆、轉(zhuǎn)倉(cāng)、曝氣等系統(tǒng)，翻堆系統(tǒng)主要控制翻堆機(jī)行走、翻堆系工作、翻堆系提升等動(dòng)作；轉(zhuǎn)倉(cāng)系統(tǒng)主要控制翻堆機(jī)上下轉(zhuǎn)倉(cāng)機(jī)、轉(zhuǎn)倉(cāng)機(jī)精確平移等動(dòng)作；曝氣主要根據(jù)溫濕傳感器的在線檢測(cè)，控制風(fēng)機(jī)的啟閉。其中最為核心的翻堆系統(tǒng)控制主要采用時(shí)間與位置控制相結(jié)合。物料輸送控制系統(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)最復(fù)雜的組成部分，包括進(jìn)倉(cāng)、出倉(cāng)、回流以及與之配套的物料輸送設(shè)備，進(jìn)倉(cāng)系統(tǒng)控制范圍由混料機(jī)輸出的物料到物料落入發(fā)酵倉(cāng)，包括上機(jī)、落料機(jī)（含固定或移動(dòng)卸料系統(tǒng)）；出倉(cāng)系統(tǒng)控制范圍由物料落入落料機(jī)到提升離開發(fā)酵倉(cāng)范圍，包括落料機(jī)、出料機(jī)、提升機(jī)等設(shè)備；回流控制系統(tǒng)控制范圍由出倉(cāng)物料提升后到進(jìn)入儲(chǔ)料裝置，包括回流輸送機(jī)、產(chǎn)品輸送機(jī)、產(chǎn)品卸料系統(tǒng)。SACT技術(shù)是一項(xiàng)適合我國(guó)國(guó)情的污泥處置技術(shù)，為“十二五”期間污泥減排提供了選擇方向[5]。

3.2 多元綜合好氧堆肥發(fā)酵技術(shù)

多元綜合制肥工藝主要由好氧發(fā)酵工段，配料工段，混合工段，熱噴冷卻工段，篩分工段，噴菌、撲粉、造粒工段，干燥工段，計(jì)量包裝工段等組成。主要包括原料好氧發(fā)酵系統(tǒng)，配料系統(tǒng)，混合系統(tǒng)，熱噴冷卻系統(tǒng)，篩分系統(tǒng)，噴菌、撲粉、造粒系統(tǒng)，干燥系統(tǒng)，計(jì)量包裝系統(tǒng)。其主要工藝特點(diǎn)是軟化工藝，多元技術(shù)組合，在污泥好氧發(fā)酵制肥中，采用“CK21菌噴涂接種技術(shù)、好氧堆肥快速腐熱技術(shù)、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)、熱噴造粒技術(shù)”等高新技術(shù)，把污泥的處理與處置統(tǒng)一起來(lái)，將脫水污泥發(fā)酵制成有機(jī)、無(wú)機(jī)、微生物三維復(fù)合肥料，解決了污泥堆肥處置中的諸多難題，實(shí)現(xiàn)了生物資源的循環(huán)利用[6]。

3.3 智能化自動(dòng)控制生物堆肥工藝（CTB技術(shù)）

CTB自動(dòng)控制生物堆肥（生物干化）技術(shù)，由中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所環(huán)境修復(fù)中心和北京中科博聯(lián)環(huán)保環(huán)境工程有限公司歷時(shí)10多年研發(fā)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)堆肥過程中溫度和氧氣兩大關(guān)鍵要素的實(shí)時(shí)、在線監(jiān)控，可以大大縮短堆肥周期，提高堆肥成功率、堆肥產(chǎn)品質(zhì)量和生物無(wú)害化處理效果，同時(shí)顯著改善堆肥廠的廠區(qū)環(huán)境衛(wèi)生條件，降低堆肥過程的能耗。該技術(shù)堆肥時(shí)間短、占地面積小，無(wú)惡臭、廢水等二次環(huán)境污染問題，技術(shù)的完整性和配套性好，已在山東、河北、河南、天津等地推廣應(yīng)用[7]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合國(guó)內(nèi)外污泥堆肥技術(shù)，制約污泥堆肥技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的瓶頸主要是：占地面積、臭氣外排造成的二次污染、干物料的投加和安全儲(chǔ)運(yùn)、污泥的最終處置和操作員的健康安全問題。相對(duì)于靜態(tài)堆肥倉(cāng)工藝，動(dòng)態(tài)堆肥倉(cāng)工藝在這幾個(gè)方面都有所突破，污泥堆肥是較好的城市污水污泥處置方式，污泥堆肥添加的輔助填充料，鼓勵(lì)利用園林廢棄物（剪枝、落葉）和周邊農(nóng)村的礱糠、谷殼、秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物。鼓勵(lì)開展污泥堆肥技術(shù)創(chuàng)新，提高生物熱能循環(huán)利用，利用污泥改善土壤肥效，減少能源消耗，對(duì)臭氣進(jìn)行有效處理。國(guó)內(nèi)外應(yīng)該不斷完善污泥堆肥過程中各環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)保障性政策的制定，加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的建設(shè)，積極推進(jìn)各種污泥堆肥技術(shù)。

[1] 李清秀，張雁秋.城市污水污泥堆肥技術(shù)研究進(jìn)展[J].廣西輕工業(yè)，2007(6)：71-72.

[2]U S EPA.Use of composting for biosolid management[Z].Washington D.C.：Office of water，U.S.EPA.2002(9)：1102-1105.

[3] 王敦球，解慶林.城市污水污泥農(nóng)用資源化研究[J].重慶環(huán)境科學(xué)，1999，21(6)：50-52.

[4]王濤.SACT污泥全機(jī)械化堆肥工藝與自動(dòng)控制系統(tǒng)[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2010(2)：32-34.

[5] 陳同斌，鄭國(guó)砥，高定.污水處理廠污泥生物堆肥技術(shù)[J].建設(shè)科技，2009(7)：56-57.

[6]曾廣德.多元綜合好氧堆肥工藝在城市污泥處置工程中的應(yīng)用[J].給水排水，2009，35(10)：42-45.

[7] 馬殿旗，姜楠，王濤，等.污泥好氧堆肥工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].建設(shè)科技.2010(23)：55-57.