城镇污水处理污泥堆肥利用实验研究

1、文献检索报告 城镇污水处理污泥堆肥利用实验研究姓名：仇治天班级：过控112 学号：2014年6月1日城镇污水处理污泥堆肥利用实验研究摘要 ： 城镇污水处理过程中一般产生大量剩余污泥，多年来，大多数污水处理厂对污泥的处理处置一般是经过浓缩和脱水后就直接外运填埋，由于污泥中含有较多的有机物、微生物、重金属等，脱水污泥直接填埋后仍然对对环境可能造成二次污染。鉴于剩余污泥中含有较多可回收利用的“生物固体”，是一种可以利用的资源。目前，有许多研究者正在致力于污泥资源化技术的研究，力图将污泥作为一种资源加以利用、变废为宝，旨在解决污泥对环境的污染问题的同时又带来一定的经济效益。本课题在对国内外污泥处理处置

2、技术进行综合分析的基础上，根据污泥的性质对比了各种污泥处理与处置方法的技术特点，探讨了污泥资源化的可行性，结合银川市城市污水处理厂的污泥性质，进行了污泥堆肥实验研究。通过两组污泥堆肥实验，主要研究了污泥堆肥的参数控制，包括堆肥前预处理、污泥含水率控制、通风方式的选择、堆肥后污泥重金属的残余、堆肥周期及肥效情况等问题；并利用此肥料进行农作物施肥试验，就肥效对农作物生长 的影响进行了各项数据检测、分析与评价。研究结果表明，银川市各污水处理厂污泥利用高温微生物发酵技术可转化有利资源，将堆肥产品与氮、磷、钾化肥按不同比例进行科学配比， 可生产出适合不同作物需要的有机肥或有机-无机专用复合肥产品。强制通

3、风堆肥技术适合于规模化污泥堆肥生产厂家，自然通风堆肥技术适合小规模的家庭污泥堆肥生产。关 键 词：城镇污水处理厂；剩余污泥；污泥资源化；好氧堆肥技术ABSTRACTA large amount of residual sludge is produced during urban sewage treatment process for many years, most wastewater treatment plant sludge disposal is generally directly land filled after thickening and dewatering, due

4、 to containing many organic matter microorganisms, heavy metals in sludge, dehydrated sludge that directly is land filled is still likely to cause secondary pollution of the environment. Because the residual sludge contains many recyclable biosolids, it is a resource that can be used.Currently, many

5、 researchers are devoted to research on the technology of sludge resources, sought to use sludge as a resource to be used, aim at solving the problems of environmental pollution of sludge, and bring certain economic benefits. On the basis of a comprehensive analysis of the domestic and international

6、 sludge disposal technology, according to the nature of the sludge, this subject compared. various technical features of sludge treatment and disposal methods, explored the feasibility of sludge resources, combined with the sludge of sewage treatment plants in Yin Chuan, research on sludge compost.

7、Through two groups sludge compost experimental, main research was parameter controlling of sludge compost , included pretreatment before composting, controlling of sludge moisture, selection of ventilation mode, controlling of effect of secondary composting, heavy metal of residual after compost slu

8、dge, compost cycle and the fertilizer situation, also proceed fertilization test used this fertilizer for crop, recorded crop growth, analyzed and evaluated.Key words: urban sewage treatment plants; Excess sludge; Sludge; Aerobic composting technology1.1 研究背景剩余污泥作为污水处理过程中的伴生物，其产量大、含水率高、成分复杂、极不稳定，如何妥

9、善处置污泥，一直是困扰城市污水处理厂正常运行的难题，近几年关于剩余污泥处理处置技术的研究开发越来越引起人们的重视。20 世纪 90 年代初期，农业系统就已经开始研究污泥，研究的目的主要是为农业生产寻找一些有机质肥料，而不是解决城市污泥出路问题，因为那时污水处理厂尚未大规模建设，产生的污泥量较少。随着经济发展及环境压力越来越大，国家对环保投入逐年加大，城镇污水处理厂数量急剧增加，污泥产生量也急速增加，许多科研机构开始为污泥的无害化处理和处置寻找出路，但是主要局限于如北京、上海、深圳这些污水处理发展迅速的特大型城市，而西北地区进入 21 世纪后污水处理才开始起步，污泥处置方面的经验较少，大多数污水

10、处理厂对污泥仅进行浓缩和机械脱水处理，有部分污水处理厂有消化设施，但由于运行成本及各种因素，处于搁浅状态，有的甚至浓缩后直接外运或简单填埋。这种处理处置方式对环境存在“二次污染”的危险。根据中国水网污泥处理处置市场报告(2010)提供的数据，2009 年，我国城镇污水处理量达 280 亿吨，污泥产生量为 2005 万吨，2010 年达 2300 万吨。根据报告的“保守”估计，“十二五”期间，随着在建污水处理厂大批投运，城镇污水处理厂污泥产量将达到年均增长 15，年产生量将突破 4600 万吨，日产量将超过12.6 万吨。污泥处理 的不到位使得我国污 泥减量化和稳定化目标 失效，如污泥含水率高，

11、给运输带来极大的困难，形成了“污泥污染污泥处理处理不到位影响污泥处置污泥二次污染”的恶性循环局面。住房和城乡建设部副部长仇保兴概括：“十五期间，我们解决了建厂的问题；十一五期间，我们解决了建厂与管网配套的问题；十二五期间，我们的重点将以全面的绩效提高，以污泥处理作为主要内容之一。” 因此，关于剩余污泥处理处置技术的研究开发备受重视。1.2 污泥处理与处置途径现状1.2.1 污泥处理 在污泥处理方面，我国主要采用了三类技术，第一类为污泥浓缩技术，包括重力浓缩、气浮浓缩、机械浓缩，其采用率分别为 72%、7%和 21%；第二类为污泥稳定化技术，包括好氧消化技术、厌氧消化技术、其他稳定技术， 其采用

12、率分别为 6%、86%和 8%；第三类为机械脱水技术，包括带式压滤、板框压滤、离心脱水等3。（1）污泥浓缩污泥浓缩是通过提高从沉淀池提取的固形物浓度为左右的污泥的固形物浓度来减少污泥量（减量化）的工序，可降低对此后的消化、脱水等处理设施的能力和容量的要求。浓缩分为重力浓缩、气浮浓缩及机械浓缩，一般广泛使用重力浓缩，但由于污泥性状的变化，污泥的沉降性与浓缩性会恶化，会采用气浮浓缩及机械浓缩。如在日本，以前采用重力浓缩的方法，因分流制下水道的普及和饮食生活的改变，用重力式浓缩进行浓缩日益困难，因此采用机械浓缩的场所有所增加，而终沉池的污泥采用气浮浓缩。（2）厌氧消化厌氧消化主要目的是利用微生物分解

13、污泥中的有机物并使之稳定，以减少污泥量。在污泥消化中一般使用厌氧消化。消化工艺将易于腐烂的污泥稳定为不易腐烂的污泥，可减少污泥的固形物量约 30%-50%左右，但需设置消化设备、沼气利用设备，同时产生高浓度的分离液，增加下水道处理负担等问题。使污泥处于不存在氧气的厌氧性状态，利用厌氧性细菌的作用分解污泥并使之稳定，消灭病原菌，提高卫生安全性。另外，因污泥的稳定还可使污泥不产生臭气 ，在不存在氧气的厌氧状态下，污泥中的有机物经过酸性发酵期、酸性衰退期和碱性发酵期 3个阶段，蛋白质、碳水合物等分子量大的有机物被分解成醋酸和低级乙醇，以及甲烷、二氧化碳、氨等使之稳定。从污泥消化工艺产生的气体中含有约

14、60的甲烷气体，用作为消化槽、发酵槽的加温用燃料，焚烧炉的燃料1。另外因为消化气含有硫化氢，所以需要脱硫设备。（3）好氧消化好氧消化是通过好氧氧化分解作用，使污泥中的有机物矿化，达到使污泥稳定化的目的。（4）污泥脱水脱水是减少污泥的含水率，便于污泥处理和处置的工序。液状污泥经脱水变为固形脱水污泥饼，含水率为 9798%左右的污泥经脱水后变为 7585%，可减少约十分之一左右的容量，搬运也较容易。脱水时为了提高脱水性，通常在脱水前添加凝集剂。利用离心脱水机，在一些小规模的污水处理厂大多采用多板型螺旋压榨式脱水机，使用无机和有机高分子絮凝剂。1.2.2 污泥处置污泥处置的途径包括土地利用、卫生填埋

15、、焚烧处理和水体消纳等。土地利用仍然是中国污泥处置的主要形式，约占 48.28%；填埋所占比例约为 34.48%；焚烧约为3.45%4，目前仍有 13.79%的污泥没有得到合理的处置，这将会对环境带来潜在的危害。（1）焚烧法此方法是目前污泥处理处置方法中最彻底的处置方法，通过去除污泥中的有机成分和水分来减少污泥的最终处置量并使其性质稳定。虽然现在的环境要求越来越高，但污泥焚烧的关键设备焚烧炉的技术发展很快，目前已能满足要求。焚烧炉作为焚烧技术中的主要设备，受到各国的重视，美国、日本、欧盟这些发达国家十分重视流化床焚烧炉技术的发展5。要求焚烧温度高于 850，这样可较好地防治焚烧产生二噁英等有害

16、气体。焚烧后的辅产品焚烧灰可用于改良土壤、制作砖瓦或陶瓷、也可用于筑路或混凝土填料等6。因为污泥焚烧能较简便地达到减量化稳定化，在难以确保污泥的填埋处置地的近几年里，许多大规模处理场采用这种方法。建设费和运转费比其它工艺高，运转操作要求高。另外从防止大气污染的观点出发需要排气处理装置，以去除硫磺氧化物、氮氧化物和煤灰。（2）卫生填埋污泥卫生填埋始于 20 世纪 60 年代，到目前为止已经发展成为一项比较成熟但相对落后的污泥处置技术。因为其操作简单，投资费用较小，处理费用较 低，适应性强。7目前，卫生填埋有两种方式，即混合填埋和单独填埋，混合填埋时大部分脱水污泥与城市垃圾混合。卫生填埋有两方面的

17、问题需要解决，一是污泥本身的土力学性质，污泥脱水后的含水率一般在 75以上，如单独填埋，即缩短填埋场的使用年限，不能满足填埋场的要求，即需要进行预处理后才能进入填埋场填埋6。另一方面，污泥填埋对环境产生的影响需进行评估，如垃圾处理厂本身防渗技术不好，将会导致土壤和地下水污染。在我国，垃圾处理一般由环卫部门管理，而污泥处置由建设部门管理，分属不同的管理部门，将污泥与垃圾进行混合填埋时，需要两部门协调沟通，在体制上理顺。卫生填埋最大的害处是其侵占土地严重。（3）土地利用土地利用主要是将污泥用于绿化和农田时大部分采用堆肥化后还原于绿化地和农田的方法。在许多国家，污泥土地利用是污泥处置的一条重要的途径

18、。在我国，土地利用的方式包括农业利用、园艺方面、生活垃圾填埋场覆盖土及废弃矿场土地改良等6，这是一种适合国情及经济发展状况的积极的、生产性的处置方法。但盲目将污泥土地利用，存在一定的风险性，其中的主要危险因素之一就是重金属。可以通过一些措施，实现安全使用，如采用生物法预处理11，从污水源头控制，选择性地施用等。污泥土地利用必须在使用、管理、监测方面建立一套严密的监控系统，以确保污泥土地使用安全有效2。（4）其他利用主要包括以下几方面，制造砖块、生态水泥、陶粒、填料等，主要针对一些以业废水和生活污水混合的污水处理厂产生的的污泥，它含有机废物、重金属和一些有害微生物，卫生填埋与土地利用等不适用。2

19、. 污泥处理处置技术的发展污泥是污水处理后的产物，包括用各种处理方法产生的，如物理法、化学法、和生物法等处理生活污水及工业废水时产生的沉淀物、颗粒物和漂浮物。未经处理的污泥的主要特点是有机物含量比较高，很容易腐烂并产生恶臭，含水率高（可高达 99%以上），介于液体和固体之间，颗粒细、比重小、呈胶状液态，可以用泵运输，但污泥很难通过自然沉降进行完全固液分离。通俗地说，污泥是污水中的固体部分，包括日常排入生活污水中或工业废水中的砂粒、动植物残体、纤维等固体颗粒及各种凝结的絮状物，同时城镇污水处理厂所产生污泥中含有丰富的氮、磷、钾等营养元素以及多种微量元素，是植物生长发育所需要的，另外污泥含有大量的

20、有机物及腐殖质，能改良土壤的结构，所以说有机物和腐殖质也是一种比较有价值的有机肥料。但污泥也含有一些重金属及某些难降解的有机物，还含有多种病原菌、寄生虫卵。由于污水来源、污水处理工艺及季节的不同，污泥的组成差异较大。2.1 污泥的分类（1）按污水来源分类按污水来源的不同，所产生的污泥可分为：给水污泥、生活污水污泥、工业废水污泥。（2）按污水处理和污泥分离方式分类初沉污泥（sludge from primary sedimentation tank）：主要是初次沉淀池沉淀下来的污泥。一般情况下为是棕褐色，略带灰色，搁置时间长时，则为灰色或黑色，气味较难闻，但工业废水比例较大时，气味会有所缓解。初

21、沉污泥略显酸性，pH值一般在 5.57.5之间，含固量在 3%左右，有机成份在 55%70%之间。活性污泥（activited sludge）：指活性污泥法处理工艺中二沉池产生的沉淀物。活性污泥呈黄褐色絮状，有土腥味，pH值在 6.57.5之间，当采用硝化工艺时，活性污泥的 pH 有时会低于 6.5，含固量在 0.5%0.8%之间，有机成份在 70%85%之间，与污水处理中是否设有初沉池及泥龄的长短有关系。腐殖污泥：指采用生物膜法污水处理工艺中二次沉淀池产生的污泥，比如生物转盘、生物滤池、部分生物接触氧化池等工艺。化学污泥：指采用化学强化一级或三级污水处理工艺后产生的污泥。化学污泥一般为混凝沉

22、淀工艺中形成的污泥，其性质取决于采用的混凝剂种类。当采用铁盐混凝剂时，可能略显暗红色。一般来说，化学污泥气味较小，且极易浓缩或脱水。由于其中有机分含量不高，所以一般不需要消化处理3。（3）按污泥产生阶段不同分类沉淀污泥（primary settling sludge）：指物理沉淀、化学沉淀、混凝沉淀等初次沉淀池中截留的污泥。生物处理污泥（biological sludge）：生物处理时产生的污泥,主要由污水中胶体状、悬浮状或溶解状的有机污染物组成的一些活性物质,称为生物处理污泥。生污泥（fresh sludge）：指从包括初沉池和二沉池等沉淀池分离出来的悬浮物及沉淀物总称。消化污泥（di-ge

23、sted sludge）：指生污泥经过厌氧消化工艺后产生的污泥。浓缩污泥（concentrate sludge）：指生污泥经浓缩处理后产生的污泥。脱水干化污泥（dehydration sludge）：指生污泥经脱水及干化处理后产生的污泥。干燥污泥（Drying sludge）：指经过干燥处理后产生的污泥。（4）按污泥的性质和成分分类按污泥的性质和成分可分为亲水性污泥和疏水性污泥，有机污泥和无机污泥12。2.2 污泥的组成污泥处理处置与利用技术措施选择依据之一是污泥的性质，污泥的组成则是其性质表现的基础，城镇污水处理厂污泥主要组成相的特点如下：2.2.1 污泥的有机物组成其中一种方式是按元素组成

24、对污泥进行描述，即按碳、氢、氧、氮、硫、氯等六种元素的构成关系来说明污泥的有机元素组成。另一种描述方式是按污泥中有机物的分子结构或化学组成进行描述，污泥的有机物分子结构情况十分复杂，详细描述较为困难，因此多按与污染控制和污泥利用有关的各个方面来描述其化学组成，其中包含：毒害性有机物组成；有机生物质组成；有机官能化合物组成；微生物组成13。2.2.2 污泥的无机物组成污泥的无机物组成也是按其与污染控制和污泥利用有关的各个方面进行描述的，其中包含：毒害性无机物组成；植物养分组成；无机矿物组成等三个方面14。2.2.3 污泥的流动相组成污泥流动相主要由水及溶于水的各种有机物和无机物组成，污泥中的水溶

25、性污染物组成与城市污水中的相似，但一般浓度稍高，如污泥机械脱水上清液的溶解性 COD 在数百至数千范围，比城市污水高数倍4。2.3 污泥的利害特性2.3.1 污泥中的污染物及其危害污泥中含有较多的污染物，如果未经妥善处理将会对环境造成很危害。其主要污染物包括盐份污染、病原体污染、有机高聚物污染、重金属污染、过量氮磷污染等5。(1) 过量盐份污染污泥中各种无机盐含量较高，存在的比较多的无机物量，如果土壤施用量过大，土壤的电导率相应增大，电导率增加到一定的程度，会破坏植物根系，抑制植物对养分的正常吸收，破坏植物养分平衡6。（2）病原体污染污泥中含有大量有机物及大量病原体（病原微生物和寄生虫），易分

26、解腐烂，没有经过任何处理的污泥随着堆放时间增加，会污染土壤与水体，会产生强烈的恶臭味。病原体如果传递至食物链，将会危害人类的健康。（3）有机高聚物污染污水厂污泥中含有包括邻苯二甲酯、多环芳烃、氯苯、氯酚等对人体危害大机高聚物，不易降解、毒性残留期长、对人体危害大。（4）重金属污染生活污水中重金属含较低，但工业污水重金属含量较复杂，重金属一般具有溶解度小、性质稳定、难以去除的特点，在污水处理过程中，有关资料记载，有70%90%的重金属元素通过吸附或沉淀转移到污泥中，所以污泥使用不当，潜在毒性易在作物和动物以及人体中积累6。（5）过量氮磷污染污泥中含有大量的氮磷元素，如任意堆放，可能使这部分氮磷就

27、会流入水体，造成水体的富营养化污染或污染土壤，另外，当污泥使用过量，会使土壤中有机物的氮磷分解速度大于植物吸收速度，同样会造成氮磷污染。2.3.2 污泥的可利用价值污泥中含有较多的有机物、植物营养物等，如果能够合理处理并回收，也会给人类的生活生产带来一定的利用价值。（1）污泥的燃烧价值污泥的主要成分是有机物可以燃烧尤其污泥经适当干化后，可作为辅助燃料燃烧，天津纪庄子污水处理厂曾对其污泥进行了测定，一般污泥发热量8734-12531KJ/KG ， 二 沉池污泥达到12946-13603KJ/KG ， 消化污泥达到7406-10952KJ/KG，褐煤的热值为3500 大卡/公斤的 71.0%，烟煤

28、的热值为 6500 大卡/公斤，污泥的热值相当于褐煤的 71%，烟煤的的 38.4%6。（2）污泥的有机养分利用污泥中含有多种微量元素及大量的氮、磷、钾、钙和有机物，中国城市污泥的有机质、氮磷钾的平均含量分别为 384、27、14.3、7.0 g/kg（干重）7，污泥堆肥后，含有较高的腐殖酸类物质及水溶性组分，腐殖酸类物质可以改良土壤，水溶性组分中的生长素和细胞分裂素的生物活性，可促进植物生长。随着中国城市污水处理技术的提高，其有机质和养分含量呈增加的趋势，其重金属平均含量相对欧美国家普遍偏低，且随着社会经济和科技水平的提高，城市污泥重金属含量呈逐渐降低的趋势8。这些元素是植物所必需的，城市污

29、水厂污泥中所含的元素可以缓慢释放，具有长效性，这是可以成为有用生物肥源的一个条件，可以控制利用，污泥作为肥源，可以改善土壤结构，主要原因是可增强土壤团粒结构的形成，首先土壤的孔隙加大、透气性相应增强、从而田间持水量和保肥能力增强并降低土壤的容重等，并增加土壤根际微物群落的代谢强度和生物量，抑制腐烂和病原菌。并通过调节阳离子交换量土壤，改善土壤的 pH 值。另外，污泥可明显改善土壤的“理、化”性质，增加 N、P、K的含量，如污泥用作肥料，相当于农家肥，可实现三减：减少化肥施用量、减少“化肥”对环境的污染、减低农业成本。对于中国这样的农业大国，城市污泥具有较好的农用前景14。污泥中的营养成分与农家

30、肥比较见表 2-1。表 2-1 污泥中的营养成分与农家肥比较 项目名称有机质（%）氮（N%）磷（%）钾（%）太原杨家堡污水净化厂521.791.720.53上海曲阳水质净化厂751.840.420.44上海长桥水质净化厂663.120.2240.315天津纪庄子污水处理厂48532.43.91.23.50.320.43猪厩肥250.450.083马就肥250.580.122牛就肥200.340.07羊厩肥31.80.841.1（3）替代粘土成为生产水泥或制砖的原料污泥中的部分成份与粘土成分相类似，在一定条件下可以替代部分粘土成为生产水泥或制砖的原料，或经焚烧后产生的焚烧火用于水泥生产过程中。污

31、泥中有用物质的回收与利用，主要是指以处理工业废水为主、城镇污水为辅企业自建的污水厂，因其原生污水和污泥中含用大量的有用物质6。如印染废水中碱液、造纸废水中废纸浆碱、将其中有用物质进行回收，可减少对环境的污染，并回收了大量有用的资源。另外此类废水中热值含也较高，可以再利用。2.4 国内外污泥处理与处置技术发展2.4.1 欧盟的污泥处置与利用欧盟各国的污水处理程度以及污水处理设施的服务人口存在较大的差异，但污水处理率在不断提高，污水处理的技术及排水标准都在不断提高，所以污泥量也逐年增加，污泥处置问题较突出，欧盟污泥的主要处置方式有循环利用（主要以污泥农用为主）、焚烧、填埋、和海洋弃置等四种17。在

32、欧盟，污泥的循环利用主要是指将污泥堆肥后，进行农业利用，即将污泥作为底肥施用到农田与园林用地，欧盟各成员国自然环境与经济水平不同，其农林业的水平不尽相同，发达国家与发展中国家的污泥处理政策重点不同，农用比例也有差异，但总的趋势是增加的。污泥填埋在希腊、葡萄牙等国的比例较高，由于污泥填埋可能产生新的污染，而且会缩短垃圾填埋场的使用年限，因为含水率达 80%的污泥极易堵塞垃圾场渗滤液排水管道，加重其承载负荷，从而影响填埋场的使用年限，另外，土地也越标准要求的越来越高，污泥填埋的总体趋势是下降的。焚烧方式在欧盟各国采用的趋势不尽相同，如在英德法 等发达国家的焚烧技术进步很快，并且国家的政策支持力度大

33、，使焚烧技术得到了广泛的推广应用，污泥焚烧比例呈现增加的趋势，相反，希腊等国的经济发展水平较低，技术水平也较落后，则不使用或很少使用焚烧方式，欧盟污泥焚烧的总体趋势是增加的。在欧盟，海洋弃置处置方式越来越少，海洋弃置是将污泥未经处理直接投入到海洋中，海洋弃置的本质与填埋处理方式相同，主要利用海洋巨大的海水容量稀释污泥，在污水处理发展初期，产生的污泥量很少时， 此方法操作即简便，成本又很低，许多国家的沿海城市都曾这样处置污泥，如西班牙、英国、爱尔兰、及等国利用海洋处置污泥的比例曾高达 10%、30%和 35%，为保护海洋生态环境与海洋生物，从 1999 年 1 月 1 日起，污泥海洋弃置已被禁止

34、。欧盟污泥标准工作主要由欧洲标准化委员会的污泥特性技术委员会负责（CEN/TC 308），分三个小组来完成9，第一组制定污泥参数的标准规范，包括化学、物理、生物三个参数。第二组制定污泥处理处置方法的指导准则，主要包括：污泥处理处置术语、污泥稳定、污泥土地利用、污泥焚烧、污泥填埋等。第三组研究污泥管理的未来需求，如预测未来污泥量并提出污泥处理处置的新路线。欧盟污泥准则主要包 括：污泥农用准则（ Directive 86/278/EEC）、欧盟废物 指令（75/442/EEC）、欧盟废物焚烧指令（2000/76/EC）、欧盟废物填埋指令等。其中污泥农用准则是所有成员国制定污泥标准的主要参照，也是基

35、本框架。最近制定的与污泥处置相关的法规是 1994 年 7 月通过，于 1996 年 9 月生效的物质循环管理垃圾法。英国主要有三个法规与污泥处置有关19，分别为 污泥农用法规（StatutoryInstrument 1989 No.1263）20、控制废物法规(Statutory Instrument 1992 No.588）和废物收集与处置法规（Statutory Instrument 1988 No.819）【19】。其中污泥农用法规主要包括稳定化处理后污泥的 pH、重金属、卫生指标等测定的各项指标值、适用的土地类型、使用范围、性质等方面，而其他两部法规主要用于规范污泥收集、控制和处置过

36、程。2.4.2 日本污泥处置与利用日本限于本国的土地情况，于 80 年代初期开始研究污泥焚烧及热干化技术，并逐步推广使用，处于世界领先水平，争取污泥的最小减量化，但热干化和污泥焚烧处理的最大瓶颈是处理方法本身的能耗极高，后期随着尾气排放标准的越来越严，处理成本也越来越高，所以日本转向制定新的污泥管理政策 ，利用逐步从焚烧、热干化、填海转向堆肥、焚烧灰分利用。目前，焚烧灰分利用率已经达到污泥总使用的 27%，并呈继续增长趋势。污泥用作发电厂燃料也具有应用前景，目前已制定了 ACE 计划：A（Agriculture）污泥无害化后用于农业、园林和绿化；C（Construction）污泥焚烧后将灰分制

37、成固体砖或其他建筑材料；E（Energy recovery）利用污泥发电、供热，基于大区域污泥处置和资源利用26。堆肥在日本污泥处理中已占相当份额，动物粪便堆肥后作为肥料已经被日本农民已经了解并且接受，并在市场上具有的竞争力，对于污泥堆肥主要担心的的的堆肥处理中存在如重金属等安全使用问题。据 2004 年年底统计27，日本的污水处理人口普及率已达 79.4%，每年产生下水污泥 7507 万吨（含水率约 97%）。所产生的污泥的 33作为废物被处置在填埋地等。67%被有效利用，其中 23%用于绿化地和农田，约 75%用于建设资材。绿化地和农田利用中约 77%是作为堆肥使用的，建设资材利用中的约

38、89%使用焚烧灰10。2.4.4 中国污泥处理及处置1984年，我国由城乡建设环境保护部出台了第一部污泥国家标准，即农用污泥中污染物控制标准(GB4284-84)，自进入二十世纪九十年代，随着污水处理规模加大，污泥的危害日渐显著，出台处理处置标准刻不容缓，2009 年我国出台了一系列的相关标准，我国污泥标准按级别可分为国家标准和城市建设行业标准，按标准的执行性质可分为强制性标准和推荐性标准28，强制性标准主要集中在污泥的排放标准，2007 年后所颁布的一系列泥质标准多为推荐性产品标准，可以说为污泥的资源化利用提供为参考标准，也可以看出污泥资源化利用方向。3.1 堆肥的机理好氧堆肥是利用污泥中的

39、好氧微生物进行好氧发酵的过程。堆肥受很多因素的影响，过程相当复杂，主要影响因素有污泥的 pH 值、环境及污泥本身温度、有机份、碳氮比、耗氧速率、堆料的密度、堆料的组成、孔隙率和自由空域等诸因素的影响，涉及到生物、化学、自控等专业，所涉学科广泛。堆肥一般是将污泥按一定比例与各种添加物混合，添加物可就地取材，处置场所如在农村可添加稻草、秸秆、锯末、树叶等植物残体，如在与工业场所较近的地方，则可添加粉煤灰、草炭、生活垃圾，目前，市场还有专门的菌种出售，堆料借助于污泥中含有的混合微生物群落，进行有机物的氧化分解，使有机物转化为类腐殖质。混合微生物群落中主要起作用的是细菌和真菌，其中细菌大约是真菌数目的

40、一百或更多倍，它们对极难溶解的高分子有机物（如纤维素、几丁质、蛋白质、蜡、橡胶以及链烷属烃）的降解有积极的作用。微菌消耗营养物的速度致使物料浓度发生变化的影响，可用 Monod 提出的方程描述，如式（3-1）。ds/dt=-(KmSX/(Ks+S)式中，ds/dt底物的有效消耗率Km最大有效系数（物质质量/微生物一天质量）S限制底物浓度（质量/体积）X微菌浓度（质量/体积）Ks半速系数（质量/体积）（3-1）在高浓度底物中，物料的转化过程很迅速，增加底物浓度不会引起底物转化率的提高，当 S Ks 时，（ds/dt）X-1=-Km；若 SKs时，（ds/dt）X-1=-（Km/Ks）S；目前，在

41、我国，关于好氧堆肥与厌氧堆肥两种方式的争论较为激烈。好氧工艺堆置的优点是生产周期短、有机物分解完全、臭味较小、对周围环境影响小等优点；厌氧堆肥生产周期长、易产生恶臭。好氧堆肥从堆积到腐熟主要经历主发酵阶段与后熟阶段两个阶段27，有升温、高温、降温等三个时期。污泥经过主发酵阶段以后，绝大部分易降解有机物被微生物降解，但还有少部分有机物存在，堆肥基本完成。当污泥堆肥形成规模化生产时，为保证堆肥产品质量，需进行二次堆肥，其进一步腐熟。堆肥开始时，由于有机物中的可溶性物质（如单糖）很快降解，释放出部分热量，堆体温度开始上升，此温度适宜于嗜温菌生存生长，所以嗜温菌开始大量繁殖，促使更多的有机物降解并释放

42、出热能。污泥具有良好的保温性，所以堆体的温度上升很快，几天内就可以达到 5060或者更高。当温度高于 45时不适宜于嗜温菌生长，受到抑制，嗜温菌逐渐死亡，被包括放线菌、真菌等的嗜热菌菌群取代，新形成的可溶性物质和有机物中残留将继续分解转化，半纤维素、纤维素、蛋白质等复杂的有机物也被分解，开始形成腐殖质，堆肥污泥进入稳定状态。经过高温以后，各类物质分解趋于减缓，需氧量逐渐减少，温度持续下降，说明堆肥基本完成。当温度下降并稳定在 40左右时，堆肥基本达到稳定。 好氧堆肥反应式见式（3-2）11。CsHtNudH2ObO2 CwHxNyO2CH2OdH2OeH2OfCO2gNH3（3-2）(堆肥原料

43、)(熟堆肥) (水) (蒸汽)3.2 污泥堆肥技术工艺确定3.2.1 污泥堆肥工艺选择（1）常用堆肥工艺分析堆肥技术从上个世纪 60 年代后期迅速发展起来的一项新的生物处理技术，在国外已得到广泛应用。堆肥工艺发展至今天，形成很多不同类型，可按不同的分类方式进行分类30，按照堆肥工艺的特点分为三类： 按堆肥物料运动形式分类：动态堆肥，静态堆肥； 按堆肥微生物对氧的需求分类：好氧堆肥，厌氧堆肥；堆肥系统目前常用形式主要有以下五种12： 自然通风静态堆肥：成本较低，较适用于分散的小规模堆肥，如农民自制污泥肥料，目前也是我国城市垃圾堆肥的应用最多的方式。 强制通风静态堆肥：发酵周期比自然通风静态堆肥明

44、显缩短，这种方式适用于中型污泥集中处置，目前在我国应用呈增长趋势。 机械翻堆条形堆肥：该方式在我国应用较少，有关资料显示，近年来，日本主要致力于机械化堆肥技术研究，目前已在神户、大阪等地开发出了卧式（污泥混合物料沿水平方向移动）、竖式（混合物料沿垂直方向移动）、斜式（物料沿斜向移动）等多种发酵仓系统的堆肥工艺，并有 17 种已投入使用13。 筒仓式发酵仓堆肥：属于间歇动态好氧处理工艺。 卧式发酵滚筒堆肥：在美国、日本、欧洲广为采用32，目前国际使用较为普遍且技术也较为先进的处理方法，。丹麦 DANO 公司的发酵器转筒直径 3.5m、长度 36m，德国 Reinstal 公司的发酵器直径 3.7

45、5m、长度 40m。丹诺发酵仓污泥腐熟周期为 3 个昼夜。塔式堆肥：污泥混合物从下部送入，边输送边振荡， 污泥发酵周期可缩短至 6 天。（2）工艺确定通过以上分析，本研究计划采用两种堆肥方式，即强制通风堆肥及自然通风堆肥工艺进行堆肥实验研究。强制通风堆肥工艺：污泥经自然干化后，适当投加粉煤灰、秸杆、牛、羊、鸡粪、磷矿石、菌种等添加物，供氧利用鼓风机或空气压缩机强行鼓风进行 ，调理污泥经初次、二次发酵后，进行各种试验，记录所需参数，并利用强制通风堆肥的复合肥进行农作物试验。自然通风堆肥工艺：将污泥与添加调理剂包括羊粪及麦芠按一定的比例混合后，开始发酵堆肥，按一定的时间顺序进行翻堆，并记录所需参数

46、。堆肥完成后，利用成熟的肥料进行农作物试验。3.2.2 堆肥工艺目标及理化指标（1）堆肥工艺目标 将污泥的 C/N 比例及水份调节到适宜堆肥的要求范围，主要通过加入适当的调理剂，目前可用调理剂有堆肥专用调理剂或根据当地其他有机废弃物产生情况就地取材； 进行实时监控，主要是监测堆肥过程温度变化和氧气消耗情况，并进行实时调控，目前已培养出适合堆体高温好氧微生物，并且使堆体在最短的时间内达到 50以上的温度，此温度为卫生化所需温度，维持国家标准规定所需的高温时间，通过控制系统保证堆肥产品的稳定性，并降低能耗；通过高温发酵等使物料水分下降 3540% ； 若对堆肥后产品要求较高，则需要物料进行后熟处理

47、，然后将后熟后的堆肥物料干燥、并根据市场要求进行筛分，部分作为调理剂回用； 粉碎后添加其他辅料，根据设计的复合肥产品配方，通过污泥造粒专用设备造粒、烘干、筛分、冷却、包装等工序制作成优质有机肥；（2）堆肥工艺的理化指标 堆肥工艺参数：包括一次发酵和二次发酵的工艺参数。一次发酵主要参数包括，含水率（4560%）、C/N 比（2535/L）、温度（5565）、周期（510天）。 二次发酵工艺主要参数包括，含水率30%、温度40、周期（2535天）。 堆肥质量标准：一次发酵终止指标包括，容积减量（3040%）、水分去除率（20%）、C/N 比（1520/L）、无恶臭。二次发酵指标包括，堆肥充分腐熟、

48、含水率25%、C/N 比20/L、堆肥粒度10 mm。 堆肥产品的目测指标：温度自然降低；无明显臭味并且不再吸引蚊蝇；由于真菌的存在，表面开始出现白色或灰白色的菌丝；整体呈现疏松的团粒结构。3.2.3 影响堆肥的主要因素主要有下面六个方面的因素。（1）污泥的有机质含量和营养物不同地区污水处理厂污泥的有机物含量差异较大，尤其是我国由排水体制及生活习惯等问题，污泥的有机物含量较国外低，但可以满足堆肥中所要求的有机物含量为 2080%之间的要求。堆肥过程中，微生物所需要的大量养料有氮、磷、钾，所需要的微量元素有钙、铜、锰、镁等元素。堆肥中必须调整合适的营养物比例33。（2）通风方式对于好氧堆肥，通风

49、量的多少直接影响微生物活动、有机物的分解速度，因此，好氧堆肥时通风供氧必须保证充分。常用的三种通风方式为自然通风、间断式强制通风、连续强制通风15。（3）pH值污水处理中微生物最适宜的 pH 值是中性或弱碱性34，污泥堆肥同样，pH值太高或太低都有可能导致堆肥失败。在整个堆肥过程中，pH值是不是固定不变的，在堆肥的不同阶段及不同的堆肥温度时，PH值不断发生变化。经测定，在好氧堆肥初始阶段，pH值下降（可降至 5.0），主要由于有机酸的生成，随后上升至 88.5 左右，如果由于供氧不足，废物堆肥成厌氧状态，则 pH 值继续下降。此外，pH 值也会影响氮的损失，因 pH 值在 7.0 时，氮以氨气

50、的形式逸入大气。堆肥过程中，pH值有足够的缓冲作用，在一般情况下，pH值可以保证好氧分解的酸碱度水平16。（4）碳氮比如同污水处理过程一样，C/N 也是污泥堆肥过程的一个重要因素。初始碳氮比在 3035:1 之间是最理想的。（5）温度在堆肥过程中，堆体的温度直接影响堆体中生物群落质量和数量。在堆肥的初始阶段，堆体温度一般与环境温度一致，过低的堆温会使腐熟时间大大延长，过高的堆温（70）也会对堆肥微生物产生有害的影响。堆肥温度的变化除受环境温度的影响外，主要受供气量的影响，因此，保证有效通风量，才能保证一个好氧微生物赖以生存最佳环境条件17。（6）含水率含水率是好氧堆肥的关键因素，堆料的成分决定

51、了含水率的高低。当堆料中的含有灰分较多，含水量小，但在堆肥过程中，由于微生物只能摄取其生存必需的溶解性养料，所以应加以调节。当堆料的有机质含量小于 50%时，堆肥的最佳含水率应为 4550%18。4.结论论文通过两种污泥堆肥实验及堆肥后肥料施用于农作物的试验，研究了污泥堆肥过程中各项参数控制、堆肥后的肥料安全性指标、堆肥后产品对农作物生长影响等，获得以下结论：（1）利用城市污水厂污泥进行好氧堆肥生产有机肥是实现污泥资源化的一种有效途径，经过堆肥后，可以达到污泥稳定化、减量化、无害化的目的。最终的成品病原微生物符合卫生指标，无恶臭、结构松散。（2）经过堆肥后，污泥的病原微生物可有效去除，达到无害化标准。间接强制通风