太原市楊家堡污水凈化廠污泥資源化示范工程是山西沃土生物有限公司與太原市排水管理處合作的2001 年度國家級火炬計(jì)劃項(xiàng)目，同年9 月8 日通過科技部組織的現(xiàn)場驗(yàn)收。迄今為止已運(yùn)營兩年半，重大技改三次，累計(jì)投資近千萬元，取得了許多寶貴的實(shí)際運(yùn)行和工程建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，楊家堡污泥資源化的實(shí)踐和探索為我國污泥資源化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與相關(guān)政策的制定提供了寶貴的第一手資料。

技術(shù)創(chuàng)新

世界上任何創(chuàng)新都是有代價(jià)的，所謂“沒有免費(fèi)的午餐”。污泥資源化的技術(shù)創(chuàng)新按工藝劃分包括污泥高溫好氧堆肥和污泥農(nóng)用肥料產(chǎn)品的深加工。前者為污泥的無害化處理，后者為以資源化為手段的無害化處置。

處理

為了明確區(qū)別污泥處理處置的工藝過程和政策界限，對污泥的無害化處理劃分為前處理和后處理兩個(gè)階段，污泥的前處理是指經(jīng)濃縮、脫水，包括厭氧消化處理得到一般含水率為75%～80%（或以污泥干重計(jì)）泥餅的預(yù)處理過程。污泥的后處理是指在污泥前處理的基礎(chǔ)上，泥餅通過高溫好氧堆肥消毒裝置的堆肥處理，實(shí)現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化、無害化，符合國家標(biāo)

準(zhǔn)的排放要求。把污泥處理過程分為前、后兩個(gè)部分，對于明晰污泥處理成本，劃清污泥補(bǔ)貼界限，推進(jìn)資源化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

污泥是污水處理過程中產(chǎn)生的一種含水率很高的絮狀泥粒,它是由污水中的懸浮物，微生物及所吸附的有機(jī)物以及微生物代謝活動(dòng)產(chǎn)物所形成的聚集體。污泥的危害主要包括：①侵占土地；②污染土壤，污泥堆置的有害成份響應(yīng)聚集，經(jīng)風(fēng)吹雨淋，產(chǎn)生高溫或其他化學(xué)反應(yīng)，能殺滅土壤微生物，破壞土壤結(jié)構(gòu)，使土壤喪失腐解能力；③淤泥河床、污染水體；

④污染大氣，污泥有機(jī)物被微生物分解釋放出有害氣體、塵埃，加重大氣污染；⑤含有大量的病原菌，主要有腸道細(xì)菌、蠕蟲寄生蟲及病毒三大類，大部分被結(jié)合在污泥顆粒物上濃縮，其數(shù)量比污水中的要高得多。按照國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002），污泥的穩(wěn)定化、無害化處理好氧堆肥工藝各項(xiàng)控制指標(biāo)具體包括：含

水率（%）<65、有機(jī)物降解率（%）>50、蠕蟲卵死亡率（%）>95、糞大腸菌群菌值>0.01。與傳統(tǒng)的好氧、厭氧消化工藝對比，好氧堆肥工藝增加了微生物控制指標(biāo)。

堆肥機(jī)理

高溫好氧堆肥是在污泥中加入一定比例的膨松劑和調(diào)理劑（如秸稈、稻草、粉煤灰或生活垃圾等），其作用包括通過反稀釋降低污泥水份和膨松兩個(gè)方面。好氧微生物群落在潮濕、有氧環(huán)境下對廢物中的多種有機(jī)物吸收、氧化、分解，轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)。研究表明，經(jīng)過好氧堆肥的污泥質(zhì)地疏松，陽離子交換量（CEC）顯著增加、容重減小、可被植物利用的營養(yǎng)成分增加。好氧分解主要是利用嗜熱細(xì)菌群，分解氧化有機(jī)物，同時(shí)釋放出大量的能量。有機(jī)物生化降解的同時(shí)伴有熱量產(chǎn)生，堆肥物料溫度上升至60～70℃，致使病原菌和寄生蟲卵死亡。美國環(huán)保署公布的503 法案中，控制生物固體致病菌對時(shí)間—溫度的最低要求：55℃通氣靜態(tài)倉式堆肥系統(tǒng)堆體至少保持3 天，翻垛式堆肥系統(tǒng)至少持續(xù)15 天并翻堆5 次，可以滅活病原菌。試驗(yàn)證明污泥在好氧堆肥裝置中可達(dá)到55℃以上的高溫并維持3 天以上的時(shí)間，充分殺滅病原微生物，達(dá)到無害化標(biāo)準(zhǔn)。目前世界各國采用的方法有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)堆肥兩種，如自然堆肥法，圓柱形分格封閉堆肥法，滾筒堆肥法，豎式多層反應(yīng)堆肥法以及條形靜態(tài)通風(fēng)等堆肥工藝。發(fā)達(dá)國家多采用現(xiàn)代工業(yè)化的筒倉發(fā)酵工藝，以適應(yīng)環(huán)境敏感地區(qū)污

堆肥的意義

高溫好氧堆肥工藝作為污泥無害化處理的手段具有一次性投資小，運(yùn)營成本低，處理量大，操作維修簡便等優(yōu)勢。現(xiàn)代容積式堆肥裝置和生物技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，有效克服了傳統(tǒng)堆肥技術(shù)占地面積大、臭氣不易收集處理、發(fā)酵周期長等缺陷，拓展了高溫好氧堆肥技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域與環(huán)境。今后好氧堆肥工藝研究的重點(diǎn)是外源微生物菌種的篩選培育和成套堆肥機(jī)

械設(shè)備、能源平衡技術(shù)，以及污泥堆肥的適用性研究。

楊家堡污泥示范工程目前采用的是陽光棚半封閉式外源接菌好氧發(fā)酵工藝，其優(yōu)點(diǎn)是一次性投資小、處理量大、操作維修簡便、外源VT菌有益微生物升溫快、防霉變，不足之處是缺少臭氣收集處理設(shè)備，夏天高溫季節(jié)棚內(nèi)有臭氣，發(fā)酵周期長，相對處理能力低等。按照山西省計(jì)委《關(guān)于太原市城市污水凈化廠（公司）污泥高溫堆肥消毒工程可行性研究報(bào)告的批復(fù)》(晉計(jì)城環(huán)發(fā)[2004] 55 號(hào))和楊家堡污水凈化廠所承擔(dān)的污泥處理數(shù)量（包括北郊和殷家堡污水凈化廠）污泥119.5m3/天，計(jì)劃在楊家堡污水凈化廠區(qū)內(nèi)建設(shè)6 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)筒倉，處理能力330m3/d（折含水率80%污泥150m3/d）的VT筒倉高溫堆肥生產(chǎn)線，原1260m2的陽光棚改作陳化車間。

堆肥的局限性

污泥的無害化與資源化的目標(biāo)是有區(qū)別的，前者是通過減量化、穩(wěn)定化，最終實(shí)現(xiàn)污泥的無害化。以無害化為首要目標(biāo)，其處理處置手段可以概括為“消滅污泥”，只要條件允許，越徹底越好。好氧堆肥工藝也是如此，其處理指標(biāo)是以無害化為首要目標(biāo)的。事實(shí)上，按照資源化農(nóng)用的要求，堆肥工藝是有缺陷的。據(jù)美國科學(xué)家研究證實(shí)，有機(jī)肥在堆（漚）過程中氮素?fù)p失1/2～3/4。污泥熱噴與堆肥的技術(shù)和應(yīng)用比較，結(jié)果表明污泥中的有機(jī)組分經(jīng)過熱噴處理后，易降解物含量增加，難降解物含量降低，而堆肥處理則相反，有機(jī)組分中的難降解物含量增加，易降解物含量降低，污泥全氮的70%～80%是有機(jī)氮，熱噴處理使污泥中的有機(jī)氮向易礦化態(tài)轉(zhuǎn)變，易礦化態(tài)氮含量較處理前分別增加8.0%～6.5%；而堆肥處理使污泥中的有機(jī)氮向難礦化態(tài)轉(zhuǎn)變，難礦化態(tài)氮含量增加了4.1%，污泥中有機(jī)磷的活性經(jīng)熱噴處理后顯著提高，但堆肥處理降低了污泥中有機(jī)磷的活性，熱噴處理使得污泥中水溶性有機(jī)物的大分子組分向小分子組分轉(zhuǎn)化，而堆肥處理則相反，因此，經(jīng)熱噴處理的污泥的供肥效果優(yōu)于堆肥處理。大田對比試驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)。楊家堡污泥示范工程采取“堆肥+熱噴”的復(fù)合工藝，即先堆肥、后熱噴，利用堆肥工藝降低污泥的水分和粘稠度，添加發(fā)酵填充物增加污泥的淀粉與長纖維成分，為下一步熱噴工序創(chuàng)造條件，實(shí)現(xiàn)污泥肥料附加值較高的產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)。但熱噴受產(chǎn)量、耗能和加工成本的限制，不適于附加值較低的普及型產(chǎn)品。

處置

相對于焚燒、填埋等極端處置手段，資源化處置具有投資小、運(yùn)營成本低、操作簡便、節(jié)省能源、資源可循環(huán)利用的突出優(yōu)勢。近年受能源價(jià)格上升的影響，發(fā)達(dá)國家已經(jīng)明確限制干化焚燒和填埋處置，傾向于資源化處置方式。各國紛紛制定并不斷修訂的污泥資源化的法律法規(guī)對資源化、尤其是農(nóng)業(yè)利用的監(jiān)控越來越嚴(yán)格，規(guī)定也越來越細(xì)。

利用經(jīng)濟(jì)和政策的雙重控制，使焚燒和填埋的價(jià)格高昂，事實(shí)上成為不可能。與此同時(shí)加大了對資源化產(chǎn)品使用和銷售的政策扶持和經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼。污泥資源化處置的日趨規(guī)范表明了人類不斷加深對污泥資源化處置的認(rèn)識(shí)，以及污泥資源化在生態(tài)平衡中的重要作用。按照生態(tài)理論的觀點(diǎn)，污泥是生物圈有機(jī)質(zhì)鏈條的重要組成環(huán)節(jié)，長時(shí)期缺失（焚燒、填埋）將導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)的失衡。隨著人們生活水平的提高，污染總量的加大，對環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的要求將會(huì)越來越嚴(yán)格，從而也使治污成本迅速上升，進(jìn)而加大能耗，增加環(huán)境和社會(huì)負(fù)擔(dān)。我們必須考慮到社會(huì)總支出和環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)，以及社會(huì)和環(huán)境的承受能力。不能一方面不計(jì)成本追求污泥處理處置的“絕對安全”，另一方面由于能耗的加大與成本的上升造成新的消耗性污染。

重金屬

污泥來源于工業(yè)和生活污水，不可避免地含有一些對環(huán)境和生物有害的物質(zhì)。人們關(guān)注的重點(diǎn)主要是Cd、Pb、As、Cu、Zn 等一些對環(huán)境、生物和人類健康有嚴(yán)重危害的元素。重金屬由于具有難遷移、易富集、危害大等特點(diǎn)，一直是污泥農(nóng)業(yè)利用最主要的限制因素�？朔亟饘僬系K的核心是控制。首先，源頭控制工業(yè)污水與生活污水的混合排放，嚴(yán)格控制工業(yè)污水的超標(biāo)排放，從源頭上減少重金屬含量。隨著我國城市環(huán)境的改善和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，市區(qū)內(nèi)的重工業(yè)、大型加工工業(yè)及高污染的工業(yè)已逐步被污染小、附加值高的高新技術(shù)和第三產(chǎn)業(yè)所代替，從根本上減少了工業(yè)污水排放總量。楊家堡污水凈化廠從最初的工業(yè)污水為主已降低為不足50%，其比例仍在不斷降低，重金屬含量也在相應(yīng)減少。第二，堆肥過程加入中低品位的腐植酸作為鈍化劑，降低重金屬的有效態(tài)。金屬可分為水溶態(tài)、交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)，一般情況下，水溶態(tài)和交換態(tài)重金屬容易被作物吸收利用，因而也常被稱為重金屬的有效態(tài)，而后4 種形態(tài)則不易被作物吸收利用，并且許多的試驗(yàn)已證明作物吸收重金屬的量與交換態(tài)的重金屬的量呈極顯著正相關(guān)。在楊家堡所作的試驗(yàn)中，添加鈍化劑的堆肥處理的交換態(tài)的重金屬含量都明顯降低。第三，通過堆肥處理穩(wěn)定重金屬。污泥經(jīng)過堆肥化處理，水浸態(tài)重金屬量減少，交換態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)重金屬的量總的來說有所增加，而殘?jiān)鼞B(tài)的量，不同的重金屬變化不同，但比不同浸提劑所提取的其他形態(tài)重金屬的總量大得多。污泥經(jīng)過堆肥化處理后，植物可利用形態(tài)養(yǎng)分增加，重金屬的生物有效性減小。第四，總量控制。堆肥發(fā)酵污泥的比重為45%～55%，發(fā)酵污泥在商品肥料的比重為55%～65%，原生污泥的比重最高僅為35%左右。污泥肥料的推薦使用量最高200 公斤/畝，一般僅為50 公斤。即便是連續(xù)使用，在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)不會(huì)形成富集。沃土從1999 年開始做沃土黑桃K 的農(nóng)作物重金屬轉(zhuǎn)移和滲漏的對比試驗(yàn)，目前還沒有發(fā)現(xiàn)對照作物體內(nèi)重金屬轉(zhuǎn)移和富集。第五，去向控制。為了保證農(nóng)作物的安全，有效防止重金屬的生物鏈轉(zhuǎn)移，以污泥為原料的沃土黑桃K 系列產(chǎn)品主要用于大田秸稈類作物、木本類作物、棉花和城市園林綠化四大類，利用作物的生物膜過濾功能，有效防止有害成分向籽實(shí)的轉(zhuǎn)移。

從資源化的角度觀照，重金屬的某些元素，例如“銅”、“鋅”等是作物生長不可缺少的微量元素。比照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）新標(biāo)準(zhǔn)中農(nóng)用肥料污染物控制標(biāo)準(zhǔn)限值的各項(xiàng)控制指標(biāo)與《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4284-84）“銅”、“鋅”的控制標(biāo)準(zhǔn)放寬了許多。跳出“重金屬”的困惑，跨越重金屬認(rèn)識(shí)的障礙，歷史的、現(xiàn)實(shí)的、科學(xué)的認(rèn)識(shí)重金屬的危害與資源屬性是人類認(rèn)識(shí)的一大進(jìn)步。

軟化

污泥是城市發(fā)展的產(chǎn)物，是一種由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、無機(jī)顆粒、膠體等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體，經(jīng)過濃縮處理的污泥溶解性很差，成為資源利用、尤其是農(nóng)業(yè)利用的主要障礙。污泥的溶解性與其水分含量呈正相關(guān)，大量水分與有機(jī)質(zhì)相溶表現(xiàn)為細(xì)胞水、間隙水和包含水，容易脫離的游離水比重不大。厭氧消化后的污泥有一部分間隙水、細(xì)胞水溢出，脫水率達(dá)到75%以下。污泥由細(xì)小微粒組成，增加了機(jī)械和熱能脫水的難度。并且污泥水分熱能烘干低于50%開始變硬，有效養(yǎng)分難以溢出，基本上喪失了農(nóng)肥資源利用的價(jià)值。但利用污泥的不溶解特點(diǎn)做建材、路基利用是有意義的。無論是經(jīng)過厭氧消化的脫水污泥，還是原生污泥直接農(nóng)用或沒有經(jīng)過軟化處理會(huì)造成農(nóng)田的砂礫化，不僅起不到資源利用的效果，反而會(huì)導(dǎo)致環(huán)境的二次污染，破壞土壤結(jié)構(gòu)。污泥的軟化處理是保證資源得到有效利用的前提。沃土利用其三維復(fù)合肥料生產(chǎn)的技術(shù)優(yōu)勢，通過生物絮凝劑減少有機(jī)高分子絮凝劑用量、兩次堆肥發(fā)酵和熱噴等生物、物理的綜合處理方式，成功的克服了污泥的軟化障礙，使污泥農(nóng)肥利用成為現(xiàn)實(shí)。厭氧消化和高溫堆肥在改變污泥的水分分布狀態(tài)、提高污泥脫水率、分解有機(jī)物的功效是相同或相近的。不同的是，厭氧消化是污泥加藥濃縮之前，而好氧堆肥是污泥濃縮脫水之后，最大的區(qū)別是濃縮之后的污泥膠質(zhì)被大分子有機(jī)聚合物包復(fù)。污泥的好氧堆肥不同于一般農(nóng)肥，必須引入專門篩選培育的外源微生物菌劑，經(jīng)快速堆肥、二次陳化等兩次好氧發(fā)酵，利用微生物的繁衍，軟化膠質(zhì)，溢出水分，消除異味，改善污泥的性質(zhì)。熱噴處理可以切斷有機(jī)絮凝劑的分子鏈，徹底破壞包復(fù)結(jié)構(gòu)，釋放污泥的有效養(yǎng)分。值得注意的是，熱能烘干、擠壓造粒不僅耗費(fèi)大量能源，提高加工成本，還會(huì)強(qiáng)化污泥的不溶解性，使污泥喪失農(nóng)肥利用的可能。生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)，污泥高水分區(qū)（80%～65%）可以采用熱能烘干的方式，中水分區(qū)（65%～38%）采用生物脫水工藝，要注意污泥水分55%的臨界點(diǎn)。否則，將事半功倍，甚至勞而無功。

 霉變

污泥富含有機(jī)質(zhì)，隨著城市居民生活水平的提高污泥的有機(jī)質(zhì)含量也呈上升趨勢，上海市城區(qū)的污水凈化廠有機(jī)質(zhì)含量已接近國際大都市的水平。污泥有機(jī)質(zhì)含量的高低與其資源利用價(jià)值和處理難度成正比，污泥肥料的霉變就是直接源于有機(jī)質(zhì)導(dǎo)致的有害成分相應(yīng)聚集，成為污泥資源利用的又一障礙。

楊家堡污水凈化廠的厭氧消化污泥當(dāng)即生物檢測活菌數(shù)為零，填埋或直接農(nóng)用很快被雜菌感染發(fā)生霉變。如果不做防霉處理即使加工成肥料產(chǎn)品也避免不了運(yùn)輸、使用過程中的霉變，直接導(dǎo)致農(nóng)田和作物的污染。沃土VT 菌是8 種有益微生物的復(fù)合生物制劑，作為添加外源微生物可以快速升溫、減少發(fā)酵異味、軟化膠質(zhì)和防止霉變。沃土黑桃K 經(jīng)熱噴處理后須二次接菌，保證產(chǎn)品的優(yōu)勢菌群。污泥防霉技術(shù)的關(guān)鍵是保持有益微生物主導(dǎo)菌群的優(yōu)勢，包括施入土壤后仍可保持其活性，調(diào)整和改善土壤的微生態(tài)。微生物、包括極至微生物（耐庵菌、高溫菌）的篩選和培育是保證污泥發(fā)酵質(zhì)量和克服霉變的關(guān)鍵技術(shù)。北京沃土天地生物科技有限公司依托中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)學(xué)院，自主研發(fā)成功VT 微生態(tài)制劑系列產(chǎn)品，并已達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模，為污泥資源化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供有力的科技支撐。

深加工

沃土三維復(fù)合肥料成套技術(shù)與裝置是“生物高氮源發(fā)酵技術(shù)”的具體應(yīng)用。三維復(fù)合肥料是指有機(jī)—無機(jī)—微生物三種營養(yǎng)成分的復(fù)合，養(yǎng)分設(shè)計(jì)合理，營養(yǎng)結(jié)構(gòu)完整，代表了現(xiàn)代土壤營養(yǎng)及土壤生態(tài)發(fā)展的主流，產(chǎn)品特點(diǎn)表現(xiàn)為高養(yǎng)分、高活性。三維復(fù)合肥料的關(guān)鍵技術(shù)是將有機(jī)—無機(jī)—微生物三種物料在共存條件下，實(shí)現(xiàn)高氮環(huán)境下微生物的繁衍生存與高活性，即：生物高氮源發(fā)酵技術(shù)。國內(nèi)目前所謂三維復(fù)合肥料本質(zhì)上都回避了生物高氮發(fā)酵這一技術(shù)難題，而采用其它簡單混合的方式，或者是有機(jī)—無機(jī)復(fù)混后接入微生物；或者是有機(jī)—無機(jī)—微生物分別造�；焓�。其技術(shù)含量、工藝水平及養(yǎng)分有效利用與沃土三維復(fù)合肥料不能相提并論。

經(jīng)好氧高溫堆肥無害化處理的污泥不僅可以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，而且可以直接作為初級肥料產(chǎn)品銷售，用于土壤改良、園林綠化，還可以作為有機(jī)原料生產(chǎn)加工有機(jī)—無機(jī)復(fù)合肥料，即沃土有機(jī)-無機(jī)-微生物三維復(fù)合肥料的深加工。其中，熱噴是關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)。

熱噴的功效包括：尿素糊化、高溫滅菌、成型造粒、提高有機(jī)態(tài)氮的轉(zhuǎn)化率和有機(jī)磷的活性、有機(jī)組分易降解物含量增加、有機(jī)物的大分子組分向小分子組分轉(zhuǎn)化。沃土采用的第一代熱噴機(jī)組是在飼料熱噴機(jī)械的基礎(chǔ)上，根據(jù)污泥的特性改制加工的專用設(shè)備。噴嘴φ20mm，產(chǎn)量400公斤～650公斤/h�；旌衔锪辖�(jīng)機(jī)械擠壓、摩擦、剪切和揉搓所產(chǎn)生的高溫高壓使有機(jī)質(zhì)形態(tài)發(fā)生變化并使尿素糊化，為接種VT菌并保證其有效存活創(chuàng)造條件。物料經(jīng)高溫高壓熱噴后自然粘結(jié)為不規(guī)則顆粒，篩分后按不同規(guī)格分別包裝出廠。熱噴所形成的蜂窩結(jié)構(gòu)有利于保存水分，并利于微生物的活性保持。第一代機(jī)組的缺點(diǎn)是耗能高、產(chǎn)量低、加工成本高，總體對污泥的物理適應(yīng)性差。在此基礎(chǔ)上，沃土與國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)合作，共同開發(fā)污泥資源化專用熱噴機(jī)組改進(jìn)2000型，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1～2t/h，出口模版多孔φ4～5mm，提高物料的成型率與商品性能。目前樣機(jī)小試已經(jīng)完成，待生產(chǎn)線試車連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)后即可定型為沃土三維復(fù)合肥料的專用設(shè)備。

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