好氧堆肥工艺在北京城市污泥资源化处理中的应用

SOUTHWEST WATER & WASTEWATER Vol.33 No.4 2011西 南 给 排 水 一般污水处理厂产生的污泥为含水量在 75%~ 99%不等的固体或流体状物质。 其中固体成分主要 由有机残片、 细菌菌体、 无机颗粒、 胶体及絮凝所 用药剂等组成， 是一种以有机成分为主， 组分复杂 的混合物。 污泥中包含有潜在利用价值的有机质、 氮 (N)、 磷 (P)、 钾 (K) 和各种微量元素， 见表 1。 城市污泥是一种富含有机质、 高氮、 高磷与低 钾的物质， 污泥的农田利用由于既能为作物提供营 养成分、 改良和培肥土壤， 又能大量处理污泥， 所 以近年来污泥农用已逐渐成为一种世界趋势。 1 好氧堆肥工艺流程 根据堆肥化技术的复杂程度， 生活污泥的好氧 发酵模式主要有翻堆条垛式、 强制通风静态垛式、 发酵槽式与简仓式堆肥。 现代化的堆肥生产一般采 用机械化好氧堆肥工艺， 一般工艺流程见图 1。 图 1 1.1 前处理 一般污泥的脱水泥饼含水率高， 呈片状或块 状， 结构紧密， 通气性差； 加消石灰作助凝剂的脱 水污泥 pH 值高， 这样就不能消化发酵。 因此， 必 须进行含水率、 pH 值及粒度调整等前处理， 然后 再利用成品进行接种。 （1） 含水率调整 污泥脱水泥饼的含水率高达 75%～85%， 水分 过高则堵塞堆料中空隙， 影响通风， 导致厌氧发酵 温度急剧下降。 水分过低 (<40%) 则不利于微生物 的生长。 好氧堆肥化水分一般应调整到 60%～65%， 有采用添加辅料、 成品回流、 干燥和二次脱水等方 法调整含水率。 辅料添加法由于前处理装置简单．脱水泥饼的通 气性显著得到改善， 因此被广泛应用于高含水率的 泥饼。 通常在 1 体积的泥饼中加入 1 体积的辅料 后， 即可得到含水率 60% ～65%、 通气性能良好的 堆料。 常用的辅料以木屑、 米糠、 稻草为主。 在选 择辅料时必须注意， 木屑等木质材料与米糠、 稻草 等植物秸秆相比难分解成分多， 需要进行长时间的 二次发酵。 成品回流法不必担心辅料是否能到手， 并且含 水率调整的同时也能调整 pH 值和进行接种， 因此 对加消石灰后 pH 值高的脱水泥饼经常使用。 用这 种方法堆料含水率必须调整到 50%左右， 所以它适 用于含水率较低的泥饼， 含水率高的泥饼 1 体积需 要加 3～5 体积的成品， 这样会使发酵槽过大。 成品 回流法的优点， 除不需要供给辅料外， 堆料中含难 好氧堆肥工艺在北京城市污泥资源化处理中的应用 余化龙 摘 要 城市污水处理厂大量的投入运行， 污泥处置成为污水处理、 环境整治过程中的新课 题。 据报道， 大部分污水处理厂缺少污泥处置设施， 污泥尚未得到安全处置， 因此必须及时建立污 泥处置的相关法规政策， 来 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 污泥的处置， 解决环境问题； 同时， 应完善管网排放户和污泥安全 处置的监管体系， 并逐步推广污泥好氧堆肥资源化利用工艺， 以做到污泥处理无害化、 减量化， 逐 步推进资源化利用。 关键词 好氧堆肥 污泥 资源化 处理产品 应用 初沉污泥 生物滤池污泥 活性污泥 2.0~3.4 2.8~3.1 3.5~7.2 1.0~3.0 1.0~2.0 3.3~5.0 0.1~0.3 0.11~0.8 0.2~0.4 33 47 41 污泥类型 总氮 （TN） 磷 （按 P2O5计） 钾 （K） 腐殖质 表 1 不同种类的污泥营养物质含量范围 调理剂 前处理 底料 补充结构 调理剂 回流结构调理剂 主发酵 后发酵 后处理 回流堆肥 堆肥产品 20· · SOUTHWEST WATER & WASTEWATER Vol.33 No.4 2011西 南 给 排 水 分解物质少， 可不必进行二次发酵， 发酵时间短。 干燥和二次脱水， 一般被认为是成品回流方式 的辅助手段， 目前应用很少， 原因是干燥费用高和 二次脱水机性能没有解决。 （2） pH值调整 一般的脱水污泥不必进行 pH 值调整， 如果脱 水时添加了消石灰， 则脱水泥饼的 pH 值可达 11～ 13， 不加调整通常不能发酵。 脱水泥饼的 pH 值调 整常用具有 pH 值缓冲能力的成品回流来实现， 并 可与含水率一起调整。 调整后的 pH 值在 10.0～10.5 即可， 对压滤机泥饼 1 体积泥饼加 l 体积回流成品 即可达到目的。 pH 值调整除采用成品回流方式外， 把二氧化碳吹入发酵槽内， 使含二氧化碳的废气在 发酵槽内循环， 也是一种常用的方法。 （3） 粒度调整 污泥和生活垃圾不同， 粒度比较细， 脱水泥 饼呈片状团块， 比较密实， 需要把粒度调整到 1～ 2cm 左右才可以应用。 不过实际上添加辅料或成品 回流混合时， 大都已使泥饼分散达到要求， 因此不 必专门进行粉碎。 但用叶片型和螺旋型混合机进行 混合时形成的堆料还要进行粉碎调整粒度。 1.2 主发酵 将前处理过的脱水泥饼投入发酵装置， 并开始 通气， 由于微生物的作用， 开始好氧发酵， 堆料温 度逐渐上升， 最高可达到 65～75℃。 这种状态的持 续时间由通风量决定， 通风量大， 则持续时间短， 通风量小， 持续时间长。 保持一定时间高温后， 温 度开始下降， 逐渐达到常温， 标志主发酵结束。 主 发酵过程中， 主要是脂肪、 蛋白质、 碳水化合物等 生物易降解的物质发生转化， 变成腐殖质和有机酸 等比较稳定的物质。 因此， BOD 明显下降， 改善了 污泥的性能， 消除了恶臭， 同时由于较长时间使堆 料温度保持在 65～75℃， 也杀灭了致病菌、 虫卵和 草籽， 卫生状况得到改善， 堆肥撒向农田减少杂草 的生长。 一般主发酵中若采用添加辅料方式， 成品 水分为 40%～50% ， 成品回流方式水分为 30%～ 35%。 1.3 后发酵 采用成品回流法一次发酵的堆料即可作为成品 施用于农田。 但采用添加辅料或与生活垃圾混合的 堆料， 经主发酵后， 仍有许多难降解有机物， 如纤 维素、 木质素等还残留里面。 未熟化的堆料施用于 农田， 对植物生长不利。 C/N 比过高的未熟化堆料 施于农田， 由于其进一步分解时会消耗土壤中的 氮， 使土壤处于缺氮状态， 而 C/N 比过低时， 施于 土壤中后会进一步分解放出 NH3， 阻碍植物生长。 因此这样的堆料主发酵后还要进行后发酵， 使主发 酵中尚未分解的易降解有机物及难降解有机物进一 步分解， 转化成腐殖质、 有机酸等比较稳定的有机 物， 得到完全熟化的产品。 后发酵可在封闭的反应器内进行， 但在敞开 的场地、 料仓内进行得较多。 此时， 通常采用条堆 或静态堆肥的方式。 后发酵反应缓慢， 发酵期长， 其长短因辅料的种类而异。 如稻草需要一个月， 而 含木质素多的木屑， 则需三个月左右。 由于后发酵 周期长， 用机械装置的发酵槽体积过大， 不够经 济。 通常在水泥地上将主发酵过的堆料堆成 1.5～2m 高， 靠自然通风或翻堆， 以供给空气。 翻堆次数每 周一次。 1.4 后处理 熟化后的堆肥很稳定， 基本上没有臭气， 但大 多数形状不一， 用翻斗车装卸不成问题。 但如果出 售， 必进行粒度调整或成分调整， 同时为了保存和 运输方便应装袋。 粒度调整一般用孔径 l0mm 左右 的振动筛， 过筛的作为成品， 筛余物作含水率调整 和接种回流物。 筛分时添加辅料的堆肥含水率高 (40%～50%)， 且还有未完全分解的辅料， 可能使筛 孔堵塞。 成品回流的堆肥含水率低 (30%～35%)， 不 会发生堵塞。 包装袋最好用通气性好的材料， 如果 用密封的包装袋， 容易发生厌氧产生臭气。 2 工程实例 2.1 房山区污泥集中处理处置中心工程 房山区现有 6 座污水处理厂， 日处理污水能力 为 9.1 万 m3， 实际处理污水 5.6 万 m3/d， 年产污泥 约 1 万吨。 房山区水务局为合理达标处理污泥， 已 于 2010 年 2 月委托中国农科院农业资源与农业区 划研究所编制完成了 《房山区污泥集中处理处置中 心工程可研报告》。 根据该可研报告， 污泥与有机物料经混料机 混合， 由机动翻斗车或皮带机转运到发酵车间发 酵槽内 (槽宽 7m)， 按 1.5m 厚度堆积。 在发酵期 内， 定期开启翻堆机对物料进行翻堆通气， 控制 21· · SOUTHWEST WATER & WASTEWATER Vol.33 No.4 2011西 南 给 排 水 发酵温度。 翻堆机在其中一个发酵槽内工作完成 后， 通过平行转移车移至另一个槽内进行工作 ， 实现有机物料好氧发酵过程。 整个过程完全依靠 太阳能和生物能来降低发酵物料的含水率， 降低 能源消耗。 污泥混合物一次发酵后仍有部分有机物未完全 降解， 且含有约 35%左右的水分， 需进行陈化处 理。 本工艺采用陈化槽处理， 即将发酵腐熟物料转 入陈化槽进行陈化， 适时翻堆， 加快陈化降解和水 分蒸发。 陈化周期 15-20 天， 发酵物料含水率降至 30%以下， 其中一部分作为基质原材料， 另一部分 作为接种剂与鲜料混合进入下一发酵周期继续腐 解。 房山区污泥处理中心将采用机械化好氧堆肥处 理， 年处理污泥 2 万吨， 所有处理产品用于有机无 机复合肥生产， 可年产有机无机复合肥 1.2 万吨。 该工程 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 于 2011 年投产。 2.2 北京市密云污水处理厂污泥制肥工程 密云县污水处理厂 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 能力 4.5×l04m3/d， 城市 污水污泥生产有机复合肥示范工程由北京市环境保 护研究院、 密云县联合承担， 设计、 研制了动态发 酵器， 提出了以污泥动态发酵器为核心的污泥复合 肥新工艺路线， 在国内城市污水处理厂建立了第一 条生产复合肥装置。 1996 年 12 月运行以来， 该设 备状态稳定可靠， 取得了明显的经济效益。 根据密云污水处理厂污泥成分的特点， 通过进 行人工堆放发酵风干， 生产污泥有机肥； 机械发 酵， 生产污泥颗粒肥； 投加化肥， 生产污泥颗粒有 机复合肥 3 种污泥加工制肥方法的实验， 生产了 4 种型号的污泥肥。 实验结果表明， 采用 A、 B 两种 配方， 使用圆盘造粒法生产的污泥有机复合肥， 经 在小麦、 油菜、 玉米等作物上施用， 配方 A （磷酸 _ 链 39.5%， 氯化钾 7. 5%、 发酵污泥 53.5%） 增产 效果最好， 污泥消纳量大， 已被密云复合肥厂采 用， 年产几千吨污泥复合肥。 其生产的工艺流程见 图 2。 图 2 按密云污水处理厂日处理污水量为 3 万吨计， 每天产生剩余污泥 5～6t 干物质， 原污泥含水率为 80.6～85%， 进入高效滚筒污泥堆肥装置， 堆肥周期 5d。 出堆经配料加入氮肥、 磷肥及钾肥， 调整肥分 比例， 然后经搅拌、 造粒、 干燥、 包装等工序制成 产品。 预处理成本为 27. 30 元 ／ t， 复合肥加工成本 为 109.56元 ／ t。 污泥肥经在大兴县进行冬小麦田间施肥试验， 在北京市农林科学院进行油菜、 玉米盆栽施肥试 验。 试验结果表明， 当冬小麦播种前每公顷施肥量 为 40kg 时， 用三种方法生产的四种污泥肥 （用人 工堆放发酵生产的污泥有机肥） 都有明显的增产效 果， 增产 33.8～369. 4kg/hm2； 油菜、 玉米盆栽试验 的结果与小麦小区试验结果相似， 油菜增产 85%～ 101.8%．玉米增产 14.8%～22.1%。 3 产品出路 好氧堆肥通过技术集成、 组装和设置配套， 将 提供一整套利用城市生活污泥资源生产特种植物生 长基质材料和有机无机复合肥料的技术工艺和设 备， 是发展循环经济的典型， 具有代表性的资源节 约型、 环境友好型的废弃物资源化利用产业化示范 工程。 利用污泥好氧发酵产品进行苗木、 花卉、 草坪 等园林植物生产、 园林绿化、 废弃地生态修复、 沙 荒地土地改良、 工程绿化等项目， 可替代草炭土、 膨化鸡粪等有机无机肥料的施用。 从市场需求的发 展趋势分析， 林业施肥呈现很大潜力， 随着政府对 生态环境建设的日趋重视， 封山绿化、 营造人工林 的面积将会继续扩大， 荒漠化土地整治、 盐碱地改 良以及矿山、 采石场开采立面和高速公路路域生态 修复等通过人工土壤改良修复， 促进生态植被恢复 效果具有巨大的潜力。 此外， 城乡绿化面积不断扩大， 草坪、 花卉已 成为城市建设的重要 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 ， 通过施肥措施调节生长 速度和延长观赏时间， 成为草坪、 花卉栽培中的一 项重要内容， 发展城市园林和绿地均需要施肥， 特 别是草坪、 足球场、 高尔夫球场等。 北京市现有需要抚育及改造更新林地 105.7 万 公顷， 高尔夫球场占地 0.5 万公顷 （60 个）， 养护 公园绿地面积 1.4 万公顷， 草坪生产基地 0.28 万公 顷， 苗圃 （花圃） 0.5万公顷； 2010-2015年计划完 晾晒 混合 成品 包装 筛分 干燥 造粒 粉碎复配堆肥、发酵晾晒 混合 成品 包装 筛分 干燥 造粒 粉碎复配堆肥、发酵 脱水污泥 22· · SOUTHWEST WATER & WASTEWATER Vol.33 No.4 2011西 南 给 排 水 成 0.8 万公顷废弃矿山治理工程、 防沙治沙工程 1.3 万公顷， 新增建设公共绿地 0.9万公顷 （郊野公园、 滨河公园、 街心公园等）。 每年需要土壤改良基质材 料 15957.44万吨， 有机和无机复合肥 4986.7万吨。 原来由东北源源输送来的草炭， 由于开采地已 经被保护、 限制开采， 以及北京养殖业的区域限 制， 造成草炭、 膨化鸡粪的供应缺口， 通过污泥好 氧发酵材料的调理和深加工， 可尽快形成替代产 品， 以填补相应缺口。 4 污泥资源化利用风险控制 污泥土地利用是消除二次污染， 实现其 “资 源化” 利用的重要途径之一。 由于污泥成分及来 源复杂， 在富含氮、 磷、 微量元素和有机质等植 物可利用成分的同时， 也不可避免地含有一些有 毒有害物质， 如果不合理施用， 就会引发一系列 新的环境问题。 污泥中所含铅、 铜、 铝、 锌、 铬、 砷、 汞等重金属元素， 会影响土壤的性质， 对土 壤生态系统造成不良影响； 由于其中含有多种病 原体， 施入后会增加土壤中病原体的含量， 加速 植物病害的传播； 污泥中还含有致癌、 致突变性 的多氯联苯、 二口恶英等有机污染物， 这些物质在 土壤中往往具有生物放大效应， 可能被作物吸收 而进入食物链， 对人畜产生不利影响。 因此， 如 果不加以控制， 这些有害成分就会在污泥的土地 利用的过程中重新进入生态环境， 残留在土壤中， 破坏土壤生态系统， 污染环境， 对人畜产生长期 的危害。 此外， 在土地利用的过程中， 污泥中过 量的氮、 磷等营养元素， 会因施用不当而造成水 体富营养化和进入地下水引起硝酸盐污染； 部分 含有过高的盐分的污泥还会抑制植物对养分的吸 收等， 影响植物的生长。 在污泥土地利用时， 应 注意盐分、 病原体、 重金属、 氮磷养分、 有机污 染物等引起的风险。 因此， 必须加强污泥土地利用的管理， 在污泥 土地利用的过程中遵循 “施用污泥中的有害成分不 超过受施土壤的环境容量” 的原则； 施用前对污泥 进行必要的稳定化、 无害化处理， 以灭活其中病原 体， 减低其有机污染物和重金属含量等， 降低土地 利用的不良影响， 并减小污泥的体积以便于运输和 施用； 根据污泥的组成、 性质， 采取科学、 合理、 有效的土地施用方法， 避免对周围环境和人类健康 形成负面影响， 确保公众的安全。 经过好氧堆肥处理把污水污泥和有机废物转化 成了堆肥产品———肥料， 堆肥产品的基本质量要求 见表 3。 5 结语 根据 《北京市污水处理厂污泥处理处置及资源 化利用的意见》， 到 2010 年， 实现全市污泥平均无 害化处理率 50%以上。 中心城区污泥的无害化处理 率 65%以上， 其中资源化率达到 50%以上。 郊区污 泥无害化处理率 10%以上， 其中资源化率 10%以 上。 到 2015 年， 实现全市污泥平均处理率 98%。 中心城区无害化处理率 95%以上， 资源化率达到 80%以上。 郊区无害化处理率 90%以上， 资源化率 达到 70%以上。 重点任务是： 以减量化、 无害化为 抚育类型 建设后抚 育类型 52850 200 560 112 200 520 845 423 55710 45 30 30 40 60 50 50 30 335 23782.5 75 210 56 150 200 325 135 24933.5 类型 抚育发造林地 高尔夫球场 公园绿地面积 草坪生产基地 苗圃 （花圃） 矿山治理 防沙治沙 新建公共绿地 合 计 项 目 105.7 0.5 1.4 0.28 0.5 0.8 1.3 0.9 111.38 100 80 80 80 80 130 130 94 1072 营养土 需求量 （万 t） 有机肥 施用量 （t/hm2/a） 有机肥 需求量 （万 t） 工程量 （万 hm2） 营养土 施用量 （t/hm2/a） 表 2 北京市五年内营养土、 有机肥需求量 表 3 堆肥产品的基本质量要求 颗粒大小 ／ cm 颜色 外观 1.2~3 咖啡色 （dark brown） 粗糙 0.16~0.6 棕黑色 精细 0.6~2.5 棕黑色 中等 用途 覆盖层 顶肥 一般用途 表 4 城镇污水处理厂污泥处置农用泥质技术指标 污泥泥质出厂 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 CJ247－2007 农用泥质标准 美国标准 欧盟 4000 3000 7500 2500 1500 1500 4300 1000 1000 1000 840 750 1000 1000 3000 1000 20 15 85 10 200 200 420 300 25 15 57 10 75 75 75 污水处理厂 Zn Cu Pb Cr Cd Ni Hg As 23· · SOUTHWEST WATER & WASTEWATER Vol.33 No.4 2011西 南 给 排 水 起点， 逐步推进资源化利用。 城市污泥中含有大量的氮磷钾及其他有益的微 量元素， 并富含有机物质， 因此， 适当的回用可改 善土壤质量， 提高农作物的产量， 减少土壤腐蚀。 因此， 好氧堆肥工艺在城市污泥资源化处理与应用 中有广阔的发展前景。 参考文献 1 曹伟华 .污泥处理与资源化应用实例 [M] .北京： 冶金工业出版 社， 2010. 2 古晋川.城市污水厂污泥处理与资源化 [M] .北京： 化学工业出版 社， 2008. 3 赵方莹 .房山区污泥集中处理处置中心工程项目建议书 [R] .北 京： 中国农科院农业资源与农业区划研究所， 2010. 4 金儒霖.污泥处置 [M] .北京： 中国建筑工业出版社， 1988. 5 何品晶.城市污泥处理与利用 [M] .北京： 科学出版社， 2003. 6 胡锋平.城市污水处理厂污泥浓缩工艺的应用与发展趋势 [J] .重 庆建筑大学学报， 2004， 26 （5）： 124~127. ————————————— △作者通讯处： 102401 北京良乡昊天大街 81 号 北京市房山区 水务局 E-mail： yuhualong19830408@tom.com “食藻虫” 巧解污水处理难题 近日， 笔者来到位于顺义区杨镇的顺鑫朗郡小区， 位于 小区中部的人工湖景让人眼前一亮， 据小区物业人员介绍， 这片人工水域是靠 “食藻虫” 等生物技术保持水体清澈， 更 让人感到几分惊奇。 小小的 “食藻虫” 缘何爆发如此大的威力？ 据相关技 术人员介绍， “食藻虫” 是通过野外湖泊提取， 经过人工 培养驯化的一种浮游动物。 “食藻虫” 定期被投放至人工 湖的水体中， 以水体中的蓝绿藻、 腐屑、 悬浮物、 有害菌 类等作为其主要食物来源， “食藻虫” 每天可吞食体积相 当于数十倍于自身的藻类， 使水体中的藻类大幅降低， 透 明度大幅提高。 最后， 有计划的放入鱼、 虾等原有土著水 生动物 ， 增加水体生物学多样性 ， 形成良好的水生态系 统 ， 构建水体生态平衡 ， 使被污染的水体长期保持清澈 、 洁净。 据了解， 顺义区已有 7 个小区人工湖采取了此项技术进 行生态修复， 而且取得了较好的效果。 据介绍， 城市人工 湖由于水源补充不足和其他污染因素， 导致水体流通不畅， 经常会出现富营养化现象， 从而出现绿藻滋生、 变浑发臭， 严重影响了周围的环境。 传统的治理方法通常是采用引水 或投加杀菌灭藻剂进行水体净化， 但是这种方法不仅费时 费力， 而且成本较高。 用生物技术处理前期投入和维护成 本低， 无污染， 易操作， 促进水体生态平衡等特点， 这种方 法值得推广。 （摘自 www．c-water．com．cn， 2011-5-24） △△△△ △△△△△ △ 信息 △△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△ 天津污水处理率先用 “生物带” 据悉， 作为国内首家自来水供应、 污水处理、 再生水成 产回用三水合一的企业， 2011 年， 天津空港水务公司污水 处理增加了 “特种部队”， 在北方地区首次使用新型生物填 料 “生物带”， 利用吸附在 “生物带” 上的活性细菌分解污 泥。 “生物带” 是一条 2 米多长的的 “门帘” 状物品， 约 3 个手指宽。 作为一种新型生物填料， “生物带” 是由惰性高 分子材料， 无纺织成的柔性布条， 模拟天然水草形状加工而 成。 它的比表面积高达 50000/m3， 能提高微生物的附着表 面， 改善对污泥的吸附固着能力。 据介绍， 污水处理系统中 排布着多排 “生物带”， 从前一排生物带中逃逸出来的污染 基团会在第二排或第三排生物带中被截住， 同一处理池中三 种生化反应先后连续发生， 最终， 污水中的污染基团被完全 分解， 水体得到彻底净化。 “传统净化污水的细菌中， 每立 方米仅有 6 克活性细菌， 每立方米 ‘生物带’ 中活性细菌达 12 克 ， 污泥处置效率提高了一倍 ， 可以说是污水处理的 ‘特种部队’。” 经过 “生物带” 处理后， 污水水质由以前的 二级标准提升至一级 B 标准， 产出的污泥量比传统方式减少 一半以上。 在不改变现有污水处理池大小的情况， 具有利用 率高、 适用范围广、 造价低、 运费少等优点。 经过 “生物带” 等处理后， 原本呈现红、 蓝、 黑等各种 颜色的工业污水变清， 可用做景观河道用水和工业用水。 （摘自 www．c-water．com．cn， 2011-6-15） 24· ·