1.5 我國污泥堆肥技術發(fā)展前景

從20世紀90年代開始，國內開始初步研究污水處理廠污泥堆肥技術。起初，堆肥化技術較為簡單，僅是農業(yè)廢棄物堆肥技術的翻版，使用設備少，腐熟時間長，條件簡陋，環(huán)境惡劣。近年來，因大型城鎮(zhèn)污水處理廠紛紛在各地投入運行，帶動了污泥堆肥研究并取得了很大成果。先后配套建成了一些機械化程度較高的現(xiàn)代污泥堆肥設施，在堆肥質量、運行操作、自動化控制、管理規(guī)范、環(huán)保等方面都達到了較高水平。

1.5.1 國內污泥堆肥技術發(fā)展現(xiàn)狀

機械化污泥堆肥技術被廣泛應用于發(fā)達國家污泥處理處置過程，其中美國、加拿大、英國等國超過半數(shù)的市政污泥采用機械化好氧堆肥工藝進行處理處置。在我國，機械化現(xiàn)代污泥堆肥技術的應用起步較晚。20世紀90年代以來，在我國相關政策的大力支持下，城市污泥堆肥技術得到了飛速發(fā)展，許多城市建設了一批機械化污泥堆肥項目，有的項目處理規(guī)模還創(chuàng)造了目前世界上同類技術應用之最。

國內保持正常運行狀態(tài)，且具有機械化、工業(yè)化特點的大型污泥堆肥項目（設計處理規(guī)模在200t/d以上）主要有以下幾個。

1.5.1.1 北京市龐各莊污泥消納廠項目

北京市龐各莊污泥消納廠項目（以下簡稱龐各莊項目）是首個獲國債資金支持的污泥處理處置項目，一期處理能力150～200t/d（含水率80%），采用晾曬翻堆工藝。龐各莊項目占地13.2hm2，其中露天堆肥場的總面積為38000m2。污泥堆肥條垛指標：垛高1.5～2m，垛底寬6～8m，垛頂寬4～6m，垛長60m。項目總投資2600萬元。龐各莊項目于2002年7月1日投入試運行。堆肥發(fā)酵產物部分作為園林綠化營養(yǎng)土銷售，部分作為肥料基質使用。2007年8月，龐各莊項目擴建為總處理規(guī)模增至518t/d（含水率80%），采用動態(tài)條垛式好氧堆肥工藝。好氧發(fā)酵停留時間30～40d；配備3臺17.50kW翻堆設備；柴油機最大功率209kW，起混合攪拌和倒垛功能，未設曝氣系統(tǒng)和臭氣收集系統(tǒng)。鑒于原設計處理效率和除臭等方面存在先天不足，2011年，龐各莊項目再次改建，使之機械化封閉處理污泥能力達到600t/d。

1.5.1.2 洛陽市瀍東污水處理廠污泥處理項目

洛陽市瀍東污水處理廠污泥處理項目是瑞典政府貸款項目，一期處理能力228t/d（含水率80%），采用動態(tài)條垛式好氧堆肥工藝。好氧發(fā)酵停留時間15d；配備2臺16.43kW翻堆設備，起混合攪拌和倒垛功能，未設臭氣收集系統(tǒng)。項目占地12.6hm2，其中發(fā)酵車間建筑面積為7776m2，凈高9m。項目總投資6434萬元。該項目于2007年12月投入試運行。發(fā)酵產物部分作為園林綠化營養(yǎng)土銷售，部分作為肥料基質使用。鑒于原設計處理效率和除臭等方面存在先天不足，2012年啟動了二期改造工作，改建后機械化封閉處理污泥能力為400t/d，并徹底解決臭氣收集處理問題。

1.5.1.3 秦皇島市綠港污泥處理廠項目

秦皇島市綠港污泥處理廠項目設計規(guī)模200t/d（含水率80%），采用靜態(tài)槽式好氧堆肥工藝。發(fā)酵槽長35m、寬5m、深2.2m（物料有效深度1.8m，其中包括0.3m輔料覆蓋層）；共設置20座堆肥發(fā)酵槽，好氧發(fā)酵停留時間20d；配備1臺30kW翻堆設備，起混合攪拌作用但不能實現(xiàn)倒垛功能，進出槽采用有人駕駛工程車輛；曝氣系統(tǒng)采用羅茨鼓風機一供三形式（電磁閥切換），曝氣強度0.1～0.3m3/（m3·min）；設置除臭系統(tǒng)，終端采用生物除臭濾池，處理能力為10萬m3/h。項目占地面積約3.3hm2；項目總投資約5200萬元，處理成本為142元/t，直接運行成本108元/t。項目于2008年6月開工建設，2009年4月投入調試運行階段。發(fā)酵產物主要作為園林綠化營養(yǎng)土使用。

1.5.1.4 鄭州市八崗污泥處理廠項目

鄭州市八崗污泥處理廠項目設計規(guī)模600t/d（含水率80%），采用靜態(tài)槽式好氧堆肥工藝。發(fā)酵槽長33m、寬4.5m、深2.2m（物料有效深度2m）；設置2座堆肥車間共132座堆肥發(fā)酵槽，好氧發(fā)酵設計停留時間21d；配備2臺LT45 20DC翻堆設備，柴油機最大輸出功率261kW，起混合攪拌作用和倒垛功能，進出槽采用有人駕駛工程車輛；一期（100t/d）曝氣系統(tǒng)采用羅茨鼓風機一供三形式（電磁閥切換），曝氣強度0.22m3/（m3· min）；后期采用離心通風機一供一形式，最大曝氣強度0.4m3/（m3·min）；設置除臭系統(tǒng)，終端采用生物除臭濾池，生物濾池表面負荷為0.022m3/（m2·s），濾料高度1.5m。項目占地面積約26.5hm2；項目總投資約2.575億元，直接運行成本140元/t。項目于2008年12月開工建設，2009年9月一期（100t/d）投入運行，一期（剩余200t/d）2010年9月投入運行，二期（300t/d）2011年年底投入運行。發(fā)酵產物主要作為園林綠化營養(yǎng)土、填埋場覆蓋土使用，少量作為有機肥料基料使用。

1.5.1.5 長春市污水處理廠污泥處理處置項目

長春市污水處理廠污泥處理處置項目設計規(guī)模400t/d（含水率80%），采用靜態(tài)槽式好氧堆肥工藝。好氧發(fā)酵車間共有72座發(fā)酵倉，發(fā)酵停留時間24d（前14d靜態(tài)曝氣，后10d翻堆3～4次）；配備2臺110kW翻堆設備，起混合攪拌作用但不能實現(xiàn)倒垛功能，進出槽采用有人駕駛工程車輛；曝氣系統(tǒng)采用羅茨鼓風機一供三形式（電磁閥切換），設計曝氣強度0.1～0.3m3/（m3·min）；該項目采用水源熱泵系統(tǒng)為車間供暖，設計室內溫度5℃。設置除臭系統(tǒng)，終端采用生物除臭濾池，設計處理能力14.7萬m3/h。該項目占地面積約11.34hm2；項目總投資約17843萬元，直接運行成本約110元/t。項目于2009年5月開工建設，2010年10月200t/d能力投入運行。發(fā)酵產物主要作為營養(yǎng)土、復合肥原料、育苗基質、草坪基質等使用。

1.5.1.6 唐山市城市污泥處理項目

唐山市城市污泥處理項目設計規(guī)模400t/d（含水率80%），采用動態(tài)隧道倉式好氧堆肥工藝。發(fā)酵倉長45m、寬5m、高7m（物料有效深度2m）；建筑物采用雙層發(fā)酵倉結構形式，共設置32座發(fā)酵倉，好氧發(fā)酵停留時間14d；配備4臺F5 ·110筒式翻堆設備，起混合攪拌和倒垛作用，進槽采用組合式皮帶布料機，出槽采用皮帶輸送機；曝氣系統(tǒng)采用離心式通風機一供一形式，設計最大曝氣強度0.4m3/（m3·min），并在倉壁內設置溫度傳感器，可以與對應風機聯(lián)動；設置除臭系統(tǒng)，終端采用生物除臭濾池，設計處理能力19.2萬m3/h。該項目占地面積不足1hm2（其中發(fā)酵車間占地面積約4500m2）；項目總投資約8500萬元，直接運行成本70～80元/t。項目于2011年9月試運行投產。發(fā)酵產物部分作為園林綠化營養(yǎng)土銷售，部分作為有機—無機復混肥料基質使用銷售。

1.5.1.7 沈陽市污水處理廠污泥處理項目

沈陽市污水處理廠污泥處理項目系目前已投入運行的世界最大的機械化污泥堆肥項目，設計規(guī)模1000t/d（含水率80%），采用動態(tài)槽式好氧堆肥工藝。發(fā)酵槽長90m、寬3.05m、深2.5m（物料有效深度2.4m）；共設置96座發(fā)酵槽，好氧發(fā)酵停留時間22d；配備8臺Wide3.0翻堆設備，起混合攪拌和倒垛作用，進槽采用皮帶式布料機，出槽采用出料皮帶式輸送機；曝氣系統(tǒng)采用分段曝氣形式，每座發(fā)酵槽由6臺離心式通風機正壓供風，設計最大曝氣強度0.3m3/（m3·min）；設置除臭系統(tǒng)，終端采用生物除臭濾池，設計處理能力140萬m3/h。項目占地面積約13hm2；工程總投資約3億元，直接運行成本80～100元/t。項目于2011年7月開工建設，2012年8月開始進泥調試，2013年6月達產運行。發(fā)酵產物作為園林綠化營養(yǎng)土，或送至熱電廠與煤混燒消化。

1.5.1.8 天津市張貴莊污水處理廠污泥堆肥項目

天津市張貴莊污水處理廠污泥堆肥項目設計規(guī)模300t/d（含水率80%），采用動態(tài)槽式好氧堆肥工藝。發(fā)酵槽長84m、寬3.05m、深2.5m（物料有效深度2.4m）；共設置20座發(fā)酵槽，好氧發(fā)酵停留時間21d；配備2臺Wide3.0翻堆設備，起混合攪拌和倒垛作用，進槽采用皮帶式布料機，出槽采用出料皮帶式輸送機；曝氣系統(tǒng)采用分段曝氣形式，每座發(fā)酵槽由4臺離心式通風機負壓供風，設計最大曝氣強度0.3m3/（m3·min）；設置除臭系統(tǒng)，終端采用生物除臭濾池，設計處理能力12萬m3/h。項目占地面積約1.95hm2；項目于2011年8月開工建設，2012年年底開始進泥調試。發(fā)酵產物作為園林綠化營養(yǎng)土。

1.5.2 污泥堆肥技術存在的問題

我國污泥堆肥處理技術雖然開展了許多研究工作，并得到部分實施，但因研究時間不長，與國外相比，在技術、設備和質量控制等方面仍有一定差距，主要有以下三個問題：（1）國內技術水平不高。目前已建成的大型污泥堆肥裝置主要從是國外引進相關技術和全套設備，存在投資成本較高、維護困難、運行成本高、能耗偏大等缺點，并不完全符合我國節(jié)能減排的和諧發(fā)展原則，也不適應廣大中小污泥堆肥裝置低投入、低成本運行、高效率處理及堆肥輔料就地取材等要求的國情。

（2）污泥堆肥處理雖得到廣泛重視，但受污水進水濃度和水量的波動，調理劑的不同，氣候寒熱的變化和應對以上變化的技術儲備不足，導致堆肥處理系統(tǒng)運行和產品質量的不穩(wěn)定。最終含氮量不高，影響了堆肥產品質量，缺乏市場競爭力。

（3）受重金屬超標因素干擾。使用方往往談“金”色變，導致堆肥產品銷路不暢，推廣應用上有一定困難。堆肥化技術作為污泥處理的一種方法在國內外已得到了廣泛的應用和推廣。一方面，通過污泥堆肥化可以有效地殺死病原菌，消除惡臭；另一方面，堆肥化還可以最大限度地降低污泥的含水率，改善污泥的團狀結構。然而，無論采用哪一種堆肥化工藝，污泥本身的重金屬含量基本保持不變。實際上，作為土壤肥料或土壤改良劑，堆肥化產品在一定程度上受到了限制。日本“下水污泥的農林綠化利用實況調查”的結果指出：作為特殊肥料上市的堆肥平均含鋅1003ppm，銅167ppm，還有其他重金屬。這種污泥多年連用勢必造成重金屬在土壤中積累。日本環(huán)境廳進行的“污泥還田影響調查”結果表明，鋅等金屬在土壤中的蓄積也是很明顯的，而且與投入量成正比，土壤中的鋅濃度正在上升。調查結果還表明：由于污泥的連續(xù)施用，農作物體中的重金屬含量也出現(xiàn)上升趨勢。

但是，有關跟蹤研究表明，隨著我國垃圾分類管理的力度加大，工業(yè)污水和生活污水分開處理嚴格落實，有關重金屬生物礦化技術得到應用，我國城市污泥中的重金屬含量呈逐年下降的態(tài)勢，已經不再是污泥堆肥產品土地利用的“攔路虎”。國家有關部門應針對實際情況，修訂污泥堆肥產品中重金屬的控制標準，明確指出需控制的是能參與生物循環(huán)的游離態(tài)重金屬，而不是包括固化態(tài)在內的重金屬總量。

污泥堆肥技術雖然問題較多，但與衛(wèi)生填埋、沼氣化、焚燒處理、做建筑建材等處理方式相比，針對我國廣闊的低肥力農林地，在保證有環(huán)境容量和緩沖度的前提下，利用污泥堆肥成為城區(qū)園林綠地用肥、農業(yè)非食用植物用肥具有明顯優(yōu)勢。經過20多年的大量研究，我國污水處理廠污泥堆肥的研究已經取得了許多經驗參數(shù)和理論數(shù)據(jù)。目前，污泥堆肥主要有以下方面有待拓展研究。

1.5.2.1 加強污泥堆肥工藝及設備研究

在國外，為了防止對環(huán)境的二次污染，趨向于采用發(fā)酵罐堆肥系統(tǒng)，推動堆肥技術向著占地省、自動化程度高的方向發(fā)展。在我國，污泥處理必須走成本低、能耗低、操作方便、維護性較好的快速堆肥化道路。在利用發(fā)酵槽堆肥系統(tǒng)的同時，重視原料C/N比、含水率、TP、TK等幾個指標的檢測，進而調整調理劑的數(shù)量、堆肥時間、通風量的工藝參數(shù)，以準確控制堆肥的進程和腐熟程度，避免個人經驗判斷的誤差，保證堆肥產品的質量。在發(fā)酵槽中設計單向通風口和利用太陽能調溫，消除季節(jié)影響。可充分利用自然力量，降低能耗。

1.5.2.2 消除重金屬污染

制約污泥堆肥產品大規(guī)模土地利用的重要因素之一就是人們對重金屬施用于農業(yè)而引起環(huán)境污染的擔心。關于污泥中重金屬含量超標問題，在工業(yè)廢水產生的污泥中比較顯著，一般城市生活污水產生的污泥中重金屬較少。通過收集文獻資料和經過筆者本人實地采樣與檢測，比對《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002），我國以城市污水為主的污水廠污泥重金屬超標率很低，少數(shù)污水處理廠僅為鋅、鎘等少量金屬超標，且概率不高。因而，我國城鎮(zhèn)生活污水污泥中重金屬污染風險并不高，絕大部分重金屬經過堆肥調理劑的稀釋吸附作用，及污泥堆肥發(fā)酵過程中的礦化作用，在堆肥產品中的含量下降。并隨著堆肥產品的pH值上升，惰性增強，堆肥產品符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥》（GB/T 23486—2009）各項參數(shù)，可以進行土地施用。此外，對于重金屬較多的污泥，可添加1%石灰石或粉煤灰與磷礦粉混合物鈍化重金屬；再者，控制污泥堆肥產品的單位土地施用量，降低其土地利用時的污染風險。

1.5.2.3 臭氣控制

散發(fā)出強烈難聞的臭味是在污泥堆肥發(fā)酵的過程中的常見問題。這是由于污泥中含有高濃度有機物分解造成的。控制臭味的方法很多，使用封閉式發(fā)酵罐，添加調理劑來改變污泥的pH值，消除臭味，然后用吸收器來進一步減少臭味。污泥堆肥過程中散發(fā)的臭味主要是在發(fā)酵初期，尤其是高溫階段的翻堆操作環(huán)節(jié)。一旦堆肥溫度降低，臭味不再排放，在堆肥末期，堆肥產品只有很淡的泥土氣息。

1.5.2.4 制定堆肥產品安全施用標準

通過制定污泥堆肥產品安全施用標準，結合中國國情在園林、林業(yè)、農業(yè)、育苗等產業(yè)中的大規(guī)模安全示范應用污泥堆肥產品，研究對人畜健康的環(huán)境影響。

1.5.2.5 擴大產品出路

污泥堆肥是一種有機肥料，用途和普通肥料一樣廣泛。堆肥腐熟料不僅可以直接施用于土壤，還能制成各類復合肥等，用于花卉以及園林、苗圃、纖維作物等植物的生產。市政部門應以城市綠化園林為試點，逐步擴大污泥堆肥產品的出路問題，既消除了大量的城市污泥帶來的環(huán)境隱患，又創(chuàng)造了經濟效益，因而具有良好的應用前景。

經檢驗，各項控制指標合格的污泥堆肥腐熟料及其深加工產品，可以施用于農業(yè)和果木領域，先小面積試用，再擴大面積施用，確保農作物及水果的內在質量前提下，逐步擴大高質量的污泥堆肥腐熟料及深加工產品的應用規(guī)模。這樣，使我國城市污泥堆肥的土地利用真正做到資源化良性循環(huán)。

1.5.3 污泥堆肥發(fā)展前景

從國內外形勢發(fā)展看，污泥的衛(wèi)生填埋，初期投資和運行成本較低，目前許多國家和地區(qū)仍在使用。但是污泥填埋對水環(huán)境和大氣的不利影響已經顯現(xiàn)出來，這是一個事關子孫后代不可小覷的問題。污泥填埋場造成的污染地下水、地表水環(huán)境事件不勝枚舉。污泥滲透液的治理難度很大，難以達到預期的目標。而且，隨著環(huán)保標準的不斷提高，其初期投資和填埋運行費用越來越高，合適場地的選擇越來越困難。因此，國內外正逐步減少污泥的直接填埋量。由此可見，污泥填埋的適應性有限。污泥焚燒以其減量化最大，無害化程度最高而受到人們的推崇。但是由于初期投資和運行成本過高、焚燒尾氣的二次污染問題嚴重，又讓人們望而卻步。

污泥進行堆肥處理，將其中的有機可腐物轉化為土壤可接受且迫切需要的有機營養(yǎng)土，不僅能有效地解決了污泥的出路，解決了環(huán)境污染和污泥無害化問題，同時也為農業(yè)生產提供了適用的腐殖土，從而維持了自然界的良性物質循環(huán)。它一定程度上實現(xiàn)了污泥的無害化、減量化和資源化，是一種經濟有效的方法。目前，中國農業(yè)大量使用化肥已使土壤板結，地力下降，使用富含腐殖質的有機復合肥可增加地力，改良土壤，提高農作物產量。充分利用城市生活污水污泥作為我國農業(yè)重要肥源，從環(huán)境效益上看，也具有重要意義。因此，近年來污泥堆肥技術在我國出現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的勢頭。

從我國農業(yè)增產的形勢來看，要求逐年提供大量有機肥料作為土壤改良劑，因而需要生產出優(yōu)質堆肥以滿足這種要求。對于農業(yè)大國而言，污泥堆肥化綜合處理，以生產高效系列有機肥復合肥，這將逐漸成為生活污泥農用資源化的重要方式。此外，污泥堆肥還可以用來填埋由于平原采掘而出現(xiàn)的地面塌陷，實行覆土還田，這種用途對污泥堆肥的數(shù)量需求更大。

使用優(yōu)質的有機肥，發(fā)展有機農業(yè)，生產綠色食品，將成為世界農業(yè)的主流方向。西方農業(yè)曾單純依靠化肥農藥大面積大幅度提高了作物產量，經濟效益十分可觀。但這是以消耗大量能源、犧牲環(huán)境生態(tài)、降低土壤肥力和資源危機不斷加劇為代價的，今天特別要引以為戒。現(xiàn)在西方國家紛紛提倡發(fā)展有機農業(yè)、生態(tài)農業(yè)等，即盡可能不用人工合成的化學藥品包括化肥、農藥、植物激素等；提倡依靠輪作、土地休耕、施用堆肥腐熟料等有機物供給作物養(yǎng)分，常年保持土壤肥力和可耕作性；采用生物防治技術控制病蟲雜草。用這種方式生產的產品稱為綠色食品或無公害食品，已在西方上市，備受消費者青睞，具有很大競爭優(yōu)勢。我國加入WTO后，面對競爭日益激烈的國際市場，我國農產品的綠色生態(tài)優(yōu)勢是與西方國家農產品競爭的資本。因此，發(fā)展優(yōu)質的有機復合肥將具有廣闊的應用前景。

總之，由于污泥填埋場的地選址越來越困難，焚燒過程中形成的二次污染問題嚴重，其他污泥處置方式成本過高；而國內農業(yè)常年大量使用化肥造成土壤耕作能力下降，有機復合肥的需求日益增加，使城市生活污泥的堆肥腐熟的處置方式得到大家的高度肯定。自1992年在巴西召開的世界環(huán)境大會上通過的《世界21世紀議程》中明確了可持續(xù)發(fā)展方針后，我國對生態(tài)環(huán)境和資源合理利用的認識普遍提高，對城市污泥堆肥的重要性和必要性的認識進一步提高。可以說，污泥堆肥是一條適合我國國情的城鎮(zhèn)污泥處理處置技術，值得大力推廣應用。

1.5.4 污泥堆肥發(fā)展趨勢

隨著國家污泥處理處置標準政策的快速出臺，技術路線日益清晰，污泥堆肥技術尤其是現(xiàn)代機械化污泥堆肥技術得到推廣應用，適用于各種規(guī)模的污泥處理工程，尤其適用于占地面積要求不高、土地利用渠道暢通的項目。目前，污泥堆肥處理處置技術已逐漸呈現(xiàn)出四個發(fā)展趨勢：

（1）結構空間化。越來越多的堆肥堆肥項目發(fā)展多層結構形式，很多項目可以利用污水處理廠原有的場地進行改造就完成了全部污泥無害化處理過程，這在2010年前，對于污泥堆肥技術是很難實現(xiàn)的。

（2）空間集約化。新建大型污泥堆肥項目越來越重視自由空間的壓縮，以期降低除臭規(guī)模和處理成本，有效控制堆肥臭氣造成的“二次污染”。

（3）產品民用化。針對系統(tǒng)的可靠性、操作簡易性、安全保障措施以及廠房人性化設計采用民用產品設計的思路，對于提高污泥堆肥總體技術水平有重要意義。

（4）制造專業(yè)化。高水平的行業(yè)需要專業(yè)化的隊伍，污泥堆肥領域不僅需要系統(tǒng)提供商，還需要眾多的專業(yè)設備制造商，促進行業(yè)的規(guī)范、有序發(fā)展，走向成熟。