前言

隨著我國經濟建設的高速發展和社會城鎮化進程加快，城市污水（工業污水和生活污水）的排放量急劇增多，污水處理廠污泥產量與日俱增。據統計，截至2013年底，年產生濕污泥（含水率80%）突破3800萬t。預計，2020—2025年中國人口將達到頂峰，城市污水處理量也將達到最大值，屆時污泥年產量將突破6000萬t。數量如此龐大的城市污泥，如果未經妥善處理就排放到自然界中，將會造成包括地下水、地表水、土壤、空氣在內的嚴重“二次污染”，給城鄉環境與人民生活帶來極大危害。

調研結果顯示，此前，我國城市污泥有80%沒有得到妥善處理，隨意亂倒、堆放及所造成的“二次污染”已經凸顯出來，引起了全社會的廣泛關注。這促使各級政府對污泥的處理重視起來，又促進了污泥處理處置行業的形成?，F階段，我國節能環保產業位列戰略性新興產業之首，政策大力支持，預計“十二五”期間，環保產業投資將達3.1萬億元。環保重點投資項目涉及固廢處理、脫硫脫硝、市政污水污泥、工業廢水等多個方面。此前，包括城市污泥處理、處置在內的固廢處理投資在我國環保投資占比中長期處于低位，導致目前固廢處理處置設施嚴重不足?！笆濉逼陂g將是固廢處理行業投資水平從低向高邁進的一個拐點，未來5年將進入建設高峰期。我國包括城市污泥處置在內的固廢處理行業投資將達到8000億元，占環保產業3.1萬億元總投資比例將達到25.8%，年復合增長率約30%，是環保行業整體投資增速的2倍。在傾斜性政策的推動下，我國包括城市污泥處理處置在內的固廢處理領域將迎來更為樂觀的成長空間。

城市污泥如何處置才能真正做到減量化、無害化、資源化？用何種工藝處置才能高效快捷、節能環保，真正做到良性循環利用，持續科學和諧發展？這是當前擺在人們面前的帶有普遍性重大環保課題。

從全國范圍來看，我國城市污泥的處理處置現狀不容樂觀，出現的問題主要表現在以下四個方面：

（1）缺乏完善的相關標準。目前，我國污水處理已經建立了完善的法律標準體系，但是污泥處置仍然沒有健全的法律法規，尤其是污泥相關標準缺乏系統性和科學性，各標準間缺乏協調性和統一性，執行起來存在很大困難。

（2）污泥處理處置技術和工藝相對落后，管理水平低。一些污水處理廠雖然采用了先進國家的污泥處理技術，但是在工藝設備、制造水平、系統完善和自動化控制等各個方面，與先進國家的綜合水平還存在很大的差距。

（3）污泥處理處置費用的收取沒有統一的法律保障。雖然污泥問題越來越受到各級政府重視，但相比污水處理而言，我國污泥處理處置的費用還很低，收費標準各級政府自行其是，且沒有形成常態化。

（4）污泥處理處置責任主體缺乏。傳統的污水處理廠并非民事法人主體，而是事業單位，是為政府義務服務的附屬機構，因此無法獨立承擔有關責任。

目前，我國城市污泥處置方法主要有：衛生填埋、建材利用、焚燒和土地利用等。衛生填埋具有投資省、實施快、方法簡單、處理規模大，對污泥的衛生學指標和重金屬要求比較低等優點，但它僅僅實現了固廢污染物的轉移和暫存，并沒有從根本上對污泥中的有機物進行處理和控制，占用大量的土地面積，對大氣和環境造成一定的負面影響，是一種不可循環的處置方式；建材利用無需土地作為最終消納的載體，可代替一部分用于制造建筑材料的原料，具有資源保護的意義，但污泥建材利用成本較高，一般污水處理廠難以承受；焚燒是最徹底的處置方式，大大減少了污泥的體積和重量，處理速度快，但污泥焚燒產生的有毒有害氣體難以處理，焚燒成本非常昂貴，大大限制了該法的利用。相比之下，經堆肥好氧發酵處理后污泥土地利用投資少、耗能低、運行費用小，且污泥中的營養物質可得到資源化利用，盡管可能存在重金屬超標因素、有機污染物等的干擾，污泥堆肥后土地利用仍被認為是當前符合國情的最經濟、最有價值的處理方式。

事實上，城市污泥中的有機物、氮、磷等含量均高于一般農家廄肥，還含有鉀及其他微量元素等植物生長必需的營養成分。若采用污泥堆肥好氧發酵技術對其無害化、穩定化、減量化處理后，將腐熟料施用于土地中，對土壤物理、化學及生物學性狀均有一定的改良作用。污泥中的有機物質可明顯改善土壤的結構，使土壤的容重下降，孔隙增多，土壤的通氣透水性和田間持水量提高，從而改善土壤的物理性質。也可提高土壤的陽離子交換量；改善土壤對酸堿的緩沖能力，提供養分交換和吸附的活性位點，從而提高土壤保肥性。污泥中各種豐富的養分，增加了土壤氮、磷、鉀肥效，并能有效地向植物提供營養，減少化學肥料的施用量，從而可降低農業生產的成本。此外，污泥堆肥腐熟料可以使土壤中微生物量增加和代謝強度提高而改變土壤的生物學性狀，所以說污泥堆肥的土地利用適合我國目前的經濟發展狀況，是一種積極的、資源型、生產性的城市污泥處置方法。

目前，城市污泥的土地利用已在西方發達國家中占據污泥處置方式的主體位置；我國處于幾種處置方式并存的階段，對于適合國情的最佳處理處置技術也處于探索階段。由于衛生填埋、建材利用、干化焚燒等方式本身存在缺點，必將大大限制其推廣應用。我國是一個發展中的國家，又是一個農業大國，其廣闊的土地資源具有發展城市污泥土地利用的天然優勢。因此，無論從環保的社會因素還是從資源化利用的經濟因素出發，污泥堆肥的土地利用，特別是符合安全標準的堆肥腐熟料及深加工產品的農用確是一種適合國情的處置方法。這種處置方法一方面可以為國內城市污泥找到一條根本出路；另一方面還可緩解我國農村農業資源的短缺，土地生物狀態持續惡化的現狀。污泥堆肥技術將城市污泥的處理處置與污泥資源化合為一體，必將成為城市污泥處置的最好出路。

說到堆肥應用，在我國歷史悠久。早在西漢，我國農村地區就普遍將秸稈、落葉、禽畜糞便、生活垃圾等堆積在一起，進行發酵制成農用肥料。20世紀70年代以后，世界上發達國家的污泥堆肥好氧發酵技術發展越來越快，工藝成熟的大型堆肥發酵裝置迅速普及，逐漸形成處理規模大，自動化程度高，堆肥發酵效率快的城市污泥處理產業。目前，國外污泥堆肥技術發展的一個新趨勢是實現堆肥過程的自動化控制，以準確掌握堆肥的進程和腐熟程度，系統地優化堆肥過程，避免憑主觀經驗判斷的失誤，提高產品的質量及其穩定性。

但歐美國家的主流堆肥技術并不適合我國國情，因為歐美國家的設備和能源價格相對比較便宜，他們不太計較能耗及處理成本，而我國城市污泥處理必須走環保、低耗、高效的工廠化快速堆肥道路。

就國內現狀而言，雖然已有一批企業涉足污泥資源化利用技術，但是由于國內對堆肥技術的應用研究欠缺，絕大部分企業都憑傳統經驗進行堆肥，因此存在處理技術水平低、工業化程度不高、產品質量不穩定以及處理后的產品仍然對環境和作物產生程度輕重不一的危害等問題，既難以生產出真正合格的肥料產品，也不能滿足在土地緊張的城郊進行大規模污泥處理的產業化要求。一些發達地區從國外引進全套堆肥技術，雖然工業化程度高，但往往運行成本高、能耗大，生產的有機肥產品缺乏市場競爭力，因而經濟效益不佳，故未被市場普遍接受。

綜合來看，就現有的大部分已經建成的處理裝置而言，我國的污泥堆肥技術的開發和應用還處在多方面探索和實驗階段，各地建成的大小污泥堆肥裝置采用的工藝技術各不相同，處理效果參差不齊，普遍存在臭氣處理不徹底，自動化程度不高，堆肥周期過長，腐熟質量不穩定，菌種篩選落后等缺陷。雖說取得了一些階段性成果，但是與我國巨大的現實壓力和市場需求相比，目前的技術和設備仍有一定的差距，主要體現在以下三個方面：①現在采用的堆肥處理系統普遍運行不穩定，影響了堆肥質量，導致腐熟料及深加工產品的銷路不好，缺乏市場競爭力；②國內的總體技術水平依然比較落后，大型污泥處理裝置過多偏向于全套引進國外的技術，但國外的技術存在投資高、設備昂貴且復雜、維護困難、運行成本高、能耗偏大等缺點，并不完全適合我國國情；③雖然城市污泥堆肥化處理日益受到人們的青睞，但對堆肥的處理效率和產品質量的穩定性等缺乏信任度仍是其比較關鍵的制約因素。因此，目前應當結合中國國情，因地制宜，加強污泥堆肥成套技術與設備的創新和技術集成，解決產品的出路問題，減少對環境的污染，提高產品的質量，更好地滿足無害化、減量化和資源化的要求。

筆者認為，今后適合我國國情的污泥堆肥集成化核心技術應從以下五個方面突破：①處理規模大、環保、高效、低耗污泥堆肥技術和設備的集成與優化，包括不受季節影響的利用太陽能廠房設計，堆肥臭氣徹底處理技術，大規模低能耗的成套核心設備；②污泥堆肥處理自動監測和控制設備的完善和標準化，包括堆肥水分實時、在線監測技術與設備開發，堆肥氧氣濃度實時、在線監測設備的標準化；③有針對降解污泥中特定有害污染物的高效菌種和超高溫堆肥菌種的篩選和規模化發酵培養技術；④堆肥產品標準及其安全施用研究，包括堆肥產品腐熟度和無害化指標的快速檢測技術與標準的制定，堆肥產品在農業、林業、園林、育苗等產業中的大規模應用示范；⑤超高溫污泥堆肥和重金屬生物礦化技術研究及應用，包括工業污泥經超高溫堆肥的低含水率腐熟料用于火力發電的研究，含重金屬的城市污泥經生物礦化處理應用于農業或利用該技術修復被重金屬污染的土地。

筆者從2006年開始從事城市污泥無害化、減量化、穩定化處理研究。開始著手好氧發酵菌種的篩選及污泥堆肥最佳工藝指標的探索；重點進行污泥堆肥新工藝、新技術開發及工業化應用的研究，包括高效堆肥菌種的篩選培養，堆肥臭氣的徹底處理，堆肥發酵核心設備的高效集成，利用太陽能的堆肥廠房設計等工業化應用的工程性研究，于2010年成功開發出適合我國國情的陽光棚開放槽污泥堆肥好氧發酵工藝。在此基礎上，也設計了數套日處理城市污泥百噸級堆肥發酵裝置，有的已經投入生產，運行效果良好；堆肥腐熟料及深加工產品的土地利用安全高效，市場反應良好，需求旺盛。在有關城市污泥堆肥發酵工藝的開發和工業化應用方面積累了一些個性化的實用經驗。再者，在從事污泥堆肥具體研究、設計、調試工作中，筆者閱讀了大量國內外堆肥發酵方面的論文和專著，對該領域工藝技術及工程應用的了解比較全面和深入。

鑒于目前我國城市污泥減量化、無害化、穩定化處理及資源化利用的現實壓力，將會有大量的污泥堆肥裝置上馬。筆者考慮將自己所了解的污泥堆肥技術及通過具體實踐所掌握的實用經驗體系化、專業化、工程化整理出來，供該領域的相關技術人員和管理者參考。同時將城市污泥堆肥技術有關新的概念、新的理論、新的研究、實踐方法集中呈現給有關讀者，普及污泥堆肥相關知識；再就是，污泥堆肥發展到現在，許多老的堆肥工藝得到完善，許多新的工藝技術被開發出來，大量新的控制、檢測、分析手段也得到成功應用，這其中就有很多的好技術成果值得推薦給業內朋友們。

在編寫此書的過程中，參考大量資料，不斷地去總結前人的優秀成果，借鑒他們污泥堆肥的方法和工藝，并在此基礎上對其進行評價和修改，使之變得更加完善。此外，本書中也因地制宜地提出了適合我國國情的污泥堆肥工藝，闡明其來龍去脈，供讀者參考。這些堆肥工藝是我們在實踐中總結出來的，是對現有污泥堆肥工藝的有益補充。

本書由淺入深，先從污泥堆肥的歷史開始，分別闡述污泥堆肥的原理，形式及相應特點，堆肥復合菌劑，工程設計，過程控制，設備維修，堆肥產品及深加工；堆肥產品的應用等內容。考慮到有些企業可能會用本書作為操作指南，還在后面增加了運營管理和編者設計的一些成功案例。希望本書能給從事城市污泥處理處置的朋友們帶來較大的參考價值。

此外，在編寫過程中還進行了一些有益的嘗試：①簡化污泥堆肥的生物學和工程計算相關內容，按科普作品要求，文字流暢，通俗易懂，便于本領域的基層工作者閱讀和理解；②重視實際應用，文中大量提及實際生產中可能用到的工藝流程及設備儀器，對其進行詳細的講解及分析，并配有大量的插圖，使讀者對污泥堆肥有一個更加直觀的了解；③追求數據的準確性，本書中所用到的圖表都是編者查閱大量書籍論文所獲得的，對于此前模糊不清的數據，在條件允許的情況下，都進行實際測量，以求給讀者朋友們的都是準確的數據。

雖然在編此書的過程中追求完美，但限于編者水平，恐怕還是有部分地方會有疏漏和錯誤之處，還請讀者批評指正。

作者

2014年9月