城鎮污水處理廠污泥資源化利用探討

摘要:本文通過對污泥的好氧堆肥工藝，利用高溫微生物發酵技術使城鎮污水處理廠污泥變為可用資源的探討，并進行中試研究，同時進行農作物相關試驗，探求污泥發酵控制參數，跟蹤使用效果與結果，旨在為城鎮污水處理廠的污泥提供良好的處置技術方式及污泥資源化利用可行性分析。

關鍵詞:城鎮污水處理廠 污泥 資源化利用

污泥作為污水處理過程的伴生物一直是困擾污水處理廠的難題，也是各個城市在解決水污染的情況下，又面臨固體污染源困城。據“全國城鎮污水處理建設與運行工作現場會議”提供的數據，截至2009年底，全國城鎮累計建成污水處理廠1993座，總處理能力已超過1億立方米/日，與“十五”末相比分別增長了1.2倍和75%。這也是到目前為止世界上所有國家污水處理能力增長最快的速度。《中國給水排水》雜志提供的數據，2010年，全國城市污水處理總規模將達到1×108m3/d，污泥量將達到5×104t/d。目前全國城鎮污水處理廠污泥只有小部分進行填埋、土地利用、焚燒或建材利用等，總有效處理處置率僅5-10%。污泥本身是一種可以利用的資源。污泥資源化利用就是要借助先進可行的技術手段，將污泥作為一種資源加以利用，在解決對環境影響問題的基礎上產生一定的經濟效益，保障城市污水處理行業的健康發展。

污泥目前處置方式主要有焚燒、填埋、堆肥和投海等。與其它處置方式相比，堆肥處理不但可以達到穩定污泥的目的，同時制成肥料農業利用具有經濟、簡便、可資源化等優點，引起各國的重視，并進行大量的研究。我們對銀川市污水處理廠的污泥進行了堆肥實驗，并進行了農作物實驗，探索其使用效果及對土壤及農作物的影響。

1 污泥堆肥設計思路

污泥堆肥分為好氧發酵工藝與厭氧發酵工藝兩種過程。機械化好氧堆肥技術是在有控制的條件下，利用好氧微生物對污泥中易腐有機物進行生物降解，使之成為具有良好穩定性的腐植粒狀物的全部過程。目前國內外正在研究開發的污泥好氧發酵堆肥技術都是采用進料、攪拌、通氣、出料同時進行的高效發酵裝置，其核心是好氧發酵槽。而發酵槽按照形狀可分為幾類:立式多段發酵槽;筒倉式發酵槽;臥式旋轉發酵槽;臥式敞口發酵槽。從建設投資低、動力消耗小，符合高效、低耗的節能環保原則出發。本研究選擇以強制通風靜態發酵裝置為基礎的堆肥處置。

1.1 污泥堆肥裝置設計 強制通風靜態堆肥池(如圖)。

1.2 材料與方法 本試驗采用銀川市污水處理廠脫水污泥， 揮發性有機物含量為49.12%，含水率79.8%，添加調理劑(谷物加工產生的麩皮和谷糠、20mm長的農作物桔桿及牛、羊、雞糞)。按噸泥(含水率60%左右)5Kg-8Kg的量配比進入堆肥條垛，堆肥垛為59.0m×4.5m×2.4m，堆肥垛底部有曝氣棒，分別采用1.3m3/(m in·m3)、0.79m3/(min·m3)兩種通風量。

目前污水處理廠所產生的污泥主要通過帶濾機或離心機脫水，帶濾機污泥脫水后污泥含水率基本在80%左右，離心機脫水后污泥含水率在75%左右，所以污泥的半干化是污泥制成有機肥的一個難點。利用現有的牛、羊肥及谷物加工產生的麩皮和米糠、農作物桔桿、造紙廠的麥桿等資源來降低污泥含水率至55-60%，以利于堆肥發酵。

1.3 所需設備、儀表 鼓風機、鏟車、干燥設備、圓盤造粒設備及相應管件、溫度計等。

2 污泥堆肥裝置操作參數選擇及效果

影響好氧堆肥的主要因素是含水率、溫度和供氧量。好氧傳統堆肥的核心問題是供氧受到限制。使用研制出的污泥動態堆肥裝置，通過自然通風、連續強制通風、間斷強制通風三種方式對含水率，通風與溫度的關系等進行了實驗，目的在于探索堆肥裝置的最佳運行參數。

2.1 污泥的前處理 由于污水處理廠壓濾機脫除下來的污泥含水率高達80%，不能直接進行堆肥試驗。需采取前處理(干燥)，銀川市周邊有沙荒地，良好氣候條件，經濟污泥干燥方式是采用自然晾曬。采用自然晾曬的方式，污泥層厚5～8cm。根據天氣和季節情況晾曬3～5天，天氣狀況良好的情況下3天左右的晾曬，可以使污泥的含水率降低到70%左右，再通過添加調理劑的方式基本可以達到堆肥裝置的含水率要求(55-60%)。

2.2 污泥含水率的控制與變化 水的比熱高于其他堆料，因而水分可通過傳熱而影響堆溫。高濕度堆肥(通常大于65%)的升溫速率較慢，堆肥周期長，堆體容易過早冷卻，甚至無法達到高溫堆肥的要求。相反，當堆肥過程中濕度低于40%時，堆溫開始降低。由堆溫的變化表明，堆肥過程中濕度應維持在50%～60%。

通過試驗得出不同含水率的堆溫變化。在同等的通氣條件下，含水率較高則堆溫較低，含水率較低則堆溫較高。在自然通風的條件下，進料的含水率在70%和60%時，55℃以上的堆溫均能保持三天，但是含水率達到70%，污泥容易成團，影響供氣設備的正常工作。但當進料含水率在20%以下時，整個堆體溫度改變不大，發酵作用不明顯。

綜合幾方面因素，確定了控制進料水份在55%—60%左右，即污水廠的脫水泥餅經自然晾曬3～5天就可以做為堆肥裝置的進料。這樣可以比較經濟地解決進料含水率的調整問題，可減少摻混干燥物調整含水率的經濟性。

2.3 堆肥容積的變化 通過試驗，二周、一個月及三個月堆肥后污泥容積變化如下表:

2.4 二次堆肥 二次堆肥發酵主要使微生物獲得了一次重新接種的機會，在一次發酵中未分解完全的一些較難分解的有機物，得以繼續分解。二次發酵采用將一次發酵出料翻倒均勻，在室內平地堆積，堆高1m，堆長2m，堆寬1.5m，表2為二次發酵過程的溫度變化。

由上表可以看出二次發酵溫度隨時間緩慢下降，溫度沒有回升現象，并且沒有蚊蠅孳生現象出現。說明在堆肥發酵階段有機物已得到分解，蟲卵已被殺死，污泥達到腐熟和穩定。二次堆肥發酵證實了強制通風的污泥靜態堆肥裝置中可以在較短的停留時間(5天)內，高效、徹底地對污泥進行穩定化和無害化處理，并為后續造肥工藝提供了有利的條件。

2.5 污泥中重金屬 污泥是污水處理過程中伴生物質，含有豐富的的氮、磷、鉀及維持植物正常生長發育的多種微量元素，可以改良土壤結構的有機質。但也含有一定的重金屬。重金屬的含量與污水來源、污水處理廠處理工藝及季節不同，差異較大。銀川市多數污水處理廠主要以處理生活污水為主，根據寧夏家林科學院農產品質量監測中心的監測結果，不存在污泥中重金屬超標的問題。檢測結果如表3:

檢測結果表明用這些污泥進行堆肥重金屬含量不會超標，科學合理地進行城市污泥農用不會造成土壤和農產品的重金屬污染問題。

從表3可以看出，銀川市污水處理廠的污泥中重金屬含量完全符合農用污泥的國家標準。當制做污泥顆粒肥時，則應根據施用場地的土壤條件，計算污泥安全施用量來確定施肥量。以避免重金屬在農田土壤中過度積累，保護農業生態環境。

2.6 病原微生物的去除 好氧堆肥是放熱過程，由嗜溫菌與嗜熱菌完成分解有機物的作用，另外，在堆肥升溫過程中又可殺死病原微生物和寄生蟲卵等使污泥無害化。通過試驗證明堆溫達到>50℃時，保持5天，大部分病原微生物就會被殺滅。自然通風、連續通風、間斷通風這幾種運轉方式都可以達到殺滅病原微生物的目的。生污泥的大腸菌值在107～109之間，蛔蟲卵數在3.8×103～3.7×104個/kg之間變化，經過在發酵池中7日的高溫發酵，出料的大腸菌值≤102，蛔蟲卵為0，可達到無害化目的。在常用的復混肥園盤造粒生產線中，物料要經過混合、粉碎、成型、烘干、篩分等各工藝段。其中烘干段的溫度達到95-100℃，肥料經過約20分鐘烘烤，能夠進一步殺滅殘存的病原微生物。

3 污泥堆肥后用于農作物試驗

為了解堆肥后污泥肥效，并研究其對農作物的影響，先后聯合寧夏農科院在銀川市掌政鄉茂盛村科技示范區及紅寺堡沙塘科技示范園區進行了試驗，試驗結果如下:

掌政園區:甜瓜肥效試驗，試驗安排肥量為常規羊糞施肥量的.12倍，在甜瓜生長期內，植株綜合生長勢前期低于對照7.6%，后期由于發酵肥料緩釋特性的作用，綜合生長勢低于對照1.2%，由于發酵肥料中P、K元素含量較高的因素，最終產量為，污泥發酵肥料總產量高于對照羊糞處理13.4%，檢測無重金屬殘留。另外進行幾組試驗結論與此相似。

4 結論

4.1 城市污水廠剩余污泥好氧堆肥，生產有機肥是一種有效的污泥處理利用方式，污泥強制通風好氧靜態堆肥裝置是較為理想的機械化堆肥裝置。

4.2 建議采用間斷性強制通風方式，其溫度積蓄良好，堆溫保持較高，能量消耗也比較低。

4.3 污泥含水率是影響堆肥過程的重要因素，適合的含水率為50～60%，在這一范圍內，污泥進入堆肥系統中，可以有較好的通透性，更好地進行好氧發酵反應，通過分解污泥來使堆溫升高。

4.4 在污泥動態堆肥裝置中的堆肥過程達到55℃以上的高溫，并維持超過5日的時間，可以充分地殺滅病原微生物，其中蛔蟲卵的殺滅率達到100%，大腸桿菌值降低約5～7個數量級，達到無害化標準。

4.5 中、小型城鎮污水處理廠主要以處理生活污水為主，因而一般污泥中重金屬超標問題不嚴重，但應采取技術措施避免引起重金屬的二次污染。

4.6 采用好氧堆肥方式處置城鎮污水處理廠所產生的污泥，投資省，易操作，運營成本低，易管理。

4.7 我國是一個農業大國，將污泥作為一種肥料資源加以利用，不但減少了污染，還具有良好的經濟效益和環境效益。

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