一種處理污泥制備生物有機肥料的方法和應用

王長寧

摘 要：城鎮污水處理廠污泥以園林綠化、農業利用為處置方式時，污泥采用高溫好氧發酵（堆肥）處理，因其時間短、效率高，在國內外被普遍采用。利用國家知識產權局公開的《一種處理污泥制備生物有機肥料的方法及其專用發酵劑》的發明，設計了處理污泥制備生物有機肥料的項目，闡述了高溫好氧發酵（堆肥）微生物學原理、生產生物有機肥的工藝布置形式、專用發酵劑的特點以及工程實例。

關鍵詞：高溫好氧發酵（堆肥）；發酵劑；生物有機肥

中圖分類號 S143.6 文獻標識碼 B 文章編號 1007-7731（2013）06-63-03

污水廠污泥脫水后含水率一般在80%，不符合衛生填埋處置的條件，垃圾填埋場不接收，甚至出現了污泥隨意外運的現象，造成了二次污染。因此，實現城鎮污水處理廠污泥（以下簡稱污泥）處理處置減量化、穩定化和無害化[2]目標迫在眉睫。中國市政工程東北設計研究總院海南分院利用了《一種處理污泥制備生物有機肥料的方法及其專用發酵劑》的發明專利技術（專利號200810117758.8）設計了《海南省城鎮污水處理廠海口污泥綜合利用示范中心項目》，污泥處置方式為土地利用，主要生產符合國家泥質標準的生物有機肥，用于土地改良、園林綠化和農用，達到節能減排和發展循環經濟的目的。

1 處理污泥制備生物有機肥料的方法及其專用發酵劑

2008年12月31日國家知識產權局公開了一項發明專利，該發明公開了《一種處理污泥制備生物有機肥料的方法及其專用發酵劑》[1]。該發明所提供的污泥發酵劑的活性成分由枯草芽孢桿菌、嗜熱脂肪芽孢桿菌、黑曲霉、嗜熱側孢霉和釀酒酵母菌組成。該發明所提供的處理污泥制備生物有機肥料的方法是將污泥與輔料混合，再接種本發明的污泥發酵劑進行發酵，得到腐熟污泥，再向其中接入細黃鏈霉菌繼續進行培養，得到生物有機肥料。該發明處理污泥制備生物有機肥料的方法，技術工藝簡易，設備投資少，污泥發酵脫水、除臭、腐熟效果好，是一種污泥無害化、資源化及循環利用的實用技術。

1.1 污泥高溫好氧發酵（堆肥）的微生物學原理 在好氧條件下，進行污泥發酵的微生物作用過程可分為以下3個階段[3]：（1）發熱階段（發酵前1～3d）。堆肥堆制初期，主要由中溫（15～25℃）好氧的細菌和真菌利用堆肥中最容易分解的可溶性物質，如淀粉、糖類等，迅速增殖，釋放出能量，使堆肥溫度不斷升高。（2）高溫階段（主要發酵、一次發酵，3～8d）。堆肥溫度上升到50℃以上，即為高溫階段。在淀粉、糖類等易分解物質迅速分解氧化的同時，消耗了大量的氧，造成了堆肥中局部的厭氧環境。這樣，好氧性的微生物如纖維素分解氧化菌逐漸代替了中溫微生物的活動。這時，堆肥中殘留的或新形成的可溶性有機物繼續被分解轉化，一些復雜的有機物和纖維素、半纖維素等也開始得到強烈的分解。微生物的組成隨著溫度升高而發生變化，在50℃左右，主要是嗜熱性真菌和放線菌，溫度升高到60℃時，真菌幾乎完全停止活動，僅有嗜熱菌放線菌和芽孢桿菌在繼續活動，緩慢分解有機物，溫度升到70℃時，大多數嗜熱微生物已不適宜生長。高溫對污泥堆肥化而言是極為重要的，主要表現在3個方面：一方面，高溫對快速腐熟起著重要作用，在此階段中，堆肥內部開始了腐殖質的形成過程，并開始出現能溶于弱堿的黑色物質。另一方面，高溫有利于殺死病原性微生物和寄生蟲卵。病原性微生物的滅活取決于溫度和接觸時間，據研究，60～70℃維持3d，可使脊髓灰質炎病毒、病原細菌和蛔蟲卵滅活。根據長期的經驗，一般認為，堆溫50～60℃，持續6～7d，可達到較好的殺滅蟲卵和病原菌的效果。第三方面是持續高溫還有利于污泥快速、深度脫水。（3）降溫和腐熟保肥階段（后發酵、二次發酵，需時3～5d）。經過高溫階段的主發酵，大部分易分解有機物（包括纖維素等）已得到分解，剩下的是木質素等較難分解的有機物以及新形成的腐殖質。這時，微生物活動減弱，產熱量隨之減少，溫度逐漸下降，中溫性微生物逐漸成為優勢種，殘余物質進一步分解，腐殖質繼續不斷地積累，堆肥進入腐熟階段。腐熟階段的主要問題是保存腐殖質和氮素等植物養料，充分的腐熟能大大提高城鎮污泥堆肥肥效與質量。為了減弱有機質礦化作用，避免肥效損失，可采取壓緊堆肥，造成厭氧狀態的措施。

1.2 污泥好氧發酵專用微生物發酵劑 該專用發酵劑在生物菌種的研發上有了新的突破，這項獲得發明專利的污泥發酵劑是城鎮污泥高溫發酵、深度脫水、快速腐熟和除臭的關鍵技術。它的活性成分由枯草芽孢桿菌、嗜熱脂肪芽孢桿菌、黑曲霉、嗜熱側孢霉和釀酒酵母菌組成，具備如下優點：由復合功能微生物菌群組成，每批物料只需要添加1次，即可滿足物料發酵過程中各個階段的菌種需求；升溫快速，第2d物料溫度即可達到60℃以上，較常規菌劑縮短10h以上；產熱效果好，物料發酵溫度最高可達74℃，可以快速殺滅其中的寄生蟲卵和致病菌，達到無害化目的；快速脫水，能夠在12～15d內使物料含水率從65%降低到30%以下，較常規菌劑縮短發酵時間10d左右，達到在最短時間內減量化的目的；快速除臭，菌劑中含有臭味吸附成分和轉化臭味物質的微生物菌種，可以在物料堆置24h后消除臭味，達到清潔化生產目的。

1.3 輔助填充料 輔助填充料簡稱輔料。利用礱糠、谷糠、秸稈等材料作為高溫好氧發酵添加的輔助填充料，起到通氣和降低含水率等作用，有利于微生物氧化分解有機物。

2 生產方式

城鎮污泥土地利用最大的障礙在于城鎮污泥中含有重金屬的問題。農業部和建設部等國家主管部門對城鎮污泥及肥料產品中重金屬含量有著明確的規定：農用污泥中污染物控制標準（GB4284-84）；復合微生物肥料（NY/T789-2004）；城鎮污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質（GB/T23486-2009）；城鎮污水廠污泥處置土地改良用泥質（GB/T24600-2009）；城鎮污水處理廠污泥處置農用泥質（CJ/T309-2009）等等。對于重金屬含量超過標準規定含量時，要堅決杜絕應用于農林業生產中。而對于各項指標均達標的城鎮污泥及其肥料產品，是可以安全放心地應用于農林業生產的。筆者僅就重金屬含量不超過標準規定含量的污泥制備有機肥進行論述，重金屬含量超過標準的污泥處理另撰文介紹。

對于符合國家相關安全指標的污泥進行穩定化、無害化、資源化處理處置方法，可采取高溫好氧發酵（堆肥）處理，制成系列生物有機肥，進而實現資源化土地利用。

3 工藝流程

制備生物有機肥料由2個連續的工藝過程組成，第一過程為高溫好氧發酵（堆肥），其工藝流程如圖1。需添加適量的各類有機、無機輔料、專用發酵菌劑等成分，經過攪拌、堆置、發酵、翻堆及攤涼堆存等一系列工藝過程后，完成好氧發酵處理，得到發酵腐熟的物料。第二過程為制肥過程，其工藝流程如圖2。對第一過程形成的有機肥底料進行必要的養分等參數的檢測后，根據用途，有的需要對養分進行平衡添加無機肥原料；有的還需要添加細黃鏈霉菌等特殊功能的有機添加料，均勻攪拌后進入制肥各工序，生產出符合綠化園林、農用生物有機肥料。

4 工程實例

以《海南省城鎮污水處理廠海口污泥綜合利用示范中心項目》12萬t/a污泥處理廠為例，介紹污泥制備生物有機肥料的工程設計實例。其工藝流程同圖1、圖2。該項目設計為3層的立體廠房，污泥發酵、制肥全在1個廠房內完成。污泥從地面運進，地面高程與廠房2層相同。1層為制肥區和成品庫，2層和3層均為發酵區。主要設計數據如下：

4.1 廠房 設計為3層廠房，平面尺寸為128.40m×113.40m。廠房1層包括污泥儲庫、攪拌區、污泥肥料堆放間、料倉、制肥車間、變壓器室及配電間，廠房2層包括輔料、專用發酵劑庫區、生物堆肥發酵車間、生物除臭系統，廠房3層為生物堆肥發酵車間。

4.2 污泥儲庫 設污泥儲庫1座，用于儲存專用儲運車輛送來的經檢測后的各地城鎮污泥，污泥儲庫的平面尺寸為97.50m×15m，有效深度為5.0m，總容積為7 313m3。污泥儲庫采用鋼筋混凝土結構。設置儲泥庫進泥口5個，其參數B×L為3.2m×2.6m，卷簾門的功率N=3.0kW。污泥儲庫內設出泥口5個，B×H為0.50m×0.80m，在每個出口上設置1個閘門， B×H為0.50m×0.80m，電機功率N=0.75kW。

4.3 混合攪拌區 混合攪拌區在污泥儲庫和倉庫之間的區域，其主要功能是把污泥與專用發酵劑、輔料進行攪拌混合，使含水率≤80%的污泥混合為含水率≤65%的混合料。該區平面尺寸為113.40m×7.50m，層高為5.80m。混合攪拌區內設置：物料集中分配器5臺，電機功率為1.50kW；物料混合攪拌分配器5臺，電機功率為1.50kW；雙軸攪拌機5臺，其單臺電機功率為9.00kW；皮帶運輸機5臺，參數為B=800mm，N=5.50kW；設電動起重機1臺，起重量為5t。

4.4 發酵車間 發酵車間在廠房的2、3層，設計規模為12萬t/a，為條垛式堆肥系統。堆置在發酵槽中的混合物料在專用發酵菌劑的作用下（時間大約16～24h），使混合物料溫度上升至50℃。此時，用鏈板式電動翻堆機對混合物料進行首次翻堆，用鼓風機對翻堆的混合物料通風。一般每48h翻堆1次。經過12～15d的堆置發酵過程使其含水率降至30%。

4.5 有機肥生產車間 為了把污泥混合物料生產成生物有機肥，在綜合廠房的1層北側建設有機肥車間，平面尺寸為37.50m×37.50m，層高為7.20m。生物有機肥車間生產能力為4萬t/a。

5 結論

筆者介紹了國家知識產權局公布的發明專利《一種處理污泥制備生物有機肥料的方法及其專用發酵劑》運用于工程的實例，分析了其基本原理及生物有機肥料的生產工藝過程。該項技術簡單、實用，是實現污水處理廠污泥處理處置和綜合利用、節能減排和發展循環經濟的有益途徑。

參考文獻

[1]海南農豐寶肥料有限公司. 一種處理污泥制備生物有機肥料的方法及其專用發酵劑[P]. 中國：200810117758.8，2008-12-31.

[2]中國人民共和國環境保護部. 城鎮污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術政策（試行）[Z]. 建城[200923]號，2009-02-18.

[3]王國惠. 環境工程微生物學[M]. 北京：科學出版社，2011： 296-297.

（責編：徐世紅）