論厭氧發酵技術在安陽市處置污泥中的實踐應用

高愛梅，葉麗杰，李重民，李會民（安陽市固體廢物管理中心，河南安陽455000）

論厭氧發酵技術在安陽市處置污泥中的實踐應用

高愛梅，葉麗杰，李重民，李會民
（安陽市固體廢物管理中心，河南安陽455000）

近幾年來，隨著城市污水處理工作的快速發展，污水處理產生的污泥問題也在日益突出。污泥處置帶來的環境問題引起了普遍關注，實現污泥處理處置“減量化、穩定化、無害化”，必須堅持在安全、環保和經濟的前提下實現污泥處理處置和綜合利用。污泥中富含N、P、K及有機質，污泥的處置資源化將成為最佳選擇，同時避免產生二次污染，達到節能減排和發展循環經濟的目的。通過污泥厭氧發酵法綜合利用的處置方式，介紹污泥處置資源化的實踐應用，展示了循環經濟可持續發展的思路。

污泥；處置；資源化

隨著工業和城市的發展，污水處理率的提高，城市污泥產量必然越來越大。根據國家統計局2014年3月發布的統計公報，2010年末城市污水處理廠日處理能力達10262萬立方米，比上年末增長13.4%；脫水污泥產生量接近2200萬噸，而且其中有80%沒有達到妥善處理。污泥是一種具有利用價值的潛在資源，為了充分利用這種資源，減少環境公害，世界上許多國家都在大力發展污泥處置和利用的各種技術。將污泥減量化、穩定化、無害化處理后作為資源回用已經成為主流，以經濟、安全、合理、有效、有益的原則利用污泥，以發揮其巨大的經濟效益、社會效益和生態效益。本文介紹安陽市中丹恒生能源有限公司以市政污泥為原料經高溫發酵生產車用天然氣，并將發酵后的沼液用來生產高效固體及液體有機肥的實踐應用。

1　污泥厭氧發酵生產車用沼氣的工藝原理

當前國內污水處理廠污泥的處置方法主要有：堆肥、污泥焚燒、低溫熱解、建筑材料利用及填埋。污泥的處理處置及其無害化，作為再生資源有效利用是世界各國共同重視的問題。面對各地區千差萬別的污泥利用經驗，厭氧發酵技術在安陽市處置污泥中的實踐應用，結合了本地區的實際情況，同時兼顧環境生態效益、社會效益和經濟效益平衡。

研究顯示，市政污泥的含固率為18%左右，其中的VFA含量為55～60%，而每千克的VFA的產甲烷能力為0.35方，每方粗沼氣中的甲烷含量為55～60%。將市政污泥在原料調配池中調配至最佳的發酵濃度10%，將調配好的料液泵送至CSTR發酵罐，在55℃下進行高溫厭氧發酵；發酵15天后，將發酵后的沼液泵送至二次發酵罐，利用一次發酵的余熱進行二次發酵；兩次發酵產生的粗沼氣經過生物脫硫除去其中的有害氣體H2S，脫硫后的沼氣再用有機胺吸附液吸附掉其中的非可燃氣體CO2。經凈化后的氣體達到國家車用天然氣的標準。將上述氣體通過壓縮機壓縮至20～25MPa，壓縮后的成品氣通過撬裝車運送至加氣站出售；發酵后的沼液經過固液分離，用分離后的沼渣生產固體有機肥，分離后的沼液生產液體有機肥。工藝流程如圖1所示。

2　沼渣沼液生產有機肥的總體研發技術路線

污泥中含有大量植物生長所必需的肥分（N、P、K）、微量元素及土壤改良劑（有機腐殖質）。我國城市污水處理廠的各種污泥所含肥分見表1。依據《污泥農用時污染物控制標準》（GB 18918-2002）對我市城鎮污水處理廠污泥重金屬含量進行檢測，符合污泥農用標準，抽檢結果見表2。將污泥厭氧發酵生產車用沼氣工序產生的沼渣沼液，經生物化學綜合技術處理，實現沼渣沼液固體廢棄物資源開發利用與農業環境保護相結合路線。廢棄物經固液分離之后產生的廢渣，經科學的工藝方法處理生產有機肥及有機無機復混肥;分離出的沼液里面不僅含有大量的營養物質，而且含有豐富的腐殖酸等活性物質，是一種很好的液肥。

表1　我國城市污水處理廠污泥肥分析表

表2　市政污泥重金屬含量與GB 18918-2002標準限值對照表

2.1沼渣沼液項目產品總體方案

以污泥為原料經高溫發酵生產車用天然氣，產生的沼液、沼渣經固液分離后，用來生產高效固體及液體有機肥。工藝流程如圖2所示。

2.2沼渣生產固體生態有機肥工藝

1）混配。將需要發酵腐熟、含水量為30%的沼渣與黏結劑及需配入其他成分的原料按配比要求在配料混合系統中進行計量、配料、混合。

2）造粒。經充分混合后的物料溜出至混合料分配系統中的固定皮帶機上，再傳送到移動式皮帶機之后落進平臺料倉喂料系統，由平臺料倉進入圓盤喂料機，均勻連續地喂入擠壓造粒機中制成柱狀顆粒，然后通過皮帶機傳送至圓顆粒拋光整形機進行拋光整形，形成球狀顆粒。

3）烘干。由皮帶機送入烘干機進行低溫大風量烘干（≤65℃）。

4）冷卻。烘干后的物料送入冷卻機中進行風冷。

5）篩分。充分冷卻后的物料進入篩分機，筒體尾端的篩網將粉料及大顆粒篩出，重新返回混合造粒系統。

6）計量包裝。成品顆粒由斗式提升機輸送到成品料倉，經電腦定量包裝系統計量、包裝、檢驗入庫。

固體有機肥生產工藝流程如圖3所示。

固態有機肥產品技術要求符合表3、表4所示技術標準。

表3　精制有機肥技術標準

表4　有機無機復混肥料技術標準

2.3沼液生產液體生態有機肥工藝

1）預處理。取出的沼液進行15天以上的陳化處理，該過程采用曝氣陳化處理工藝。

2）分離。主要是將污泥與沼液進行分離。

3）絡合。用絡合劑進行絡合，調節液肥的pH值至6.3～6.5。

4）混配。將沼液與需配伍的其他成分的原料按配比要求在配料混合系統中進行計量、配料、混合。

5）計量分裝。成品液肥由泵輸送到成品料儲罐，經定量灌裝機、包裝、檢驗入庫。

液態有機肥工藝流程如圖4所示。

液態有機肥產品技術要求符合如表5、表6所示技術標準。

表5　生態沖施肥技術標準

表6　葉面噴施肥技術指標

3　市場預測及效益分析

3.1車用沼氣項目分析

作為天然氣替代品的生物天然氣不同于沼氣和普通車用燃氣。沼氣中CH4含量為50%～70%，非可燃氣體CO2的含量為28%～44%、H2S含量為0.034%，具有惡臭、有毒、有效組分濃度低等缺點，嚴重限制了其作為主要化學工業原料應用以及作為清潔能源的商品價值。生物天然氣是將沼氣中的惡臭氣體成分及非可燃二氧化碳氣體脫除，將甲烷含量提升到95%以上，使得沼氣從一種較低品質能源轉化為高品質的寶貴清潔能源——生物天然氣。

本項目所生產的車用生物天然氣全部由貞元集團下屬的安陽市神州萬象公司包銷。神州萬象公司目前在安陽市有兩座車用加氣站，日加氣量達3萬方。本項目每天所產的10911標方車用生物天然氣可完全由該公司消納。目前安陽市中丹生物能源公司已經與神州萬象公司簽訂了車用沼氣的購銷合同。

根據確定的產品方案和建設規模，生物天然氣按出廠價3.0元/立方米算，沼渣肥按30元/噸計算，沼液按5元/噸計算，項目年收入共計13797328元，凈利潤估計300萬元左右。

3.2沼渣沼液制肥項目分析

沼渣沼液經過加工可生產出精制有機肥、沼液肥、富含腐殖酸生態沖施肥、富含腐殖酸生態葉面肥及有機無機復混肥，總計原料成本約為7147.5萬元，總銷售額為12370萬元。扣除總生產成本、經營費用（包括廣告、銷售返利等），稅后利潤正常年份約為953.5萬元。

目前安陽市的有機肥市場有廣闊的需求，約10萬畝的土地需要有機肥施用和改良土壤結構，有機肥總需求高達15萬噸以上，本項目年產沼渣沼液肥13.27萬噸，市場需求高于市場供給量，可以確保完全被市場所消化。

4　經濟及社會效益分析

4.1經濟效益

市政污泥經高溫厭氧發酵生產車用沼氣，其生產工藝本身就構成一條可觀的經濟鏈條。

1）經過提純、壓縮生產的生物天然氣用作車用燃料，可獲得可觀的經濟效益。

2）市政污泥通過厭氧發酵后的沼液、沼渣通過固液分離用于制備高效固體有機肥及液體有機肥出售，增加了項目收益。

3）企業生產沼氣的原料由原來的分散收集和外購，變為由污水處理廠免費供應，降低了企業的運營成本。

4）利用安陽市有利的交通地理位置，本項目先進的生產設備和生產技術，促進本地生態農業的發展，能夠帶動周邊的發展，增強新產品的開發能力，而且能夠增長當地政府的稅收，增加勞動力的就業機會，將為安陽市經濟可持續發展做出新的積極的貢獻。

4.2社會效益

資源化處置污泥在獲得經濟效益的同時具有深遠的社會效益及環境效益。

1）市政污泥經過高溫厭氧發酵處理，可殺滅畜禽糞便中的致病菌和寄生蟲卵，可防止疫病的傳播，改善畜牧業的衛生環境，促進農牧業生物安全。

2）發酵后的沼液沼渣用來制備有機肥料，從根本上消除了其他處理方式可能帶來的二次污染。

3）市政污泥通過高溫發酵處理，不僅使廢棄物得以充分利用，同時減少溫室氣體的排放量，取得顯著的環境效益。

4）污泥由原來的找地填埋變為進廠再利用，減輕了污水處理廠的處理成本，同時也節省了寶貴的土地資源。

5）污泥高溫厭氧發酵處理后，病源菌、寄生蟲卵、雜草種子幾乎全部被殺死，揮發性成分減少且臭味降低，速效養分含量有所增加，成為一種比較干凈而性質比較穩定的物質，對生產綠色無公害產品是極具應用前景的無污染生物肥料。

6）沼肥中富含有機質和多種植物所需的養分，可以彌補長期使用無機化肥給土壤帶來的缺陷，對土壤的物理、化學及生物學性狀有一定的改良作用。可以增加孔隙度，改良土壤，培肥地力，活化土壤，促進微生物新陳代謝，增強作物抗逆性能，恢復土壤生態平衡，使耕地常用常新，具有良好的生態效益。

5　技術成熟性與創新性

厭氧發酵法處置污泥的技術路線，與傳統常規處置技術相比，其主要創新點就在于：一是采取的技術路線新穎獨特，科學合理，將多種學科融為一體，科學組裝，形成一個完整的多功能有機體；二是選用的生產設施，技術先進，結構簡單，便于操作，節電、節煤，產品成品率高；三是生產工藝為三無生產（無廢水、無廢渣、無廢氣），別具一格，有創意性；四是投資少，見效快，周期短，利潤大，有較高的推廣實用價值。

將沼渣沼液加工處理生產生態液肥和有機肥取代傳統化學農藥和化肥，使市政污泥得到資源化綜合利用，變廢為寶，化害為利，消除污染。同時，形成了一套完整的工藝設備處理生產線，為制造綠色環保生態肥系列產品建立了一套完整、系統、科學的生產工藝，并作為科技成果商品進入市場經濟，形成標準化、系列化、產業化，當產品達到一定規模效益時，將整套技術、設備輸出國外，為國家創匯；本項目運用高新技術處理處置市政污泥，將環保型轉化為經濟效益型，為河南省和安陽市高效農業、生態農業和循環經濟可持續發展，探索了一種新的模式。

6　存在問題及建議

隨著工業和城市的發展，污水處理率的提高，城市污泥產量必然越來越大。污泥是一種很有利用價值的潛在資源，為了充分利用這種資源，減少環境公害，將污泥資源化處置利用極具前瞻性，但是在處置過程中存在以下問題：一是經濟成本核算是困擾污泥無害化處置的重要因素，由于包括污泥貯存、預處理、運輸和最終處置費用在內的污泥處置費用未納入污水處理成本，污水處理廠污泥外運過程中路途較遠造成運輸成本較高，污水處理廠不愿承擔費用，致使有部分污泥不能達到資源化處置。二是市場對沼肥作為一種新型的高效有機肥認識不夠，沼肥大規模使用有待市場接受。

鑒于污泥處置利用中存在的問題，建議政府制定相關污泥處置政策，通過財政補貼等途徑落實污泥處理處置費用，給予污泥處置企業一定的政策扶持和資金支持，加大污泥厭氧發酵制氣、制沼肥這種創新的污泥處置技術的推廣力度，聯合環保、農業等有關部門，進行多學科研究，開展沼肥利用宣傳和培訓，以經濟、安全、合理、有效、有益的原則使資源化處置污泥技術日趨完善，使其發揮巨大的經濟效益、社會效益和生態效益。同時，使廣大用戶能充分認識到沼肥的優越性，為我市污泥資源化處置搭建良好的發展平臺。

[1]俞金海.中國城市污泥處理處置技術發展現狀及建議[J].環衛科技網，2011-03-08.

[2]董克虞,田寧寧.用污泥生產有機肥的配方及增產效果[J].北京農業科學，2000，18(5):18-21.

[3]楊果.城市污泥高效生物堆肥與農林業安全利用技術設備研制與示范可行性論證報告[R].惠州，2009.

(責任編輯：郝安林）

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1673-2928（2015）02-0040-05

2014-09-12

高愛梅（1965-），女，安陽市人，安陽市固體廢物管理中心工程師，研究方向：固體廢物處理與環境管理。