唐山污泥處理項目群與污泥農用實踐

王濤

（1.機械科學研究總院環保技術與裝備研究所，北京 100044；2.機械工業有機固廢生物處理與資源化利用工程技術研究中心，北京 100044）

前言

唐山西郊污水處理廠是河北省第一座市政污水處理廠，該項目1982年開工建造，于1985年竣工并投入運行。1992年該廠與科研機構開展了堆肥實驗及產物肥效試驗研究，并自此陸續開展了污泥堆肥相關工藝、裝備、工程化、產物土地利用等方面的研究工作[1]。在上述工作基礎上，1994年、2006年、2011年先后建設了唐山西郊污水處理廠污泥堆肥工程、唐山西郊污水處理二廠污泥堆肥工程和唐山市城市污泥無害化處置工程，形成了目前中國唯一完全采用國產技術的污泥堆肥項目群，代表了各個時期我國污泥堆肥的發展水平，為行業縱向對比研究提供了范例。

1 唐山污泥處理項目群概況

1.1 唐山西郊污水處理廠污泥堆肥工程

唐山西郊污水處理廠占地4.5hm2，建設規模為日處理污水3.6萬t，主要擔負市區22.22km2生活污水及工礦企業工業廢水的處理任務。項目采用二級生化處理工藝（傳統活性污泥法），污泥處理采用中溫一級厭氧消化+機械脫水工藝，日產脫水污泥10～15t（含水率75%）。

在“八五”國家重點企業技術開發項目“污泥堆肥成套設備”（課題編號：KF-91-10-01/02）課題資金支持下，唐山西郊污水處理廠于1994年建成了污泥堆肥車間并投入運行，配套了翻堆機、實驗倉等設備、設施，并全面開展了設備性能測試以及生產工藝實驗工作[2]。1998～1999年，在“九五”國家重點科技攻關計劃項目“污泥快速制肥成套設備”（專題編號：96-909-02-03）課題資金支持下，對原有污泥堆肥車間進行了優化改造，具備了15t/d（含水率75%）的脫水污泥處理能力[3]。

項目采用傳統動態槽式堆肥工藝，發酵槽體采用埋地結構，堆肥槽最大有效容積為150m3，發酵周期10～12d。

唐山西郊污水處理廠于1998年9月成立了唐山市田寶復混肥廠，并獲得國家工商局“冀唐高效復混肥”肥料商標注冊，之后在唐山及周邊地區開展污泥肥料推廣應用工作。2006年，隨著唐山西郊污水處理二廠的投入使用，唐山西郊污水處理廠停產，但污泥堆肥車間繼續保持運行狀態，處理唐山西郊污水處理二廠部分脫水污泥。2012年，隨著唐山西郊污水處理廠改擴建工程立項建設以及唐山市城市污泥無害化處置工程全面投入使用，連續運行18年的唐山西郊污水處理廠污泥堆肥車間予以拆除。

唐山西郊污水處理廠污泥堆肥工程是我國第一座市政污泥堆肥工程，該項目至今仍保持我國污泥堆肥項目連續運行時間最長的紀錄。

1.2 唐山西郊污水處理二廠污泥堆肥工程[4]

唐山西郊污水處理二廠是世界銀行貸款全球招標采購項目，占地面積約11.67hm2，處理規模為12萬t/d，主要擔負唐山市西部建成區居民生活污水、工商業污水、工礦企業工業廢水的處理任務。唐山西郊污水處理二廠在可研報告中提出，污水處理廠的脫水污泥通過污泥堆肥子項目進行穩定化、減量化、資源化處置，并首次提出自動進料、封閉除臭等要求。

該項目采用改良槽式堆肥工藝，2006年3月通過了竣工驗收，投入正式運行。項目處理規模為36t/d（含水率80%），最終產品為有機無機復混肥料，產量為14.5t/d，折合年產量4350t/a。該項目在技術方面具有以下突破：

（1）好氧發酵系統采用模塊化設計

項目堆肥槽采用了模塊化設計理念，共設置2個處理模塊，單位模塊日處理能力約為20t（考慮了10%的安全系數），每個模塊各設置一套相對獨立又互為備用的翻堆機、曝氣風機，通過轉倉機實現翻堆機備用，通過連接管道閥門切換實現曝氣風機備用。由于每一個模塊的處理能力完全相同，設備可以實現無差別備用。當污泥處理需求擴大時，增加處理模塊數量即可滿足處理要求。

（2）物料機械化輸送與自動進料系統

污泥堆肥項目中的散物料輸送量較大，且物料形狀差異較大：從含水率小于5%的粉煤灰到含水率80%的生污泥，均屬于物料輸送范圍。鑒于此特點，項目主要采用無軸螺旋輸送機作為輸送設備，輔以氣力輸送方式。在國內首次實現從脫水機房直接機械輸送至堆肥車間的物料輸送方式，并成功實現混合物料的自動布料入倉，節省了大量人力和運行成本，也減少了勞動安全事故的發生。

（3）設置專門除臭系統

由于項目位于市區內的居民區，人口密度較高，因此外排臭氣的控制要求較為嚴格。項目首次在國內污泥堆肥項目中嘗試采用真正意義的生物除臭系統—噴淋+生物濾池組合除臭系統，系統在必要時可進行化學藥劑噴淋，生物濾池采用生物吸附填料，啟動時投加生物菌劑，運行中通過噴淋維持生物填料層濕度。

1.3 唐山市城市污泥無害化處置工程

唐山市城市污泥無害化處置工程主要擔負唐山市西郊污水二廠、北郊污水處理廠、東郊污水處理廠和豐潤污水處理廠所產生的360t/d污泥（含水率80%）無害化處理任務，考慮到周邊區縣的污泥消納，項目設計污泥處理規模為400t/d（含水率80%）。項目建設地點選在豐潤污水處理廠老廠內，總占地面積約16 300m2。建設內容包括生產車間、生物濾池、生料庫、成品庫、變配電間等車間設施，綜合樓及其他附屬設施利用豐潤污水處理老廠原有設施[5]。項目于2010年9月開工建設，2011年10月進泥試運行。

唐山城市污泥無害化處置工程是世界上首次采用雙層隧道式發酵倉系統（SACT）的污泥堆肥項目，擁有完全自主知識產權。相對于國外的先進技術，SACT技術具有以下技術突破[6]：

（1）倉型的突破

翻堆設備天軌行走方式以及隧道倉型使得發酵倉可以經濟地實現雙層乃至多層結構形式，成倍地節省了占地面積，自由空間被極度壓縮，系統保溫性能大為提升，除臭動力消耗大為降低。

（2）核心設備的突破

項目所采用的F5.110翻堆機，與SACT隧道發酵倉相匹配設計，是目前已投運的電動機驅動裝機功率最大的污泥專用翻堆設備，打破了國外產品的技術壟斷。

（3）成套系統的突破

與多層系統匹配需要解決自動布料、自動出料、物料垂直輸送、配混料、維修維護、安裝等多方面問題，因此整個機械化多層堆肥系統是一個基于現有成熟技術的復雜成套系統。

（4）設計理念的突破

引入MCCD設計理念，對于高度依賴物流輸送機械化的污泥堆肥項目來說，為機械設備與建筑結構如何高效配合提供了新思路。

2 唐山污泥堆肥項目群數據對比（見表1）

表1 唐山污泥堆肥項目群數據對比一覽表

3 唐山污泥堆肥產物土地利用情況

自1997年開始，先后利用污泥堆肥產品在小麥、玉米、水稻、蔬菜、土豆等農作物田間對6種配方的污泥復混肥料進行了肥效實驗。其中：在唐山市正定縣朱夫屯村農業示范區進行了冬小麥農田實驗。在唐山市豐南縣錢營鎮李亳子村、灤縣興隆莊鄉四村以及豐潤、遷安市等地進行了小麥、玉米、土豆等農田實驗。實驗末期，唐山市土肥站出具的《農田肥效試驗報告》顯示，唐山市豐南縣實驗結果如下：1）小麥施用有機無機復混肥均比對照區植株生長勢強，促分蘗，增加穗數和穗粒數，提高千粒重，增產幅度為30.5～80.6kg，增產率7.5%～20.2%；2）有機無機復混肥第一配方以畝施100kg增產最高，其次是畝施75kg和50kg。從經濟施肥上講，以每畝施50～75kg為宜；3）有機無機復混肥第二配方一般畝增產小麥46.1～46.6kg，增產率12.1%～13.4%；4）有機無機復混肥，經在唐山市試驗后增產顯著，有一定的推廣價值。

2002年12月，唐山市衛生防疫監測站對上述實驗田的土壤進行了重金屬跟蹤調研，出具了《唐山施用污泥（堆肥）土壤重金屬測試報告》，對連續施用唐山西郊污水處理廠污泥有機肥的玉米地（4年）、小麥地（4年）、棉花地（3年）、麥芥蔥（1年）位于0～20cm和20～40cm深度的土壤進行了重金屬含量跟蹤調查，結果見表2。

2009年9月，中科院南京土壤所對唐山市灤縣南園子村連續施用污泥有機肥3年的花生地以及唐山市玉田縣梁莊子村連續施用污泥有機肥9年的姜地進行了土壤及植物重金屬含量跟蹤調查，結果見表3～表5。

上述實驗與監測數據表明：對符合標準的污泥科學地進行土地利用（包括農田利用）是安全的。這條技術路線的關鍵是要根據國情科學地進行土地利用，同時也亟待相關標準盡快出臺。

表2 2002年唐山污泥農用土壤重金屬濃度（單位：mg/kg）

表3 2009年唐山污泥農用土壤上植物重金屬濃度（一）（單位：mg/kg）

表4 2009年唐山污泥農用土壤上植物重金屬濃度（二）（單位：mg/kg）

表5 2009年唐山污泥農用土壤重金屬濃度 （單位：mg/kg）

4 結語

唐山污泥處理項目群對我國污泥堆肥事業的重要貢獻主要體現在：1）唐山污泥處理處置20多年保持著“連續性”，并3次采用全套、全新國產系統，證明了國產堆肥技術與系統的可靠性；2）長時間的農用經驗為下一步污泥土地利用處置技術路線的開拓與政策的制定提供了借鑒。