国内外污泥堆肥化技术研究

李姝娟，李洪远

（南开大学环境科学与工程学院，天津 300071）

污泥堆肥化技术是国际上从20世纪60年代后期迅速发展起来的一项新的生物处理技术，它运用多学科技术，利用自然界广泛存在的细菌、放线菌、真菌等微生物群落在特定的环境中对多相有机物分解，将污泥改良成稳定的腐殖质，用于肥田或土壤改良。堆肥技术在实际应用中可以达到“无害化”、“减量化”、“资源化”的效果，并且具有经济、实用、不需外加能源、不产生二次污染等特点。因此，20世纪70年代后，污泥堆肥化技术引起世界各国的广泛重视，并迅速成为环保领域内的一个研究热点[1]。

1 堆肥过程及堆肥技术概述

堆肥化过程有好氧堆肥和厌氧堆肥两种，目前污泥堆肥化基本上采用的是好氧堆肥。好氧堆肥过程由4个阶段组成，即升温阶段、高温阶段、降温阶段和腐熟阶段。每个阶段都存在不同的细菌、放线菌、真菌和原生动物。它们利用各阶段的产物作为食物和能量来源，一直进行到稳定的腐殖质物质形成为止。堆肥的一般流程如下：废弃物→前处理→一次发酵→二次发酵→后处理→产品。

目前常用的堆肥技术有很多种，分类也很复杂。按照有无发酵装置可分为开放式堆肥系统和发酵仓堆肥系统。根据堆肥技术的复杂程度以及使用情况，主要有条垛式、静态垛式和反应器3大类堆肥系统，其中条垛式堆肥主要通过人工或机械的定期翻堆配合自然通风来维持堆体中的有氧状态；与条垛式堆肥相比，静态堆肥过程中不进行物料的翻堆，更能有效地确保堆体达到高温和病原菌灭活，堆肥周期缩短；反应器堆肥则在一个或几个容器中进行，通气和水分条件得到了更好的控制。国内外正在研究开发的污泥好氧发酵堆肥技术都是采用进料、搅拌、通气、出料同时进行的高效发酵工艺装置。

2 国外污泥堆肥技术进展

在国外，污泥及其堆肥作肥源农用，已有多年的历史。美国早在19世纪60年代初就有关于污泥农用的研究。日本在1954年建成第一座污泥堆肥中心，到20世纪90年代末已建成35座。目前日本最大的堆肥厂在北海道的札幌市，发酵仓和生产线及袋装产品很具规模，而且机械化、自动化程度很高。近年来日本、韩国以及欧美一些国家相继研究开发出封闭仓式发酵系统，以机械方式进料、通风和排料，虽然设备投资较高，但是由于自动化程度高、周期短、日处理污泥量大、污泥处理后质量稳定、容易有效利用，而且可以有效地控制臭气和其他污染环境的因素，所以综合效益好[2]。

2.1 美国污泥堆肥技术

目前世界各国污泥高温堆肥技术采用的方法有：自然堆肥法、圆柱形分格封闭堆肥法、滚筒堆肥法、竖立式多层反应堆肥法以及条形静态通风等堆肥工艺，这些方法都在不断发展和完善。美国费城污泥制配中心在20世纪80年代初开发了比较完善的贝尔茨维尔好氧堆肥法，主要利用条形堆底穿孔管通入空气，用真空泵抽气，使空气从污泥混合物中通过而充斥，排出的气再经过腐熟的肥堆过滤，以防止臭气扩散，比较安全卫生。在美国污泥处理费用大多由污水厂出资，国家政府资助，交专业公司承包，产业化经营，堆肥产品作为商品出售。

2.2 日本污泥堆肥技术

日本科学技术振兴机构开发出用污水处理厂的污泥进行短时间堆肥的技术，使得堆肥需要的发酵时间由以前的一个月缩短至一周左右。这一技术先用搅拌机搅拌污泥，使污泥变成粒状，便于空气进入，促使污泥高速发酵。当发酵温度达到90℃以后，即可杀死污泥中的病原菌、寄生虫和杂草的种子等，使其成为安全肥料，该技术大大缩短了发酵时间，减少了占地面积[3]。

在日本广泛采用的污泥连续发酵工艺，利用回转仓完成中温、高温发酵过程，高效、防臭，成品质量高。例如：丹诺（DANO）发酵器，是一种古老而现代的好氧发酵设备，丹麦DANO公司的发酵器转筒直径3.5 m，长度36 m；德国Reinsta1公司的发酵器，直径3.75 m，长度40 m，还有直径长达4～5 m，长度60 m以上的，如KM-102A型、KM-101型等。丹诺发酵仓污泥腐熟周期能达到3个昼夜以内。

2.3 韩国污泥堆肥技术

在韩国，以往的污泥处置方式主要以投海（72％）为主，辅以填埋、焚烧等处置手段。但是自2003年7月1日以后，污泥已经禁止填埋、投海，并且出于焚烧处理费用高昂且导致地球变暖等因素考虑，韩国从印度引进蚯蚓品种进行驯化，建立了一整套利用蚯蚓规模化转化污泥的技术。首尔市污泥32％以上是由蚯蚓处理（日处理污泥150 t，年处理量5.5万t），在韩国国内起到了重要的示范带头作用。

蚯蚓堆肥技术是基于蚯蚓在自然生态系统中所具有的促进有机物质分解转化功能以及固体废弃物堆肥处理的基础上，发展起来的一项针对城市生活垃圾、农业废弃物和城市生活污水污泥中的有机部分的生物处理技术。它是在污泥堆肥基础上引入蚯蚓，蚯蚓在堆肥处理污泥过程中，寻觅合适的营养物质作为食物，污泥进入蚯蚓体内到最后以蚯蚓粪便的形式排出，相当于一套完整的污泥处理工艺，此间既有蚯蚓体内分泌物的化学作用以及蚯蚓体内肠道微生物的生化作用，还有研磨、消化等物理化学作用。

3 我国的污泥堆肥技术

国内最早建设的唐山西郊污水处理一厂、秦皇岛污水处理厂都建设了日处理10 t脱水污泥的堆肥系统，仅相当于为日处理能力3～5万t的污水处理厂配套，主要采用的是高温好氧机械化翻堆发酵工艺，物料运输主要靠装载机，部分运输过程采用皮带输送机和螺旋输送机。随着我国环保要求的不断提高和污泥堆肥技术的成熟，堆肥处理规模也日趋扩大。到2009年，规划中日沈阳北部污水处理厂、洛阳瀍东污水处理厂日处理规模已达到250 t脱水污泥，可以为日处理能力40万t污水处理厂配套。由于处理设施密集，物料输送量大，传统的运输方式已无法满足物料输送的使用要求，因此必须采用有利于提高输送效率和自动化程度的物料输送方式。

3.1 SACT污泥机械化堆肥技术

SACT-BII污泥堆肥系统是SACT族污泥堆肥工艺的一种，也是国内第一套真正实现全封闭大型工业化处理目的的污泥机械化处理系统，其体现了好氧发酵系统封闭化、物料储运系统自动化、除臭系统高效化的特点[4]。SACT自动控制系统分为混料控制系统、发酵仓控制系统、物料输送控制系统3个子系统，此外还包括除臭控制系统、通风控制系统、门禁控制系统、闭路电视控制系统、照明控制系统等辅助系统。混料控制系统是整个控制系统的关键，包括：储料、配料和混料等系统，储料系统主要控制料仓、料坑等储料区的物位；配料系统主要控制配料机的运行速度以调节各种物料配比；混料系统主要控制混料机的运行速度，以达到与进料量相适应的生产能力。发酵仓控制系统是整合控制系统的核心，包括：翻堆、转仓、曝气等系统，翻堆系统主要控制翻堆机行走、翻堆系工作、翻堆系提升等动作；转仓系统主要控制翻堆机上下转仓机、转仓机精确平移等动作；曝气主要根据温湿传感器的在线检测，控制风机的启闭。其中最为核心的翻堆系统控制主要采用时间与位置控制相结合。物料输送控制系统是整个控制系统最复杂的组成部分，包括进仓、出仓、回流以及与之配套的物料输送设备，进仓系统控制范围由混料机输出的物料到物料落入发酵仓，包括上机、落料机（含固定或移动卸料系统）；出仓系统控制范围由物料落入落料机到提升离开发酵仓范围，包括落料机、出料机、提升机等设备；回流控制系统控制范围由出仓物料提升后到进入储料装置，包括回流输送机、产品输送机、产品卸料系统。SACT技术是一项适合我国国情的污泥处置技术，为“十二五”期间污泥减排提供了选择方向[5]。

3.2 多元综合好氧堆肥发酵技术

多元综合制肥工艺主要由好氧发酵工段，配料工段，混合工段，热喷冷却工段，筛分工段，喷菌、扑粉、造粒工段，干燥工段，计量包装工段等组成。主要包括原料好氧发酵系统，配料系统，混合系统，热喷冷却系统，筛分系统，喷菌、扑粉、造粒系统，干燥系统，计量包装系统。其主要工艺特点是软化工艺，多元技术组合，在污泥好氧发酵制肥中，采用“CK21菌喷涂接种技术、好氧堆肥快速腐热技术、生物高氮源发酵技术、磷酸中和软化与重金属钝化技术、热喷造粒技术”等高新技术，把污泥的处理与处置统一起来，将脱水污泥发酵制成有机、无机、微生物三维复合肥料，解决了污泥堆肥处置中的诸多难题，实现了生物资源的循环利用[6]。

3.3 智能化自动控制生物堆肥工艺（CTB技术）

CTB自动控制生物堆肥（生物干化）技术，由中国科学院地理科学与资源研究所环境修复中心和北京中科博联环保环境工程有限公司历时10多年研发出来，实现了对堆肥过程中温度和氧气两大关键要素的实时、在线监控，可以大大缩短堆肥周期，提高堆肥成功率、堆肥产品质量和生物无害化处理效果，同时显著改善堆肥厂的厂区环境卫生条件，降低堆肥过程的能耗。该技术堆肥时间短、占地面积小，无恶臭、废水等二次环境污染问题，技术的完整性和配套性好，已在山东、河北、河南、天津等地推广应用[7]。

4 结语

综合国内外污泥堆肥技术，制约污泥堆肥技术工业化应用的瓶颈主要是：占地面积、臭气外排造成的二次污染、干物料的投加和安全储运、污泥的最终处置和操作员的健康安全问题。相对于静态堆肥仓工艺，动态堆肥仓工艺在这几个方面都有所突破，污泥堆肥是较好的城市污水污泥处置方式，污泥堆肥添加的辅助填充料，鼓励利用园林废弃物（剪枝、落叶）和周边农村的砻糠、谷壳、秸秆等农业废弃物。鼓励开展污泥堆肥技术创新，提高生物热能循环利用，利用污泥改善土壤肥效，减少能源消耗，对臭气进行有效处理。国内外应该不断完善污泥堆肥过程中各环节的标准，加强保障性政策的制定，加强标准法规的建设，积极推进各种污泥堆肥技术。

[1] 李清秀，张雁秋.城市污水污泥堆肥技术研究进展[J].广西轻工业，2007(6)：71-72.

[2]U S EPA.Use of composting for biosolid management[Z].Washington D.C.：Office of water，U.S.EPA.2002(9)：1102-1105.

[3] 王敦球，解庆林.城市污水污泥农用资源化研究[J].重庆环境科学，1999，21(6)：50-52.

[4]王涛.SACT污泥全机械化堆肥工艺与自动控制系统[J].中国环保产业，2010(2)：32-34.

[5] 陈同斌，郑国砥，高定.污水处理厂污泥生物堆肥技术[J].建设科技，2009(7)：56-57.

[6]曾广德.多元综合好氧堆肥工艺在城市污泥处置工程中的应用[J].给水排水，2009，35(10)：42-45.

[7] 马殿旗，姜楠，王涛，等.污泥好氧堆肥工艺技术经济分析[J].建设科技.2010(23)：55-57.