一种处理污泥制备生物有机肥料的方法和应用

王长宁

摘 要：城镇污水处理厂污泥以园林绿化、农业利用为处置方式时，污泥采用高温好氧发酵（堆肥）处理，因其时间短、效率高，在国内外被普遍采用。利用国家知识产权局公开的《一种处理污泥制备生物有机肥料的方法及其专用发酵剂》的发明，设计了处理污泥制备生物有机肥料的项目，阐述了高温好氧发酵（堆肥）微生物学原理、生产生物有机肥的工艺布置形式、专用发酵剂的特点以及工程实例。

关键词：高温好氧发酵（堆肥）；发酵剂；生物有机肥

中图分类号 S143.6 文献标识码 B 文章编号 1007-7731（2013）06-63-03

污水厂污泥脱水后含水率一般在80%，不符合卫生填埋处置的条件，垃圾填埋场不接收，甚至出现了污泥随意外运的现象，造成了二次污染。因此，实现城镇污水处理厂污泥（以下简称污泥）处理处置减量化、稳定化和无害化[2]目标迫在眉睫。中国市政工程东北设计研究总院海南分院利用了《一种处理污泥制备生物有机肥料的方法及其专用发酵剂》的发明专利技术（专利号200810117758.8）设计了《海南省城镇污水处理厂海口污泥综合利用示范中心项目》，污泥处置方式为土地利用，主要生产符合国家泥质标准的生物有机肥，用于土地改良、园林绿化和农用，达到节能减排和发展循环经济的目的。

1 处理污泥制备生物有机肥料的方法及其专用发酵剂

2008年12月31日国家知识产权局公开了一项发明专利，该发明公开了《一种处理污泥制备生物有机肥料的方法及其专用发酵剂》[1]。该发明所提供的污泥发酵剂的活性成分由枯草芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、黑曲霉、嗜热侧孢霉和酿酒酵母菌组成。该发明所提供的处理污泥制备生物有机肥料的方法是将污泥与辅料混合，再接种本发明的污泥发酵剂进行发酵，得到腐熟污泥，再向其中接入细黄链霉菌继续进行培养，得到生物有机肥料。该发明处理污泥制备生物有机肥料的方法，技术工艺简易，设备投资少，污泥发酵脱水、除臭、腐熟效果好，是一种污泥无害化、资源化及循环利用的实用技术。

1.1 污泥高温好氧发酵（堆肥）的微生物学原理 在好氧条件下，进行污泥发酵的微生物作用过程可分为以下3个阶段[3]：（1）发热阶段（发酵前1～3d）。堆肥堆制初期，主要由中温（15～25℃）好氧的细菌和真菌利用堆肥中最容易分解的可溶性物质，如淀粉、糖类等，迅速增殖，释放出能量，使堆肥温度不断升高。（2）高温阶段（主要发酵、一次发酵，3～8d）。堆肥温度上升到50℃以上，即为高温阶段。在淀粉、糖类等易分解物质迅速分解氧化的同时，消耗了大量的氧，造成了堆肥中局部的厌氧环境。这样，好氧性的微生物如纤维素分解氧化菌逐渐代替了中温微生物的活动。这时，堆肥中残留的或新形成的可溶性有机物继续被分解转化，一些复杂的有机物和纤维素、半纤维素等也开始得到强烈的分解。微生物的组成随着温度升高而发生变化，在50℃左右，主要是嗜热性真菌和放线菌，温度升高到60℃时，真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热菌放线菌和芽孢杆菌在继续活动，缓慢分解有机物，温度升到70℃时，大多数嗜热微生物已不适宜生长。高温对污泥堆肥化而言是极为重要的，主要表现在3个方面：一方面，高温对快速腐熟起着重要作用，在此阶段中，堆肥内部开始了腐殖质的形成过程，并开始出现能溶于弱碱的黑色物质。另一方面，高温有利于杀死病原性微生物和寄生虫卵。病原性微生物的灭活取决于温度和接触时间，据研究，60～70℃维持3d，可使脊髓灰质炎病毒、病原细菌和蛔虫卵灭活。根据长期的经验，一般认为，堆温50～60℃，持续6～7d，可达到较好的杀灭虫卵和病原菌的效果。第三方面是持续高温还有利于污泥快速、深度脱水。（3）降温和腐熟保肥阶段（后发酵、二次发酵，需时3～5d）。经过高温阶段的主发酵，大部分易分解有机物（包括纤维素等）已得到分解，剩下的是木质素等较难分解的有机物以及新形成的腐殖质。这时，微生物活动减弱，产热量随之减少，温度逐渐下降，中温性微生物逐渐成为优势种，残余物质进一步分解，腐殖质继续不断地积累，堆肥进入腐熟阶段。腐熟阶段的主要问题是保存腐殖质和氮素等植物养料，充分的腐熟能大大提高城镇污泥堆肥肥效与质量。为了减弱有机质矿化作用，避免肥效损失，可采取压紧堆肥，造成厌氧状态的措施。

1.2 污泥好氧发酵专用微生物发酵剂 该专用发酵剂在生物菌种的研发上有了新的突破，这项获得发明专利的污泥发酵剂是城镇污泥高温发酵、深度脱水、快速腐熟和除臭的关键技术。它的活性成分由枯草芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、黑曲霉、嗜热侧孢霉和酿酒酵母菌组成，具备如下优点：由复合功能微生物菌群组成，每批物料只需要添加1次，即可满足物料发酵过程中各个阶段的菌种需求；升温快速，第2d物料温度即可达到60℃以上，较常规菌剂缩短10h以上；产热效果好，物料发酵温度最高可达74℃，可以快速杀灭其中的寄生虫卵和致病菌，达到无害化目的；快速脱水，能够在12～15d内使物料含水率从65%降低到30%以下，较常规菌剂缩短发酵时间10d左右，达到在最短时间内减量化的目的；快速除臭，菌剂中含有臭味吸附成分和转化臭味物质的微生物菌种，可以在物料堆置24h后消除臭味，达到清洁化生产目的。

1.3 辅助填充料 辅助填充料简称辅料。利用砻糠、谷糠、秸秆等材料作为高温好氧发酵添加的辅助填充料，起到通气和降低含水率等作用，有利于微生物氧化分解有机物。

2 生产方式

城镇污泥土地利用最大的障碍在于城镇污泥中含有重金属的问题。农业部和建设部等国家主管部门对城镇污泥及肥料产品中重金属含量有着明确的规定：农用污泥中污染物控制标准（GB4284-84）；复合微生物肥料（NY/T789-2004）；城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质（GB/T23486-2009）；城镇污水厂污泥处置土地改良用泥质（GB/T24600-2009）；城镇污水处理厂污泥处置农用泥质（CJ/T309-2009）等等。对于重金属含量超过标准规定含量时，要坚决杜绝应用于农林业生产中。而对于各项指标均达标的城镇污泥及其肥料产品，是可以安全放心地应用于农林业生产的。笔者仅就重金属含量不超过标准规定含量的污泥制备有机肥进行论述，重金属含量超过标准的污泥处理另撰文介绍。

对于符合国家相关安全指标的污泥进行稳定化、无害化、资源化处理处置方法，可采取高温好氧发酵（堆肥）处理，制成系列生物有机肥，进而实现资源化土地利用。

3 工艺流程

制备生物有机肥料由2个连续的工艺过程组成，第一过程为高温好氧发酵（堆肥），其工艺流程如图1。需添加适量的各类有机、无机辅料、专用发酵菌剂等成分，经过搅拌、堆置、发酵、翻堆及摊凉堆存等一系列工艺过程后，完成好氧发酵处理，得到发酵腐熟的物料。第二过程为制肥过程，其工艺流程如图2。对第一过程形成的有机肥底料进行必要的养分等参数的检测后，根据用途，有的需要对养分进行平衡添加无机肥原料；有的还需要添加细黄链霉菌等特殊功能的有机添加料，均匀搅拌后进入制肥各工序，生产出符合绿化园林、农用生物有机肥料。

4 工程实例

以《海南省城镇污水处理厂海口污泥综合利用示范中心项目》12万t/a污泥处理厂为例，介绍污泥制备生物有机肥料的工程设计实例。其工艺流程同图1、图2。该项目设计为3层的立体厂房，污泥发酵、制肥全在1个厂房内完成。污泥从地面运进，地面高程与厂房2层相同。1层为制肥区和成品库，2层和3层均为发酵区。主要设计数据如下：

4.1 厂房 设计为3层厂房，平面尺寸为128.40m×113.40m。厂房1层包括污泥储库、搅拌区、污泥肥料堆放间、料仓、制肥车间、变压器室及配电间，厂房2层包括辅料、专用发酵剂库区、生物堆肥发酵车间、生物除臭系统，厂房3层为生物堆肥发酵车间。

4.2 污泥储库 设污泥储库1座，用于储存专用储运车辆送来的经检测后的各地城镇污泥，污泥储库的平面尺寸为97.50m×15m，有效深度为5.0m，总容积为7 313m3。污泥储库采用钢筋混凝土结构。设置储泥库进泥口5个，其参数B×L为3.2m×2.6m，卷帘门的功率N=3.0kW。污泥储库内设出泥口5个，B×H为0.50m×0.80m，在每个出口上设置1个闸门， B×H为0.50m×0.80m，电机功率N=0.75kW。

4.3 混合搅拌区 混合搅拌区在污泥储库和仓库之间的区域，其主要功能是把污泥与专用发酵剂、辅料进行搅拌混合，使含水率≤80%的污泥混合为含水率≤65%的混合料。该区平面尺寸为113.40m×7.50m，层高为5.80m。混合搅拌区内设置：物料集中分配器5台，电机功率为1.50kW；物料混合搅拌分配器5台，电机功率为1.50kW；双轴搅拌机5台，其单台电机功率为9.00kW；皮带运输机5台，参数为B=800mm，N=5.50kW；设电动起重机1台，起重量为5t。

4.4 发酵车间 发酵车间在厂房的2、3层，设计规模为12万t/a，为条垛式堆肥系统。堆置在发酵槽中的混合物料在专用发酵菌剂的作用下（时间大约16～24h），使混合物料温度上升至50℃。此时，用链板式电动翻堆机对混合物料进行首次翻堆，用鼓风机对翻堆的混合物料通风。一般每48h翻堆1次。经过12～15d的堆置发酵过程使其含水率降至30%。

4.5 有机肥生产车间 为了把污泥混合物料生产成生物有机肥，在综合厂房的1层北侧建设有机肥车间，平面尺寸为37.50m×37.50m，层高为7.20m。生物有机肥车间生产能力为4万t/a。

5 结论

笔者介绍了国家知识产权局公布的发明专利《一种处理污泥制备生物有机肥料的方法及其专用发酵剂》运用于工程的实例，分析了其基本原理及生物有机肥料的生产工艺过程。该项技术简单、实用，是实现污水处理厂污泥处理处置和综合利用、节能减排和发展循环经济的有益途径。

参考文献

[1]海南农丰宝肥料有限公司. 一种处理污泥制备生物有机肥料的方法及其专用发酵剂[P]. 中国：200810117758.8，2008-12-31.

[2]中国人民共和国环境保护部. 城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）[Z]. 建城[200923]号，2009-02-18.

[3]王国惠. 环境工程微生物学[M]. 北京：科学出版社，2011： 296-297.

（责编：徐世红）