论厌氧发酵技术在安阳市处置污泥中的实践应用

高爱梅，叶丽杰，李重民，李会民（安阳市固体废物管理中心，河南安阳455000）

论厌氧发酵技术在安阳市处置污泥中的实践应用

高爱梅，叶丽杰，李重民，李会民
（安阳市固体废物管理中心，河南安阳455000）

近几年来，随着城市污水处理工作的快速发展，污水处理产生的污泥问题也在日益突出。污泥处置带来的环境问题引起了普遍关注，实现污泥处理处置“减量化、稳定化、无害化”，必须坚持在安全、环保和经济的前提下实现污泥处理处置和综合利用。污泥中富含N、P、K及有机质，污泥的处置资源化将成为最佳选择，同时避免产生二次污染，达到节能减排和发展循环经济的目的。通过污泥厌氧发酵法综合利用的处置方式，介绍污泥处置资源化的实践应用，展示了循环经济可持续发展的思路。

污泥；处置；资源化

随着工业和城市的发展，污水处理率的提高，城市污泥产量必然越来越大。根据国家统计局2014年3月发布的统计公报，2010年末城市污水处理厂日处理能力达10262万立方米，比上年末增长13.4%；脱水污泥产生量接近2200万吨，而且其中有80%没有达到妥善处理。污泥是一种具有利用价值的潜在资源，为了充分利用这种资源，减少环境公害，世界上许多国家都在大力发展污泥处置和利用的各种技术。将污泥减量化、稳定化、无害化处理后作为资源回用已经成为主流，以经济、安全、合理、有效、有益的原则利用污泥，以发挥其巨大的经济效益、社会效益和生态效益。本文介绍安阳市中丹恒生能源有限公司以市政污泥为原料经高温发酵生产车用天然气，并将发酵后的沼液用来生产高效固体及液体有机肥的实践应用。

1　污泥厌氧发酵生产车用沼气的工艺原理

当前国内污水处理厂污泥的处置方法主要有：堆肥、污泥焚烧、低温热解、建筑材料利用及填埋。污泥的处理处置及其无害化，作为再生资源有效利用是世界各国共同重视的问题。面对各地区千差万别的污泥利用经验，厌氧发酵技术在安阳市处置污泥中的实践应用，结合了本地区的实际情况，同时兼顾环境生态效益、社会效益和经济效益平衡。

研究显示，市政污泥的含固率为18%左右，其中的VFA含量为55～60%，而每千克的VFA的产甲烷能力为0.35方，每方粗沼气中的甲烷含量为55～60%。将市政污泥在原料调配池中调配至最佳的发酵浓度10%，将调配好的料液泵送至CSTR发酵罐，在55℃下进行高温厌氧发酵；发酵15天后，将发酵后的沼液泵送至二次发酵罐，利用一次发酵的余热进行二次发酵；两次发酵产生的粗沼气经过生物脱硫除去其中的有害气体H2S，脱硫后的沼气再用有机胺吸附液吸附掉其中的非可燃气体CO2。经净化后的气体达到国家车用天然气的标准。将上述气体通过压缩机压缩至20～25MPa，压缩后的成品气通过撬装车运送至加气站出售；发酵后的沼液经过固液分离，用分离后的沼渣生产固体有机肥，分离后的沼液生产液体有机肥。工艺流程如图1所示。

2　沼渣沼液生产有机肥的总体研发技术路线

污泥中含有大量植物生长所必需的肥分（N、P、K）、微量元素及土壤改良剂（有机腐殖质）。我国城市污水处理厂的各种污泥所含肥分见表1。依据《污泥农用时污染物控制标准》（GB 18918-2002）对我市城镇污水处理厂污泥重金属含量进行检测，符合污泥农用标准，抽检结果见表2。将污泥厌氧发酵生产车用沼气工序产生的沼渣沼液，经生物化学综合技术处理，实现沼渣沼液固体废弃物资源开发利用与农业环境保护相结合路线。废弃物经固液分离之后产生的废渣，经科学的工艺方法处理生产有机肥及有机无机复混肥;分离出的沼液里面不仅含有大量的营养物质，而且含有丰富的腐殖酸等活性物质，是一种很好的液肥。

表1　我国城市污水处理厂污泥肥分析表

表2　市政污泥重金属含量与GB 18918-2002标准限值对照表

2.1沼渣沼液项目产品总体方案

以污泥为原料经高温发酵生产车用天然气，产生的沼液、沼渣经固液分离后，用来生产高效固体及液体有机肥。工艺流程如图2所示。

2.2沼渣生产固体生态有机肥工艺

1）混配。将需要发酵腐熟、含水量为30%的沼渣与黏结剂及需配入其他成分的原料按配比要求在配料混合系统中进行计量、配料、混合。

2）造粒。经充分混合后的物料溜出至混合料分配系统中的固定皮带机上，再传送到移动式皮带机之后落进平台料仓喂料系统，由平台料仓进入圆盘喂料机，均匀连续地喂入挤压造粒机中制成柱状颗粒，然后通过皮带机传送至圆颗粒抛光整形机进行抛光整形，形成球状颗粒。

3）烘干。由皮带机送入烘干机进行低温大风量烘干（≤65℃）。

4）冷却。烘干后的物料送入冷却机中进行风冷。

5）筛分。充分冷却后的物料进入筛分机，筒体尾端的筛网将粉料及大颗粒筛出，重新返回混合造粒系统。

6）计量包装。成品颗粒由斗式提升机输送到成品料仓，经电脑定量包装系统计量、包装、检验入库。

固体有机肥生产工艺流程如图3所示。

固态有机肥产品技术要求符合表3、表4所示技术标准。

表3　精制有机肥技术标准

表4　有机无机复混肥料技术标准

2.3沼液生产液体生态有机肥工艺

1）预处理。取出的沼液进行15天以上的陈化处理，该过程采用曝气陈化处理工艺。

2）分离。主要是将污泥与沼液进行分离。

3）络合。用络合剂进行络合，调节液肥的pH值至6.3～6.5。

4）混配。将沼液与需配伍的其他成分的原料按配比要求在配料混合系统中进行计量、配料、混合。

5）计量分装。成品液肥由泵输送到成品料储罐，经定量灌装机、包装、检验入库。

液态有机肥工艺流程如图4所示。

液态有机肥产品技术要求符合如表5、表6所示技术标准。

表5　生态冲施肥技术标准

表6　叶面喷施肥技术指标

3　市场预测及效益分析

3.1车用沼气项目分析

作为天然气替代品的生物天然气不同于沼气和普通车用燃气。沼气中CH4含量为50%～70%，非可燃气体CO2的含量为28%～44%、H2S含量为0.034%，具有恶臭、有毒、有效组分浓度低等缺点，严重限制了其作为主要化学工业原料应用以及作为清洁能源的商品价值。生物天然气是将沼气中的恶臭气体成分及非可燃二氧化碳气体脱除，将甲烷含量提升到95%以上，使得沼气从一种较低品质能源转化为高品质的宝贵清洁能源——生物天然气。

本项目所生产的车用生物天然气全部由贞元集团下属的安阳市神州万象公司包销。神州万象公司目前在安阳市有两座车用加气站，日加气量达3万方。本项目每天所产的10911标方车用生物天然气可完全由该公司消纳。目前安阳市中丹生物能源公司已经与神州万象公司签订了车用沼气的购销合同。

根据确定的产品方案和建设规模，生物天然气按出厂价3.0元/立方米算，沼渣肥按30元/吨计算，沼液按5元/吨计算，项目年收入共计13797328元，净利润估计300万元左右。

3.2沼渣沼液制肥项目分析

沼渣沼液经过加工可生产出精制有机肥、沼液肥、富含腐殖酸生态冲施肥、富含腐殖酸生态叶面肥及有机无机复混肥，总计原料成本约为7147.5万元，总销售额为12370万元。扣除总生产成本、经营费用（包括广告、销售返利等），税后利润正常年份约为953.5万元。

目前安阳市的有机肥市场有广阔的需求，约10万亩的土地需要有机肥施用和改良土壤结构，有机肥总需求高达15万吨以上，本项目年产沼渣沼液肥13.27万吨，市场需求高于市场供给量，可以确保完全被市场所消化。

4　经济及社会效益分析

4.1经济效益

市政污泥经高温厌氧发酵生产车用沼气，其生产工艺本身就构成一条可观的经济链条。

1）经过提纯、压缩生产的生物天然气用作车用燃料，可获得可观的经济效益。

2）市政污泥通过厌氧发酵后的沼液、沼渣通过固液分离用于制备高效固体有机肥及液体有机肥出售，增加了项目收益。

3）企业生产沼气的原料由原来的分散收集和外购，变为由污水处理厂免费供应，降低了企业的运营成本。

4）利用安阳市有利的交通地理位置，本项目先进的生产设备和生产技术，促进本地生态农业的发展，能够带动周边的发展，增强新产品的开发能力，而且能够增长当地政府的税收，增加劳动力的就业机会，将为安阳市经济可持续发展做出新的积极的贡献。

4.2社会效益

资源化处置污泥在获得经济效益的同时具有深远的社会效益及环境效益。

1）市政污泥经过高温厌氧发酵处理，可杀灭畜禽粪便中的致病菌和寄生虫卵，可防止疫病的传播，改善畜牧业的卫生环境，促进农牧业生物安全。

2）发酵后的沼液沼渣用来制备有机肥料，从根本上消除了其他处理方式可能带来的二次污染。

3）市政污泥通过高温发酵处理，不仅使废弃物得以充分利用，同时减少温室气体的排放量，取得显著的环境效益。

4）污泥由原来的找地填埋变为进厂再利用，减轻了污水处理厂的处理成本，同时也节省了宝贵的土地资源。

5）污泥高温厌氧发酵处理后，病源菌、寄生虫卵、杂草种子几乎全部被杀死，挥发性成分减少且臭味降低，速效养分含量有所增加，成为一种比较干净而性质比较稳定的物质，对生产绿色无公害产品是极具应用前景的无污染生物肥料。

6）沼肥中富含有机质和多种植物所需的养分，可以弥补长期使用无机化肥给土壤带来的缺陷，对土壤的物理、化学及生物学性状有一定的改良作用。可以增加孔隙度，改良土壤，培肥地力，活化土壤，促进微生物新陈代谢，增强作物抗逆性能，恢复土壤生态平衡，使耕地常用常新，具有良好的生态效益。

5　技术成熟性与创新性

厌氧发酵法处置污泥的技术路线，与传统常规处置技术相比，其主要创新点就在于：一是采取的技术路线新颖独特，科学合理，将多种学科融为一体，科学组装，形成一个完整的多功能有机体；二是选用的生产设施，技术先进，结构简单，便于操作，节电、节煤，产品成品率高；三是生产工艺为三无生产（无废水、无废渣、无废气），别具一格，有创意性；四是投资少，见效快，周期短，利润大，有较高的推广实用价值。

将沼渣沼液加工处理生产生态液肥和有机肥取代传统化学农药和化肥，使市政污泥得到资源化综合利用，变废为宝，化害为利，消除污染。同时，形成了一套完整的工艺设备处理生产线，为制造绿色环保生态肥系列产品建立了一套完整、系统、科学的生产工艺，并作为科技成果商品进入市场经济，形成标准化、系列化、产业化，当产品达到一定规模效益时，将整套技术、设备输出国外，为国家创汇；本项目运用高新技术处理处置市政污泥，将环保型转化为经济效益型，为河南省和安阳市高效农业、生态农业和循环经济可持续发展，探索了一种新的模式。

6　存在问题及建议

随着工业和城市的发展，污水处理率的提高，城市污泥产量必然越来越大。污泥是一种很有利用价值的潜在资源，为了充分利用这种资源，减少环境公害，将污泥资源化处置利用极具前瞻性，但是在处置过程中存在以下问题：一是经济成本核算是困扰污泥无害化处置的重要因素，由于包括污泥贮存、预处理、运输和最终处置费用在内的污泥处置费用未纳入污水处理成本，污水处理厂污泥外运过程中路途较远造成运输成本较高，污水处理厂不愿承担费用，致使有部分污泥不能达到资源化处置。二是市场对沼肥作为一种新型的高效有机肥认识不够，沼肥大规模使用有待市场接受。

鉴于污泥处置利用中存在的问题，建议政府制定相关污泥处置政策，通过财政补贴等途径落实污泥处理处置费用，给予污泥处置企业一定的政策扶持和资金支持，加大污泥厌氧发酵制气、制沼肥这种创新的污泥处置技术的推广力度，联合环保、农业等有关部门，进行多学科研究，开展沼肥利用宣传和培训，以经济、安全、合理、有效、有益的原则使资源化处置污泥技术日趋完善，使其发挥巨大的经济效益、社会效益和生态效益。同时，使广大用户能充分认识到沼肥的优越性，为我市污泥资源化处置搭建良好的发展平台。

[1]俞金海.中国城市污泥处理处置技术发展现状及建议[J].环卫科技网，2011-03-08.

[2]董克虞,田宁宁.用污泥生产有机肥的配方及增产效果[J].北京农业科学，2000，18(5):18-21.

[3]杨果.城市污泥高效生物堆肥与农林业安全利用技术设备研制与示范可行性论证报告[R].惠州，2009.

(责任编辑：郝安林）

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1673-2928（2015）02-0040-05

2014-09-12

高爱梅（1965-），女，安阳市人，安阳市固体废物管理中心工程师，研究方向：固体废物处理与环境管理。