生物沥浸技术让污泥变废为宝

◎ 本刊记者 周 烨

日前，住房和城乡建设部、生态环境部、发展改革委联合印发了《城镇污水处理提质增效三年行动方案（2019—2021 年）》，随后辽宁、安徽、甘肃等省份陆续公布了实施方案，新一轮污水厂“提标改造”已经在路上。

污泥和污水恰似一对“孪生兄弟”，污泥是污水处理的衍生品，分为市政污泥和工业污泥两大类。由于它通常内含有害重金属、病原微生物，以及大量难降解物质等，处理不彻底的话，会给环境带来二次污染。与此同时，又因为它富含有机质和氮磷等养分，处理得当则还是一种宝贵的资源，比如，可用来制作园林绿化基质或有机肥。

南京农业大学固体废弃物研究所所长周立祥教授自1987 年以来一直从事着污泥处理与资源化利用的相关科研和产业实践，是我国最早从事并系统开展污泥研究的学者之一。通过20 多年的努力，周教授和他的科研团队在国际上率先推出了污泥生物沥浸处理技术，并通过工程化应用“变废为宝”。这也给污泥处理带来了一次技术革命。

技术创新，为污泥处理“另辟蹊径”

据了解，污泥的不规范处置已成为我国土壤和水环境中一个重要污染源，由此引发的重大污染事件和群体事件时有发生。

周立祥介绍，污泥水分含量高（80%左右），粘性强，存在恶臭、重金属、病原物等有害成分，严重影响到了其包括焚烧、填埋、堆肥后土地利用等后续处置和利用。因此，设法大幅降低污泥水分含量以使污泥减容（量）、去除污泥中有害物质并实现资源化利用，是化解污泥处理难题的最佳方法。

污泥处理是项系统工程，其处置工艺如今可谓是百花齐放。然而由于各种原因，我国对污泥的有效处置率并不高，也未能形成具有引领污泥处理处置行业的工艺路线。

周立祥说，以国内外现行的“添加大量石灰-三氯化铁等化学药剂对污泥进行调理，然后通过隔膜厢式压滤脱水”的工艺为例，它虽然也能实现污泥的深度脱水，但是因大量引入无机物质，实际上增加了污泥干物质量，降低了污泥有机质和热值，污泥泥饼pH 过高，影响污泥的后续资源化利用，而且无法去除重金属等有害物质。

“技术本身的局限性，是导致诸多工艺未能大规模工程化应用的重要原因。”他说。

早在1999 年，周立祥便开始了以去除污泥重金属和深度脱水为目标的生物沥浸技术研究，经过前后20 多年的奋战，研发了污泥微生物调理法，即“污泥生物沥浸法（技术）”。这套工艺简单来说，就是在城市污水处理厂的浓缩污泥（含水约97%）中接种复合微生物，再加入少量特定营养物质，曝气处理一段时间后，使污泥的pH 值降低，继而完成除臭、杀灭病原菌、脱出重金属及大幅改善污泥脱水性的生物处理过程。

“这是国内外污泥深度脱水领域在物理、化学调理之外开辟的第三种方法，即生物调理。其中发挥关键作用的复合微生物主要由嗜酸性自养菌和耐酸性异养菌组成，它们借助氧化等作用，可降低污泥pH 值，使原来的难溶性重金属溶解为水相重金属，进而可被沉淀去除；当个头更小的自养菌替代原来的异养菌成为优势菌，可以令污泥中的菌胶团破碎，进而成功释放出原来包裹在菌胶团中的水分，实现污泥脱水；复合微生物对硫化物、硫化氢的氧化作用，可以实现除臭；它们投入工作后打造的低pH 值和氧化环境，还能绞杀不适应这类环境的病原菌，具备杀菌作用。”周立祥介绍。

整体来看，污泥微生物调理的优点在于，无需添加任何絮凝剂，深度脱水后的生物沥浸泥饼无臭，可大幅降低重金属，且不会损害污泥有机质等养分，由于有机质等有益成分高，堆肥后的污泥可用于园林绿化，实现污泥资源化利用。

产业携手，助污水处理实现“水泥并重”

作为中国现代农学高等教育的重要发祥地，南京农业大学一直以来都很重视研究成果的产业化，努力将“论文写在大地上”，近年学校将产学研服务工作推向了新的高度。

2010 年，周立祥团队正式将生物沥浸技术推向工程应用，在江苏无锡太湖新城污水处理厂建立起国内外第一座污泥生物沥浸处理工厂。之后，通过产学研合作，他们又先后在宁波、哈尔滨、长春、嘉兴、西安、郑州、桂林、南宁、汕头等数十家大中型城镇污水处理厂、工业和大型畜禽养殖企业污水处理站及餐厨垃圾处理厂推广应用团队的生物沥浸技术，日处理各类污泥高达6000多吨。

为推进污泥的资源化利用，周立祥团队于2012 年携手北京中科国通环保工程技术股份有限公司和无锡新利环保生物科技有限公司在无锡芦村污水处理厂建成了国际上第一个生物沥浸污泥堆肥厂。据了解，该系统设计的生物沥浸污泥日处理能力为100 吨，较好地解决了常规污泥堆肥需要大量辅料、占地多、操作不便、产品质量低和运行成本高等一系列问题，堆肥直接运行成本仅为常规污泥堆肥的40%，年产营养土15000 多吨，年新增产值近650万元，实现了极好的环境经济效益。之后，该工艺同样得到了迅速推广。

2012 年建成运行的宁波三菱化学有限公司化工污泥生物沥浸处理工程，是周立祥和团队在工程规模上接受的第一个化工污泥处理项目。初始阶段还经历了一些波折，该工程在2012 年10 月建成投产，最初效果非常理想，可一个多月后，脱水效果越来越差，直至完全瘫痪。情况紧急，周立祥立即带领团队赶赴现场，经过高强度的科研攻关，他们成功找到了失败的原因：投入的复合微生物与污泥接触时间长了以后发生了慢性中毒。随后周立祥与团队立即改进工艺方案，缩短了微生物的接触时间，结果一举成功。工程系统在2个月后全面恢复生产并始终非常稳定地运行。该项目作为团队为产学研成果产业化保驾护航最成功的案例之一，这次经历给周立祥和团队留下了深刻的记忆。

周立祥团队的生物沥浸技术的产业化，也成为了南京农业大学技术成果转化和产学研合作最为成功的典型案例之一。该成果先后获得教育部技术发明一等奖（2016 年）、中国专利优秀奖（2018 年）、环境技术进步奖一等奖（2021 年）等多项奖励。

住房和城乡建设部“全国城镇污水处理管理信息系统”数据统计，近年来我国已建成城镇污水处理厂4000 多座，污水处理能力达2 亿多立方/日。然而，与之形成对照的是“重水轻泥”问题突出，长久以来我国对污泥处理处置设施的建设重视不够、投资不足，造成了大量的城镇污泥未得到有效处置，污泥问题凸显。

“作为从事污泥研究数十年的一位老兵，自然责无旁贷。接下来，我们将继续围绕国家战略需求，矢志创新，不断推动自主创新技术继续向前发展，同时尽力推动其产业化应用，也希望国家在顶层设计、宏观政策方面，能够为技术应用突破传统壁垒，创造更好的环境。” 周立祥说。