李姝娟，李洪遠

（南開大學環(huán)境科學與工程學院，天津 300071）

污泥堆肥化技術是國際上從20世紀60年代后期迅速發(fā)展起來的一項新的生物處理技術，它運用多學科技術，利用自然界廣泛存在的細菌、放線菌、真菌等微生物群落在特定的環(huán)境中對多相有機物分解，將污泥改良成穩(wěn)定的腐殖質，用于肥田或土壤改良。堆肥技術在實際應用中可以達到“無害化”、“減量化”、“資源化”的效果，并且具有經濟、實用、不需外加能源、不產生二次污染等特點。因此，20世紀70年代后，污泥堆肥化技術引起世界各國的廣泛重視，并迅速成為環(huán)保領域內的一個研究熱點[1]。

1 堆肥過程及堆肥技術概述

堆肥化過程有好氧堆肥和厭氧堆肥兩種，目前污泥堆肥化基本上采用的是好氧堆肥。好氧堆肥過程由4個階段組成，即升溫階段、高溫階段、降溫階段和腐熟階段。每個階段都存在不同的細菌、放線菌、真菌和原生動物。它們利用各階段的產物作為食物和能量來源，一直進行到穩(wěn)定的腐殖質物質形成為止。堆肥的一般流程如下：廢棄物→前處理→一次發(fā)酵→二次發(fā)酵→后處理→產品。

目前常用的堆肥技術有很多種，分類也很復雜。按照有無發(fā)酵裝置可分為開放式堆肥系統(tǒng)和發(fā)酵倉堆肥系統(tǒng)。根據堆肥技術的復雜程度以及使用情況，主要有條垛式、靜態(tài)垛式和反應器3大類堆肥系統(tǒng)，其中條垛式堆肥主要通過人工或機械的定期翻堆配合自然通風來維持堆體中的有氧狀態(tài)；與條垛式堆肥相比，靜態(tài)堆肥過程中不進行物料的翻堆，更能有效地確保堆體達到高溫和病原菌滅活，堆肥周期縮短；反應器堆肥則在一個或幾個容器中進行，通氣和水分條件得到了更好的控制。國內外正在研究開發(fā)的污泥好氧發(fā)酵堆肥技術都是采用進料、攪拌、通氣、出料同時進行的高效發(fā)酵工藝裝置。

2 國外污泥堆肥技術進展

在國外，污泥及其堆肥作肥源農用，已有多年的歷史。美國早在19世紀60年代初就有關于污泥農用的研究。日本在1954年建成第一座污泥堆肥中心，到20世紀90年代末已建成35座。目前日本最大的堆肥廠在北海道的札幌市，發(fā)酵倉和生產線及袋裝產品很具規(guī)模，而且機械化、自動化程度很高。近年來日本、韓國以及歐美一些國家相繼研究開發(fā)出封閉倉式發(fā)酵系統(tǒng)，以機械方式進料、通風和排料，雖然設備投資較高，但是由于自動化程度高、周期短、日處理污泥量大、污泥處理后質量穩(wěn)定、容易有效利用，而且可以有效地控制臭氣和其他污染環(huán)境的因素，所以綜合效益好[2]。

2.1 美國污泥堆肥技術

目前世界各國污泥高溫堆肥技術采用的方法有：自然堆肥法、圓柱形分格封閉堆肥法、滾筒堆肥法、豎立式多層反應堆肥法以及條形靜態(tài)通風等堆肥工藝，這些方法都在不斷發(fā)展和完善。美國費城污泥制配中心在20世紀80年代初開發(fā)了比較完善的貝爾茨維爾好氧堆肥法，主要利用條形堆底穿孔管通入空氣，用真空泵抽氣，使空氣從污泥混合物中通過而充斥，排出的氣再經過腐熟的肥堆過濾，以防止臭氣擴散，比較安全衛(wèi)生。在美國污泥處理費用大多由污水廠出資，國家政府資助，交專業(yè)公司承包，產業(yè)化經營，堆肥產品作為商品出售。

2.2 日本污泥堆肥技術

日本科學技術振興機構開發(fā)出用污水處理廠的污泥進行短時間堆肥的技術，使得堆肥需要的發(fā)酵時間由以前的一個月縮短至一周左右。這一技術先用攪拌機攪拌污泥，使污泥變成粒狀，便于空氣進入，促使污泥高速發(fā)酵。當發(fā)酵溫度達到90℃以后，即可殺死污泥中的病原菌、寄生蟲和雜草的種子等，使其成為安全肥料，該技術大大縮短了發(fā)酵時間，減少了占地面積[3]。

在日本廣泛采用的污泥連續(xù)發(fā)酵工藝，利用回轉倉完成中溫、高溫發(fā)酵過程，高效、防臭，成品質量高。例如：丹諾（DANO）發(fā)酵器，是一種古老而現(xiàn)代的好氧發(fā)酵設備，丹麥DANO公司的發(fā)酵器轉筒直徑3.5 m，長度36 m；德國Reinsta1公司的發(fā)酵器，直徑3.75 m，長度40 m，還有直徑長達4～5 m，長度60 m以上的，如KM-102A型、KM-101型等。丹諾發(fā)酵倉污泥腐熟周期能達到3個晝夜以內。

2.3 韓國污泥堆肥技術

在韓國，以往的污泥處置方式主要以投海（72％）為主，輔以填埋、焚燒等處置手段。但是自2003年7月1日以后，污泥已經禁止填埋、投海，并且出于焚燒處理費用高昂且導致地球變暖等因素考慮，韓國從印度引進蚯蚓品種進行馴化，建立了一整套利用蚯蚓規(guī)?；D化污泥的技術。首爾市污泥32％以上是由蚯蚓處理（日處理污泥150 t，年處理量5.5萬t），在韓國國內起到了重要的示范帶頭作用。

蚯蚓堆肥技術是基于蚯蚓在自然生態(tài)系統(tǒng)中所具有的促進有機物質分解轉化功能以及固體廢棄物堆肥處理的基礎上，發(fā)展起來的一項針對城市生活垃圾、農業(yè)廢棄物和城市生活污水污泥中的有機部分的生物處理技術。它是在污泥堆肥基礎上引入蚯蚓，蚯蚓在堆肥處理污泥過程中，尋覓合適的營養(yǎng)物質作為食物，污泥進入蚯蚓體內到最后以蚯蚓糞便的形式排出，相當于一套完整的污泥處理工藝，此間既有蚯蚓體內分泌物的化學作用以及蚯蚓體內腸道微生物的生化作用，還有研磨、消化等物理化學作用。

3 我國的污泥堆肥技術

國內最早建設的唐山西郊污水處理一廠、秦皇島污水處理廠都建設了日處理10 t脫水污泥的堆肥系統(tǒng)，僅相當于為日處理能力3～5萬t的污水處理廠配套，主要采用的是高溫好氧機械化翻堆發(fā)酵工藝，物料運輸主要靠裝載機，部分運輸過程采用皮帶輸送機和螺旋輸送機。隨著我國環(huán)保要求的不斷提高和污泥堆肥技術的成熟，堆肥處理規(guī)模也日趨擴大。到2009年，規(guī)劃中日沈陽北部污水處理廠、洛陽瀍東污水處理廠日處理規(guī)模已達到250 t脫水污泥，可以為日處理能力40萬t污水處理廠配套。由于處理設施密集，物料輸送量大，傳統(tǒng)的運輸方式已無法滿足物料輸送的使用要求，因此必須采用有利于提高輸送效率和自動化程度的物料輸送方式。

3.1 SACT污泥機械化堆肥技術

SACT-BII污泥堆肥系統(tǒng)是SACT族污泥堆肥工藝的一種，也是國內第一套真正實現(xiàn)全封閉大型工業(yè)化處理目的的污泥機械化處理系統(tǒng)，其體現(xiàn)了好氧發(fā)酵系統(tǒng)封閉化、物料儲運系統(tǒng)自動化、除臭系統(tǒng)高效化的特點[4]。SACT自動控制系統(tǒng)分為混料控制系統(tǒng)、發(fā)酵倉控制系統(tǒng)、物料輸送控制系統(tǒng)3個子系統(tǒng)，此外還包括除臭控制系統(tǒng)、通風控制系統(tǒng)、門禁控制系統(tǒng)、閉路電視控制系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)?；炝峡刂葡到y(tǒng)是整個控制系統(tǒng)的關鍵，包括：儲料、配料和混料等系統(tǒng)，儲料系統(tǒng)主要控制料倉、料坑等儲料區(qū)的物位；配料系統(tǒng)主要控制配料機的運行速度以調節(jié)各種物料配比；混料系統(tǒng)主要控制混料機的運行速度，以達到與進料量相適應的生產能力。發(fā)酵倉控制系統(tǒng)是整合控制系統(tǒng)的核心，包括：翻堆、轉倉、曝氣等系統(tǒng)，翻堆系統(tǒng)主要控制翻堆機行走、翻堆系工作、翻堆系提升等動作；轉倉系統(tǒng)主要控制翻堆機上下轉倉機、轉倉機精確平移等動作；曝氣主要根據溫濕傳感器的在線檢測，控制風機的啟閉。其中最為核心的翻堆系統(tǒng)控制主要采用時間與位置控制相結合。物料輸送控制系統(tǒng)是整個控制系統(tǒng)最復雜的組成部分，包括進倉、出倉、回流以及與之配套的物料輸送設備，進倉系統(tǒng)控制范圍由混料機輸出的物料到物料落入發(fā)酵倉，包括上機、落料機（含固定或移動卸料系統(tǒng)）；出倉系統(tǒng)控制范圍由物料落入落料機到提升離開發(fā)酵倉范圍，包括落料機、出料機、提升機等設備；回流控制系統(tǒng)控制范圍由出倉物料提升后到進入儲料裝置，包括回流輸送機、產品輸送機、產品卸料系統(tǒng)。SACT技術是一項適合我國國情的污泥處置技術，為“十二五”期間污泥減排提供了選擇方向[5]。

3.2 多元綜合好氧堆肥發(fā)酵技術

多元綜合制肥工藝主要由好氧發(fā)酵工段，配料工段，混合工段，熱噴冷卻工段，篩分工段，噴菌、撲粉、造粒工段，干燥工段，計量包裝工段等組成。主要包括原料好氧發(fā)酵系統(tǒng)，配料系統(tǒng)，混合系統(tǒng)，熱噴冷卻系統(tǒng)，篩分系統(tǒng)，噴菌、撲粉、造粒系統(tǒng)，干燥系統(tǒng)，計量包裝系統(tǒng)。其主要工藝特點是軟化工藝，多元技術組合，在污泥好氧發(fā)酵制肥中，采用“CK21菌噴涂接種技術、好氧堆肥快速腐熱技術、生物高氮源發(fā)酵技術、磷酸中和軟化與重金屬鈍化技術、熱噴造粒技術”等高新技術，把污泥的處理與處置統(tǒng)一起來，將脫水污泥發(fā)酵制成有機、無機、微生物三維復合肥料，解決了污泥堆肥處置中的諸多難題，實現(xiàn)了生物資源的循環(huán)利用[6]。

3.3 智能化自動控制生物堆肥工藝（CTB技術）

CTB自動控制生物堆肥（生物干化）技術，由中國科學院地理科學與資源研究所環(huán)境修復中心和北京中科博聯(lián)環(huán)保環(huán)境工程有限公司歷時10多年研發(fā)出來，實現(xiàn)了對堆肥過程中溫度和氧氣兩大關鍵要素的實時、在線監(jiān)控，可以大大縮短堆肥周期，提高堆肥成功率、堆肥產品質量和生物無害化處理效果，同時顯著改善堆肥廠的廠區(qū)環(huán)境衛(wèi)生條件，降低堆肥過程的能耗。該技術堆肥時間短、占地面積小，無惡臭、廢水等二次環(huán)境污染問題，技術的完整性和配套性好，已在山東、河北、河南、天津等地推廣應用[7]。

4 結語

綜合國內外污泥堆肥技術，制約污泥堆肥技術工業(yè)化應用的瓶頸主要是：占地面積、臭氣外排造成的二次污染、干物料的投加和安全儲運、污泥的最終處置和操作員的健康安全問題。相對于靜態(tài)堆肥倉工藝，動態(tài)堆肥倉工藝在這幾個方面都有所突破，污泥堆肥是較好的城市污水污泥處置方式，污泥堆肥添加的輔助填充料，鼓勵利用園林廢棄物（剪枝、落葉）和周邊農村的礱糠、谷殼、秸稈等農業(yè)廢棄物。鼓勵開展污泥堆肥技術創(chuàng)新，提高生物熱能循環(huán)利用，利用污泥改善土壤肥效，減少能源消耗，對臭氣進行有效處理。國內外應該不斷完善污泥堆肥過程中各環(huán)節(jié)的標準，加強保障性政策的制定，加強標準法規(guī)的建設，積極推進各種污泥堆肥技術。

[1] 李清秀，張雁秋.城市污水污泥堆肥技術研究進展[J].廣西輕工業(yè)，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，解慶林.城市污水污泥農用資源化研究[J].重慶環(huán)境科學，1999，21(6)：50-52.

[4]王濤.SACT污泥全機械化堆肥工藝與自動控制系統(tǒng)[J].中國環(huán)保產業(yè)，2010(2)：32-34.

[5] 陳同斌，鄭國砥，高定.污水處理廠污泥生物堆肥技術[J].建設科技，2009(7)：56-57.

[6]曾廣德.多元綜合好氧堆肥工藝在城市污泥處置工程中的應用[J].給水排水，2009，35(10)：42-45.

[7] 馬殿旗，姜楠，王濤，等.污泥好氧堆肥工藝技術經濟分析[J].建設科技.2010(23)：55-57.