王濤

（1.機(jī)械科學(xué)研究總院環(huán)保技術(shù)與裝備研究所，北京 100044；2.機(jī)械工業(yè)有機(jī)固廢生物處理與資源化利用工程技術(shù)研究中心，北京 100044）

前言

唐山西郊污水處理廠是河北省第一座市政污水處理廠，該項(xiàng)目1982年開(kāi)工建造，于1985年竣工并投入運(yùn)行。1992年該廠與科研機(jī)構(gòu)開(kāi)展了堆肥實(shí)驗(yàn)及產(chǎn)物肥效試驗(yàn)研究，并自此陸續(xù)開(kāi)展了污泥堆肥相關(guān)工藝、裝備、工程化、產(chǎn)物土地利用等方面的研究工作[1]。在上述工作基礎(chǔ)上，1994年、2006年、2011年先后建設(shè)了唐山西郊污水處理廠污泥堆肥工程、唐山西郊污水處理二廠污泥堆肥工程和唐山市城市污泥無(wú)害化處置工程，形成了目前中國(guó)唯一完全采用國(guó)產(chǎn)技術(shù)的污泥堆肥項(xiàng)目群，代表了各個(gè)時(shí)期我國(guó)污泥堆肥的發(fā)展水平，為行業(yè)縱向?qū)Ρ妊芯刻峁┝朔独?/p>

1 唐山污泥處理項(xiàng)目群概況

1.1 唐山西郊污水處理廠污泥堆肥工程

唐山西郊污水處理廠占地4.5hm2，建設(shè)規(guī)模為日處理污水3.6萬(wàn)t，主要擔(dān)負(fù)市區(qū)22.22km2生活污水及工礦企業(yè)工業(yè)廢水的處理任務(wù)。項(xiàng)目采用二級(jí)生化處理工藝（傳統(tǒng)活性污泥法），污泥處理采用中溫一級(jí)厭氧消化+機(jī)械脫水工藝，日產(chǎn)脫水污泥10～15t（含水率75%）。

在“八五”國(guó)家重點(diǎn)企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目“污泥堆肥成套設(shè)備”（課題編號(hào)：KF-91-10-01/02）課題資金支持下，唐山西郊污水處理廠于1994年建成了污泥堆肥車(chē)間并投入運(yùn)行，配套了翻堆機(jī)、實(shí)驗(yàn)倉(cāng)等設(shè)備、設(shè)施，并全面開(kāi)展了設(shè)備性能測(cè)試以及生產(chǎn)工藝實(shí)驗(yàn)工作[2]。1998～1999年，在“九五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目“污泥快速制肥成套設(shè)備”（專(zhuān)題編號(hào)：96-909-02-03）課題資金支持下，對(duì)原有污泥堆肥車(chē)間進(jìn)行了優(yōu)化改造，具備了15t/d（含水率75%）的脫水污泥處理能力[3]。

項(xiàng)目采用傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)槽式堆肥工藝，發(fā)酵槽體采用埋地結(jié)構(gòu)，堆肥槽最大有效容積為150m3，發(fā)酵周期10～12d。

唐山西郊污水處理廠于1998年9月成立了唐山市田寶復(fù)混肥廠，并獲得國(guó)家工商局“冀唐高效復(fù)混肥”肥料商標(biāo)注冊(cè)，之后在唐山及周邊地區(qū)開(kāi)展污泥肥料推廣應(yīng)用工作。2006年，隨著唐山西郊污水處理二廠的投入使用，唐山西郊污水處理廠停產(chǎn)，但污泥堆肥車(chē)間繼續(xù)保持運(yùn)行狀態(tài)，處理唐山西郊污水處理二廠部分脫水污泥。2012年，隨著唐山西郊污水處理廠改擴(kuò)建工程立項(xiàng)建設(shè)以及唐山市城市污泥無(wú)害化處置工程全面投入使用，連續(xù)運(yùn)行18年的唐山西郊污水處理廠污泥堆肥車(chē)間予以拆除。

唐山西郊污水處理廠污泥堆肥工程是我國(guó)第一座市政污泥堆肥工程，該項(xiàng)目至今仍保持我國(guó)污泥堆肥項(xiàng)目連續(xù)運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的紀(jì)錄。

1.2 唐山西郊污水處理二廠污泥堆肥工程[4]

唐山西郊污水處理二廠是世界銀行貸款全球招標(biāo)采購(gòu)項(xiàng)目，占地面積約11.67hm2，處理規(guī)模為12萬(wàn)t/d，主要擔(dān)負(fù)唐山市西部建成區(qū)居民生活污水、工商業(yè)污水、工礦企業(yè)工業(yè)廢水的處理任務(wù)。唐山西郊污水處理二廠在可研報(bào)告中提出，污水處理廠的脫水污泥通過(guò)污泥堆肥子項(xiàng)目進(jìn)行穩(wěn)定化、減量化、資源化處置，并首次提出自動(dòng)進(jìn)料、封閉除臭等要求。

該項(xiàng)目采用改良槽式堆肥工藝，2006年3月通過(guò)了竣工驗(yàn)收，投入正式運(yùn)行。項(xiàng)目處理規(guī)模為36t/d（含水率80%），最終產(chǎn)品為有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥料，產(chǎn)量為14.5t/d，折合年產(chǎn)量4350t/a。該項(xiàng)目在技術(shù)方面具有以下突破：

（1）好氧發(fā)酵系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)

項(xiàng)目堆肥槽采用了模塊化設(shè)計(jì)理念，共設(shè)置2個(gè)處理模塊，單位模塊日處理能力約為20t（考慮了10%的安全系數(shù)），每個(gè)模塊各設(shè)置一套相對(duì)獨(dú)立又互為備用的翻堆機(jī)、曝氣風(fēng)機(jī)，通過(guò)轉(zhuǎn)倉(cāng)機(jī)實(shí)現(xiàn)翻堆機(jī)備用，通過(guò)連接管道閥門(mén)切換實(shí)現(xiàn)曝氣風(fēng)機(jī)備用。由于每一個(gè)模塊的處理能力完全相同，設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)無(wú)差別備用。當(dāng)污泥處理需求擴(kuò)大時(shí)，增加處理模塊數(shù)量即可滿足處理要求。

（2）物料機(jī)械化輸送與自動(dòng)進(jìn)料系統(tǒng)

污泥堆肥項(xiàng)目中的散物料輸送量較大，且物料形狀差異較大：從含水率小于5%的粉煤灰到含水率80%的生污泥，均屬于物料輸送范圍。鑒于此特點(diǎn)，項(xiàng)目主要采用無(wú)軸螺旋輸送機(jī)作為輸送設(shè)備，輔以氣力輸送方式。在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)從脫水機(jī)房直接機(jī)械輸送至堆肥車(chē)間的物料輸送方式，并成功實(shí)現(xiàn)混合物料的自動(dòng)布料入倉(cāng)，節(jié)省了大量人力和運(yùn)行成本，也減少了勞動(dòng)安全事故的發(fā)生。

（3）設(shè)置專(zhuān)門(mén)除臭系統(tǒng)

由于項(xiàng)目位于市區(qū)內(nèi)的居民區(qū)，人口密度較高，因此外排臭氣的控制要求較為嚴(yán)格。項(xiàng)目首次在國(guó)內(nèi)污泥堆肥項(xiàng)目中嘗試采用真正意義的生物除臭系統(tǒng)—噴淋+生物濾池組合除臭系統(tǒng)，系統(tǒng)在必要時(shí)可進(jìn)行化學(xué)藥劑噴淋，生物濾池采用生物吸附填料，啟動(dòng)時(shí)投加生物菌劑，運(yùn)行中通過(guò)噴淋維持生物填料層濕度。

1.3 唐山市城市污泥無(wú)害化處置工程

唐山市城市污泥無(wú)害化處置工程主要擔(dān)負(fù)唐山市西郊污水二廠、北郊污水處理廠、東郊污水處理廠和豐潤(rùn)污水處理廠所產(chǎn)生的360t/d污泥（含水率80%）無(wú)害化處理任務(wù)，考慮到周邊區(qū)縣的污泥消納，項(xiàng)目設(shè)計(jì)污泥處理規(guī)模為400t/d（含水率80%）。項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)選在豐潤(rùn)污水處理廠老廠內(nèi)，總占地面積約16 300m2。建設(shè)內(nèi)容包括生產(chǎn)車(chē)間、生物濾池、生料庫(kù)、成品庫(kù)、變配電間等車(chē)間設(shè)施，綜合樓及其他附屬設(shè)施利用豐潤(rùn)污水處理老廠原有設(shè)施[5]。項(xiàng)目于2010年9月開(kāi)工建設(shè)，2011年10月進(jìn)泥試運(yùn)行。

唐山城市污泥無(wú)害化處置工程是世界上首次采用雙層隧道式發(fā)酵倉(cāng)系統(tǒng)（SACT）的污泥堆肥項(xiàng)目，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。相對(duì)于國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，SACT技術(shù)具有以下技術(shù)突破[6]：

（1）倉(cāng)型的突破

翻堆設(shè)備天軌行走方式以及隧道倉(cāng)型使得發(fā)酵倉(cāng)可以經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)雙層乃至多層結(jié)構(gòu)形式，成倍地節(jié)省了占地面積，自由空間被極度壓縮，系統(tǒng)保溫性能大為提升，除臭動(dòng)力消耗大為降低。

（2）核心設(shè)備的突破

項(xiàng)目所采用的F5.110翻堆機(jī)，與SACT隧道發(fā)酵倉(cāng)相匹配設(shè)計(jì)，是目前已投運(yùn)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝機(jī)功率最大的污泥專(zhuān)用翻堆設(shè)備，打破了國(guó)外產(chǎn)品的技術(shù)壟斷。

（3）成套系統(tǒng)的突破

與多層系統(tǒng)匹配需要解決自動(dòng)布料、自動(dòng)出料、物料垂直輸送、配混料、維修維護(hù)、安裝等多方面問(wèn)題，因此整個(gè)機(jī)械化多層堆肥系統(tǒng)是一個(gè)基于現(xiàn)有成熟技術(shù)的復(fù)雜成套系統(tǒng)。

（4）設(shè)計(jì)理念的突破

引入MCCD設(shè)計(jì)理念，對(duì)于高度依賴(lài)物流輸送機(jī)械化的污泥堆肥項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，為機(jī)械設(shè)備與建筑結(jié)構(gòu)如何高效配合提供了新思路。

2 唐山污泥堆肥項(xiàng)目群數(shù)據(jù)對(duì)比（見(jiàn)表1）

表1 唐山污泥堆肥項(xiàng)目群數(shù)據(jù)對(duì)比一覽表

3 唐山污泥堆肥產(chǎn)物土地利用情況

自1997年開(kāi)始，先后利用污泥堆肥產(chǎn)品在小麥、玉米、水稻、蔬菜、土豆等農(nóng)作物田間對(duì)6種配方的污泥復(fù)混肥料進(jìn)行了肥效實(shí)驗(yàn)。其中：在唐山市正定縣朱夫屯村農(nóng)業(yè)示范區(qū)進(jìn)行了冬小麥農(nóng)田實(shí)驗(yàn)。在唐山市豐南縣錢(qián)營(yíng)鎮(zhèn)李亳子村、灤縣興隆莊鄉(xiāng)四村以及豐潤(rùn)、遷安市等地進(jìn)行了小麥、玉米、土豆等農(nóng)田實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)┢?，唐山市土肥站出具的《農(nóng)田肥效試驗(yàn)報(bào)告》顯示，唐山市豐南縣實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：1）小麥?zhǔn)┯糜袡C(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥均比對(duì)照區(qū)植株生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)，促分蘗，增加穗數(shù)和穗粒數(shù)，提高千粒重，增產(chǎn)幅度為30.5～80.6kg，增產(chǎn)率7.5%～20.2%；2）有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥第一配方以畝施100kg增產(chǎn)最高，其次是畝施75kg和50kg。從經(jīng)濟(jì)施肥上講，以每畝施50～75kg為宜；3）有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥第二配方一般畝增產(chǎn)小麥46.1～46.6kg，增產(chǎn)率12.1%～13.4%；4）有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥，經(jīng)在唐山市試驗(yàn)后增產(chǎn)顯著，有一定的推廣價(jià)值。

2002年12月，唐山市衛(wèi)生防疫監(jiān)測(cè)站對(duì)上述實(shí)驗(yàn)田的土壤進(jìn)行了重金屬跟蹤調(diào)研，出具了《唐山施用污泥（堆肥）土壤重金屬測(cè)試報(bào)告》，對(duì)連續(xù)施用唐山西郊污水處理廠污泥有機(jī)肥的玉米地（4年）、小麥地（4年）、棉花地（3年）、麥芥蔥（1年）位于0～20cm和20～40cm深度的土壤進(jìn)行了重金屬含量跟蹤調(diào)查，結(jié)果見(jiàn)表2。

2009年9月，中科院南京土壤所對(duì)唐山市灤縣南園子村連續(xù)施用污泥有機(jī)肥3年的花生地以及唐山市玉田縣梁莊子村連續(xù)施用污泥有機(jī)肥9年的姜地進(jìn)行了土壤及植物重金屬含量跟蹤調(diào)查，結(jié)果見(jiàn)表3～表5。

上述實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：對(duì)符合標(biāo)準(zhǔn)的污泥科學(xué)地進(jìn)行土地利用（包括農(nóng)田利用）是安全的。這條技術(shù)路線的關(guān)鍵是要根據(jù)國(guó)情科學(xué)地進(jìn)行土地利用，同時(shí)也亟待相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)盡快出臺(tái)。

表2 2002年唐山污泥農(nóng)用土壤重金屬濃度（單位：mg/kg）

表3 2009年唐山污泥農(nóng)用土壤上植物重金屬濃度（一）（單位：mg/kg）

表4 2009年唐山污泥農(nóng)用土壤上植物重金屬濃度（二）（單位：mg/kg）

表5 2009年唐山污泥農(nóng)用土壤重金屬濃度 （單位：mg/kg）

4 結(jié)語(yǔ)

唐山污泥處理項(xiàng)目群對(duì)我國(guó)污泥堆肥事業(yè)的重要貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在：1）唐山污泥處理處置20多年保持著“連續(xù)性”，并3次采用全套、全新國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)，證明了國(guó)產(chǎn)堆肥技術(shù)與系統(tǒng)的可靠性；2）長(zhǎng)時(shí)間的農(nóng)用經(jīng)驗(yàn)為下一步污泥土地利用處置技術(shù)路線的開(kāi)拓與政策的制定提供了借鑒。