污泥发酵处理后

制取有机无机复合肥项目

近年来，随着我国城市化进程的加快和国家确定的水资源保护规划工程的陆续启动，全国城镇污水处理设施的建设速度随之加快，城镇污水处理率逐年提高，污水污泥的产生量相应地不断增加，污泥的处理处置问题日益显现出来。
　　以科学的发展观看，污泥处理是过程，污泥处置才是目的。污泥处置最为经济有效的方式就是生物资源循环利用，即污泥资源利用处置。在此提出的污泥堆肥和资源利用方案将污泥的处理、处置、污泥肥料的出路连为一体，系统解决，真正实现了污泥处理处置一体化与生物资源的循环利用，较好地实现了社会效益、经济效益与环境效益的统一。
一、关于污泥

污泥是污水处理过程中的伴生物。它具有含水率高、易腐烂、有恶臭、含有重金属和大量寄生虫卵及病原微生物等特性。随着污水处理设施的普及和污水处理率的提高，污水处理厂产生的污泥量也将大大增加。

1、污泥的种类：

①、按照来源分为：生活污水污泥、工业废水污泥及给水污泥；

②、按照分离过程分为：沉淀污泥（如初沉污泥、混凝沉淀污泥、化学沉淀污泥等）和生活污泥（如腐殖污泥、剩余活性污泥、生物膜法污泥等）

③、按照成分和某些性质分为：有机污泥和无机污泥；亲水性污泥和疏水性污泥

④、按照处理阶段分为：生污泥、浓缩污泥、消化污泥（即熟污泥）、脱水污泥、干化污泥等

2、污泥特性导致带来种种的问题

一是含水率高，一般在75％以上，高水分难以焚烧，运输成本高，堆放占地面积大，直接填埋难度也大；

二是含有大量的有机物、丰富的氮磷钾等营养物质，在合适的条件下极易腐烂产生恶臭、孳生蚊蝇；

三是含有重金属，如果不加选择和控制施用，可能污染土地，造成不可逆的土地退化；

四是污泥中的寄生虫卵和病原微生物有潜在的传播病毒的危险，可能使各种各样的病毒蔓延。

目前全国的大多数中小型城镇污水处理厂和部分大中型城市污水处理厂采用的还是“浓缩—脱水—外运填埋”的传统办法，有的厂污泥没有正常出路干脆在厂区或租地临时堆放。污水处理厂没有污泥稳定化和无害化处理设施是普遍情况，显然无法对污泥进行稳定和消毒处理。大量生污泥直接外运填埋或堆放，不仅不符合国家颁布实施的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）要求，而且占用大量土地，导致产生臭气、蚊蝇、渗滤液等，并严重污染周围环境和地下水。因此，在城市水污染治理的同时迫切需要解决污泥带来的问题。
　　有些污水处理厂将生污泥外运直接作肥料使用，这样做实际上是有害的。因为，污泥在脱水前加入了一定量的聚丙烯酰胺等高分子絮凝剂，是便于污泥浓缩脱水，但是，污泥的凝聚过程形成了污泥直接作肥料的不溶解缺陷，也就是污泥难软化，污泥施用多了或久了可能使土地硬化、板结或沙化。同时，未经处理的污泥直接施入农田，污泥中的重金属（尤其是重金属超标的污泥）、寄生虫卵和病原微生物，都有潜在的毒害危险，可能导致农作物和土壤严重污染和毒害，甚至影响人类的健康。
　　以上剖析污泥的种种问题，并不是说污泥有百害而无一利，实际上污泥是一种可利用的有机固体废物，尤其是一种可再生的生物资源。因为污泥中含有大量促进植物生长的有机物质和丰富的氮磷钾等营养成分，以及多种微量元素，是重要的有机肥资源和良好的土壤改良剂。污泥堆肥施入土壤后可增加土壤的保水和透气性，提高土壤的排水能力。

二、污泥处理和处置方法

⑴、污泥处理、处置的目的

一是稳定化，污泥中有机物含量一般达到60-70%，会发生厌氧降解，产生腐烂并恶臭，因此需要采用生物好氧或厌氧消化工艺，使污泥中的有机组分转化成稳定的最终产品，达到稳定的目的，避免发霉、发臭造成环境的二次污染；

二是减量化，通过减少污泥的含水率削减污泥的体积，降低污泥处理及最终处置费用；在污泥含水率70-80%时污泥呈现松软状态；含水率为60-70%的污泥几乎成为固体状态；在含水率10%左右时成粉末状态。

三是无害化，通过消毒杀灭寄生虫卵和病原微生物，防止传染病通过污泥扩散；

四是资源化，在处理污泥的同时实现化害为利、回收资源、循环利用。

这“四化”之中稳定化、减量化是前提，无害化是核心，资源化是最终解决污泥出路的有效手段，是实现循环经济的重要举措。
　　一般来说，污泥处理是指污泥经单元工艺组合处理，达到“减量化、稳定化、无害化”目的的全过程。污泥稳定化、无害化处理方法主要有干化、焚烧、厌氧消化、石灰稳定和好氧堆肥。
　　在污泥处理中，干化可较大规模地处理污泥，资源得到部分利用，国内已有城市尝试采用，但干化过程能源消耗大，费用高；焚烧是较为安全和彻底的处理方法，但投资高，能耗大，运行费用高昂，焚烧有异味；厌氧消化是目前大型污水处理厂采用较多的污泥稳定处理工艺，但也存在建设周期长、投资费用高、工艺复杂，不适合中小规模城镇污水处理厂采用，而且经厌氧消化的污泥还存在一个最终处置的问题；石灰稳定处理简单、设施投资省，但由于处理后的污泥含有大量石灰，pH值偏高，给最终土地利用造成困难。相比之下，好氧堆肥具有工艺简单、投资少、运行费用低、能有效杀灭病原微生物、可因地制宜利用当地的各种资源等突出特点，符合中小城镇污水处理厂的自身特点和地域优势。
　　污泥的处置方式由于国内外各地具体情况不同，选择的方法各有侧重，但总的说来以土地利用所占比重较大。我国为保护海洋生态环境，沿海地区污泥海洋投放已被严格禁止；污泥填埋需要占用大量土地，并且存在渗滤液污染地表水与地下水系的危险，污泥即便是送到卫生填埋场与垃圾混合填埋，也可能对渗滤液和沼气收集系统造成堵塞，带来安全隐患；而污泥经过好氧堆肥后作为生物资源再利用，用于农业和林业种植、园林绿化和土地复垦，符合循环经济的发展方向，是一种安全、有效、经济、合理的处理处置方式。

⑵、污泥堆肥的适用性与可行性

1、适用性
1.1、污泥重金属要符合污泥农用标准
　　在污水处理过程中通过污泥的吸附、沉淀和浓缩，使得污泥中富集了污水中的各种重金属，所以在考虑污泥农用时，首先必须考虑污泥中重金属的安全性，也就是必须符合《农用污泥中污染物控制标准》（GB4284-84）。
　　城镇污水处理厂所处理的污水，一般为居民生活和城镇工业的混合污水。

根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）将Cu和Zn的限制标准调整为800/1500和2000/3000 mg/kg。因此一般的城市污水处理厂污泥有害成分是比较低的，除铜和锌含量略高于标准外，其余的元素均远低于标准。因此，城镇污水处理厂的污泥采用好氧堆肥之后土地利用是适宜的，也是安全的。
1.2、发酵过程中的辅助原料

污水处理厂的脱水污泥含水率一般在70%左右，直接堆肥是不可能的，因此，要加入一些辅助材料，比如秸秆粉、木屑等膨松剂调节水分，增加孔隙度。对于不同地域的城镇来说，也可以因地制宜选择一些能长期供应和数量充足的材料，比如秸秆粉、稻壳、木屑、菇渣、蔗渣等废弃物，充分利用当地丰富的种植农业和养殖业有机固体废物做辅料资源。

利用城镇污水处理厂污泥与作物秸秆或其它废弃物好氧堆肥，既解决了污泥问题，又生产了微生物活性较高的有机肥，用于农业大田生产，果树种植、园林绿化是很好的肥料，对于减轻长期施用化肥造成的农村环境污染，增加土壤肥力，提高农产品品质，增加农业收入，具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。
　　每一个中小型城镇污水处理厂的污泥处理实际上就形成一个小型有机肥生产厂，因为污泥堆肥产品是一种高效、优质、安全的有机肥料。
三、可行性
1、符合排放标准要求
 国家颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002），从2003年7月1日已正式实施，标准对城镇污水处理厂污泥排放提出了较为严格和明确的要求。

标准亦将好氧堆肥列入污泥稳定化处理的方法之一，与厌氧消化和好氧消化相比，好氧堆肥除了有稳定化作用（有机物降解）外，还有无害化作用（杀菌消毒）。这是由于好氧堆肥过程在好氧微生物降解有机物的同时，释放出大量的能量（热量），堆肥物料温度可以上升至60～70℃，杀灭病原微生物和寄生虫卵。因此，好氧堆肥工艺是处理城市污水污泥、生活垃圾以及集约化饲养场畜禽粪便的最有效方式之一。
　　污水污泥通过好氧堆肥可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中规定的污泥稳定化、无害化处理要求：含水率（%）﹤65；有机物降解率（%）﹥50，蠕虫卵死亡率（%）﹥95，粪大肠菌群菌值﹥0.01。
2、污泥养分可利用
　　随着城乡经济不断发展和人民生活水平的提高，各种有机固体废弃物的排放量也日益增多，城镇污水处理厂的污泥中含有大量促进农作物生长的有机物质和植物需要的氮、磷、钾等营养成分和多种微量元素，是重要的有机肥资源和良好的土壤改良剂。

利用城镇污水处理厂污泥生产肥料，一方面其产品是有机肥，对改善土壤性能与提高土地肥力，维持农作物长期的优质高产都是有益的，是农林业和园林绿化的需要；另一方面，随着城市化进程的加快，人民生活水平的不断提高，居民对生活环境的卫生要求也日益严格，从节省资源与改善环境角度出发，都有必要把实现有机固体废弃物资源化作为固体废弃物无害化处理、处置的重要措施。

3、成熟的发酵工艺
　　利用有机固体废弃物生产堆肥，已有几千年的历史，随着生产力发展和科技进步，堆肥化技术已得到不断改进。目前污泥堆肥工艺及设备已得到广泛应用，是一项较为成熟的处理工艺。正是由于污泥堆肥化技术在实际应用中可以达到“稳定化、无害化和资源化”的多重效果，并且具有经济、实用、不需外加能源、不产生二次污染等优点，污泥还可与作物秸秆、剪枝树叶、畜禽粪便等其它废弃物一同处理，目前已愈来愈成为一种主要的处理方法。
　　污泥好氧堆肥处理技术，具有工艺成熟、投资少、运行费用低、有效杀灭病原微生物和资源化农用肥效高等突出特点，是一种安全、可靠、经济、有效，相对妥善和有利于区域土壤有机质平衡的污泥无害化处理工艺和资源化处置手段，适合科学发展观和我国国情。
4、产品安全可靠、有广阔市场
　　污泥经过好氧堆肥处理后，病原菌灭活、有机物腐殖质化、重金属稳定化，植物可利用形态养分增加，其C/N比、物理性状、无毒化程度、溶解度、养分平衡等都得到很大改善。堆肥产品的氮、磷、钾总养分大于4%，有机质含量大于30%，重金属含量低于农用标准，是一种高效、优质、安全的有机肥料，完全符合农业部标准《有机肥料》（NY525-2002）。可以用于城市绿化、草坪施肥及大田、果树等农用肥料，由于污泥肥料产品具有明显的性能价格比优势，市场销售情况良好。
在我国，城市园林绿化事业的蓬勃发展，需要大量的苗木花卉草坪基地。而污泥堆肥用于花卉苗圃，一是可以改良土壤，增加土壤有机质和养分；二是促进苗木和花卉生长；三是污泥中的一些重金属和有害物质不进入食物链，同时树木园林花卉对重金属和有害物质有一定的净化功能。当前我国正进行大规模生态建设，大面积植树种草，污泥堆肥用于城市园林绿化和防护林建设是最合适的途径；另外污泥堆肥也可作为果树与大田农作物的基肥使用，以增加作物产量。

四、堆肥技术与工艺选择
1、堆肥过程
　　堆肥一般分好氧和厌氧堆肥。好氧堆肥是在有氧气条件下有机物的分解过程，其代谢产物主要是二氧化碳、水和热；厌氧堆肥是在无氧气条件下有机物的分解，厌氧分解最后的代谢产物是甲烷、二氧化碳和许多低分子量的中间产物，如有机酸等。厌氧堆肥与好氧堆肥相比较，单位重量的有机质降解产生的能量较少，而且厌氧堆肥通常容易产生臭味。由于这些原因，几乎所有的堆肥工程系统都采用好氧堆肥。
　　好氧堆肥是在有氧气条件下，借助好氧微生物（主要是好氧细菌）的作用，有机物不断被分解转化的过程。好氧堆肥一般分三个阶段：
1）升温阶段
　　一般指堆肥过程的初期，在该阶段，堆体温度逐步从环境温度上升到45℃左右，主导微生物以嗜温性微生物为主，包括真菌、细菌和放线菌，分解底物以糖类和淀粉类为主。
2）高温阶段
　　堆温升至45℃以上即进入高温阶段，在这一阶段，嗜温微生物受到抑制甚至死亡，而嗜热微生物则上升为主导微生物。堆肥中残留的和新形成的可溶性有机物质继续被氧化分解，复杂的有机物如半纤维素、纤维素和蛋白质也开始被强烈分解。微生物的活动也是交替出现的，通常在50℃左右时最活跃的是嗜热性真菌和放线菌，温度上升到60℃时真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热性细菌和放线菌活动，温度升到70℃时大多数嗜热性微生物已不再适应，并大批进入死亡和休眠阶段。现代化堆肥生产的最佳温度一般为55℃，这是因为大多数微生物在该范围内最活跃，最易分解有机物，其中的寄生虫卵和病原微生物大多数可被杀死。
3）降温阶段
　　高温阶段必然造成微生物的死亡和活动减少，自然进入低温阶段。在这一阶段，嗜温性微生物又开始占据优势，对残余较难分解的有机物作进一步的分解，但微生物活性普遍下降，堆体发热量减少，温度开始下降，有机物趋于稳定化，需氧量大大减少，堆肥进入腐熟或后熟阶段。
2、堆肥工艺简述
　　随着科学技术的发展，堆肥技术的理论研究及实际工程应用也日臻完善。目前常用的堆肥工艺主要有：条垛式堆肥、发酵槽（池）式堆肥工艺。
　　工艺一：条垛式堆肥工艺
　　条垛堆肥工艺按其有无机械化搅拌装置可分为静态堆肥和动态堆肥两类。   
1）静态堆肥
　　典型的条垛静态堆肥技术亦称中国式堆肥，堆肥物料在经整理后的地面和通风管道系统上，通过强制通风来保证堆肥过程所需的氧气，堆体表面覆盖约30厘米的腐熟堆肥，以减少臭味的扩散及保证堆体内维持较高的温度，整个堆肥周期为3～4周。
2）动态堆肥
　　动态堆肥处理技术是国外较为传统的堆肥方法之一，有着较为广泛的应用。它采用轮式或履带式机械翻堆的手段使堆肥物料与空气接触而补给氧气。
　　动态堆肥典型工艺流程为用轮式装载机将堆肥物料堆积成三棱形锥体，为保证堆体中的碳氮比和含水率，需先将各种物料进行混合。堆肥过程中堆体温度可达75℃，通过翻堆机械可保证堆体内的氧气供应，翻堆频率大约为每周两次。翻堆的过程只是将堆肥物料向后甩，整个堆体向后移动几米。整个堆肥过程大约需要2～3周的时间。
工艺二：发酵槽（池）式堆肥工艺
　　发酵槽式堆肥改变了条垛式堆肥的露天堆肥方式，把发酵槽放到了厂房或隧道仓中，堆肥工艺按其处理构筑物形式可分为阳光棚发酵槽和隧道式发酵仓两类。
1）阳光棚发酵槽
　　阳光棚发酵槽方式，利用了阳光棚的透光和保温性能，充分利用充足的太阳能量，提高发酵槽内温度，即使在寒冷的冬天也能保证正常发酵。发酵槽的尺寸一般根据所处理物料量的多少及选用的翻堆设备型号来决定。发酵槽式堆肥使用搅拌式翻堆机、链板式翻堆机、双螺旋式翻堆机均可，都是通过翻堆机搅拌并使物料后移。发酵槽底部安装有通风管道系统，通过强制通风来保证堆肥过程所需的氧气。堆肥物料一般在入槽后3天即可达到45℃，在槽内要求温度55℃以上持续7天左右，堆肥周期为12～15天。
2）隧道式发酵仓
　　隧道式发酵仓堆肥装置是封闭式的。由于把发酵槽做成了相互独立的隧道式结构，象一节矩形断面的隧道，物料在发酵过程和翻堆时产生的一些臭气和粉尘，可以通过废气收集管道抽出并集中进行处理，尽可能减少对环境和人员带来的不利影响。发酵仓的尺寸和数量可以根据所处理物料量的多少来决定。发酵的翻堆作业采用翻堆机或装载机，在发酵仓的底部有通风管道，并通过控制系统向发酵仓内供风。隧道式发酵仓堆肥周期为12～15天，堆肥温度可以上升至60～70℃。
3、堆肥工艺选择
　　就城镇污水处理厂而言，堆肥工艺的选择应既满足污泥稳定化、无害化、资源化的要求，又能达到投资及运营成本低、技术工艺成熟、操作管理方便。
　　根据中小城镇污水处理厂的自身特点，工程在选择建设地址时一般已避开人口密集的居民区和重要的经济文化区域，环境的敏感程度要求不高，因此选择发酵槽（池）式堆肥工艺即可。
五、污泥处理技术路线
   中小城镇污水处理厂的污泥处理，应适应其自身特点，遵循经济、实用、安全、有效的原则，选择具有工艺成熟、投资较少、运行费用低、产品有附加值等特点的处理工艺，形成独具特色的中小城镇污水处理厂污泥处理的工艺路线。好氧堆肥处理工艺在以上的方方面面确实具有很强的竞争力，不失为污泥处理的最有效方式之一。
　　污泥好氧堆肥处理技术路线是：
1、混合调质
　　污泥混合调质的目的是调整脱水污泥的水分和碳氮比，并加大疏松程度，增加与空气的接触面积，有利于好氧发酵。同时添加外源菌种（VT菌）以促进发酵过程快速进行，并抑制臭气的产生。
2、好氧堆肥
　　好氧堆肥在发酵槽（池）内进行，靠强制通风来供给氧气。在堆肥过程中，物料中有机物在好氧微生物作用下开始发酵，首先是易分解物质分解，产生CO2和H2O，同时产生热量使温度上升。这时微生物吸取有机物中的碳、氮等营养成分，在合成细胞质自身繁殖的同时，将细胞中吸收的物质分解而产生热量，发酵能进行高效率的分解。一般来说经过最少7天的平均温度保持在55℃以上的发酵，大部分有机物已被降解，由于有机物的减少及代谢产物的累积，微生物的生长及有机物的分解速度减缓，发酵温度开始降低，此时有机质基本稳定。堆肥过程中氧的供给情况和发酵保温程度对堆肥的温度上升有很大影响，发酵周期约为12～15天。
3、陈化
　　堆肥发酵后的污泥尚未达到腐熟，需要继续进行陈化（二次发酵）。陈化的目的是将污泥中剩余有机物进一步分解、稳定，陈化后期堆肥的温度逐渐下降，稳定在40℃左右，含水率可降低至35%以下，堆肥腐熟后形成腐殖质。
4、加工制肥
　　污泥堆肥要作为产品销售还应根据肥料用途和市场需要进行加工，制肥的目的就是提高污泥堆肥的肥效和商品性，进而提高综合经济效益。
5、尾气除臭
　　在好氧堆肥过程中有臭气产生，主要是氨、硫化氢、甲基硫醇、胺类等，废气必须进行除臭处理后才能排放。常用的处理方法有生物滤池法、化学洗池法和活性碳纤维吸附法等。

六、污泥发酵制取有机无机复合肥优点

  城市污水处理厂污泥好氧堆肥处理技术，针对目前污泥处理处置中普遍存在的难软化、易霉变、病原微生物污染以及处理不经济等问题，采用高温好氧堆肥工艺，通过添加疏松物质和重金属钝化材料，接种有益微生物等处理手段，彻底杀灭有害微生物，阻断有害微生物的二次传播，实现污泥的稳定化和无害化，同时生产有机肥和有机—无机复混肥。这一方案通过好氧堆肥将污泥这种有效的生物资源加以循环利用，得到最终处置，不仅解决了城镇污水污泥的处理处置难题，有效降低污泥的处理费用，同时又可为农业、林业和城市绿化提供了优质肥料和培植营养土，实现了生物资源的循环利用，其产品市场竞争力强，具有显著的经济、社会和生态效益。

七、关于发酵污泥生产高尔夫球场的专用肥料

1、球道专用配方

原料            配方量/t       提供养分含量（%）

腐熟污泥         0.55            2.75

尿素             0.20            9.2

硫酸钾           0.10            5

磷酸一胺         0.10            6

石粉             0.05           —

合计             1.00           22.95

2、工艺控制注意事项

①、腐熟污泥应粉碎至80目以上

②、腐熟污泥水分控制在30%左右

③、腐熟污泥应有50%左右在造粒过程中添加

④、干燥采用低温大风量控制，二级干燥方式，温度在90℃以下

3、成本分析

原材料成本根据配方提供数据并根据当地市场的价格自行计算。

电费9-10/t元左右

燃料费10/t元左右

工人工资26-28/t元左右

包装费46/t元左右

经计算结果得知每吨有机无机复合肥的生产成本是       元。

4、肥效具有缓释效果

用腐熟污泥制取的有机无机复合肥，在施肥的第3天草色即可转绿，施用60天后草坪依然可以保证浓绿色。

5、肥料缓释的原理

   尿素、磷肥、钾肥在与腐熟污泥混合造粒过程中，部分营养成分与腐植酸络合，成为缓释成分，其余速效成分被缓溶的发酵污泥包裹，从而达到缓释目的，控制发酵污泥的添加比例，即可控制缓释速度。

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