城市污水處理廠污泥堆肥與土地修復(fù)

1、城市污水處理廠污泥堆肥及土地修復(fù)利用李季教授中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院吳為中博士大學(xué)環(huán)境學(xué)院摘要：城市污水廠產(chǎn)生的大量污泥普遍未得到合理處理和利用，既浪費(fèi)了有機(jī)資源，又易帶來(lái)環(huán)境二次污染。本文介紹了一種好氧堆肥技術(shù)及工藝，可以利用城市污水處理廠污泥生產(chǎn)營(yíng)養(yǎng)土或土壤基質(zhì)，并應(yīng)用于退化土地的土壤恢復(fù)和修復(fù)，具有良好的環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益，可為城鄉(xiāng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)開(kāi)展提供一種X例。1.前言城市生活污水污泥以下簡(jiǎn)稱：市政污泥的處理是一個(gè)世界性的難題，處置不當(dāng)容易造成資源浪費(fèi)和環(huán)境的二次污染。從技術(shù)角度分析，污泥是一種成分復(fù)雜，不穩(wěn)定的生物資源，假設(shè)經(jīng)過(guò)合理的處置及加工，通?？梢员谎h(huán)利用，施用到農(nóng)田上，既可改善土壤質(zhì)量

2、，又可提高土地生產(chǎn)力。在美國(guó)污泥Sewagesludge近年來(lái)被改稱生物固體(Biosolid)，正是表達(dá)了污泥循環(huán)利用的有效特征，而非僅僅一種廢棄物。污泥的處理處置及其無(wú)害化，作為再生資源的有效利用是世界各國(guó)共同重視的問(wèn)題，代表了人類環(huán)境生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益均衡開(kāi)展的方向。目前，污泥資源化利用的主要途徑是土地填埋。隨著城市經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展和污水凈化率的提高，污泥量也將大大增加。目前在一些興旺地區(qū)市政污泥的處置已面臨垃圾填埋場(chǎng)拒收、土地征收費(fèi)用高、周圍居民抱怨、二次污染嚴(yán)重等多種問(wèn)題，必須探索一條適合于我國(guó)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)的污泥資源化利用的途徑。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)協(xié)同相關(guān)合作單位經(jīng)過(guò)不懈努力，研究開(kāi)發(fā)出了

3、污泥資源利用處置成套技術(shù)與裝置。此項(xiàng)技術(shù)將污泥的處理與處置統(tǒng)一起來(lái)，把脫水污泥發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)/無(wú)機(jī)/生物復(fù)XX料，不僅解決了市政污泥的處理處置難題，實(shí)現(xiàn)生物資源的循環(huán)利用，也為農(nóng)、林業(yè)和城市綠化提供了優(yōu)質(zhì)有機(jī)資源及肥料，可有效降低污泥的處置費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)污泥環(huán)境零排放的目標(biāo)。污泥資源利用處置工程為2001年度國(guó)家級(jí)火炬方案，利用該技術(shù)生產(chǎn)的有機(jī)/無(wú)機(jī)/生物復(fù)XX同時(shí)列入2001年國(guó)家級(jí)新產(chǎn)品，國(guó)家環(huán)?？偩至腥?001年度最正確適用環(huán)保技術(shù)。目前，工程組已在XX市和XXXX建立完成2座年產(chǎn)規(guī)模20000噸/年的污泥復(fù)XX工程示X廠，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行和屢次技術(shù)改造，成套設(shè)備及生產(chǎn)工藝已定型，進(jìn)入推廣應(yīng)用階段

4、。2、工程背景2.1技術(shù)背景我國(guó)目前已建成的城市污水處理廠有400多座，每年產(chǎn)生干污泥約30萬(wàn)噸，以濕污泥計(jì)約為500-600萬(wàn)噸；按照目前開(kāi)展趨勢(shì)以及國(guó)家的開(kāi)展方案，未來(lái)一段時(shí)間污泥產(chǎn)量仍將李季，男，教授，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院。EMAIL:。會(huì)以每年20%左右的速度增長(zhǎng)。世界興旺國(guó)家污泥有效利用率約在50%以上。據(jù)美國(guó)環(huán)保署估計(jì)，1998年全美污泥產(chǎn)量為690萬(wàn)噸，到2021年將到達(dá)820萬(wàn)噸。同期污泥有效利用量將從410萬(wàn)噸增加到570萬(wàn)噸。相比之下，中國(guó)未來(lái)可預(yù)測(cè)的污泥產(chǎn)生量至少在1000萬(wàn)噸以上，污泥的處理處置發(fā)展空間十分廣闊。根據(jù)規(guī)劃，市到2021年各類污水處理廠將到達(dá)15座以上

5、，污水處理能力11.9億噸/年，預(yù)計(jì)污泥產(chǎn)生量為100萬(wàn)噸/年。這些污泥目前采取的主要措施是填埋和堆置，假設(shè)通過(guò)合理加工，實(shí)現(xiàn)無(wú)害化并應(yīng)用于西北部山區(qū)的植被與生態(tài)恢復(fù)，既變廢為寶，又實(shí)現(xiàn)了生態(tài)恢復(fù)，那么具有重要的實(shí)踐意義。我國(guó)近年來(lái)也加強(qiáng)了污泥利用的研究開(kāi)發(fā)，綜合分析國(guó)內(nèi)污泥堆肥技術(shù)及工藝，大都存在著技術(shù)手段單一、工藝不成熟、產(chǎn)品應(yīng)用有限等缺陷，污泥肥料經(jīng)常表現(xiàn)結(jié)塊、遇潮霉變及生物活性不高、平安性低等缺點(diǎn)，難以到達(dá)“廢物利用，改善環(huán)境的目的。本工程依托中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)以及相關(guān)企業(yè)，在污泥資源化利用處理處置方面積累了大量的研究和實(shí)踐經(jīng)歷，并已取得了突出的成績(jī)。工程組自1998年開(kāi)場(chǎng)相繼組織主持了XX

6、省重點(diǎn)攻關(guān)方案工程“生物高氮源發(fā)酵技術(shù)、國(guó)家火炬方案工程“污泥及垃圾綜合利用生產(chǎn)三維復(fù)合有機(jī)肥、“十五國(guó)家科技攻關(guān)方案重大課題“高效有機(jī)肥與緩釋肥產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)、國(guó)家863方案“有機(jī)廢棄物資源的系列高值產(chǎn)品研究與開(kāi)發(fā)等一系列國(guó)家攻關(guān)課題，取得了十余項(xiàng)相關(guān)科技成果。其中涉及廢棄物處理的專利有8項(xiàng)，包括創(chuàng)造專利：生物高氮源發(fā)酵技術(shù)02106743.0、利用城市污泥生產(chǎn)復(fù)合有機(jī)肥的方法(02106744.9)，傳送式有機(jī)肥自動(dòng)翻堆機(jī)ZL00243721、有機(jī)肥快速腐熟菌劑00121101.3等。污泥資源化處置與利用工程采用好氧生物發(fā)酵工藝及一系列相關(guān)技術(shù)，包括堆肥接種劑專有技術(shù)、堆肥發(fā)酵工藝及

7、技術(shù)、利用城市污泥生產(chǎn)復(fù)合有機(jī)肥技術(shù)、生物有機(jī)肥生產(chǎn)技術(shù)、生物有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥生產(chǎn)技術(shù)等，根本解決了污泥堆肥工業(yè)化過(guò)程的主要技術(shù)難題。污泥經(jīng)過(guò)好氧發(fā)酵處理后，病原菌滅活、有機(jī)物腐殖質(zhì)化、重金屬穩(wěn)定化，植物可利用形態(tài)養(yǎng)分增加，其C/N比、物理性狀、衛(wèi)生程度、溶解度、養(yǎng)分平衡等都得到很大改善。產(chǎn)品氮、磷、鉀總養(yǎng)分6-20%，有機(jī)質(zhì)含量大于25%，重金屬含量低于國(guó)家污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)，是一種高效、優(yōu)質(zhì)、平安的生態(tài)環(huán)保型肥料，實(shí)現(xiàn)了污泥資源化和有效化的雙重目標(biāo)。污泥資源化處置及利用技術(shù)工藝，以生物快速好氧發(fā)酵工藝為特點(diǎn)，取代了傳統(tǒng)的填埋烘干工藝，提出和完善了污泥系統(tǒng)處理路線，并設(shè)計(jì)生產(chǎn)了相關(guān)的生產(chǎn)線設(shè)備，其生

8、產(chǎn)技術(shù)路線、設(shè)備的系統(tǒng)化日甄完備和成熟。2.2國(guó)內(nèi)主要污泥處理方式與技術(shù)1、填埋法：填埋法根本類似于城市垃圾填埋，一般要占用大量土地，由于污泥中含有的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可使大量病雜菌繁衍，導(dǎo)致污泥霉變，容易污染環(huán)境。污泥、垃圾產(chǎn)生量與日俱增，已很難在短距離內(nèi)找到填埋場(chǎng)地，也為填埋場(chǎng)和周圍居民所不容。實(shí)際上大局部采用填埋方法處置污泥的污水廠并未對(duì)污泥做標(biāo)準(zhǔn)填埋處置，而是簡(jiǎn)單處理，造成潛在的二次污染。另外，污泥埋填費(fèi)用高昂，據(jù)國(guó)內(nèi)污水處理廠調(diào)查，每噸污泥的填埋處理費(fèi)用平均約40元/噸。2、燃燒法：燃燒需要消耗大量重油而不經(jīng)濟(jì)，并造成大氣污染，白白浪費(fèi)了養(yǎng)分資源。3、直接烘干法：將含水率75-80%的污泥采用

9、氣流枯燥機(jī)進(jìn)展烘干，溫度高達(dá)200以上，殺死各種病菌，然后進(jìn)展填埋或再處理。缺點(diǎn)是消耗能源，增加處理本錢，生產(chǎn)的肥料沿用無(wú)機(jī)復(fù)XX的工藝，既增加了本錢，缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，生產(chǎn)出的產(chǎn)品肥效也不好。4、厭氧消化法：80年代以前大多數(shù)的活性污泥采用厭氧消化法處理，殺滅微生物病菌并生產(chǎn)局部可利用的沼氣。該系統(tǒng)普遍運(yùn)行復(fù)雜，本錢高，不穩(wěn)定，隱患多。5、生物處理法：即生物堆肥法，它是引進(jìn)好氧菌種和氧氣，使污泥進(jìn)展好氧生物高溫發(fā)酵。堆肥化技術(shù)是國(guó)際上從60年代后期迅速開(kāi)展起來(lái)的一項(xiàng)新的生物處理技術(shù)，它運(yùn)用多學(xué)科技術(shù)，利用微生物群落在特定的環(huán)境中對(duì)多種有機(jī)物分解，將污泥改進(jìn)成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)，用于肥田或土壤改進(jìn)，目

10、前該方法被認(rèn)為是未來(lái)污泥處理處置中最適宜的方法之一。3工程的必要性我國(guó)每年排放的401億M3污廢水中，有51%來(lái)源于城市，地表水體的污染也主要來(lái)自工業(yè)和城市生活排放的污廢水。因此，城市污水處理廠建立成為改善我國(guó)水環(huán)境的重要舉措。目前全國(guó)已建成運(yùn)轉(zhuǎn)的城市污水處理廠約410余座，日處理能力2534萬(wàn)M3，污水處理率僅到達(dá)污水排放總量的25%。到2021 年，我國(guó)城市污水處理率要到達(dá)75%，尚需建立污水處理廠約1000座，按我國(guó)目前已建、在建污水處理廠噸水能力投資1500-2000元，運(yùn)行費(fèi)用0.8-1.4元/噸測(cè)算，需投資1000億元，每年還需運(yùn)行費(fèi)用補(bǔ)貼300億元。目前，大局部中小型污水廠產(chǎn)生的

11、污泥，經(jīng)濃縮、機(jī)械脫水后,運(yùn)往農(nóng)村作肥料或填埋。這些污泥實(shí)際上均未到達(dá)環(huán)保排放要求。一局部大中型污水處理廠，污泥處置工藝采用了焚燒和熱干化的方法，投資昂貴，生產(chǎn)出來(lái)的肥料缺乏競(jìng)爭(zhēng)，還有少數(shù)場(chǎng)采用了堆肥工藝，但肥料生產(chǎn)工藝普遍粗放，產(chǎn)品肥效低，尚處于困難維持階段。顯然，目前國(guó)內(nèi)的污泥處理處置技術(shù)并未成熟，盡快尋找一種投資省、效率高、處理便捷、本錢低廉、產(chǎn)品肥效好的污泥資源化利用技術(shù)就成為一項(xiàng)頗為緊迫的任務(wù)。本工程提出的污泥資源化利用處置工程，以污泥的資源化利用為第一目標(biāo)，運(yùn)用獨(dú)創(chuàng)的污泥脫水、調(diào)質(zhì)、發(fā)酵工藝制成高效有機(jī)/無(wú)機(jī)/生物復(fù)XX，在國(guó)家加大環(huán)保投資力度，各地紛紛加緊建立污水處理廠的今天，推

12、廣采用投資省、費(fèi)用低、平安高效的污泥處理工藝無(wú)疑是十分必要的。4技術(shù)方案4.1技術(shù)簡(jiǎn)介污泥資源化利用處置工藝的主要技術(shù)包括：生物高氮源發(fā)酵技術(shù)、污泥沉淀池天然脫水劑成比例置換聚丙烯酰胺技術(shù)、重金屬鈍化技術(shù)、VT菌噴涂接種技術(shù)、熱噴造粒技術(shù)等。4.2方案簡(jiǎn)述利用污水處理廠的污泥進(jìn)展現(xiàn)代化堆肥生產(chǎn)，其生產(chǎn)過(guò)程通常由污泥混合調(diào)質(zhì)、筒倉(cāng)好氧發(fā)酵或槽式好氧發(fā)酵、造粒篩分制肥、尾氣脫臭及原輔料和產(chǎn)品貯存等工序組成。1污泥混合調(diào)質(zhì)污水處理廠的剩余污泥混合后進(jìn)入濃縮池，經(jīng)過(guò)重力濃縮后，降低污泥的含水率，然后進(jìn)入貯泥池調(diào)質(zhì)后，再進(jìn)入脫水機(jī)房進(jìn)展機(jī)械脫水，污泥成餅狀后，通過(guò)皮帶輸送機(jī)進(jìn)入混合攪拌機(jī)與調(diào)理劑和膨松劑

13、進(jìn)展混合。污泥混合調(diào)質(zhì)的主要功能是調(diào)整濃縮脫水污泥的水分和碳氮比，同時(shí)需添加菌種以促進(jìn)發(fā)酵過(guò)程正常快速進(jìn)展。2好氧發(fā)酵好氧發(fā)酵分槽式和倉(cāng)式兩種。其中槽式好氧發(fā)酵是在地面槽式構(gòu)筑物內(nèi)進(jìn)展，靠強(qiáng)制通風(fēng)或翻堆來(lái)供應(yīng)氧氣。倉(cāng)式好氧發(fā)酵裝置是一種間歇式靜態(tài)發(fā)酵裝置，自動(dòng)化程度高。一般發(fā)酵周期約1015天。3造粒篩分制肥經(jīng)過(guò)好氧發(fā)酵后的物料，可以直接施用于農(nóng)田、綠地、果園或作土壤改進(jìn)劑，也可根據(jù)用戶需要進(jìn)展后續(xù)加工，生產(chǎn)有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)XX。4尾氣脫臭在好氧堆肥發(fā)酵中有臭氣產(chǎn)生，主要有氨、硫化氫、甲基硫醇、胺類等，可將引風(fēng)機(jī)抽出的臭氣通入脫臭生物濾池完成脫臭過(guò)程。5投資與效益分析5.1投資策略污泥資源利用處置技

14、術(shù)以資源利用為第一目標(biāo)，把污泥的處理與處置統(tǒng)一起來(lái)，把污泥肥料產(chǎn)品的生產(chǎn)與銷售統(tǒng)一起來(lái)，最終實(shí)現(xiàn)污泥的零排放。因此無(wú)論是傳統(tǒng)的污泥處置方式，還是新興的污泥資源利用處置方式，它們都應(yīng)該看作是污水處理廠不可分割的環(huán)保設(shè)施的重要組成局部，并爭(zhēng)取其運(yùn)行過(guò)程中獲得相應(yīng)的政府補(bǔ)貼。3根據(jù)推算，如果政府從排污水費(fèi)中拿出0.06元/m污水，用于補(bǔ)貼污泥處置，那么每噸脫水污泥就可獲得120元的補(bǔ)貼。表1是我們根據(jù)典型規(guī)模污水處理廠噸污水補(bǔ)貼進(jìn)展的一個(gè)估算結(jié)果。表1不同規(guī)模污水處理廠年獲得政府污泥補(bǔ)貼費(fèi)用估算結(jié)果污水廠規(guī)模約日產(chǎn)脫水污泥量污泥補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)污泥補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)m3/d3/d3/dm3污水0.03元/m3污水0.

15、06元/m與年收益與年收益35000025m/d54萬(wàn)元108萬(wàn)元10000050m3/d110萬(wàn)元222萬(wàn)元15000080m3/d165萬(wàn)元330萬(wàn)元3200000100m/d220萬(wàn)元438萬(wàn)元5.2不同污泥處置規(guī)模系列的直接投資概算情況根據(jù)不同污泥處置規(guī)模以及污泥發(fā)酵的兩種方式，我們進(jìn)展了初步的直接投資估算。表2不同污泥處置規(guī)模直接投資概算單位：萬(wàn)元處置規(guī)模槽式發(fā)酵倉(cāng)式發(fā)酵25m3(脫水污泥)/d330.7390.750m3(脫水污泥)/d567.5819.480m3(脫水污泥)/d732.91158.1100m3(脫水污泥)/d-1280150m3(脫水污泥)/d-17625.3產(chǎn)品

16、定位與本錢估算1產(chǎn)品定位堆肥系列產(chǎn)品定位為：1營(yíng)養(yǎng)土發(fā)酵污泥、氮磷鉀6%、有機(jī)質(zhì)40%目標(biāo)市場(chǎng)土壤改進(jìn)與生態(tài)修復(fù)、城市綠化基肥、市場(chǎng)定價(jià)低價(jià)位產(chǎn)品，與外購(gòu)表層土接近。2土壤改進(jìn)劑發(fā)酵污泥、氮磷鉀6%；有機(jī)質(zhì)35%、活菌數(shù)：5107、其它添加物目標(biāo)市場(chǎng)土壤改進(jìn)與生態(tài)修復(fù)、專用土壤修復(fù)市場(chǎng)定價(jià)可快速修復(fù)土壤，低價(jià)位產(chǎn)品。2系列產(chǎn)品本錢估算系列產(chǎn)品的生產(chǎn)本錢估算與市場(chǎng)銷售推薦價(jià)格見(jiàn)表3。表3系列堆肥產(chǎn)品的生產(chǎn)本錢估算與市場(chǎng)銷售推薦價(jià)格原料本錢生產(chǎn)本錢市場(chǎng)推薦價(jià)格土壤改進(jìn)劑80元/噸150元/噸200元/噸營(yíng)養(yǎng)土40元/噸120元/噸150元/噸*以上數(shù)據(jù)僅供參考5.4典型污水處理廠的投資效益分析實(shí)例

17、案例1：中型污水處理廠規(guī)模日處理污水100000m3的污水處理廠VT槽式堆肥污泥處置工程3/d，日產(chǎn)生脫水污泥含水率80%左右約50m3/d，投依據(jù)污水處理廠規(guī)模100000m資估算為567.5萬(wàn)元。依據(jù)污水處理廠規(guī)模與日產(chǎn)脫水污泥量，設(shè)計(jì)產(chǎn)品方案為：年產(chǎn)營(yíng)養(yǎng)土10000噸，土壤改進(jìn)劑5000噸。參照上述系列產(chǎn)品的生產(chǎn)本錢估算與市場(chǎng)銷售推薦價(jià)格，可以估算產(chǎn)品銷售的年利潤(rùn)為55萬(wàn)元。通過(guò)爭(zhēng)取政府的污泥處置補(bǔ)貼配套政策，即如果政府從排污水費(fèi)中拿出0.06元/m3污水，用于污泥的處置補(bǔ)償，投資方相當(dāng)于從每噸脫水污泥獲得120元的補(bǔ)貼，即一個(gè)100000m3/d規(guī)模的污水處理廠，每天可從政府獲得6000元，一年的補(bǔ)償費(fèi)用為222萬(wàn)元。加上污泥肥料的年銷售收益55萬(wàn)元，工程年總收益將到達(dá)277萬(wàn)元。6產(chǎn)品市場(chǎng)前景分析我國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)的開(kāi)展和中低產(chǎn)田改造已形成對(duì)高效優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥的巨大需求。隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)構(gòu)造調(diào)整和“三綠工程的實(shí)施，優(yōu)質(zhì)高效生態(tài)農(nóng)業(yè)種植面積逐年擴(kuò)大，國(guó)家對(duì)改善生態(tài)環(huán)境的巨大投入必將有效拉動(dòng)林、草、花卉用肥需求的迅猛增長(zhǎng)。市政污泥中含有大量的有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀養(yǎng)分，非常適宜做有機(jī)肥；該工程以市政污泥為主要原料生產(chǎn)的營(yíng)養(yǎng)土和有機(jī)肥，既解決了污泥的資源化利用問(wèn)題，又具有顯著的改善土壤構(gòu)造、培肥地力、