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1、-城市污水处理厂污泥堆肥及土地修复-第 6 页* 李季，男，教授，中国农业大学资源环境学院。EMAIL: liji。城市污水处理厂污泥堆肥及土地修复利用李 季 教授（中国农业大学资源环境学院）吴为中 博士（北京大学环境学院）摘要：城市污水厂产生的大量污泥普遍未得到合理处理和利用，既浪费了有机资源，又易带来环境二次污染。本文介绍了一种好氧堆肥技术及工艺，可以利用城市污水处理厂污泥生产营养土或土壤基质，并应用于退化土地的土壤恢复和修复，具有良好的环境经济效益，可为城乡循环经济发展提供一种范例。城市生活污水污泥（以下简称：市政污泥）的处理是一个世界性的难题，处置不当容易造成资源浪费和环境的二次污染。
2、从技术角度分析，污泥是一种成分复杂，不稳定的生物资源，若经过合理的处置及加工，通常可以被循环利用，施用到农田上，既可改善土壤质量，又可提高土地生产力。在美国污泥（Sewage sludge）近年来被改称生物固体(Biosolid)，正是体现了污泥循环利用的有效特征，而非仅仅一种废弃物。污泥的处理处置及其无害化，作为再生资源的有效利用是世界各国共同重视的问题，代表了人类环境生态效益、社会效益和经济效益均衡发展的方向。目前，污泥资源化利用的主要途径是土地填埋。随着城市经济的发展和污水净化率的提高，污泥量也将大大增加。目前在一些发达地区市政污泥的处置已面临垃圾填埋场拒收、土地征收费用高、周围居民抱怨
3、、二次污染严重等多种问题，必须探索一条适合于我国经济特点的污泥资源化利用的途径。中国农业大学协同相关合作单位经过不懈努力，研究开发出了污泥资源利用处置成套技术与装置。此项技术将污泥的处理与处置统一起来，把脱水污泥发酵生产有机/无机/生物复合肥料，不仅解决了市政污泥的处理处置难题，实现生物资源的循环利用，也为农、林业和城市绿化提供了优质有机资源及肥料，可有效降低污泥的处置费用，实现污泥环境零排放的目标。污泥资源利用处置项目为2001年度国家级火炬计划，利用该技术生产的有机/无机/生物复合肥同时列入2001年国家级新产品，国家环保总局列入2001年度最佳适用环保技术。目前，项目组已在太原市和江苏常
4、州建设完成2座年产规模20000吨/年的污泥复合肥项目示范厂，经过长期运行和多次技术改造，成套设备及生产工艺已定型，进入推广应用阶段。2、项目背景2.1 技术背景我国目前已建成的城市污水处理厂有400多座，每年产生干污泥约30万吨，以湿污泥计约为500-600万吨；按照目前发展趋势以及国家的发展计划，未来一段时间污泥产量仍将会以每年20%左右的速度增长。世界发达国家污泥有效利用率约在50%以上。据美国环保署估计，1998年全美污泥产量为690万吨，到2010年将达到820万吨。同期污泥有效利用量将从410万吨增加到570万吨。相比之下，中国未来可预测的污泥产生量至少在1000万吨以上，污泥的处
5、理处置发展空间十分广阔。根据规划，北京市到2008年各类污水处理厂将达到15座以上，污水处理能力11.9亿吨/年，预计污泥产生量为100万吨/年。这些污泥目前采取的主要措施是填埋和堆置，若通过合理加工，实现无害化并应用于北京西北部山区的植被与生态恢复，既变废为宝，又实现了生态恢复，则具有重要的实践意义。我国近年来也加强了污泥利用的研究开发，综合分析国内污泥堆肥技术及工艺，大都存在着技术手段单一、工艺不成熟、产品应用有限等缺陷，污泥肥料经常表现结块、遇潮霉变及生物活性不高、安全性低等缺点，难以达到“废物利用，改善环境”的目的。本项目依托中国农业大学以及相关企业，在污泥资源化利用处理处置方面积累了
6、大量的研究和实践经验，并已取得了突出的成绩。项目组自1998年开始相继组织主持了山西省重点攻关计划项目“生物高氮源发酵技术”、国家火炬计划项目“污泥及垃圾综合利用生产三维复合有机肥”、“十五”国家科技攻关计划重大课题“高效有机肥与缓释肥产业化技术研究与开发”、国家863计划“有机废弃物资源的系列高值产品研究与开发”等一系列国家攻关课题，取得了十余项相关科技成果。其中涉及废弃物处理的专利有8项，包括发明专利：生物高氮源发酵技术（02106743.0）、利用城市污泥生产复合有机肥的方法(02106744.9)，传送式有机肥自动翻堆机（ZL 00 2 43721）、有机肥快速腐熟菌剂（0012110
7、1.3）等。污泥资源化处置与利用项目采用好氧生物发酵工艺及一系列相关技术，包括堆肥接种剂专有技术、堆肥发酵工艺及技术、利用城市污泥生产复合有机肥技术、生物有机肥生产技术、生物有机无机复混肥生产技术等，基本解决了污泥堆肥工业化过程的主要技术难题。污泥经过好氧发酵处理后，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、卫生程度、溶解度、养分平衡等都得到很大改善。产品氮、磷、钾总养分6-20%，有机质含量大于25%，重金属含量低于国家污泥农用标准，是一种高效、优质、安全的生态环保型肥料，实现了污泥资源化和有效化的双重目标。污泥资源化处置及利用技术工艺，以生物快
8、速好氧发酵工艺为特点，取代了传统的填埋烘干工艺，提出和完善了污泥系统处理路线，并设计生产了相关的生产线设备，其生产技术路线、设备的系统化日甄完备和成熟。2.2 国内主要污泥处理方式与技术1）、填埋法：填埋法基本类似于城市垃圾填埋，一般要占用大量土地，由于污泥中含有的营养物质可使大量病杂菌繁衍，导致污泥霉变，容易污染环境。污泥、垃圾产生量与日俱增，已很难在短距离内找到填埋场地，也为填埋场和周围居民所不容。实际上大部分采用填埋方法处置污泥的污水厂并未对污泥做标准填埋处置，而是简单处理，造成潜在的二次污染。另外，污泥埋填费用高昂，据国内污水处理厂调查，每吨污泥的填埋处理费用平均约40元/吨。2）、焚
9、烧法：焚烧需要耗费大量重油而不经济，并造成大气污染，白白浪费了养分资源。3）、直接烘干法：将含水率75-80%的污泥采用气流干燥机进行烘干，温度高达200以上，杀死各种病菌，然后进行填埋或再处理。缺点是耗费能源，增加处理成本，生产的肥料沿用无机复合肥的工艺，既增加了成本，缺乏市场竞争力，生产出的产品肥效也不好。4）、厌氧消化法：80年代以前大多数的活性污泥采用厌氧消化法处理，杀灭微生物病菌并生产部分可利用的沼气。该系统普遍运行复杂，成本高，不稳定，隐患多。5）、生物处理法：即生物堆肥法，它是引进好氧菌种和氧气，使污泥进行好氧生物高温发酵。堆肥化技术是国际上从60年代后期迅速发展起来的一项新的生
10、物处理技术，它运用多学科技术，利用微生物群落在特定的环境中对多种有机物分解，将污泥改良成稳定的腐殖质，用于肥田或土壤改良，目前该方法被认为是未来污泥处理处置中最适宜的方法之一。3项目的必要性我国每年排放的 401 亿M3污废水中，有 51% 来源于城市，地表水体的污染也主要来自工业和城市生活排放的污废水。因此，城市污水处理厂建设成为改善我国水环境的重要举措。目前全国已建成运转的城市污水处理厂约 410 余座，日处理能力 2534 万M3，污水处理率仅达到污水排放总量的 25%。到2015年，我国城市污水处理率要达到75%，尚需建设污水处理厂约1000座，按我国目前已建、在建污水处理厂吨水能力投
11、资1500-2000元，运行费用0.8-1.4元/吨测算，需投资1000亿元，每年还需运行费用补贴300亿元。目前，大部分中小型污水厂产生的污泥，经浓缩、机械脱水后,运往农村作肥料或填埋。这些污泥实际上均未达到环保排放要求。一部分大中型污水处理厂，污泥处置工艺采用了焚烧和热干化的方法，投资昂贵，生产出来的肥料缺乏竞争，还有少数场采用了堆肥工艺，但肥料生产工艺普遍粗放，产品肥效低，尚处于艰难维持阶段。显然，目前国内的污泥处理处置技术并未成熟，尽快寻找一种投资省、效率高、处理便捷、成本低廉、产品肥效好的污泥资源化利用技术就成为一项颇为紧迫的任务。本项目提出的污泥资源化利用处置工程，以污泥的资源化利
12、用为第一目标，运用独创的污泥脱水、调质、发酵工艺制成高效有机/无机/生物复合肥，在国家加大环保投资力度，各地纷纷加紧建设污水处理厂的今天，推广采用投资省、费用低、安全高效的污泥处理工艺无疑是十分必要的。4技术方案4.1 技术简介污泥资源化利用处置工艺的主要技术包括：生物高氮源发酵技术、污泥沉淀池天然脱水剂成比例置换聚丙烯酰胺技术、重金属钝化技术、VT菌喷涂接种技术、热喷造粒技术等。4.2 方案简述利用污水处理厂的污泥进行现代化堆肥生产，其生产过程通常由污泥混合调质、筒仓好氧发酵或槽式好氧发酵、造粒筛分制肥、尾气脱臭及原辅料和产品贮存等工序组成。1） 污泥混合调质污水处理厂的剩余污泥混合后进入浓
13、缩池，经过重力浓缩后，降低污泥的含水率，然后进入贮泥池调质后，再进入脱水机房进行机械脱水，污泥成饼状后，通过皮带输送机进入混合搅拌机与调理剂和膨松剂进行混合。污泥混合调质的主要功能是调整浓缩脱水污泥的水分和碳氮比，同时需添加菌种以促进发酵过程正常快速进行。2）好氧发酵好氧发酵分槽式和仓式两种。其中槽式好氧发酵是在地面槽式构筑物内进行，靠强制通风或翻堆来供给氧气。仓式好氧发酵装置是一种间歇式静态发酵装置，自动化程度高。一般发酵周期约1015天。3）造粒筛分制肥经过好氧发酵后的物料，可以直接施用于农田、绿地、果园或作土壤改良剂，也可根据用户需要进行后续加工，生产有机无机复合肥。4）尾气脱臭在好氧堆
14、肥发酵中有臭气产生，主要有氨、硫化氢、甲基硫醇、胺类等，可将引风机抽出的臭气通入脱臭生物滤池完成脱臭过程。5投资与效益分析5.1 投资策略污泥资源利用处置技术以资源利用为第一目标，把污泥的处理与处置统一起来，把污泥肥料产品的生产与销售统一起来，最终实现污泥的零排放。因此无论是传统的污泥处置方式，还是新兴的污泥资源利用处置方式，它们都应该看作是污水处理厂不可分割的环保设施的重要组成部分，并争取其运行过程中获得相应的政府补贴。6元/m3（污水），用于补贴污泥处置，则每吨脱水污泥就可获得120元的补贴。表1是我们根据典型规模污水处理厂吨污水补贴进行的一个估算结果。表1 不同规模污水处理厂年获得政府污
15、泥补贴费用估算结果污水厂规模m3/d约日产脱水污泥量（m3/d）污泥补贴标准3元/m3（污水）与年收益污泥补贴标准6元/m3（污水）与年收益5000025 m3/d54万元108万元10000050 m3/d110万元222万元15000080 m3/d165万元330万元200000100 m3/d220万元438万元5.2 不同污泥处置规模系列的直接投资概算情况根据不同污泥处置规模以及污泥发酵的两种方式，我们进行了初步的直接投资估算。表2 不同污泥处置规模直接投资概算 单位：万元处置规模槽式发酵仓式发酵25m3(脱水污泥)/d50m3(脱水污泥)/d80m3(脱水污泥)/d100m3(脱水
16、污泥)/d-1280150m3(脱水污泥)/d-17625.3产品定位与成本估算1）产品定位堆肥系列产品定位为： （1）营养土发酵污泥、氮磷钾6%、有机质40%目标市场 土壤改良与生态修复、城市绿化基肥、市场定价 低价位产品，与外购表层土接近。（2）土壤改良剂发酵污泥、氮磷钾6%；有机质35%、活菌数：5107、其它添加物目标市场 土壤改良与生态修复、专用土壤修复市场定价 可快速修复土壤，低价位产品。2）系列产品成本估算系列产品的生产成本估算与市场销售推荐价格见表3。表3 系列堆肥产品的生产成本估算与市场销售推荐价格原料成本生产成本市场推荐价格土壤改良剂80元/吨150元/吨200元/吨营养土
17、40元/吨120元/吨150元/吨*以上数据仅供参考5.4 典型污水处理厂的投资效益分析实例案例1：中型污水处理厂规模日处理污水100000m3的污水处理厂VT槽式堆肥污泥处置项目依据污水处理厂规模100000m3/d，日产生脱水污泥（含水率80%左右）约50m3/d，投资估算为567.5万元。依据污水处理厂规模与日产脱水污泥量，设计产品方案为：年产营养土10000吨，土壤改良剂5000吨。参照上述系列产品的生产成本估算与市场销售推荐价格，可以估算产品销售的年利润为55万元。通过争取政府的污泥处置补贴配套政策，即6元/m3（污水），用于污泥的处置补偿，投资方相当于从每吨脱水污泥获得120元的补
18、贴，即一个100000m3/d规模的污水处理厂，每天可从政府获得6000元，一年的补偿费用为222万元。加上污泥肥料的年销售收益55万元，项目年总收益将达到277万元。6产品市场前景分析我国生态农业的发展和中低产田改造已形成对高效优质有机肥的巨大需求。随着我国农业产业结构调整和“三绿工程”的实施，优质高效生态农业种植面积逐年扩大，国家对改善生态环境的巨大投入必将有效拉动林、草、花卉用肥需求的迅猛增长。市政污泥中含有大量的有机质和氮磷钾养分，非常适宜做有机肥；该项目以市政污泥为主要原料生产的营养土和有机肥，既解决了污泥的资源化利用问题，又具有显著的改善土壤结构、培肥地力、修复退化土壤的功效。根据北京市污泥的产量，若消化30%的污泥进行堆肥，则年可转化污泥30万吨，可加工生产各类营养土20万吨左右，按每亩土地年施10方计算，则可恢复土地1万亩左右。另外按照国家有关要求，城市绿化面积要达到8平方米/人；每平方米需垫用20公分培植营养土，则对营养土的需求将很大。土壤是城市最短缺的资源之一，建设回填土或裸露生土需要经23年的熟化，而耕地土是国家保护的资源（包括泥炭、草炭资源），严格限制开采；因此利用市政污泥加工的营养土也可用于市镇绿化，不仅养分均衡、安全廉价、来源充分，而且还为城市污水污泥提供了广阔的市场，形成良性循环的生态环境。