污水处理厂污泥堆肥技术概述文档格式.docx

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由于缺乏适宜的污泥处理技术，这严重阻碍着中、小型污水处理厂的发展和正常运行，污泥成了这些污水处理厂的沉重负担。

不合理的污泥处置不仅会使污水厂的水处理成效前功尽弃，劳而无功，还会造成严重的二次污染，造成新的环境危害。

目前，我国污泥的主要处置方法是土地利用和土地填埋，只有少部分的污泥用于制造建材[7]。

在今后较长一段时期内，我国污泥仍将以土地利用为主[5]，但重金属和病原菌等影响了污泥的土地利用。

通过对15家中、小型城市污水处理厂污泥处理方案的生命周期分析表明，在处理费用大致相当的情况下，将中、小型污水处理厂的污泥集中进行脱水和堆肥处理后进行土地利用是最佳选择[4]；

污泥厌氧消化和沼气利用适于大型污水处理厂的污泥处理[5,7]。

污泥经堆肥化处理后进行土地利用，因施用方便、经济效益高且对环境影响小，值得研究与开发[4,8]。

堆肥化技术是对污泥进行无害化、资源化处理处置的常用技术之一，很多国家已经实现了污泥堆肥的商品化生产。

堆肥产品可在农业、林业、园艺等方面得到广泛应用。

堆肥技术投资和运行费用相对较低，又可回收利用剩余污泥这一废弃资源，不仅会产生环境效益还会产生相当的经济效益。

本论文针对我国中、小型城市污水处理厂采用污泥厌氧消化技术处置剩余污泥不具备技术经济优势，在相当一段时间内将难以设置污泥厌氧消化系统的问题，通过技术攻关开发适合我国国情和中、小型城市污水处理厂污泥稳定化、无害化、资源化的高效低耗与复合肥制备成套技术。

污泥堆肥技术的攻关目标和内容[9]：

（1）污泥堆肥生料配方的优选；

（2）污泥堆肥操作条件的优化；

（3）提高污泥堆肥效率和污泥产品质量的途径和技术研究。

专题规定污泥堆肥技术的攻关研究技术路线为[9]：

在深入调研分析国内外堆肥技术的研究和应用现状的基础上，选择适合中、小型城市污水处理厂污泥处置的堆肥技术和污泥生料，进行污泥堆肥研究。

根据专题的研究技术路线，本论文的研究和工作内容是：

对国内外堆肥系统和设备进行广泛调研。

根据各种堆肥技术的特点和应用条件，针对我国的具体情况和专题攻关目标，以日处理40000m3、日产10吨干污泥的城市污水处理厂为对象（脱水污泥的含水率为70％～80％），对典型的堆肥系统进行技术经济分析，从中筛选适合我国国情的污泥堆肥系统。

根据污泥堆肥系统的技术经济分析结果，结合课题经费和场地等实际情况，选择既有高效低耗特点，技术经济指标较好，工艺设备又较简单的堆肥工艺，设计、建造和安装污泥堆肥中试实验系统。

利用所建造的污泥堆肥中试实验系统，进行污泥堆肥生料配方的优选和污泥堆肥操作工艺的优化实验，探索适宜的污泥生料配方和污泥堆肥操作工艺参数。

进行污泥堆肥稳定度的评价研究，探讨BOD5和比耗氧速率（SOUR）等指标作为污泥堆肥稳定度评价指标的可行性。

本论文的研究成果将为中、小型污水处理厂污泥堆肥工业化应用提供科学依据和设计、运行参数。

2堆肥技术的研究及应用进展

2.1国外堆肥技术的研究及应用进展

固体废弃物处理的方法很多，如土地填埋、焚烧、海洋倾倒和土地利用等，但由于经济、环境和政策法规的影响，土地填埋场地的缺少或土地填埋场的关闭[1-3]，这导致土地填埋的费用上涨（1975年，德国有5000个土地填埋场，1993年只剩不足300个，且土地填埋处理污泥的费用上涨至300-500马克/吨[2]）；

美国和欧盟分别规定从1991年12月31日和1998年起禁止向海洋倾倒污泥[4-5]；

所以，堆肥技术在固体废弃物管理中的作用越来越大，它应用的领域主要是污泥、城市固体废弃物、庭院废弃物和食品废弃物[6]。

1985年，法国有95个堆肥厂处理城市固体废物（MSW），处理量为153.9万吨/年,占城市固体废物处理量的9.7％[13]；

1992年11月～1993年3月间的调查表明[11],加拿大有137个堆肥厂,年处理城市固体废物27.5万吨。

1992年，德国有100个堆肥厂处理有机废物，年处理量是30万吨,预计到本世纪末,年处理量将达到300万吨[14]。

1997年，荷兰、德国和英国分别有90%以上、45%和6%的家庭有机废物采用堆肥技术处理，美国有230000吨食品废弃物采用堆肥技术处理[7-8]；

1999年美国约有18000家污水处理厂，产生干污泥约520万吨，其中土地利用占43.55%，堆肥6%，土地填埋22.73%，焚烧16.14%，其它11.58%[9],但美国采用堆肥技术处理污泥的厂家却越来越多。

推动堆肥工业发展的主要因素有两个：

（1）用堆肥技术生产有机土壤改良剂;

（2）采用堆肥技术作为废物处理的一种重要手段[15]。

现代堆肥技术起源于英国农业学家AlbertHoward于1905年-1934年在印度开发的著名堆肥方法“Indore法”[16]。

现代堆肥技术的发展分为三个阶段[6]：

第一阶段（1930-1940年）：

按照城市固体废弃物管理和处置的优先性，堆肥技术排列很低，这是堆肥技术在该阶段地位的决定性因素。

因为当时城市固体废弃物的常用处置方法为露天堆放，所以，同堆肥技术相比，这种原始处置方式的费用非常低。

在该时期，有关堆肥微生物的基本原理得到了认识，并尝试将此转化为操作和设计参数；

同时堆肥研究的主要争论领域是厌氧堆肥和好氧堆肥，中温堆肥和高温堆肥。

第二阶段（1950-1960年）。

在这10年，食品工业的发展和公众食品消费习惯的转移（从罐头食品到冷冻食品）以及塑料的广泛应用引发了城市固体废弃物成分和处理、处置方式的改变。

尽管公众已意识到固体废弃物的露天堆放对公众健康、环境质量和资源保护有危害作用，但由于经济原因，露天堆放仍然是城市固体废弃物的常用处置方式。

在这个阶段，关于堆肥过程基本原理的理解和应用取得了实质性的发展，从而也提高了堆肥技术在固体废弃物处理中的比例。

例如，50年代人们已认识到堆体温度不应超过60-65℃；

建立了堆肥原料的允许含水率（城市固体废弃物的允许含水率为55-60％）；

有关堆肥过程的微生物学原理取得了重大的进展；

氧的需求与供应成为堆肥研究的焦点；

1959年2月，人们报道了Uzwil和Ruschlikon的污泥和垃圾堆肥实验，脱水污泥（含水率为70％）与垃圾的比例是1/2；

1959年6月，加州污泥处理厂采用污泥与木片刨花进行堆肥；

同年Reeves教授采用污泥与木屑进行堆肥[17]。

尽管条垛堆肥系统是当时最常见的系统，但也有项目采用反应器堆肥系统，然而由于经济原因和低劣的运行表现，反应器堆肥系统几乎是失败的。

总之，该阶段堆肥研究的真正进展是确立了堆肥过程的关键影响因素：

含水率、pH值、温度、C/N比和营养物的可得性。

第三阶段（1970年-至今）。

1972年，美国LosAngeles第一次采用条垛系统进行脱水消化污泥堆肥，处理规模为100吨干污泥/日，该系统运用了回流堆肥的新概念，这标志着现代条垛堆肥系统的开始[16]。

为了解决条垛系统进行生污泥堆肥产生的臭味问题，研究人员在此基础上进行了改进，于1975～76年在马里兰州的Beltsville发展了强制通风静态垛堆肥系统，该系统在美国得到了广泛的应用[16,18-19]。

1983年俄亥俄州的Portland城在美国第一次采用反应器堆肥系统处理污泥，选用的是Taulman-Weiss堆肥系统[20]。

70年代以来，堆肥技术在城市固体废弃物管理中的地位得到了很大的提高，主要原因是：

（1）露天堆放处理方式的消亡；

（2）土地填埋系统处理固体废弃物产生了很多的问题，如对地下水的污染；

（3）人们认识到堆肥技术在污泥处理、处置中的益处。

此外，在此期间发生的“能源危机”也使公众认识到固体废弃物可作为一种潜在的资源，所以，有关城市固体废弃物处理的研究得到了极大的发展，堆肥技术也不例外。

尽管如此，堆肥技术在城市固体废弃物管理中的地位和作用仍然很小。

在当前及不久的将来，堆肥技术将主要用于处理食品废弃物和庭院废弃物。

当前有关堆肥研究的焦点仍然是如何控制臭味和寻求一种简单、可靠、便宜的堆肥腐熟度测试方法。

2.2我国堆肥技术的研究及应用进展

在我国，堆肥技术可追溯到古代的野积式堆肥。

目前，堆肥技术主要用来处理城市固体废弃物和污泥。

我国城市固体废弃物堆肥技术发展可分为3个阶段[21]：

（1）初始阶段（50-60年代）：

本阶段在农村传统堆肥技术基础上进行较为简单的堆肥，堆肥方式为开放式堆垛，用土覆盖保温，通风方式主要是自然通风或厌氧发酵，没有专用的机械设备，采用手工或振动筛进行筛选。

该阶段的工艺较为简单，发展缓慢。

（2）开发研究阶段（70-80年代）：

随着城市的发展，人口的增加，城市固体废弃物处理已成为各城市亟待解决的大事。

这阶段是城市固体废弃物堆肥技术研究、发展的兴旺时期，新工艺、新技术不断涌现，堆肥专用机械设备得到开发，堆肥机理得到深入研究。

1990年有11项堆肥技术分别被评为推广技术和试点推广技术。

（3）推广应用阶段（90年代-至今）：

在评估和研究基础上，对一些堆肥技术进行推广，从而促进城市固体废弃物和污泥的处理。

A、堆肥应用基础理论研究

对城市生活垃圾堆肥化处理的微生物特性研究表明：

55℃菌株的平均酶活性高于45℃菌株的平均酶活性[22]；

高温好氧堆肥能杀灭大多数细菌，细菌和霉菌为堆肥的优势类群，芽孢杆菌和曲霉菌是优势种[23]。

以3株细菌和2株放线菌为基础的混合菌种，能初步缩短垃圾堆肥周期，并取得了一定的脱臭效果[24]。

筛选得到了8株嗜高温（55℃）嗜粪细菌，加入所选育菌株进行的猪粪高温好氧堆肥实验表明，24小时内可将猪粪堆肥成无臭味、深褐色的稳定和无害化产物[25]。

堆肥实验结果表明：

驯化的降解菌对堆肥中的多环芳烃有明显的降解作用[26]。

以垃圾中的各种有机物为电子供体，以O2为电子受体，以NH4+为微生物细胞合成的氮源，周少奇[27]推导了好氧堆肥过程的生化反应计量方程式，并对计量关系式进行了讨论。

通过消化污泥间歇堆肥小试，张永豪等[28-29]建立了消化污泥间歇式堆肥阶段的无害化温度-时间标准（50℃-2小时），并提出了气量与消化污泥堆肥平均反应速率的函数关系式。

他依此标准建立了一种新型的堆肥操作气量控制方式：

依照无害化温度-时间标准调整气量，使物料在堆肥过程中恰好满足此标准的最大气量为该控制方式的工艺气量，即以工艺气量作为堆肥过程的气量控制方式。

通过对包括COD、VM（挥发性物质）、淀粉、纤维素、C/N比、温度、水分和耗氧速率等堆肥过程控制指标的综合研究，张所明等[30-31]认为耗氧速率是一个合理可行、易于工程