1  污泥處置的國內(nèi)、外技術(shù)現(xiàn)狀

　　城市生活污水處理后的污泥，一般含水率約80％，富含有機(jī)質(zhì)等營養(yǎng)成分，又含有一定量的重金屬和病毒、病原體、寄生蟲卵等有害物質(zhì)，污泥處置不當(dāng)會造成嚴(yán)重的二次環(huán)境污染。目前國外污泥主要的處置方法是采用污泥的填埋、焚燒及填海，歐美各國主要是填埋和農(nóng)田利用，日本填海造地的污泥占70％以上；我國污泥主要的處置方法是采用污泥的填埋、及焚燒。其處置方法均不能實(shí)現(xiàn)對污泥的綜合利用，存在一定的社會及環(huán)境問題，不是污泥處置的最佳出路。

　　對我國這樣一個發(fā)展中國家而言，綜合利用尤其是農(nóng)業(yè)利用無疑是較好的選擇，實(shí)現(xiàn)污泥的有效利用、變廢為寶，使之資源化并產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，將成為污泥處置的發(fā)展方向。

　　2  污泥利用價值及技術(shù)工藝路線

　　2.1  污泥的主要成分分析

　　污泥的主要成分是有機(jī)物、無機(jī)物、重金屬、硫化物、氮、腐胺、砂及一些工業(yè)菌類，其中含有大量的營養(yǎng)成分：有機(jī)質(zhì)43.75％、腐植酸16.8%、總氮2.7％、總磷2.45％（P2O5計(jì)）、總鉀0.67％（以K2O計(jì)）。它可作為有機(jī)肥使用，并具有肥效期長、改良土壤、刺激作物生長的作用（尤其是它含有的腐植酸）。

　　2.2  污泥的重金屬分析

　　由表1可以看出，與國內(nèi)其他城市的污泥相比，保定市城市污水的污泥中鎘、鉻、銅、鎳、鉛和鋅的含量都較低。與國外標(biāo)準(zhǔn)相比較，各種重金屬的含量都偏低。根據(jù)《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》GB 4248-84，保定市城市污水的污泥中各重金屬的含量除均低于我國農(nóng)用污泥中性和堿性土壤最高容許含量，可以用作農(nóng)業(yè)肥料。

表1 　國內(nèi)外部分城市污水的污泥重金屬含量 mg/kg

　　此外，污泥中重金屬的毒害性除與含量高低有關(guān)外，還取決于其存在形式。EDTA(乙二胺四乙酸)是一種弱有機(jī)酸，可提取土壤中有機(jī)和無機(jī)絡(luò)合物交換點(diǎn)上的金屬，還可釋放水溶態(tài)物質(zhì)中的金屬，而不破壞硅酸鹽礦物晶格中的金屬，因此EDTA溶液的提取量可代表植物的可吸收量。由EDTA溶液對保定市污泥的試驗(yàn)，各種金屬的提取率在20%～55%，即當(dāng)污泥施于農(nóng)田時20%～55%的重金屬可被植物吸收。

　　由以上分析表明，保定市污泥經(jīng)過殺除病害菌和蟲卵后，在使用上是安全的，且是一種綠色環(huán)保型有機(jī)肥，具有極高的開發(fā)價值。

　　2.3  污泥再利用的技術(shù)工藝路線

　　在城市生活污水水處理的污泥中，一般含水率約80％，有機(jī)質(zhì)成份含量約45～55％。我們經(jīng)過研究，選擇了合理的技術(shù)工藝路線（見圖1），利用污泥制造有機(jī)復(fù)合肥過程是將污泥經(jīng)800℃～1000℃高溫烘干，殺滅病菌、蟲卵，保存有機(jī)成份不受破壞且除去有害菌（進(jìn)行無害化處理），接入有益菌培養(yǎng)，消除污泥的臭味，增加污泥中的營養(yǎng)元素，再添加氮、磷、鉀有效成分，增加污泥中的養(yǎng)分含量，經(jīng)造粒、低溫烘干等工藝，將污泥制成具有生物活性、全營養(yǎng)、無公害的有機(jī)復(fù)合肥。從而為水處理后的污泥找到了很好的出路，并增加了污水處理廠和設(shè)備生產(chǎn)廠家的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益，使污泥變廢為寶，減少了環(huán)境污染，保護(hù)了人類賴以生存的自然環(huán)境，同時又有利于生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

　　此外，可根據(jù)實(shí)際情況，在污泥高溫烘干工藝前，增加污泥的晾曬或?qū)a工藝，高濕污泥經(jīng)晾曬或堆漚工藝可降低污泥含水率，有效的節(jié)約烘干能源，從而降低烘干成本；污泥也可直接進(jìn)入烘干機(jī)烘干，減少晾曬或堆漚的使用場地，從而節(jié)約占地面積。

　　3  污泥臭味解決方案

　　污泥未經(jīng)處理直接造肥其臭味是一個突出的問題。產(chǎn)生臭味的原因是因?yàn)槌鞘形鬯幚韽S的污泥含有部分帶有臭味的物質(zhì)，如硫化物、氨、腐胺類等，所以當(dāng)將之加工成肥料變?yōu)樯唐穪韮Υ婧褪┯脮r，仍會向四周散發(fā)臭味，繼續(xù)污染環(huán)境。這樣就大大降低了污泥肥料的商品價值，并將直接影響到肥料在市場的生存和發(fā)展，因此必須予以解決。

　　目前，對于這種臭味的去除方法主要有：化學(xué)方法、物理除臭法、生物除臭法。生物除臭是通過微生物的生理代謝將具有臭味的物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化，達(dá)到除臭的作用。前兩種方法的優(yōu)點(diǎn)是較為簡捷，其缺點(diǎn)是除臭效果不太好，且不是增加了污泥的堿度就是增加了污泥的體積。生物除臭法的優(yōu)點(diǎn)是：a 除臭效果好；b 經(jīng)過微生物除臭還可進(jìn)一步降解污泥中各種大分子元素，增加其利于植物吸收的營養(yǎng)成份；c 通過污泥除臭依靠微生物發(fā)酵產(chǎn)生的生物熱，可使污泥進(jìn)一步干燥，降低污泥烘干成本；d 這些具有除臭功能的微生物多是土壤中的有益微生物菌群，它有改良土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、改善土壤生態(tài)環(huán)境，抵抗有害微生物的功能；缺點(diǎn)是：除臭所需時間較長，占地面積大。考慮到國內(nèi)許多中小型污水處理廠沒有消化工序，產(chǎn)生的是生污泥，利用生物除臭的方法可以起到污泥消化工序的作用，所以采用生物除臭法較好。試驗(yàn)表明，利用有益微生物可清除污水處理廠中污泥的臭味，增加其利于植物吸收的營養(yǎng)成分（如：速效有機(jī)碳的含量）。同時通過污泥除臭過程中微生物發(fā)酵產(chǎn)生的生物熱，可使污泥得到進(jìn)一步干燥，降低污泥干化成本，增加污泥肥料的市場競爭力。

圖1　污泥制造有機(jī)復(fù)合肥技術(shù)工藝路線

　　4  污泥烘干有機(jī)質(zhì)損失試驗(yàn)分析

　　通過烘干試驗(yàn)（見表2），污泥經(jīng)烘干機(jī)高溫烘干，烘干前的氮含量為2.7%,磷含量為2.45％，鉀含量為0.67％，有機(jī)質(zhì)含量為43.7％，烘干后，氮損失為9.3％，有機(jī)質(zhì)損失為5.7％，其它營養(yǎng)成分變化不大，因此，污泥烘干前后營養(yǎng)成分損失不大。物料造粒后的烘干，烘干后物料的營養(yǎng)成份損失量粗蛋白減少量﹤6％，氨基酸減少量﹤2％，氮（N）減少量﹤2％，磷（P₂O₅）減少量﹤0.5％，能夠達(dá)到預(yù)期效果。

表2　污泥烘干前后營養(yǎng)成份變化測定表

　　5  污泥烘干煙氣排放的分析測試

　　污泥的高溫烘干生產(chǎn)工藝采用煙氣爐作為干燥熱源，破碎式烘干機(jī)作為烘干設(shè)備，除塵采用濕式水膜除塵系統(tǒng)，污泥的含水率為80％左右，烘干后污泥的含水率為13％，因此煙氣的主要成份為水蒸汽，又由于煙氣爐作為熱源，以煤作為燃料，在烘干過程中，產(chǎn)生少量的污泥粉塵， 因此煙氣中又含有少量的二氧化硫及粉塵。經(jīng)過環(huán)保監(jiān)測（見表3）， 2T煙氣爐排放污染物二氧化硫濃度342毫克/標(biāo)米3，煙塵濃度207毫克/標(biāo)米3，煙氣黑度小于林格曼黑度一級；1T煙氣爐排放污染物二氧化硫濃度413毫克/標(biāo)米3，煙塵濃度140毫克/標(biāo)米3，煙氣黑度小于林格曼黑度一級，各項(xiàng)結(jié)果均達(dá)到了《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GWPB3—1999，表1、2中二類區(qū)Ⅰ時段標(biāo)準(zhǔn)。

表 3　 系統(tǒng)排放廢氣監(jiān)測一覽表

　　6  大田試驗(yàn)

　　通過污泥、有機(jī)復(fù)混肥、無機(jī)復(fù)混肥分別對玉米、小麥、棉花的田間試驗(yàn)表明（見表4、表5），以污泥為唯一肥源的玉米，穗粒數(shù)增長5.1％，千粒重增長4.7％，畝產(chǎn)量增長10.1％；以有機(jī)復(fù)混肥使用效果最好，穗粒數(shù)增長11.5％，千粒重增長11.6％，畝產(chǎn)增長20.75％。以污泥為唯一肥源的小麥，穗粒數(shù)增長10.4％，千粒重增長2.15％，畝產(chǎn)量增長26.0％；以有機(jī)復(fù)混肥使用效果最好，穗粒數(shù)增長22.32％，千粒重增長4.3％，畝產(chǎn)增長44.2％；以污泥為唯一肥源的棉花，畝鈴增長率 5.1％，鈴重增長 4.7％，畝產(chǎn)量增度10.1％；以有機(jī)復(fù)混肥與無機(jī)復(fù)混肥為肥源棉花效果基本相同，但使用有機(jī)復(fù)混肥可以減少使用無機(jī)化肥，從而減少化肥對土壤的毒害作用，且有機(jī)復(fù)混肥具有有機(jī)肥的長效性，連年使用效果更佳。施用污泥后，玉米、小麥、棉花中對人類有害的各項(xiàng)重金屬符合《糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB2715—81），其在籽粒中的含量也均符合國家糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（見表6），試驗(yàn)表明：污泥作為肥料使用是安全的。因此，污水處理廠經(jīng)二級處理產(chǎn)生的生污泥經(jīng)過高溫殺菌干燥后，可以用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。控制好使用量即不會在植物中造成重金屬富積。無論是單施、還是與無機(jī)肥料、菌肥混合制成活性有機(jī)復(fù)混肥施用，對植物生長都有較顯著的促進(jìn)作用。其中以與無機(jī)復(fù)混肥制成的活性有機(jī)復(fù)混肥效果最好。它具有無機(jī)肥料、有機(jī)肥料及菌肥的綜合優(yōu)點(diǎn)，不但養(yǎng)分含量高、供肥強(qiáng)度強(qiáng)、且養(yǎng)分全面、比例合適、肥效期長、對土壤和農(nóng)作物沒有毒害作用，能夠改善土壤微生態(tài)環(huán)境、提高地力。

　　因此，將含水率約80％、有機(jī)質(zhì)成份含量約40～55％的高濕污泥，經(jīng)晾曬、堆漚然后烘干或經(jīng)800℃～1000℃直接高溫烘干，殺滅病菌、蟲卵，保存有機(jī)成份不受破壞且除去有害菌（進(jìn)行無害化處理），然后經(jīng)生物除臭，再添加氮、磷、鉀有效成分，增加污泥中的養(yǎng)分含量，經(jīng)造粒、低溫烘干等工藝，將污泥制成具有生物活性、全營養(yǎng)、無公害的有機(jī)復(fù)混肥是污泥處置的最佳出路。同時，我們成功的進(jìn)行了污泥制肥成套設(shè)備的研究與開發(fā)。目前已制成一條年產(chǎn)5000噸有機(jī)復(fù)合肥的生產(chǎn)線，并安裝運(yùn)行于保定市污水處理廠，它是一條利國利民、保護(hù)人類賴以生存的自然生態(tài)環(huán)境、提高污水處理廠的經(jīng)濟(jì)效益的有益途徑。

表4 　玉米、小麥、千粒重、重粒數(shù)比較表

表5 　棉花千粒重、重粒數(shù)比較表

表 6 　施用污泥后玉米、小麥籽粒中污染元素分析

　　7  經(jīng)濟(jì)效益、社會效益分析

　　7.1  經(jīng)濟(jì)效益分析

　　利用污泥開發(fā)制造有機(jī)復(fù)混肥，可使城市污水處理廠省去污泥的衛(wèi)生填埋或焚燒費(fèi)用，提高資源利用率（污泥填埋占用可耕地）。中科院生態(tài)環(huán)境研究中心的研究表明：每平方米城市污水處理廠污泥引起環(huán)境損失值為38元，這不包括其中的運(yùn)輸費(fèi)用。保定市污水處理廠年產(chǎn)污泥約為2.7×104m³，每年引起的環(huán)境損失值為103萬元，若將污泥加工成活性有機(jī)復(fù)混肥，年產(chǎn)量為5000噸，年創(chuàng)利潤為100多萬元，因此，利用污泥開發(fā)制造有機(jī)復(fù)混肥在經(jīng)濟(jì)上是可行的，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

　　7.2  社會效益分析

　　　　目前，我國擁有已建成及在建、擬建的污水處理廠近千家，隨著國家對環(huán)保要求的提高、人們環(huán)保意識的增強(qiáng)以及城市化進(jìn)程的加快，對污泥的處理與利用成了一個迫切需要解決的問題，污泥處理不好會造成對環(huán)境的二次污染，造成一系列的社會問題。利用污泥制造有機(jī)復(fù)合肥可使污泥化害為利，既減輕了國家對污泥處理的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，又對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生積極的推動作用，發(fā)展前景廣闊；同時，杜絕了污泥焚燒和填埋造成的二次污染，并有效地利用了資源，保護(hù)了人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)生深遠(yuǎn)地環(huán)保效益和社會效益。

　　7.3  市場前景

　　我國是一個農(nóng)業(yè)大國，對肥料需求量很大，每年都有大量的肥料需進(jìn)口才能滿足缺口，隨著優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)、綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展，無機(jī)肥料生產(chǎn)已受到了嚴(yán)重的沖擊和影響。連續(xù)、大量、單一、長期使用化學(xué)肥料會產(chǎn)生嚴(yán)重的毒副作用，它會使土壤板結(jié)，形成拮抗田，保肥、保水能力減弱，地力下降，肥力利用率低，農(nóng)作物品質(zhì)變差，自然生態(tài)環(huán)境惡化。為了實(shí)現(xiàn)2010年我國環(huán)境控制的遠(yuǎn)景目標(biāo)和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，總結(jié)國外發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)的歷史經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，結(jié)合中國國情，走生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展之路是必須的和唯一的途徑，為此，1995年農(nóng)業(yè)部開始實(shí)施“沃土計(jì)劃”，倡導(dǎo)增施有機(jī)肥，走有機(jī)、無機(jī)相結(jié)合的道路。現(xiàn)在，人們越來越認(rèn)識到，無論是園林綠地還是農(nóng)田，過度施用化肥的副作越來越大（包括一些人類至病因素，如癌類、神經(jīng)性疾病等），因此，有機(jī)復(fù)混肥和農(nóng)家肥已被人們大量施用。農(nóng)家肥是人們慣用的有機(jī)肥，但農(nóng)家肥不可避免地會摻入大量諸如：鋸末、枝葉、砂石、塵土等雜質(zhì)，從而降低其肥分含量，而且農(nóng)家肥量少，比較分散，不能形成規(guī)模，不利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，因此利用污泥生產(chǎn)的有機(jī)復(fù)合肥與農(nóng)家肥相比，具有很大優(yōu)勢。它緩解了農(nóng)民喜歡有機(jī)肥卻不愿積造有機(jī)肥，解決農(nóng)業(yè)對有機(jī)肥的需求與供應(yīng)矛盾，適合當(dāng)今肥料業(yè)的發(fā)展趨勢，并加入對土壤有得的菌種，所以利用污泥制造有機(jī)復(fù)混肥具有廣闊的市場前景。

　　8 污泥處置成套設(shè)備開發(fā)

　　以保定污水處理廠的生產(chǎn)規(guī)模為工程實(shí)例，該污水處理廠日處理污水8萬噸，平均日產(chǎn)脫水污泥60M³，根據(jù)該污水處理廠的污泥產(chǎn)量，我們設(shè)計(jì)了年處理污泥2萬噸的污泥處置生產(chǎn)線，將該廠污泥全部消化、利用。該系統(tǒng)包括污泥高溫烘干系統(tǒng)、粉碎系統(tǒng)、定量進(jìn)料及攪拌系統(tǒng)、造粒烘干系統(tǒng)、冷卻篩分包裝系統(tǒng)、除塵除臭系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。

　　8.1　生產(chǎn)線設(shè)備及規(guī)格

　　　　見表4.2.1（以年污泥處理能力20000噸的生產(chǎn)線為例）：

　　8.2　工程應(yīng)用

　　目前，該成套設(shè)備生產(chǎn)線已在保定市污水處理廠投入正式生產(chǎn)，該成套設(shè)備處理污泥能力為3t/h，每日20小時計(jì)算，日處理污泥60噸，每年處理污泥20000噸，生產(chǎn)有機(jī)復(fù)合肥5000噸。該成套設(shè)備生產(chǎn)線工藝先進(jìn)，結(jié)構(gòu)緊湊，整體性好，便于運(yùn)輸及安裝調(diào)試，自動化程度較高，減少工人勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率，增加經(jīng)濟(jì)效益。同時，該項(xiàng)目符合國家能源環(huán)保政策。

　　在此基礎(chǔ)上，我公司與保定污水處理總廠進(jìn)一步合作完善了系列化的污泥制肥成套設(shè)備，目前我公司已形成了污泥造肥生產(chǎn)線成套設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試等一整套較成熟的技術(shù)和工藝。可根據(jù)我國現(xiàn)有污水處理廠各自處理污泥量的大小，向污水處理廠推廣，建成不同規(guī)模的污泥復(fù)合肥廠，一次達(dá)到污水處理廠消除污泥二次污染的目標(biāo)。