我国污泥堆肥相关技术研究进展

我国城镇污水厂建设普遍存在“重水轻泥”现象，导致大量污泥不能进行稳定化、无害化和资源化处理处置，我国污泥处理处置和生态环境将面临严峻挑战。简要介绍了我国污泥处理处置现状，着重就污泥堆肥相关技术进行介绍，并对污泥堆肥技术的发展方向作简要探讨。

2015年4月2日，国务院正式发布《水污染防治行动计划》，亦称“水十条”，其中该计划明确了推进污水处理设施产生污泥处理处置的意见，并指出污泥应进行稳定化、无害化和资源化处理处置，禁止处理处置不达标的污泥进入耕地，地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90%以上。在当前我国水环境非常严峻的背景下，出台该行动计划，将加大水污染防治力度，进一步提升污泥处理处置水平。另外，从《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》数据上分析，目前我国污泥处理处置率低，任务艰巨，实现污泥的减量化、稳定化、资源化迫在眉睫。近年来国内专家学者从污泥成分、产品出路、技术法规和相关政策等方面对污泥处理处置进行了归纳分析和探讨，本研究将主要从污泥堆肥相关技术方面介绍，以期为我国污泥处理处置相关研究提供一定的参考。

1 我国污泥处理处置现状简述

污泥是在污水进行处理之后所产生的(半)固态的物质，其中除含有水、氮、磷、钾等成分外，还含有大量病原微生物、重金属等有害有机物质。我国污泥处置目标不确定，投资不足，污泥在污水处理厂内未能实现稳定化处理，易在运输和处置环节出现二次污染隐患。目前我国剩余污泥处理处置工程量庞大，统计数据显示，目前污泥处理处置方式中，土地填埋占60%-65%，发酵堆肥加农用占10%-15%，污泥自然干化综合利用占4%-6%，污泥焚烧占2%-3%，露天堆放和外运占15%-20%，而现实环境中，绝大部分属于土地填埋、露天堆放和外运的污泥随意处置，真正实现安全处置的比例不超过20%。

2 我国污泥处理处置技术存在的主要问题

国内对于剩余污泥的处理处置技术研究起步较晚，在技术方面仍然很落后。已有的污泥处理处置工艺多采用国外技术，主要包括污泥浓缩、污泥稳定、污泥脱水、污泥干化焚烧、污泥卫生填埋、土地利用及其他污泥处置方法。分析我国现行污泥处理处置方式，不难发现，存在的主要问题是污泥处理处置技术尚未完全成熟，污泥高效综合利用效率偏低。即使目前开发投入使用的一些新的污泥处理技术，如“机械预浓缩—化学调理—隔膜压滤”的工艺、“泥水一体化”工艺等最终污泥处置方式仍然以填埋、做营养土或建筑材料等。然而污泥以填埋的方式进行处理通常不能达到无害化的要求，由于大多数的污泥填埋场是露天的，在有地表流水的情况下，没有经过无害化与稳定化的污泥很容易变成未处理前的形态，造成对环境比较大的污染隐患。此外，目前常见的污泥干化技术、焚烧技术等存在臭味难控制、占地面积大等问题。

3 污泥堆肥相关技术

根据微生物对氧气的需求，通常将污泥堆肥处理方法划分为好氧堆肥发酵和厌氧堆肥发酵。而好氧堆肥发酵又可以分为3种类型：条垛式发酵、槽式发酵、反应器发酵。条垛式工艺仅采用机械翻抛，充氧效果差，发酵时间长，发酵成品质量差。反应器发酵处理量较小，实际应用受限，工程应用案例少见。近年来，国内科研人员对污泥好氧堆肥工艺研究较多，且在实际工程应用中效果良好，比如桂厚瑛等研究开发的阳光棚开放槽污泥堆肥好氧发酵工艺和万若(北京)环境工程技术有限公司采用的ENS污泥堆肥工艺等。本研究就近年来在污泥堆肥相关技术上的研究作一概述。

3.1 调理剂在污泥堆肥中的应用

污泥堆肥化实质上是污泥中有机物在微生物的作用下，通过一系列生化反应实现有机物的转化和稳定化。自然环境条件下，堆肥周期长，效果差，容易导致大量氮损失等，添加调理剂可以很好地改善传统堆肥方法的不足。张晶等开展了利用稻草、木屑和麸皮作为调理剂进行室内城市污泥堆肥模拟试验的研究，结果发现白腐真菌能够提高堆体的温度、真菌数量、纤维素酶和半纤维素酶活性水平，降低氮素损失，促进硝态氮累积，全面提高堆体有效N、P、K含量。研究发现调理剂添加量对污泥堆肥过程温度和氧气变化也会产生影响，马闯等研究了不同锯末调理剂添加量对污泥堆肥过程中温度和氧气变化的影响，结果表明，污泥和锯末以质量比3.5：1或4:1的比例可以进一步提高堆体升温速率，缩短达到高温好氧发酵所需温度的时间，延长堆体维持高温的天数。另外，调理剂粒径对污泥堆肥影响同样不容忽视。吴传栋等研究发现，新型可循环LWK调理剂的平均粒径为30.8mm时，调理剂能够明显降低污泥堆体的氮素损失。在堆肥化过程中，氨挥发是高温好氧堆肥过程中氮素损失的主要途径，研究发现以沸石作为调理剂可以显著降低氨挥发累积速率。

3.2 污泥堆肥过程中臭气的控制

污泥堆肥过程中释放的恶臭气体已成为制约堆肥无害化生产的主要因素。恶臭气体来源于堆肥过程中产生的挥发性有机物，包括含硫化合物、含氮化合物和挥发性脂肪酸，组分复杂，消除这些气体较为困难。研究发现污泥成分及理化性质差异会影响堆肥过程中臭气的产生和排放，比如碳氮比、pH值、含水率、颗粒度、有机质含量和微生物含量等。研究人员开展了对污泥堆肥过程中氨气排放特征的研究。钟佳等通过原位观测，研究了不同条件下机械翻堆条垛污泥堆肥过程中氨气的排放特征，结果表明强制通风+机械翻堆条垛工艺(ATP)条件下氨气排放因子略低于机械翻堆条垛工艺，并认为ATP是一种环境友好的污泥堆肥工艺。赵晨阳等研究了连续流强制通风槽式污泥堆肥工艺的氨气排放特征，结果发现较低的碳氮比虽小幅增加了氨气的排放量，却有助于减少总氮损失(试验组16.1%，对照组21.8%)，并且采用“初期降低，末期升高”的通风方式，可以减少氨气累积排放量(试验组66.86 g/m2，对照组72.04 g/m2)。

目前有关污泥堆肥过程中臭气处理方法主要有物理方法、化学方法和生化方法，其中生化除臭方法具有效率高、成本低和环保等优势，成为近年来发展较快、应用较广的主要工艺。韩萌在研究蚯蚓堆肥处理污泥工艺中，探讨了以蚯蚓粪为主要填料的生物过滤器去除堆肥臭气的可行性，分别研究了容积负荷、载气类型、填料组成、温度等工艺条件对生物过滤器处理性能的影响，当在最适技术参数条件下，氨气去除率可达到100%，生物过滤器能够有效去除氨气。陈益清等考察了菌剂挂膜、活性污泥挂膜和自然挂膜形成的生物滴滤塔对H2S去除的影响，结果表明采用活性污泥挂膜形成的生物滴滤塔处理H2S的能力比菌剂挂膜和自然挂膜的高，硫的转化率高达60%。另外对原有生物除臭滤池填料的升级和改造，也是研究人员关注的问题，如果出现生物除臭滤池填料老化，会影响实际除臭效果。深圳深南电环保有限公司将原先生物滤池除臭系统中的树皮填料更换为炭质生物媒填料，恶臭气体净化彻底，极大地改善了周边环境空气质量。

3.3 污泥堆肥过程中重金属形态变化的研究

污泥来源不同，重金属成分及含量差别较大，污泥中的重金属问题一直是污泥堆肥产品农用的主要因素之一，研究污泥堆肥过程中重金属形态及其生物迁移规律具有重要意义。诸多研究发现污泥堆肥过程中，一些重金属总量和化学形态结构发生明显改变，其可交换态比例会减少，生物有效性降低，比如重金属Cd，但也有与之相反的研究结果，孙西宁等发现除Cd外，经过堆肥化处理后所有重金属的有效态含量均呈下降趋势。造成这种结果上的差异，很有可能是由不同研究人员所采用的原料及堆肥工艺所致。另外王社平等以不同种类及不同比例的调理剂处理后形成的污泥堆肥成品为材料，采用顺序提取法分析堆肥、种植小白菜前后重金属形态的变化，研究表明污泥经过堆肥处理后，堆料中重金属Cu、Zn的X-(KNO3 + H2O)态含量降低，能达到重金属钝化的目的，减少生物毒性。文献提及X-分布为KNO3、H2O、NaOH、EDTA、HNO3提取态或残渣态(Residual);Sposito浸提法认为X-KNO3态和X- H2O态为植物最易吸收的形态，称之为生物有效态，故原引用文献的作者将其合为X-(KNO3 + H2O)态。尽管研究表明，经过污泥堆肥工艺后，污泥中重金属含量降低，并能够符合相关控制标准，但是连续过量利用这种污泥，势必造成重金属在土壤中的累积和植物体的富集。

3.4 发展中的污泥堆肥新技术

污泥厌氧堆肥通常运行周期长，实际应用同样受限，研究人员开发了微生物燃料电池型厌氧堆肥技术，利用生物产电加速污泥有机物利用，且效果明显。杨文卿等采用自制的好厌氧堆肥综合反应器系统进行污泥厌氧堆肥实验，可以在21d内完成一个堆肥周期，且堆肥过程各指标变化规律性强，堆肥效果稳定。

北京绿源科创环境技术有限公司联合中国科学院于2013年研发出超高温污泥好氧发酵技术，与普通高温好氧堆肥工艺相比，超高温污泥好氧发酵技术优势明显，二者比较见表1。超高温好氧发酵堆肥技术可以实现堆体持续超高温发酵，达到深度污泥稳定化和无害化目的，极大地提高污泥发酵质量和效率，这对于好氧发酵技术在污泥处置上的推广应用具有极为重要的现实意义。

4 展望

长期以来，我国农田大量施用化肥，土壤酸化板结问题突出，通过施用有机肥，可以不断改良土壤。今后对有机肥的需求量将会不断增大，经污泥堆肥技术处理的有机肥，如果能够符合土地利用的要求，那么对于污泥资源化利用来说，无疑是一种理想的选择。因此，要进一步提高污泥堆肥的产品质量，解决污泥中重金属、臭气等问题。要全面实现污泥的稳定化、无害化和资源化处理处置，今后还有很长的路要走。就污泥堆肥技术而言，尽管我国开展了许多相关研究，并在实际工程应用中取得一定成果，但是仍然存在一些问题，比如污泥堆肥产品的质量及出路问题。国外城市污泥土地利用的比例均在不断提高，而我国因加工成本较高、溢价能力有限，以及管理部门的谨慎态度，使得城市污泥在土地利用上受到一定的限制。随着污泥堆肥相关技术研究的深入以及国际交流合作的推进，将逐步改善现有堆肥方法的不足或提高堆肥产品的质量，彻底解除目前堆肥过程中存在的难题。同时，通过管理部门出台污泥土地利用相关法律法规，消除污泥产品对公众的担忧，积极引导污泥堆肥产品进入土地利用，开辟资源循环利用新道路。

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