城镇污水处理厂污泥堆肥处理技术及工程实践

城镇污水处理厂污泥堆肥处理技术及工程实践内容摘要：

保生物科技有限公司负责运营。 这一项目污泥处理量 30m3/d，辅料选用菇渣和稻壳，采用阳光棚发酵槽堆肥工艺，发酵槽使用搅拌式翻堆机。 为提高污泥堆肥的肥效和商品性，提高经济效益，配合建有加工制肥生产线 1 条，可年产有机 — 无机复混肥 1 万吨。 产品为 NPK 总养分 15～ 20%的系列有机 — 无机复混肥，主要用于小麦、水稻、油菜等大田作物，苗圃、草坪等园林绿 化。 利用污泥生产高效有机复合肥技术及装置 20200728 09:28 沃土黑桃 K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。 其具体生产工艺在客户需要时可作进一步说明。 生产流程示意如下： 利用城市生活污水污泥生产复合肥料，直观认为 污泥养分高，特别是有机质含量高达 40%以上。 经干燥粉碎或堆积发酵处理后，按养分要求配比添加化肥，搅拌后冷挤压制粒。 这套工艺应用范围很广，其致命缺陷是忽视了消化污泥的不溶解性以及由此造成的高养分难以释放。 污泥是由微细颗粒组成，水份低于30%后就会自然硬化，加之聚丙烯酰胺絮凝剂的包复作用，使得污泥溶解度很差，施入土壤无异于掺沙，不仅无益，反而有害；对于厌氧消化污泥来讲，厌氧发酵→ 好氧环境 → 杂菌感染，这是导致污泥肥料施入土壤后霉变的要原因。 污泥处理的关键技术是软化工艺。 采用物理的、生物的方式综合加工，实践证 明是有效的。 从技术经济学角度分析，污泥加工成本受到市场与污泥最小成本的双重制约，单一的技术工艺是无法满足这一条件的。 根据国内外污泥处理技术文献看，或者是处理技术过于简单，例如烘干工艺，无法达到释放养分要求；或者是处理技术成本过高，市场竞争能力差 山西沃土的污泥资源化利用方案为：取消污泥消化系统，以污泥好氧发酵替代厌氧消化处理。 即保留污泥浓缩池、贮泥池、脱水机房等设施，不再建设消化池、污泥分配塔、沼气柜和沼气锅炉房等设施，代之以太阳能浓缩发酵装置和沃土肥料自动化生产线。 剩余污泥经浓缩池、贮泥 池至脱水机房，脱水后送至预处理工段，加入膨胀材料和重金属钝化材料并接入 VT 菌，经太阳能浓缩发酵槽发酵脱水后进入后续制肥工艺。 该方案的主要技术包括：生物高氮源发酵技术、 天然脱水剂成比例置换高分子絮凝剂（聚丙烯酰胺）技术、重金属钝化技术 、 VT 菌二次接种技术、热喷造粒技术等。 生物高氮源发酵技术成功地解决了高氨环境下的微生物活性难题，是山西沃土的核心技术之一。 天然脱水剂成比例置换高分子絮凝剂技术是山西沃土独立开发的用于污泥利用的专项技术；用天然脱水剂部分替代聚丙烯酰胺（约为1/3～ 1/2），变絮凝为半絮 凝，以缓解城市污水污泥在絮凝过程中形成的不溶解缺陷，减少聚丙烯酰胺的毒性作用；同时，使用该项技术预计可使污水处理厂每年节省药剂费约 1/3。 加入膨胀材料和重金属钝化材料是为了进一步降低聚丙烯酰胺的不溶解性和重金属活性。 接入沃土 VT菌，利用堆积发酵工艺，进一步软化污泥，增加腐殖质。 最后经高温、高压热喷膨化造粒，再二次接菌，完成三维复合。 城市污水污泥经以上工艺处理后，其中的病原菌消失、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、无毒化程度、溶解度、养分平衡等都得到了很大改善；接入的 有益微生物菌群（ VT 菌）可进一步活化平衡养分，利用微生物的自然繁殖实现植物对养分的同步吸收。 其氮、磷、钾总养分大于 10%，有机质含量大于 50%，重金属含量低于农业部标准。 中国农业大学和陕西省土肥所试验、试种对比证实，其综合肥效大大优于农家肥和等养分化肥，是一种高效、优质、安全的生态环保型肥料。 发酵槽中污泥的反应时间为 3～ 5d，堆温可以在 60℃ 以上保持 3d，有效杀灭病原微生物和蛔虫卵。 通过滚动翻堆和鼓风可以高效地去除水分，使出料达到后续制肥工艺的要求。 在对污泥进行无害化处理的同时，又大幅度降低了污泥含水 率，是一种高效的污泥预处理装置，可广泛用于各种（城市）污水处理厂的剩余污泥的处置。 3 主要设备 沃土肥料自动化生产线是山西沃土自主开发的有机肥生产成套设备，该工程方案具有较强的科学性、合理性和经济性。 所选主机均属国内最先进设备，同时可降低加工成本和维修费用。 热喷机、混合机、成型机等设备以及自动化控制系统和辅助设备均以可靠性和经济性相结合为原则确定。 该工艺主要由原料太阳能浓缩发酵工段、辅料接收工段、烘干粉碎工段、配料混合工段、造粒筛分工段、干燥冷却工段、成品包装工段等组成。 （ 1）概述 该 肥料加工成套设备主要是通过热喷加工技术生产三维复合肥。 加工工艺流程图略。 （ 2）主要技术经济指标 生产能力： 12020 t／ a（ ／ h），一年按 320 天，每天 16 小时计算。 装机容量： 273KW，主车间占地面积： 884m2。 （ 3）成套设备组成 成套设备主要由原料发酵系统、配料系统、混合系统、热喷系统、冷却系统、筛分系统、喷菌、扑粉、整粒系统、干燥系统、计量包装系统等组成。 5 沃土肥料田间施用效果 为了检验沃土黑桃 K的属性、增产效应及作物品质影响程度，并为产品推广提供试验示范基地， 2020 年在葡萄、棉花、辣椒、草坪、月季上开展了大田试验。 仅以葡萄和棉花为例说明。 黑桃 K在葡萄上的施肥效果 （ 1）试验地点：陕西省扶风县绛帐镇新集村 （ 2）试验处理：供试葡萄园已种植 12年，挂果 10 年，品种为巨蜂，有灌溉条件，栽培密度 750 株／亩，试验地面积 亩，历年产量 2020～ 3500 Kg／亩，管理技术和产量水平在当地属中等水平。 共设 5 个处理，为重复三次，每小区 20 株 , 肥料穴状沟施，各个处理纯 氮磷钾养分用量相同。 （ 3）试验结果：见表 2。 沃土黑桃 K有机肥在葡萄上试验初步结果表明 ,与等量 NPK 的化肥和农民习惯施肥相比较，能一定不同程度的提高了葡萄的品质，表现为葡萄 Vc 含量、还原糖、可溶性固形物含量均有不同程度提高，总酸度降低，口感更好。 硝酸盐含量降低，有利于消费者身体健康，因此品质提高了。 且成熟期提前 3～ 7 天，提高商品价值。 黑桃 K在棉花上的施肥效果 （ 1）试验地点：陕西省扶风县建和乡周家村。 （ 2）试验处理：直播种植 ,密度 2500 株／亩，小区面积 30m2，五个处理各 三次重复，除农民习惯施肥外各处理 N、 P2O K2O 含量一致，均为纯 N20kg／亩、纯 P2O510kg／亩、纯 K2O20kg／亩。 （ 3）试验结果：见表 3。 由上表可见，无论蕾期还是花铃期，沃土黑桃 K对棉花株高的影响效果都与等量 NPK 化肥相当，但明显优于农民习惯施肥。 而随着棉花生长，到花铃期，从分枝数和棉桃数来看，沃土黑桃 K的效果总体上优于 NPK化肥和农民习惯施肥。 6 污泥中重金属的危害及控制 污泥中的重金属一直是污泥利用中的一大障碍，为此世界各国均针对此开展了大量研究及政策制定。 污泥中涉及到 的重金属主要有 7种，分别为：铜、铅、锌、汞、砷、镉、铬。 主要国家污泥农用的重金属控制标准见下表，反映出中国国内的重金属控制标准均高于许多其它国家。 统计近年来我国主要城市污泥中的重金属含量发现，除了锌元素普遍超标以外，其它所有重金属指标均远低于国家标准。 而锌含量出主要与国内污水管道采用镀锌管有直接联系。 山西太原杨家堡污水处理厂作为山西沃土的示范厂，其污泥重金属含量也表现出相同规律（表 6），即只有锌超标的情形。 另外从北京高碑店污水处理厂近 20年来的纵向变化（表 7），我们也看出污泥中重金属下降的 趋势，而且下降趋势十分明显。 污泥中重金属下降的原因主要有以下几点： （ 1）国家环境保护政策的逐步深入和落实，一些有污染的工业自身必须建立污水处理设施，以达到排放标准，另外一些高污染的企业则向农村或偏远地区扩散； （ 2）城市工业污水比例下降，而生活污水比例则随之上升； （ 3）一些污水处理厂一开始就面向生活污水来源，没有工业污水介入。 然而重金属的危害毕竟是长期的、潜在的，如果不给以足够的重视，势必造成严重的二次污染。 污泥重金属的全面解决方案有赖于如下几点的逐步认识和落实： （ 1）制定 污泥农用的科学标准，包括针对不同土壤、作物的单季施用量、使用时间以及不同重金属元素的负荷； （ 2）建立污泥农用的监督监测机制； （ 3）鼓励开发适合污泥特点的堆肥技术及装置； （ 4）鼓励开发污泥复合肥，大大减少污泥直接施用量，增强土壤自然稀释能力； （ 5）鼓励开发成本低、效果明显的重金属钝化及吸附技术。 7 投资与效益分析 以日处理 15万吨污水的中型污水处理厂为例，每天处理含水率为 50%污泥 40m3，年产沃土肥料及营养土 2 万吨。 其中沃土黑桃 K 12020t，沃土高效营养土 8000t。 根据可研报告分析，该项目总投资 万元，其中固定资产投资为 万元，流动资金投资 万元。 该项目达产后，正常年销售收入 万元，总成本费用估算为 万元，年利润 万元。 以上计算未包括采用山西沃土方案而节省污水处理厂污泥的处理处置建设与运营成本。 其中与消化污泥工艺建设投资相比，工程费用节余 1000 万元，泥系运营费用节省 450 万元／年，污泥填埋处置费用 80 万元／年。 共计降低成本 1530 万元。 一、基本原理 山西沃土采用一套污泥 处理处置利用的新工艺和新方法，基本依据生物发酵、复合营养及土壤健康的理论及原理。 具体过程包括：第一步通过污泥软化技术，变完全絮凝为半絮凝，缓解城市生活污水污泥在絮凝过程中形成的不溶解缺陷；第二步利用堆积发酵工艺，加人磷酸溶解性材料和重金属钝化材料，接入沃土搏力（起爆剂）、 VT 菌，进一步软化污泥，释放有效养分；第三步经高温、高压热喷膨化造粒，二次接菌，达到有机－无机－微生物三维复合。 二、技术关键 包括生物高氮源发酵技术、高效微生物菌剂制备及驯化技术、天然脱水剂成比例置换聚丙烯酰胺技术、磷 酸中和软化与重金属钝化技术、 VT 菌喷涂接种技术、热喷造粒技术等 污泥堆肥腐熟度检测评价 20200807 09:13 污泥堆肥产品必须腐熟，若腐熟不完全就施于农田则易造成根部缺氧腐烂，并释放出有毒物质，且增加土壤中某些重金属离子的溶解性。 当前国内深圳、无锡等地已建立了几家污泥堆肥厂，因此建立污泥堆肥腐熟度评价标准既是保证农田安全使用的需要，也是堆肥工艺改进、产品市场化的客观要求。 1 单项检测参数 同济大学李国建探讨了堆肥过程中耗氧速率的基金顷目：上海市科学技术发晨基金重点项目测定，指出用 耗氧速率容易区分开一次发酵期和二次发酵期，将其作为腐熟度指标具有定量化的优点。 堆肥腐熟度评价指标分为三类：物理学指标、化学指标和生物学指标。 物理学指标包括温度、气味、颜色；化学指标包括化学需氧量、挥发性固体含量、易降解有机质、腐殖质物质的变化、 C／ N 等；生物学指标包括微生物活性测试和发芽试验。 物理学指标易于定性描述堆肥过程所处的状态，因此可作为试验的经验判断，但用作评价则缺乏可比性，因此寻找合适的化学指标评价腐熟度是众多研究者所努力的方向之一，这方面的研究比较广泛深入。 同时为了检验堆肥对植物的毒性，常用堆料 中微生物活性的变化及对植物生长的影响来评价堆肥腐熟度，这就是所谓的生物学指标。 国外关于腐熟度的检测有一些商业检测方法，比较著名的有 Solvita 测试法、Dewar 自热测试法。 Solvita 测试法：该测试法由美国 Woods End 研究实验室提出并申请了专利，已广泛应用了二十几年，有十三个国家采用了该方法，瑞典、丹麦、西班牙、挪威已经将该方法作为官方测试方法 [2]。 该测试方法以现代凝胶技术为基础，操作简易、快速，可在 4h 内得出结论。 将样品放入密闭小杯中并防入一个信号器，该信号器能反映 CO2 的存在 （通过颜色），对照颜色表可得出结论，颜色对照表从 1（生堆料）到 8（腐熟堆肥）变化，读数越大则腐熟程度越好。 Dewar 自热测试法：基于最初欧洲的自热测试标准方法，由 Woods End 实验室总结整理。 先调节测试样品的水分，然后插入一支温度计，温度计距瓶底大约5cm。 样品放入一个绝热真空瓶中，这样置于室温至少 5d，但不超过 10d，并测试每天的最高温度，其结果即为腐熟过程的最高升温。 该方法的缺点是测试结果只能区分腐熟和不腐熟，时间较长，但比较直观，具有很强的操作性。 测试结果分为 IV 五个等级来评价。 此外 还有其他测试方法，例如 CO2 探管测试法等。 2 综合评价指标 由于单项评价参数难以准确评价污泥堆肥腐熟度，所以必须选择几项适当合理的测试参数综合评价污泥堆肥腐熟指标。 中国农业大学李国学提出用化学和生物学参数相结合来评价堆肥腐熟度； Frost Donna Iannotti、 L Wu 等认为腐熟度的检测应该包括腐熟程度的检测和稳定程度的检测，腐熟程度的检测主要侧重于堆肥产品后续使用对植物的影响，如水芹植物毒性 有机肥、生物有机肥、生物肥的区别 20200807 09:32 一、按照农。