一種處理污泥制備生物有機肥料的方法和應用

王長寧

摘 要：城鎮(zhèn)污水處理廠污泥以園林綠化、農(nóng)業(yè)利用為處置方式時，污泥采用高溫好氧發(fā)酵（堆肥）處理，因其時間短、效率高，在國內(nèi)外被普遍采用。利用國家知識產(chǎn)權(quán)局公開的《一種處理污泥制備生物有機肥料的方法及其專用發(fā)酵劑》的發(fā)明，設計了處理污泥制備生物有機肥料的項目，闡述了高溫好氧發(fā)酵（堆肥）微生物學原理、生產(chǎn)生物有機肥的工藝布置形式、專用發(fā)酵劑的特點以及工程實例。

關(guān)鍵詞：高溫好氧發(fā)酵（堆肥）；發(fā)酵劑；生物有機肥

中圖分類號 S143.6 文獻標識碼 B 文章編號 1007-7731（2013）06-63-03

污水廠污泥脫水后含水率一般在80%，不符合衛(wèi)生填埋處置的條件，垃圾填埋場不接收，甚至出現(xiàn)了污泥隨意外運的現(xiàn)象，造成了二次污染。因此，實現(xiàn)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥（以下簡稱污泥）處理處置減量化、穩(wěn)定化和無害化[2]目標迫在眉睫。中國市政工程東北設計研究總院海南分院利用了《一種處理污泥制備生物有機肥料的方法及其專用發(fā)酵劑》的發(fā)明專利技術(shù)（專利號200810117758.8）設計了《海南省城鎮(zhèn)污水處理廠?？谖勰嗑C合利用示范中心項目》，污泥處置方式為土地利用，主要生產(chǎn)符合國家泥質(zhì)標準的生物有機肥，用于土地改良、園林綠化和農(nóng)用，達到節(jié)能減排和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的目的。

1 處理污泥制備生物有機肥料的方法及其專用發(fā)酵劑

2008年12月31日國家知識產(chǎn)權(quán)局公開了一項發(fā)明專利，該發(fā)明公開了《一種處理污泥制備生物有機肥料的方法及其專用發(fā)酵劑》[1]。該發(fā)明所提供的污泥發(fā)酵劑的活性成分由枯草芽孢桿菌、嗜熱脂肪芽孢桿菌、黑曲霉、嗜熱側(cè)孢霉和釀酒酵母菌組成。該發(fā)明所提供的處理污泥制備生物有機肥料的方法是將污泥與輔料混合，再接種本發(fā)明的污泥發(fā)酵劑進行發(fā)酵，得到腐熟污泥，再向其中接入細黃鏈霉菌繼續(xù)進行培養(yǎng)，得到生物有機肥料。該發(fā)明處理污泥制備生物有機肥料的方法，技術(shù)工藝簡易，設備投資少，污泥發(fā)酵脫水、除臭、腐熟效果好，是一種污泥無害化、資源化及循環(huán)利用的實用技術(shù)。

1.1 污泥高溫好氧發(fā)酵（堆肥）的微生物學原理 在好氧條件下，進行污泥發(fā)酵的微生物作用過程可分為以下3個階段[3]：（1）發(fā)熱階段（發(fā)酵前1～3d）。堆肥堆制初期，主要由中溫（15～25℃）好氧的細菌和真菌利用堆肥中最容易分解的可溶性物質(zhì)，如淀粉、糖類等，迅速增殖，釋放出能量，使堆肥溫度不斷升高。（2）高溫階段（主要發(fā)酵、一次發(fā)酵，3～8d）。堆肥溫度上升到50℃以上，即為高溫階段。在淀粉、糖類等易分解物質(zhì)迅速分解氧化的同時，消耗了大量的氧，造成了堆肥中局部的厭氧環(huán)境。這樣，好氧性的微生物如纖維素分解氧化菌逐漸代替了中溫微生物的活動。這時，堆肥中殘留的或新形成的可溶性有機物繼續(xù)被分解轉(zhuǎn)化，一些復雜的有機物和纖維素、半纖維素等也開始得到強烈的分解。微生物的組成隨著溫度升高而發(fā)生變化，在50℃左右，主要是嗜熱性真菌和放線菌，溫度升高到60℃時，真菌幾乎完全停止活動，僅有嗜熱菌放線菌和芽孢桿菌在繼續(xù)活動，緩慢分解有機物，溫度升到70℃時，大多數(shù)嗜熱微生物已不適宜生長。高溫對污泥堆肥化而言是極為重要的，主要表現(xiàn)在3個方面：一方面，高溫對快速腐熟起著重要作用，在此階段中，堆肥內(nèi)部開始了腐殖質(zhì)的形成過程，并開始出現(xiàn)能溶于弱堿的黑色物質(zhì)。另一方面，高溫有利于殺死病原性微生物和寄生蟲卵。病原性微生物的滅活取決于溫度和接觸時間，據(jù)研究，60～70℃維持3d，可使脊髓灰質(zhì)炎病毒、病原細菌和蛔蟲卵滅活。根據(jù)長期的經(jīng)驗，一般認為，堆溫50～60℃，持續(xù)6～7d，可達到較好的殺滅蟲卵和病原菌的效果。第三方面是持續(xù)高溫還有利于污泥快速、深度脫水。（3）降溫和腐熟保肥階段（后發(fā)酵、二次發(fā)酵，需時3～5d）。經(jīng)過高溫階段的主發(fā)酵，大部分易分解有機物（包括纖維素等）已得到分解，剩下的是木質(zhì)素等較難分解的有機物以及新形成的腐殖質(zhì)。這時，微生物活動減弱，產(chǎn)熱量隨之減少，溫度逐漸下降，中溫性微生物逐漸成為優(yōu)勢種，殘余物質(zhì)進一步分解，腐殖質(zhì)繼續(xù)不斷地積累，堆肥進入腐熟階段。腐熟階段的主要問題是保存腐殖質(zhì)和氮素等植物養(yǎng)料，充分的腐熟能大大提高城鎮(zhèn)污泥堆肥肥效與質(zhì)量。為了減弱有機質(zhì)礦化作用，避免肥效損失，可采取壓緊堆肥，造成厭氧狀態(tài)的措施。

1.2 污泥好氧發(fā)酵專用微生物發(fā)酵劑 該專用發(fā)酵劑在生物菌種的研發(fā)上有了新的突破，這項獲得發(fā)明專利的污泥發(fā)酵劑是城鎮(zhèn)污泥高溫發(fā)酵、深度脫水、快速腐熟和除臭的關(guān)鍵技術(shù)。它的活性成分由枯草芽孢桿菌、嗜熱脂肪芽孢桿菌、黑曲霉、嗜熱側(cè)孢霉和釀酒酵母菌組成，具備如下優(yōu)點：由復合功能微生物菌群組成，每批物料只需要添加1次，即可滿足物料發(fā)酵過程中各個階段的菌種需求；升溫快速，第2d物料溫度即可達到60℃以上，較常規(guī)菌劑縮短10h以上；產(chǎn)熱效果好，物料發(fā)酵溫度最高可達74℃，可以快速殺滅其中的寄生蟲卵和致病菌，達到無害化目的；快速脫水，能夠在12～15d內(nèi)使物料含水率從65%降低到30%以下，較常規(guī)菌劑縮短發(fā)酵時間10d左右，達到在最短時間內(nèi)減量化的目的；快速除臭，菌劑中含有臭味吸附成分和轉(zhuǎn)化臭味物質(zhì)的微生物菌種，可以在物料堆置24h后消除臭味，達到清潔化生產(chǎn)目的。

1.3 輔助填充料 輔助填充料簡稱輔料。利用礱糠、谷糠、秸稈等材料作為高溫好氧發(fā)酵添加的輔助填充料，起到通氣和降低含水率等作用，有利于微生物氧化分解有機物。

2 生產(chǎn)方式

城鎮(zhèn)污泥土地利用最大的障礙在于城鎮(zhèn)污泥中含有重金屬的問題。農(nóng)業(yè)部和建設部等國家主管部門對城鎮(zhèn)污泥及肥料產(chǎn)品中重金屬含量有著明確的規(guī)定：農(nóng)用污泥中污染物控制標準（GB4284-84）；復合微生物肥料（NY/T789-2004）；城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)（GB/T23486-2009）；城鎮(zhèn)污水廠污泥處置土地改良用泥質(zhì)（GB/T24600-2009）；城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農(nóng)用泥質(zhì)（CJ/T309-2009）等等。對于重金屬含量超過標準規(guī)定含量時，要堅決杜絕應用于農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中。而對于各項指標均達標的城鎮(zhèn)污泥及其肥料產(chǎn)品，是可以安全放心地應用于農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)的。筆者僅就重金屬含量不超過標準規(guī)定含量的污泥制備有機肥進行論述，重金屬含量超過標準的污泥處理另撰文介紹。

對于符合國家相關(guān)安全指標的污泥進行穩(wěn)定化、無害化、資源化處理處置方法，可采取高溫好氧發(fā)酵（堆肥）處理，制成系列生物有機肥，進而實現(xiàn)資源化土地利用。

3 工藝流程

制備生物有機肥料由2個連續(xù)的工藝過程組成，第一過程為高溫好氧發(fā)酵（堆肥），其工藝流程如圖1。需添加適量的各類有機、無機輔料、專用發(fā)酵菌劑等成分，經(jīng)過攪拌、堆置、發(fā)酵、翻堆及攤涼堆存等一系列工藝過程后，完成好氧發(fā)酵處理，得到發(fā)酵腐熟的物料。第二過程為制肥過程，其工藝流程如圖2。對第一過程形成的有機肥底料進行必要的養(yǎng)分等參數(shù)的檢測后，根據(jù)用途，有的需要對養(yǎng)分進行平衡添加無機肥原料；有的還需要添加細黃鏈霉菌等特殊功能的有機添加料，均勻攪拌后進入制肥各工序，生產(chǎn)出符合綠化園林、農(nóng)用生物有機肥料。

4 工程實例

以《海南省城鎮(zhèn)污水處理廠?？谖勰嗑C合利用示范中心項目》12萬t/a污泥處理廠為例，介紹污泥制備生物有機肥料的工程設計實例。其工藝流程同圖1、圖2。該項目設計為3層的立體廠房，污泥發(fā)酵、制肥全在1個廠房內(nèi)完成。污泥從地面運進，地面高程與廠房2層相同。1層為制肥區(qū)和成品庫，2層和3層均為發(fā)酵區(qū)。主要設計數(shù)據(jù)如下：

4.1 廠房 設計為3層廠房，平面尺寸為128.40m×113.40m。廠房1層包括污泥儲庫、攪拌區(qū)、污泥肥料堆放間、料倉、制肥車間、變壓器室及配電間，廠房2層包括輔料、專用發(fā)酵劑庫區(qū)、生物堆肥發(fā)酵車間、生物除臭系統(tǒng)，廠房3層為生物堆肥發(fā)酵車間。

4.2 污泥儲庫 設污泥儲庫1座，用于儲存專用儲運車輛送來的經(jīng)檢測后的各地城鎮(zhèn)污泥，污泥儲庫的平面尺寸為97.50m×15m，有效深度為5.0m，總?cè)莘e為7 313m3。污泥儲庫采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。設置儲泥庫進泥口5個，其參數(shù)B×L為3.2m×2.6m，卷簾門的功率N=3.0kW。污泥儲庫內(nèi)設出泥口5個，B×H為0.50m×0.80m，在每個出口上設置1個閘門， B×H為0.50m×0.80m，電機功率N=0.75kW。

4.3 混合攪拌區(qū) 混合攪拌區(qū)在污泥儲庫和倉庫之間的區(qū)域，其主要功能是把污泥與專用發(fā)酵劑、輔料進行攪拌混合，使含水率≤80%的污泥混合為含水率≤65%的混合料。該區(qū)平面尺寸為113.40m×7.50m，層高為5.80m?；旌蠑嚢鑵^(qū)內(nèi)設置：物料集中分配器5臺，電機功率為1.50kW；物料混合攪拌分配器5臺，電機功率為1.50kW；雙軸攪拌機5臺，其單臺電機功率為9.00kW；皮帶運輸機5臺，參數(shù)為B=800mm，N=5.50kW；設電動起重機1臺，起重量為5t。

4.4 發(fā)酵車間 發(fā)酵車間在廠房的2、3層，設計規(guī)模為12萬t/a，為條垛式堆肥系統(tǒng)。堆置在發(fā)酵槽中的混合物料在專用發(fā)酵菌劑的作用下（時間大約16～24h），使混合物料溫度上升至50℃。此時，用鏈板式電動翻堆機對混合物料進行首次翻堆，用鼓風機對翻堆的混合物料通風。一般每48h翻堆1次。經(jīng)過12～15d的堆置發(fā)酵過程使其含水率降至30%。

4.5 有機肥生產(chǎn)車間 為了把污泥混合物料生產(chǎn)成生物有機肥，在綜合廠房的1層北側(cè)建設有機肥車間，平面尺寸為37.50m×37.50m，層高為7.20m。生物有機肥車間生產(chǎn)能力為4萬t/a。

5 結(jié)論

筆者介紹了國家知識產(chǎn)權(quán)局公布的發(fā)明專利《一種處理污泥制備生物有機肥料的方法及其專用發(fā)酵劑》運用于工程的實例，分析了其基本原理及生物有機肥料的生產(chǎn)工藝過程。該項技術(shù)簡單、實用，是實現(xiàn)污水處理廠污泥處理處置和綜合利用、節(jié)能減排和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的有益途徑。

參考文獻

[1]海南農(nóng)豐寶肥料有限公司. 一種處理污泥制備生物有機肥料的方法及其專用發(fā)酵劑[P]. 中國：200810117758.8，2008-12-31.

[2]中國人民共和國環(huán)境保護部. 城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策（試行）[Z]. 建城[200923]號，2009-02-18.

[3]王國惠. 環(huán)境工程微生物學[M]. 北京：科學出版社，2011： 296-297.

（責編：徐世紅）