Civil Engineering Technologies
污水处理厂污泥生物堆肥技术
□ 中国科学院地理科学与资源研究所环境修复中心 陈同斌 郑国砥 高定
国家政策
城镇污泥的出路问题已成为制约我国城镇污水处理行业健康发展的“瓶颈”。污泥的随意倾到、堆放和填埋，已经造成二次污染。２００９年２月，住房和城乡建设部、环境保护部和科学技术部三部门联合发布了《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）》。在该文件中明确规定鼓励符合标准的污泥进行土地利用。相对于填埋、焚烧，污泥生物堆肥处理后土地利用可充分利用其有机质和Ｎ、Ｐ等营养元素，是适合我国国情的处置方式。但受处理技术、认识水平和心理因素、政策法规、产品出路等问题的困扰，在污泥生物堆肥（生物干化）处理技术选择和产业化过程中仍面临一些困扰和疑惑。
污泥，则可以把堆肥发酵过程设计为生物干化工艺，主要关注如何通过高温发酵过程降低污泥中的水分，而不必太多关注生物灭活问题。根据我们的经验，生物堆肥过程的工艺调试也是工程运行效果好坏的关键因素。
５、选择工艺方案是要充分考虑环保、运行成本、占地面积和能耗等技术和经济指标的要求。动态堆肥等传统堆肥工艺容易存在恶臭污染问题，而且能耗和运行成本较高，占地面积较大，工艺不稳定（尤其是冬季低温时难以进行正常的堆肥），因此不太适合于在城郊进行大规模的污泥处理。
技术比较
技术选择原则
在我国，污泥处置所面临的问题主要集中在两个方面：一是技术可行性，二是经济合理性。污泥生物堆肥处理的技术选择上应遵循以下原则：
１、重视工艺和设备的成熟性和稳定性。许多人把生物堆肥技术看得过于简单，不重视技术工艺和设备的选择，错误地认为采用简单、原始的堆肥技术就可以解决连续、大量产生的污泥问题。污泥具有含水量高、不易通气等特性，其堆肥处理的技术难度较其他废弃物要大得多。因此，选择的工艺技术必须要成熟、稳定、可靠，要能够满足周年（尤其是冬季低温时）连续处理污泥的要求。
２、工艺方案和工程设计要考虑污泥的最终处置出路问题。如考虑用作肥料或基质，则必满足杀灭病原菌、杂草种子和物料腐熟等要求；如进行生物干化后焚烧或用作垃圾填埋场覆盖土，则主要考虑脱除污泥的水分和减量化问题，而不需考虑有机质腐熟和病原菌灭活问题，因此可以缩短发酵时间。
３、生物堆肥、生物干化过程应进行实时在线监测和自动控制，以实时自动优化污泥的生物发酵过程，控制恶臭气体的产生，减少人工操作，减低操作难度，提高工程运行的稳定性和可靠性。
４、堆肥发酵工艺必须与设备相配套，不同处理工段之间也要相互匹配，尽量实现机械化作业，而且要重视工艺设备的安装调试工作。对于有害物质含量不超标的污泥，可经过堆肥发酵处理达到无害化要求之后进行农林业等土地利用；对于重金属超标的
目前，我国已经投入运行的污泥处理处置工程案例较少，对不同技术路线之间进行经济性比较还较困难。根据我们１９９３年以来的技术研发和工程经验，对各种污泥堆肥处理工艺优缺点总结如下：
从厌氧堆肥、动态堆肥和强制通风静态垛堆肥三种方式比较看，厌氧堆肥生产周期长、易产生恶臭。动态堆肥需要复杂的设计、施工技术和熟练的操作人员，基础投资和运转成本较高。污泥生物堆肥处理宜采用好氧高温静态式堆肥工艺。
好氧高温堆肥可分为两个阶段：主发酵阶段和后熟阶段。经过主发酵阶段后，堆肥物料中大部分易降解有机物已被微生物降解。但还有少部分易降解有机物存在，因此如果对堆肥产品的质量要求较高，则还需进行后熟发酵使其进一步腐熟。
目前，用于污泥生物堆肥处理的发酵工艺主要有三种：机械翻堆工艺、强制通风静态堆肥工艺、智能化自动控制堆肥工艺。
１、机械翻堆工艺。采用专门的翻堆机械，定时对堆体进行翻堆，以补充发酵过程对氧气的需求。这种发酵方式的优点是，物料容易均匀，操作相对简单。严格地说，这种发酵只是一种准好氧发酵过程，大部分发酵时间内堆体都存在氧气供应不充分的问题，因此其微生物活性低，容易产生臭味和孳生蚊蝇，有机质降解速度慢；翻堆过程中会导致堆体温度迅速降到室温，因此在堆肥过程中不能维持堆体的持续高温，难以保证杀灭病原菌、杂草种子和病虫卵等无害化处理的效果；由于这种工艺发酵速度相对
建设科技
Civil Engineering Technologies
２、工艺技术稳定，自动化、智能化程度高。开发出好氧高温发酵过程温度、氧气等重要参数的实时在线监测探头和计算机自动测控系统，可以实时调控和优化堆肥过程中的温度和氧气状况，实现处理过程的工业化自动测控，保障生物发酵过程的稳定、快速进行。
３、运行成本和能耗低。与翻抛式堆肥相比，ＣＴＢ技术的能耗减少９０％，直接处理成本和工作量均降低６０％～７０％。
４、堆肥时间短、占地面积小、避免气温波动的影响。与翻抛式堆肥相比，ＣＴＢ技术工艺的堆腐发酵时间缩短、占地面积均减少６０％以上。在冬季没有供暖的前提下，依然可以进行正常的堆肥发酵，确保污水处理厂每天排放的污泥都能够得到及时、有效的处理。
５、无恶臭、废水等二次环境污染问题。该技术通过堆肥过程中的氧气监测和控制，可以确保堆肥的氧气含量在８％以上，从而不会产生恶臭气体和招引
污泥生物堆肥
蚊蝇，确保厂区及其周围无环境污染问题；堆肥处理过程中不产生渗滤液；营养土或有机肥在使用过程中
较慢，堆肥发酵周期较长，有机质稳定化效果差，因此导致占地面积较大等缺陷，不太适城区和城郊等对环境卫生条件要求较高的地区使用。
２、强制通风静态堆肥工艺。在整个一次发酵过程中无需翻动物料，而是通过设在堆体底部的曝气系统充氧。传统静态堆肥系统主要是通过简单的定时控制进行通风曝气。这种工艺可以避免机械翻堆能耗高和占地面积大等缺点。但是由于缺少对堆肥过程的温度和氧气监测和控制，不能针对堆肥不同阶段的氧气消耗和需求进行自动调整堆体的适宜通风量，因此在堆肥的不同阶段中会存在通风量不足和通风量过大的弊端，容易出现堆体升温速度慢或者堆体散热过多等问题，从而导致工艺稳定性和无害化处理效果不佳，而且微生物活性低，有机质降解慢、堆肥时间长，易产生臭味。
３、智能化自动控制生物堆肥工艺（ＣＴＢ技术）。针对上述两种堆肥工艺的主要缺点，中国科学院地理科学与资源研究所环境修复中心和北京中科博联环保环境工程有限公司通过１０多年研发，联合开发出“ＣＴＢ自动控制生物堆肥（生物干化）技术”。该技术实现了对堆肥过程中温度和氧气两大关键要素的实时、在线监控，从而可以大大缩短堆肥周期，提高堆肥成功率、堆肥产品质量和生物无害化处理效果，同时显著改善堆肥厂的厂区环境卫生条件，降低堆肥过程的能耗。如果在发酵过程中采用匀翻机翻动一次物料，则可以进一步避免静态堆肥中局部位置的发酵不匀问题。其所产出的堆肥质量稳定，用途更加广泛。
不存在二次环境污染问题。
６、技术的完整性和配套性好。不仅解决了污泥的无害化、稳定化处理问题，而且解决了后续的有机肥和有机－无机复合肥生产中的有机物料的粉碎、造粒和专用肥配方设计等技术和设备问题，使复合肥或有机肥的生产成本降低１０％～２５％；解决了污泥有机肥及有机－无机复合肥用于粮食、蔬菜、园林、花卉的配套技术问题；开发出利用污泥堆肥替代草炭生产作物、花卉、草皮栽培基质等技术；此外，还针对污泥生物堆肥产品的安全性评价，开发出堆肥腐熟度快速检测技术，可以充分保证产品的稳定性、肥效价值和农用安全性。
７、示范工程运行效果证明该成套技术成熟、稳定。２００３年，河南漯河污水净化中心污泥处置（中试）工程通过验收。２００５年，在山东寿光完成日处理３００吨污泥生物堆肥和肥料生产项目，产品达到无害化和相关质量标准的要求，而且还出口韩国。２００６年，完成天津于桥水库库周有机废弃物堆肥处理工程。２００９年，成套技术和设备用于河北秦皇岛市绿港污泥处理工程（２００吨／日）等项目。此外，该技术工艺还先
ＣＴＢ自动控制生物堆肥技术
“ＣＴＢ自动控制生物堆肥（生物干化）成套技术”具有以下优势。１．攻克了污泥生物堆肥中的灭菌、稳定化、脱水、除臭等关键技术难题，解决了成套技术和配套设备问题，具备大规模产业化推广应用的潜力。
后被郑州、北京等３个污泥处理招标项目和３０多个项目的可行性研究方案所选用。目前，ＣＴＢ技术已在山东、河北、河南、天津等地推广应用，成套技术已经成熟。
建设科技
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污水处理厂污泥生物堆肥技术
□ 中国科学院地理科学与资源研究所环境修复中心 陈同斌 郑国砥 高定
国家政策
城镇污泥的出路问题已成为制约我国城镇污水处理行业健康发展的“瓶颈”。污泥的随意倾到、堆放和填埋，已经造成二次污染。２００９年２月，住房和城乡建设部、环境保护部和科学技术部三部门联合发布了《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）》。在该文件中明确规定鼓励符合标准的污泥进行土地利用。相对于填埋、焚烧，污泥生物堆肥处理后土地利用可充分利用其有机质和Ｎ、Ｐ等营养元素，是适合我国国情的处置方式。但受处理技术、认识水平和心理因素、政策法规、产品出路等问题的困扰，在污泥生物堆肥（生物干化）处理技术选择和产业化过程中仍面临一些困扰和疑惑。
污泥，则可以把堆肥发酵过程设计为生物干化工艺，主要关注如何通过高温发酵过程降低污泥中的水分，而不必太多关注生物灭活问题。根据我们的经验，生物堆肥过程的工艺调试也是工程运行效果好坏的关键因素。
５、选择工艺方案是要充分考虑环保、运行成本、占地面积和能耗等技术和经济指标的要求。动态堆肥等传统堆肥工艺容易存在恶臭污染问题，而且能耗和运行成本较高，占地面积较大，工艺不稳定（尤其是冬季低温时难以进行正常的堆肥），因此不太适合于在城郊进行大规模的污泥处理。
技术比较
技术选择原则
在我国，污泥处置所面临的问题主要集中在两个方面：一是技术可行性，二是经济合理性。污泥生物堆肥处理的技术选择上应遵循以下原则：
１、重视工艺和设备的成熟性和稳定性。许多人把生物堆肥技术看得过于简单，不重视技术工艺和设备的选择，错误地认为采用简单、原始的堆肥技术就可以解决连续、大量产生的污泥问题。污泥具有含水量高、不易通气等特性，其堆肥处理的技术难度较其他废弃物要大得多。因此，选择的工艺技术必须要成熟、稳定、可靠，要能够满足周年（尤其是冬季低温时）连续处理污泥的要求。
２、工艺方案和工程设计要考虑污泥的最终处置出路问题。如考虑用作肥料或基质，则必满足杀灭病原菌、杂草种子和物料腐熟等要求；如进行生物干化后焚烧或用作垃圾填埋场覆盖土，则主要考虑脱除污泥的水分和减量化问题，而不需考虑有机质腐熟和病原菌灭活问题，因此可以缩短发酵时间。
３、生物堆肥、生物干化过程应进行实时在线监测和自动控制，以实时自动优化污泥的生物发酵过程，控制恶臭气体的产生，减少人工操作，减低操作难度，提高工程运行的稳定性和可靠性。
４、堆肥发酵工艺必须与设备相配套，不同处理工段之间也要相互匹配，尽量实现机械化作业，而且要重视工艺设备的安装调试工作。对于有害物质含量不超标的污泥，可经过堆肥发酵处理达到无害化要求之后进行农林业等土地利用；对于重金属超标的
目前，我国已经投入运行的污泥处理处置工程案例较少，对不同技术路线之间进行经济性比较还较困难。根据我们１９９３年以来的技术研发和工程经验，对各种污泥堆肥处理工艺优缺点总结如下：
从厌氧堆肥、动态堆肥和强制通风静态垛堆肥三种方式比较看，厌氧堆肥生产周期长、易产生恶臭。动态堆肥需要复杂的设计、施工技术和熟练的操作人员，基础投资和运转成本较高。污泥生物堆肥处理宜采用好氧高温静态式堆肥工艺。
好氧高温堆肥可分为两个阶段：主发酵阶段和后熟阶段。经过主发酵阶段后，堆肥物料中大部分易降解有机物已被微生物降解。但还有少部分易降解有机物存在，因此如果对堆肥产品的质量要求较高，则还需进行后熟发酵使其进一步腐熟。
目前，用于污泥生物堆肥处理的发酵工艺主要有三种：机械翻堆工艺、强制通风静态堆肥工艺、智能化自动控制堆肥工艺。
１、机械翻堆工艺。采用专门的翻堆机械，定时对堆体进行翻堆，以补充发酵过程对氧气的需求。这种发酵方式的优点是，物料容易均匀，操作相对简单。严格地说，这种发酵只是一种准好氧发酵过程，大部分发酵时间内堆体都存在氧气供应不充分的问题，因此其微生物活性低，容易产生臭味和孳生蚊蝇，有机质降解速度慢；翻堆过程中会导致堆体温度迅速降到室温，因此在堆肥过程中不能维持堆体的持续高温，难以保证杀灭病原菌、杂草种子和病虫卵等无害化处理的效果；由于这种工艺发酵速度相对
建设科技
Civil Engineering Technologies
２、工艺技术稳定，自动化、智能化程度高。开发出好氧高温发酵过程温度、氧气等重要参数的实时在线监测探头和计算机自动测控系统，可以实时调控和优化堆肥过程中的温度和氧气状况，实现处理过程的工业化自动测控，保障生物发酵过程的稳定、快速进行。
３、运行成本和能耗低。与翻抛式堆肥相比，ＣＴＢ技术的能耗减少９０％，直接处理成本和工作量均降低６０％～７０％。
４、堆肥时间短、占地面积小、避免气温波动的影响。与翻抛式堆肥相比，ＣＴＢ技术工艺的堆腐发酵时间缩短、占地面积均减少６０％以上。在冬季没有供暖的前提下，依然可以进行正常的堆肥发酵，确保污水处理厂每天排放的污泥都能够得到及时、有效的处理。
５、无恶臭、废水等二次环境污染问题。该技术通过堆肥过程中的氧气监测和控制，可以确保堆肥的氧气含量在８％以上，从而不会产生恶臭气体和招引
污泥生物堆肥
蚊蝇，确保厂区及其周围无环境污染问题；堆肥处理过程中不产生渗滤液；营养土或有机肥在使用过程中
较慢，堆肥发酵周期较长，有机质稳定化效果差，因此导致占地面积较大等缺陷，不太适城区和城郊等对环境卫生条件要求较高的地区使用。
２、强制通风静态堆肥工艺。在整个一次发酵过程中无需翻动物料，而是通过设在堆体底部的曝气系统充氧。传统静态堆肥系统主要是通过简单的定时控制进行通风曝气。这种工艺可以避免机械翻堆能耗高和占地面积大等缺点。但是由于缺少对堆肥过程的温度和氧气监测和控制，不能针对堆肥不同阶段的氧气消耗和需求进行自动调整堆体的适宜通风量，因此在堆肥的不同阶段中会存在通风量不足和通风量过大的弊端，容易出现堆体升温速度慢或者堆体散热过多等问题，从而导致工艺稳定性和无害化处理效果不佳，而且微生物活性低，有机质降解慢、堆肥时间长，易产生臭味。
３、智能化自动控制生物堆肥工艺（ＣＴＢ技术）。针对上述两种堆肥工艺的主要缺点，中国科学院地理科学与资源研究所环境修复中心和北京中科博联环保环境工程有限公司通过１０多年研发，联合开发出“ＣＴＢ自动控制生物堆肥（生物干化）技术”。该技术实现了对堆肥过程中温度和氧气两大关键要素的实时、在线监控，从而可以大大缩短堆肥周期，提高堆肥成功率、堆肥产品质量和生物无害化处理效果，同时显著改善堆肥厂的厂区环境卫生条件，降低堆肥过程的能耗。如果在发酵过程中采用匀翻机翻动一次物料，则可以进一步避免静态堆肥中局部位置的发酵不匀问题。其所产出的堆肥质量稳定，用途更加广泛。
不存在二次环境污染问题。
６、技术的完整性和配套性好。不仅解决了污泥的无害化、稳定化处理问题，而且解决了后续的有机肥和有机－无机复合肥生产中的有机物料的粉碎、造粒和专用肥配方设计等技术和设备问题，使复合肥或有机肥的生产成本降低１０％～２５％；解决了污泥有机肥及有机－无机复合肥用于粮食、蔬菜、园林、花卉的配套技术问题；开发出利用污泥堆肥替代草炭生产作物、花卉、草皮栽培基质等技术；此外，还针对污泥生物堆肥产品的安全性评价，开发出堆肥腐熟度快速检测技术，可以充分保证产品的稳定性、肥效价值和农用安全性。
７、示范工程运行效果证明该成套技术成熟、稳定。２００３年，河南漯河污水净化中心污泥处置（中试）工程通过验收。２００５年，在山东寿光完成日处理３００吨污泥生物堆肥和肥料生产项目，产品达到无害化和相关质量标准的要求，而且还出口韩国。２００６年，完成天津于桥水库库周有机废弃物堆肥处理工程。２００９年，成套技术和设备用于河北秦皇岛市绿港污泥处理工程（２００吨／日）等项目。此外，该技术工艺还先
ＣＴＢ自动控制生物堆肥技术
“ＣＴＢ自动控制生物堆肥（生物干化）成套技术”具有以下优势。１．攻克了污泥生物堆肥中的灭菌、稳定化、脱水、除臭等关键技术难题，解决了成套技术和配套设备问题，具备大规模产业化推广应用的潜力。
后被郑州、北京等３个污泥处理招标项目和３０多个项目的可行性研究方案所选用。目前，ＣＴＢ技术已在山东、河北、河南、天津等地推广应用，成套技术已经成熟。
建设科技