泥资源化利用及生产高效有机复合肥成套技术与装置

泥资源化利用及生产高效有机复合肥成套技术与装置城市生活污水污泥的处理是一个世界性的难题，处置不当将造成环境二次污染。据统计全国目前共有污水处理厂约427座，年处理量113.6亿立方米；根据污水处理过程中产生的污泥约为污水处理量的0.3%～0.5%计算，我国城市污水处理厂排放干污泥约20万t／a（以湿污泥计约为380～550万ｔ），并以10～20%的速度递增[1]。到2010年污水排放量将达到440×108m3／d，年产干污泥将达到80万吨。污泥是一种生物资源，含有促进农作物生长的氮、磷、钾等营养物质，有机质含量高达30%以上，是良好的土壤改良剂。但是若不对污泥进行科学处理，而直接作为普通有机肥，不仅不能促进作物的生长，还会造成土壤与作物的污染。污泥的处理处置及其无害化，作为再生资源的有效利用是世界各国共同重视的问题，代表了人类环境生态效益、社会效益和经济效益均衡发展的方向。现有城市污水污泥不仅终端处置费用很高,污泥厌氧消化系统建设投资与运行费用也十分高昂。山西沃土生物有限公司经过不懈努力，研究开发出了利用城市污水污泥生产农用与城市绿化肥料的新技术。此项技术将污泥饼发酵生产有机／无机／微生物三维复合肥料和营养土，不仅解决了城市污水污泥的处理处置难题，实现了生物资源的循环利用，也为农、林业和城市绿化提供了优质肥料和培植营养土，同时又可有效降低污泥的处理处置费用，节省污泥消化系统建设投资。城市污水厂污泥资源化利用项目为2001年度国家级火炬计划，利用该技术生产的有机／无机／微生物三维复合肥沃土黑桃K同时列入2001年国家级新产品。目前，由太原市排水管理处与山西沃土生物有限公司合作，山西沃土独资在太原市杨家堡污水净化厂建设的20000t／a污泥复合肥项目示范厂，经过一年多的运行和多次技术改造，成套设备及生产工艺已定型，已进入全面生产阶段。2污泥资源化利用技术背景2.1技术背景与来源城市污水净化处理剩余的大量污泥中，既含有一定的营养元素，又含有许多有害成分，肆意堆放不仅大量占用有限的土地资源，而且易造成二次污染，同时还造成大量的生物资源浪费。世界发达国家污泥有效利用率均在60%以上[3]，美国1998年约产生污泥6.9百万吨污泥，60%得到资源化利用，40%被处置。预计到2005年将有7.6百万吨的污泥产生后被利用和处置，到2010年将会增加到8.2百万吨，污泥利用（和处置相比）的比例将从2000年的63%增长到2005年的66%和2010年的70%。到2005年，欧洲15个成员国干污泥产量预计可能由1992年的660万吨上升到至少940万吨。欧委会希望：到2005年污泥农用比例上升73％达到污泥总产量的53％[8]。综合国内外污泥肥料加工技术，大都存在着技术手段单一、养分利用率低等严重缺陷，难以达到“废物利用，改善环境”的目的。处置不当，反而成为环境和农作物新的污染源。概括分析，首先这些污泥制品不具备有机肥料的一般特性（溶解性差、养分利用率低、砂砾化）；其次耗能与加工成本高，缺乏经济性，难以持续；由此导致污泥肥料产品市场竞争力不强，不能形成市场的有效供给。研究开发兼顾环境生态效益、社会效益和经济效益的污泥处置与资源化利用的技术、生产工艺，以适应全球资源合理利用及生态环境保护的发展趋势已成为当务之急。山西沃土生物有限公司应用该公司完成的山西省重点攻关计划项目“生物高氮源发酵技术”成果，通过污泥接种软化→生物脱水→磷酸中和→重金属钝化→热喷造粒→二次喷涂接菌等一系列自主开发的工艺技术，生产出有机/无机/微生物三维复合肥料。该肥料氮磷钾总养分大于10%，有机质含量大于55%，重金属含量低于农业部标准，是一种高效、廉价、安全的新型生态肥料。科学检测证实其养分利用率大大提高，有益微生物呈主导菌群。经大田试用，该产品具有提高土壤活性／肥力、调整土壤氮素平衡、改善作物品质、保持优质高产的特点。同时，该产品价格低（与碳酸氢铵化肥价格相近），容易被市场接受，可广泛用于大田粮食作物与盐碱化、贫瘠化土壤改良，具有广阔的市场前景。有关专家认为，“生物高氮源发酵技术”拥有的污泥资源化利用技术和三维复合肥生产工艺居世界先进水平，具有广阔的发展前景和技术市场潜力。2.2国内主要污泥处理方式与技术（1）填埋法：填埋法基本类似于城市垃圾填埋。填埋处理一是要占用大量土地，浪费土地资源；二是污泥中含有的营养物质使大量病杂菌繁衍，导致污泥霉变，污染环境。污泥、垃圾产生量与日俱增，已很难在短距离内找到填埋场地。实际上大部分采用填埋方法处置污泥的污水厂并未对污泥作填埋处置，而是外运甚至卖给近郊菜农，造成蔬菜等农产品的严重污染，直接危害人类健康。另外，污泥填埋费用高昂，据国内污水处理厂调查，每吨污泥的填埋处理费用平均约40元／吨。（2）焚烧法：焚烧需要耗费大量重油而不经济，并造成大气污染，浪费资源，焚烧这种不得已而为之的方法已越来越不被人们采用。在日本，污泥焚烧处理占污泥处理总量的60％以上，这主要和日本的经济实力雄厚，技术先进相关。日本的焚烧工艺大部分采用多段焚烧炉，其中有流动焚烧炉、回转干燥焚烧炉、阶段炉床式焚烧炉等，焚烧炉的燃料均采用重油和消化后产生的沼气，焚烧工艺无论从技术上还是从污泥减量上都是比较好的污泥处置途径，但焚烧处理成本也是十分昂贵的，在日本一套处理量在50ｍ3／ｄ左右的焚烧设备（包括土建、配套）成本高达28亿日元[6]。（3）直接烘干法；将含水率75%～80%的污泥采用气流干燥机烘干，温度高达200度以上，杀死各种病菌，然后进行填埋或再处理。缺点是耗费能源，增加处理成本。（4）厌氧消化法：80年代以前大多数的活性污泥采用厌氧消化法处理，杀灭微生物病菌并生产部分可利用的沼气。该技术有三大缺点：一是厌氧消化罐、沼气回收和储存等配套设备投资高昂；二是厌氧消化虽然通过各种厌氧菌的生化反应使污泥稳定，总量降低25%左右，最终仍需卫生填埋；三是系统运行复杂，成本高，不稳定，隐患多。有关资料显示：污泥厌氧消化系统的建设投资约为100～200万元／吨干泥，包括污泥浓缩、脱水、中温消化、消化污泥再浓缩、脱水外运，其运行费用大约700元／吨干泥～900元／吨干泥。（5）生物处理法：即生物堆肥法，它是引进好氧菌种和氧气，使污泥好氧生物高温发酵。堆肥化技术是国际上从60年代后期迅速发展起来的一项新的生物处理技术，它运用多学科技术，利用微生物群落在特定的环境中对多相有机物分解，将污泥改良成稳定的腐殖质，用于肥田或土壤改良。由于堆肥技术在实际应用中可以达到“无害化”、“减量化”、“资源化”的效果，并且具有经济、实用、不需外加能源、不产生二次污染等特点，因此，70年代后，引起了世界各国的广泛重视，并迅速成为环保领域内的一个研究热点。2.3国内污泥农用的几种工艺技术根据国内有关专业刊物公开发表的文章资料，目前国内利用污泥生产有机肥较具代表性的工艺有如下几种：（1）直接烘干污泥不经消化，脱水污泥直接进行干燥后包装，不造粒。如东北某厂，处理污水能力为8万m3／d，工艺流程如下：污泥→浓缩池→带式压滤机→干燥机→包装.采用污泥干燥机烘干，即使含水率高达87%，也直接一次性烘干，干燥后污泥呈不规则颗粒状，不造粒，直接装袋。该项目投资为65万元，每小时产300kg含水20%的干污泥，耗煤量300kg／h。（2）二次烘干其特点是先将脱水污泥烘干后粉碎造粒，然后再二次烘干；典型工艺流程如下：如某污水处理厂，采用圆盘造粒，污泥不经消化，采用烘干杀灭病菌再混合造粒制成有机复混肥的技术。该厂投资400万元，其中设备费用330万元。该生产线年综合生产能力为2.5万t，配备了滚桶式烘干炉、集粉仓、超细破碎机、双轴卧式链磨机等。试生产中，6t含水98%的湿泥出1t干污泥。存在的问题是烘干过程中臭味较大，除尘问题也需解决，生产成本主要高在煤的燃烧方面。采用类似工艺的还有××污水处理厂，虽有消化系统却未使用，生污泥直接加工，掺混粉煤灰后，污泥含水率降至20%，再用滚桶式干燥炉烘干，用挤压式造粒机制粒，烘干采用自然风。生产过程中存在的问题与上述某厂相同，即烘干过程中的除臭和除尘问题未能解决。（3）发酵－造粒典型的如唐山西郊污水处理厂，处理污水能力为3.6万m3／d，采用堆肥发酵制肥。工艺流程如下：添加粉煤灰脱水污泥按1:0.6的比例掺混粉煤灰，降低含水率，自然堆肥发酵。其中加有锯末和秸杆作为膨胀剂。污泥经过堆肥发酵后，可使有机物腐化稳定，灭活寄生卵和病菌，提高污泥肥效。该厂堆肥发酵生产线年产肥料1000t，设计能力为3t／d，投资70万元，肥料为5mm柱状。该种方法的优点是恶臭减少，病菌通过发酵基本被灭活，缺点是占地面积大，肥料难以溶解。（4）普利法采用中国农科院和上海豫园生物工程有限公司提供的技术，生产一种被称为“复合微生物肥料”的产品，其典型工艺流程如下：该生产线与两次烘干法工艺相同，仅在混合部分增多了一个掺混生物菌的工序。淄博污水处理公司掺混的是上海豫园生产的普利菌粉，而与其工艺基本相同的北京北小河污水厂掺混的是解钾菌粉。生产运行中烘干问题是关键，烘干对有机质有一定影响。烘干后含有机质25%，N、P、K含量未达25%[2]。存在问题也同上述厂家一样是除臭、除尘、加工成本高与产品市场表现不好等问题。3污泥资源化利用的必要性我国每年排放的401亿m3污废水中，有51%来源于城市，地表水体的污染也主要来自工业和城市生活排放的污废水。因此，城市污水处理厂建设成为改善我国水环境的重要举措。目前全国已建成运转的城市污水处理厂约410余座，日处理能力2534万m3，污水处理率仅达到污水排放总量的25%。到2015年，我国城市污水处理率要达到75%，尚需建设污水处理厂约1000座，新增污水处理能力6000万m3／d[7]。由于我国目前的环保基础设施建设仍延用计划经济的做法，完全由政府投资，建成运行后运转费用还要政府补贴。按我国目前已建、在建污水处理厂吨水能力投资1500～2000元，运行费用0.8～1.4元／吨测算，需投资1000亿元，每年还需运行费用补贴300亿元。国家有关部门最新公布的资料，建设投资预算为2400亿元。目前，大部分中小型污水厂污泥处理工艺仍采用厌氧发酵消化处理填埋。据调查，污泥消化系统建设的投资约占污水处理厂总投资的40%～50%，运行费用占污水处理厂总费用的50%-60%。但花费巨资处理的消化污泥仅仅是为了卫生填埋；显然，污泥厌氧消化处理技术并不太适合中国国情，尽快地寻找一种投资省、效率高、处理便捷、成本低廉的污泥资源资源化利用技术就成为一项颇为紧迫的任务。污水污泥的循环利用已成为国家鼓励发展的方向。国务院于2000年11月7日发布的《关于加强城市供水节水和水污染防治工作的通知》第四条第（四）项规定：“要加强对城市污水处理设施和回用设施运营的监督管理”。建设部等联合发布的《城市污水处理及污染防治技术政策》（城建[2000]124号）第五条“污泥处理”部分明确规定：“城市污水处理产生的污泥，应采用厌氧、好氧、堆肥等方法进行稳定化处理，也可采用卫生填埋的方法予以妥善处理。”然而从污泥市场化的实际情形看，由于大部分城市财政紧张，使得许多投入过于高昂的技术及设备很难适用于我国，另外我国特有的土地紧缺的现状也制约了占地较多的环境治理项目。按国家规定，填埋1吨夯实垃圾占地0.6平方米，按这一比例，目前全国每年则需1000公顷土地。在目前我国城乡耕地越来越少情况下，显然不符合社会持续发展的要求。根据目前国外发展的状况，污泥农用已成为国际化趋势。由于法律法规对污泥资源化利用的鼓励，以及污泥研究和技术的进步，人们逐渐趋于接受污泥资源化利用的技术及工艺。以美国为例，随着503法规的颁布，污泥已被广泛用作肥料和土壤调节剂，政府还成立了国家污泥合作组织（NationalBiosolidsPartnership），并在议会的支持下与风险承担者共同组建污泥环境管理系统；《503部分》中关于污染物的限制、减少病原菌、减少对带菌者的吸引、管理措施等一系列举措对于提高公众接受的程度、范围，污泥农用的增加都起到了积极的作用。污泥