論厭氧發(fā)酵技術(shù)在安陽市處置污泥中的實(shí)踐應(yīng)用

高愛梅，葉麗杰，李重民，李會民（安陽市固體廢物管理中心，河南安陽455000）

論厭氧發(fā)酵技術(shù)在安陽市處置污泥中的實(shí)踐應(yīng)用

高愛梅，葉麗杰，李重民，李會民
（安陽市固體廢物管理中心，河南安陽455000）

近幾年來，隨著城市污水處理工作的快速發(fā)展，污水處理產(chǎn)生的污泥問題也在日益突出。污泥處置帶來的環(huán)境問題引起了普遍關(guān)注，實(shí)現(xiàn)污泥處理處置“減量化、穩(wěn)定化、無害化”，必須堅(jiān)持在安全、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的前提下實(shí)現(xiàn)污泥處理處置和綜合利用。污泥中富含N、P、K及有機(jī)質(zhì)，污泥的處置資源化將成為最佳選擇，同時避免產(chǎn)生二次污染，達(dá)到節(jié)能減排和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的。通過污泥厭氧發(fā)酵法綜合利用的處置方式，介紹污泥處置資源化的實(shí)踐應(yīng)用，展示了循環(huán)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的思路。

污泥；處置；資源化

隨著工業(yè)和城市的發(fā)展，污水處理率的提高，城市污泥產(chǎn)量必然越來越大。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局2014年3月發(fā)布的統(tǒng)計(jì)公報，2010年末城市污水處理廠日處理能力達(dá)10262萬立方米，比上年末增長13.4%；脫水污泥產(chǎn)生量接近2200萬噸，而且其中有80%沒有達(dá)到妥善處理。污泥是一種具有利用價值的潛在資源，為了充分利用這種資源，減少環(huán)境公害，世界上許多國家都在大力發(fā)展污泥處置和利用的各種技術(shù)。將污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化處理后作為資源回用已經(jīng)成為主流，以經(jīng)濟(jì)、安全、合理、有效、有益的原則利用污泥，以發(fā)揮其巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益。本文介紹安陽市中丹恒生能源有限公司以市政污泥為原料經(jīng)高溫發(fā)酵生產(chǎn)車用天然氣，并將發(fā)酵后的沼液用來生產(chǎn)高效固體及液體有機(jī)肥的實(shí)踐應(yīng)用。

1　污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)車用沼氣的工藝原理

當(dāng)前國內(nèi)污水處理廠污泥的處置方法主要有：堆肥、污泥焚燒、低溫?zé)峤狻⒔ㄖ牧侠眉疤盥瘛Ｎ勰嗟奶幚硖幹眉捌錈o害化，作為再生資源有效利用是世界各國共同重視的問題。面對各地區(qū)千差萬別的污泥利用經(jīng)驗(yàn)，厭氧發(fā)酵技術(shù)在安陽市處置污泥中的實(shí)踐應(yīng)用，結(jié)合了本地區(qū)的實(shí)際情況，同時兼顧環(huán)境生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益平衡。

研究顯示，市政污泥的含固率為18%左右，其中的VFA含量為55～60%，而每千克的VFA的產(chǎn)甲烷能力為0.35方，每方粗沼氣中的甲烷含量為55～60%。將市政污泥在原料調(diào)配池中調(diào)配至最佳的發(fā)酵濃度10%，將調(diào)配好的料液泵送至CSTR發(fā)酵罐，在55℃下進(jìn)行高溫厭氧發(fā)酵；發(fā)酵15天后，將發(fā)酵后的沼液泵送至二次發(fā)酵罐，利用一次發(fā)酵的余熱進(jìn)行二次發(fā)酵；兩次發(fā)酵產(chǎn)生的粗沼氣經(jīng)過生物脫硫除去其中的有害氣體H2S，脫硫后的沼氣再用有機(jī)胺吸附液吸附掉其中的非可燃?xì)怏wCO2。經(jīng)凈化后的氣體達(dá)到國家車用天然氣的標(biāo)準(zhǔn)。將上述氣體通過壓縮機(jī)壓縮至20～25MPa，壓縮后的成品氣通過撬裝車運(yùn)送至加氣站出售；發(fā)酵后的沼液經(jīng)過固液分離，用分離后的沼渣生產(chǎn)固體有機(jī)肥，分離后的沼液生產(chǎn)液體有機(jī)肥。工藝流程如圖1所示。

2　沼渣沼液生產(chǎn)有機(jī)肥的總體研發(fā)技術(shù)路線

污泥中含有大量植物生長所必需的肥分（N、P、K）、微量元素及土壤改良劑（有機(jī)腐殖質(zhì)）。我國城市污水處理廠的各種污泥所含肥分見表1。依據(jù)《污泥農(nóng)用時污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）對我市城鎮(zhèn)污水處理廠污泥重金屬含量進(jìn)行檢測，符合污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)，抽檢結(jié)果見表2。將污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)車用沼氣工序產(chǎn)生的沼渣沼液，經(jīng)生物化學(xué)綜合技術(shù)處理，實(shí)現(xiàn)沼渣沼液固體廢棄物資源開發(fā)利用與農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)相結(jié)合路線。廢棄物經(jīng)固液分離之后產(chǎn)生的廢渣，經(jīng)科學(xué)的工藝方法處理生產(chǎn)有機(jī)肥及有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥;分離出的沼液里面不僅含有大量的營養(yǎng)物質(zhì)，而且含有豐富的腐殖酸等活性物質(zhì)，是一種很好的液肥。

表1　我國城市污水處理廠污泥肥分析表

表2　市政污泥重金屬含量與GB 18918-2002標(biāo)準(zhǔn)限值對照表

2.1沼渣沼液項(xiàng)目產(chǎn)品總體方案

以污泥為原料經(jīng)高溫發(fā)酵生產(chǎn)車用天然氣，產(chǎn)生的沼液、沼渣經(jīng)固液分離后，用來生產(chǎn)高效固體及液體有機(jī)肥。工藝流程如圖2所示。

2.2沼渣生產(chǎn)固體生態(tài)有機(jī)肥工藝

1）混配。將需要發(fā)酵腐熟、含水量為30%的沼渣與黏結(jié)劑及需配入其他成分的原料按配比要求在配料混合系統(tǒng)中進(jìn)行計(jì)量、配料、混合。

2）造粒。經(jīng)充分混合后的物料溜出至混合料分配系統(tǒng)中的固定皮帶機(jī)上，再傳送到移動式皮帶機(jī)之后落進(jìn)平臺料倉喂料系統(tǒng)，由平臺料倉進(jìn)入圓盤喂料機(jī)，均勻連續(xù)地喂入擠壓造粒機(jī)中制成柱狀顆粒，然后通過皮帶機(jī)傳送至圓顆粒拋光整形機(jī)進(jìn)行拋光整形，形成球狀顆粒。

3）烘干。由皮帶機(jī)送入烘干機(jī)進(jìn)行低溫大風(fēng)量烘干（≤65℃）。

4）冷卻。烘干后的物料送入冷卻機(jī)中進(jìn)行風(fēng)冷。

5）篩分。充分冷卻后的物料進(jìn)入篩分機(jī)，筒體尾端的篩網(wǎng)將粉料及大顆粒篩出，重新返回混合造粒系統(tǒng)。

6）計(jì)量包裝。成品顆粒由斗式提升機(jī)輸送到成品料倉，經(jīng)電腦定量包裝系統(tǒng)計(jì)量、包裝、檢驗(yàn)入庫。

固體有機(jī)肥生產(chǎn)工藝流程如圖3所示。

固態(tài)有機(jī)肥產(chǎn)品技術(shù)要求符合表3、表4所示技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

表3　精制有機(jī)肥技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

表4　有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.3沼液生產(chǎn)液體生態(tài)有機(jī)肥工藝

1）預(yù)處理。取出的沼液進(jìn)行15天以上的陳化處理，該過程采用曝氣陳化處理工藝。

2）分離。主要是將污泥與沼液進(jìn)行分離。

3）絡(luò)合。用絡(luò)合劑進(jìn)行絡(luò)合，調(diào)節(jié)液肥的pH值至6.3～6.5。

4）混配。將沼液與需配伍的其他成分的原料按配比要求在配料混合系統(tǒng)中進(jìn)行計(jì)量、配料、混合。

5）計(jì)量分裝。成品液肥由泵輸送到成品料儲罐，經(jīng)定量灌裝機(jī)、包裝、檢驗(yàn)入庫。

液態(tài)有機(jī)肥工藝流程如圖4所示。

液態(tài)有機(jī)肥產(chǎn)品技術(shù)要求符合如表5、表6所示技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

表5　生態(tài)沖施肥技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

表6　葉面噴施肥技術(shù)指標(biāo)

3　市場預(yù)測及效益分析

3.1車用沼氣項(xiàng)目分析

作為天然氣替代品的生物天然氣不同于沼氣和普通車用燃?xì)狻Ｕ託庵蠧H4含量為50%～70%，非可燃?xì)怏wCO2的含量為28%～44%、H2S含量為0.034%，具有惡臭、有毒、有效組分濃度低等缺點(diǎn)，嚴(yán)重限制了其作為主要化學(xué)工業(yè)原料應(yīng)用以及作為清潔能源的商品價值。生物天然氣是將沼氣中的惡臭氣體成分及非可燃二氧化碳?xì)怏w脫除，將甲烷含量提升到95%以上，使得沼氣從一種較低品質(zhì)能源轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的寶貴清潔能源——生物天然氣。

本項(xiàng)目所生產(chǎn)的車用生物天然氣全部由貞元集團(tuán)下屬的安陽市神州萬象公司包銷。神州萬象公司目前在安陽市有兩座車用加氣站，日加氣量達(dá)3萬方。本項(xiàng)目每天所產(chǎn)的10911標(biāo)方車用生物天然氣可完全由該公司消納。目前安陽市中丹生物能源公司已經(jīng)與神州萬象公司簽訂了車用沼氣的購銷合同。

根據(jù)確定的產(chǎn)品方案和建設(shè)規(guī)模，生物天然氣按出廠價3.0元/立方米算，沼渣肥按30元/噸計(jì)算，沼液按5元/噸計(jì)算，項(xiàng)目年收入共計(jì)13797328元，凈利潤估計(jì)300萬元左右。

3.2沼渣沼液制肥項(xiàng)目分析

沼渣沼液經(jīng)過加工可生產(chǎn)出精制有機(jī)肥、沼液肥、富含腐殖酸生態(tài)沖施肥、富含腐殖酸生態(tài)葉面肥及有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥，總計(jì)原料成本約為7147.5萬元，總銷售額為12370萬元。扣除總生產(chǎn)成本、經(jīng)營費(fèi)用（包括廣告、銷售返利等），稅后利潤正常年份約為953.5萬元。

目前安陽市的有機(jī)肥市場有廣闊的需求，約10萬畝的土地需要有機(jī)肥施用和改良土壤結(jié)構(gòu)，有機(jī)肥總需求高達(dá)15萬噸以上，本項(xiàng)目年產(chǎn)沼渣沼液肥13.27萬噸，市場需求高于市場供給量，可以確保完全被市場所消化。

4　經(jīng)濟(jì)及社會效益分析

4.1經(jīng)濟(jì)效益

市政污泥經(jīng)高溫厭氧發(fā)酵生產(chǎn)車用沼氣，其生產(chǎn)工藝本身就構(gòu)成一條可觀的經(jīng)濟(jì)鏈條。

1）經(jīng)過提純、壓縮生產(chǎn)的生物天然氣用作車用燃料，可獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2）市政污泥通過厭氧發(fā)酵后的沼液、沼渣通過固液分離用于制備高效固體有機(jī)肥及液體有機(jī)肥出售，增加了項(xiàng)目收益。

3）企業(yè)生產(chǎn)沼氣的原料由原來的分散收集和外購，變?yōu)橛晌鬯幚韽S免費(fèi)供應(yīng)，降低了企業(yè)的運(yùn)營成本。

4）利用安陽市有利的交通地理位置，本項(xiàng)目先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)技術(shù)，促進(jìn)本地生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，能夠帶動周邊的發(fā)展，增強(qiáng)新產(chǎn)品的開發(fā)能力，而且能夠增長當(dāng)?shù)卣亩愂眨黾觿趧恿Φ木蜆I(yè)機(jī)會，將為安陽市經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展做出新的積極的貢獻(xiàn)。

4.2社會效益

資源化處置污泥在獲得經(jīng)濟(jì)效益的同時具有深遠(yuǎn)的社會效益及環(huán)境效益。

1）市政污泥經(jīng)過高溫厭氧發(fā)酵處理，可殺滅畜禽糞便中的致病菌和寄生蟲卵，可防止疫病的傳播，改善畜牧業(yè)的衛(wèi)生環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)生物安全。

2）發(fā)酵后的沼液沼渣用來制備有機(jī)肥料，從根本上消除了其他處理方式可能帶來的二次污染。

3）市政污泥通過高溫發(fā)酵處理，不僅使廢棄物得以充分利用，同時減少溫室氣體的排放量，取得顯著的環(huán)境效益。

4）污泥由原來的找地填埋變?yōu)檫M(jìn)廠再利用，減輕了污水處理廠的處理成本，同時也節(jié)省了寶貴的土地資源。

5）污泥高溫厭氧發(fā)酵處理后，病源菌、寄生蟲卵、雜草種子幾乎全部被殺死，揮發(fā)性成分減少且臭味降低，速效養(yǎng)分含量有所增加，成為一種比較干凈而性質(zhì)比較穩(wěn)定的物質(zhì)，對生產(chǎn)綠色無公害產(chǎn)品是極具應(yīng)用前景的無污染生物肥料。

6）沼肥中富含有機(jī)質(zhì)和多種植物所需的養(yǎng)分，可以彌補(bǔ)長期使用無機(jī)化肥給土壤帶來的缺陷，對土壤的物理、化學(xué)及生物學(xué)性狀有一定的改良作用。可以增加孔隙度，改良土壤，培肥地力，活化土壤，促進(jìn)微生物新陳代謝，增強(qiáng)作物抗逆性能，恢復(fù)土壤生態(tài)平衡，使耕地常用常新，具有良好的生態(tài)效益。

5　技術(shù)成熟性與創(chuàng)新性

厭氧發(fā)酵法處置污泥的技術(shù)路線，與傳統(tǒng)常規(guī)處置技術(shù)相比，其主要創(chuàng)新點(diǎn)就在于：一是采取的技術(shù)路線新穎獨(dú)特，科學(xué)合理，將多種學(xué)科融為一體，科學(xué)組裝，形成一個完整的多功能有機(jī)體；二是選用的生產(chǎn)設(shè)施，技術(shù)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，節(jié)電、節(jié)煤，產(chǎn)品成品率高；三是生產(chǎn)工藝為三無生產(chǎn)（無廢水、無廢渣、無廢氣），別具一格，有創(chuàng)意性；四是投資少，見效快，周期短，利潤大，有較高的推廣實(shí)用價值。

將沼渣沼液加工處理生產(chǎn)生態(tài)液肥和有機(jī)肥取代傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥和化肥，使市政污泥得到資源化綜合利用，變廢為寶，化害為利，消除污染。同時，形成了一套完整的工藝設(shè)備處理生產(chǎn)線，為制造綠色環(huán)保生態(tài)肥系列產(chǎn)品建立了一套完整、系統(tǒng)、科學(xué)的生產(chǎn)工藝，并作為科技成果商品進(jìn)入市場經(jīng)濟(jì)，形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、產(chǎn)業(yè)化，當(dāng)產(chǎn)品達(dá)到一定規(guī)模效益時，將整套技術(shù)、設(shè)備輸出國外，為國家創(chuàng)匯；本項(xiàng)目運(yùn)用高新技術(shù)處理處置市政污泥，將環(huán)保型轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益型，為河南省和安陽市高效農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，探索了一種新的模式。

6　存在問題及建議

隨著工業(yè)和城市的發(fā)展，污水處理率的提高，城市污泥產(chǎn)量必然越來越大。污泥是一種很有利用價值的潛在資源，為了充分利用這種資源，減少環(huán)境公害，將污泥資源化處置利用極具前瞻性，但是在處置過程中存在以下問題：一是經(jīng)濟(jì)成本核算是困擾污泥無害化處置的重要因素，由于包括污泥貯存、預(yù)處理、運(yùn)輸和最終處置費(fèi)用在內(nèi)的污泥處置費(fèi)用未納入污水處理成本，污水處理廠污泥外運(yùn)過程中路途較遠(yuǎn)造成運(yùn)輸成本較高，污水處理廠不愿承擔(dān)費(fèi)用，致使有部分污泥不能達(dá)到資源化處置。二是市場對沼肥作為一種新型的高效有機(jī)肥認(rèn)識不夠，沼肥大規(guī)模使用有待市場接受。

鑒于污泥處置利用中存在的問題，建議政府制定相關(guān)污泥處置政策，通過財政補(bǔ)貼等途徑落實(shí)污泥處理處置費(fèi)用，給予污泥處置企業(yè)一定的政策扶持和資金支持，加大污泥厭氧發(fā)酵制氣、制沼肥這種創(chuàng)新的污泥處置技術(shù)的推廣力度，聯(lián)合環(huán)保、農(nóng)業(yè)等有關(guān)部門，進(jìn)行多學(xué)科研究，開展沼肥利用宣傳和培訓(xùn)，以經(jīng)濟(jì)、安全、合理、有效、有益的原則使資源化處置污泥技術(shù)日趨完善，使其發(fā)揮巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益。同時，使廣大用戶能充分認(rèn)識到沼肥的優(yōu)越性，為我市污泥資源化處置搭建良好的發(fā)展平臺。

[1]俞金海.中國城市污泥處理處置技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及建議[J].環(huán)衛(wèi)科技網(wǎng)，2011-03-08.

[2]董克虞,田寧寧.用污泥生產(chǎn)有機(jī)肥的配方及增產(chǎn)效果[J].北京農(nóng)業(yè)科學(xué)，2000，18(5):18-21.

[3]楊果.城市污泥高效生物堆肥與農(nóng)林業(yè)安全利用技術(shù)設(shè)備研制與示范可行性論證報告[R].惠州，2009.

(責(zé)任編輯：郝安林）

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1673-2928（2015）02-0040-05

2014-09-12

高愛梅（1965-），女，安陽市人，安陽市固體廢物管理中心工程師，研究方向：固體廢物處理與環(huán)境管理。