污泥与垃圾混合堆肥处理技术

常建一　　　　　　　　　　　　　 刘长荣
（中国市政工程西北设计研究院）（中国市政工程西北设计研究院海南分院）

　　城市污水处理厂产生的污泥（尤其是中小型污水厂产生的，未经稳定化的污泥），含水率高、易腐烂、有恶臭，并存在寄生虫卵与病菌，如不妥善处置，就会造成环境的二次污染。城市垃圾如不妥善处置，也会对环境造成污染。目前，对此类污染物的处理方法有焚烧、热解、填埋、堆肥……等方法。焚烧就是有机污染物在高温、供氧充足的条件下，氧化生成二氧化碳和水，而无机不可燃烧物形成稳定的固态残渣。该种方法所需技术和设备复杂，耗能大、费用高。热解是有机物在不完全燃烧条件下的热力分解，得到可燃气体、液态焦油和固态炭。我国对热解处理的研究尚未达到中试或工业性试验水平。填埋就是将废弃物在选定的适当场所，堆填一定厚度后，加上履盖材料，让其经过相当长时间的物理、化学和生物作用，达到稳定。填埋法在有些地区往往受到用地限制。堆肥处理就是利用废弃物中的有机物与一定比例的原无机物混合，控制一定条件，让其在自然界广为分布的细菌、放线菌、真菌等微生物作用下，其可降解的成分转化成稳定的腐殖物，成为可施于农田的土壤改良剂——堆肥。污泥与垃圾的混合堆肥工艺也是堆肥处理的一种方法，它充分利用污泥含水率高（70～80%），含有丰富的氮、磷、钾等农作物不可缺少的营养物质，而城市垃圾含水率低（30～40%），有机物较多的特点，按一定的比例进行混合，通过好氧高温发酵和厌氧中温发酵,杀死致病菌与寄生虫卵，并保留着植物生长土壤所需要的氮、磷、钾等营养物质的含量，形成良好的腐殖土—堆肥。污泥与垃圾的混合堆肥技术具有经济、简便、可资源化的优点。其工艺流程框图如下：

1　污泥与垃圾混合堆肥工艺

　　污泥与垃圾堆肥法是通过机械设备对污泥与垃圾混合物料进行好氧高温发酵，再自然堆放厌氧中温发酵的一种方法，主要包括：污泥与垃圾前处理、好氧高温发酵、厌氧中温发酵、后处理等四部分。
1.1　污泥与垃圾前处理
　　城市垃圾由有机和无机废弃物组成，有机类废弃物主要由食品垃圾、园林垃圾、各种纸制品、塑料、橡胶和皮革制品、纺织品……等组成。无机类废弃物主要由玻璃和陶瓷制品、尘土、碎砖、乱石……等组成。根据统计和实测资料，城市垃圾中有机物和无机物之比一般为55%:45%左右。有机物可分为易被生物降解的物品（食品垃圾、庭院垃圾、动物垃圾、及被这些物品污染的物品）和不易被生物降解的物品（纸制品、塑料、纺织品等），用于混合堆肥的垃圾最好以被生物降解的有机垃圾为主，不易被生物降解有机物及无机物（玻璃、陶瓷、碎砖、乱石等）在垃圾前处理过程中去除，进行卫生填埋。经过前处理的垃圾，其颗粒直径不大于15mm，含水率30～35%左右，孔隙率45%左右，才可用作污泥的分散剂，掺入污泥中进行混合堆肥。
　　城市污水处理厂产生的污泥，其特点是：有机物含量约50～60%左右，C／N比一般在（10～20）：1的范围内，经脱水后其含水率为70～80%，是生产肥料的极好原料。但是，污泥含水率高，粘性大，无结构强度，不掺入分散剂改变其性能，氧气难以进入，不易进行好氧发酵。因此、用污泥生产堆肥，必须使用适当的分散剂（如使用经前处理过的垃圾），增加其结构强度，提高其空隙率。
　　污泥与垃圾的前处理，实际上是以垃圾用作污泥的分散剂，混合均匀，进入后续工艺。污泥与垃圾混合重量比为3:7，混合后最佳含水率为45～55%。在实际应用中，可通过检测混合物料的含水率，调整污泥与垃圾的混合重量比。
1.2　好氧高温发酵
　　好氧高温发酵系统采用达诺（Dano）式滚筒发酵工艺。
　　经处理后的混合物料进入达诺式滚筒。在运行过程中，滚筒不断转动，使筒内混合物料进行一系列的物理和生物作用，即一边混合摩擦，一边发酵。在发酵的初期，中温微生物（嗜温菌，最适宜生长温度25℃～45℃）比较活跃，担负了有机物的分解代谢。这些嗜温微生物在转化有机物的过程中产生生物热，加之混合摩擦产生的机械热，使滚筒内温度迅速升高，运行10小时左右，可达到60℃～70℃，这时、嗜温微生物受到抑制甚至死亡，由高温微生物（嗜热菌、放线条菌等）取而代之，此时、除了易腐有机物分解外，一些较难分解的有机物也逐渐被分解，腐殖质开始形成，混合物料初步稳定化。经过高温后，混合物料需氧量逐渐减少，温度也继续下降，、嗜温微生物开始活跃起来，继续分解有机物并使混合堆肥腐熟。试验证明，混合物料温度达到50℃～70℃时，可杀灭其中的寄生虫卵、病原微生物和杂草种子，满足我国混合堆肥的卫生标准《GB7959—87》的要求。
　　达诺式滚筒在运行过程中的需氧量，通过鼓风机供给，保证反应所需的氧量不低于氧扩散控制条件（O₂≥10%），通气量以4.0～6.0m³空气／m³堆肥·小时为宜。滚筒内的温度通过排气通风方式控制，当温度超过70℃时，启动鼓风机通风，带走热量，使温度下降到50℃时停止通风。由于微生物的活动产生热量，使温度上升，至70℃重新通风，循环至后期。
　　达诺式滚筒发酵工艺运行周期3～5天，可完成中温—高温—中温的发酵过程。
1.3　自然堆放厌氧中温发酵
　　经达诺式滚筒好氧发酵后的物料自然堆积（每堆物料重量约30～50吨），将剩余的可分解有机物缓慢氧化，这期间、物料内部属于中温厌氧发酵。完成稳定与腐熟所需要的自然堆放厌氧中温发酵周期为20～25天左右。
　　污泥与垃圾的混合物料通过好氧高温发酵和自然堆积中温厌氧发酵后，成熟的堆肥呈黑褐色、无臭味、蚊蝇及虫类不繁殖、致病菌及物料中的植物种子被有效地杀灭与破坏，含水率30%左右，C：N=（30～40）：1，重量减少率在20～30%之间，体积减少30～40％。
1.4堆肥的后处理
　　熟化后的物料经过筛选、造粒、烘干、打包等过程，完成污泥与垃圾混合堆肥工艺的全过程。

2　污泥与垃圾堆肥处理技术的应用

　　甘肃省××市污水处理厂日处理污水3.0×10⁴米³，污泥产量约18吨／日，含水率75%，运往市垃圾处理厂进行混合堆肥生产。垃圾处理厂规模为200吨/日，混合堆肥生产规模50吨/日，每天收集的垃圾除一部分用于堆肥外，其余均进行卫生填埋。
2.1　垃圾与污泥的前处理
　　（1）混合物料中污泥与垃圾数量的确定
　　按照污泥与垃圾的重量比3:7，处理18吨污泥需要的垃圾量为41吨，则混合物料总重为59吨。在堆肥的过程中，由于温度升高，水分蒸发等因素的影响，重量减少率在20～30%之间，故要达到混合堆肥50吨/日，物料总重约为65吨（污泥量18吨、含水率75%；垃圾量47吨、含水率35%），混合物料含水率46%。
　　（2）污泥与垃圾前处理主要设备
　　收集到垃圾处理厂的城市垃圾先堆放在干化场风干1～2天（如果垃圾含水率在30～35%左右时，也可取消这一过程），由机械铲车将干化后的垃圾堆放到垃圾斗，通过板式给料机（一台、规格10T/h、功率5.0千瓦），连续均匀地输送到磁选机（一台、功率4.0千瓦），分选出的废金属回收，经磁选后的垃圾由皮带输送机（一台、规格10T/h、功率5.0千瓦）送到垃圾滚筒筛（一台、规格10T／h、功率7.5千瓦），将大颗粒物料（≥￠50mm）选出，经消毒后卫生填埋。小于￠50mm的颗粒垃圾用皮带输送机（一台、规格10T/h、功率5.0千瓦）送到破碎机（一台、规格10T／h、功率15千瓦），破碎后的垃圾颗粒直径为10～15mm，再由皮带输送机（一台、规格10T／h、功率5.0千瓦）送到滚筒混合机（一台、规格15T/h、功率10.0千瓦）。城市污水处理厂运来的污泥堆放到污泥斗，由板式给料机（一台、规格5T/h、功率5.0千瓦）输送到滚筒混合机，与垃圾混合均匀。
2.2　好氧高温发酵
　　混合均匀的物料用皮带输送机（一台、规格10T／h、功率5.0千瓦）送到达诺（Dano）式滚筒（三台、规格：￠1800mm、长度36米、功率45.0千瓦），连续运行72～96小时后，送往堆场。达诺式滚筒内物料的充满度为80%，配离心式鼓风机（二台、一用一备、风量20m³／min，风压350Kpa）供氧和通风，供氧量以5.0 m³空气／m³堆肥·h计算。
2.3　厌氧中温发酵
　　经达诺式滚筒发酵后的物料用皮带输送机（一台、规格10T/h、功率5.0千瓦）送到堆场，进行厌氧中温发酵，周期25天。每天一堆，其尺寸为：长×宽×高=7.0×7.0×1.5m³，堆场总面积约1600 m²，长宽各取40m。
2.4　混合堆肥的后处理
　　后处理的目的是对堆肥进一步加工，使之成为粒状产品，以供市场的需要。主要设备：皮带输送机（一台、规格10T／h、功率5.0千瓦）、滚筒筛（一台、规格10T／h、功率7.5千瓦）、造粒机（一台、规格10T／h、功率22.0千瓦）、烘干机（一台、规格10T／h、功率18.0千瓦）、冷却机（一台、规格10T/h、功率15.0千瓦）、自动包装机（ZCS50—1型）。

3　结论

　　（1）污泥与垃圾的混合物料，可通过前处理、好氧高温发酵、厌氧中温发酵、后处理等过程，获得熟化混合堆肥，其卫生标准可达到GB7959—87《高温堆肥卫生评价标准》。
　　（2）主要技术参数
　　污泥与垃圾混合重量之比3：7，混合物料容重700～900Kg／m³，最佳含水率45～50%；污泥含水率70～80%，C：N=（10～20）:1；垃圾含水率30～35%，空隙率45%，垃圾颗粒直径10～15mm。
　　好氧高温发酵采用达诺（Dano）式滚筒发酵工艺，运行周期3～5天，混合物料充满度80%,反应所需的氧量不低于氧扩散控制条件（O₂≥10%），通气量以4.0～6.0 m³空气／m³堆肥·小时为宜。
　　厌氧中温发酵，运行周期20～25天，据此计算堆场面积。