新款陽(yáng)離子聚丙烯酰胺CPAM廠家污泥堆肥技術(shù)及工藝優(yōu)化：控制因素、調(diào)理劑、堆肥設(shè)備

　　新款陽(yáng)離子聚丙烯酰胺CPAM生產(chǎn)廠家污泥堆肥技術(shù)及工藝優(yōu)化：控制因素、調(diào)理劑、堆肥設(shè)備等。研究背景：污泥是污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物， 其總量占處理水量的0.3%~0.5% ( 按污泥含水率97%計(jì)算)。研究表明：我國(guó)污泥年產(chǎn)量在2007—2013 年年均增長(zhǎng)量為13%，且在2017 年干污泥年產(chǎn)量已達(dá)1053萬(wàn)t。以此估算，2020年我國(guó)干污泥年產(chǎn)量將達(dá)3978萬(wàn)t。污泥的處置問(wèn)題將成為城市固廢處置的重點(diǎn)與難點(diǎn)之一。污泥中含有大量重金屬、病原菌、殘留藥物等有害物質(zhì)，也包含了大量有機(jī)質(zhì)及N、P、K 等營(yíng)養(yǎng)元素，這意味著污泥作為固廢的同時(shí)，也具備極大的資源化潛力。

　　目前污泥處置技術(shù)主要有衛(wèi)生填埋、厭氧發(fā)酵、堆肥、焚燒、熱解及氣化等。近年來(lái)，許多國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)不同的污泥處置技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，以尋找適合我國(guó)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境國(guó)情的污泥處置技術(shù)。Xiao 等發(fā)現(xiàn)污泥堆肥技術(shù)在CO2 排放、投資運(yùn)行成本以及技術(shù)運(yùn)行收益上相比焚燒技術(shù)占優(yōu)勢(shì)，在不考慮土地占用的情況下，堆肥在上述污泥處置技術(shù)中是最優(yōu)選擇。Liu 等發(fā)現(xiàn)堆肥工藝具備溫室氣體產(chǎn)量小、固碳性能好的優(yōu)點(diǎn);且相對(duì)于焚燒技術(shù)的投資運(yùn)行成本較高，土地填埋技術(shù)的占地面積大、溫室氣體排放量大的缺點(diǎn)，污泥堆肥技術(shù)是最優(yōu)處置技術(shù)。Hong等對(duì)污泥堆肥、焚燒、厭氧發(fā)酵、熱解氣化等技術(shù)進(jìn)行溫室氣體、重金屬生命周期和經(jīng)濟(jì)性分析得出，堆肥因農(nóng)業(yè)利用在經(jīng)濟(jì)與環(huán)保方面占優(yōu)勢(shì)。

　　盡管污泥堆肥技術(shù)仍存在占地面積較大、處理周期較長(zhǎng)、重金屬易富集、溫室氣體及臭氣的排放等限制技術(shù)推廣的不足。多年來(lái)，學(xué)者們針對(duì)污泥堆肥技術(shù)缺點(diǎn)的優(yōu)化研究投入了大量精力，并從污泥堆肥技術(shù)的發(fā)展、技術(shù)特點(diǎn)以及堆肥調(diào)理劑的應(yīng)用等方面做了相應(yīng)闡述。本文綜述了目前污泥堆肥技術(shù)優(yōu)化發(fā)展進(jìn)程、控制因素、技術(shù)現(xiàn)狀與劣勢(shì)，總結(jié)了污泥堆肥技術(shù)發(fā)展過(guò)程堆肥調(diào)理劑以及堆肥設(shè)備工藝的優(yōu)化，以期為污泥堆肥技術(shù)在我國(guó)的實(shí)踐與推廣應(yīng)用提供有效指導(dǎo)，并為污泥堆肥技術(shù)的發(fā)展方向提出建設(shè)性建議。

　　摘 要

　　我國(guó)污泥產(chǎn)量逐年增長(zhǎng)，污泥處置問(wèn)題面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。污泥堆肥技術(shù)因其符合綠色發(fā)展理念，是極具發(fā)展?jié)摿Φ奈勰嗵幹眉夹g(shù)。高效化、高值化、智能化是目前污泥堆肥技術(shù)的發(fā)展方向。從堆肥調(diào)理劑的優(yōu)化發(fā)展、污泥堆肥的曝氣策略、除臭工藝及堆肥設(shè)備的工藝優(yōu)化等方面，歸納總結(jié)了目前污泥堆肥技術(shù)工藝的發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的主要問(wèn)題。提出從廢物利用、可回收設(shè)備研發(fā)利用、生物生命活動(dòng)利用的角度開發(fā)堆肥調(diào)理劑;結(jié)合傳感器反饋、軟件數(shù)值模擬等技術(shù)，改良堆肥工藝設(shè)備;引進(jìn)新型曝氣及除臭工藝，研發(fā)高效堆肥設(shè)備。以期為可為我國(guó)污泥堆肥工藝的發(fā)展及相關(guān)研究工作提供參考。

　　01

　　污泥堆肥控制因素及國(guó)內(nèi)工業(yè)化現(xiàn)狀

　　1.污泥堆肥控制因素

　　堆肥技術(shù)是一項(xiàng)成熟且簡(jiǎn)單有效的技術(shù)，是在有氧條件下通過(guò)好氧微生物的生命活動(dòng)，將堆料中的不穩(wěn)定有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定有機(jī)質(zhì)，同時(shí)降低揮發(fā)性有機(jī)質(zhì)含量、消除臭氣的過(guò)程，其主要工藝流程見圖1。目前對(duì)于污泥堆肥技術(shù)的控制因素受普遍認(rèn)可的有通風(fēng)量、含水率、溫度、pH值和碳氮比(C/N)。通風(fēng)量、含水率、C/N 為堆肥腐熟過(guò)程中微生物的生命活動(dòng)提供必要的原料，溫度及pH 值影響著微生物的活性。

　　圖1 污泥堆肥技術(shù)工藝流程

        通風(fēng)量是污泥堆肥過(guò)程中最重要的控制因素，其決定了微生物可利用氧氣的含量，并進(jìn)一步影響堆體的含水率、溫度及pH 值。通風(fēng)量過(guò)小，易形成局部厭氧環(huán)境，導(dǎo)致好氧微生物活性低，堆肥效果不佳;通風(fēng)量過(guò)大則會(huì)帶走過(guò)量的水分及溫度，致使堆體溫度不達(dá)標(biāo)，殺滅致病菌效果不理想。因此，通過(guò)優(yōu)化曝氣策略改善通風(fēng)狀態(tài)是污泥堆肥的主要技術(shù)難點(diǎn)之一。

　　2.污泥堆肥的污染源

　　1)重金屬。

　　污泥中的重金屬問(wèn)題是限制其產(chǎn)物利用的主要障礙之一。污泥中的重金屬源自污水處理系統(tǒng)的重金屬富集。目前污泥重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)主要包含重金屬總量以及根據(jù)化學(xué)形態(tài)定性的生物有效性。

　　我國(guó)污泥重金屬主要有鋅、銅、鉻、鎳、鉛、砷、鎘、汞等。污泥的農(nóng)業(yè)利用將導(dǎo)致重金屬在土壤、植物中的富集，進(jìn)而對(duì)人體造成危害，這是阻礙污泥堆肥工藝推廣的重要因素。目前尚缺乏經(jīng)濟(jì)有效性的手段大量去除污泥中的重金屬，只能利用添加劑輔助微生物的生命活動(dòng)，通過(guò)堆肥改變重金屬形態(tài)，減少污泥堆肥產(chǎn)品重金屬含量并降低重金屬生物有效性。

　　2)臭氣。

　　污泥堆肥過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的揮發(fā)性有機(jī)質(zhì)(VOCs)、氨氣、硫化氫等刺激性氣體，影響堆肥廠家周邊居民生活，是妨礙堆肥工藝推廣的另一大因素。針對(duì)污泥堆肥產(chǎn)生的刺激性有毒氣體，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究，主要通過(guò)各種終端控制技術(shù)抑制氣體排放并進(jìn)行處理和針對(duì)VOCs 的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行研究，從臭氣產(chǎn)生源頭進(jìn)行控制。

　　3)我國(guó)污泥堆肥技術(shù)工藝現(xiàn)狀。

　　污泥堆肥技術(shù)起源于國(guó)外且普及較廣，在我國(guó)起步較晚。20 世紀(jì)90年代，在國(guó)家“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃的支持下，我國(guó)建成了第1 座市政污泥機(jī)械化堆肥項(xiàng)目——唐山西郊污水處理廠污泥堆肥項(xiàng)目。之后，北京市密云區(qū)、太原市楊家堡、北京市龐各莊、太原市河西北中部、唐山市西郊二廠等地區(qū)的污泥堆肥系統(tǒng)相繼建成并投入運(yùn)行。但我國(guó)現(xiàn)行技術(shù)仍處于模仿、探索階段，處理規(guī)模不大，且產(chǎn)品的市場(chǎng)化程度低。國(guó)內(nèi)部分典型的污泥堆肥項(xiàng)目詳情見表1。

　　表1 國(guó)內(nèi)典型污泥堆肥廠工藝技術(shù)與投資運(yùn)行現(xiàn)狀

　　目前，國(guó)內(nèi)的污泥處置項(xiàng)目規(guī)模較小，大部分項(xiàng)目污泥日處理量在500 t 以下。《國(guó)家城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置污染防治最佳可行技術(shù)指南》指出投資成本與系統(tǒng)的構(gòu)成、污泥性質(zhì)、自動(dòng)化程度、設(shè)備質(zhì)量等因素相關(guān)，“一般情況下，設(shè)計(jì)完整的污泥好氧發(fā)酵系統(tǒng)的投資為30萬(wàn)~ 50 萬(wàn)元/ t(含水率80%) ”。表1 中所有污泥處置項(xiàng)目的投資額均能滿足技術(shù)指南的推薦值，并在設(shè)備工藝優(yōu)化的投資上存在富余空間。

　　目前，國(guó)內(nèi)的污泥堆肥工藝多個(gè)項(xiàng)目在引進(jìn)如德國(guó)BACKHUS系統(tǒng)、高溫好氧發(fā)酵處理技術(shù)(SACT工藝)、垃圾生化好氧處理技術(shù)(ENS 工藝) 等基礎(chǔ)上，均根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況對(duì)技術(shù)進(jìn)行了改良。例如，北京龐各莊污泥堆肥項(xiàng)目采用了智能化控制系統(tǒng)ENSComposter，利用氧溫探槍對(duì)堆肥過(guò)程氧含量、溫度變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并通過(guò)負(fù)反饋系統(tǒng)控制通風(fēng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)均勻柔和通風(fēng)，縮短堆肥周期。洛陽(yáng)市污泥處理廠二期工程采用SACT隧道倉(cāng)工藝，相比一期工程的晾曬加動(dòng)態(tài)通風(fēng)條垛堆肥將處理規(guī)模從228 t/ d 提升到328 t/ d，同時(shí)也將堆肥周期從30 d 縮短至16 d，并將堆肥占地面積縮小至一期的1/3。桂林市上窯污泥處置場(chǎng)原廠采用垛式堆肥，因臭氣外溢影響環(huán)境停產(chǎn)改造。在改造安裝全封閉高溫好氧發(fā)酵設(shè)備之后，實(shí)現(xiàn)了智能監(jiān)測(cè)控制在線篩分與除臭處理，堆肥周期縮短2~ 5d，輔料添加量減少20%。同時(shí)，國(guó)內(nèi)污泥處置項(xiàng)目正向大規(guī)模化發(fā)展。例如，日處理量達(dá)到1000 t 的沈陽(yáng)市污水處理廠污泥處置項(xiàng)目已成功運(yùn)行2年，且該項(xiàng)目正致力于調(diào)整運(yùn)行模式提高處理效率，提升處理效果與空間利用率。隨著污泥堆肥技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展，其作為主要污泥處置技術(shù)的運(yùn)用在城市中面臨的問(wèn)題也逐漸凸顯。國(guó)內(nèi)污泥堆肥處置項(xiàng)目一般采用農(nóng)業(yè)廢棄物作為堆肥調(diào)理劑，然而這類調(diào)理劑季節(jié)性特征明顯，在運(yùn)輸、儲(chǔ)存方面會(huì)造成額外的運(yùn)行成本;堆肥產(chǎn)物作為肥料使用，存在“經(jīng)濟(jì)半徑”，即產(chǎn)物運(yùn)輸距離超過(guò)50 km經(jīng)濟(jì)性將受影響，如無(wú)補(bǔ)貼，堆肥產(chǎn)物的利用范圍會(huì)受到較大限制;除臭效果良好的堆肥項(xiàng)目均采取全封閉的發(fā)酵設(shè)備，通過(guò)離心通風(fēng)機(jī)除臭，耗電量會(huì)有所增加。以上幾方面劣勢(shì)限制了堆肥技術(shù)國(guó)產(chǎn)化的推廣腳步，使其難以成為最主流的污泥處置技術(shù)。污泥焚燒目前被認(rèn)為是污泥處置技術(shù)中最具發(fā)展前景的技術(shù)之一。然而，相比于污泥焚燒技術(shù)的耗能高、尾氣排放量大且有害成分含量高，污泥堆肥具備能源消耗低、氣體產(chǎn)物毒性低的特點(diǎn)。同時(shí)，污泥焚燒適用于較大規(guī)模的污泥處置項(xiàng)目以保證項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，而污泥堆肥則可適用于中小型項(xiàng)目。發(fā)展污泥堆肥技術(shù)，優(yōu)化堆肥工藝仍具備一定的市場(chǎng)前景。在“十一五”與“十二五” 期間，我國(guó)污泥處置技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有、從點(diǎn)到面的突破，取得了階段性成果。對(duì)于污泥堆肥技術(shù)及其土地利用，國(guó)家制定了一系列相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，初步建立了污泥處置領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與政策體系。其中，污泥堆肥技術(shù)方面的標(biāo)準(zhǔn)包括T/CECS 536—2018《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥好氧發(fā)酵技術(shù)規(guī)程》、CJ/T 510—2017《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)》， 污泥土地利用方面的標(biāo)準(zhǔn)包括CJ/T 309—2009《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 農(nóng)用泥質(zhì)》、CJ/T 362—2011《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 林地用泥質(zhì)》與GB/T 24600—2009《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置土地改良用泥質(zhì)》。以上政策對(duì)污泥堆肥處置與土地利用分別做出了操作層面的規(guī)定，形成了“污泥堆肥+土地利用”的技術(shù)路線，但其仍存在一些問(wèn)題：污泥堆肥處置標(biāo)準(zhǔn)與農(nóng)林業(yè)施用泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)之間缺乏銜接與融合，對(duì)于污泥堆肥產(chǎn)物利用于農(nóng)林業(yè)的方法與用量缺乏明確指導(dǎo);對(duì)于污泥的土地利用未建立完善的環(huán)保監(jiān)督體系與處罰體制，不能有力保障污泥堆肥土地利用的規(guī)范性;由于民眾對(duì)污泥堆肥過(guò)程中污染物去除機(jī)理缺乏了解，導(dǎo)致民眾對(duì)污泥堆肥土地利用的接納度有限，影響產(chǎn)物銷路。總體上，污泥堆肥技術(shù)在我國(guó)得到了快速發(fā)展，“污泥堆肥+土地利用”的技術(shù)路線已具雛形。隨著相關(guān)技術(shù)難點(diǎn)的攻克，污泥堆肥與土地利用相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)合完善，支持性政策與管理辦法的出臺(tái)，以及對(duì)民眾關(guān)于污泥堆肥安全性的科普與推廣，污泥堆肥及其土地利用有望成為我國(guó)污泥處理與處置的有效途徑。

　　02

　　堆肥調(diào)理劑研究進(jìn)展

　　調(diào)理劑是污泥堆肥過(guò)程改善堆肥環(huán)境，提升堆肥效果的添加物。原污泥的含水率、孔隙度及C/N特征導(dǎo)致其不適宜單獨(dú)作為堆肥原料，必須添加調(diào)理劑調(diào)節(jié)理化性質(zhì)以符合堆肥需求。同時(shí)，通過(guò)添加調(diào)理劑可使污泥堆肥達(dá)到加速有機(jī)質(zhì)降解及腐熟、減少氮素?fù)p失、降低溫室氣體排放量等效果。調(diào)理劑可分為活性調(diào)理劑、惰性調(diào)理劑及生物調(diào)理劑。

　　1.活性調(diào)理劑

　　活性調(diào)理劑是指含有參與微生物生命活動(dòng)的可降解有機(jī)質(zhì)，在堆肥過(guò)程中為堆體提供碳源并調(diào)節(jié)C/N的調(diào)理劑。常用活性調(diào)理劑有秸稈、稻殼、木屑等包含一定有機(jī)質(zhì)且具備調(diào)節(jié)堆體孔隙度能力的生物質(zhì)材料。近年來(lái)，污泥熟肥作為活性調(diào)理劑已被部分堆肥廠家采用，按比例與其他調(diào)理劑配比堆肥效果理想。總的來(lái)說(shuō)，活性調(diào)理劑大部分由農(nóng)林業(yè)生物質(zhì)廢棄物組成，其在污泥堆肥中的添加不僅能增長(zhǎng)堆肥高溫期時(shí)間，增強(qiáng)堆肥微生物的活性，提升堆肥效果，更能解決農(nóng)林業(yè)生物質(zhì)廢棄物處置問(wèn)題。

　　目前，我國(guó)污泥堆肥廠主要以秸稈、稻殼為主的農(nóng)業(yè)廢棄物作為活性調(diào)理劑，但其生產(chǎn)受季節(jié)性影響較大，且農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)地相對(duì)分散，無(wú)法滿足堆肥廠的持續(xù)供應(yīng)需求，需要額外的運(yùn)輸、儲(chǔ)存支出，增加了污泥堆肥廠的運(yùn)營(yíng)成本。農(nóng)業(yè)生物質(zhì)廢棄物與污泥熟肥結(jié)合使用將成為被廣大污泥堆肥廠家接納的主流活性調(diào)理劑，不僅減少農(nóng)業(yè)廢棄物的需求量，更提高了堆肥效果。同時(shí)，多樣化活性調(diào)理劑的研發(fā)有利于緩解目前以農(nóng)業(yè)廢棄物為主要調(diào)理劑供應(yīng)不便的現(xiàn)狀，可通過(guò)使用鋸末、蘑菇渣等有相對(duì)較穩(wěn)定產(chǎn)出的物質(zhì)作為活性調(diào)理劑，降低堆肥廠家在調(diào)理劑運(yùn)輸、儲(chǔ)存上的運(yùn)行投入。在此背景下，對(duì)于多樣化活性調(diào)理劑的添加劑量及其對(duì)于污泥堆肥的影響效果的研究，是目前國(guó)內(nèi)污泥堆肥廠需重點(diǎn)關(guān)注的方向。

　　2.惰性調(diào)理劑

　　惰性調(diào)理劑指本身不含參與堆肥微生物生命活動(dòng)的可降解有機(jī)質(zhì)，其主要作用是增加堆體孔隙率，提升氧氣傳質(zhì)效率，同時(shí)減少臭氣釋放。常用的惰性調(diào)理劑有沸石、浮石、碎輪胎等。表2列出了目前在污泥堆肥中采用的惰性調(diào)理劑及其對(duì)堆肥過(guò)程的優(yōu)化效果。惰性調(diào)理劑對(duì)于污泥堆肥的有機(jī)質(zhì)降解、腐殖質(zhì)生成、微生物繁殖以及營(yíng)養(yǎng)元素的保存等方面均有顯著優(yōu)化，其調(diào)配與添加是污泥堆肥技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用過(guò)程中必須重視的環(huán)節(jié)。

　　表2 惰性調(diào)理劑作用于污泥堆肥的優(yōu)化效果

　　目前，學(xué)者們正積極研發(fā)具備結(jié)構(gòu)性優(yōu)勢(shì)的新型惰性調(diào)理劑。未來(lái)，對(duì)于物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)性能良好、可回收利用程度高的惰性調(diào)理劑的研究是污泥堆肥調(diào)理劑優(yōu)化的趨勢(shì)。

　　3.生物調(diào)理劑

　　污泥堆肥是在微生物和相應(yīng)酶的作用下，將有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定無(wú)毒復(fù)雜大分子的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程。有研究表明，相比于其他生物質(zhì)廢棄物(如動(dòng)物糞便)，污泥堆肥的微生物活動(dòng)更加強(qiáng)烈。因此，對(duì)污泥堆肥過(guò)程的生物種群發(fā)展分析有利于更清晰了解污泥堆肥機(jī)理。生物調(diào)理劑的優(yōu)化研發(fā)也在堆肥工藝優(yōu)化中占據(jù)重要位置。污泥堆肥過(guò)程的微生物包含細(xì)菌、真菌、放線菌等，不同菌群在堆肥的升溫、高溫、腐熟階段分別成為優(yōu)勢(shì)菌群，分工協(xié)作促進(jìn)堆肥進(jìn)程，具體分類見表3。基于對(duì)微生物作用機(jī)理的深入研究，學(xué)者們致力研發(fā)復(fù)合微生物菌劑，縮短堆肥時(shí)間，提升堆肥效果。

　　表3 污泥堆肥微生物作用階段及優(yōu)勢(shì)菌種信息

　　蚯蚓污泥堆肥是一種以蚯蚓為生物添加劑的污泥處置技術(shù)，無(wú)臭高效、氮素?fù)p失小的特點(diǎn)使其近年來(lái)得到廣泛關(guān)注與應(yīng)用。蚯蚓堆肥無(wú)高溫階段，主要靠蚯蚓的生命活動(dòng)使污泥中的有機(jī)質(zhì)腐殖化。相比于普通堆肥，蚯蚓堆肥的整體耗時(shí)較短，產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)存在形態(tài)更加穩(wěn)定，同時(shí)還具備富集重金屬、降低溫室氣體排放的優(yōu)點(diǎn)。但因蚯蚓需要活動(dòng)空間，蚯蚓堆肥具有場(chǎng)地需求面積較大的缺點(diǎn)。復(fù)合菌劑堆肥與蚯蚓堆肥各自存在不足之處，復(fù)合菌劑堆肥需要長(zhǎng)時(shí)間使腐殖質(zhì)穩(wěn)固化，且需要頻繁曝氣維持好氧條件;蚯蚓堆肥因蚯蚓的存在不能使堆體升溫至殺滅病原菌的溫度，無(wú)法滿足無(wú)害化要求。故將2種工藝結(jié)合使用，利用復(fù)合菌劑堆肥高溫殺菌后，加入蚯蚓堆肥加速腐殖化，彌補(bǔ)各自劣勢(shì)。目前來(lái)看，盡管國(guó)內(nèi)污泥堆肥廠家的堆肥產(chǎn)物重金屬大部分能滿足農(nóng)林業(yè)用的控制標(biāo)準(zhǔn)，但大量連續(xù)施用勢(shì)必引起土壤中的重金屬積累，進(jìn)而影響人類身體健康，這是導(dǎo)致我國(guó)污泥堆肥產(chǎn)物銷路受阻的主要因素之一。復(fù)合菌劑堆肥和蚯蚓堆肥的聯(lián)用技術(shù)在保證堆肥腐熟料的無(wú)害化同時(shí)，控制產(chǎn)物重金屬含量并降低重金屬的生物有效性，擴(kuò)大了堆肥產(chǎn)物在農(nóng)林業(yè)的應(yīng)用范圍，這為我國(guó)污泥堆肥廠提升產(chǎn)物質(zhì)量，保證堆肥產(chǎn)物的經(jīng)濟(jì)性提供了新的思路。如何在經(jīng)濟(jì)成本上對(duì)聯(lián)用技術(shù)進(jìn)行控制，同時(shí)控制溫室氣體的排放以及富集重金屬后的蚯蚓的后續(xù)處理問(wèn)題，是未來(lái)需要深入探討的方向。

　　03

　　污泥堆肥設(shè)備工藝優(yōu)化研究進(jìn)展

　　1.曝氣策略優(yōu)化

　　污泥堆肥活性的主要影響因素是堆肥微生物的活性，為其提供更加適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，有效提升污泥堆肥活性。曝氣方式直接影響堆體溫度與含水率，進(jìn)而影響堆肥好氧發(fā)酵菌群的生長(zhǎng)。目前，較典型的污泥堆肥曝氣方式有自然通風(fēng)靜樁、強(qiáng)制曝氣靜樁及旋樁。自然通風(fēng)靜樁方便簡(jiǎn)潔，設(shè)備成本低;強(qiáng)制曝氣靜樁相比于自然通風(fēng)靜樁，具備堆肥快速腐熟的優(yōu)勢(shì)，且能有效減少N損失;旋樁在堆料均勻化及熱分層形成的減少上具備優(yōu)勢(shì)， 且減量化效果明顯。隨著研究的深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)單一的曝氣方式并不契合堆肥微生物的生長(zhǎng)規(guī)律。根據(jù)堆肥微生物的生長(zhǎng)與生活特性對(duì)曝氣策略進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，是優(yōu)化污泥堆肥工藝的可行思路。此外，傳感器技術(shù)在堆肥曝氣上運(yùn)用的越來(lái)越廣泛。Ekinci等研究了熱電偶在靜樁系統(tǒng)中對(duì)溫度反饋控制曝氣風(fēng)扇的影響。傳感器技術(shù)的應(yīng)用使污泥堆肥向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，在節(jié)省大量人力物力的同時(shí)，也提升了污泥堆肥的效果，是現(xiàn)行污泥堆肥設(shè)備改良的著手點(diǎn)。

　　數(shù)值模擬技術(shù)在污泥堆肥的曝氣優(yōu)化上有巨大的推進(jìn)作用，在提高污泥堆肥效率、降低運(yùn)行成本、提升控制能力等方面成效顯著。根據(jù)堆肥過(guò)程的能量與質(zhì)量守恒原則，學(xué)者們提出了許多數(shù)值模擬方程以預(yù)測(cè)堆肥的溫度、含水率、有機(jī)質(zhì)降解等指標(biāo)的演變。隨著對(duì)污泥堆肥曝氣研究的深入，也有學(xué)者對(duì)不同環(huán)境條件下的曝氣策略提出數(shù)值模擬模型，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。計(jì)算機(jī)技術(shù)與人工智能技術(shù)是當(dāng)今社會(huì)熱門發(fā)展的新興科技，對(duì)更加全面的污泥堆肥數(shù)值模擬模型進(jìn)行深入研究并與之結(jié)合，是污泥堆肥工藝向高效化、環(huán)保化、智能化方向發(fā)展的必由之路。

　　2.除臭技術(shù)優(yōu)化

　　生物除臭技術(shù)是20世紀(jì)50年代后期發(fā)展起來(lái)的處理臭氣的方法，其利用微生物的降解作用，把惡臭物質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO2 、H2O、N2 、硫酸鹽等無(wú)害物質(zhì)，具備處理效率高、無(wú)二次污染、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行管理費(fèi)用低等特點(diǎn)。常用的生物除臭工藝有生物過(guò)濾法、生物洗滌法、生物滴濾法、曝氣式除臭法及各工藝聯(lián)用等。其中，生物過(guò)濾法具有投資低、效率高的優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用廣泛。學(xué)者們?cè)谏�物過(guò)濾法的濾料優(yōu)化上進(jìn)行了大量的研究。生物過(guò)濾法傾向于利用生物質(zhì)廢棄物作為濾料，不僅達(dá)到廢物利用效果，更能提升臭氣去除效率。膜覆蓋技術(shù)是一種對(duì)靜態(tài)條垛堆肥進(jìn)行臭氣控制優(yōu)化的技術(shù)， 在20世紀(jì)80年代由德國(guó)Baden-Baden 提出，利用功能膜將堆體與周圍環(huán)境隔離開的除臭工藝。該工藝?yán)�用聚四氟乙�?PTFE) 微孔膜與植物復(fù)合的功能膜覆蓋堆肥，通過(guò)鼓風(fēng)作用在發(fā)酵堆體內(nèi)部形成的低壓內(nèi)腔，在減少通風(fēng)量的同時(shí)減少臭氣的逸散，極大程度地緩解了臭氣對(duì)環(huán)境的影響。由已有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析，膜覆蓋技術(shù)仍存在堆肥周期長(zhǎng)，保溫性能不佳，覆蓋過(guò)程無(wú)法翻堆等問(wèn)題，需要進(jìn)一步進(jìn)行工藝改良以提高其實(shí)用性。

　　生物除臭技術(shù)與膜覆蓋技術(shù)，均無(wú)法做到完全防止臭氣逸散至堆肥廠空間，全封閉式的廠房設(shè)計(jì)配合離心通風(fēng)機(jī)抽風(fēng)仍是目前有效防治臭氣逸散至周邊環(huán)境的主要有效手段。故目前國(guó)內(nèi)污泥堆肥廠家為防止臭氣逸散在廠房設(shè)計(jì)、抽風(fēng)電耗上的投入仍居高不下。在效果完美的除臭技術(shù)被開發(fā)之前，添加優(yōu)化調(diào)理劑降低臭氣產(chǎn)生量，結(jié)合現(xiàn)有除臭技術(shù)減少臭氣擴(kuò)散量，降低抽風(fēng)機(jī)工作頻率，是目前國(guó)內(nèi)污泥堆肥廠家控制成本的有效途徑。

　　3.堆肥設(shè)備優(yōu)化

　　堆肥設(shè)備是各類堆肥技術(shù)的綜合體，設(shè)備優(yōu)化是污泥堆肥廠家長(zhǎng)期致力研究的方向。目前，對(duì)堆肥設(shè)備的開發(fā)研究主要集中在以下方面：反應(yīng)器堆肥設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化，包括可再生能源利用、機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化;曝氣策略與除臭技術(shù)整合應(yīng)用。反應(yīng)器堆肥具備發(fā)酵周期短、占地面積小及自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)反應(yīng)器堆肥設(shè)備的能源及機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化備受關(guān)注。調(diào)整反應(yīng)器設(shè)備能源與機(jī)械結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提升污泥堆肥效率是目前設(shè)備研發(fā)的主要方向。在污泥堆肥廠的實(shí)踐應(yīng)用中，對(duì)先進(jìn)曝氣策略與除臭技術(shù)的整合應(yīng)用取得了優(yōu)異成效。在大規(guī)模的堆肥設(shè)備應(yīng)用中正在對(duì)曝氣策略優(yōu)化及臭氣逸散防治進(jìn)行攻堅(jiān)，努力向廠房一體化、設(shè)備自動(dòng)化及空間利用高效化發(fā)展。不論是反應(yīng)器堆肥還是大規(guī)模堆肥廠家設(shè)備，空間合理利用和自動(dòng)化信息化提升都是目前設(shè)備優(yōu)化的著力點(diǎn)。反應(yīng)器堆肥可控程度高，但處置規(guī)模較小，成本較高;堆肥廠家污泥綜合處置量大、效率高，但一體化效果與自動(dòng)化程度難以兼顧。如何整合兩者優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，是未來(lái)堆肥設(shè)備設(shè)計(jì)與應(yīng)用的研究方向。

　　04

　　結(jié)論與展望

　　我國(guó)的污泥產(chǎn)量正迅速上升，合理控制污泥增產(chǎn)并進(jìn)行可持續(xù)化綠色處置是其應(yīng)對(duì)之策。污泥堆肥工藝因其耗能少，資源利用程度高，有一定經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點(diǎn)，是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的優(yōu)良污泥處置工藝。如能攻克降低除臭技術(shù)成本難題，優(yōu)化堆肥調(diào)理劑供給及完善產(chǎn)物土地利用相關(guān)法規(guī)，污泥堆肥將具備極大的發(fā)展及市場(chǎng)空間。本文針對(duì)目前污泥堆肥重金屬、臭氣污染、占地面積大，自動(dòng)化程度不夠?qū)е绿幚硇�率低等�?wèn)題，從調(diào)理劑開發(fā)與應(yīng)用，曝氣策略與除臭技術(shù)發(fā)展和優(yōu)化，軟件數(shù)值模擬及新型堆肥設(shè)備研發(fā)等方面對(duì)污泥堆肥技術(shù)進(jìn)行綜述。污泥堆肥技術(shù)與工藝優(yōu)化的探討與深入研究，將為我國(guó)全面實(shí)現(xiàn)污泥堆肥的減量化、無(wú)害化與資源化處置提供有力的技術(shù)支持。現(xiàn)對(duì)未來(lái)研究方向作如下展望：

　　1)調(diào)理劑研發(fā)。污泥堆肥調(diào)理劑需要從廢物利用、可回收利用設(shè)備、生物生命活動(dòng)利用的角度入手進(jìn)行深入研發(fā)。現(xiàn)有研究表明:生物質(zhì)廢物制備的生物炭、可回收塑料膨脹劑、蚯蚓等調(diào)理劑均在重金屬吸附、臭氣產(chǎn)生源控制、提升污泥堆肥效果方面展現(xiàn)了優(yōu)良性能，且契合可持續(xù)發(fā)展污泥堆肥理念，是污泥堆肥調(diào)理劑研發(fā)的主要研究方向。

　　2)控制智能化。在當(dāng)今高度信息化的時(shí)代，需開發(fā)更加豐富、精確、切合污泥堆肥實(shí)際的數(shù)值模擬模型，精確定位污泥堆肥過(guò)程中的污染產(chǎn)生源，并統(tǒng)籌結(jié)合多種優(yōu)良堆肥工藝，實(shí)現(xiàn)污泥堆肥的信息化、智能化，對(duì)高效解決城市污泥處置問(wèn)題，維護(hù)城市環(huán)境意義重大。

　　3)工藝和設(shè)備優(yōu)化。污泥堆肥廠家應(yīng)引進(jìn)先進(jìn)曝氣、除臭等設(shè)備，結(jié)合傳感器反饋技術(shù)，組建系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)污泥堆肥工程進(jìn)行因地制宜地改良與優(yōu)化，為我國(guó)污泥堆肥技術(shù)的高效化、高值化發(fā)展提供技術(shù)支持。

　　4)工藝國(guó)產(chǎn)化。我國(guó)現(xiàn)行污泥堆肥技術(shù)仍處于模仿、探索階段，處理規(guī)模不大，產(chǎn)物市場(chǎng)應(yīng)用不廣泛，臭氣防治難及占地面積大等問(wèn)題限制了污泥堆肥廠家的發(fā)展。應(yīng)做到堆肥調(diào)理劑的多樣化選擇以應(yīng)對(duì)目前調(diào)理劑受季節(jié)性影響的不足;采用新型調(diào)理劑改善堆肥產(chǎn)物質(zhì)量，擴(kuò)大適用范圍確保產(chǎn)物經(jīng)濟(jì)性;引進(jìn)先進(jìn)通風(fēng)除臭技術(shù)與設(shè)備，改良堆肥廠空間設(shè)計(jì)以提高空間利用率，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)降低運(yùn)行成本。結(jié)合以上節(jié)點(diǎn)加大研發(fā)力度，推進(jìn)工藝設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，可有效解決我國(guó)城市污泥處置問(wèn)題。

　　5)完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，健全法律法規(guī)。應(yīng)深入關(guān)于污泥堆肥技術(shù)與其產(chǎn)物土地利用的銜接性研究，出臺(tái)相應(yīng)的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn);完善相關(guān)部門對(duì)與污泥堆肥土地利用的監(jiān)督體系，出臺(tái)相應(yīng)法律法規(guī)以保障污泥堆肥土地利用的安全性;對(duì)于民眾進(jìn)行污泥堆肥安全性相關(guān)知識(shí)的科普，提升民眾對(duì)污泥堆肥土地利用的接納度，拓寬堆肥產(chǎn)物的銷路。

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