1、引言 

　　隨著我國社會經濟和城市化的發展，城市污水處理廠的規模不斷擴大，處理程度不斷提高。到1998年為止，全國已建成和在建的城市污水處理廠已近 200座，污水處理能力約為1000余萬m3/d。與蓬勃發展的污水處理相比，污泥處理和處置技術在我國還剛剛起步，隨著新建污水處理廠的陸續投產，污泥產量將會有大幅度的增加，所以對污泥的處理和處置必須予以充分的重視。

　　城市污泥的利用和最終處置方法主要有焚燒、填埋、堆肥和投海等。焚燒法的技術和設備復雜、耗能大、費用較高，并且有大氣污染問題；填埋法受到場地條件及環境的限制，在污泥運輸距離的合理范圍內已很難找到合適的地點；投海會污染海洋，對海洋生態系統和人類食物鏈已造成威脅，國際公約已明令禁止；堆肥處理不但可以達到穩定污泥的目的，同時制成肥料農業利用具有經濟、簡便、可資源化等優點，引起各國的重視，并進行大量的研究。

　　北京市密云污水處理廠處理能力為1.5萬立方米/天，日產污泥5～6噸（含水率80％）。在我們研究的基礎上，建成了國內第一條完整的生產性規模（年產復混肥5000噸）的污泥制肥生產線，生產線由污泥預處理、好氧動態堆肥裝置和復混肥生產裝置構成。生產線已連續運行兩年，生產的有機復混肥銷售情況良好。復混肥生產已有成熟的技術，我們著重研究污泥的穩定化和無害化處置工藝。

　　2、密云污水處理廠污泥處理和利用工藝

　　污水處理廠的初次污泥和二次污泥經濃縮后，一般采用帶式壓濾機脫水，泥餅含水率為75～85％。這樣的污泥由于含水率高、粘性大、無結構強度。直接進行堆肥氧氣難以通入，易產生厭氧狀態。對于中小規模的污水處理廠，由于剩余污泥量不太大，若廠區又有足夠的場地，氣候適宜，則選擇自然晾曬是最理想的途徑。本實驗在密云污水處理廠，采用了自然晾曬作為污泥堆肥的污泥含水率預調整手段。經過堆肥處理的污泥成為性狀良好的腐植顆粒。然后可以按照不同農肥標準添加一定比例的氮、磷、鉀等化學原料，通過粉碎、攪拌后進入造粒裝置，成型后經干燥、篩分成為成品包裝后入庫或出售。

　　污泥堆肥工藝分為好氧發酵與厭氧發酵兩種工藝過程。厭氧發酵工藝由于產生甲烷、硫化氫、二氧化碳等代謝產物會引起惡臭。由于有機物分解緩慢，發酵周期長達4～6個月，致使占地面積過大。另外蚊蠅孳生，污水淌流，產生嚴重的二次污染，不適合于大規模工業化污泥處置。現代工藝大多采用好氧堆肥，它具有有機物分解率高，堆肥周期短，氣味較小。但傳統好氧堆肥的停留時間長一般10－15天，存在占地面積過大，人工翻堆勞動笨重的問題。工廠化機械堆肥是堆肥工藝發展的主流，開發新的高效堆肥機械也是有迫切要求的。

　　機械化好氧堆肥技術是在有控制的條件下，利用好氧微生物對污泥中易腐有機物進行生物降解，使之成為具有良好穩定性的腐植粒狀物的全部工藝過程。目前國內外正在研究開發的污泥好氧發酵堆肥技術都是采用進料、攪拌、通氣、出料同時進行的高效發酵工藝裝置，其核心是好氧發酵槽。而發酵槽按照形狀可分為幾類：立式多段發酵槽；筒倉式發酵槽；臥式旋轉發酵槽；臥式敞口發酵槽。幾類發酵槽性能的比較見表1。

表1各類發酵反應器的性能比較  

　　3、污泥堆肥裝置設計

　　根據對已有設備類型、操作性能和基建等項費用的比較，在臥式旋轉發酵罐的基礎上進行了改造，設計出一套污泥堆肥裝置。設計滾筒直徑為1.2m，出料口和進料口直徑分別為0.4m和0.6m(如圖2)。滾筒總長12m，進料與出料口同時起到空氣補給和氣體排出口的作用。由于進料和出料口的存在，滾筒中實際物料堆放厚度就受到限制，超過一定高度的熟化污泥會自動從出料口流出。這樣滾筒中物料的體積就應進行核算。

　　滾筒有效容積　 　V=(πd2Lk)/4

　　式中：d為滾筒直徑；

　　L為滾筒長度；

　　k為物料充滿度；一般為0.25～0.6

　　即滾筒的有效容積為3.4～8.1m3

　　滾筒內壁焊接槳葉按旋轉方向呈品字形排列，傾斜角度為2°，起到攪拌物料并限制物料流動速度的作用。整個滾筒沿軸向傾斜5°，從高端進料，在滾動中物料滑落到低端出料口流出滾筒。動力部分由交流電動機經雙極擺線減速機，采用齒輪齒圈傳動方式帶動滾筒滾動，轉速為0.03轉/分，最大扭矩 4300NM。通風設備采用軸流風機從出料端口鼓入空氣，用定時器設定控制風機開閉。

　　溫度在發酵過程中的變化，直接的反應了發酵的進程，也是要觀測的主要參數，在滾筒上布置了五個測溫點(如圖3所示)。在每個測溫點上安裝熱電偶，用電子溫度計測量讀數。物料總停留時間為5天，則1#測溫點為進料當天的溫度；2#為第2天的溫度；3#代表第3天后的溫度；4#為第4天的溫度；5#為第五天的出口溫度。

　　4、動態污泥堆肥裝置操作參數選擇

　　從傳統堆肥的基本原理看，影響好氧堆肥的主要因素是溫度、水分、含水率和供氧量。好氧傳統堆肥的核心問題是供氧受到限制。使用研制出的污泥動態堆肥裝置，通過自然通風、連續強制通風、間斷強制通風三種方式對含水率，通風與溫度的關系等進行了實驗，目的在于探索堆肥裝置的最佳運行參數。

　　1) 污泥的前處理

　　由于從密云污水處理廠壓濾機脫除下來的污泥含水率高達80％以上，不易直接進行堆肥試驗。需采取前處理(干燥)，采用自然晾曬的方式，污泥層厚5－8cm。根據天氣和季節情況晾曬3－5天，污泥涼曬前后的含水率變化見表2。

表2 不同季節污泥晾曬后含水率值 

　　2) 含水率與溫度

　　通過試驗得出不同含水率的堆溫變化。在同等的通氣條件下，含水率較高則堆溫較低，反之亦然。在自然通風的條件下，進料的含水率在70％和60％時，55℃以上的堆溫均能保持三天，但是含水率達到70％，污泥容易在滾動中成團，甚至形成直徑40～50cm的大球，影響設備正常工作。但當進料含水率在20％以下時，整個罐體溫度改變不大，發酵作用不明顯(見表3)。

　　堆肥過程中，微生物分解有機物和其生長繁殖過程中需要一定的水分，用于溶解有機物，以利于微生物的攝取，同時水分蒸發散熱也可以起到調節堆溫的作用。據國外資料報道，當含水率太低時，微生物在水中攝取營養物質的能力降低，有機物分解停止。但含水率過高使堆料互相粘結，將堵塞空氣的通道，從而使堆肥呈厭氧狀態。含水率過低，又會影響反應過程。這是因為微生物是借在物料之間的游離水的運動中攝取食物和營養物質的。如果微生物缺少這種靠液體運動而游動的機會，那么就會在嚴重缺少營養物質的狀態下喪失了分解有機物的能力。

表3　 不同含水率時堆溫的變化