前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展和社會(huì)城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，城市污水（工業(yè)污水和生活污水）的排放量急劇增多，污水處理廠污泥產(chǎn)量與日俱增。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2013年底，年產(chǎn)生濕污泥（含水率80%）突破3800萬t。預(yù)計(jì)，2020—2025年中國人口將達(dá)到頂峰，城市污水處理量也將達(dá)到最大值，屆時(shí)污泥年產(chǎn)量將突破6000萬t。數(shù)量如此龐大的城市污泥，如果未經(jīng)妥善處理就排放到自然界中，將會(huì)造成包括地下水、地表水、土壤、空氣在內(nèi)的嚴(yán)重“二次污染”，給城鄉(xiāng)環(huán)境與人民生活帶來極大危害。

調(diào)研結(jié)果顯示，此前，我國城市污泥有80%沒有得到妥善處理，隨意亂倒、堆放及所造成的“二次污染”已經(jīng)凸顯出來，引起了全社會(huì)的廣泛關(guān)注。這促使各級(jí)政府對(duì)污泥的處理重視起來，又促進(jìn)了污泥處理處置行業(yè)的形成。現(xiàn)階段，我國節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)位列戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之首，政策大力支持，預(yù)計(jì)“十二五”期間，環(huán)保產(chǎn)業(yè)投資將達(dá)3.1萬億元。環(huán)保重點(diǎn)投資項(xiàng)目涉及固廢處理、脫硫脫硝、市政污水污泥、工業(yè)廢水等多個(gè)方面。此前，包括城市污泥處理、處置在內(nèi)的固廢處理投資在我國環(huán)保投資占比中長期處于低位，導(dǎo)致目前固廢處理處置設(shè)施嚴(yán)重不足。“十二五”期間將是固廢處理行業(yè)投資水平從低向高邁進(jìn)的一個(gè)拐點(diǎn)，未來5年將進(jìn)入建設(shè)高峰期。我國包括城市污泥處置在內(nèi)的固廢處理行業(yè)投資將達(dá)到8000億元，占環(huán)保產(chǎn)業(yè)3.1萬億元總投資比例將達(dá)到25.8%，年復(fù)合增長率約30%，是環(huán)保行業(yè)整體投資增速的2倍。在傾斜性政策的推動(dòng)下，我國包括城市污泥處理處置在內(nèi)的固廢處理領(lǐng)域?qū)⒂瓉砀鼮闃酚^的成長空間。

城市污泥如何處置才能真正做到減量化、無害化、資源化？用何種工藝處置才能高效快捷、節(jié)能環(huán)保，真正做到良性循環(huán)利用，持續(xù)科學(xué)和諧發(fā)展？這是當(dāng)前擺在人們面前的帶有普遍性重大環(huán)保課題。

從全國范圍來看，我國城市污泥的處理處置現(xiàn)狀不容樂觀，出現(xiàn)的問題主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

（1）缺乏完善的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國污水處理已經(jīng)建立了完善的法律標(biāo)準(zhǔn)體系，但是污泥處置仍然沒有健全的法律法規(guī)，尤其是污泥相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺乏系統(tǒng)性和科學(xué)性，各標(biāo)準(zhǔn)間缺乏協(xié)調(diào)性和統(tǒng)一性，執(zhí)行起來存在很大困難。

（2）污泥處理處置技術(shù)和工藝相對(duì)落后，管理水平低。一些污水處理廠雖然采用了先進(jìn)國家的污泥處理技術(shù)，但是在工藝設(shè)備、制造水平、系統(tǒng)完善和自動(dòng)化控制等各個(gè)方面，與先進(jìn)國家的綜合水平還存在很大的差距。

（3）污泥處理處置費(fèi)用的收取沒有統(tǒng)一的法律保障。雖然污泥問題越來越受到各級(jí)政府重視，但相比污水處理而言，我國污泥處理處置的費(fèi)用還很低，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)各級(jí)政府自行其是，且沒有形成常態(tài)化。

（4）污泥處理處置責(zé)任主體缺乏。傳統(tǒng)的污水處理廠并非民事法人主體，而是事業(yè)單位，是為政府義務(wù)服務(wù)的附屬機(jī)構(gòu)，因此無法獨(dú)立承擔(dān)有關(guān)責(zé)任。

目前，我國城市污泥處置方法主要有：衛(wèi)生填埋、建材利用、焚燒和土地利用等。衛(wèi)生填埋具有投資省、實(shí)施快、方法簡單、處理規(guī)模大，對(duì)污泥的衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)和重金屬要求比較低等優(yōu)點(diǎn)，但它僅僅實(shí)現(xiàn)了固廢污染物的轉(zhuǎn)移和暫存，并沒有從根本上對(duì)污泥中的有機(jī)物進(jìn)行處理和控制，占用大量的土地面積，對(duì)大氣和環(huán)境造成一定的負(fù)面影響，是一種不可循環(huán)的處置方式；建材利用無需土地作為最終消納的載體，可代替一部分用于制造建筑材料的原料，具有資源保護(hù)的意義，但污泥建材利用成本較高，一般污水處理廠難以承受；焚燒是最徹底的處置方式，大大減少了污泥的體積和重量，處理速度快，但污泥焚燒產(chǎn)生的有毒有害氣體難以處理，焚燒成本非常昂貴，大大限制了該法的利用。相比之下，經(jīng)堆肥好氧發(fā)酵處理后污泥土地利用投資少、耗能低、運(yùn)行費(fèi)用小，且污泥中的營養(yǎng)物質(zhì)可得到資源化利用，盡管可能存在重金屬超標(biāo)因素、有機(jī)污染物等的干擾，污泥堆肥后土地利用仍被認(rèn)為是當(dāng)前符合國情的最經(jīng)濟(jì)、最有價(jià)值的處理方式。

事實(shí)上，城市污泥中的有機(jī)物、氮、磷等含量均高于一般農(nóng)家?guī)?，還含有鉀及其他微量元素等植物生長必需的營養(yǎng)成分。若采用污泥堆肥好氧發(fā)酵技術(shù)對(duì)其無害化、穩(wěn)定化、減量化處理后，將腐熟料施用于土地中，對(duì)土壤物理、化學(xué)及生物學(xué)性狀均有一定的改良作用。污泥中的有機(jī)物質(zhì)可明顯改善土壤的結(jié)構(gòu)，使土壤的容重下降，孔隙增多，土壤的通氣透水性和田間持水量提高，從而改善土壤的物理性質(zhì)。也可提高土壤的陽離子交換量；改善土壤對(duì)酸堿的緩沖能力，提供養(yǎng)分交換和吸附的活性位點(diǎn)，從而提高土壤保肥性。污泥中各種豐富的養(yǎng)分，增加了土壤氮、磷、鉀肥效，并能有效地向植物提供營養(yǎng)，減少化學(xué)肥料的施用量，從而可降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本。此外，污泥堆肥腐熟料可以使土壤中微生物量增加和代謝強(qiáng)度提高而改變土壤的生物學(xué)性狀，所以說污泥堆肥的土地利用適合我國目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，是一種積極的、資源型、生產(chǎn)性的城市污泥處置方法。

目前，城市污泥的土地利用已在西方發(fā)達(dá)國家中占據(jù)污泥處置方式的主體位置；我國處于幾種處置方式并存的階段，對(duì)于適合國情的最佳處理處置技術(shù)也處于探索階段。由于衛(wèi)生填埋、建材利用、干化焚燒等方式本身存在缺點(diǎn)，必將大大限制其推廣應(yīng)用。我國是一個(gè)發(fā)展中的國家，又是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，其廣闊的土地資源具有發(fā)展城市污泥土地利用的天然優(yōu)勢(shì)。因此，無論從環(huán)保的社會(huì)因素還是從資源化利用的經(jīng)濟(jì)因素出發(fā)，污泥堆肥的土地利用，特別是符合安全標(biāo)準(zhǔn)的堆肥腐熟料及深加工產(chǎn)品的農(nóng)用確是一種適合國情的處置方法。這種處置方法一方面可以為國內(nèi)城市污泥找到一條根本出路；另一方面還可緩解我國農(nóng)村農(nóng)業(yè)資源的短缺，土地生物狀態(tài)持續(xù)惡化的現(xiàn)狀。污泥堆肥技術(shù)將城市污泥的處理處置與污泥資源化合為一體，必將成為城市污泥處置的最好出路。

說到堆肥應(yīng)用，在我國歷史悠久。早在西漢，我國農(nóng)村地區(qū)就普遍將秸稈、落葉、禽畜糞便、生活垃圾等堆積在一起，進(jìn)行發(fā)酵制成農(nóng)用肥料。20世紀(jì)70年代以后，世界上發(fā)達(dá)國家的污泥堆肥好氧發(fā)酵技術(shù)發(fā)展越來越快，工藝成熟的大型堆肥發(fā)酵裝置迅速普及，逐漸形成處理規(guī)模大，自動(dòng)化程度高，堆肥發(fā)酵效率快的城市污泥處理產(chǎn)業(yè)。目前，國外污泥堆肥技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)堆肥過程的自動(dòng)化控制，以準(zhǔn)確掌握堆肥的進(jìn)程和腐熟程度，系統(tǒng)地優(yōu)化堆肥過程，避免憑主觀經(jīng)驗(yàn)判斷的失誤，提高產(chǎn)品的質(zhì)量及其穩(wěn)定性。

但歐美國家的主流堆肥技術(shù)并不適合我國國情，因?yàn)闅W美國家的設(shè)備和能源價(jià)格相對(duì)比較便宜，他們不太計(jì)較能耗及處理成本，而我國城市污泥處理必須走環(huán)保、低耗、高效的工廠化快速堆肥道路。

就國內(nèi)現(xiàn)狀而言，雖然已有一批企業(yè)涉足污泥資源化利用技術(shù)，但是由于國內(nèi)對(duì)堆肥技術(shù)的應(yīng)用研究欠缺，絕大部分企業(yè)都憑傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行堆肥，因此存在處理技術(shù)水平低、工業(yè)化程度不高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定以及處理后的產(chǎn)品仍然對(duì)環(huán)境和作物產(chǎn)生程度輕重不一的危害等問題，既難以生產(chǎn)出真正合格的肥料產(chǎn)品，也不能滿足在土地緊張的城郊進(jìn)行大規(guī)模污泥處理的產(chǎn)業(yè)化要求。一些發(fā)達(dá)地區(qū)從國外引進(jìn)全套堆肥技術(shù)，雖然工業(yè)化程度高，但往往運(yùn)行成本高、能耗大，生產(chǎn)的有機(jī)肥產(chǎn)品缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭力，因而經(jīng)濟(jì)效益不佳，故未被市場(chǎng)普遍接受。

綜合來看，就現(xiàn)有的大部分已經(jīng)建成的處理裝置而言，我國的污泥堆肥技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用還處在多方面探索和實(shí)驗(yàn)階段，各地建成的大小污泥堆肥裝置采用的工藝技術(shù)各不相同，處理效果參差不齊，普遍存在臭氣處理不徹底，自動(dòng)化程度不高，堆肥周期過長，腐熟質(zhì)量不穩(wěn)定，菌種篩選落后等缺陷。雖說取得了一些階段性成果，但是與我國巨大的現(xiàn)實(shí)壓力和市場(chǎng)需求相比，目前的技術(shù)和設(shè)備仍有一定的差距，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：①現(xiàn)在采用的堆肥處理系統(tǒng)普遍運(yùn)行不穩(wěn)定，影響了堆肥質(zhì)量，導(dǎo)致腐熟料及深加工產(chǎn)品的銷路不好，缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭力；②國內(nèi)的總體技術(shù)水平依然比較落后，大型污泥處理裝置過多偏向于全套引進(jìn)國外的技術(shù)，但國外的技術(shù)存在投資高、設(shè)備昂貴且復(fù)雜、維護(hù)困難、運(yùn)行成本高、能耗偏大等缺點(diǎn)，并不完全適合我國國情；③雖然城市污泥堆肥化處理日益受到人們的青睞，但對(duì)堆肥的處理效率和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性等缺乏信任度仍是其比較關(guān)鍵的制約因素。因此，目前應(yīng)當(dāng)結(jié)合中國國情，因地制宜，加強(qiáng)污泥堆肥成套技術(shù)與設(shè)備的創(chuàng)新和技術(shù)集成，解決產(chǎn)品的出路問題，減少對(duì)環(huán)境的污染，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，更好地滿足無害化、減量化和資源化的要求。

筆者認(rèn)為，今后適合我國國情的污泥堆肥集成化核心技術(shù)應(yīng)從以下五個(gè)方面突破：①處理規(guī)模大、環(huán)保、高效、低耗污泥堆肥技術(shù)和設(shè)備的集成與優(yōu)化，包括不受季節(jié)影響的利用太陽能廠房設(shè)計(jì)，堆肥臭氣徹底處理技術(shù)，大規(guī)模低能耗的成套核心設(shè)備；②污泥堆肥處理自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制設(shè)備的完善和標(biāo)準(zhǔn)化，包括堆肥水分實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)技術(shù)與設(shè)備開發(fā)，堆肥氧氣濃度實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化；③有針對(duì)降解污泥中特定有害污染物的高效菌種和超高溫堆肥菌種的篩選和規(guī)?；l(fā)酵培養(yǎng)技術(shù)；④堆肥產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及其安全施用研究，包括堆肥產(chǎn)品腐熟度和無害化指標(biāo)的快速檢測(cè)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的制定，堆肥產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園林、育苗等產(chǎn)業(yè)中的大規(guī)模應(yīng)用示范；⑤超高溫污泥堆肥和重金屬生物礦化技術(shù)研究及應(yīng)用，包括工業(yè)污泥經(jīng)超高溫堆肥的低含水率腐熟料用于火力發(fā)電的研究，含重金屬的城市污泥經(jīng)生物礦化處理應(yīng)用于農(nóng)業(yè)或利用該技術(shù)修復(fù)被重金屬污染的土地。

筆者從2006年開始從事城市污泥無害化、減量化、穩(wěn)定化處理研究。開始著手好氧發(fā)酵菌種的篩選及污泥堆肥最佳工藝指標(biāo)的探索；重點(diǎn)進(jìn)行污泥堆肥新工藝、新技術(shù)開發(fā)及工業(yè)化應(yīng)用的研究，包括高效堆肥菌種的篩選培養(yǎng)，堆肥臭氣的徹底處理，堆肥發(fā)酵核心設(shè)備的高效集成，利用太陽能的堆肥廠房設(shè)計(jì)等工業(yè)化應(yīng)用的工程性研究，于2010年成功開發(fā)出適合我國國情的陽光棚開放槽污泥堆肥好氧發(fā)酵工藝。在此基礎(chǔ)上，也設(shè)計(jì)了數(shù)套日處理城市污泥百噸級(jí)堆肥發(fā)酵裝置，有的已經(jīng)投入生產(chǎn)，運(yùn)行效果良好；堆肥腐熟料及深加工產(chǎn)品的土地利用安全高效，市場(chǎng)反應(yīng)良好，需求旺盛。在有關(guān)城市污泥堆肥發(fā)酵工藝的開發(fā)和工業(yè)化應(yīng)用方面積累了一些個(gè)性化的實(shí)用經(jīng)驗(yàn)。再者，在從事污泥堆肥具體研究、設(shè)計(jì)、調(diào)試工作中，筆者閱讀了大量國內(nèi)外堆肥發(fā)酵方面的論文和專著，對(duì)該領(lǐng)域工藝技術(shù)及工程應(yīng)用的了解比較全面和深入。

鑒于目前我國城市污泥減量化、無害化、穩(wěn)定化處理及資源化利用的現(xiàn)實(shí)壓力，將會(huì)有大量的污泥堆肥裝置上馬。筆者考慮將自己所了解的污泥堆肥技術(shù)及通過具體實(shí)踐所掌握的實(shí)用經(jīng)驗(yàn)體系化、專業(yè)化、工程化整理出來，供該領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)人員和管理者參考。同時(shí)將城市污泥堆肥技術(shù)有關(guān)新的概念、新的理論、新的研究、實(shí)踐方法集中呈現(xiàn)給有關(guān)讀者，普及污泥堆肥相關(guān)知識(shí)；再就是，污泥堆肥發(fā)展到現(xiàn)在，許多老的堆肥工藝得到完善，許多新的工藝技術(shù)被開發(fā)出來，大量新的控制、檢測(cè)、分析手段也得到成功應(yīng)用，這其中就有很多的好技術(shù)成果值得推薦給業(yè)內(nèi)朋友們。

在編寫此書的過程中，參考大量資料，不斷地去總結(jié)前人的優(yōu)秀成果，借鑒他們污泥堆肥的方法和工藝，并在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)和修改，使之變得更加完善。此外，本書中也因地制宜地提出了適合我國國情的污泥堆肥工藝，闡明其來龍去脈，供讀者參考。這些堆肥工藝是我們?cè)趯?shí)踐中總結(jié)出來的，是對(duì)現(xiàn)有污泥堆肥工藝的有益補(bǔ)充。

本書由淺入深，先從污泥堆肥的歷史開始，分別闡述污泥堆肥的原理，形式及相應(yīng)特點(diǎn)，堆肥復(fù)合菌劑，工程設(shè)計(jì)，過程控制，設(shè)備維修，堆肥產(chǎn)品及深加工；堆肥產(chǎn)品的應(yīng)用等內(nèi)容。考慮到有些企業(yè)可能會(huì)用本書作為操作指南，還在后面增加了運(yùn)營管理和編者設(shè)計(jì)的一些成功案例。希望本書能給從事城市污泥處理處置的朋友們帶來較大的參考價(jià)值。

此外，在編寫過程中還進(jìn)行了一些有益的嘗試：①簡化污泥堆肥的生物學(xué)和工程計(jì)算相關(guān)內(nèi)容，按科普作品要求，文字流暢，通俗易懂，便于本領(lǐng)域的基層工作者閱讀和理解；②重視實(shí)際應(yīng)用，文中大量提及實(shí)際生產(chǎn)中可能用到的工藝流程及設(shè)備儀器，對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的講解及分析，并配有大量的插圖，使讀者對(duì)污泥堆肥有一個(gè)更加直觀的了解；③追求數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，本書中所用到的圖表都是編者查閱大量書籍論文所獲得的，對(duì)于此前模糊不清的數(shù)據(jù)，在條件允許的情況下，都進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，以求給讀者朋友們的都是準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

雖然在編此書的過程中追求完美，但限于編者水平，恐怕還是有部分地方會(huì)有疏漏和錯(cuò)誤之處，還請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

作者

2014年9月