污泥的高温堆肥处理法 当前位置:首页污泥处理处置技术与设备
 

一、概述
    城市污水处理是我国“九五”“十五”期间需重点解决的环保问题,而大力进行污水处理的同时,又面临着对其伴生物---污泥处理处置的难题。采用城市污泥无害化、资源化农用技术,利用污泥作为原料,加入工业废弃物----粉煤灰和N、P、K等添加物,制成颗粒状有机复合肥,不仅解决了城市污水污泥的处理问题,还可对污泥、粉煤灰等污染物进行综合利用,推动环保产业的发展,并为农业提供具有改良土壤特性、提高农作物产量的有机复合肥料,促进农业生产。
  本项目为城市污泥无害化资源化农用技术工程项目。为使污泥制肥技术尽快得到推广,解决烟台市市政污水污泥处理和处置问题,本项目将实施以下内容。
    在烟台市污水处理厂内建设日消化 50m3 脱水污泥(含水率65~75%)、年产16000吨有机复合肥的污泥制肥厂。
    本项目需建设污泥制肥厂生产车间厂房、辅助生产用建构筑物及办公用房等,建筑面积约2500m2。购置用于污泥制肥厂生产的日处理污泥量50m3的污泥无害化农用技术成套备,项目需新增固定资产投资约670万元,其中建筑工程费约200万元,设备购置及安装工程费约370万元,其他费用约100 万元。
    本项目通过污泥制肥技术产业工程以实现明显的社会效益,并具有一定的经济效益。   
 
二、项目的意义和必要性,国内外现状和技术发展趋势
  水资源是保证人类生存最基本的条件,因而保护水资源、防止污水对环境的污染,是人类造福于千秋万代的重要责任。为了改善我国水资源污染严重的现状,从“九五”期间污水治理问题得到充分重视,城市污水处理工程项目发展很快。然而对于随之产生的大量污泥,目前我国大多采用填埋处理,处理不当仍会造成对环境的二次污染。污泥的处理处置和利用已经越来越成为我国急需解决的大问题。
    污泥是污水处理过程中产生的沉淀物质,它包括污水中的泥砂、纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮状物,各种胶体、有机物及吸附的金属元素、微生物、病菌、虫卵、杂草种子等综合固体物质。由于城市污水处理厂的污泥中主要成份为有机物,因而其本身就是很好的农用有机肥原料,可进行综合利用,将其变废为利。本工程采用城市污泥无害化农用技术,将城市污泥与添加物质(其成份主要为菌种、粉煤灰及N、P、K营养素等)混合,制成可用于播种机播撒的有机无机复合颗粒肥,这种复合肥产品属高效无机有机缓释肥,对提高农作物产量、保护土壤有明显效果,是具有较大发展潜力的农业肥料品种。因此利用城市污泥添加粉煤灰制肥,即可为农业提供复合肥产品,满足我国农业化肥产品结构调整的需要,同时实现了对城市污泥和粉煤灰等环境污染源的综合利用,使废物资源化。有着极大、长远的社会效益和一定的经济效益。
    从世界范围看,城市污泥的处理处置方法主要有焚烧、填埋、投海和堆肥等多种形式。焚烧法的技术与设备复杂,能耗大,投资高,并伴有大气污染问题;填埋法受到用地的限制;投海会污染海洋,对海洋生态系统和人类食物链会造成威胁,国际公约已明令禁止;用堆肥法处理后的城市污泥进行农业利用,具有经济简便、可资源化等优点,已经引起广泛重视,是目前呼声最高的处理途径。
    高温堆肥技术是发达国家在20世纪初开发研究成功的,目前在英国、美国、德国、日本等国家都已广泛采用高温堆肥技术对城市污泥进行无害化处理,如美国每年约有49%的城市污泥制成肥料施于农田或林地。德国ETH/OAM再生公司研究开发的城市污泥无害化农用技术克服和解决了脱水污泥无害化和综合利用的问题,降低了城市污泥无害化处理的成本,在德国得到了广泛的应用。

三、我国农业肥料市场发展现状
    随着我国化肥工业迅速发展,氮肥和磷肥的产量目前分别排在世界第二位和第三位,农作物施肥结构也发生了很大变化。 七十年代前,农作物施肥中农家肥与化肥的比例是7:3,到七十年代末期,由于化学肥料用量猛增,其比例已改变为3:7。长期施用无机化肥的主要缺点是单独施用肥份不完全,掺合增施则造成溶度积剧增,肥份容易流失,不利于作物生长和利用。并且使土壤盐化板结,污染饮用水源,破坏生态环境。为了避免偏施无机肥料导致的必然后患,有些国家已开始限制偏施化肥而施用有机肥料。
    有机肥料属于绿色产品,它的施用有利于农业的可持续发展,在农业生产中有着极为重要的作用。
    施用有机肥料的优势在于:
    1、 提供作物生长所需养分:
    有机肥经土壤中微生物分解,可不断释放各种作物所需养分,同时释放大量二氧化碳,促进光合作用,提高作物产量。
    2、 改良土壤,提高耕地生产能力:
    有机肥转化成腐殖质,促进土壤形成团粒结构,提高土壤保肥、保水、保温性能,改良土壤。
    3、 提高化肥利用率:
    有机肥与无机肥配合施用,缓急相济,互相补充,可显著提高化肥的肥效。
    4、 提高农作物产量,改善农作物品质:
    有机肥在分解转化过程中,改善和优化了作物营养条件,不仅增加作物对养分的吸收,增强新陈代谢,刺激生长发育,还大大提高农产品的品质。
    5、 增强微生物活性:
    有机肥料不仅有利于增加土壤中微生物的数量,还为土壤中微生物的活动创造良好的环境,增强微生物活性,促进微生物对有机肥料的分解转化能力。
    6、 防止环境污染,减少疾病传播:
    有机废弃物既是肥源,又是污染源。充分利用有机肥料,是变废为宝、提高环境质量的有效措施。
    我国长期以来农业追求高产,大量施用化肥,已造成土壤砂化、板结,肥力下降。在我国大量施用有机肥料可有效地协调有机无机肥料结构矛盾,增加养分的有效供给,缓解耕地缺磷少钾的矛盾。
    但是,由于有机肥肥效释放慢,养分含量低,施用数量大,且当年利用率低,在作物生长旺盛、需肥多的时期,往往不能及时满足作物的需求,所以需要与无机肥料配合施用。制备有机无机复合肥料是解决以上矛盾的最佳有效途径。
    因此,有机无机复合肥料在国内有很大的市场潜力。生产复合肥不仅具有一定的经济效益,同时有很好的社会效益和生态效益,有利于我国农业的可持续发展。

四、项目的技术基础
    城市污泥无害化农用技术是在高温堆肥技术的基础上,研究电厂粉煤灰的各种特性,并吸收德国ETH/OAM再生公司应用粉煤灰和污泥在德国农业应用的研究技术,解决了脱水污泥含水率高不宜发酵的关键技术。其工艺是将脱水污泥按一定比例与添加物质均匀混合,在一定温度条件下,通过堆肥完成对污泥的脱水和有机物熟化处理。此项技术生产的基本原料是城市污泥和电厂产生的粉煤灰,另外根据不同作物要求加入所需营养素和添加剂,其设备简单,不需特殊的烘干设备,在生产过程中实现杀菌、杀虫卵和固化重金属。在添加物中还可加入珠光岩、硅藻土、沸石和石膏废料等,并跟据所施用土地的PH值,用石灰对所制肥料的PH值进行调节。
    实验证明粉煤灰含有多种有利于植物生长的微量元素,具有较强的水化活性、促进发酵以及改良土壤的特性,它对施用到农田中的化肥有缓释作用,对重金属也有一定的缓释作用,因此将粉煤灰做为主要干燥物质来处理城市污泥,不仅可以提高城市污泥无害化农用的效果,也为粉煤灰自身的利用开辟了一条新路。
    利用该技术所生产的颗粒肥料含水率低,便于存放、运输和在农田中施播。根据实验,与同价量的高效磷肥(磷酸二胺)比较,可提高产量10~20%。添加物具有疏松土壤、增加土壤团粘度,使肥效发挥充分,并保护土壤的作用。由于肥料添加物的固化作用,颗粒肥料具有一定耐水性和耐冲洗性,达到缓释作用,肥效延续时间长。
    根据我国农业生产和林业生产的需要,目前采用污泥无害化农用技术研制开发了两个系列的有机复合肥:
    土壤改良剂,其主要成份为有机质25~38%,P、N、K≥7%,主要用于改良土壤、林业种植;
    颗粒复合肥,其主要成份为有机质10~20%,P、N、K 20~25%,主要用于大田种植;符合GB15063-94国家标准。  
五、建设方案、规模、地点
  1、规模
  建设一座具有年产16000吨有机复合肥生产能力的污泥制肥厂,实现销售收入约1500万元。
  2、建设地点
  本项目选择烟台市污水处理厂污泥堆放场作为项目建设地点。
  3、建设方案
  日处理城市污水12万吨,日产污泥50立方米,脱水后污泥含水率约为64~74%。
  污泥制肥厂的生产部门主要由堆肥和制肥二个车间组成,另外设原料库、成品库、设备维修、化验等生产辅助部门及生产、技术、工艺和销售等管理部门。

六、技术特点、工艺技术路线、设备选型及主要技术经济指标   
  1、城市污泥无害化农用技术特点:
  (1)所用原料及添加物多为工业及生活废弃物,产品具有成本较低廉的特点;
  (2)粉煤灰含有多种有利植物生长的微量元素,具有较强的水化活性,可促进发酵及改良土壤特性。更重要的是它对农田中施用的化肥有缓释作用,对重金属也有一定固化缓释作用。城市污泥无害化农用技术用粉煤灰做干燥剂,可提高污泥无害化处理后的农用效果,有利于农用土地的持续、有效利用;
  (3)该技术产品为颗粒状,并具有一定耐水性,有利于实现机械化播撒施肥;
  (4)产成品可根据不同土壤条件,通过石灰石调节土壤的PH值,满足不同农作物对土壤条件的要求;
  (5)该技术适用性好,可通过调节添加剂的品种及用量,制出多种复合肥,使其适用不同农作物及不同生产阶段的要求。
  2、工艺技术路线
  污泥堆肥工艺分为好氧发酵和厌氧发酵两种工艺过程。厌氧发酵由于产生甲烷等代谢物会产生恶臭,同时设备投资高,运行管理复杂,要求严格,适合于大型污水厂液态污泥的处理,由于我国一般采用中温厌氧发酵处理,污泥温度在30--40℃,虽然达到减容目的,但仍不能直接还田。对机械脱水后污泥,主要采用好氧发酵制肥,好氧发酵过程通过好氧性微生物的生物代谢作用,使污泥中有机物转化成富含植物营养物的腐殖质,反应的最终代谢物是CO2、H2O和热量,大量热量使物料维持持续高温,降低物料的含水率,有效地去除病原体、寄生虫卵和杂草种子,使污泥达到减量化、稳定化、无害化、资源化目的。经比较,好氧发酵的设备投资及运行能耗均比厌氧发酵降低1/3,是节能高效的制肥工艺。同时,由于其设备较少,运行管理简单,特别适合于中小型污水处理厂。因此,本工程采用污泥好氧发酵工艺。由于中国农村需要速效肥料,生物有机肥在广大农村尚不好推广,因而从堆肥产生的肥料,可以直接投放市场,也可以进一步深加工,制备有机无机复合肥。
  
  将含水率约为60-80%的污泥与体积约为30-40%的添加物(菌种、粉煤灰、秸秆破碎物等)和少量的除臭剂送至初混机,混合均匀后送至发酵仓发酵,翻堆机每天运行一次,将物料由进仓口向出仓口移动,用中压风机对堆肥物料间歇式曝气,由于好氧细菌作用,堆肥物料在三天以后可升温到60。C以上,在60—65。C维持3—4天,实现灭菌和干燥的目的,在堆肥仓中物料停留10—12天,完成堆肥,输送出堆肥仓。出仓的块状物经破碎机破碎后,送精混机与N、P、K等营养素充分混合均匀。当含水率达到18-22%时,送入高压造粒机,在高压及60℃温度条件下将混合物制成均匀、较坚硬的颗粒,通过气流干燥机干燥后,由装袋机定量包装后即可入库待销。
  
  其工艺流程图如下:

            添加剂
       除臭剂          营养素

              ↓                          ↓
有机废物 → 混合  好氧生物发酵 → 混合  造粒 → 干燥 → 装袋 → 复混肥

        ↑                                                                   ↓
        菌种                                生物有机肥       


  3、设备选型、主要技术经济指标及选择原则
  (1)污泥制肥成套设备
  新建污泥制肥厂的成套设备由机械科学研究院自行设计、制造、成套和安装调试。
   成套设备中单台设备的选择应满足工艺要求,并运行可靠。降低成套设备的成本,为污泥无害化农用技术应用创造良好的条件。
   污泥制肥成套设备主要由以下几部分组成:
   ①粗混主要设备:粗混机、皮带输送机、提升机。
   ②发酵主要设备:发酵仓曝气装置、翻堆机、输送机、提升机。
③精混造粒主要设备:精混机、造粒机、气流干燥机、输送机、装袋机。
   ④电控系统:控制器、传感器、电控柜、驱动装置等。
   ⑤废气、尘回收装置等
  (2)主要技术经济指标
  ① 颗粒肥含水率<15%;
  ② 肥料成份依据用户要求调配,产品符合GB15063-94;
  ③ 产品卫生指标应符合高温堆肥卫生标准(GB7959-87)。
  (3)选择方案的原则
  ① 在常年运行中,保证污泥的处理效果稳定,技术成熟可靠;
  ② 尽量降低投资和运行费用;
  ③ 运行管理方便。

七、原材料供应及外部配套条件
  1、原材料供应
  污泥制肥的主要原材料为城市污水污泥,由烟台市污水处理厂脱水车间直接输送;主要配料为粉煤灰、秸秆粉碎物、除臭剂和N、P、K等添加物,粉煤灰可从附近热电厂购买;其他配料也均可以在国内市场采购,原料来源充分。
2、配套条件
  外部配套实施根据厂方现有条件合理配置。

八、环境影响分析
  污泥制肥工程本身是环境保护工程,是解决污泥对环境的破坏,化害为利的工程,但在正常运转过程中对周围的环境也有一定的影响。本工程主要采取以下措施进行控制:
  1、污水
  污泥堆肥工艺主要采用好氧发酵制肥,通过反应放热产生高温,去除污泥中的水分。选用上送风式曝气装置,堆肥物料中蒸发的水分随空气向上运动并随抽风设备排出室外,整个工艺属固气反应,不会出现污水排放的污染问题。本工程只有少量劳动人员的生活用水,可将其收集后排入厂区污水管道处理系统。
  2、大气
  污泥是污水处理过程中产生的沉淀物质,成分比较复杂。所以污泥容易散发出异味,特别在污泥初期进行发酵时更易产生臭气和异味,为了保障职工的工作安全,在入料混合的同时加入一定量的除臭剂,减少异味的产生。并且在车间设置轴流通风机,将污泥堆肥厂房的臭气和异味排到室外。
污泥经发酵仓产生含水率较低的出料,可能会在造粒机、气流干燥机出现少量的粉尘。采用袋式除尘器对粉尘进行处理,使粉尘浓度达到国家环保排放标准后再行排放。
  3、固体废弃物
  脱水后的污泥经本工艺全部制成有机复合肥,不会产生固体废弃物,袋式除尘器收集的粉尘可作为调整剂,回收利用,杜绝对外界环境的破坏。
  4、噪声
  污泥好氧发酵成套设备中主要有初混机、翻堆机、曝气设备、粉碎机、精混机、造粒机、气流干燥机、装袋机。所有设备在正常运转时势必产生一定的噪声。因此在选择设备时,均按国家标准要求选用低噪声的设备。经测量,噪声符合《工业企业厂界噪声标准》(GB12348-90)的要求。
  5、紧急事故
    厂房一旦发生停电或其它重大事故,可能造成好氧发酵仓缺少氧气,厌氧发酵会产生较大的异味,直接导致污泥无法制肥。所以必须及时排解事故。这种短时间污染无法从根本上避免,只有加大运行管理,加强维修,尽可能提高厂房的安全保证率,使事故发生的机率尽可能降低。

九、安全卫生
   建设污泥堆肥工程的目的是控制污染,保护环境,节约资源,促进经济发展。但在污泥处理过程中,也存在影响职工安全的因素,如污泥发酵仓内的异味,鼓风机的噪声等,对这些因素,设计上采取通风、降噪等措施进行控制;在机器设备的安全使用方面,制定安全操作规程,规范职工的操作行为,杜绝事故的发生。

十、建设工期和进度安排
  1建设工期
  本项目建设期以合同签订后6个月内完成,
  2、进度安排
  本工程“可行性研究报告”审批后,根据可研报告对项目进行初步设计。初步设计完成后双方签订日处理50m3污泥制肥工程合同。合同生效后机械科学研究院对工程进行建设,土建施工需二个月,同时在四个月完成关键设备制造及辅助设备的定购,安装调试需一个半月。使工程达到设计要求,正式投产运行。总工期不超过六个月。

十一、项目实施管理、劳动定员及人员培训
  1、项目实施管理
  本项目建设由中国机械科学研究院承担。污泥制肥厂的运营由烟台市污水处理厂承担,实行企业化的管理,使污泥制肥厂实现市场化运营。
  
   2、劳动定员及人员培训
   污泥制肥厂定员20人,其中包括管理人员3名、技术人员2名和生产工人15名。工艺技术人员上岗前由机械科学研究院组织进行有针对性的培训,生产工人由污水厂组织统一岗前培训,培训合格后才能上岗。

十二、投资估算
  1、设备的型号及价格 
  
 (1)主要设备规格型号、数量、价格

序号

设备名称

规格型号

数量( 台 )

价格 ( 万元 )

单价

总价

1

污泥专用混合机

WHJ-800-5.5

1

21.76

21.76

2

链条式翻堆机

FDJ-6000-13

2

38.76

77.52

3

曝气系统

BO-6000-15

3

7.14

21.42

4

精混机

JHJ-400-2.2

2

7.65

15.3

5

高压造粒机

ZLJ-2.0-25

2

14.96

29.92

6

气流干燥机

QGJ-2-15

2

31.96

63.92

7

装袋机

ZDJ-2-Ⅰ

2

4.76

9.52

8

合计

 

14

 

239.36

 (2)辅助设备规格型号、数量、价格

序号

设备名称

规格型号

数量( 台 )

价格 ( 万元 )

单价

总价

1

螺旋输送机

 

2

4.25

8.5

2

皮带输送机

 

5

3.74

18.7

3

大倾角皮带机

 

2

4.42

8.84

4

螺旋给料器

 

3

3.06

9.18

5

翻堆机移动机构

 

1

9.35

9.35

6

布料机

 

1

16.66

16.66

7

引风机

 

2

2.55

5.1

8

轴流风机

 

4

0.85

3.4

9

除尘器

 

2

3.06

6.12

10

烟囱

 

1

2.04

2.04

11

粉煤灰储罐

 

1

6.46

6.46

12

N、P、K储罐

 

2

2.55

5.1

13

装载车

 

1

21.25

21.25

14

不可预见费

     

25.5

15

合计

     

146.2

2、土建规模及投资估算

序号

项目名称

建筑面积 ( 米2 )

估算价格 (万元 )

1

   

元 /米2

总价

2

堆肥车间

900

1000

90

3

制肥车间

600

600

36

4

原料库房

200

600

12

5

成品库房

400

400

16

6

办公用房

200

1000

20

7

不可预见费

   

15

8

合计

   

189

  3、投资估算
  (1)设备费
     ● 主要设备费            239.36
     ● 辅助设备费             146.2
    (2)土建施工费             189
    (3)运输安装调试费     设备费× 10%=38.56
    (4)设计费        ( 1+2+3 )× 3%=18.39
    (5)税金及管理费    ( 1+2+3+4 )× 7%=44.21
    (6)总 计         ( 1+2+3+4+5 )=675.72

十三、市场分析、经济效益和社会效益分析
   1、市场分析
   本工程采用城市污泥无害化农用技术,利用城市污泥添加电站废物粉煤灰生产农用有机复合肥料,即实现了城市污泥的无害化处理,又使其实现再生价值,获得具有经济效益的有机复合肥产品,促进我国农业生产的发展,同时对另一重要污染源粉煤灰进行综合利用,是具有明显市场前景的项目。
  我国是农业大国,目前全年施肥量近6000万吨,因化肥具有迅速提高农作物产量、使用方便等优点,已成为农业生产的主要肥料。但是长期使用化肥会导致土地有机质减少,土壤肥力下降,自九十年代以来,重新施用有机肥料已经成为农业持续发展亟待解决的问题。根据我国农业部门的研究,为使耕地的地力得到合理利用和维持,有机肥和无机肥的施用比例应以2:1为宜,按照这一要求,我国农业生产中的有机肥年需求量为12000万吨。同时考虑林业生产和城市绿化方面的需要,至2010年各类工业化生产的有机肥年需求量为10000万吨。由此可见有机复合肥在我国有着巨大的市场容量。
  本工程不仅解决了城市污泥的处理处置问题,而且为市场提供需求量巨大的有机复合肥,产品市场前景广阔。
  2、经济效益和社会效益分析
  本项目固定资产投资约670万元,达到设计能力后,实现年销售收入约1500万元,年利润总额年250万元,并节省大量运输费和占地费;项目投资回收期3年。本项目有一定的经济效益。
  本项目实施后具有明显的社会效益,主要表现在以下几个方面:
  (1)采用市场化、产业化的途径解决城市污泥无害化农用问题
  长期以来农业生产所需的有机肥多为农民自制,工业化有机肥产品大规模市场营销机制还没有形成,城市污泥制肥技术产业化将使环保产业和农业生产有机地结合起来,形成市场经济运行体制,使环保产业不仅产生治理污染、保护环境的社会效益,同时成为创造经济效益的产业,从而有效促进环保产业的发展。
  从根本上解决了城市污泥的处理问题,削除了城市污泥二次污染环境的威胁。城市污泥制成有机复合肥成本低、肥效好,比单纯使用化肥更有利于农作物的增产。施用城市污泥制成有机复合肥可以改良土壤结构、提高土地有机质含量,增加地力,符合国家土壤改良的“沃土计划”。
  (2)解决烟台市部分污泥的无害化农用问题,并带动烟台市及山东省地区污水处理装置污泥的无害化处理。
  随着山东地区污水处理厂的不断兴建,污水处理的伴生产品--城市污泥不断产生,每年新增的污泥处置不仅侵占了山东省的大量土地,而且还带来新的城市污染。
  因此采用此项技术实现烟台市污水处理厂污泥的无害化农用,不仅对山东地区污泥无害化处理技术的推广具有极大现实意义,而且对全国城市污泥无害化处理技术的发展产生普遍的借鉴意义和长久社会效益。

十四、项目风险分析
   本项目存在的风险因素主要有市场化运作风险、资金风险和政策风险。
   在我国环保产业是新兴产业,一直被认为是以实现社会效益为主的产业,还没有达到真正的市场化运作。随着环保产业以治理污染为主逐渐向以治理污染和综合利用并举的方向发展,环保产业将同其他产业一样实现市场经济的运行机制。但环保产业的市场化刚刚起步,与其他产业相比竞争优势较弱,环保综合利用实用新技术的产业化推广的实际实施中可能面临市场运作风险。为此建议本项目的污泥制肥厂成立股份制项目公司进行建设和运营,以企业化的管理、运行方式和市场化的运作提高项目抗风险能力。