唐山污泥处理项目群与污泥农用实践

2019-05-15王涛

中国环保产业 2019年4期

王涛

（1.机械科学研究总院环保技术与装备研究所，北京 100044；2.机械工业有机固废生物处理与资源化利用工程技术研究中心，北京 100044）

前言

唐山西郊污水处理厂是河北省第一座市政污水处理厂，该项目1982年开工建造，于1985年竣工并投入运行。1992年该厂与科研机构开展了堆肥实验及产物肥效试验研究，并自此陆续开展了污泥堆肥相关工艺、装备、工程化、产物土地利用等方面的研究工作[1]。在上述工作基础上，1994年、2006年、2011年先后建设了唐山西郊污水处理厂污泥堆肥工程、唐山西郊污水处理二厂污泥堆肥工程和唐山市城市污泥无害化处置工程，形成了目前中国唯一完全采用国产技术的污泥堆肥项目群，代表了各个时期我国污泥堆肥的发展水平，为行业纵向对比研究提供了范例。

1 唐山污泥处理项目群概况

1.1 唐山西郊污水处理厂污泥堆肥工程

唐山西郊污水处理厂占地4.5hm2，建设规模为日处理污水3.6万t，主要担负市区22.22km2生活污水及工矿企业工业废水的处理任务。项目采用二级生化处理工艺（传统活性污泥法），污泥处理采用中温一级厌氧消化+机械脱水工艺，日产脱水污泥10～15t（含水率75%）。

在“八五”国家重点企业技术开发项目“污泥堆肥成套设备”（课题编号：KF-91-10-01/02）课题资金支持下，唐山西郊污水处理厂于1994年建成了污泥堆肥车间并投入运行，配套了翻堆机、实验仓等设备、设施，并全面开展了设备性能测试以及生产工艺实验工作[2]。1998～1999年，在“九五”国家重点科技攻关计划项目“污泥快速制肥成套设备”（专题编号：96-909-02-03）课题资金支持下，对原有污泥堆肥车间进行了优化改造，具备了15t/d（含水率75%）的脱水污泥处理能力[3]。

项目采用传统动态槽式堆肥工艺，发酵槽体采用埋地结构，堆肥槽最大有效容积为150m3，发酵周期10～12d。

唐山西郊污水处理厂于1998年9月成立了唐山市田宝复混肥厂，并获得国家工商局“冀唐高效复混肥”肥料商标注册，之后在唐山及周边地区开展污泥肥料推广应用工作。2006年，随着唐山西郊污水处理二厂的投入使用，唐山西郊污水处理厂停产，但污泥堆肥车间继续保持运行状态，处理唐山西郊污水处理二厂部分脱水污泥。2012年，随着唐山西郊污水处理厂改扩建工程立项建设以及唐山市城市污泥无害化处置工程全面投入使用，连续运行18年的唐山西郊污水处理厂污泥堆肥车间予以拆除。

唐山西郊污水处理厂污泥堆肥工程是我国第一座市政污泥堆肥工程，该项目至今仍保持我国污泥堆肥项目连续运行时间最长的纪录。

1.2 唐山西郊污水处理二厂污泥堆肥工程[4]

唐山西郊污水处理二厂是世界银行贷款全球招标采购项目，占地面积约11.67hm2，处理规模为12万t/d，主要担负唐山市西部建成区居民生活污水、工商业污水、工矿企业工业废水的处理任务。唐山西郊污水处理二厂在可研报告中提出，污水处理厂的脱水污泥通过污泥堆肥子项目进行稳定化、减量化、资源化处置，并首次提出自动进料、封闭除臭等要求。

该项目采用改良槽式堆肥工艺，2006年3月通过了竣工验收，投入正式运行。项目处理规模为36t/d（含水率80%），最终产品为有机无机复混肥料，产量为14.5t/d，折合年产量4350t/a。该项目在技术方面具有以下突破：

（1）好氧发酵系统采用模块化设计

项目堆肥槽采用了模块化设计理念，共设置2个处理模块，单位模块日处理能力约为20t（考虑了10%的安全系数），每个模块各设置一套相对独立又互为备用的翻堆机、曝气风机，通过转仓机实现翻堆机备用，通过连接管道阀门切换实现曝气风机备用。由于每一个模块的处理能力完全相同，设备可以实现无差别备用。当污泥处理需求扩大时，增加处理模块数量即可满足处理要求。

（2）物料机械化输送与自动进料系统

污泥堆肥项目中的散物料输送量较大，且物料形状差异较大：从含水率小于5%的粉煤灰到含水率80%的生污泥，均属于物料输送范围。鉴于此特点，项目主要采用无轴螺旋输送机作为输送设备，辅以气力输送方式。在国内首次实现从脱水机房直接机械输送至堆肥车间的物料输送方式，并成功实现混合物料的自动布料入仓，节省了大量人力和运行成本，也减少了劳动安全事故的发生。

（3）设置专门除臭系统

由于项目位于市区内的居民区，人口密度较高，因此外排臭气的控制要求较为严格。项目首次在国内污泥堆肥项目中尝试采用真正意义的生物除臭系统—喷淋+生物滤池组合除臭系统，系统在必要时可进行化学药剂喷淋，生物滤池采用生物吸附填料，启动时投加生物菌剂，运行中通过喷淋维持生物填料层湿度。

1.3 唐山市城市污泥无害化处置工程

唐山市城市污泥无害化处置工程主要担负唐山市西郊污水二厂、北郊污水处理厂、东郊污水处理厂和丰润污水处理厂所产生的360t/d污泥（含水率80%）无害化处理任务，考虑到周边区县的污泥消纳，项目设计污泥处理规模为400t/d（含水率80%）。项目建设地点选在丰润污水处理厂老厂内，总占地面积约16 300m2。建设内容包括生产车间、生物滤池、生料库、成品库、变配电间等车间设施，综合楼及其他附属设施利用丰润污水处理老厂原有设施[5]。项目于2010年9月开工建设，2011年10月进泥试运行。

唐山城市污泥无害化处置工程是世界上首次采用双层隧道式发酵仓系统（SACT）的污泥堆肥项目，拥有完全自主知识产权。相对于国外的先进技术，SACT技术具有以下技术突破[6]：

（1）仓型的突破

翻堆设备天轨行走方式以及隧道仓型使得发酵仓可以经济地实现双层乃至多层结构形式，成倍地节省了占地面积，自由空间被极度压缩，系统保温性能大为提升，除臭动力消耗大为降低。

（2）核心设备的突破

项目所采用的F5.110翻堆机，与SACT隧道发酵仓相匹配设计，是目前已投运的电动机驱动装机功率最大的污泥专用翻堆设备，打破了国外产品的技术垄断。

（3）成套系统的突破

与多层系统匹配需要解决自动布料、自动出料、物料垂直输送、配混料、维修维护、安装等多方面问题，因此整个机械化多层堆肥系统是一个基于现有成熟技术的复杂成套系统。

（4）设计理念的突破

引入MCCD设计理念，对于高度依赖物流输送机械化的污泥堆肥项目来说，为机械设备与建筑结构如何高效配合提供了新思路。

2 唐山污泥堆肥项目群数据对比（见表1）

表1 唐山污泥堆肥项目群数据对比一览表

3 唐山污泥堆肥产物土地利用情况

自1997年开始，先后利用污泥堆肥产品在小麦、玉米、水稻、蔬菜、土豆等农作物田间对6种配方的污泥复混肥料进行了肥效实验。其中：在唐山市正定县朱夫屯村农业示范区进行了冬小麦农田实验。在唐山市丰南县钱营镇李亳子村、滦县兴隆庄乡四村以及丰润、迁安市等地进行了小麦、玉米、土豆等农田实验。实验末期，唐山市土肥站出具的《农田肥效试验报告》显示，唐山市丰南县实验结果如下：1）小麦施用有机无机复混肥均比对照区植株生长势强，促分蘖，增加穗数和穗粒数，提高千粒重，增产幅度为30.5～80.6kg，增产率7.5%～20.2%；2）有机无机复混肥第一配方以亩施100kg增产最高，其次是亩施75kg和50kg。从经济施肥上讲，以每亩施50～75kg为宜；3）有机无机复混肥第二配方一般亩增产小麦46.1～46.6kg，增产率12.1%～13.4%；4）有机无机复混肥，经在唐山市试验后增产显著，有一定的推广价值。

2002年12月，唐山市卫生防疫监测站对上述实验田的土壤进行了重金属跟踪调研，出具了《唐山施用污泥（堆肥）土壤重金属测试报告》，对连续施用唐山西郊污水处理厂污泥有机肥的玉米地（4年）、小麦地（4年）、棉花地（3年）、麦芥葱（1年）位于0～20cm和20～40cm深度的土壤进行了重金属含量跟踪调查，结果见表2。

2009年9月，中科院南京土壤所对唐山市滦县南园子村连续施用污泥有机肥3年的花生地以及唐山市玉田县梁庄子村连续施用污泥有机肥9年的姜地进行了土壤及植物重金属含量跟踪调查，结果见表3～表5。

上述实验与监测数据表明：对符合标准的污泥科学地进行土地利用（包括农田利用）是安全的。这条技术路线的关键是要根据国情科学地进行土地利用，同时也亟待相关标准尽快出台。