快速高温好氧发酵技术|市政污泥资源化处理技术

农业有机废弃物 ( 农作物秸秆、禽畜粪便等 ) 经充分发酵后，可成为改良土壤的有机肥料。任何一种合格的有机肥料的生产都必须经过堆沤发酵过程，有机质发酵分为好氧发酵与厌氧发酵两种。堆肥以好气性微生物活动为主时，有机质迅速矿化生成较多的二氧化碳、水及其它养分物质，分解速度快而彻底，并放出大量热能 ；以厌气性微生物活动为主时，有机质的分解速度慢，且往往不彻底，释放热能少，其分解产物除植物养分外，还会积累有机酸及 CH4、H2S 等还原性物质，当其达到一定程度时，则对作物生长不利甚至有害。发酵过程可分为 ：发热阶段 --- 高温阶段 --- 降温阶段 --- 腐熟保肥阶段。
现有技术有两种，一种是直接堆沤，经翻堆设备进行定期翻堆发酵，所需发酵时间45 ～ 60 天不等 ；另一种则是将原料置入搅拌设备 ( 分加温与不加温两种 )，加入微生物发酵剂搅拌数小时，搅拌均匀后以堆状或条状堆积，仍以翻堆方式进行发酵，所需发酵时间30 ～ 60 天不等。
目前，有机废弃物主要还是翻堆式的堆沤发酵方式在处理，有机物在该发酵方式前期为厌氧发酵模式，需时 7 ～ 15 天以上方可开始升温进入发热阶段，再通过翻堆以增加氧气促进好氧发酵，进入高温时间需近 30 天。传统发酵方式存在以下几个缺点 ：1、整个发酵时间长 ( 需时 1 ～ 2 个月 )，有机废弃物处理速度慢 ；2、所占场地大，以每月处理 900 立方有机废弃物为例，按发酵需时 1 个月、平均堆高 1 米计算，堆沤场地需 900 平方米，一个月方可循环使用，场地周转率低 ；3、发酵过程大部分时间处厌氧发酵状态，易积累有机酸及CH4、H2S 等还原性物质，有机肥质量受影响 ；4、用人工、铲车、或机械翻堆，均需增加人员操作，人员操作则难确保准确性和彻底性。
污泥是污水处理中的产物，污泥中富含有机物和营养物质，随着污水资源化研究的深入，污泥资源化领域的研究已成为全球研究热点，我国城市污泥量大，质差；国外既有污泥处理处置理论和技术无法切实解决当前面临的困境，迫切需要通过科技创新，形成我国污泥绿色低碳安全的理论体系和系统性解决方案，污泥处理处置现状与我国污水处理差距甚大，远远落后发达国家，与我国大国地位及生态文明建设不相符，《水十条》中提出污水处理设施产生的污泥应进行稳定化、无害化和资源化处理处置。
污泥资源化也越来越受到重视，污泥资源化能源化符合目前科技发展水平。污泥好氧发酵可使城市污泥中C、N、P资源化回收，可替代一部分氮、磷肥需求。传统污泥处置方法有：焚烧、填埋和土地利用。国外多采用焚烧工艺，但投资巨大，易造成大气污染；国内多采用填埋，但需要占用大量的土地，同时会造成环境的二次污染，随着对其弊端的深入了解，选择恰当的处理方式越来越谨慎。污泥处置后可土地利用的技术包括好氧发酵技术和厌氧消化技术，综合考虑环境影响和投用，优先推荐好氧发酵污泥处理技术。
污泥好氧发酵工艺主要有混凝土槽式发酵、反应器发酵等，由于作业环境差、发酵过程易产生二次污染、占地面积大、运行费用高等缺点，使得污泥好氧发酵技术的发展受到了一定限制，因此研制开发一种新型污泥好氧发酵工艺，降低投资和运行成本，节约土地使用面积，保证发酵过程的低耗、连续稳定运行，无二次污染，对污泥好氧发酵技术在我国大规模的推广应用具有十分重要的意义。

随着我国城市化的发展，污水的排放量越来越大，导致城市污泥越来越多，污泥是处理后的产物，是一种由有机残片、、菌体、无机颗粒、胶体等组成的其复杂的非均质体。原有污泥的处理方法有焚烧，掩埋，填海等，这样不仅污染生活环境，在一定程度上也造成了资源的浪费。堆肥一般分为好氧堆肥和厌氧堆肥。好氧堆肥是在有氧条件下，好氧菌对废物进行吸收、氧化、分解，微生物通过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，同时释放出可供微生物生长活动所需的能量，而另一部分有机物则被合成新的细胞质，使微生物不断生长繁殖，产生出更多生物体的过程。堆肥化的产物可以作为肥料或者土壤改良剂，研究表明污泥堆肥对于土壤的改良，农作物的生长都有积地作用。

在城市污泥、粪便、有机工业下脚料等固体废物的好氧发酵(堆肥)处理中，需要采用好氧发酵(堆肥)将有机废物经过发酵处理实现物料的无害化、减量化、稳定化、资源化。无害化过程的实现是通过物料中微生物的繁殖，代谢有机质，产生热量，使物料温度达到55度以上，并维持5天以上，将物料中的有害物质和病原菌杀灭；减量化主要体现在微生物对物料的降解和水分的蒸发；稳定化主要指物料中的易降解有机质被微生物降解，并合成腐殖质的过程；经好氧发酵(堆肥)处理后的物料可进行资源化利用，主要用途为园林绿化、土地改良和制作有机肥料等。

随着我国社会经济的发展和城市化水平的提高，城市污水排放量不断增长，污水的处理率逐年提高，而污泥是城市污水处理过程中的主要固体废弃物，污泥中的有机物、营养物质及其他污染物质基本上是通过微生物或者是物理、化学作用转移到了污泥中。据估算 2011 年我国污泥产量（80% 含水率）超过 3000 万吨。污泥的成分复杂，是一种由多种微生物形成的菌胶团及其吸附的有机物、无机物组成的聚合物，除含有大量的水分外，还含有难降解的有机物、重金属、盐类以及病原微生物和卵等。污泥中有机物和氮、磷等营养元素含量较高，如果进入水体环境将会造成大的环境污染，同时也是一种很大的资源浪费 ；污泥中的病原菌、有机污染物以及污泥处理处置过程中的臭味问题也引起了公众越来越多的关注。
随着污泥处理处置问题的日益突出，我国越来越重视污泥问题的控制和解决。2007 年以来先后编制了污水厂泥质的行业标准 9 项行业标准，其中 6 项标准已经进一步修订编制成为国家标准。除了制定泥质标准，《污水处理厂污泥处理处置可行技术导则》（征求意见稿）、《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）》、《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南（试行）》技术文件也相继发布，对污泥处置的技术选择、技术发展趋势、具体实施方案以及投融资方式等都做了一些引导性的规定，为我国城镇污水处理厂污泥处理处置指明了发展方向。
污泥处置技术包括卫生填埋、焚烧、好氧发酵以及资源化利用等方法，其中污泥好氧堆肥以其投资和运营成本适中，同时又能资源化利用污泥中的有机质及营养元素，是《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南（试行）》中推荐选用的技术路线。目前国内外常见的污泥好氧发酵系统主要采用混凝土构筑的槽式、仓式或条垛式结构，通过人工或机械翻堆配合自然或强制通风来维持堆体中的有氧状态，保证堆体温度和微生物的正常生长。这是一个开放的系统，开放式的堆肥存在堆肥时间过长、占地面积大等诸多问题，而且开放的系统也使得堆肥过程中产生的臭味、水蒸气、渗滤液等难以控制，严重影响周围环境，损害公众健康、引起公众投诉。另外，现有的污泥好氧发酵系统很难精细、自动的控制堆肥过程中的各项参数。因此，开发出一种新型的污泥好氧发酵系统，提高好氧发酵效率，改变传统污泥好氧发酵时间长、占地面积大、恶臭问题突出等问题，对于解决我国日益突出的污水厂污泥问题有着十分重要的意义。
好氧发酵的目的为有效地实现污泥等有机垃圾等的无害化、减量化和稳定化。根据好氧发酵反应特性，持续为待发酵物料提供发酵所需充足的氧气并维持系统高温稳定能够提高发酵效率并分解有机物，快速脱水能够使、病原体、虫卵等有害物质更充分灭杀，使有机废弃物中的抗生素加速降解，同时又可以钝化重金属。
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