我国污泥制作肥料的试验与生产现状探讨

　　0　引言
城市污水处理过程中大量活性污泥的处置，一直是难以解决的环境问题。近年来利用污泥制成肥料并施用农田作物或花卉植物等，取得了显著效果。在农田施用和生产试验的基础上，综合我国污泥制作肥料的各种试验、试验效果、试验与生产的工艺和方法，探讨了我国污泥制作肥料的现状与进展，为今后新建的污水处理厂综合利用污泥、化害为利、变废为宝提供依据。
国外对污泥的处置已有60多年的历史，主要方法有填埋、焚烧和土地利用。目前普遍重视的方法是土地利用，也有一些国家将污泥干燥后制成肥料。在我国，土地利用也有10多年的历史，将污泥直接进行应用试验的污水处理厂很多。其中山东省淄博市污水处理公司试验时间较长，效果较为显著。该公司曾在褐土、潮土、棕壤和砂姜黑土等四类土壤中施用污泥，小麦、玉米增产效果十分显著，无重金属污染；将污泥施用于花卉和树木的试验研究主要由西北农业大学和西安污水处理厂共同进行，试验应用效果较好，也无重金属污染。将污泥直接干燥成型或造粒，制成有机颗粒肥、有机复混肥和有机微生物肥料试生产运行的厂家主要有大连水质净化一厂、徐州污水处理厂、淄博市污水处理公司、北京北小河污水处理厂、秦皇岛东部污水处理厂和唐山西郊污水处理厂。
　　1　污泥的农田施用试验
以淄博所做试验为例说明如下：
　　1.1　污泥在不同土类施用后的效果
将污泥风干后直接施用于砂姜黑土、褐土、潮土和棕壤等四类不同土壤中，试验结果表明，玉米、小麦的增产效果分别为11.57%、6.07%、6.33%、4.99%。各类土壤增产效果差异较大。
　　1.2　大田施用后效果
施用效果参见表1。


　从表1中可以看出，污泥在大面积施用的情况下，增产5.4%～12.5%，平均增产10.1% 。
　　1.3　污泥中有害物质进入土壤中的情况
对棕壤、褐土、潮土和砂姜黑土四类土壤施用不同量污泥之后，土壤中重金属元素含量见表2。

土类	施用干污泥量 (kg/亩)	Pb(mg/kg)	Cd(mg/kg)	Cr(mg/kg)	As(mg/kg)	Hg(mg/kg)
棕壤	0 1000 2000	11.8 12.9 13.7	0.07 0.08 0.11	50.1 52.3 53.1	10.4 11.1 11.6	0.052 0.057 0.061
褐土	0 1000 2000	22.9 24.7 24.9	0.07 0.09 0.10	59.3 62.1 65.3	9.3 9.9 10.7	0.042 0.053 0.062
潮土	0 1000 2000	15.7 16.9 17.7	0.099 0.102 0.130	55.34 58.1 61.3	13.7 14.9 15.4	0.031 0.041 0.047

　大田试验表明，无论是在酸性土壤上还是在碱性土壤上施用污泥，土壤中五项重金属元素含量均符合《农用污泥中污染物控制标准》规定。
　　1.4　污泥有害物质对作物的影响
试验表明，上述四类土壤亩施量为1000 kg和2000kg时，玉米、小麦籽粒中重金属元素的含量均符合国家粮食卫生标准，为未污染级。
　　2　绿化试验
以西北农业大学和西安污水处理厂所做试验结果为例。供试验的花卉种类有美人蕉、鸡冠花和小丽花，草类为日本本藤及1年生杨树。
　　2.1　施用污泥对试验植物生长的影响
施用污泥6个月后，试验植物生长结果表明，各试验中3种花卉株高的增长率分别比对照的高8.7%～49.4%、8.7%～44.6%和4.4%～38.6%；草的株高增长率则比对照的高100.0% 、83.3%和83.3%；杨树株高的增长量提高92.5%、77.5%和47.5%。
　　2.2　污泥绿化施用后重金属对土壤的影响
施用污泥7个月后，5种重金属仅在土壤表层，未向下迁移，也未发现对试验植物有毒害作用。
　　2.3　土壤养分的变化
施用污泥后，无论花卉、草皮还是树木，在土壤0～20cm层中的氮、磷和有机质显著增加。其株高、分支及生长表现出良好的响应，且与化肥相比，施用污泥的土壤养分种类较为齐全，并有一定的后效。
另外，还在高速公路绿化带进行绿化试验，其试验结果同上述绿化试验结果基本一致。
　　3　污泥直接干燥和造粒试验与生产
该工艺指未经消化的污泥直接进行干燥成为产品或直接造粒成肥。大连水质净化一厂、徐州污水处理厂和秦皇岛东部污水处理厂进行过该项试验与生产。
　　3.1　大连水质净化一厂
处理污水能力为8万m3/d，污泥未经消化，脱水污泥直接进行干燥后包装，不再造粒。工艺流程如下：
污泥 →浓缩池 →带式压滤机 →干燥机 →包装
采用污泥干燥机烘干，即使含水率高达87%，也可直接一次性烘干，突破了污泥含固率若不达50%就不能直接烘干的常规。干燥后污泥呈不规则颗粒状，不再造粒，直接装袋封口。该项目投资为65万元，每小时产300kg含水20%的干污泥，耗煤量300kg/h。优点是省略了干污泥返流输送设备、混合设备和造粒设备，占地面积小；缺点则是燃煤时会产生二次污染，耗煤量较大。不进行造粒，销售会有些阻力。干燥后的颗粒状有机肥在蔬菜和果木土地上施用效果较好。
　　3.2　徐州污水处理厂
处理污水能力为16.5万m3/d，污泥未经消化，采用中科院农科所技术，通过烘干进行杀灭病菌再混合造粒成有机复混肥。
该厂投资400万元，设备费用330万元，其中滚桶式烘干炉配置了3套，还设置了集粉仓、超细破碎机、双轴卧式链磨机，烘干机内设旋料板、阻料圈、举式料抄板，外置多组震锤，热交换功能良好。上述设备实际运行生产中烘干炉可省掉一套，集粉仓和超细破碎机可省掉不用。该生产线年综合生产能力为2.5万t。试生产中，6t含水98%的湿泥出1t干污泥，每吨获利50元，农用试验初步效果较明显。该生产线是处理垃圾的设备改造而成，采用圆盘造粒。该厂厂房设备较为正规，生产规模也较大。目前存在的问题是烘干过程中臭味较大，除尘问题也正在解决之中，生产成本主要高在煤的燃烧方面。
　　3.3　秦皇岛东部污水处理厂
处理污水能力为4万m3/d，虽有消化系统却未使用。
该生产线设计产肥料5t/d，投资60万元，实际每小时可生产700kg肥料，掺混粉煤灰后，使污泥含水率降至20%，再采用滚桶式干燥炉进行烘干，造粒采用挤压式造粒机，烘干采用自然风。目前生产的有机复混肥试运行阶段每吨可获利50元左右，应用效果较好。该厂试生产过程中存在的问题与徐州厂相同，即烘干过程中的除臭和除尘问题未能解决。目前该厂已注册了商标，大田应用效果较好。
但上述三厂都没有烘干过程对环境影响的具体资料，应该进一步研究。
　　4　堆肥发酵的试验与生产
污泥经过堆肥发酵后，可使有机物腐化稳定，把寄生卵和病菌灭活，提高污泥的肥效。堆肥发酵制肥的厂家有唐山西郊污水处理厂一家。其处理污水能力为3.6万m3/d，堆肥发酵生产线年产肥料1000t，设计能力为3t/d，投资70万元.
脱水污泥按1∶0.6的比例掺混粉煤灰，降低含水率，自然堆肥发酵。其中加有锯末和秸杆作为膨胀剂。肥料为5mm柱状，在大葱、芥菜等蔬菜田上施用肥效明显。该种方法的优点是恶臭减少，病菌通过发酵基本被灭活，缺点是占地面积大。
　　5　复合微生物肥料的试验与生产
复合微生物肥料是一种很有应用前景的无污染的生物肥料，此类肥料在我国主要依赖于进口，试验和生产也刚刚起步。主要试生产运行的有北京北小河污水处理厂和淄博市污水处理公司两家。
　　5.1　北小河污水处理厂
处理污水能力为4万m3/d，污泥未进行消化，肥料设计生产能力为3000t/a，投资200万元，1999年动工建成，目前处在试运行阶段。
该生产线与普通肥料厂工艺相同，仅在混合部分增多了一个掺混生物钾菌的工序，生产运行中烘干问题是关键，烘干对有机质有一定影响。烘干后含有机质25%，N、P、K含量未达25 %，目前试生产阶段每吨生物肥可获利50元，应用效果显著。存在问题也同上述厂家一样是除臭和除尘问题。
　　5.2　淄博市污水处理公司
处理污水能力为25万m3/d，污泥采用中温消化系统。该项微生物肥料生产工艺主要是以脱水污泥为基质，制成固氮菌、解钾细菌、解磷细菌三种互不产生拮抗作用的微生物肥料。因菌种含有芽孢，所以耐高温、耐干燥，施入土壤后不仅固氮，还可分解磷和钾，促进吸收，比其他生物肥的存活时间要高出2～3倍多。该项技术为中国农科院和上海豫园生物工程公司提供，该项目1999年11月被国家计委定为国家农用肥料高科技产业化重大专项。最大年产规模为2万t，日产肥料77t。
生产采用微机控制系统进行中心控制，配料工段设有配料仓7组，综合各厂家优点，为了除尘，还设置了除尘器，配料采用电脑自动配料，程序预设。肥料产量为3.2t/h。生产出的肥料中，三种菌的活菌数为2500万个/g，经过试验与大田应用，肥效高于进口生物肥，每吨可获利200元左右。
　　6　结论
(1)污泥不经过加工，直接施用于四种不同土壤中，玉米、小麦平均增产10.1%，污泥直接施用在花卉、树木和草皮及高速公路绿化带时，植物株高和分支高于化肥施用组，肥力具有长效作用。
(2)试验结果表明，其土壤和作物的籽粒中的重金属含量均符合国家标准。以目前污泥中重金属含量和国家污泥农用标准为参照，全国大多数污水厂若将污泥制成肥料后施用于农田，以每亩每年施100kg计算，大约要连续施用100甚至200年，重金属才会累积到污染的程度。目前对重金属防止污染的研究已有微生物降解、根系吸附、生物吸附等多种方法获得成功的先例，预计在几年内，防止重金属污染的问题会得到解决。
(3)我国是一个农业大国，将污泥作为一种肥料资源加以利用，不但减少了污染，还具有良好的经济效益和环境效益。
　　参考文献
　　1　薛栋森. 美国污水污泥的研究和利用概况. 国外环境保护，1991 (1)：31～33
　　2　张天红，等. 西安市污水污泥林地施用效果的研究. 中国科协首届青年学术年会论文集. 西安：陕西师大出版社，1992
　　3　王虹，等. 厌氧消化污泥风干后直接施用于农田的试验研究. 给水排水，1998，24( 5)：19～24