城市生活污泥无害化堆肥利用关键技术
技术报告
提要
城市生活污水污泥是经过好氧-厌氧处理絮凝沉淀出的污染物集合体，经压滤后含水量仍然达到80%左右，另含有微量重金属。目前主要采用填埋、焚烧等方法处理。但，填埋需要占用大量土地，且污染周边的空气和土地环境；焚烧，需要消耗大量能源，会增加二噁英和二氧化碳的排放，污染空气。利用具有金属硫蛋白酶基因的微生物对重金属进行无害化处理具有广阔前景，该方法主要利用微生物产生的金属硫蛋白，通过螯合或络合作用将水溶态和离子交换态的重金属转化为难溶态，可不再或缓慢被植物吸收，从而降低污泥土地的生态风险。
本研究将具有金属硫蛋白基因和高温发酵功能的微生物菌群有机结合，通过高温堆肥化处理，污泥中的重金属被螯合固化，病毒、病菌、虫卵等被杀灭，同时还去除了污泥中的大量水分和臭味，从而实现污泥的无害化和肥料化利用。为避免内含重金属在农田的积累，建议将转化的有机肥用于园林、荒山、沙漠绿化等非农肥料。
采用基因检测技术，通过选育、优化，获得了由具有金属硫蛋白基因的真菌和高温除臭细菌相结合的复合发酵菌剂；研究确定了污泥堆肥发酵工艺；通过盆栽实验和小区示范，证实采用该技术处理获得的污泥堆肥，其中的镉（Cd）、铅（Pb）不会被油麦菜、番茄和小麦等植物吸收，说明
该技术是可行的。
该技术不仅可用于城市生活污泥的无害化处理，还可用于禽畜粪便的堆肥转化，以及因污灌造成重金属污染土壤的治理，生态效益、社会效益和经济效益均十分显著，具有广阔应用前景。
一、前言
随着经济的快速发展，城市化进程的加快,随着环境质量要求的提高,城市生活污水处理率也越来越高,要处理的污水不断增加，因此，势必产生大量污泥。据不完全统计，每处理1m3生活污水就会产生10kg污泥。这种稀泥状的凝聚体成分很复杂,是由多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机物组成的集合体, 含有大量的水分(可高达98 %以上) , 还含有难降解的有机物、重金属和盐类以及少量的病原微生物和寄生虫卵等。用一句话概括，污泥就是污水中污染物的浓缩物。大量的未经处理的污泥任意堆放和排放会对环境造成新的污染,其处理处置费用通常与污水处理费用相当。污泥处理处置的风险大于污水灌溉的风险。有害重金属是污泥中最主要的污染物之一。由于重金属具有难迁移、易富集和危害大等特点已成为限制污泥农业、林业利用的最主要因素。另一个限制污泥农林利用的因素是污泥中残存着难降解、毒性大的多环芳烃类（PAHs）等污染物，这些难降解的有机物虽然含量不高，但是，它们造成的环境毒害却非常大，可以称之为环境激素。因而,如何将产量巨大, 成分复杂的污泥, 经过科学处理, 使其无害化、资源化,已成为我国乃至全世界都在关注的课题之一。
絮凝沉降出的污泥因含水率太高，一般需要经过机械脱水。目前世界各国普遍采用的脱水方法有真空抽滤、板框过滤、带式压滤和离心等。近年来,转筒离心和带式压滤得到迅速发展, 作为污泥脱水的主要方法在世界各国得到广泛应用。脱水后的污泥含水率在70%~80%之间。以往，有的国家把污泥混同生活垃圾一起填埋或排海，这实际是把污染转移。所以，现在各国都明文禁止排海。由于脱水污泥富含有机质达30%~50%，平均38%左右，也含有氮、磷、钾以及多种微生物，在高含水率下仍然不稳定，在常温下会腐败、发臭，所以也不能混同生活垃圾填埋。但是，污泥中的营养成分比鸡粪还高，优于一般的农家肥（见附录1），这是污泥有利用价值的一面。所以，国内外许多人研究采用堆肥化-固体发酵过程来进一步去除其水分，促进其有机质转化，利用堆肥的高温阶段杀灭病原微生物，使污泥转化为腐熟的稳定的有机物料。但是，一般意义上的堆肥化过程并不能去除原污泥中的有害重金属和难降解的有机物。这是多年来不能把污泥转化成有机肥资源的两个主要障碍。
依据我国农用污泥标准（GB4284-84）和美国优质污泥标准（US EPA 1994）存在于污泥中超标的重金属主要是Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Hg、As、Cr(见附录2)。陈同斌等对国内（1994─2001年）44个城市污水污泥的重金属含量进行统计分析，结果表明：污泥中重金属Ni、Pb、Cr、Cu 和Zn 含量变化幅度很大，极差最高达几千毫克/千克；Zn 是含量最高的元素，Cu 和Cr 次之；毒性较大的重金属Hg、Cd 和As 含量往往较低，通常在几到十几个毫克/千克范围内。石家庄桥西污水处理厂的污泥依据上述两个标准并不超标，但是依据我国《绿色食品产地环境质量标准NY/T 391
-2000》超标或接近超标的重金属是Cd、As、Pb。
存在于污泥和土壤中的重金属由于含量低（即使超标，仍在mg.kg-1级）、很分散又以多种形态存在，如水溶态、离子交换态、有机结合态、残渣态等8种形态（Leleyter,1999）。用普通的物理、化学方法去除几乎是不可能的，成本高，工作量大，无效益。但是，利用微生物能产生金属硫蛋白酶（Metallothionein,MT）的特性，利用MT中的巯基和半胱氨酸能够絡合或鳌合重金属的水溶态和离子交换态，形成紧密结合的有机结合态-金属硫蛋白。这种酶只有在微量重金属诱导下才能基因表达。金属硫蛋白是热稳定性很高的蛋白，一旦形成与金属螯合的蛋白就很难再被其它生物利用。重金属的水溶态和离子交换态（通称可提取态）最容易被金属硫蛋白酶所螯合，因此，就不会被植物吸收利用，或减少了被植物利用的机会，因而重金属也就不会进入人类食物链，从而大大降低重金属对生态环境造成危害的风险。大量研究说明许多微生物，尤其是真菌，如黑曲霉、酵母菌等具有金属硫蛋白酶基因或类基因。以基因检测为主要手段筛选、选育出真菌菌种，再与细菌配合，制备出细菌-真菌复合菌剂。把菌剂与污泥充分混合，进行生物堆肥化，螯合重金属，降解污染物，去除臭味，完成污泥变为有机肥的转化。
本研究将具有金属硫蛋白基因和高温发酵功能的微生物菌群有机结合，通过高温堆肥化处理，污泥中的重金属被螯合固化，病毒、病菌、虫卵等被杀灭，同时还去除了污泥中的大量水分和臭味，从而实现污泥的无害化和肥料化利用。为避免内含重金属在农田的积累，建议将转化的有机肥用于园林、荒山、沙漠绿化等非农肥料。
本研究采用的技术路线：
二、材料与方法
1．材料
1.1污泥：来自于石家庄桥西污水处理厂，经过带式压滤脱水处理。基本性状和性质如表1所示。
表1：石家庄桥西污水处理厂污泥成分分析
指标 污泥中含量 农用污泥标准GB4284-84
标1 GB15618-1995 标2 NY/T391-2000 有机质(%) N(%) P(%) K(%) PH 值 As （mg.kg -1） Cd （mg.kg -1） Pb （mg.kg -1） Cr （mg.kg -1） Hg （mg.kg -1） 42-50
4.04
3.16
0.60
5.5-
6.0
14.0
7.0
85.0
17.0
1.0
75 20 1000 1000 15 25 0.6 350 250 1.0 20 0.4 50 120 0.35 注：标1-《土壤环境质量标准》（二级）（GB15618-1995）；标2-《绿色食品产地环境质量标准》（NY/T391-2000）
水分、pH 值
调节物料
（干鸡粪、
钙粉等）
脱水污泥 生物堆肥化 粉碎、造粒 污泥有机肥
细菌-真菌复合菌剂
1.2 贝壳粉(CaCO3，钙粉）：秦皇岛华宇公司生产。用以改善、调节污泥水分和污泥的阳离子交换率（CEC）。研究表明（杨军等，2009），在弱碱性条件下，CaCO3可促进CdCO3等沉淀物的形成。
1.3 发酵腐熟鸡粪：石家庄金太阳生物有机肥有限公司提供。用于调节污泥的含水率、理化特性，使污泥pH值＞7.5，含水率降至60%以下，使污泥适宜进行好氧固体发酵-堆肥化，并在发酵过程中固定化重金属、降解难降解污染物。
2．实验方法
2.1优良菌株筛选
采用基因检测方法筛选具有金属硫蛋白酶基因的优良菌株。目标菌株除能在微量重金属诱导下表达产生金属硫蛋白酶和多种氧化物酶外，还与根共生、促生，具有修复土壤生态的功能。目标菌：啤酒酵母、热带假丝酵母、淡紫拟青霉和黑曲霉等真菌，以及枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌等细菌。筛选菌株购自中科院微生物所菌种保藏中心（CGMCC),所有菌株都无毒、无害，是农业部允许农业应用的菌种。
2.1.1 基因检测方法（以酵母菌为例）：
（1）先将酵母菌活化、平板划线培养，挑取单菌落放入PCR扩增管内，加入20μL真菌基因组DNA提取试剂盒（北京天漠公司经销）提取液，再加入0.1mg微珠振摇提取1min;
(2)以据金属硫蛋白酶基因结构（CUP1）设计引物，引物由上海生物工程公司合成。
上游引物: 5’- GTC AGC TAG CGC AAA AAG AGC GAT GCG-3’
下游引物: 5’- TAT TAA CGT ATA CCT ATA AAT TAA CAA AG-3’
(3) 菌落PCR 条件与体系，在25μL 体系中, 2xTaq PCRMasterMix 12.5μL, 上游引物1μL, 下游引物1μL, 菌体提取液0.5μL, 无菌水
10μL。程序: 扩增CUP1片段为95℃ 5min, 95℃ 40 s, 55℃ 40 s, 72℃40 s, 72℃ 10m in。
（4）凝胶电泳检查，CUP1片段约500bp(下图，泳道3)
2.1.2 促根菌株的筛选
以莴苣种子为实验材料，100+1（污泥）g/L土壤浸出液为营养液，将单一菌或复合菌菌体（4000r/min,离心10min,约0.1g）加入土壤浸出营养液，经过光照培养箱培养5-7天，观察出芽、生根的状态。与对照比较，如果发芽快，支根、根毛多，就可以判断该菌或复合菌有促根生的作用。（游佩进等，2009）。
2.2．菌剂制备
以玉米粉-硝酸钾为主要培养基成分，经过三级液体发酵、扩大培养，吸附于适量草炭粉上，制备成固体菌剂。与干燥的发酵鸡粪、贝壳粉一起加入待堆肥发酵的污泥中。菌剂的有效活菌菌落数大于或等于20个亿/克，
即≥2×109cfu/g。菌剂由石家庄金太阳生物有机肥有限公司制备。
50L实验发酵罐3000L中试发酵罐
2.3. 污泥无害化效果检测
采用室内盆栽试验法。在晋州市选用有代表性的壤土，加入75%表土和25%污泥有机肥（相当于50吨/亩），充分混合后装3盆作为实验组，另3盆只加表土不另加其它肥料，作为空白对照组。撒播油麦菜种子，浇水、光照、温度、湿度等条件都相同。种植一个月后分别采集油麦菜地上部分，105℃烘干，再经微波（加浓硝酸和双氧水）消解后测定叶子中的Cd、Pb。
2.4. 应用试验与示范
地点：石家庄晋州市南张村。
实验设计：在室内盆栽实验基础上，建立1000平米蔬菜小区示范工程。750m2一次施入1.5吨污泥有机肥；另250 m2常规施肥，作为对照区。同种油麦菜，光照、温度、湿度以及田间管理都相同。
检测指标：重金属（水溶态和离子交换态的Cd和Pb）在油麦菜叶子中的残留；污泥有机肥对施入土壤生态和油麦菜根系的影响。
试验土壤背景：有机质2.94%，总氮0.81%，速效磷（P2O5）270mg/kg，速效钾（K2O）120mg/kg，可提取态Cd1.27mg.kg-1，Pb13.63mg.kg-1
2.5. 重金属检测方法污泥、土壤中Cd、Pb的可提取态采用0.1mol. L-1MgCl2提取，用火焰-原子吸收分光光度法测定，具体方法参照《土壤环境监测技术规范》。植物Cd、Pb总含量采用硝酸-双氧水消解后，石墨炉-原子吸收分光光度法测定《绿色食品产地环境质量标准NY/T 391 - 2000 》。
2.6.有机肥质量标准与检测
参照农业部《商品有机肥标准》NY525-2002进行。
2.7.根围土壤生态系统修复效果检测
采用土壤基因组DNA提取-细菌16SrDNA特异扩增-变性梯度凝胶电泳技术（PCR –DGGE）考察土壤微生物的生态多样性；用显微照相技术比较根部生长情况。
PCR-DGGE实验过程：
（1）土壤细菌基因组DNA提取，称取根围土0.3-0.5g放入提取管中，加入1mL提取液（土壤DNA提取试剂盒，北京天漠公司），加入0.1mg的微珠，振摇提取1min;再经过吸附-离心-净化处理，得到基因组DNA。
(2)依据细菌16SrDNA的基因结构，设计引物。引物由上海生物工程公司合成。进行巢式扩增。
第一轮PCR：上游引物NL-1 (5'-GCATATCAATAAGCGGA GGAAA AG-3') 和下游引物NL-4 (5'-GGTCCGTGT TTCAAGACGG-3')。
第二轮PCR：上游引物NL1-GC(5'-CGCCCGCCGCGCGCGGCGGGC GGGGCGGGG GCATATCAATAAGCGGAGGAAAAG-3')和下游引物LS2 (5'-ATTCCCAAACAACTCGACTC-3')扩增目的基因。
（3）反应体系：每50μL反应体系中上游与下游引物各1μL，
dNTPs1μL，Taq酶1μL，模板4μL，缓冲溶液5μL，双蒸水37μL。并设置阴性对照和阳性对照。
（4）扩增程序：94℃10min预变性；94℃45s，65℃退火45s，以后每个循环温度降低1℃，直至退火温度为55℃，72℃1min 延伸，并且在55℃进行20个循环；72℃最终延伸10min。扩增产物用琼脂糖凝胶检查。扩增产物进行DGGE分析。
（5）电泳：电泳所用聚丙烯酰胺凝胶浓度为8%，变性剂用甲醛-尿素，变性梯度为30%～60%。使用电泳缓冲溶液为1×TAE。
电泳仪（美国，Bio-red）电泳条件：60℃恒温，160V电泳3h，然后用EB染色30 min。
（6）紫外凝胶成像系统照相，用Quantity-One软件分析电泳条带。
三、研究结果
3.1．优良菌株的筛选
采用检测金属硫蛋白酶基因的方法筛选出酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae Hansen）、热带假丝酵母（Candida triopicalis Berkh）、淡紫拟青霉（Paecilomyces lilacinus Samson）和黑曲霉（Aspergillus niger Tieghem）4株真菌，都具有金属硫蛋白酶基因或类基因，再加之具有促根生作用，最后确定该4株真菌为有效菌。枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis Cohn）、地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis Chester）和多粘芽孢杆菌（Bacillus polymyxa Mace）因能耐高温、促堆肥发酵和促根生，确定3株具有芽孢的细菌为有效菌菌株。
3.2.菌剂制备
1）菌种活化培养基：
芽孢杆菌用牛肉膏蛋白胨培养基，培养基配方：牛肉膏5克，蛋白胨10克，氯化钠5克，蒸馏水1000mL,用氢氧化钠调节pH值7.2-7.4。
真菌用PDA（马铃薯）培养基活化，培养基配方：去皮马铃薯200克，用约1200mL自来水浸煮30min,双层纱布过滤，去滤渣，滤液补足至1000mL，加入蔗糖20克，溶解，自然pH值。
2）混合培养培养基配方
为了既适合细菌生长又能适合真菌生长，在可溶性淀粉培养基的基础上作了改进，通过对玉米粉（A）、硝酸钾(B)和磷酸氢二钾(C)的用量，采用L9(34)正交表，每个实验重复4次，经过正交设计实验，确定最优培养基配方如下：
玉米细粉20克，硝酸钾1.0克，磷酸氢二钾0.5克，硫酸镁0.5克，氯化钠0.5克，硫酸亚铁0.001克，自来水1000mL，用过饱和氢氧化钙调节pH值7.2-7.6.
3）菌剂制备工艺
A、将保存的各斜面菌种先用平板划线法活化后，挑取单菌落，分别经试管、三角瓶扩大培养制成一级种子（每株菌各300-400mL）；酿酒酵母等真菌用PDA培养基(马铃薯培养基)，枯草芽孢杆菌等细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基，培养基的pH值7.2-7.6；培养条件为：温度为30-37℃、发酵时间12-24h，转速为200-300r/min。
B、将A步骤中制备的一级种子进行等质量混配，对混配后的种子液进行二级混合扩大培养制成二级种子液；
C、将B步骤中制备的二级种子转接于三级扩大培养液：以5%-10%的
接种量接入发酵培养基进行好氧发酵制成发酵终产物，发酵终点用分光光度法测定以吸光值最大（稀释100倍，波长600nm,OD值0.3-0.5）或用血球板计数板显微计数法以菌群数最多为发酵终点（稀释100倍，1-2×1010cfu/mL）；
其中步骤B、C的发酵培养基采用改进的可溶性淀粉培养基，发酵培养基中的可溶性淀粉采用等质量的玉米细粉替代。具体组成如下：玉米细粉20克，硝酸钾1.0克，磷酸氢二钾0.5克，硫酸镁0.5克，氯化钠0.5克，硫酸亚铁0.001克，自来水1000mL，用过饱和氢氧化钙调节pH值7.2-7.6.发酵过程中培养温度为30℃，发酵时间12-24h，通风量为8-10m3/h、搅拌速度为200-300r/min。
D.将发酵终产物-菌液直接喷洒、搅拌于4-5倍的草碳载体上.制成的菌剂密封于内衬聚乙烯的包装袋内。
产品有效菌菌落数≥2×109cfu/g.
3.3 污泥堆肥发酵工艺与条件研究
1）在多次测定石家庄桥西污水处理厂污泥性质特别是重金属含量（总含量及各形态的含量）基础上，确定重点监测重金属Cd和Pb。依据我国《农用污泥标准（GB4284-84）》和美国优质污泥标准（US EPA 1994）桥西污水处理厂污泥中重金属含量并不超标。但是，根据《绿色食品产地环境质量标准NY/T391-2000》要求Cd-0.4mg.kg-1,Pb-50mg.kg-1,显然污泥中Cd、Pb超标，尤其Cd超17倍之多，Hg略超标（见表1）。但是，由于汞的特性难以准确测定。因此，确定检测目标重金属为Cd、Pb，有资料报道二者还有协同作用（秦天才等，1998）。
2）堆肥工艺和条件
通过室内多次小试和中试模拟堆肥条件的实验，影响堆肥的主要条
件是物料的含水率、加入菌剂的量以及翻倒次数等。鉴于污泥与鸡粪的特性相近，就借鉴鸡粪堆肥发酵和他人的经验，物料含水率和翻倒次数没有再作条件考察试验，直接确定物料含水率为60%，翻倒次数以堆肥的发酵温度确定。但是，考虑到处理成本，对于加入多少有效菌剂作了试验。
在其它条件完全相同的情况下，设计分别加入0.1%，0.5%、1%和2%的菌剂，考察第7天的温度、除臭、含氮量以及可提取态Cd、Pb的变化。实验数据见表2.
表2 添加不同菌剂量对污泥生物堆肥的影响（7d）
加入菌剂（%）温度（℃）臭味含氮量（%）可提取态Cd
（mg·kg-1）
可提取态Pb
（mg·kg-1）
0.1
0.5
1.0
2.0 60—65
70—75
70—75
70—75
浓
淡
淡
淡
1.91
2.05
2.03
2.04
0.10
0.06
0.05
0.05
1.40
1.30
1.29
1.28
最后确定最佳加菌量0.5%。
确定在晒肥场的10吨级堆肥实验条件：污泥10吨（含水率仍在80%左右），加入0.5%菌剂（50kg），加入0.5%的钙粉(50kg)，再加入5% -1 0% (500-1000kg)左右的干鸡粪，调节污泥堆料的pH值7.5左右，含水率在50% - 60%（以手攥成团不滴水为准）。先用铲车把各物料混合并堆积成条垛状，再用大型翻抛机打碎、混合均匀。在室温下放置，每天测定堆温并取样测定pH值。一般第二天堆温就会升高，7-10天堆温升至70-75℃，温度升高至70-75℃时，用翻抛机每天翻倒1次，直至堆温开始降低。再把污泥堆肥转移到大堆上，继续腐熟。在污泥堆肥化过程中Cd、Pb的可提取态逐渐被微生物固化为金属硫蛋白。
具体实施例：堆温和pH值的变化如表3所示，变化趋势如图1所示。（注：第4天因下雨未测定，第11、12、13天未测定）
表3.污泥堆肥过程中温度与pH值的变化
天数（d）温度（℃）pH
1 2 3 5 6 7 8 9 10 14 50
55
61
66
70
70
70
70
60
60
6.0
6.5
7.0
7.0
7.5
7.8
7.8
7.8
7.8
7.8
1
2
3
4
5
6
7
8
9
051015
PH值
10
20
30
40
50
60
70
80
0510
15
温度（℃）
图1 污泥生物堆肥温度和pH值变化趋势
经过发酵腐熟的污泥堆肥杀灭病原微生物、虫卵，无臭味，有机质、氮、磷、钾含量都符合《有机肥标准NY525-2002》要求。
污泥堆肥条垛大型翻抛机
3.4、城市生活污泥无害化处理效果
1 ）对堆肥中重金属的固定效果添加0.5%的发酵剂，经过7-10天的生物堆肥发酵，城市生活污泥即可转化为优质生物有机肥。经过河北省产品质量监督检验院测定，完全符合《有机肥标准NY525-2002》要求。污泥生物堆肥后可提取态Cd、Pb明显降低。堆肥前Cd含量为0.11mg.kg-1, Pb 含量为1.61mg.kg-1，堆肥处理后Cd仅为0.06mg.kg-1, 下降45%以上，Pb为1.30mg.kg-1下降近20%。
表4：可提取态Cd和Pb堆肥前后对比
重金属堆肥前含量（mg.kg-1）堆肥后含量（mg.kg-1）下降百分比（%）
Cd Pb 0.11
1.61
0.06
1.30
45
20
2）对植物重金属吸收的影响
采用盆栽方法，以油麦菜为试验材料。检测发现，对照组油麦菜叶子Cd含量为0.59mg.kg-1,Pb未检出；实验组油麦菜叶子Cd含量为0.36mg.kg-1, 比对照降低38.98%，Pb也未检出。
进行了田间小区应用试验，对照区为空白对照，没有使用任何污泥有机肥。检测表明，对照区油麦菜叶子Cd含量为0.13mg.kg-1,Pb含量为2.73 mg. kg-1；而实验区的油麦菜叶子Cd含量为0.09mg.kg-1,比对照降低30％以上，Pb含量为1.90mg.kg-1。
表5：实验区与对照区油麦菜叶中Cd和Pb含量
重金属对照区含量（mg.kg-1）实验区含量（mg.kg-1）
Cd Pb 0.13
2.73
0.09
1.90
(河北省产品质量监督检验院检测)。对照区油麦菜叶子中的铅、镉主要是由土壤背景值提供的。也就是说加入污泥中促进污泥生物堆肥发酵的有效菌到了土壤内仍然在发挥固化重金属的作用。
3）对根围土壤生态系统的修复效果
（1）对根系生长的影响。在油麦菜不同生长期，比较根部生长情况。结果表明，加入污泥有机肥的实验组根部发达，支根、毛细根显著多于对照组。（见图2）。
实验组对照组
图2 同一生长期油麦菜根部比较
（2）对根围土壤微生物结构的影响。取根围土壤，提取总DNA，扩增细菌16SrDNA，进行变性梯度凝胶电泳（DGGE）分析。实验表明（见图3），施入污泥有机肥后明显提高了根围生态系统的生物多样性，条带增多36%。
1.实验组
2.对照组
图3 DGGE电泳条带图及分析图
对根际土壤金属硫蛋白酶基因进行了检测，表明（见图4），在处理植
株根际土壤有金属硫蛋白酶基因的表达。在第4泳道，约500bp。
M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
M-Marker,1&2-对照根围土,3&4-实验根围土,5&6-啤酒酵母,7&8-淡紫拟青霉,9&10-阴性对照
图4 油麦菜根围土金属硫蛋白基因检测
四、结论
（1）筛选到具有金属硫蛋白酶基因和促进污泥发酵功能的微生物菌株：酿酒酵母、热带假丝酵母、淡紫拟青霉、黑曲霉等4株真菌和枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌等3株细菌
（2）确定了复合微生物菌剂及其混合扩大培养生产工艺，产品有效活菌菌落数可达到20个亿/克。
（3）确定了污泥无害化高温发酵工艺和发酵条件。最佳发酵条件为：物料含水率小于或等于60％，复合菌剂添加0.5％，发酵7-10天。当物料温度升至70℃以上时，用翻抛机每天翻倒1次，直到温度降到60℃以下不再翻倒。采用该技术污泥中的重金属被固定，可提取态Cd含量降低45％，Pb降低20％左右。
（4）进行了盆栽和田间小区试验，明确经无害化处理的污泥可减少植物对重金属的吸收，Cd减少30％，Pb减少30％左右；具有促进根系发育和提高根际土壤生物多样性功能。
五、技术关键与创新点
技术关键：将具有金属硫蛋白基因和高温发酵功能的微生物菌群有机结合，通过高温堆肥化处理，污泥中的重金属被螯合固化，病毒、病菌、虫卵等被杀灭，同时还去除了污泥中的大量水分和臭味，从而实现污泥的无害化和肥料化利用。为避免内含重金属在农田的积累，建议将转化的有机肥用于园林、荒山、沙漠绿化等非农肥料。
以油麦菜、番茄和小麦为实验材料，进行了盆栽和小区实验，检测表
明，经无害化处理的污泥，镉（Cd）、铅（Pb）被固定，不会进入植株体内，大大降低了污泥有机肥的生态安全风险，相反，随无害化堆肥进入土壤的有效菌剂还具有修复土壤生态系统的作用。
创新点：
（1）筛选到具有金属硫蛋白酶基因和促进污泥发酵功能的微生物菌株：酿酒酵母、热带假丝酵母、淡紫拟青霉、黑曲霉等4株真菌和枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌等3株细菌
（2）研制出高效复合微生物菌剂及其发酵工艺，有效活菌数达到2*109cfu/g以上。
（3）优化确定了污泥堆肥无害化发酵工艺。城市污泥经该技术处理，可提取态Cd下降30％，Pb下降20％左右，并对植物根系发育和根际微生物多样性具有显著促进作用。
六、综合效益分析
把不能存放、不能填埋、不宜焚烧的污泥污染源变为有机肥资源，为城市生态建设去除污染隐患，为农林业提供有机肥，所产生的社会效益和环境效益是巨大的。因污泥有机肥的有机质含量比鸡粪还要高，在N、P、K植物养分含量上相差不多，所以，仅与鸡粪有机肥相比较，1吨鸡粪有机肥现市场价是500-650元，而处理1吨脱水污泥成本仅100元左右，可以提升400-550元的价值。如果一个年处理1万吨污泥有机肥企业，一年创纯利润可达400-550万元，经济效益十分显著。污泥有机肥施用到土壤，为普遍缺少有机质的土壤增加有机质和其它营养成分，为实现农业部提出的
“提升土壤有机质”的战略目标，为华北乃至全国的土壤环境质量改善将起到不可磨灭作用。由于农业部有规定，污泥有机肥在现阶段还不能用作基本农田的肥料，也不适用于南方酸性土壤。但是，可用于荒地、贫瘠土地的改良，半沙漠化土壤的改造，园林绿化和植树造林等有机肥。
七、应用前景
该项技术可以应用于用任何方法处理的城市生活污水而沉出的污泥，也应用于禽畜粪便的堆肥化处理，也可应用于因污灌造成的重金属超标的土壤治理。具有广阔的应用前景。
八、存在的问题与改进途经
1、经过添加有效菌剂堆肥化处理的污泥有机肥，还应该试用于大面积、多种蔬菜、粮食作物多季的种植中，以便更精确、更科学评价污泥中重金属可提取态的转移、转化。
2、评价土壤生态系统的修复过程还应该增加真菌的生态多样性的检测与评价，降解难降解有机物，降解农药残留，去除化肥污染等主要是真菌菌群，所以，在土壤-植物根系-微生物形成的土壤生态系统中真菌的存亡和多少是至关重要的生态因子。
目前我国城市污水污泥（包括二级河道淤泥、下水道通挖污泥及污水处理厂污泥），大部分还未经稳定化、无害化、资源化的处理和处置，没有正常的出路，不但成为城市及污水处理厂的负担，而且污泥的任意排放和堆放对周边环境造成新的污泥已经触目惊心，使建成的城市排水、河湖等设施及城市污水处理厂不能充分发挥消除环境污染的功能。既使建有消化池处理污泥，但未经无害化处置，污染程度虽有所减轻，但仍不符合污泥农用标准而造成二次污染。 然而，城市污水污泥会造成污染，但经妥善处理处置后进行综合利用，也能达到污泥资源化。污泥中的有机物分解产生的腐殖质可以改良土壤避免板结，污泥中丰富的氮、磷、钾等则是植物和农作物生长不可缺少的营养物，城市污泥营养成分与农家肥的对比见下表所示： 污泥肥料类有机份 % 氮 % 磷 % 钾 % 生污泥消化污泥生污泥消化污泥生污泥消化污泥生污泥消化污泥 城市污水污泥 55 ～ 69 48 ～53 2.6～5.4 2.4～3.9 1.2～1.5 1.2～3.5 0.28～0.4 0.32～0.43 猪厩肥 25.0 0.45 0.083 —— 马厩肥 25.0 0.58 0.122 —— 牛厩肥 20.0 0.34 0.070 —— 羊厩肥 31.8 0.84 1.100 —— 除堆肥而外，污水污泥经干燥焚烧后，可利用热值，可发电，还可作为建筑材料而派上用场，因此，城市污水污泥的处理处置与资源化的相结合，必将成为城市污水污泥最佳的最终出路。 二、污泥堆肥技术发展动态： 污泥处理处置方法有土地利用（用于农林业）、填埋、焚烧和海洋弃置。据美国环保署估计，美国15300个城市污水处理厂中,年产干固体污泥769万吨，45％的污泥用于农林业，21%进行填埋，３０％用于投弃海洋。焚烧法由于能耗高，所以只占3％。原西德年产干污泥约200万吨，农田利用占32％，填埋占59％，焚烧占8％。日本55% 的污泥进行焚烧，35％的污泥进行填埋，约9％的污泥进行农田利用。污泥排海处置，由于对海洋越来越高的要求，许多国家已停止使用。污泥焚烧以日本、德国，奥地利等国占比例高，一般大型污水厂污泥通过焚烧无害化，产生的热能可回收利用，污泥减容减量化程度很高,但焚烧投资巨大，操作管理复杂，能耗和运行费均很高，近期内我国还不能全面推广采用。据报导，日本拟研究污泥焚烧后残渣溶铸成块石堆砌的处置方法。总之，在大多数国家中，土地利用和填埋仍是污泥处置的主要途径，而随着可填埋范围的日益减少，土地利用将是一个主要的发展方向。我国是一个发展中的国家，又是一个农业大国，城市污水污泥的土地利用应是一项重要的途径。 污泥高温堆肥技术，目前世界各国采用的方法有：自然堆肥法，园柱形分格封闭堆肥法，滚筒堆肥法，竖立式多层反应堆肥法以及条形静态通风等堆肥工艺，这些方法都在不断发展和完善。美国八十年代初开发了比较完善的贝尔茨维尔好氧堆肥法，主要利用堆底穿孔管通入空气，防止臭气扩散，比较安全卫生。美国、德国、荷兰等发达国家大多由污水厂出资，国家政府资助交专业公司承包产业化经营，堆肥产品作为商品出售。 日本最大的堆肥厂在北海道的札幌市，堆肥仓和生产线及袋装产品很具规模，而且机械化、自动化程度很高。
2015 年秋季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目:污泥好氧发酵过程复合控制技 术 学生所在院（系）:市政环境工程学院 学生所在学科:市政工程 学生姓名:邢佳 学号:15B927001 学生类别:博士研究生 考核结果阅卷人 第 1 页（共7 页）
固体废物堆肥过程中的安全控制问题及对策 摘要：有机固体废弃物的处理长期以来一直受到重视，由于其含有大量的重金属及内在物质(玻璃、塑料、金属等)，不能直接利用，而新鲜的有机质如果施人土壤，在被土壤微生物分解的同时，会生成一些对植物正常生长有抑制作用的中间代谢产物。因此有机固体废弃物的堆肥化处理得到普遍采用，但是堆肥后的产物性质是否稳定。以及是否达此，堆肥安全性一直是阻碍堆肥应用的关键问题。本文就堆肥安全性控制做出如下概括说明。 关键词：固体废物；堆肥；安全控制；腐熟度；重金属 1.堆肥的原理 1.1堆肥的基本原理 堆肥化（composting）是在微生物作用下通过高温发酵使有机物矿质化、腐殖化和无害化而变成腐熟肥料的过程，在微生物分解有机物的过程中，不但生成大量可被植物吸收利用的有效态氮、磷、钾化合物，而且又合成新的高分子有机物———腐殖质，它是构成土壤肥力的重要活性物质。 在堆肥过程中，生活垃圾中的溶解性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜而被微生物所吸收，固体的和胶体的有机物先附着在微生物体外，由生物所分泌的胞外酶分解为溶解性物质，再渗入细胞。微生物通过自身的生命代谢活动，进行分解代谢（氧化还原过程）和合成代谢（生物合成过程）把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并放出生物生长活动所需的能量，把另一部分有机物转化合成新的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多的生物体。可以用图1.1简要的说明这种过程： 图1.1 有机物的好氧堆肥分解 下列方程式反映了堆肥中有机物的氧化和合成[1,2,3] (1)有机物的氧化 不含氮的有机物（CxHyOz） CxHyOz+（x+1/2y-1/2z）O2=xCO2+1/2yH2O+能量 含氮有机物（CsHtNuOv﹒aH2O） CsHtNuOv﹒aH2O+bO2=CwHxNyOz﹒cH2O（堆肥）+dH2O(气)+cH2O（水） 1.2堆肥的微生物变化过程 城市生活垃圾堆肥的过程是一个生物化学反应的过程，不论是好氧堆肥，还是厌氧堆肥，起主导作用的有机物质分解成为肥料、二氧化碳、水及氨气等，并释放能量。适宜于高温好氧堆肥的微生物种类很多，主要有细菌、真菌和放线菌，有时还有酵母和原虫参加。这些微
城市污水污泥堆肥的综合运用 1 前言 城市污水污泥含有丰富的有机质及氮、磷和微量元素等植物所需养分，可以作为有机肥料和土壤改良剂，但同时也含有一定量的重金属、有毒有机物等有害成分及高含水率，有恶臭，不便于储存、运输和使用等缺点，因此，在土地利用之前对污泥进行稳定化处理是非常必要的。在不同的稳定化处理方法中，考虑到对污泥稳定化处理后的土地利用，将污泥进行堆肥化处理比较符合我国国情。污泥经过堆肥化处理后，可以考虑使用在园林绿化、草坪施肥、花卉栽培等，这样既可以节约运输成本，也可合理利用污泥资源，同时也为污泥的处置找到出路。 2 城市污泥堆肥的运用 城市污泥经高温堆肥处理后成为有机肥料，其潜在用途很广。但是相对化肥而言，污泥堆肥产品的养分含量低、施用不方便。合格的堆肥不仅可以作为有机肥直接农用，而且还可制成各类专用复混肥、育苗基质等，应用于纤维作物、花卉以及园林、苗圃等的生产。 2.1直接施用 城市污泥的有机质含量高，氮、磷、钾及微量营养元素齐全，养分释放持久，施入土壤后其有机组分可以增加土壤的缓冲容量，提高了土壤对水、肥、气、热的协调能力，对于增产、增收和农业可持续发展具有重要作用。 2.2有机—无机复混肥 污泥堆肥与无机化肥复混造粒后，其水分含量降低，效成分浓缩，便于包装运输和施用，养分较全面。另外，针对不同地区的土壤及气候背景和不同作物的生长规律开发专用的有机—无机复混肥配方，不仅能节省肥料用量，还能提高作物的产量和品质。 2.3栽培和育苗基质 基质栽培是近几十年逐渐发展起来的一项设施园艺技术，近年来，我国的基质栽培面积迅速扩大，对栽培基质的需求也逐年加大。采用污泥堆肥为原料制造容器育苗基质，不仅可以大大降低成本，而且肥效较好。以草坪生产为例, 随着我国城市化进程的不断加快，草坪业有了蓬勃发展。近几年，北京、上海、西安等大中城市草坪建植的积极性猛增，每年新增草坪约5%-15%，随之而来的是对
200T/d污泥无害化处理 技 术 方 案 二〇一六年十一月
目录 一、工程概况 0 二、处理标准 0 三、污泥堆肥工艺方案 0 选择方案的原则 0 工艺流程及说明 0 四、污泥堆肥工程设计 (1) 工艺设计 (1) 生产车间 (1) 污泥处理构、建筑物 (2) 污泥原料仓库 (2) 混料车间 (2) 好氧发酵车间 (2) 成品库 (3) 临时堆场 (3) 其他建筑 (3) 主要设备 (3) 混料/配料系统 (3) 翻堆机/转仓机 (3) 自动进/出仓系统 (4) 固体好氧曝气系统 (5) 物料储存输送系统 (5) 除臭系统 (5) 五、设备材料表及主要构/建筑物 (7) 主要工艺设备 (7) 主要构/建筑物 (8) 六、工程投资估算 (8)
一、工程概况 污泥处理系统产生脱水污泥量200吨/天，含水率80%，污泥采用好氧发酵堆肥工艺，日产吨/天营养土（含水率小于40%）。 二、处理标准 （1）出料含水率≤40%； （2）产品卫生指标应符合高温堆肥卫生标准GB7959-87。 三、污泥堆肥工艺方案 选择方案的原则 （1）在常年运行中，要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）将二次污染风险降到最低； （4）实现操作人员脱离污泥好氧发酵区，杜绝人员伤亡事故发生，运行管理方便。 工艺流程及说明 本项目处理含水率80％的脱水污泥200t/d，脱水污泥通过污泥专用车送到混料车间，在混料车间与回流熟料按一定比例进入混料机混合，混合好的物料通过布料机输送到好氧发酵仓内，在发酵仓内强制通风使物料充分好氧发酵，同时通过翻堆机搅拌使其均匀发酵并且推动物料向前运动；经20 天左右的时间发酵后物料的含水率已降至40％以下，干燥后的物料一部分作为回流物料循环利用，一部分进入营养土仓库，最终作为营养土输出。这种营养土可作为土壤剂改良剂，可用于城市草坪、花卉种植、园林绿化、荒漠植被、荒山绿化等方面，又可以作为大田肥的原料，充分利用该营养土有机成分高等优点，也可根据土壤情况及农
堆肥过程中的主要控制参数包括哪些? 堆肥过程中，应该综合考虑以下各个参数，力求达到最佳的堆肥条件。 (1)含水率堆肥原料的含水率对于发酵过程的影响很大。水的主要作用包括两点：一是溶解有机物，参与微生物新陈代谢；二是调节堆体温度。综合堆肥化各种因素得到的适宜含水率范围为45％～60％(质量比)，55％左右最为理想。堆肥原料中有机物含量低时，含水率可取低值。当含水率超过65％，水就会充满物料颗粒间的空隙，使空气含量减少，堆肥将由好氧向厌氧转化，温度也急剧下降，其结果是形成发臭的中间产物(硫化氢、硫醇、氨等)和因硫化物而导致堆料腐败发黑。故高水分物料应通过前处理进行调节。 (2)碳氮比(C／N) C／N影响有机物被微生物分解的速度。微生物自身的C／N比约4～30，故有机物的C／N比最好也在此数值范围内，当C／N比在10～25之间时，有机物的分解速度最大。当采用高碳氮比原料(如秸秆)垃圾进行堆肥时，需添加低C／N比废物或加入氮肥，以调整C／N比到30以下。发酵后C／N一般会减少10～20，甚至更多，如果成品堆肥的C／N过高，往土中施肥时，农作物可利用的氮会过少而导致微生物陷于氮饥饿状态，直接或间接影响和阻碍农作物的生长发育。故应以成品堆肥C／N为10～20作标准来确定和调整原料的C／N比，一般认为城市固体废物堆肥原料，最佳C／N在(20～35)：1。 (3)pH值期在消化过程中pH值随着时间和温度的变化而变化，因此它是揭示堆肥分解过程的一个极好的标志。pH值太高或太低都会影响堆肥的效率，中性或者弱碱性则最容易使生物有效地发挥作用，一般认为pH值在7．5～8．5时，可获得最大堆肥速率。 对固体废物堆肥化一般不必调整pH值，因为微生物可在大的pH值范围内繁殖。但pH值过高时(如超过8．5)，氮会形成氨而造成堆肥中的氮损失，因此当用石灰含量高的真空滤饼及加压脱水滤饼作原料时，需先在露天堆积一段时间或掺入其他堆肥以降低pH值。 (4)供氧量对于好氧堆肥而言，氧气是微生物赖以生存的条件，供氧不足会造成大量微生物的死亡，减慢分解速度。但是提供过量冷空气则会带走热量，降低堆体温度，尤其不利于高温菌氧化过程，因此，供氧量要适当，通常实际所
城市污水处理厂污泥堆肥 工艺设计 学院：水利与环境学院 专业：环境工程 指导老师：黄绪泉 姓名：公子毅 学号：2011108106 二零一四年一月二十四日
第一部分前言 一、概述 随着国家对环保治理力度的加大，越来越多的污水厂投入运行，由此处理污水而产生的剩余污泥也越来越多，污泥是污水处理后的产物,是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体污泥等组成的极其复杂的非均质体。污泥的主要特性是含水率高（可高达99%以上）,有机物含量高,容易腐化发臭,并且颗粒较细,比重较小,呈胶状液态。它是介于液体和固体之间的浓稠物,可以用泵运输,但它很难通过沉降进行固液分离。污泥的成分非常复杂，不仅含有较丰富的氮、磷及多种微量元素和大量有机质，同时还含有病原菌、寄生虫（卵）、重金属、盐分及某些难分解的有机毒物。 堆肥化是指在人工控制条件下，利用自然界广泛分布的细菌、放线菌和真菌等微生物将固体废物中可生物降解的有机组分分解，向比较稳定的腐殖质进行生物转化的微生物过程。这一过程包含堆肥材料的矿质化和腐殖化两个相互交替的过程。堆制初期，矿质化过程占优势；后期则腐殖化过程占优势，重视污泥的处置显得非常重要。 适用于堆肥法处理的废物主要有城市垃圾、粪便、城市及某些工业废水处理过程中产生的污泥、农林废物等。放置在任一场所的有机团体废物在湿度、通风条件满足的情况下，会自动产生热量(如秸秆堆垛、垃圾堆垛)，尤其在冬季这种现象更为明显，会产生大量热蒸汽。堆肥化就是在人工控制下，在一定的水分、C/N比和通风条件下通过微生物的发酵作用，将有机物转变为肥料的过程。在这种堆肥化过程中，有机物由不稳定状态转化为稳定的腐殖质物质，对环境尤其土壤环境不构成危害，而把堆肥化的产物称为堆肥。 在堆肥化过程中，伴随着有机物分解和腐殖质形成的过程，堆肥的材料在体积和重量上也发生着明显变化。通常由于挥发性成分分解转化，重量和体积均会减少1/2左右。堆肥化过程是地球表面生态过程中的一部分，并在不断地发挥着重要的作用，如可使地表面残留的枯枝落叶、杂草堆、树皮和其他半团体的有机物分解后再进一步参与到物质和能量的循环中去。 二、本设计概况及原始资料 本设计为城市污水处理厂的污泥堆肥工艺，规模为日处理脱水污泥 200t，每年处理脱水污泥6万t的污泥堆肥处理厂，年生产有机肥 1.6万t。 脱水污泥含水率为80%，挥发性固体比重为75%，碳氮比为8：1 ，典型化 学成分 C 10H 19 O 3 N。 三、设计依据 1、《污水污泥处理处置与资源化利用》尹军谭学军编著； 2、《固体废物处置与资源化》蒋建国编著； 3、《固体废物处理处置实践教程》宁平编著； 4、《固体废物管理手册》乔治·乔巴诺格劳斯弗朗克·克赖特主编。 四、设计原则 污泥堆肥工艺技术应符合建城[2009]23号《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）》要求；有机肥产品达到或超过 GB24188-2009《城
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/3e539464.html, 城市污泥堆肥化处理研究进展 作者：桂萌熊建军崔希龙赵振凤 来源：《现代农业科技》2010年第10期 摘要随着城市的发展,城市生活污水污泥也迅速增加。目前污泥堆肥化处理已经成为国内 外学者研究的热点。该文主要对污泥性质、国内外城市污泥堆肥方法,以及污泥堆肥过程中的 重要参数控制进行综述,以为城市污泥堆肥化处理提供参考。 关键词城市污泥;堆肥化处理;条垛式系统 中图分类号X703文献标识码A文章编号 1007-5739(2010)10-0267-02 ResearchProgressonMunicipalSludgeComposting Treatment GUI MengXIONG Jian-junCUI Xi-longZHAO Zhen-feng (Beijing Drainage Group Co. Ltd.,Beijing 100038) AbstractWith the development of urban,urban sewage sludge was increasing rapidly. At present,scholars paid more and more attention to the sludge composting. In this article,the sludge nature,kinds of municipal sewage sludge composting methods at domestic and foreign,as well as the important parameters control in sludge composting process were mainly introduced. It can give reference for the municipal sludge composting treatment. Key wordsmunicipal sludge;composting treatment;windrow composting system 城市污泥是城市污水处理厂在污水净化处理过程中产生的沉积物,是由有机残片、细菌菌体、无机颗粒及胶体等组成的极其复杂的非均质体。据估算,北京城市污泥产生量已达80万t/年,而上海污泥量达22 260 m3/d(含水量97.5%)[1]。随着城市的发展,城市污水处理量的提高和处理程度的深化,污泥的产生量必将有较大的增长。污泥堆肥与其他处理方法,如填埋、焚烧相比,具有建设投资少、运行费用低等优点,适合我国的国情[2]。 1城市污泥性质 一是数量大,增长迅速。污泥量占污水量体积的0.3%～0.5%(或污泥在污水中的含量为10～20 g/kg),若进行深度处理则污泥量增加0.5～1.0倍,伴随污水处理效率的提高,污泥数量将大幅增加;二是污泥中养分丰富,含有较高的有机质和丰富的氮磷等矿质营养元素;三是污泥成分比
城市污泥好氧发酵处理技术应用研究 白海梅朱惟猛 （上海市城市排水有限公司） 摘要：分析了上海市区污水厂污泥处理处置现状，对上海市第一座实施污泥好氧发酵处理工程的工艺流程、运行效果、经济效益、成就及问题作了简要介绍，得出一定的经验总结。关键词：污泥好氧发酵应用研究 一、前言 上海市政府在发展经济建设的同时，十分重视城市环境和保护，尤其是对水环境的治理与完善，40多年来市政府在污水治理方面投入了巨额资金，上世纪60-70年代相继完成上海市西区污水输送干线和南区污水输送干线；70-90年代建成天山、曲阳、龙华、长桥、程桥等中心城区污水处理厂；1985～1993年，建成了合流污水治理一期工程；1994年开始建设污水治理二期工程和吴泾闵行污水北排工程；2003年完成苏州河综合整治一期工程建设；2003启动苏州河综合整治二期工程；2004年启动中心城区污水处理厂达标改造工程；2004年正式启动西区污水输送干线改造工程可行性研究工作。到2004年末，上海市中心城区污水处理量将达到430 万m3/d，达到污水收集处理率70%以上，这对减轻黄浦江和苏州河的污染作出了重要的贡献。 但是，在城市污水处理过程中必然会产生大量的污水污泥，它容量大、不稳定、易腐败、有恶臭，如不加妥善处理和处置，将造成堆放和排放区周围环境严重的二次污染，更有甚者，将污泥任意施于农业，导致农作物污染，土壤受到不可逆转的中毒受害。 国家环境保护总局发布的“城镇污水处理厂污染物排放标准”（GB18918-2002）对污泥的处理处置作了具体要求，即“城镇污水处理厂的污泥应进行稳定化处理”，并对稳定化处理后的控制指标作了详细规定。上海市结合新标准的出台，对污泥稳定化处理技术的研究与应用作了全面思考，其中对好氧发酵工艺进行了一次实用性研究，取得了一些经验。本文结合排水公司已开展的污泥稳定化处理技术的研究工作，就好氧发酵工艺的生产试验情况，向大会作一简要汇报，供参考。
生活垃圾与城市污泥共堆肥控制参数 摘要：以桂林市生活垃圾和城市污泥为主要原料，另添加锯末作为调理剂，在智能化高温好氧堆肥发酵仓内利用时间反馈的连续通风策略进行高温好氧堆肥试验，选定生活垃圾与城市污泥配比、C/N、含水率和通风量4个参数分别进行单因素试验。结果表明，堆肥过程中最佳控制参数为生活垃圾与城市污泥质量比2.5∶1.0，每35 kg混合物料添加1.6 kg锯末；C/N为35；含水率为54%；通风量为0.15～0.30 m3/h（温度达到50 ℃前）和0.30～0.45 m3/h（温度超过50 ℃后）。 关键词：生活垃圾；城市污泥；锯末；好氧堆肥；控制参数 城市生活垃圾是指人们在日常生活中所产生的固体废弃物。随着社会经济的发展和城市化进程的加快，生活垃圾的产量正在逐步增加。目前全世界年产生垃圾量约为7.7亿t，预计2020年将达20亿t[1]。在收集、运输和处理的过程中，垃圾中含有的致病菌、病毒和有机污染物将严重危害人类健康和生态环境。目前垃圾处理的方法主要有卫生填埋、焚烧和堆肥，其中高温好氧堆肥具有堆肥周期短、减量化效果明显、无害化程度高和稳定化效果好等优点，被国内外专家所关注[2-5]，但对垃圾堆肥过程中控制参数的报道不多。本研究是在中试的水平上以生活垃圾和城市污泥为主要原料，另外添加锯末作为调理剂，在智能化高温好氧堆肥发酵仓内利用时间反馈的连续通风策略对堆肥过程进行研究，探索最佳的物料配比（生活垃圾与城市污泥的质量比，下同）、含水率、C/N和通风量。 1 材料与方法 1.1 材料 生活垃圾取自桂林市雁山区垃圾处理站。锯末取自桂林市雁山区丰良农场，取回后过筛。城市污泥为桂林市七里店污水处理厂的脱水污泥。堆肥物料的基本理化性质如表1所示。 1.2 试验装置 试验采用智能化高温好氧堆肥发酵装置，主要包括：发酵仓、通风系统、监测系统。其中发酵仓的直径为800 mm、高为1 300 mm，有效容积为250 L；发酵仓顶部设有温度、氧气探杆，可在线监测堆体中温度、氧气的实际值；通风系统由气泵、流量计、电磁阀组成。 1.3 指标的测定方法 发酵物料各指标的测定方法见表2。 2 结果与分析
150吨/日污泥堆肥处理方案可行性研究报告 隆润新技术发展有限公司 2010年06月·北京
目录 第1章概论 ........................................................................................................... 1.1 基本情况 ........................................................................................................................... 1.2 项目背景 ........................................................................................................................... 1.3 研究目的 ........................................................................................................................... 1.4 编制的内容 ....................................................................................................................... 1.5 编制依据 ........................................................................................................................... 1.6 编制原则 ........................................................................................................................... 1.7 主要技术经济指标 ........................................................................................................... 第2章基础资料 ......................................................................................................... 2.1 概况 ................................................................................................................................... 2.2 自然资源 ........................................................................................................................... 2.3 自然条件 ........................................................................................................................... 第3章项目建设必要性 ............................................................................................. 3.1 污泥处理现状 ................................................................................................................... 3.2 项目建设的必要性 ........................................................................................................... 3.3 项目建设的紧迫性 ........................................................................................................... 第4章工程规模 ......................................................................................................... 4.1 服务范围 ........................................................................................................................... 4.2 污泥产生量预测 ............................................................................................................... 4.3 污泥处理规模 ................................................................................................................... 第5章厂址选择 ......................................................................................................... 5.1 选址原则 ........................................................................................................................... 5.2 厂址条件 ........................................................................................................................... 5.3 厂址评价 ........................................................................................................................... 第6章工艺选择 ......................................................................................................... 6.1 污泥特性 ........................................................................................................................... 6.2 污泥危害 ........................................................................................................................... 6.3 我国污泥处理的概况 ....................................................................................................... 6.4 污泥处理的主要方法 ....................................................................................................... 6.5 污泥处理工艺选择 ........................................................................................................... 6.6 影响堆肥的因素 ............................................................................................................... 第7章工程设计概要 ................................................................................................. 7.1 污泥性状设计数据 ........................................................................................................... 7.2 工艺流程 ........................................................................................................................... 7.3 工艺设计 ........................................................................................................................... 7.4 主要的建（构）筑物及设备 ........................................................................................... 第8章除臭工程.......................................................................................................... 8.1 臭气特征 ...........................................................................................................................
静态好氧堆肥处理城市垃圾 好氧堆肥的原理： 好氧堆肥是在有氧条件下，好氧细菌对废物进行吸收、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忙殖，产生出更多的生物体的过程。在有机物生化降解的同时，伴有热量产生，因堆肥工艺中该热能不会全部散发到环境中，就必然造成堆肥物料的温度升高，这样就会使一些不耐高温的微生物死亡，耐高温的细菌快速繁殖。生态动力学表明，好氧分解中发挥主要作用的是菌体硕大、性能活泼的嗜热细菌群。该菌群在大量氧分子存在下将有机物氧化分解，同时释放出大量的能量。据此好氧堆肥过程应伴随着两次升温，将其分成三个阶段：起始阶段、高温阶段和熟化阶段。堆肥过程的影响因素包括：生物挥发性固体、通风供氧、水分、温度、碳氮比等。通常要经过物料预处理、一次发酵、二次发酵和后处理过程。1堆肥的过程参数 堆肥化过程是复杂的。物料经混匀后，受营养平衡、水分含量和物理结构等的影响。工艺过程中要控制的各种参数，就是那些对堆肥过程有影响的物理、化学和生物因素。它们决定微生物活动的程度，从而影响堆肥的速度与质量。 1.1水分含量 在堆肥过程中，水分是一个重要的物理因素。水分含量是指整个堆体的含水量。水分的主要作用在于：（1）溶解有机物，参与微生物的新陈代谢；（2）水分蒸发时带走热量，起调节堆肥温度的作用。水分的多少，直接影响好氧堆肥反应速度的快慢，影响堆肥的质量，甚至关系到好氧堆肥工艺的成败，因此，水分的控制十分重要。在堆肥期间，如果水分含量低于10%~15%，细菌的代谢作用会普遍停止；含水量太高，会使堆体内自由空间少，通气性差，形成微生物发酵的厌氧状态，产生臭味，减慢降解速度，延长堆腐时间。 大量的研究结果表明，堆肥的起始含水率一般为50%~60%。在堆肥的后熟期阶段，堆体的湿度也应保持在一定的水平，以利于细菌和放线菌的生长而加快后熟，同时减少灰尘污染。 1.2通气量
污泥堆肥工艺实施方案 一、处理目标 利用厦门绿标生物科技有限公司的兼氧复合菌剂进行兼氧发酵，结合了好氧发酵与厌氧消化的优势。兼氧发酵是通过多种好氧、厌氧微生物的共同作用，使污泥中的高分子物质，如纤维素、木质素及絮凝剂、高分子有机污染物等物质得到彻底、有效的降解，并且在发酵过程中，污泥中的病原微生物、虫卵、草籽等有害物被有效的杀灭，处置后的污泥达到无害化、减量化及稳定化效果，实现了资源利用价值的最大化，提高了社会效益和经济效益。与其它常规好氧堆肥所用菌剂不同，厦门绿标的兼氧菌剂可以达到以下处理目标：1) 通过对不同来源的微生物诱变筛选、驯化及代谢调控过程所得到的兼氧发酵复合菌剂，与国内外所应用的其它用于有机废弃物处理的菌剂相比具有原料适应性强、发酵速度快、降解能力强，并能有效降解絮凝剂、有机污染物等高分子的特点；2）由于高效复合菌剂的添加，优化了发酵效果，可有效降低高耗能操作，使该工艺技术具有投资小、工艺简单、发酵速度快、发酵效果好的特点；3) 污泥兼氧发酵复合菌剂中的复合菌群在发酵过程中会产生大量胞外与胞内酶，这些酶能有效降解其它工艺所难以降解的污泥等有机废弃物中非生物基大分子，如残留的絮凝剂（如聚丙烯酰胺（PAM））分子，去除大部分絮凝剂。同时，该微生物菌剂还可对废弃物中的重金属进行吸附与稳定固化，实现有机废弃物的无害化。 二、污泥污染及危害 ①对大气环境的影响：污泥脱水、污泥堆放及污泥外运过程中极易产生硫化氢、氨气、硫醇类恶臭气体，严重影响了城市空气质量的改善； ②对水环境的影响：未经合理处置的污泥易产生渗沥液，而目前污泥的堆积场或填埋场防渗措施不完善，容易造成污泥渗出液污染地面水环境及地下水环境； ③对环境卫生的影响：脱水污泥含有各种病原体及致病物质的中间体，这些物质经蚊蝇及水源进行传播，进而危害人体健康； ④污泥中高分子有机污染物的二次污染：各类污水及污水处理、污泥处理
城市生活污泥无害化堆肥利用关键技术 技术报告 提要 城市生活污水污泥是经过好氧-厌氧处理絮凝沉淀出的污染物集合体，经压滤后含水量仍然达到80%左右，另含有微量重金属。目前主要采用填埋、焚烧等方法处理。但，填埋需要占用大量土地，且污染周边的空气和土地环境；焚烧，需要消耗大量能源，会增加二噁英和二氧化碳的排放，污染空气。利用具有金属硫蛋白酶基因的微生物对重金属进行无害化处理具有广阔前景，该方法主要利用微生物产生的金属硫蛋白，通过螯合或络合作用将水溶态和离子交换态的重金属转化为难溶态，可不再或缓慢被植物吸收，从而降低污泥土地的生态风险。 本研究将具有金属硫蛋白基因和高温发酵功能的微生物菌群有机结合，通过高温堆肥化处理，污泥中的重金属被螯合固化，病毒、病菌、虫卵等被杀灭，同时还去除了污泥中的大量水分和臭味，从而实现污泥的无害化和肥料化利用。为避免内含重金属在农田的积累，建议将转化的有机肥用于园林、荒山、沙漠绿化等非农肥料。 采用基因检测技术，通过选育、优化，获得了由具有金属硫蛋白基因的真菌和高温除臭细菌相结合的复合发酵菌剂；研究确定了污泥堆肥发酵工艺；通过盆栽实验和小区示范，证实采用该技术处理获得的污泥堆肥，其中的镉（Cd）、铅（Pb）不会被油麦菜、番茄和小麦等植物吸收，说明
该技术是可行的。 该技术不仅可用于城市生活污泥的无害化处理，还可用于禽畜粪便的堆肥转化，以及因污灌造成重金属污染土壤的治理，生态效益、社会效益和经济效益均十分显著，具有广阔应用前景。 一、前言 随着经济的快速发展，城市化进程的加快,随着环境质量要求的提高,城市生活污水处理率也越来越高,要处理的污水不断增加，因此，势必产生大量污泥。据不完全统计，每处理1m3生活污水就会产生10kg污泥。这种稀泥状的凝聚体成分很复杂,是由多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机物组成的集合体, 含有大量的水分(可高达98 %以上) , 还含有难降解的有机物、重金属和盐类以及少量的病原微生物和寄生虫卵等。用一句话概括，污泥就是污水中污染物的浓缩物。大量的未经处理的污泥任意堆放和排放会对环境造成新的污染,其处理处置费用通常与污水处理费用相当。污泥处理处置的风险大于污水灌溉的风险。有害重金属是污泥中最主要的污染物之一。由于重金属具有难迁移、易富集和危害大等特点已成为限制污泥农业、林业利用的最主要因素。另一个限制污泥农林利用的因素是污泥中残存着难降解、毒性大的多环芳烃类（PAHs）等污染物，这些难降解的有机物虽然含量不高，但是，它们造成的环境毒害却非常大，可以称之为环境激素。因而,如何将产量巨大, 成分复杂的污泥, 经过科学处理, 使其无害化、资源化,已成为我国乃至全世界都在关注的课题之一。
①北京排水集团庞各庄污泥堆肥厂升级改造项目 案例说明：北京排水集团的庞各庄污泥堆肥厂建于1996年，原设计采用“静态堆肥+翻抛”堆肥工艺，存在发酵时间长、处理能力低、气味较等问题。堆肥方式保留了原来的条堆形式，其优点在于对于处理能力大的堆肥设施，进出料作业简单、灵活，效率高、能耗低。改造技术方案由万若（北京）环境工程技术有限公司提供，主要包括添加混料系统及堆肥区通风控制及监测系统，使整个庞各庄堆肥厂地保留了原来的条堆形式的基础上，增加了条堆的温度、氧含量在线监测与控制，增加了通风优化控制系统，并实现用计算机对系统过程的智能化控制。通过改造地面，以较小的土方工程完成了强制通风布风系统。 工程分两期进行。其中一期工程验收后北半部的处理能力可达 130t/d，2010年3月顺利通过试运行阶段。而二期改造增添预混预调理系统及剩余东棚南半部的通风系统等，2011年2月完成。全面升级改造后，其处理能力将达到300t/d。
庞各庄污泥堆肥项目主要包括增添物料混合预调理系统和堆肥区改造。其中混料系统选用德国专业混合设备--罗迪格机械流化床式混合器，实现湿污泥与辅料、返混料的均匀混合，并使物料均匀疏松适宜好氧发酵。堆肥区在保留了原来的条堆形式和厂房结构，尽可能地利用原有设施的基础上，通过较小土方的改造地面增加了强制通风布风系统、氧温在线监测系统和氧温-通风的联锁控制系统。从而实现了均匀布风，源头控制臭气发生，保证整个发酵过程含氧量及高温，控制灵活可靠，降低通风能耗和劳动强度。 全面升级改造后，湿泥与辅料（蘑菇渣或其它）及返混泥经过均匀混合调理，利用自卸车车运至堆肥车间，在50℃-72℃条件下进行好氧发酵。发酵过程中利用氧温监控系统实现通风系统的自动化控制。厂区堆肥车间占地共约13000m2，可实现16天含水率降至40%左右，以及污泥的基本稳定。 升级改造后的运行结果显示，与原有工艺相比，处理能力、发酵速度、干化速度、发酵温度以及气味控制均得到显著改善。
郑州市污泥堆肥处理工程的设计 郑州市目前有三座污水处理厂，分别为王新庄污水处理厂、五龙口污水处理厂和马头岗污水处理厂，总处理规模为80×104m3／d，剩余污泥量为600t／d(含水率为80％)。经过方案比选，郑州市决定将三座污水处理厂一的剩余污泥进行集中处理和处置，处理工艺为好氧堆肥，处置方案选择土地利用或填埋。 1 工程概况 污泥堆肥处理厂设计规模为600 t／d，一期设计处理规模为100 t ／d。主要建设内容包括秸秆存放及粉碎车间、混料及好氧堆肥车间、风机房、生物滤池及配套的生产、管理设施。处理厂的产品为营养土，可用于园林绿化或填埋。工程预留了营养土深加工制肥的占地面积。 2 处理工艺 根据微生物生长环境的不同，堆肥可分为好氧堆肥和厌氧堆肥。好氧堆肥是指在有氧状态下，好氧微生物对废物中的有机物进行分解转化的过程，最终产物主要是CO2、H20、热量和腐殖质；厌氧堆肥是在无氧状态下，厌氧微生物对废物中的有机物进行分解转化的过程，最终产物是CH4、CO2、热量和腐殖质。 由于厌氧微生物对有机物的分解速度缓慢，处理效率低，容易产生恶臭，工艺条件也比较难以控制，故本工程选择好氧堆肥工艺。 现代化好氧堆肥工艺可分为翻堆条垛式堆肥、通风静态垛堆肥、发酵槽(池)式堆肥和筒仓式堆肥等。发酵槽式堆肥工艺具有占地面积小、堆肥效率高等优点，故本工程选择发酵槽式堆肥工艺。
堆肥厂的工艺流程见图1。在混料车间内设置了三个料仓：脱水污泥料仓、粉碎秸秆料仓和回用料仓。污水处理厂的脱水污泥通过污泥运输车运至脱水污泥料仓；粉碎后的秸秆经皮带机输送至秸秆料仓；从发酵槽出来的物料经筛分机筛分后的筛上物进入回用料仓。脱水污泥、粉碎后的秸秆及堆肥成品中的筛上物，经混料机搅匀后用装载机运送至发酵槽中进行堆肥。堆肥后的物料通过装载机或翻抛机运送至回料皮带机上，通过回料皮带机输送到筛分机，经过筛分，筛上物进回用料仓重复使用，筛下物即为成品营养土。 3 工艺设计 ①发酵槽 发酵槽的设计包括发酵槽的数量设计和单个发酵槽的尺寸设计。为方便生产运行，单个发酵槽容积根据每日需要堆肥的物料体积进行设计。发酵槽的宽度、高度尺寸根据翻抛设备的要求确定。本项目采用进口翻抛机，其要求发酵槽宽度为4．5 m，翻堆深度最大为2．0