常建一　　　　　　　　　　　　　 劉長榮
（中國市政工程西北設計研究院）（中國市政工程西北設計研究院海南分院）

　　城市污水處理廠產生的污泥（尤其是中小型污水廠產生的，未經穩定化的污泥），含水率高、易腐爛、有惡臭，并存在寄生蟲卵與病菌，如不妥善處置，就會造成環境的二次污染。城市垃圾如不妥善處置，也會對環境造成污染。目前，對此類污染物的處理方法有焚燒、熱解、填埋、堆肥……等方法。焚燒就是有機污染物在高溫、供氧充足的條件下，氧化生成二氧化碳和水，而無機不可燃燒物形成穩定的固態殘渣。該種方法所需技術和設備復雜，耗能大、費用高。熱解是有機物在不完全燃燒條件下的熱力分解，得到可燃氣體、液態焦油和固態炭。我國對熱解處理的研究尚未達到中試或工業性試驗水平。填埋就是將廢棄物在選定的適當場所，堆填一定厚度后，加上履蓋材料，讓其經過相當長時間的物理、化學和生物作用，達到穩定。填埋法在有些地區往往受到用地限制。堆肥處理就是利用廢棄物中的有機物與一定比例的原無機物混合，控制一定條件，讓其在自然界廣為分布的細菌、放線菌、真菌等微生物作用下，其可降解的成分轉化成穩定的腐殖物，成為可施于農田的土壤改良劑——堆肥。污泥與垃圾的混合堆肥工藝也是堆肥處理的一種方法，它充分利用污泥含水率高（70～80%），含有豐富的氮、磷、鉀等農作物不可缺少的營養物質，而城市垃圾含水率低（30～40%），有機物較多的特點，按一定的比例進行混合，通過好氧高溫發酵和厭氧中溫發酵,殺死致病菌與寄生蟲卵，并保留著植物生長土壤所需要的氮、磷、鉀等營養物質的含量，形成良好的腐殖土—堆肥。污泥與垃圾的混合堆肥技術具有經濟、簡便、可資源化的優點。其工藝流程框圖如下：

1　污泥與垃圾混合堆肥工藝

　　污泥與垃圾堆肥法是通過機械設備對污泥與垃圾混合物料進行好氧高溫發酵，再自然堆放厭氧中溫發酵的一種方法，主要包括：污泥與垃圾前處理、好氧高溫發酵、厭氧中溫發酵、后處理等四部分。
1.1　污泥與垃圾前處理
　　城市垃圾由有機和無機廢棄物組成，有機類廢棄物主要由食品垃圾、園林垃圾、各種紙制品、塑料、橡膠和皮革制品、紡織品……等組成。無機類廢棄物主要由玻璃和陶瓷制品、塵土、碎磚、亂石……等組成。根據統計和實測資料，城市垃圾中有機物和無機物之比一般為55%:45%左右。有機物可分為易被生物降解的物品（食品垃圾、庭院垃圾、動物垃圾、及被這些物品污染的物品）和不易被生物降解的物品（紙制品、塑料、紡織品等），用于混合堆肥的垃圾最好以被生物降解的有機垃圾為主，不易被生物降解有機物及無機物（玻璃、陶瓷、碎磚、亂石等）在垃圾前處理過程中去除，進行衛生填埋。經過前處理的垃圾，其顆粒直徑不大于15mm，含水率30～35%左右，孔隙率45%左右，才可用作污泥的分散劑，摻入污泥中進行混合堆肥。
　　城市污水處理廠產生的污泥，其特點是：有機物含量約50～60%左右，C／N比一般在（10～20）：1的范圍內，經脫水后其含水率為70～80%，是生產肥料的極好原料。但是，污泥含水率高，粘性大，無結構強度，不摻入分散劑改變其性能，氧氣難以進入，不易進行好氧發酵。因此、用污泥生產堆肥，必須使用適當的分散劑（如使用經前處理過的垃圾），增加其結構強度，提高其空隙率。
　　污泥與垃圾的前處理，實際上是以垃圾用作污泥的分散劑，混合均勻，進入后續工藝。污泥與垃圾混合重量比為3:7，混合后最佳含水率為45～55%。在實際應用中，可通過檢測混合物料的含水率，調整污泥與垃圾的混合重量比。
1.2　好氧高溫發酵
　　好氧高溫發酵系統采用達諾（Dano）式滾筒發酵工藝。
　　經處理后的混合物料進入達諾式滾筒。在運行過程中，滾筒不斷轉動，使筒內混合物料進行一系列的物理和生物作用，即一邊混合摩擦，一邊發酵。在發酵的初期，中溫微生物（嗜溫菌，最適宜生長溫度25℃～45℃）比較活躍，擔負了有機物的分解代謝。這些嗜溫微生物在轉化有機物的過程中產生生物熱，加之混合摩擦產生的機械熱，使滾筒內溫度迅速升高，運行10小時左右，可達到60℃～70℃，這時、嗜溫微生物受到抑制甚至死亡，由高溫微生物（嗜熱菌、放線條菌等）取而代之，此時、除了易腐有機物分解外，一些較難分解的有機物也逐漸被分解，腐殖質開始形成，混合物料初步穩定化。經過高溫后，混合物料需氧量逐漸減少，溫度也繼續下降，、嗜溫微生物開始活躍起來，繼續分解有機物并使混合堆肥腐熟。試驗證明，混合物料溫度達到50℃～70℃時，可殺滅其中的寄生蟲卵、病原微生物和雜草種子，滿足我國混合堆肥的衛生標準《GB7959—87》的要求。
　　達諾式滾筒在運行過程中的需氧量，通過鼓風機供給，保證反應所需的氧量不低于氧擴散控制條件（O₂≥10%），通氣量以4.0～6.0m³空氣／m³堆肥·小時為宜。滾筒內的溫度通過排氣通風方式控制，當溫度超過70℃時，啟動鼓風機通風，帶走熱量，使溫度下降到50℃時停止通風。由于微生物的活動產生熱量，使溫度上升，至70℃重新通風，循環至后期。
　　達諾式滾筒發酵工藝運行周期3～5天，可完成中溫—高溫—中溫的發酵過程。
1.3　自然堆放厭氧中溫發酵
　　經達諾式滾筒好氧發酵后的物料自然堆積（每堆物料重量約30～50噸），將剩余的可分解有機物緩慢氧化，這期間、物料內部屬于中溫厭氧發酵。完成穩定與腐熟所需要的自然堆放厭氧中溫發酵周期為20～25天左右。
　　污泥與垃圾的混合物料通過好氧高溫發酵和自然堆積中溫厭氧發酵后，成熟的堆肥呈黑褐色、無臭味、蚊蠅及蟲類不繁殖、致病菌及物料中的植物種子被有效地殺滅與破壞，含水率30%左右，C：N=（30～40）：1，重量減少率在20～30%之間，體積減少30～40％。
1.4堆肥的后處理
　　熟化后的物料經過篩選、造粒、烘干、打包等過程，完成污泥與垃圾混合堆肥工藝的全過程。

2　污泥與垃圾堆肥處理技術的應用

　　甘肅省××市污水處理廠日處理污水3.0×10⁴米³，污泥產量約18噸／日，含水率75%，運往市垃圾處理廠進行混合堆肥生產。垃圾處理廠規模為200噸/日，混合堆肥生產規模50噸/日，每天收集的垃圾除一部分用于堆肥外，其余均進行衛生填埋。
2.1　垃圾與污泥的前處理
　　（1）混合物料中污泥與垃圾數量的確定
　　按照污泥與垃圾的重量比3:7，處理18噸污泥需要的垃圾量為41噸，則混合物料總重為59噸。在堆肥的過程中，由于溫度升高，水分蒸發等因素的影響，重量減少率在20～30%之間，故要達到混合堆肥50噸/日，物料總重約為65噸（污泥量18噸、含水率75%；垃圾量47噸、含水率35%），混合物料含水率46%。
　　（2）污泥與垃圾前處理主要設備
　　收集到垃圾處理廠的城市垃圾先堆放在干化場風干1～2天（如果垃圾含水率在30～35%左右時，也可取消這一過程），由機械鏟車將干化后的垃圾堆放到垃圾斗，通過板式給料機（一臺、規格10T/h、功率5.0千瓦），連續均勻地輸送到磁選機（一臺、功率4.0千瓦），分選出的廢金屬回收，經磁選后的垃圾由皮帶輸送機（一臺、規格10T/h、功率5.0千瓦）送到垃圾滾筒篩（一臺、規格10T／h、功率7.5千瓦），將大顆粒物料（≥￠50mm）選出，經消毒后衛生填埋。小于￠50mm的顆粒垃圾用皮帶輸送機（一臺、規格10T/h、功率5.0千瓦）送到破碎機（一臺、規格10T／h、功率15千瓦），破碎后的垃圾顆粒直徑為10～15mm，再由皮帶輸送機（一臺、規格10T／h、功率5.0千瓦）送到滾筒混合機（一臺、規格15T/h、功率10.0千瓦）。城市污水處理廠運來的污泥堆放到污泥斗，由板式給料機（一臺、規格5T/h、功率5.0千瓦）輸送到滾筒混合機，與垃圾混合均勻。
2.2　好氧高溫發酵
　　混合均勻的物料用皮帶輸送機（一臺、規格10T／h、功率5.0千瓦）送到達諾（Dano）式滾筒（三臺、規格：￠1800mm、長度36米、功率45.0千瓦），連續運行72～96小時后，送往堆場。達諾式滾筒內物料的充滿度為80%，配離心式鼓風機（二臺、一用一備、風量20m³／min，風壓350Kpa）供氧和通風，供氧量以5.0 m³空氣／m³堆肥·h計算。
2.3　厭氧中溫發酵
　　經達諾式滾筒發酵后的物料用皮帶輸送機（一臺、規格10T/h、功率5.0千瓦）送到堆場，進行厭氧中溫發酵，周期25天。每天一堆，其尺寸為：長×寬×高=7.0×7.0×1.5m³，堆場總面積約1600 m²，長寬各取40m。
2.4　混合堆肥的后處理
　　后處理的目的是對堆肥進一步加工，使之成為粒狀產品，以供市場的需要。主要設備：皮帶輸送機（一臺、規格10T／h、功率5.0千瓦）、滾筒篩（一臺、規格10T／h、功率7.5千瓦）、造粒機（一臺、規格10T／h、功率22.0千瓦）、烘干機（一臺、規格10T／h、功率18.0千瓦）、冷卻機（一臺、規格10T/h、功率15.0千瓦）、自動包裝機（ZCS50—1型）。

3　結論

　　（1）污泥與垃圾的混合物料，可通過前處理、好氧高溫發酵、厭氧中溫發酵、后處理等過程，獲得熟化混合堆肥，其衛生標準可達到GB7959—87《高溫堆肥衛生評價標準》。
　　（2）主要技術參數
　　污泥與垃圾混合重量之比3：7，混合物料容重700～900Kg／m³，最佳含水率45～50%；污泥含水率70～80%，C：N=（10～20）:1；垃圾含水率30～35%，空隙率45%，垃圾顆粒直徑10～15mm。
　　好氧高溫發酵采用達諾（Dano）式滾筒發酵工藝，運行周期3～5天，混合物料充滿度80%,反應所需的氧量不低于氧擴散控制條件（O₂≥10%），通氣量以4.0～6.0 m³空氣／m³堆肥·小時為宜。
　　厭氧中溫發酵，運行周期20～25天，據此計算堆場面積。