污泥熱堿分解處理處置及資源化應用案例及分析

全康環(huán)保:污泥熱堿分解（水解）處理處置技術(shù)是天津市裕川環(huán)境公司研發(fā)并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用的污泥資源化利用技術(shù)。通過熱與堿的協(xié)同組合，在加熱狀態(tài)下，堿的加入降低了微生物細胞對高溫的抵抗力。堿抑制細胞活性的同時，溶解脂類物質(zhì)使污泥細胞破裂，釋放出胞內(nèi)物質(zhì)，同時加快熱對污泥中有機物的分解，破壞微生物及其組成物質(zhì)，加快了污泥細胞的破裂進度，熱堿組合提高了污泥破解效率。污泥水解過程中，Ca2+與蛋白質(zhì)中間產(chǎn)物分子的終端羧基結(jié)合生成水溶性的鈣鹽，從而形成了獨特的污泥熱堿水解處理工藝以及伴隨產(chǎn)生的優(yōu)良的鈣蛋白有機肥料。徹底實現(xiàn)污泥減量化（減量70%）、無害化（病原菌全部滅活）、穩(wěn)定化（有機質(zhì)降解50%）以及資源化（有機鈣蛋白產(chǎn)品）利用。

01背景

“綠水青山就是金山銀山”，以在不消耗綠水青山存量的前提下，將價值量附加到社會的產(chǎn)品與服務中，實現(xiàn)價值的提升[1]。污泥本身是一種可以利用的資源，污泥處理處置就是要借助先進可行的技術(shù)手段，將污泥作為一種資源加以利用，在解決對環(huán)境影響問題的基礎上產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。

“綠水青山就是金山銀山”“要堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策”。生態(tài)環(huán)境部公布的2018年度《水污染防治行動計劃》中要求：“推進污泥處理處置。污水處理設施產(chǎn)生的污泥應進行穩(wěn)定化、無害化和資源化處理處置，禁止處理處置不達標的污泥進入耕地。非法污泥堆放點一律予以取締。現(xiàn)有污泥處理處置設施應于2017年底前基本完成達標改造，地級及以上城市污泥無害化處理處置率應于2020年底前達到90%以上”。

《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策》中“鼓勵符合標準的污泥進行土地利用。污泥土地利用應符合國家及地方的標準和規(guī)定”“污泥農(nóng)用時，污泥必須進行穩(wěn)定化和無害化處理，并達到《農(nóng)用污泥中污染物控制標準》（GB4284）”。

根據(jù)《中華人民共和國土地管理法》：國家實行占用耕地補償制度，按照“占多少、墾多少”的原則，實現(xiàn)占補平衡。隨著土地整治工程事業(yè)的不斷推進，新增耕地數(shù)量不斷提升，但新增耕地肥力水平偏低，合格率僅為12.9%。同時現(xiàn)有土地由于化肥農(nóng)藥等大量施用，原有土壤有機質(zhì)養(yǎng)分長期得不到有效補充，造成土壤板結(jié)、酸化等問題也日益嚴重，需要以可持續(xù)的方式提升土壤肥力，以保證耕地質(zhì)量。

市政活性污泥被世界水環(huán)境組織更名為“生物固體”，更加表明污泥是一種資源，含有豐富的氮、磷、鉀等有機物，其特點和性質(zhì)決定了污泥的根本出路是資源化。污泥中含有豐富的有機質(zhì)及氮磷鉀，是放錯位置的資源，通過安全有效的處理，將污泥中的有益物質(zhì)提取回收回哺土壤，在綠水青山不衰減的情況下，通過利用綠水青山的增量價值實現(xiàn)人類自然生態(tài)循環(huán)，再燃生態(tài)效益的增長，達到生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟效益雙贏[1]。

02熱堿分解/水解污泥處理處置及資源化利用技術(shù)原理

污泥熱堿分解（水解）處理處置技術(shù)，通過熱與堿的協(xié)同組合，在加熱狀態(tài)下，堿的加入降低了微生物細胞對高溫的抵抗力。堿抑制細胞活性的同時，溶解脂類物質(zhì)使污泥細胞破裂，釋放出胞內(nèi)物質(zhì)，同時加快熱對污泥中有機物的分解，破壞微生物及其組成物質(zhì)，加快了污泥細胞的破裂進度，熱堿組合提高了污泥破解效率。污泥水解過程中，Ca2+與蛋白質(zhì)中間產(chǎn)物分子的終端羧基結(jié)合生成水溶性的鈣鹽，從而形成了獨特的污泥熱堿水解處理工藝以及伴隨產(chǎn)生的優(yōu)良的鈣蛋白有機肥料。徹底實現(xiàn)污泥減量化（減量70%）、無害化（病原菌全部滅活）、穩(wěn)定化（有機質(zhì)降解50%）以及資源化（有機鈣蛋白產(chǎn)品）利用。

圖1 技術(shù)原理圖

03資源化產(chǎn)品特性

1.富含有機螯合鈣

污泥熱堿水解/分解處理，使Ca2+與生物質(zhì)固廢中的蛋白等有機物螯合成為有機態(tài)鈣（氨基酸鈣、多肽鈣等），其資源化產(chǎn)品分別為液態(tài)――液體有機鈣蛋白，固態(tài)――蛋白固體基料。堿性熱水解處理過程中加入的鈣離子與蛋白質(zhì)中間產(chǎn)物分子的終端羧基結(jié)合生成水溶性的鈣鹽，即：有機螯合鈣，鈣螯合率為96%。在此過程中無機鈣轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C鈣，含有該成分的產(chǎn)品統(tǒng)稱為有機鈣蛋白。

有機態(tài)鈣是植物可以即使直接吸收利用的有效鈣。鈣是植物營養(yǎng)必需的第四大營養(yǎng)元素（N、P、K、Ca）；是組成植物細胞壁的重要成分，可以增強植物對環(huán)境脅迫的抗逆能力；是植物體內(nèi)酶的組成成分和活化劑，可以防止植物早衰，延長貯藏期。有機鈣蛋白是兼具有機肥、鈣肥和土壤調(diào)理功能的新型肥料。

2.富含16種氨基酸

有機鈣蛋白富含16種氨基酸，并含有氨基酸聚合物多肽。氨基酸可以完整分子形態(tài)被植物直接吸收。每種氨基酸對作物生長發(fā)育都具有其獨特的功效，多種氨基酸的綜合作用，使有機鈣蛋白具有增強植物呼吸作用，改善植物氧化還原過程，促進植物新城代謝的良好作用。對促進光合作用和葉綠素的形成，種子發(fā)芽，營養(yǎng)物質(zhì)吸收，根系生長發(fā)育等生理生化過程均有明顯的促進和激活作用。氨基酸、多肽在改良修復土壤中，能有效抑制土壤中土傳病害的發(fā)生，降低作物發(fā)病率和病情指數(shù)，可為土壤有益微生物菌群繁殖創(chuàng)造條件，農(nóng)藥施用量降低10-15%。與無機氮肥混合施用，可將無機氮肥的吸收利用率提高20%。

3.有機鈣蛋白土壤修復改良機理

1）用于酸性土壤的改良修復

土壤含鈣水平與土壤酸度密切相關(guān)，也可以說是土壤的酸化造成了土壤鈣的貧瘠，而調(diào)節(jié)土壤酸度和提高供鈣水平最理想的物料莫過于施用有機鈣蛋白土壤調(diào)理型生物制劑，它能起到調(diào)酸、增鈣與提高土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分的多重功效。提高土壤pH值，Ca2+代換Al3+，減輕Al3+毒害。

2）用于鹽堿化土壤的改良修復

土壤鹽化是指可溶性鹽類在土壤表層和土體中的累積；土壤堿化主要是指由于土壤膠體表面吸附了相當數(shù)量的鈉離子而導致土壤理化性質(zhì)的惡化。

土壤堿化需具有兩個條件。一是經(jīng)歷鹽分的累積與淋溶；二是土壤膠體表面交換性鈣離子與土壤溶液中鈉離子發(fā)生交換作用，在以鈉離子的吸附為主時，土壤發(fā)生堿化。土壤堿化過程是土壤膠體微粒雙電層外圍吸附的離子發(fā)生交換的物理化學反應。能夠參與土壤吸收性復合體所進行的交換反應的陽離子有Ca2+、Mg2+、Na+、H+與少量的K+、NH4+等，他們的相對交換能力Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+。

有機鈣蛋白土壤調(diào)理型生物制劑中的有機鈣、可置換鈣可以有效置換Na+，有效降低pH值，降低Na+濃度，減輕直至消除鹽堿化土壤的危害。

3）用于防治缺鈣引起的病害

用于缺鈣引起的蘋果苦痘病和水心病，番茄臍腐病，大白菜干燒心，以及對缺鈣敏感的草莓、甜菜、大豆、馬鈴薯等作物。施用有機鈣蛋白土壤調(diào)理型生物制劑，對補充土壤與作物中的有效鈣，抑制缺鈣引起的生理病害，抗重茬等是十分有效的。

4）用于重金屬污染土壤的修復

鈣作為植物必需的營養(yǎng)元素，還同時具有獨特的解毒功能。增加土壤Ca2+濃度，提高Ca2+/Cd2+降低Cd2+濃度，利于重金屬鈍化和消除其活性。無論是土施還是水培，施鈣對鎘污染土壤都具有非凡的解毒作用。

04技術(shù)應用案例

1.天津項目

300噸/日污泥熱堿水解及資源化處置項目：位于天津濱海新區(qū)，一期工程（150噸/日）在2012年10 月投產(chǎn)運行；二期（150噸/日）2015年投產(chǎn)。該項目獲國家發(fā)改委2009年“資源節(jié)約與環(huán)境保護項目”1000萬元資金支持，是天津市最具規(guī)模的污泥處理及資源化設施之一，目前處理來自塘沽、大港、津南和天津市區(qū)污水處理廠污泥。該項目已連續(xù)穩(wěn)定運行近8年。

項目特點：

該污泥處理項目與津能國電熱電廠、污水處理廠、建材廠相鄰建設，在項目之間實現(xiàn)了固廢和熱能的綜合循環(huán)利用：

1）熱能的綜合利用

一次熱能利用：電廠產(chǎn)生的一次蒸汽（160℃飽和蒸汽）輸送進入污泥處理廠，利用蒸汽潛熱完成污泥處理處置，一次蒸汽冷卻為蒸汽冷凝水；

二次熱能利用：蒸汽冷凝水（80℃熱水）輸送至建材廠養(yǎng)護窯為建材養(yǎng)護提供熱量后，水下降至50℃；

三次熱能利用：養(yǎng)護窯供熱完成的熱水（50℃）在冬季輸送至廠區(qū)辦公樓作為冬季供暖熱源。供熱后的水溫大約為30℃；

最終利用：最終該部分蒸汽冷凝水再回流至電廠循環(huán)利用。

2）固廢處理及綜合利用

污水廠脫水污泥送至污泥處理項目處理處置綜合利用；電廠粉煤灰、爐渣等作為建材廠原料進行固廢綜合利用；城市建筑垃圾運至建材廠處理后作為建筑材料綜合利用：

圖2 污泥接收及儲存系統(tǒng)

圖3 污泥熱堿水解處理系統(tǒng)

圖4 固液分離系統(tǒng)

圖5 蛋白濃縮系統(tǒng)

2.太原項目

太原項目建設在太原市循環(huán)經(jīng)濟環(huán)衛(wèi)產(chǎn)業(yè)示范基地，項目規(guī)模一期500噸/日（2019年已投產(chǎn)），二期擴建至700噸/日，主要接收并處理處置太原市污水處理廠產(chǎn)生的脫水污泥?；匕ɡ贌l(fā)電廠、餐廚垃圾處理廠、污泥處理廠等，是以固廢綜合處理及循環(huán)利用為核心的綜合性示范基地。

圖6 太原項目現(xiàn)場照片

3.武漢項目

該項目建設在湖北省武漢市某污水處理廠內(nèi)，污泥處理規(guī)模為120噸/日（已建設完成），主要處理該污水處理廠產(chǎn)生的脫水污泥。

圖7 武漢項目現(xiàn)場照片

05總結(jié)

市政活性污泥被世界水環(huán)境組織更名為“生物固體”，更加表明污泥是一種資源，含有豐富的氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)，其特點和性質(zhì)決定了污泥的根本出路是資源化。另一方面，我國土壤過度使用化肥、缺乏有機質(zhì)，土壤障礙問題日益突出。污泥熱堿水解處理處置技術(shù)將這兩個問題相結(jié)合在實現(xiàn)污泥無害化、減量化和無害化的同時徹底實現(xiàn)了污泥的全資源化，將污泥中提取回收的有益資源回哺到人類賴以生存的土壤中，實現(xiàn)自然生態(tài)循環(huán)。有機鈣蛋白產(chǎn)品的應用將為鹽漬化耕地和土壤的修復提供有力的技術(shù)和資源支撐，同時有機鈣蛋白產(chǎn)品的應用可減少化肥施用量20%，減少農(nóng)藥施用量10%，減少作物對化肥和農(nóng)藥的依賴性，提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，改善生態(tài)環(huán)境。“脫氮還田”是該技術(shù)對水處理行業(yè)以及中國農(nóng)業(yè)的巨大貢獻：將氮以有機氮的形式提取出來，并回用至農(nóng)業(yè)，為綠色農(nóng)業(yè)提供取之不盡的有機原料。符合國家拓展耕地以及建設綠水青山的長遠政策。

作者簡介:崔靜(1978- ),女,高級工程師,工學博士,主要從事污泥處理處置技術(shù)及資源化產(chǎn)品利用的開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化研究工作。