污泥熱堿分解處理處置及資源化應(yīng)用案例及分析

水處理網(wǎng)訊: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(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)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(xì)胞對(duì)高溫的抵抗力。堿抑制細(xì)胞活性的同時(shí)，溶解脂類物質(zhì)使污泥細(xì)胞破裂，釋放出胞內(nèi)物質(zhì)，同時(shí)加快熱對(duì)污泥中有機(jī)物的分解，破壞微生物及其組成物質(zhì)，加快了污泥細(xì)胞的破裂進(jìn)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(dú)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(jī)肥料。徹底實(shí)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(jī)質(zhì)降解50%）以及資源化（有機(jī)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(jià)值量附加到社會(huì)的產(chǎn)品與服務(wù)中，實(shí)現(xiàn)價(jià)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(jìn)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(duì)環(huán)境影響問題的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

“綠水青山就是金山銀山”“要堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)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(dòng)計(jì)劃》中要求：“推進(jìn)污泥處理處置。污水處理設(shè)施產(chǎn)生的污泥應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定化、無害化和資源化處理處置，禁止處理處置不達(dá)標(biāo)的污泥進(jìn)入耕地。非法污泥堆放點(diǎn)一律予以取締。現(xiàn)有污泥處理處置設(shè)施應(yīng)于2017年底前基本完成達(dá)標(biāo)改造，地級(jí)及以上城市污泥無害化處理處置率應(yīng)于2020年底前達(dá)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(lì)符合標(biāo)準(zhǔn)的污泥進(jìn)行土地利用。污泥土地利用應(yīng)符合國家及地方的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定”“污泥農(nóng)用時(shí)，污泥必須進(jìn)行穩(wěn)定化和無害化處理，并達(dá)到《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB4284）”。

根據(jù)《中華人民共和國土地管理法》：國家實(shí)行占用耕地補(bǔ)償制度，按照“占多少、墾多少”的原則，實(shí)現(xiàn)占補(bǔ)平衡。隨著土地整治工程事業(yè)的不斷推進(jìn)，新增耕地?cái)?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(shí)現(xiàn)有土地由于化肥農(nóng)藥等大量施用，原有土壤有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分長期得不到有效補(bǔ)充，造成土壤板結(jié)、酸化等問題也日益嚴(yán)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(jī)物，其特點(diǎn)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(jī)質(zhì)及氮磷鉀，是放錯(cuò)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(jià)值實(shí)現(xiàn)人類自然生態(tài)循環(huán)，再燃生態(tài)效益的增長，達(dá)到生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)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(xì)胞對(duì)高溫的抵抗力。堿抑制細(xì)胞活性的同時(shí)，溶解脂類物質(zhì)使污泥細(xì)胞破裂，釋放出胞內(nèi)物質(zhì)，同時(shí)加快熱對(duì)污泥中有機(jī)物的分解，破壞微生物及其組成物質(zhì)，加快了污泥細(xì)胞的破裂進(jìn)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(dú)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(jī)肥料。徹底實(shí)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(jī)質(zhì)降解50%）以及資源化（有機(jī)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(jī)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(jī)物螯合成為有機(jī)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(jī)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(jī)螯合鈣，鈣螯合率為96%。在此過程中無機(jī)鈣轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)鈣，含有該成分的產(chǎn)品統(tǒng)稱為有機(jī)鈣蛋白。

有機(jī)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(xì)胞壁的重要成分，可以增強(qiáng)植物對(duì)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(jī)鈣蛋白是兼具有機(jī)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(jī)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(duì)作物生長發(fā)育都具有其獨(dú)特的功效，多種氨基酸的綜合作用，使有機(jī)鈣蛋白具有增強(qiáng)植物呼吸作用，改善植物氧化還原過程，促進(jìn)植物新城代謝的良好作用。對(duì)促進(jìn)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(jìn)和激活作用。氨基酸、多肽在改良修復(fù)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(jī)氮肥混合施用，可將無機(jī)氮肥的吸收利用率提高20%。

3.有機(jī)鈣蛋白土壤修復(fù)改良機(jī)理

1）用于酸性土壤的改良修復(fù)

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(jī)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(jī)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(fù)

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(dāng)數(shù)量的鈉離子而導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)的惡化。

土壤堿化需具有兩個(gè)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(shí)，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(xué)反應(yīng)。能夠參與土壤吸收性復(fù)合體所進(jìn)行的交換反應(yīng)的陽離子有Ca2+、Mg2+、Na+、H+與少量的K+、NH4+等，他們的相對(duì)交換能力Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+。

有機(jī)鈣蛋白土壤調(diào)理型生物制劑中的有機(jī)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(duì)缺鈣敏感的草莓、甜菜、大豆、馬鈴薯等作物。施用有機(jī)鈣蛋白土壤調(diào)理型生物制劑，對(duì)補(bǔ)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(fù)

鈣作為植物必需的營養(yǎng)元素，還同時(shí)具有獨(dú)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(duì)鎘污染土壤都具有非凡的解毒作用。

04技術(shù)應(yīng)用案例

1.天津項(xiàng)目

300噸/日污泥熱堿水解及資源化處置項(xiàng)目：位于天津?yàn)I海新區(qū)，一期工程（150噸/日）在2012年10 月投產(chǎn)運(yùn)行；二期（150噸/日）2015年投產(chǎn)。該項(xiàng)目獲國家發(fā)改委2009年“資源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)項(xiàng)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(shè)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(xiàng)目已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行近8年。

項(xiàng)目特點(diǎn)：

該污泥處理項(xiàng)目與津能國電熱電廠、污水處理廠、建材廠相鄰建設(shè)，在項(xiàng)目之間實(shí)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(jìn)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(hù)窯為建材養(yǎng)護(hù)提供熱量后，水下降至50℃；

三次熱能利用：養(yǎng)護(hù)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(xiàng)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(jìn)行固廢綜合利用；城市建筑垃圾運(yùn)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(chǔ)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(xiàng)目

太原項(xiàng)目建設(shè)在太原市循環(huán)經(jīng)濟(jì)環(huán)衛(wèi)產(chǎn)業(yè)示范基地，項(xiàng)目規(guī)模一期500噸/日（2019年已投產(chǎn)），二期擴(kuò)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。基地包括垃圾焚燒發(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(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)照片

3.武漢項(xiàng)目

該項(xiàng)目建設(shè)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(shè)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(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)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(jī)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(gè)問題相結(jié)合在實(shí)現(xiàn)污泥無害化、減量化和無害化的同時(shí)徹底實(shí)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(shí)現(xiàn)自然生態(tài)循環(huán)。有機(jī)鈣蛋白產(chǎn)品的應(yīng)用將為鹽漬化耕地和土壤的修復(fù)提供有力的技術(shù)和資源支撐，同時(shí)有機(jī)鈣蛋白產(chǎn)品的應(yīng)用可減少化肥施用量20%，減少農(nóng)藥施用量10%，減少作物對(duì)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?！懊摰€田”是該技術(shù)對(duì)水處理行業(yè)以及中國農(nóng)業(yè)的巨大貢獻(xiàn)：將氮以有機(jī)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(jī)原料。符合國家拓展耕地以及建設(shè)綠水青山的長遠(yuǎn)政策。

作者簡介:崔靜(1978- ),女,高級(jí)工程師,工學(xué)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。