前言

随着我国经济建设的高速发展和社会城镇化进程加快，城市污水（工业污水和生活污水）的排放量急剧增多，污水处理厂污泥产量与日俱增。据统计，截至2013年底，年产生湿污泥（含水率80%）突破3800万t。预计，2020—2025年中国人口将达到顶峰，城市污水处理量也将达到最大值，届时污泥年产量将突破6000万t。数量如此庞大的城市污泥，如果未经妥善处理就排放到自然界中，将会造成包括地下水、地表水、土壤、空气在内的严重“二次污染”，给城乡环境与人民生活带来极大危害。

调研结果显示，此前，我国城市污泥有80%没有得到妥善处理，随意乱倒、堆放及所造成的“二次污染”已经凸显出来，引起了全社会的广泛关注。这促使各级政府对污泥的处理重视起来，又促进了污泥处理处置行业的形成。现阶段，我国节能环保产业位列战略性新兴产业之首，政策大力支持，预计“十二五”期间，环保产业投资将达3.1万亿元。环保重点投资项目涉及固废处理、脱硫脱硝、市政污水污泥、工业废水等多个方面。此前，包括城市污泥处理、处置在内的固废处理投资在我国环保投资占比中长期处于低位，导致目前固废处理处置设施严重不足。“十二五”期间将是固废处理行业投资水平从低向高迈进的一个拐点，未来5年将进入建设高峰期。我国包括城市污泥处置在内的固废处理行业投资将达到8000亿元，占环保产业3.1万亿元总投资比例将达到25.8%，年复合增长率约30%，是环保行业整体投资增速的2倍。在倾斜性政策的推动下，我国包括城市污泥处理处置在内的固废处理领域将迎来更为乐观的成长空间。

城市污泥如何处置才能真正做到减量化、无害化、资源化？用何种工艺处置才能高效快捷、节能环保，真正做到良性循环利用，持续科学和谐发展？这是当前摆在人们面前的带有普遍性重大环保课题。

从全国范围来看，我国城市污泥的处理处置现状不容乐观，出现的问题主要表现在以下四个方面：

（1）缺乏完善的相关标准。目前，我国污水处理已经建立了完善的法律标准体系，但是污泥处置仍然没有健全的法律法规，尤其是污泥相关标准缺乏系统性和科学性，各标准间缺乏协调性和统一性，执行起来存在很大困难。

（2）污泥处理处置技术和工艺相对落后，管理水平低。一些污水处理厂虽然采用了先进国家的污泥处理技术，但是在工艺设备、制造水平、系统完善和自动化控制等各个方面，与先进国家的综合水平还存在很大的差距。

（3）污泥处理处置费用的收取没有统一的法律保障。虽然污泥问题越来越受到各级政府重视，但相比污水处理而言，我国污泥处理处置的费用还很低，收费标准各级政府自行其是，且没有形成常态化。

（4）污泥处理处置责任主体缺乏。传统的污水处理厂并非民事法人主体，而是事业单位，是为政府义务服务的附属机构，因此无法独立承担有关责任。

目前，我国城市污泥处置方法主要有：卫生填埋、建材利用、焚烧和土地利用等。卫生填埋具有投资省、实施快、方法简单、处理规模大，对污泥的卫生学指标和重金属要求比较低等优点，但它仅仅实现了固废污染物的转移和暂存，并没有从根本上对污泥中的有机物进行处理和控制，占用大量的土地面积，对大气和环境造成一定的负面影响，是一种不可循环的处置方式；建材利用无需土地作为最终消纳的载体，可代替一部分用于制造建筑材料的原料，具有资源保护的意义，但污泥建材利用成本较高，一般污水处理厂难以承受；焚烧是最彻底的处置方式，大大减少了污泥的体积和重量，处理速度快，但污泥焚烧产生的有毒有害气体难以处理，焚烧成本非常昂贵，大大限制了该法的利用。相比之下，经堆肥好氧发酵处理后污泥土地利用投资少、耗能低、运行费用小，且污泥中的营养物质可得到资源化利用，尽管可能存在重金属超标因素、有机污染物等的干扰，污泥堆肥后土地利用仍被认为是当前符合国情的最经济、最有价值的处理方式。

事实上，城市污泥中的有机物、氮、磷等含量均高于一般农家厩肥，还含有钾及其他微量元素等植物生长必需的营养成分。若采用污泥堆肥好氧发酵技术对其无害化、稳定化、减量化处理后，将腐熟料施用于土地中，对土壤物理、化学及生物学性状均有一定的改良作用。污泥中的有机物质可明显改善土壤的结构，使土壤的容重下降，孔隙增多，土壤的通气透水性和田间持水量提高，从而改善土壤的物理性质。也可提高土壤的阳离子交换量；改善土壤对酸碱的缓冲能力，提供养分交换和吸附的活性位点，从而提高土壤保肥性。污泥中各种丰富的养分，增加了土壤氮、磷、钾肥效，并能有效地向植物提供营养，减少化学肥料的施用量，从而可降低农业生产的成本。此外，污泥堆肥腐熟料可以使土壤中微生物量增加和代谢强度提高而改变土壤的生物学性状，所以说污泥堆肥的土地利用适合我国目前的经济发展状况，是一种积极的、资源型、生产性的城市污泥处置方法。

目前，城市污泥的土地利用已在西方发达国家中占据污泥处置方式的主体位置；我国处于几种处置方式并存的阶段，对于适合国情的最佳处理处置技术也处于探索阶段。由于卫生填埋、建材利用、干化焚烧等方式本身存在缺点，必将大大限制其推广应用。我国是一个发展中的国家，又是一个农业大国，其广阔的土地资源具有发展城市污泥土地利用的天然优势。因此，无论从环保的社会因素还是从资源化利用的经济因素出发，污泥堆肥的土地利用，特别是符合安全标准的堆肥腐熟料及深加工产品的农用确是一种适合国情的处置方法。这种处置方法一方面可以为国内城市污泥找到一条根本出路；另一方面还可缓解我国农村农业资源的短缺，土地生物状态持续恶化的现状。污泥堆肥技术将城市污泥的处理处置与污泥资源化合为一体，必将成为城市污泥处置的最好出路。

说到堆肥应用，在我国历史悠久。早在西汉，我国农村地区就普遍将秸秆、落叶、禽畜粪便、生活垃圾等堆积在一起，进行发酵制成农用肥料。20世纪70年代以后，世界上发达国家的污泥堆肥好氧发酵技术发展越来越快，工艺成熟的大型堆肥发酵装置迅速普及，逐渐形成处理规模大，自动化程度高，堆肥发酵效率快的城市污泥处理产业。目前，国外污泥堆肥技术发展的一个新趋势是实现堆肥过程的自动化控制，以准确掌握堆肥的进程和腐熟程度，系统地优化堆肥过程，避免凭主观经验判断的失误，提高产品的质量及其稳定性。

但欧美国家的主流堆肥技术并不适合我国国情，因为欧美国家的设备和能源价格相对比较便宜，他们不太计较能耗及处理成本，而我国城市污泥处理必须走环保、低耗、高效的工厂化快速堆肥道路。

就国内现状而言，虽然已有一批企业涉足污泥资源化利用技术，但是由于国内对堆肥技术的应用研究欠缺，绝大部分企业都凭传统经验进行堆肥，因此存在处理技术水平低、工业化程度不高、产品质量不稳定以及处理后的产品仍然对环境和作物产生程度轻重不一的危害等问题，既难以生产出真正合格的肥料产品，也不能满足在土地紧张的城郊进行大规模污泥处理的产业化要求。一些发达地区从国外引进全套堆肥技术，虽然工业化程度高，但往往运行成本高、能耗大，生产的有机肥产品缺乏市场竞争力，因而经济效益不佳，故未被市场普遍接受。

综合来看，就现有的大部分已经建成的处理装置而言，我国的污泥堆肥技术的开发和应用还处在多方面探索和实验阶段，各地建成的大小污泥堆肥装置采用的工艺技术各不相同，处理效果参差不齐，普遍存在臭气处理不彻底，自动化程度不高，堆肥周期过长，腐熟质量不稳定，菌种筛选落后等缺陷。虽说取得了一些阶段性成果，但是与我国巨大的现实压力和市场需求相比，目前的技术和设备仍有一定的差距，主要体现在以下三个方面：①现在采用的堆肥处理系统普遍运行不稳定，影响了堆肥质量，导致腐熟料及深加工产品的销路不好，缺乏市场竞争力；②国内的总体技术水平依然比较落后，大型污泥处理装置过多偏向于全套引进国外的技术，但国外的技术存在投资高、设备昂贵且复杂、维护困难、运行成本高、能耗偏大等缺点，并不完全适合我国国情；③虽然城市污泥堆肥化处理日益受到人们的青睐，但对堆肥的处理效率和产品质量的稳定性等缺乏信任度仍是其比较关键的制约因素。因此，目前应当结合中国国情，因地制宜，加强污泥堆肥成套技术与设备的创新和技术集成，解决产品的出路问题，减少对环境的污染，提高产品的质量，更好地满足无害化、减量化和资源化的要求。

笔者认为，今后适合我国国情的污泥堆肥集成化核心技术应从以下五个方面突破：①处理规模大、环保、高效、低耗污泥堆肥技术和设备的集成与优化，包括不受季节影响的利用太阳能厂房设计，堆肥臭气彻底处理技术，大规模低能耗的成套核心设备；②污泥堆肥处理自动监测和控制设备的完善和标准化，包括堆肥水分实时、在线监测技术与设备开发，堆肥氧气浓度实时、在线监测设备的标准化；③有针对降解污泥中特定有害污染物的高效菌种和超高温堆肥菌种的筛选和规模化发酵培养技术；④堆肥产品标准及其安全施用研究，包括堆肥产品腐熟度和无害化指标的快速检测技术与标准的制定，堆肥产品在农业、林业、园林、育苗等产业中的大规模应用示范；⑤超高温污泥堆肥和重金属生物矿化技术研究及应用，包括工业污泥经超高温堆肥的低含水率腐熟料用于火力发电的研究，含重金属的城市污泥经生物矿化处理应用于农业或利用该技术修复被重金属污染的土地。

笔者从2006年开始从事城市污泥无害化、减量化、稳定化处理研究。开始着手好氧发酵菌种的筛选及污泥堆肥最佳工艺指标的探索；重点进行污泥堆肥新工艺、新技术开发及工业化应用的研究，包括高效堆肥菌种的筛选培养，堆肥臭气的彻底处理，堆肥发酵核心设备的高效集成，利用太阳能的堆肥厂房设计等工业化应用的工程性研究，于2010年成功开发出适合我国国情的阳光棚开放槽污泥堆肥好氧发酵工艺。在此基础上，也设计了数套日处理城市污泥百吨级堆肥发酵装置，有的已经投入生产，运行效果良好；堆肥腐熟料及深加工产品的土地利用安全高效，市场反应良好，需求旺盛。在有关城市污泥堆肥发酵工艺的开发和工业化应用方面积累了一些个性化的实用经验。再者，在从事污泥堆肥具体研究、设计、调试工作中，笔者阅读了大量国内外堆肥发酵方面的论文和专著，对该领域工艺技术及工程应用的了解比较全面和深入。

鉴于目前我国城市污泥减量化、无害化、稳定化处理及资源化利用的现实压力，将会有大量的污泥堆肥装置上马。笔者考虑将自己所了解的污泥堆肥技术及通过具体实践所掌握的实用经验体系化、专业化、工程化整理出来，供该领域的相关技术人员和管理者参考。同时将城市污泥堆肥技术有关新的概念、新的理论、新的研究、实践方法集中呈现给有关读者，普及污泥堆肥相关知识；再就是，污泥堆肥发展到现在，许多老的堆肥工艺得到完善，许多新的工艺技术被开发出来，大量新的控制、检测、分析手段也得到成功应用，这其中就有很多的好技术成果值得推荐给业内朋友们。

在编写此书的过程中，参考大量资料，不断地去总结前人的优秀成果，借鉴他们污泥堆肥的方法和工艺，并在此基础上对其进行评价和修改，使之变得更加完善。此外，本书中也因地制宜地提出了适合我国国情的污泥堆肥工艺，阐明其来龙去脉，供读者参考。这些堆肥工艺是我们在实践中总结出来的，是对现有污泥堆肥工艺的有益补充。

本书由浅入深，先从污泥堆肥的历史开始，分别阐述污泥堆肥的原理，形式及相应特点，堆肥复合菌剂，工程设计，过程控制，设备维修，堆肥产品及深加工；堆肥产品的应用等内容。考虑到有些企业可能会用本书作为操作指南，还在后面增加了运营管理和编者设计的一些成功案例。希望本书能给从事城市污泥处理处置的朋友们带来较大的参考价值。

此外，在编写过程中还进行了一些有益的尝试：①简化污泥堆肥的生物学和工程计算相关内容，按科普作品要求，文字流畅，通俗易懂，便于本领域的基层工作者阅读和理解；②重视实际应用，文中大量提及实际生产中可能用到的工艺流程及设备仪器，对其进行详细的讲解及分析，并配有大量的插图，使读者对污泥堆肥有一个更加直观的了解；③追求数据的准确性，本书中所用到的图表都是编者查阅大量书籍论文所获得的，对于此前模糊不清的数据，在条件允许的情况下，都进行实际测量，以求给读者朋友们的都是准确的数据。

虽然在编此书的过程中追求完美，但限于编者水平，恐怕还是有部分地方会有疏漏和错误之处，还请读者批评指正。

作者

2014年9月