市政污泥好氧发酵过程辅料的质量和成本控制研究

李大维1，梁玉贵2，王 涛2，李燊松3，杨  扬3 ，杜铖3

摘要：高温好氧发酵过程中需要添加辅料调节混合物料的含水率、C/N比、孔隙率，辅料能够起到吸收水分、提供碳源、增加孔隙率的作用。通常采用在当地易于取得，性价比高的有机固体废弃物，如农林、园林废弃物等。本文研究了污泥好氧发酵过程对辅料质量的要求，及辅料成本的控制因素。

关键词：好氧发酵；市政污泥；综合利用；建设成本；造价控制

市政污泥是城镇污水处理厂在污水净化处理过程中通过物理、化学、生物作用产生的半固态或固态物质[1]。目前，污泥处置的方式种类较多，总体可以划分为两种，即资源型和抛弃型。资源型包括综合利用、焚烧以及土地利用，抛弃型包括海洋投弃以及卫生填埋 [2]。高温好氧发酵是污泥土地利用的前处理手段之一，是通过好氧微生物的生物代谢作用，使污泥中有机物 转化成稳定的腐殖质的过程。微生物代谢过程中产生的热量在料堆中积累，可使堆料层温度升高至 55℃以上，可有效杀灭病原菌、寄生虫卵和杂草种籽，并使水分蒸发，实现污泥稳定化、无害化、减量化[3]。

污泥含水率高、C/N比低、透气性差的特性使其不能直接用于好氧发酵，需要添加辅料调节含水率、C/N比、孔隙率[4]。辅料能够使高温好氧发酵过程能够以较快速度进行，提高产品质量。辅料种类很多，根据其作用可分为接种剂、膨胀剂、调节剂、重金属钝化剂等，有些辅料可以兼有上述几种作用。大多数时候、大部分辅料本身就是固体废弃物， 需要处理或处置，使用废物作辅料的污泥好氧发酵可以达到以废制废的效果[5]。

1 辅料选用原则

辅料主要是木本、禾本、草本植物残体等纤维质材料，用于高温好氧发酵过程的膨胀剂或调理剂，可选择的辅料来源有食用菌种植废弃菌包或菌棒经破碎、脱除包覆膜袋后形成的散状物料，中成药加工企业提取中药后形成的固体残渣，果树修枝剪枝物经粉碎后形成的木屑，锯末、刨花、树叶、干草、果壳、果核、稻壳、秸秆等农林废弃物，利用玉米芯或甘蔗渣中戊聚糖经酸化水解生产糠醛后残留的废渣等城乡有机固体废弃物。辅料选用的总体原则是：

（1）因地制宜，简单易得，应是好氧发酵工程所在地大量产出的，供给能力能够匹配污泥好氧发酵工程处理量，产出连续稳定。

（2）吸水性好，这就要求辅料本身含水率较低，是疏松多孔材质，饱和持水量大，能够有效吸收污泥的细胞外水。

（3）好氧发酵过程为降低生产成本、回用物料菌种，常采用辅料+返混料配料的方式进行污泥的处理，因此要求辅料具有较好的重复利用性，主要是粒度上要不易崩解、粉碎，二次使用时仍应满足吸水能力要求。

（4）市政污泥C/N比通常低于10，而好氧发酵合适的C/N比为 20~30，因此可以添加一些C/N比较高的辅料调整堆料C/N比[5]。

（5）有害物质含量低，为确保好氧发酵产物有机营养土产品的安全性，辅料应不含或尽可能低的含有重金属等有害物质。

2 辅料质量要求

根据某高温好氧发酵工程运营经验，收储的辅料应满足以下质量要求：

（1）水分

吸收污泥中的水分是辅料的重要作用之一，因此辅料含水率一般不超过20%，含水率大于40%不得用于高温好氧发酵生产，含水率过高的辅料，应经过烘干或晾晒。

（2）粒径

辅料粒径范围：4～25mm，其中粒径>25mm和<4mm物料含量不大于10%，粒径过小，在使用过程中容易产生粉尘，且对好氧发酵混合物料的孔隙率提高作用不明显，二次使用率不高；粒径过高，容易造成输送设备卡滞，占用发酵槽体积，影响处理能力。

（3）机械杂质

辅料中不得含有石块、金属、塑料、纤维等机械杂质，否则会加速输送、混料、翻抛、筛分设备的磨损，甚至会造成设备损坏。

（4）堆密度

辅料堆密度应≤500kg/m3，堆密度过高，影响发酵混合物料的透气性。

（5）有机质

为保证发酵过程顺利进行，需要给微生物提供足够的能量来源，辅料有机质含量一般要求≥80%。

3  辅料成本控制策略

通过对国内污泥好氧发酵工程的运行成本进行分析，辅料费、电费、人工费、设备维修费、燃油费及其他费用分别占 47% 、17% 、16% 、12% 、2% 、7% [6]。因此辅料的成本控制是好氧发酵运行成本控制的关键，辅料的成本控制主要取决了添加比例和价格两个方面。

（1）辅料添加比例

市政污泥含水一般为80%，辅料含水率以20%计，添加的返混料含水率以40%计，发酵混合料的含水率一般要求不高于60%，根据混料平衡。

市政污泥添加量（A）×市政污泥含水率%+辅料添加量（B）×辅料含水率%+返混料添加量（C）×返混料含水率%=发酵混合料量（M）×发酵混合料含水率%

A×80%+B×b+C×40%=(A+B+C)×60%

可以得出：A=C+3B-5B.b

可以看出在返混料添加量不变的情况下，为维持混合料的含水率保持在60%恒定，辅料含水率越高，污泥处置能力越低，辅料的添加量越高，混合物料的量越高，造成发酵槽实际处理能力下降。

辅料含水率、辅料用量、处置能力、发酵周期、运行成本、发酵效率、发酵效果之间是相互影响、相互制约的关系，在生产组织中应辩证看待、系统分析、综合调控，任何单一参数的调整，对整条好氧发酵生产线可能会牵一发而动全身，应以好氧发酵可以正常进行为前提，避免盲目降低辅料添加比例造成的发酵周期延长或发酵不成功，导致返混料含水率过高，形成恶性循环。

应制定科学合理的发酵配料制度，综合考虑当前污泥处置能力、辅料含水率、返混料含水率等各种因素，系统的确定辅料添加比例和返混料添加比例，如污泥处置负荷较低时，可以适当提高返混料的添加比例，降低辅料的添加比例。

（2）辅料收储价格

辅料投入生产系统的成本由收储价格和运输费用组成，一般情况下，应选用当地不可用作畜禽养殖饲料的农林废弃物作为辅料，尽可能选用当地新兴特色产业产出的有机固体废弃物作为辅料，因为这些新兴特色产业处于发展的朝阳阶段，产生的废弃物将呈不断增长趋势。辅料的含水率、杂质含量与辅料的收储价格存在一定的矛盾，应综合考虑，合理定价，避免过分强调收储价格而忽略辅料质量，反而造成生产成本的增加。

（3）辅料运输成本

由于辅料多轻质的农林废弃物，运输成本较高，一般单位运输成本超过0.8元/吨.公里，在辅料供应不足的地区，应考虑辅料的运输半径、交通状况等，运输半径一般不超过100 km[7]，这样辅料的运输成本可控制在80元/吨以下。

参考文献：

[1]GB 24188-2009.城镇污水处理厂污泥泥质[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局  中国国家标准化管理委员会,2009.07.08

[2]宋珍凤.城镇污水处理的污泥处置技术研究[J].节能,2023,42(3):94-96

[3]住建部科技发展促进中心编著.城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南 试行[M].北京：中国建筑工业出版社,2012

[4]袁京,何胜洲,李国学,彭升平,陈是吏,杜龙龙,张地方,徐鹏翔.添加不同辅料对污泥堆肥腐熟度及气体排放的影响[J].农业工程学报,2016,32(S2):241-246

[5]许民,杨建国,李宇庆,陈玲,夏四清.污泥堆肥影响因素及辅料的探讨[J].环境保护科学,2004,30(5):37-40

[6]刘洪涛,陈同斌,高定,郑海霞,郑国砥,陈俊,李雪怡.智能控制污泥好氧发酵工程的运行成本及其分析[J].中国给水排水,2012,28(19):106-108

[7]王巧玲,陈俊,彭淑婧,魏本平,张学洪,陈同斌.城市污泥好氧发酵工程辅料单元设计与管理[J].中国给水排水,2016,32(8):20-2128

基金项目：陕西省秦创原“科学家+工程师”队伍建设项目（项目编号：2022KXJ-136）

第一作者：李大维（1970-），男，陕西环保产业集团有限责任公司副总经理，长期从事生态环境领域政策研究和企业管理。

通讯作者：杨扬，男，高级工程师，从事固体废物资源化综合利用技术研究。

E-mail:[e-mail]