污泥堆肥影响因素及辅料的探讨
许 民
环境保护科学 第30卷 总第125期 2004年10月
收稿日期：
基金项目：上海市科委清洁生产重大项目—城市污水厂污泥综合利用成套技术与示范工程（02DZ12101）
作者简介：许民（1978-）男，上海人，硕士研究衡姿生.
污泥堆肥影响因素及辅料的探讨
Discussion on Influencing Factors for Composting of SewageSludge and Utilisation of
Assistant Materials
许 民 杨建国 李宇庆 陈 玲 夏四清
（同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室 上海 200092）
摘要 结合近年来国内外有关城市污泥堆肥技术方面的研究文献，详细讨论了影响污泥堆肥效率的因素。
在各种影响因素中重点讨论了辅料的影响，介绍了国内外研究所使用的辅料种类和作用。
关键词 污泥 堆肥 辅料
Abstract The influencing factors for composting of sewage sludge were particularly discussed
based on articles about composting technology of sewage sludge from home and abroad in recent years．
The paper gave emphasis on influence of compost assistant materials among all influencing factors．
Category and function of compost assistant materials that were used by many investigaters were
summarized．
Key words Sewage Sludge Compost Assistant Materials
污泥是废水处理过程中产弯拦段生的沉淀物质，含有混入生活污水或工业废水中的泥沙、纤维、动植物残体等固体
颗粒及其凝结的絮状物，是各种胶体、有机质及吸附的金属元素、微生物、病菌、虫卵等物质的综合物质
〔1〕状态由含水率决定。城市污泥的土地利用是普遍认可的一种资源化利用方式，英、法等发达国家城市
污泥的农用率在70％左右，有的高达80％以上，而我国目前农用率还相当低（不足10％）
〔2〕只有土地利用出路所提供的潜在价格空间可以覆盖污泥处理所需的大部分成本。我国的国情决定了最
经济有效的污泥处置方法是高温好氧堆肥。污泥好氧堆肥可明显杀灭病原菌和寄生虫卵，使部分有机物转化为
腐殖质，使污泥含水率降低而减量，使营养物质易于被植物吸收，促进植物生长，使土壤的理化及生物学性质
改善。本文将对污泥堆肥效率的影响因素进行探讨。
1 污泥堆肥的原理及影响因素
1．1 堆肥的原理
污泥堆肥是指污泥经过好氧微生物的发酵分解，高分子长链有机物降解为小分子的葡萄糖、氨基酸、脂肪酸
等，并最终转化为CO2、NH3、H2O及无机盐，并且合成新的高分子有机物质—腐殖质，病原菌被基本灭活，
使污泥不再发黑发臭，含水率大幅度降低，从而达到污泥减量化、无害化和资源化的过程。堆肥过程中主要包括有
机物的氧化、细胞物质的合成、细胞物质的氧化和腐殖质的合成等生物化学反应。
1．2 堆肥效率的影响因素
高温好氧堆肥工艺按照目前实际应用情况可以分为条垛堆肥工艺、强制通风静态垛工艺和发酵槽工艺。
各种工艺的工艺条件和操作控制方法不同，但是影响堆肥质量的因素是相同的，分别介绍如下。
1.2.1 初始含水率
堆肥物料的初始含水率是堆肥成功的关键因素。大量研究表明，污泥堆肥初始含水率应调节至60％左右。
不同的工艺略有差别，但是水分的多少应保证微生物的生化反应能以合适的速率稳定的进行，水分过高会引起
堆层中空隙减少，氧气交换降低，微生物的活性降低埋誉；
同时保证足够的水分参与溶解有机物，参与微生物的新陈代谢的作用。
1.2.2 通风条件
通风供氧也是高温堆肥成功的关键因素之一。堆料需氧量与堆料中有机物含量密切相关，有机碳含量越高，
需氧量越大。氧浓度一旦低于微生物活动所需要的浓度，堆体就容易厌氧产生恶臭。堆肥初期有机物氧化分解剧
烈，应提供较大的通气量，通常200～250Lt-1min
〔-1〕左右最为合适，此时氧含量保持在5%～15％。当有机物基本分解完后，通气是为了减少堆肥产品的
水分，因此通气量可以减少。
1.2.3 温度
温度影响因素包括外界环境温度和堆肥过程中堆体的温度。
魏源送
〔4〕等人采用强制通风的静态垛工艺研究表明，环境温度对堆体温度的正常升温影响不大，寒冷的气候对
堆体中层温度的升温速率有影响，寒冷的冬季（平均气温-5．1℃），升温比较慢，只要操作得当，堆肥能顺利达
到高温，并能维持一段高温期。
堆肥过程先后经历初温期、高温期和中温期三个阶段。对于室外堆肥系统，堆体的初始温度即外界环境温度；
中温期持续时间比较长，大部分有机质在这一阶段分解。丁文川等
〔5〕研究表明，污泥堆肥过程中有机质的分解主要是中温（45℃左右）阶段完成，参与反应的微生物以中
温菌群为主，同时包括部分耐热菌群；高温期阶段可以灭活绝大部分病原菌，同时高温菌群的主要作用在于分解
纤维素。因此在堆肥过程中维持长时间的中温有利于有机质的稳定，缩短堆肥周期。当堆体温度高于70℃时，微
生物的活动会受到抑制，使发酵变慢，此时可以加大通风带走过多的热量来调节。
1.2.4 C／N比和C／P比
一般C／N控制在20～30之间比较适宜，若C/N比过高，微生物增殖时由于氮不足，生长受到限制，有机物降解
速率变得缓慢，堆肥时间变长；若C/N比过低，则堆肥过程产生氨，不仅影响环境，而且造成肥分氮的损失。磷也
是微生物所必须的营养元素，堆肥化所需
C/P比为75～150，污泥中含有较多的磷，所以一般不必调整。
1.2.5 pH值
污泥一般情况下呈中性；微生物的活动也需要一个微酸性或中性的条件，因此堆肥化时pH一般不需要调整。
即使发酵过程中由于产生有机酸，会使 pH有所降低，但是随着堆肥的进行，有机酸会被进一步分解为 CO2和
H2O，pH会重新上升，堆肥结束时 pH值达到 7～8之间。
1.2.6 外加微生物菌剂
污泥中通常有发酵微生物，只要通风等条件合适，不加菌剂也能发酵，但是为了实现快速堆肥，必须添加菌剂，
接种菌剂有固体和溶液菌剂，但是为了节约成本，也可以采用成品回流的方式，回流量占体积的20～30％即可。
山西沃土生物有限公司的VT微生物菌剂适应于污泥处理的研究，成为污泥堆肥处理的高效菌剂。
针对上述影响因素，表1给出了污泥高温好氧堆肥的较适合工艺参数及要求。
表1 堆肥工艺参数及要求
参数及要求堆肥化最适范围
初始含水率50%～70%（高含水率用于强制通风堆肥）
通气量200～250L·t-1·min-1或含氧量为5～15%
温度45～70℃，55℃以上至少保持3d
C/N比和C/P比分别为20～30，75～150之间
pH值6~8（一般不必调整）
外加微生物菌剂复合菌剂、VT菌剂、纤维素分解菌等
（针对污泥特性进行选用）
2 污泥堆肥辅料
辅料是指为了使堆肥过程能够进行并且以较快速度进行，提高堆肥产品质量，而在污泥中加人的辅助
物料。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。有些辅料本身就是废物，需要处理或处置，使用废物作辅料的污泥堆肥可以达到以废制废
的效果。辅料的性质和作用与堆肥其他影响因素密切相关。
2．1 膨胀剂
膨胀剂是指有机物或无机物组成的质地疏松的固体颗粒，能够依靠粒子之间的接触起到支撑作用，加入
污泥中能够保证污泥与空气的充分接触。膨胀剂要有足够的耐湿性，使其与污泥混合搅拌堆放时留有必要的
孔隙；还要有足够的吸水性，减小污泥塌落度。单纯的污泥并非不能堆肥
〔7，8〕，但是由于脱水泥饼仍有较高的含水率(80％左右)，影响了透气性，不容易达到高温好氧堆
肥的效果。加入一定比例的膨胀剂可以增大堆体的孔隙度便于空气流通。常用的膨胀剂有刨花、锯末、树叶、
干草、团粒垃圾、秸秆、破碎成颗粒的轮胎、花生壳、炉渣等物质。对于含水率80％的脱水泥饼来说，膨胀
剂与污泥最佳比例为1∶1，有些膨胀剂筛分后可以循环使用数次，有些则成为堆肥产品的组成部分。被动通
风堆肥工艺对膨胀剂的要求比较苛刻，S．Barrington等
〔9〕研究发现，对于被动通风的堆肥系统，刨花和干草比稻壳更适合作堆肥的膨胀剂。
2．2 调节剂
2.2.1 水分调节剂 水分调节剂是一些吸水性物质，能够吸收污泥中的自由水使整个堆体水分分布比
较均匀，从而改善污泥颗粒的透气性能。水分调节剂可以是木屑、作物秸秆、轧棉废料
〔10〕废纸、煤灰等。高定等人
〔11〕研制了一种堆肥专用新型调理剂（CTB调理剂）该调理剂具有较强的吸水能力，饱和吸水率为
65．7％，除臭效果好，价格相当于木屑／木片的1／2，而且能重复使用，每次堆肥的损耗低于5％－8％。
2.2.2 营养调节剂 堆肥过程中有机质的降解是微生物活动的结果，微生物繁殖速度受营养丰缺的制
约，有效营养丰富，微生物繁殖速度就快。城市污泥C／N比通常低于10，而堆肥合适的 C／N比为 20~30，因
此可以添加一些 C／N比较高的物质调整堆料 C／N比。常见有机物的C/N比列于表2。
表2 常见有机物的C/N比
物料C/N物料C/N
稻草、麦秆、稻壳70~100牛粪8~26
杂草12~19猪粪7~15
木屑200~1700鸡粪5~10
树皮100~350厨余20~25
由表2数据不难看出，木屑、树皮、作物秸秆比动物粪便、杂草和厨余更适合作为污泥堆肥的营养调节剂。
2．3 接种剂
只要涉及到堆肥，接种剂的问题都会引起争论。高温好氧堆肥是由群落结构演替非常迅速的微生物群体共
同作用的动态变化过程，在该过程中每一种微生物群体都在较短时间内适应自身生长繁殖的环境条件，并对某
一种有机物质分解起作用。有学者认为，为了加速堆肥反应，缩短堆肥周期，必须接种；但是，大量微生物生
理适应范围大，它们已存活在污泥中，许多研究者认为接种剂是无效的，没有使用的必要。
自身驯化培养污泥接种剂比较有针对性，缺点是培养时间比较长；商品化的优势菌剂（如 VT菌剂）效果比
较好，但会使污泥堆肥处理成本提高。为了达到既强化堆肥效果又节约处理成本的目的，接种剂通常用优化工
艺已腐熟的回流堆肥，回流体积比20%~30％即可实现接种要求。利用成品堆肥作为接种剂和调节污泥水分和孔
隙度的研究结果
〔12〕表明对于强制通风的静态垛工艺当污泥：木片：回流堆肥为1∶1∶1时（体积比），堆体顺利达到
设定温度并维持了6d以上。接种有时也采用特种菌种，同济大学研究表明：污泥与木屑堆肥加入VT菌剂，可以
使堆肥发酵周期缩短至15d以内，该优化工艺不必每次都添加菌剂，只需回流20%~50％（重量比）的腐熟堆肥也
可以达到接种效果
〔6〕但是考虑到回流比例越大，污泥处理量和堆肥产量越小，因此回流比例应尽量减小，20％是最佳值。
2．4 重金属钝化剂
污泥中的重金属污染与危害是污泥土地利用的一大限制性因素。重金属钝化剂就是指加入堆肥的污泥中，
使重金属形态发生变化，生物有效性降低。常用的钝化剂有粉煤灰、磷矿粉、石灰
〔13〕沸石、草炭等。李国学等
〔14〕研究表明：从对交换态重金属的钝化效果来说，粉煤灰和磷矿粉是经济有效的钝化剂，合适的投
加比例分别是 25％和 20％。
3 结论
（1）影响堆肥效率的主要因素有初始含水率、通风供氧量、环境和堆体温度、C／N比和C／P比、pH、外加
优势菌剂等。上述影响因素的适宜控制范围列于表1。
（2）木屑，既可以调整堆料含水率，又可以起到膨胀剂和营养调节剂的作用，而且是废弃物品，是一种较
好的综合辅料。
（3）合适的影响因素的控制是实现污泥快速高效处理的基本保证。科学实验是确定某种污泥在某种环境下
最适合工艺参数的重要手段。
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（上接第29页）
在影响浑河水质的同时，也间接地对浑河沿岸地下水水源的水质产生连带影响。
图2 浑河沈阳段上游至下游各水源地主要污染指标变化趋势
在近浑河地下水集中开采区地下水与河水的关系极为密切，1979年枯水期浑河污染严重，19
81年污水明显减轻，以后又逐年加重，而同时期地下水水质变化趋势与浑河水质变化趋势具
有显著的相关性。
综上所述，沈阳市市政水源的75%分布在浑河沈阳段沿岸，浑河是其主要补给源，其水质直
接受到浑河水质的影响，由于浑河水质污染，造成浑河沿岸市政水源水质也出现不同程度的
污染，部分水质指标超过使用标准，浑河水质污染是造成市政水源污染的主要原因之一。
4 2002～2003年浑河治臭工程对地下水环境的影响
浑河桥段2002年治臭工程使该河段水质发生明显变化，大部分水域水质达到四类水域标准，
局部COD偏高，但也全部由黑臭型水域转化成藻类大量繁殖处于良性生态循环的水域。河中
鱼类大量出现，底泥厌氧及上浮现象被彻底控制。2002年冬，浑河拦河坝修建临时护坝，首
次实现前有限量放水，大量水资源的保留，营建了冬季浑河景观环境，促进了地下水的补
给，改善了沈阳市环境空气质量。
2003年浑河工农桥段治臭工程在实现治臭目标的基础上，其污水的截流和药剂施用极大地促
进了水域由厌氧型向耗氧型的转变，使水域恢复耗氧状态下自净功能，水生生物处于良性生
长与循环促进阶段。
初步调查结果表明，自2002年下半年起，浑河治理河段沿岸地下水位和水质均向良好方面变
化，历年冬季某些区域水井水位下降几十米，但在2002年冬季变化不大，水质明显改善。有
关浑河变化对城区地下水环境改善的促进作用将日益显露，水环境的彻底变化将在沈阳市的
建设发展史上填写重要的篇章。
污泥的高温堆肥处理法
〔 作者：-- 转贴自：西部环境网 点击数：456 更新时间： 文章录入：碧水蓝天 〕
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一、概述
城市污水处理是我国“九五”“十五”期间需重点解决的环保问题，而大力进行污水处理的同时，又面临着对其伴生物---污泥处理处置的难题。采用城市污泥无害化、资源化农用技术，利用污泥作为原料，加入工业废弃物----粉煤灰和N、P、K等添加物，制成颗粒状有机复合肥，不仅解决了城市污水污泥的处理问题，还可对污泥、粉煤灰等污染物进行综合利用，推动环保产业的发展，并为农业提供具有改良土壤特性、提高农作物产量的有机复合肥料，促进农业生产。
本项目为城市污泥无害化资源化农用技术工程项目。为使污泥制肥技术尽快得到推广，解决烟台市市政污水污泥处理和处置问题，本项目将实施以下内容。
在烟台市污水处理厂内建设日消化 50m3 脱水污泥(含水率65～75%)、年产16000吨有机复合肥的污泥制肥厂。
本项目需建设污泥制肥厂生产车间厂房、辅助生产用建构筑物及办公用房等，建筑面积约2500m2。购置用于污泥制肥厂生产的日处理污泥量50m3的污泥无害化农用技术成套备，项目需新增固定资产投资约670万元，其中建筑工程费约200万元，设备购置及安装工程费约370万元，其他费用约100 万元。
本项目的承担单位为国家机械工业局机械科学研究院，污泥制肥厂的生产和运营由烟台市污水处理厂负责实施。
本项目通过污泥制肥技术产业工程以实现明显的社会效益，并具有一定的经济效益。
二、项目的意义和必要性，国内外现状和技术发展趋势
水资源是保证人类生存最基本的条件，因而保护水资源、防止污水对环境的污染，是人类造福于千秋万代的重要责任。为了改善我国水资源污染严重的现状，从“九五”期间污水治理问题得到充分重视，城市污水处理工程项目发展很快。然而对于随之产生的大量污泥，目前我国大多采用填埋处理，处理不当仍会造成对环境的二次污染。污泥的处理处置和利用已经越来越成为我国急需解决的大问题。
污泥是污水处理过程中产生的沉淀物质，它包括污水中的泥砂、纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮状物，各种胶体、有机物及吸附的金属元素、微生物、病菌、虫卵、杂草种子等综合固体物质。由于城市污水处理厂的污泥中主要成份为有机物，因而其本身就是很好的农用有机肥原料，可进行综合利用，将其变废为利。本工程采用城市污泥无害化农用技术，将城市污泥与添加物质（其成份主要为菌种、粉煤灰及N、P、K营养素等）混合，制成可用于播种机播撒的有机无机复合颗粒肥，这种复合肥产品属高效无机有机缓释肥，对提高农作物产量、保护土壤有明显效果，是具有较大发展潜力的农业肥料品种。因此利用城市污泥添加粉煤灰制肥，即可为农业提供复合肥产品，满足我国农业化肥产品结构调整的需要，同时实现了对城市污泥和粉煤灰等环境污染源的综合利用，使废物资源化。有着极大、长远的社会效益和一定的经济效益。
从世界范围看，城市污泥的处理处置方法主要有焚烧、填埋、投海和堆肥等多种形式。焚烧法的技术与设备复杂，能耗大，投资高，并伴有大气污染问题；填埋法受到用地的限制；投海会污染海洋，对海洋生态系统和人类食物链会造成威胁，国际公约已明令禁止；用堆肥法处理后的城市污泥进行农业利用，具有经济简便、可资源化等优点，已经引起广泛重视，是目前呼声最高的处理途径。
高温堆肥技术是发达国家在20世纪初开发研究成功的，目前在英国、美国、德国、日本等国家都已广泛采用高温堆肥技术对城市污泥进行无害化处理，如美国每年约有49％的城市污泥制成肥料施于农田或林地。德国ETH/OAM再生公司研究开发的城市污泥无害化农用技术克服和解决了脱水污泥无害化和综合利用的问题，降低了城市污泥无害化处理的成本，在德国得到了广泛的应用。
我国从六十年代初开始研究用好氧发酵技术处理城市污泥，“八五”期间，中国机械科学研究院环保所承接国家经贸委科技开发项目，成功地开发污泥好氧堆肥工艺和成套设备等技术。1994年德国ETH/OAM再生公司与中国机械科学研究院环保所合作，针对中国国情继续进行研究开发，使该项技术采用的工艺和成套设备更加先进和完善，完全能够满足中国城市污泥无害化农用处理的要求，为中国城市污泥无害化农用技术的推广提供了一种全新的可能性。
三、我国农业肥料市场发展现状
随着我国化肥工业迅速发展，氮肥和磷肥的产量目前分别排在世界第二位和第三位，农作物施肥结构也发生了很大变化。 七十年代前，农作物施肥中农家肥与化肥的比例是7：3，到七十年代末期，由于化学肥料用量猛增，其比例已改变为3：7。长期施用无机化肥的主要缺点是单独施用肥份不完全，掺合增施则造成溶度积剧增，肥份容易流失，不利于作物生长和利用。并且使土壤盐化板结，污染饮用水源，破坏生态环境。为了避免偏施无机肥料导致的必然后患，有些国家已开始限制偏施化肥而施用有机肥料。
有机肥料属于绿色产品，它的施用有利于农业的可持续发展，在农业生产中有着极为重要的作用。
施用有机肥料的优势在于：
1、 提供作物生长所需养分：
有机肥经土壤中微生物分解，可不断释放各种作物所需养分，同时释放大量二氧化碳，促进光合作用，提高作物产量。
2、 改良土壤，提高耕地生产能力：
有机肥转化成腐殖质，促进土壤形成团粒结构，提高土壤保肥、保水、保温性能，改良土壤。
3、 提高化肥利用率：
有机肥与无机肥配合施用，缓急相济，互相补充，可显著提高化肥的肥效。
4、 提高农作物产量，改善农作物品质：
有机肥在分解转化过程中，改善和优化了作物营养条件，不仅增加作物对养分的吸收，增强新陈代谢，刺激生长发育，还大大提高农产品的品质。
5、 增强微生物活性：
有机肥料不仅有利于增加土壤中微生物的数量，还为土壤中微生物的活动创造良好的环境，增强微生物活性，促进微生物对有机肥料的分解转化能力。
6、 防止环境污染，减少疾病传播：
有机废弃物既是肥源，又是污染源。充分利用有机肥料，是变废为宝、提高环境质量的有效措施。
我国长期以来农业追求高产，大量施用化肥，已造成土壤砂化、板结，肥力下降。在我国大量施用有机肥料可有效地协调有机无机肥料结构矛盾，增加养分的有效供给，缓解耕地缺磷少钾的矛盾。
但是，由于有机肥肥效释放慢，养分含量低，施用数量大，且当年利用率低，在作物生长旺盛、需肥多的时期，往往不能及时满足作物的需求，所以需要与无机肥料配合施用。制备有机无机复合肥料是解决以上矛盾的最佳有效途径。
因此，有机无机复合肥料在国内有很大的市场潜力。生产复合肥不仅具有一定的经济效益，同时有很好的社会效益和生态效益，有利于我国农业的可持续发展。
四、项目的技术基础
城市污泥无害化农用技术是机械科学研究院环保所在高温堆肥技术的基础上，研究电厂粉煤灰的各种特性，并吸收德国ETH/OAM再生公司应用粉煤灰和污泥在德国农业应用的研究技术，解决了脱水污泥含水率高不宜发酵的关键技术。其工艺是将脱水污泥按一定比例与添加物质均匀混合，在一定温度条件下，通过堆肥完成对污泥的脱水和有机物熟化处理。此项技术生产的基本原料是城市污泥和电厂产生的粉煤灰，另外根据不同作物要求加入所需营养素和添加剂，其设备简单，不需特殊的烘干设备，在生产过程中实现杀菌、杀虫卵和固化重金属。在添加物中还可加入珠光岩、硅藻土、沸石和石膏废料等，并跟据所施用土地的PH值，用石灰对所制肥料的PH值进行调节。
实验证明粉煤灰含有多种有利于植物生长的微量元素，具有较强的水化活性、促进发酵以及改良土壤的特性，它对施用到农田中的化肥有缓释作用，对重金属也有一定的缓释作用，因此将粉煤灰做为主要干燥物质来处理城市污泥，不仅可以提高城市污泥无害化农用的效果，也为粉煤灰自身的利用开辟了一条新路。
利用该技术所生产的颗粒肥料含水率低，便于存放、运输和在农田中施播。根据实验，与同价量的高效磷肥（磷酸二胺）比较，可提高产量10～20％。添加物具有疏松土壤、增加土壤团粘度，使肥效发挥充分，并保护土壤的作用。由于肥料添加物的固化作用，颗粒肥料具有一定耐水性和耐冲洗性，达到缓释作用，肥效延续时间长。
根据我国农业生产和林业生产的需要，目前采用污泥无害化农用技术研制开发了两个系列的有机复合肥：
土壤改良剂，其主要成份为有机质25～38％，P、N、K≥7％，主要用于改良土壤、林业种植；
颗粒复合肥，其主要成份为有机质10～20％，P、N、K 20～25％，主要用于大田种植；符合GB15063-94国家标准。
“八五”期间中国机械科学研究院环保所承接经贸委科技开发项目，开发了用于城市污水污泥堆肥工艺及设备，其中主要有堆肥工艺研究和链条式翻堆机，该项目获机械部二等奖，翻堆机申请了国家实用新型专利。依托以上两项技术，“九五”期间中国机械科学研究院环保所承担国家科委重大科技攻关项目，针对污泥处理农田应用的实际需要开发了污泥制肥成套设备，并开发了气流干燥机、造粒机、混料机系列设
