如何把污泥从负变正：美国污水厂污泥堆肥实践

时间：2018-06-14 来源：IWA国际水协会 作者：

位于宾夕法尼亚州中部Cumberland县Mechanicsburg区的污水厂配有厌氧消化设备处理污泥，产出的污泥符合美国B级污泥的标准。但十年前，污水厂在寻找足够农田来处置污泥时遇到了麻烦。当时唯一的替代方案是脱水后填埋，但其成本相当昂贵。出于对环境和成本的考虑，他们最终选择将污泥升级为A级/特优级（Class A/Exceptional Quality，美国大部分州的Class A级污泥允许农用），这样有利于扩大适用范围以及创收。堆肥升级跟污水厂其他升级项目一起进行。Material Matters公司为整个过程提供了支持，包括可行性研究、中试、成本评估、堆肥设施设计要求、设备评估和推荐、启动、软件开发、申请许可、肥料注册、产品和市场推广等。他们联同Mechanicsburg区政府，将9年的项目经验总结发表在IWA期刊Water Practice & Technology中。

背景介绍

在过去，美国很多州的污泥都采用填埋处置。但污泥中包含的有害物质会对地下水的污染，污泥未经妥善处理就进行填埋将对环境产生危害。1993年，美国环保署(EPA)制订了40CFRPart503条例，规范了污泥的土地利用。该条例除制定了农用污泥中有害重金属的含量外，还将污泥分成要求严格的A级和较宽松的B级。40CFRPart 503条例中还对应用B级污泥的作物收成时间作了相应的规定；A级污泥则无此限制，而且可施用于花园、草地。

大概在2000年后，美国各地方政府纷纷建立了专门的污泥处置研究机构寻找新的解决方案。“切萨皮克湾支流战略”（Chesapeake Bay Tributary Strategy）由周边7个流域管辖区域联合发起，包括特拉华、马里兰、宾州、纽约、弗吉尼亚、西弗吉尼亚和华盛顿特区。这个战略为河流的营养物和污染物制定了减排计划。Mechanicsburg污泥堆肥厂的建造正是污水处理厂相应这个战略计划的改进项目的一部分，建在污水厂厂址内，与当地的Silver Spring联合堆肥厂接壤。Silver Spring联合堆肥厂由两个市政厅联合运营，处理庭院垃圾，如树叶、树枝等。经过堆肥的树叶分发给两个地区的居民，木质垃圾经粉碎机处理后进行自堆肥，直到分发给两个地区居民为止。这些粉碎的木质垃圾联同其他体院垃圾用作污泥堆肥的填充剂。污水厂的工作人员负责两个堆肥设施的运营和维护工作，而且两个堆肥厂共享设备。

污泥堆肥的预处理

这个污水厂的污泥处理工艺如下图所示。初始污泥与剩余污泥经混合后先进行重力浓缩处理，进入两段式高效中温厌氧消化器，其中第一段含混合搅拌和加热，挥发性有机物降解率为45-55%，第二段则是静置式，便于进一步浓缩。经厌氧稳定化处理的污泥进入带式过滤机脱水，并添加聚合物作为絮凝剂。干污泥饼年产量约130吨，含固率为15-20%。这些泥饼将由卡车装在进入污泥堆肥厂作进一步处理。

Mechanicsburg污水厂翻新改造的总览图

可行性评估和中试

2005 年，Mechanicsburg污水厂对污泥堆肥进行可行性研究，他们参观了其他地方的污泥堆肥厂，并进行了成本效益分析。2007年秋天他们进行了中试试验（如下图），来验证项目可行性，以及臭气是否会对居民产生影响。堆肥时间、温度和病原体等指标都很容易达到A级污泥的标准，并且没有发现臭气问题。他们认为这是厌氧处理得当，以及污泥和填充剂混合良好的结果。根据中试的效果，Mechanicsburg最终决定将污泥堆肥厂纳入污水厂改进项目内。

2007年的中试现场

设计和施工阶段

2008年Mechanicsburg污水厂升级改造的设计工作由Gannett Fleming公司中标，Material Matters公司成为污泥堆肥厂的分包商。其设计十分注重成本节约，例如为了将可用空间最大化，主体采用加盖的开放式钢结构。曝气系统如下图所示，由21个1.5马力的风机组成。因为旁边有一个市政公园和几家公司办公，臭气风险十分受关注。他们在堆肥厂主体旁加建生物滤池来解决臭气问题，与中试结果一致，堆肥系统运行至今没有新增污水厂区的臭气。

21个堆料段，每段配置一个风机

污水厂升级改造的水质管理排放申请在2009年4月提交给了宾州环保局，并于同年9月获得了通过。项目建造招标在2010年4月举行，并由Galway Bay和Garden Spot Electrical公司中标，建造工作从2010年夏天开始，到2013年夏天基本完成。

Mechanicsburg污水厂俯视图，大片白色膜顶所在位置即为堆肥设施

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