1.5 我国污泥堆肥技术发展前景
从20世纪90年代开始，国内开始初步研究污水处理厂污泥堆肥技术。起初，堆肥化技术较为简单，仅是农业废弃物堆肥技术的翻版，使用设备少，腐熟时间长，条件简陋，环境恶劣。近年来，因大型城镇污水处理厂纷纷在各地投入运行，带动了污泥堆肥研究并取得了很大成果。先后配套建成了一些机械化程度较高的现代污泥堆肥设施，在堆肥质量、运行操作、自动化控制、管理规范、环保等方面都达到了较高水平。
1.5.1 国内污泥堆肥技术发展现状
机械化污泥堆肥技术被广泛应用于发达国家污泥处理处置过程，其中美国、加拿大、英国等国超过半数的市政污泥采用机械化好氧堆肥工艺进行处理处置。在我国，机械化现代污泥堆肥技术的应用起步较晚。20世纪90年代以来，在我国相关政策的大力支持下，城市污泥堆肥技术得到了飞速发展，许多城市建设了一批机械化污泥堆肥项目，有的项目处理规模还创造了目前世界上同类技术应用之最。
国内保持正常运行状态，且具有机械化、工业化特点的大型污泥堆肥项目（设计处理规模在200t/d以上）主要有以下几个。
1.5.1.1 北京市庞各庄污泥消纳厂项目
北京市庞各庄污泥消纳厂项目（以下简称庞各庄项目）是首个获国债资金支持的污泥处理处置项目，一期处理能力150～200t/d（含水率80%），采用晾晒翻堆工艺。庞各庄项目占地13.2hm2，其中露天堆肥场的总面积为38000m2。污泥堆肥条垛指标：垛高1.5～2m，垛底宽6～8m，垛顶宽4～6m，垛长60m。项目总投资2600万元。庞各庄项目于2002年7月1日投入试运行。堆肥发酵产物部分作为园林绿化营养土销售，部分作为肥料基质使用。2007年8月，庞各庄项目扩建为总处理规模增至518t/d（含水率80%），采用动态条垛式好氧堆肥工艺。好氧发酵停留时间30～40d；配备3台17.50kW翻堆设备；柴油机最大功率209kW，起混合搅拌和倒垛功能，未设曝气系统和臭气收集系统。鉴于原设计处理效率和除臭等方面存在先天不足，2011年，庞各庄项目再次改建，使之机械化封闭处理污泥能力达到600t/d。
1.5.1.2 洛阳市瀍东污水处理厂污泥处理项目
洛阳市瀍东污水处理厂污泥处理项目是瑞典政府贷款项目，一期处理能力228t/d（含水率80%），采用动态条垛式好氧堆肥工艺。好氧发酵停留时间15d；配备2台16.43kW翻堆设备，起混合搅拌和倒垛功能，未设臭气收集系统。项目占地12.6hm2，其中发酵车间建筑面积为7776m2，净高9m。项目总投资6434万元。该项目于2007年12月投入试运行。发酵产物部分作为园林绿化营养土销售，部分作为肥料基质使用。鉴于原设计处理效率和除臭等方面存在先天不足，2012年启动了二期改造工作，改建后机械化封闭处理污泥能力为400t/d，并彻底解决臭气收集处理问题。
1.5.1.3 秦皇岛市绿港污泥处理厂项目
秦皇岛市绿港污泥处理厂项目设计规模200t/d（含水率80%），采用静态槽式好氧堆肥工艺。发酵槽长35m、宽5m、深2.2m（物料有效深度1.8m，其中包括0.3m辅料覆盖层）；共设置20座堆肥发酵槽，好氧发酵停留时间20d；配备1台30kW翻堆设备，起混合搅拌作用但不能实现倒垛功能，进出槽采用有人驾驶工程车辆；曝气系统采用罗茨鼓风机一供三形式（电磁阀切换），曝气强度0.1～0.3m3/（m3·min）；设置除臭系统，终端采用生物除臭滤池，处理能力为10万m3/h。项目占地面积约3.3hm2；项目总投资约5200万元，处理成本为142元/t，直接运行成本108元/t。项目于2008年6月开工建设，2009年4月投入调试运行阶段。发酵产物主要作为园林绿化营养土使用。
1.5.1.4 郑州市八岗污泥处理厂项目
郑州市八岗污泥处理厂项目设计规模600t/d（含水率80%），采用静态槽式好氧堆肥工艺。发酵槽长33m、宽4.5m、深2.2m（物料有效深度2m）；设置2座堆肥车间共132座堆肥发酵槽，好氧发酵设计停留时间21d；配备2台LT45 20DC翻堆设备，柴油机最大输出功率261kW，起混合搅拌作用和倒垛功能，进出槽采用有人驾驶工程车辆；一期（100t/d）曝气系统采用罗茨鼓风机一供三形式（电磁阀切换），曝气强度0.22m3/（m3· min）；后期采用离心通风机一供一形式，最大曝气强度0.4m3/（m3·min）；设置除臭系统，终端采用生物除臭滤池，生物滤池表面负荷为0.022m3/（m2·s），滤料高度1.5m。项目占地面积约26.5hm2；项目总投资约2.575亿元，直接运行成本140元/t。项目于2008年12月开工建设，2009年9月一期（100t/d）投入运行，一期（剩余200t/d）2010年9月投入运行，二期（300t/d）2011年年底投入运行。发酵产物主要作为园林绿化营养土、填埋场覆盖土使用，少量作为有机肥料基料使用。
1.5.1.5 长春市污水处理厂污泥处理处置项目
长春市污水处理厂污泥处理处置项目设计规模400t/d（含水率80%），采用静态槽式好氧堆肥工艺。好氧发酵车间共有72座发酵仓，发酵停留时间24d（前14d静态曝气，后10d翻堆3～4次）；配备2台110kW翻堆设备，起混合搅拌作用但不能实现倒垛功能，进出槽采用有人驾驶工程车辆；曝气系统采用罗茨鼓风机一供三形式（电磁阀切换），设计曝气强度0.1～0.3m3/（m3·min）；该项目采用水源热泵系统为车间供暖，设计室内温度5℃。设置除臭系统，终端采用生物除臭滤池，设计处理能力14.7万m3/h。该项目占地面积约11.34hm2；项目总投资约17843万元，直接运行成本约110元/t。项目于2009年5月开工建设，2010年10月200t/d能力投入运行。发酵产物主要作为营养土、复合肥原料、育苗基质、草坪基质等使用。
1.5.1.6 唐山市城市污泥处理项目
唐山市城市污泥处理项目设计规模400t/d（含水率80%），采用动态隧道仓式好氧堆肥工艺。发酵仓长45m、宽5m、高7m（物料有效深度2m）；建筑物采用双层发酵仓结构形式，共设置32座发酵仓，好氧发酵停留时间14d；配备4台F5 ·110筒式翻堆设备，起混合搅拌和倒垛作用，进槽采用组合式皮带布料机，出槽采用皮带输送机；曝气系统采用离心式通风机一供一形式，设计最大曝气强度0.4m3/（m3·min），并在仓壁内设置温度传感器，可以与对应风机联动；设置除臭系统，终端采用生物除臭滤池，设计处理能力19.2万m3/h。该项目占地面积不足1hm2（其中发酵车间占地面积约4500m2）；项目总投资约8500万元，直接运行成本70～80元/t。项目于2011年9月试运行投产。发酵产物部分作为园林绿化营养土销售，部分作为有机—无机复混肥料基质使用销售。
1.5.1.7 沈阳市污水处理厂污泥处理项目
沈阳市污水处理厂污泥处理项目系目前已投入运行的世界最大的机械化污泥堆肥项目，设计规模1000t/d（含水率80%），采用动态槽式好氧堆肥工艺。发酵槽长90m、宽3.05m、深2.5m（物料有效深度2.4m）；共设置96座发酵槽，好氧发酵停留时间22d；配备8台Wide3.0翻堆设备，起混合搅拌和倒垛作用，进槽采用皮带式布料机，出槽采用出料皮带式输送机；曝气系统采用分段曝气形式，每座发酵槽由6台离心式通风机正压供风，设计最大曝气强度0.3m3/（m3·min）；设置除臭系统，终端采用生物除臭滤池，设计处理能力140万m3/h。项目占地面积约13hm2；工程总投资约3亿元，直接运行成本80～100元/t。项目于2011年7月开工建设，2012年8月开始进泥调试，2013年6月达产运行。发酵产物作为园林绿化营养土，或送至热电厂与煤混烧消化。
1.5.1.8 天津市张贵庄污水处理厂污泥堆肥项目
天津市张贵庄污水处理厂污泥堆肥项目设计规模300t/d（含水率80%），采用动态槽式好氧堆肥工艺。发酵槽长84m、宽3.05m、深2.5m（物料有效深度2.4m）；共设置20座发酵槽，好氧发酵停留时间21d；配备2台Wide3.0翻堆设备，起混合搅拌和倒垛作用，进槽采用皮带式布料机，出槽采用出料皮带式输送机；曝气系统采用分段曝气形式，每座发酵槽由4台离心式通风机负压供风，设计最大曝气强度0.3m3/（m3·min）；设置除臭系统，终端采用生物除臭滤池，设计处理能力12万m3/h。项目占地面积约1.95hm2；项目于2011年8月开工建设，2012年年底开始进泥调试。发酵产物作为园林绿化营养土。
1.5.2 污泥堆肥技术存在的问题
我国污泥堆肥处理技术虽然开展了许多研究工作，并得到部分实施，但因研究时间不长，与国外相比，在技术、设备和质量控制等方面仍有一定差距，主要有以下三个问题：（1）国内技术水平不高。目前已建成的大型污泥堆肥装置主要从是国外引进相关技术和全套设备，存在投资成本较高、维护困难、运行成本高、能耗偏大等缺点，并不完全符合我国节能减排的和谐发展原则，也不适应广大中小污泥堆肥装置低投入、低成本运行、高效率处理及堆肥辅料就地取材等要求的国情。
（2）污泥堆肥处理虽得到广泛重视，但受污水进水浓度和水量的波动，调理剂的不同，气候寒热的变化和应对以上变化的技术储备不足，导致堆肥处理系统运行和产品质量的不稳定。最终含氮量不高，影响了堆肥产品质量，缺乏市场竞争力。
（3）受重金属超标因素干扰。使用方往往谈“金”色变，导致堆肥产品销路不畅，推广应用上有一定困难。堆肥化技术作为污泥处理的一种方法在国内外已得到了广泛的应用和推广。一方面，通过污泥堆肥化可以有效地杀死病原菌，消除恶臭；另一方面，堆肥化还可以最大限度地降低污泥的含水率，改善污泥的团状结构。然而，无论采用哪一种堆肥化工艺，污泥本身的重金属含量基本保持不变。实际上，作为土壤肥料或土壤改良剂，堆肥化产品在一定程度上受到了限制。日本“下水污泥的农林绿化利用实况调查”的结果指出：作为特殊肥料上市的堆肥平均含锌1003ppm，铜167ppm，还有其他重金属。这种污泥多年连用势必造成重金属在土壤中积累。日本环境厅进行的“污泥还田影响调查”结果表明，锌等金属在土壤中的蓄积也是很明显的，而且与投入量成正比，土壤中的锌浓度正在上升。调查结果还表明：由于污泥的连续施用，农作物体中的重金属含量也出现上升趋势。
但是，有关跟踪研究表明，随着我国垃圾分类管理的力度加大，工业污水和生活污水分开处理严格落实，有关重金属生物矿化技术得到应用，我国城市污泥中的重金属含量呈逐年下降的态势，已经不再是污泥堆肥产品土地利用的“拦路虎”。国家有关部门应针对实际情况，修订污泥堆肥产品中重金属的控制标准，明确指出需控制的是能参与生物循环的游离态重金属，而不是包括固化态在内的重金属总量。
污泥堆肥技术虽然问题较多，但与卫生填埋、沼气化、焚烧处理、做建筑建材等处理方式相比，针对我国广阔的低肥力农林地，在保证有环境容量和缓冲度的前提下，利用污泥堆肥成为城区园林绿地用肥、农业非食用植物用肥具有明显优势。经过20多年的大量研究，我国污水处理厂污泥堆肥的研究已经取得了许多经验参数和理论数据。目前，污泥堆肥主要有以下方面有待拓展研究。
1.5.2.1 加强污泥堆肥工艺及设备研究
在国外，为了防止对环境的二次污染，趋向于采用发酵罐堆肥系统，推动堆肥技术向着占地省、自动化程度高的方向发展。在我国，污泥处理必须走成本低、能耗低、操作方便、维护性较好的快速堆肥化道路。在利用发酵槽堆肥系统的同时，重视原料C/N比、含水率、TP、TK等几个指标的检测，进而调整调理剂的数量、堆肥时间、通风量的工艺参数，以准确控制堆肥的进程和腐熟程度，避免个人经验判断的误差，保证堆肥产品的质量。在发酵槽中设计单向通风口和利用太阳能调温，消除季节影响。可充分利用自然力量，降低能耗。
1.5.2.2 消除重金属污染
制约污泥堆肥产品大规模土地利用的重要因素之一就是人们对重金属施用于农业而引起环境污染的担心。关于污泥中重金属含量超标问题，在工业废水产生的污泥中比较显著，一般城市生活污水产生的污泥中重金属较少。通过收集文献资料和经过笔者本人实地采样与检测，比对《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002），我国以城市污水为主的污水厂污泥重金属超标率很低，少数污水处理厂仅为锌、镉等少量金属超标，且概率不高。因而，我国城镇生活污水污泥中重金属污染风险并不高，绝大部分重金属经过堆肥调理剂的稀释吸附作用，及污泥堆肥发酵过程中的矿化作用，在堆肥产品中的含量下降。并随着堆肥产品的pH值上升，惰性增强，堆肥产品符合《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥》（GB/T 23486—2009）各项参数，可以进行土地施用。此外，对于重金属较多的污泥，可添加1%石灰石或粉煤灰与磷矿粉混合物钝化重金属；再者，控制污泥堆肥产品的单位土地施用量，降低其土地利用时的污染风险。
1.5.2.3 臭气控制
散发出强烈难闻的臭味是在污泥堆肥发酵的过程中的常见问题。这是由于污泥中含有高浓度有机物分解造成的。控制臭味的方法很多，使用封闭式发酵罐，添加调理剂来改变污泥的pH值，消除臭味，然后用吸收器来进一步减少臭味。污泥堆肥过程中散发的臭味主要是在发酵初期，尤其是高温阶段的翻堆操作环节。一旦堆肥温度降低，臭味不再排放，在堆肥末期，堆肥产品只有很淡的泥土气息。
1.5.2.4 制定堆肥产品安全施用标准
通过制定污泥堆肥产品安全施用标准，结合中国国情在园林、林业、农业、育苗等产业中的大规模安全示范应用污泥堆肥产品，研究对人畜健康的环境影响。
1.5.2.5 扩大产品出路
污泥堆肥是一种有机肥料，用途和普通肥料一样广泛。堆肥腐熟料不仅可以直接施用于土壤，还能制成各类复合肥等，用于花卉以及园林、苗圃、纤维作物等植物的生产。市政部门应以城市绿化园林为试点，逐步扩大污泥堆肥产品的出路问题，既消除了大量的城市污泥带来的环境隐患，又创造了经济效益，因而具有良好的应用前景。
经检验，各项控制指标合格的污泥堆肥腐熟料及其深加工产品，可以施用于农业和果木领域，先小面积试用，再扩大面积施用，确保农作物及水果的内在质量前提下，逐步扩大高质量的污泥堆肥腐熟料及深加工产品的应用规模。这样，使我国城市污泥堆肥的土地利用真正做到资源化良性循环。
1.5.3 污泥堆肥发展前景
从国内外形势发展看，污泥的卫生填埋，初期投资和运行成本较低，目前许多国家和地区仍在使用。但是污泥填埋对水环境和大气的不利影响已经显现出来，这是一个事关子孙后代不可小觑的问题。污泥填埋场造成的污染地下水、地表水环境事件不胜枚举。污泥渗透液的治理难度很大，难以达到预期的目标。而且，随着环保标准的不断提高，其初期投资和填埋运行费用越来越高，合适场地的选择越来越困难。因此，国内外正逐步减少污泥的直接填埋量。由此可见，污泥填埋的适应性有限。污泥焚烧以其减量化最大，无害化程度最高而受到人们的推崇。但是由于初期投资和运行成本过高、焚烧尾气的二次污染问题严重，又让人们望而却步。
污泥进行堆肥处理，将其中的有机可腐物转化为土壤可接受且迫切需要的有机营养土，不仅能有效地解决了污泥的出路，解决了环境污染和污泥无害化问题，同时也为农业生产提供了适用的腐殖土，从而维持了自然界的良性物质循环。它一定程度上实现了污泥的无害化、减量化和资源化，是一种经济有效的方法。目前，中国农业大量使用化肥已使土壤板结，地力下降，使用富含腐殖质的有机复合肥可增加地力，改良土壤，提高农作物产量。充分利用城市生活污水污泥作为我国农业重要肥源，从环境效益上看，也具有重要意义。因此，近年来污泥堆肥技术在我国出现了蓬勃发展的势头。
从我国农业增产的形势来看，要求逐年提供大量有机肥料作为土壤改良剂，因而需要生产出优质堆肥以满足这种要求。对于农业大国而言，污泥堆肥化综合处理，以生产高效系列有机肥复合肥，这将逐渐成为生活污泥农用资源化的重要方式。此外，污泥堆肥还可以用来填埋由于平原采掘而出现的地面塌陷，实行覆土还田，这种用途对污泥堆肥的数量需求更大。
使用优质的有机肥，发展有机农业，生产绿色食品，将成为世界农业的主流方向。西方农业曾单纯依靠化肥农药大面积大幅度提高了作物产量，经济效益十分可观。但这是以消耗大量能源、牺牲环境生态、降低土壤肥力和资源危机不断加剧为代价的，今天特别要引以为戒。现在西方国家纷纷提倡发展有机农业、生态农业等，即尽可能不用人工合成的化学药品包括化肥、农药、植物激素等；提倡依靠轮作、土地休耕、施用堆肥腐熟料等有机物供给作物养分，常年保持土壤肥力和可耕作性；采用生物防治技术控制病虫杂草。用这种方式生产的产品称为绿色食品或无公害食品，已在西方上市，备受消费者青睐，具有很大竞争优势。我国加入WTO后，面对竞争日益激烈的国际市场，我国农产品的绿色生态优势是与西方国家农产品竞争的资本。因此，发展优质的有机复合肥将具有广阔的应用前景。
总之，由于污泥填埋场的地选址越来越困难，焚烧过程中形成的二次污染问题严重，其他污泥处置方式成本过高；而国内农业常年大量使用化肥造成土壤耕作能力下降，有机复合肥的需求日益增加，使城市生活污泥的堆肥腐熟的处置方式得到大家的高度肯定。自1992年在巴西召开的世界环境大会上通过的《世界21世纪议程》中明确了可持续发展方针后，我国对生态环境和资源合理利用的认识普遍提高，对城市污泥堆肥的重要性和必要性的认识进一步提高。可以说，污泥堆肥是一条适合我国国情的城镇污泥处理处置技术，值得大力推广应用。
1.5.4 污泥堆肥发展趋势
随着国家污泥处理处置标准政策的快速出台，技术路线日益清晰，污泥堆肥技术尤其是现代机械化污泥堆肥技术得到推广应用，适用于各种规模的污泥处理工程，尤其适用于占地面积要求不高、土地利用渠道畅通的项目。目前，污泥堆肥处理处置技术已逐渐呈现出四个发展趋势：
（1）结构空间化。越来越多的堆肥堆肥项目发展多层结构形式，很多项目可以利用污水处理厂原有的场地进行改造就完成了全部污泥无害化处理过程，这在2010年前，对于污泥堆肥技术是很难实现的。
（2）空间集约化。新建大型污泥堆肥项目越来越重视自由空间的压缩，以期降低除臭规模和处理成本，有效控制堆肥臭气造成的“二次污染”。
（3）产品民用化。针对系统的可靠性、操作简易性、安全保障措施以及厂房人性化设计采用民用产品设计的思路，对于提高污泥堆肥总体技术水平有重要意义。
（4）制造专业化。高水平的行业需要专业化的队伍，污泥堆肥领域不仅需要系统提供商，还需要众多的专业设备制造商，促进行业的规范、有序发展，走向成熟。