污泥热碱分解处理处置及资源应用

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1、污泥热碱分解处理处置及资源应用污泥热碱分解（水解）处理处置技术是天津市裕川环境公司研发并实现产业 化应用的污泥资源化利用技术。通过热与碱的协同组合，在加热状态下，碱的加 入降低了微生物细胞对高温的抵抗力。碱抑制细胞活性的同时，溶解脂类物质使 污泥细胞破裂，释放出胞内物质，同时加快热对污泥中有机物的分解，破坏微生 物及其组成物质，加快了污泥细胞的破裂进度，热碱组合提高了污泥破解效率。 污泥水解过程中，Ca2+与蛋白质中间产物分子的终端羧基结合生成水溶性的钙 盐，从而形成了独特的污泥热碱水解处理工艺以及伴随产生的优良的钙蛋白有机 肥料。彻底实现污泥减量化（减量 70%）、无害化（病原菌全部灭活）、

2、稳定化 （有机质降解 50%）以及资源化（有机钙蛋白产品）利用。1背景“绿水青山就是金山银山”，以在不消耗绿水青山存量的前提下，将价值量 附加到社会的产品与服务中，实现价值的提升1。污泥本身是一种可以利用的 资源，污泥处理处置就是要借助先进可行的技术手段,将污泥作为一种资源加以 利用，在解决对环境影响问题的基础上产生一定的经济效益。“绿水青山就是金山银山”“要坚持节约资源和保护环境的基本国策”。生 态环境部公布的 2018 年度水污染防治行动计划中要求：“推进污泥处理处 置。污水处理设施产生的污泥应进行稳定化、无害化和资源化处理处置，禁止处 理处置不达标的污泥进入耕地。非法污泥堆放点一律予以取

3、缔。现有污泥处理处 置设施应于 2017 年底前基本完成达标改造，地级及以上城市污泥无害化处理处 置率应于 2020 年底前达到 90%以上”。城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策中“鼓励符合标准的 污泥进行土地利用。污泥土地利用应符合国家及地方的标准和规定”“污泥农用 时，污泥必须进行稳定化和无害化处理，并达到农用污泥中污染物控制标准 （GB4284）”。根据中华人民共和国土地管理法：国家实行占用耕地补偿制度，按照“占 多少、垦多少”的原则，实现占补平衡。随着土地整治工程事业的不断推进，新 增耕地数量不断提升，但新增耕地肥力水平偏低，合格率仅为12.9%。同时现有 土地由于化肥农药等

4、大量施用，原有土壤有机质养分长期得不到有效补充，造成 土壤板结、酸化等问题也日益严重，需要以可持续的方式提升土壤肥力，以保证 耕地质量。市政活性污泥被世界水环境组织更名为“生物固体”，更加表明污泥是一种 资源，含有丰富的氮、磷、钾等有机物，其特点和性质决定了污泥的根本出路是 资源化。污泥中含有丰富的有机质及氮磷钾，是放错位置的资源，通过安全有效 的处理，将污泥中的有益物质提取回收回哺土壤，在绿水青山不衰减的情况下， 通过利用绿水青山的增量价值实现人类自然生态循环，再燃生态效益的增长，达 到生态环境和经济效益双赢1。2 热碱分解/水解污泥处理处置及资源化利用技术原理污泥热碱分解（水解）处理处置技

5、术，通过热与碱的协同组合，在加热状态 下，碱的加入降低了微生物细胞对高温的抵抗力。碱抑制细胞活性的同时，溶解 脂类物质使污泥细胞破裂，释放出胞内物质，同时加快热对污泥中有机物的分解， 破坏微生物及其组成物质，加快了污泥细胞的破裂进度，热碱组合提高了污泥破 解效率。污泥水解过程中，Ca2+与蛋白质中间产物分子的终端羧基结合生成水溶 性的钙盐，从而形成了独特的污泥热碱水解处理工艺以及伴随产生的优良的钙蛋 白有机肥料。彻底实现污泥减量化（减量 70%）、无害化（病原菌全部灭活）、 稳定化（有机质降解50%）以及资源化（有机钙蛋白产品）利用。图 1 技术原理图3资源化产品特性（1）富含有机螯合钙污泥热

6、碱水解/分解处理，使Ca2+与生物质固废中的蛋白等有机物螯合成为 有机态钙（氨基酸钙、多肽钙等），其资源化产品分别为液态液体有机钙蛋 白，固态蛋白固体基料。碱性热水解处理过程中加入的钙离子与蛋白质中间 产物分子的终端羧基结合生成水溶性的钙盐，即：有机螯合钙，钙螯合率为 96%。 在此过程中无机钙转变为有机钙，含有该成分的产品统称为有机钙蛋白。有机态钙是植物可以即使直接吸收利用的有效钙。钙是植物营养必需的第四 大营养元素（N、P、K、Ca）；是组成植物细胞壁的重要成分，可以增强植物对 环境胁迫的抗逆能力；是植物体内酶的组成成分和活化剂，可以防止植物早衰， 延长贮藏期。有机钙蛋白是兼具有机肥、钙肥

7、和土壤调理功能的新型肥料。（2）富含 16 种氨基酸有机钙蛋白富含 16种氨基酸，并含有氨基酸聚合物多肽。氨基酸可以完整 分子形态被植物直接吸收。每种氨基酸对作物生长发育都具有其独特的功效，多 种氨基酸的综合作用，使有机钙蛋白具有增强植物呼吸作用，改善植物氧化还原 过程，促进植物新城代谢的良好作用。对促进光合作用和叶绿素的形成，种子发 芽，营养物质吸收，根系生长发育等生理生化过程均有明显的促进和激活作用。 氨基酸、多肽在改良修复土壤中，能有效抑制土壤中土传病害的发生，降低作物 发病率和病情指数，可为土壤有益微生物菌群繁殖创造条件，农药施用量降低 10-15%。与无机氮肥混合施用，可将无机氮肥的

8、吸收利用率提高 20%。（3）有机钙蛋白土壤修复改良机理1）用于酸性土壤的改良修复土壤含钙水平与土壤酸度密切相关，也可以说是土壤的酸化造成了土壤钙的 贫瘠，而调节土壤酸度和提高供钙水平最理想的物料莫过于施用有机钙蛋白土壤 调理型生物制剂，它能起到调酸、增钙与提高土壤有机质和养分的多重功效。提 高土壤pH值，Ca2+代换Al3+，减轻Al3+毒害。2）用于盐碱化土壤的改良修复土壤盐化是指可溶性盐类在土壤表层和土体中的累积；土壤碱化主要是指由 于土壤胶体表面吸附了相当数量的钠离子而导致土壤理化性质的恶化。土壤碱化需具有两个条件。一是经历盐分的累积与淋溶；二是土壤胶体表面 交换性钙离子与土壤溶液中钠

9、离子发生交换作用，在以钠离子的吸附为主时，土 壤发生碱化。土壤碱化过程是土壤胶体微粒双电层外围吸附的离子发生交换的物 理化学反应。能够参与土壤吸收性复合体所进行的交换反应的阳离子有 Ca2+、 Mg2+、Na+、H+与少量的K+、NH4+等，他们的相对交换能力Ca2+Mg2+K+Na+。有机钙蛋白土壤调理型生物制剂中的有机钙、可置换钙可以有效置换Na+, 有效降低pH值，降低Na+浓度，减轻直至消除盐碱化土壤的危害。3）用于防治缺钙引起的病害 用于缺钙引起的苹果苦痘病和水心病，番茄脐腐病，大白菜干烧心，以及对缺钙敏感的草莓、甜菜、大豆、马铃薯等作物。施用有机钙蛋白土壤调理型生物 制剂，对补充土

10、壤与作物中的有效钙，抑制缺钙引起的生理病害，抗重茬等是十 分有效的。4）用于重金属污染土壤的修复钙作为植物必需的营养元素，还同时具有独特的解毒功能。增加土壤Ca2+ 浓度，提高Ca2+/Cd2+降低Cd2+浓度，利于重金属钝化和消除其活性。无论是土 施还是水培，施钙对镉污染土壤都具有非凡的解毒作用。4 技术应用案例（1）天津项目300 吨/日污泥热碱水解及资源化处置项目：位于天津滨海新区，一期工程 （150吨/日）在2012年10 月投产运行；二期（150吨/日）2015年投产。该项 目获国家发改委2009 年“资源节约与环境保护项目”1000 万元资金支持，是天 津市最具规模的污泥处理及资源

11、化设施之一，目前处理来自塘沽、大港、津南和 天津市区污水处理厂污泥。该项目已连续稳定运行近 8 年。项目特点： 该污泥处理项目与津能国电热电厂、污水处理厂、建材厂相邻建设，在项目 之间实现了固废和热能的综合循环利用：1）热能的综合利用一次热能利用：电厂产生的一次蒸汽（160C饱和蒸汽）输送进入污泥处理 厂，利用蒸汽潜热完成污泥处理处置，一次蒸汽冷却为蒸汽冷凝水；二次热能利用：蒸汽冷凝水（80C热水）输送至建材厂养护窑为建材养护提供热量后，水下降至50C；三次热能利用：养护窑供热完成的热水（50C）在冬季输送至厂区办公楼作 为冬季供暖热源。供热后的水温大约为 30C；最终利用：最终该部分蒸汽冷凝

12、水再回流至电厂循环利用。2）固废处理及综合利用 污水厂脱水污泥送至污泥处理项目处理处置综合利用；电厂粉煤灰、炉渣等 作为建材厂原料进行固废综合利用；城市建筑垃圾运至建材厂处理后作为建筑材 料综合利用：图 2 污泥接收及储存系统图 3 污泥热碱水解处理系统图 4 固液分离系统图 5 蛋白浓缩系统（2）太原项目太原项目建设在太原市循环经济环卫产业示范基地，项目规模一期 500 吨/ 日（2019 年已投产），二期扩建至700 吨/日，主要接收并处理处置太原市污水 处理厂产生的脱水污泥。基地包括垃圾焚烧发电厂、餐厨垃圾处理厂、污泥处理 厂等，是以固废综合处理及循环利用为核心的综合性示范基地。图 6

13、太原项目现场照片（3）武汉项目该项目建设在湖北省武汉市某污水处理厂内，污泥处理规模为 120 吨/日（已I K1I局部唇知板框脱水亠 二I .Ii i，JJLjaM； 全翳闺灌装药剝及污 泥储仔眾觥建设完成），主要处理该污水处理厂产生的脱水污泥。全密闭主车河夕卜段新凤葩汀图 7 武汉项目现场照片5 总结市政活性污泥被世界水环境组织更名为“生物固体”，更加表明污泥是一种 资源，含有丰富的氮、磷、钾等营养物质，其特点和性质决定了污泥的根本出路 是资源化。另一方面，我国土壤过度使用化肥、缺乏有机质，土壤障碍问题日益 突出。污泥热碱水解处理处置技术将这两个问题相结合在实现污泥无害化、减量 化和无害化的同时彻底实现了污泥的全资源化，将污泥中提取回收的有益资源回 哺到人类赖以生存的土壤中，实现自然生态循环。有机钙蛋白产品的应用将为盐 渍化耕地和土壤的修复提供有力的技术和资源支撑，同时有机钙蛋白产品的应用 可减少化肥施用量 20%，减少农药施用量 10%，减少作物对化肥和农药的依赖性， 提升农产品品质，改善生态环境。“脱氮还田”是该技术对水处理行业以及中国 农业的巨大贡献：将氮以有机氮的形式提取出来，并回用至农业，为绿色农业提 供取之不尽的有机原料。符合国家拓展耕地以及建设绿水青山的长远政策。