如何把污泥從負變正：美國污水廠污泥堆肥實踐

時間：2018-06-14 來源：IWA國際水協會 作者：

位于賓夕法尼亞州中部Cumberland縣Mechanicsburg區的污水廠配有厭氧消化設備處理污泥，產出的污泥符合美國B級污泥的標準。但十年前，污水廠在尋找足夠農田來處置污泥時遇到了麻煩。當時唯一的替代方案是脫水后填埋，但其成本相當昂貴。出于對環境和成本的考慮，他們最終選擇將污泥升級為A級/特優級（Class A/Exceptional Quality，美國大部分州的Class A級污泥允許農用），這樣有利于擴大適用范圍以及創收。堆肥升級跟污水廠其他升級項目一起進行。Material Matters公司為整個過程提供了支持，包括可行性研究、中試、成本評估、堆肥設施設計要求、設備評估和推薦、啟動、軟件開發、申請許可、肥料注冊、產品和市場推廣等。他們聯同Mechanicsburg區政府，將9年的項目經驗總結發表在IWA期刊Water Practice & Technology中。

背景介紹

在過去，美國很多州的污泥都采用填埋處置。但污泥中包含的有害物質會對地下水的污染，污泥未經妥善處理就進行填埋將對環境產生危害。1993年，美國環保署(EPA)制訂了40CFRPart503條例，規范了污泥的土地利用。該條例除制定了農用污泥中有害重金屬的含量外，還將污泥分成要求嚴格的A級和較寬松的B級。40CFRPart 503條例中還對應用B級污泥的作物收成時間作了相應的規定；A級污泥則無此限制，而且可施用于花園、草地。

大概在2000年后，美國各地方政府紛紛建立了專門的污泥處置研究機構尋找新的解決方案。“切薩皮克灣支流戰略”（Chesapeake Bay Tributary Strategy）由周邊7個流域管轄區域聯合發起，包括特拉華、馬里蘭、賓州、紐約、弗吉尼亞、西弗吉尼亞和華盛頓特區。這個戰略為河流的營養物和污染物制定了減排計劃。Mechanicsburg污泥堆肥廠的建造正是污水處理廠相應這個戰略計劃的改進項目的一部分，建在污水廠廠址內，與當地的Silver Spring聯合堆肥廠接壤。Silver Spring聯合堆肥廠由兩個市政廳聯合運營，處理庭院垃圾，如樹葉、樹枝等。經過堆肥的樹葉分發給兩個地區的居民，木質垃圾經粉碎機處理后進行自堆肥，直到分發給兩個地區居民為止。這些粉碎的木質垃圾聯同其他體院垃圾用作污泥堆肥的填充劑。污水廠的工作人員負責兩個堆肥設施的運營和維護工作，而且兩個堆肥廠共享設備。

污泥堆肥的預處理

這個污水廠的污泥處理工藝如下圖所示。初始污泥與剩余污泥經混合后先進行重力濃縮處理，進入兩段式高效中溫厭氧消化器，其中第一段含混合攪拌和加熱，揮發性有機物降解率為45-55%，第二段則是靜置式，便于進一步濃縮。經厭氧穩定化處理的污泥進入帶式過濾機脫水，并添加聚合物作為絮凝劑。干污泥餅年產量約130噸，含固率為15-20%。這些泥餅將由卡車裝在進入污泥堆肥廠作進一步處理。

Mechanicsburg污水廠翻新改造的總覽圖

可行性評估和中試

2005 年，Mechanicsburg污水廠對污泥堆肥進行可行性研究，他們參觀了其他地方的污泥堆肥廠，并進行了成本效益分析。2007年秋天他們進行了中試試驗（如下圖），來驗證項目可行性，以及臭氣是否會對居民產生影響。堆肥時間、溫度和病原體等指標都很容易達到A級污泥的標準，并且沒有發現臭氣問題。他們認為這是厭氧處理得當，以及污泥和填充劑混合良好的結果。根據中試的效果，Mechanicsburg最終決定將污泥堆肥廠納入污水廠改進項目內。

2007年的中試現場

設計和施工階段

2008年Mechanicsburg污水廠升級改造的設計工作由Gannett Fleming公司中標，Material Matters公司成為污泥堆肥廠的分包商。其設計十分注重成本節約，例如為了將可用空間最大化，主體采用加蓋的開放式鋼結構。曝氣系統如下圖所示，由21個1.5馬力的風機組成。因為旁邊有一個市政公園和幾家公司辦公，臭氣風險十分受關注。他們在堆肥廠主體旁加建生物濾池來解決臭氣問題，與中試結果一致，堆肥系統運行至今沒有新增污水廠區的臭氣。

21個堆料段，每段配置一個風機

污水廠升級改造的水質管理排放申請在2009年4月提交給了賓州環保局，并于同年9月獲得了通過。項目建造招標在2010年4月舉行，并由Galway Bay和Garden Spot Electrical公司中標，建造工作從2010年夏天開始，到2013年夏天基本完成。

Mechanicsburg污水廠俯視圖，大片白色膜頂所在位置即為堆肥設施

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