1.4 污泥堆肥历史

说到污泥堆肥，什么是污泥堆肥？

污泥堆肥是指在人工控制下，在一定的水分、C/N比和通风条件下，通过微生物的好氧发酵作用，将有机废弃物转变为近似土壤特征物质的过程。在堆肥过程中，污泥中有机物由不稳定状态转化为稳定的腐殖质残渣，对环境尤其是对土壤环境不再构成危害。

说起来，堆肥技术处理有机废物具有悠久的历史。早在几个世纪前，世界各地农村自觉将落叶、杂草、海草、生活垃圾和人畜粪尿等混合堆积在一起使其发酵并制取农家肥，这就是原始的堆肥方式。关于这一点，早在我国宋代的《农书》中就有详细记载：“粪屋之中，凿为深池，筑以砖壁，勿使渗漏，凡扫除之土，燃烧之灰，簸扬之糠秕，断篙落叶，积而焚之，沃以粪汁积之即久，不觉甚多，凡欲播种，筛去瓦石，取其细者，和匀种子，疏把撮之，待其苗长，又撒以壅之，何患收成不倍厚也哉。”

就现代意义上堆肥概念而言，真正对堆肥技术进行科学探讨则始于20世纪初叶。根据美国公用事业协会报道，最早的堆肥工艺起源于1920年，英国人A. HowMd开始把落叶、垃圾、动物及人的粪尿在土坑内堆成约1.5m高的堆体，经过6个月2次的翻堆，即可获得产品，此法称为印多尔法。印多尔法的堆肥技术，仅限于厌氧发酵。

1922年，贝卡利（Bccari）在意大利取得一项堆肥专利。这是一种封闭的系统，先使固体有机物厌氧发酵，然后送空气促其好养发酵。作为此法改良的维尔德利尔（Verdlier）法，使厌氧发酵的渗出液循环使用，再充分供给空气，以促进物料短期熟化。该法在法国南部得到推广应用。另一种改良的博达斯法则是依靠插入管子进行堆体内充分通风，不用厌氧发酵，全过程好氧发酵，致使发酵周期可缩短20d左右。

1925年，贝盖洛尔（Bangalore）对“印多尔法”进行了改进。为了促进堆肥的好氧发酵，将固体废弃物和人粪肥分层交叠堆积，并将翻动次数由1～2次改为多次，堆肥腐熟期为4～6个月。这就是以好氧发酵方式完成的贝盖洛尔堆肥法。此后，世界各国在此基础上对有机固体废弃物的堆肥化技术进行了系统的规模化研究，并取得了很大的进展。贝盖洛尔堆肥法在印度、德国、英国、美国、新西兰、澳大利亚和亚洲等地得到广泛应用。

1932年，荷兰VAW公司对Bangalore法进行了改进，建成了范曼奈法堆肥厂。其改进主要是在搅拌方法上采用了机械翻动模式，而在混合原料堆制过程中（20～180d）不做任何处理。生产过程为：将未经破碎的垃圾用水调节，在室外堆放4～6个月（厌氧分解），然后破碎、分选得产品。因臭气、苍蝇和老鼠等问题，翻堆采用远处遥控的方法。

1933年，在丹麦出现Dano堆肥法，运用卧式回转窑发酵仓进行好氧发酵，标志着连续性机械化堆肥工艺的开端。此法的显著特点是发酵周期短，一般只需3～4d。达诺法在西欧和日本都得到了广泛应用，目前世界上包括意大利、英、美等国约有150多家这样的工厂。与此同时，在法国开发出了巴登堆肥法，其特点是先将垃圾中不易堆肥的无机物去除，再与排水系统中的消化污泥一起混合均匀，露天堆置发酵4～6个月即可腐熟。这是最早的堆垛式污泥堆肥的雏形。

1940年，Thomas堆肥法的问世导致了高速堆肥的迅速发展。该法采用多段竖炉发酵仓，发酵仓内物料从上至下逐层移动，并加强了发酵过程中的通风和搅拌强度，使得发酵温度高、周期短、腐熟度高。至此，工业化堆肥技术已经初步形成。

20世纪70年代以后，许多堆肥工艺不断得到完善，一些新的工艺也被开发出来。70年代初，美国加利福尼亚州的洛杉矶和东海岸、宾夕法尼亚州的费城、科罗拉多州的丹佛等地通过对传统的厌氧发酵工艺进行改良，相继开发出了常规条垛堆肥化工艺、充气条垛堆肥化工艺和静态垛充气堆肥化工艺。同时，美国农业部农业研究所在马里兰州贝尔茨维莱开始研究下水道污泥，并创建了针对污泥的Beltsvine静态垛充气堆肥化工艺。静态垛充气堆肥化工艺的问世，从根本上改变了传统使用的自然通风系统的弊病，使风量和风速可以按堆肥化进程的需要加以人工控制，从而缩短了堆肥周期，提高了污泥处理能力和处理效果。至此，无发酵装置的污泥堆肥化工艺进入了一个崭新的发展阶段。

20世纪70年代中期，污泥堆肥化技术得到了美国环境保护局（EPA）的认可。在EPA的支持下，新泽西州Rufgers大学提出了更有利于堆肥化进行和恶臭控制的强制通风方式。德国压丸工艺的出现，使充气条垛和静态垛堆肥化工艺更加完善，以这两个工艺为基础的两步堆肥发酵法在美国深受欢迎。

20世纪80年代前后随着科学技术的不断进步，污泥堆肥化工艺设计逐渐朝着工业化、系统化方向发展。许多国家如美、英、德、法等国相继进行了利用各种发酵装置进行封闭式污泥发酵工艺试验。1978年，法国成功地开发出了Trige污泥堆肥化工艺。不久，德国人Oger提出了BAV反应槽封闭充气式堆肥化系统，并在法国首先得到了推广应用。目前，德国已有20多个污泥堆肥厂应用这种工艺。英国万历普堆肥工厂引用目前最流行的Dono工艺，年可生产堆肥达4万t。美国佛罗里达州堆肥厂采用更先进的塔式堆肥化工艺，污泥混合物料从下部送入，边输送边振荡，这种工艺可将污泥发酵周期缩短为6d。近年来，日本主要致力于机械化污泥堆肥技术研究。到目前已在神户、大阪等地开发出了卧式（污泥混合物料沿水平方向移动）、竖式（混合物料沿垂直方向移动）、斜式（物料沿斜坡移动）等多种发酵仓系统的污泥堆肥化工艺，并有17种已投入使用。

但是，随着发达国家对污泥堆肥产品的卫生标准的日益严格，以及人们环保意识的逐步提高，使各方面更重视污泥堆肥产品的重金属含量、有毒元素含量对人的健康的危害和影响，而污泥堆肥产品的重金属含量及有毒元素含量又往往处于波动状态，偶尔还会超过规定的极限标准值，引起了各方面的高度重视，这种状况在一定程度上限制了堆肥产品的销售，加之大型机械化堆肥厂运营成本过高，产品的质量问题也难以稳定，限制了污泥堆肥技术的应用和污泥堆肥设施的建设，抑制了污泥堆肥的健康发展。

进入20世纪90年代后，欧美发达国家对污泥填埋的标准和焚烧处理排放标准都不同程度地进行修订并进一步提高，焚烧处理和填埋处理成本也随之增加。因此，生物降解废弃物的污泥堆肥处理又呈上升的发展趋势。

我国是个农业大国，自古以来农村就有农家堆肥的传统方法。从“八五”开始，我国着手开展污泥工业化堆肥技术研究，“九五”期间机械科学研究总院环保所、北京环科院等单位完成了唐山市、秦皇岛市和北京市密云县3项污水处理厂污泥堆肥示范工程。目前保持正常运行的仅有唐山市西郊污水处理厂污泥堆肥项目。国内虽然陆续建设了北京市大兴区、太原市、烟台市、洛阳市等市政污泥堆肥工程，以及天津市石化、山东省晨鸣纸业等工业污泥堆肥项目，尤其是2012年投运的沈阳市污水处理厂1000t/d污泥堆肥项目，创造了目前世界上同类技术处理规模之最，也使得中国的机械化污泥堆肥技术迅速接近国际先进水平，但在污泥堆肥产品的土地利用方面还有一段较长的路要走。