污泥智能多段回轉(zhuǎn)高溫好氧發(fā)酵處理工程設(shè)計(jì)
李艷杰，李琳
（上海萬唐工程技術(shù)有限公司）
摘要：污泥智能多段回轉(zhuǎn)高溫好氧發(fā)酵技術(shù)是污泥處理的方法之一，通過好氧性微生物的新陳代謝作用，使污泥中有機(jī)物轉(zhuǎn)化成富含植物營養(yǎng)物的腐殖質(zhì)，反應(yīng)的最終代謝物是 CO2、H2O 和熱量，大量熱量使物料維持一定的高溫，降低物料的含水率，有效地去除病原體、寄生蟲卵和雜草種子，使污泥達(dá)到減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化目的。本文以內(nèi)蒙古赤峰市阿旗天山鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置項(xiàng)目為例介紹了污水處理廠污泥處置工程建設(shè)情況，對城市污水處理廠污泥處置工藝選擇和項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。
關(guān)鍵詞：污泥處理；高溫好氧發(fā)酵；污水處理廠；工程設(shè)計(jì)
污泥是污水處理后的副產(chǎn)物，是一種由有機(jī)物、細(xì)菌菌體、病原體、無極顆粒、膠體、重金屬等組成的非均質(zhì)體，如處置不當(dāng)將對周圍人民的身體健康早成危害，對周圍環(huán)境造成二次污染。目前，我國城鎮(zhèn)污水處理過程中產(chǎn)生的剩余污泥具有含水率高、易腐爛、有惡臭、含有大量寄生蟲卵與病原微生物的特點(diǎn)，過去只作為固體廢棄物稍作處理便棄置，大量未經(jīng)處理的污泥沒有正常出路，至今許多城市仍然采用露天堆放或填埋的方法，造成了城市周圍垃圾成山、蚊蠅孽生、污染環(huán)境和地下水源的不良后果。因此，污水污泥如不加以妥善處理、任意排放，或者污泥處理處置不當(dāng)直接施入農(nóng)田，都會引起嚴(yán)重的環(huán)境二次污染，導(dǎo)致污水處理作用前功盡棄，污水處理的環(huán)境效益和社會效益將大打折扣。因此對城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥進(jìn)行綜合治理、最大限度地降低城市污泥造成的二次污染是十分必要的。
1、工程概況
阿旗天山鎮(zhèn)污水處理廠服務(wù)范圍為整個天山鎮(zhèn)的生活污水及工業(yè)廢水，近期規(guī)模（～2015年）2.0萬m3/d，遠(yuǎn)期規(guī)模（～2020年）4.0萬m3/d。日產(chǎn)含水率80%的脫水污泥約20t。為使阿旗天山鎮(zhèn)污水處理廠的污泥盡快得到穩(wěn)定化、減量化、無害化處理，為后續(xù)的污泥處置提供有利條件，阿旗天山鎮(zhèn)污水處理廠采用采用污泥智能多段回轉(zhuǎn)高溫好氧發(fā)酵裝置對污水處理廠的脫水污泥進(jìn)行處理，脫水污泥經(jīng)生物發(fā)酵后產(chǎn)品質(zhì)量的理化指標(biāo)，最終含水率<30%、糞大腸桿菌值＞0.01、蠕蟲卵死亡率＞95%、產(chǎn)品種子發(fā)芽率＞80%，符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質(zhì)》(GB/T23486-2009)等土地利用指標(biāo)要求，本項(xiàng)目考慮污泥處置后作為綠化及非農(nóng)用土壤改良的基質(zhì)土，可用于阿旗城市園林綠化用土或周邊土壤改良。
2、工藝流程
本項(xiàng)目生產(chǎn)工藝采用多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵方法，污泥高溫好氧發(fā)酵系統(tǒng)是其方法中最主要的工藝系統(tǒng)，脫水污泥進(jìn)入污泥發(fā)酵系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)酵，污泥發(fā)酵的主要設(shè)備多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙是通過好氧性微生物的新陳代謝作用，使污泥中有機(jī)物轉(zhuǎn)化成富含植物營養(yǎng)物的腐殖質(zhì)，反應(yīng)的最終代謝物是CO2、H2O和熱量，大量熱量使物料維持一定的高溫，降低物料的含水率，有效地去除病原體、寄生蟲卵和雜草種子，使污泥達(dá)到減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化目的。其工藝流程見下圖2-1詳見：中國給水排水2019年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級研討會（第十屆） 論文集
圖2-1 阿旗天山鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理工藝流程
污泥處置系統(tǒng)主要包括前處理系統(tǒng)、好氧發(fā)酵系統(tǒng)、后處理系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)。其中前處理系統(tǒng)主要包括物料儲存、輸送及混料系統(tǒng)；好氧發(fā)酵系統(tǒng)為整個污泥處置的核心階段，包括多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙、布料及進(jìn)出料系統(tǒng)；后處理系統(tǒng)包括物料篩分及成品輸送等；輔助系統(tǒng)主要用于去除系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的水蒸氣及尾氣。
2.1 前處理系統(tǒng)
前處理系統(tǒng)主要包括料倉、計(jì)量系統(tǒng)、皮帶輸送機(jī)及混料機(jī)等設(shè)備。
2.1.1 料倉及計(jì)量系統(tǒng)
A、原理及參數(shù)
利用專用車輛將污泥、輔料及返料分別傾倒入料倉中，料倉底部雙螺旋輸送機(jī)將料倉內(nèi)暫存的物料輸出至后續(xù)處理單元。
介質(zhì)：污泥料倉及計(jì)量螺旋儲存及輸送含水率約80%的脫水污泥；輔料和返料料倉及計(jì)量螺旋儲存及輸送含水率10-30%的輔料（秸稈等）和含水率30~45%的返料。
數(shù)量：3套
料倉有效容積：V=5m3
料倉及計(jì)量系統(tǒng)主要參數(shù)
表2-1
|
編號 |
名稱 |
規(guī)格性能 |
單位 |
數(shù)量 |
備注 |
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1 |
污泥料倉及計(jì)量螺旋 |
有效容積5立方米,材質(zhì)為碳鋼防腐，配帶有支架；采用雙螺旋輸送機(jī)進(jìn)行計(jì)量，輸送能力2.5t/h，變頻控制。 |
套 |
1 |
|
|
2 |
輔料料倉及計(jì)量螺旋 |
有效容積5m3,材質(zhì)為碳鋼防腐，配帶有支架；采用雙螺旋輸送機(jī)進(jìn)行計(jì)量，輸送能力2.5t/h，變頻控制。 |
套 |
1 |
|
|
3 |
返料料倉及計(jì)量螺旋 |
有效容積5m3,材質(zhì)為碳鋼防腐，配帶有支架；采用雙螺旋輸送機(jī)進(jìn)行計(jì)量，輸送能力2.5t/h，變頻控制。 |
套 |
1 |
|
B、設(shè)備性能
料倉及計(jì)量系統(tǒng)由料倉、雙螺旋計(jì)量輸送機(jī)等組成。其中，料倉包括倉體、蓋板及配套鋼結(jié)構(gòu)架等組成，雙螺旋計(jì)量輸送機(jī)由傳動裝置、雙螺旋、配套附件等組成。
2.1.2 混料機(jī)
A原理及參數(shù)
混料機(jī)是采用正反交替的螺旋葉片使物料在殼體內(nèi)交替前進(jìn)，在前進(jìn)的過程中使污泥、秸稈等物料產(chǎn)生復(fù)雜的空間螺旋運(yùn)動，物料在殼體內(nèi)相互交融、對流、進(jìn)退、互換等功能，延長了物料的相對攪拌時間，使物料能夠攪拌、混合均勻，以符合物料成品的要求。
處理能力：3.5t/h
混合均勻度：>75%
混料機(jī)的主要參數(shù)
表2-2
|
編號 |
名稱 |
規(guī)格性能 |
單位 |
數(shù)量 |
備注 |
|
1 |
混料機(jī) |
雙螺旋式，處理能力3.5t/h，混合均勻度>75% |
臺 |
1 |
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B、設(shè)備性能
混料機(jī)主要由螺旋軸總成、殼體、傳動裝置、底座及支架等部分組成。螺旋軸的組成部分主要有左右旋向螺旋軸、軸承座、軸承套、軸承蓋、齒輪、鏈輪、油杯、葉片等零部件。左右旋向螺旋軸制造精度高，工藝性能好，與軸承座、軸承套、軸承蓋有嚴(yán)格的配合要求。葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理簡單，磨損之后易于更換，使用壽命長。
2.2 好氧發(fā)酵系統(tǒng)及后處理系統(tǒng)
好氧發(fā)酵和后處理系統(tǒng)主要包括進(jìn)出料系統(tǒng)、多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙、篩分機(jī)等設(shè)備。
2.2.1 多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙
A、原理及參數(shù)
多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙是將脫水污泥無害化、資源化處理的專用設(shè)備，該設(shè)備是混合物料與空氣充分接觸，通過好氧性微生物的生物代謝作用，使污泥中有機(jī)物轉(zhuǎn)化成富含植物營養(yǎng)物的腐殖質(zhì)，反應(yīng)的最終代謝物是CO2、H2O和熱量，大量熱量使物料維持在55℃以上的高溫，降低物料的含水率，有效地去除病原體、寄生蟲卵和雜草種子，使污泥達(dá)到減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化目的。
單臺處理能力：10t/d
發(fā)酵物料：脫水污泥、輔料（返料）的混合物料
發(fā)酵周期：5-7d
筒體充滿度：60-70%
安裝傾角：2°
轉(zhuǎn)速：0-4r/h，可調(diào)
產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：理化指標(biāo)：含水率<30%；衛(wèi)生學(xué)：糞大腸桿菌值＞0.01，蛔蟲卵死亡率＞95%。
多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙主要參數(shù)
表2-4
|
編號 |
名稱 |
規(guī)格性能 |
單位 |
數(shù)量 |
備注 |
|
1 |
多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙 |
處理能力10t/d；尺寸：直徑×長度=3×30m； |
套 |
2 |
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B、設(shè)備性能
該設(shè)備通過進(jìn)料螺旋將混合物料送入，當(dāng)混合物料量不大于多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙內(nèi)的70%時，向發(fā)酵艙內(nèi)供入新鮮空氣，保證該設(shè)備發(fā)酵端溫度不小于55度（低時加大空氣供給量），從而達(dá)到發(fā)酵的要求。
多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙分為三個階段：升溫段、好氧發(fā)酵段、脫水干化段。該設(shè)備通過齒輪傳動保證多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙回轉(zhuǎn)運(yùn)動，通過回轉(zhuǎn)運(yùn)動保證物料均勻翻動。在筒體回轉(zhuǎn)運(yùn)動及擋板的作用下，可增強(qiáng)物料在筒體內(nèi)的混合效果，并使物料連續(xù)均勻到達(dá)出料端。空氣經(jīng)供氧風(fēng)機(jī)通過選擇性氣量分配閥，按工藝要求送入發(fā)酵艙筒體的底部，保證提供物料所需的充分的氧氣。通過排氣風(fēng)機(jī)將筒體內(nèi)的尾氣、濕氣排出，保證設(shè)備間內(nèi)良好的操作環(huán)境。
多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙由進(jìn)料部、回轉(zhuǎn)筒體部、曝氣部、空氣分配部、傳動部、出料部組成。
a發(fā)酵艙具有連續(xù)、穩(wěn)定地接收混合物料、連續(xù)出料等功能；系統(tǒng)具有24小時連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力；
b充分考慮該設(shè)備所承接的物料（由脫水污泥、秸稈及返料按比例混合充分后的混合物料）、高溫好氧發(fā)酵過程的溫度（55-70℃）、濕度及廢氣等腐蝕因素，對發(fā)酵艙及附件進(jìn)行防腐處理，以確保裝置的穩(wěn)定性及壽命；
c多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙配套智能溫控系統(tǒng)、智能氧含量控制系統(tǒng)等，根據(jù)不同發(fā)酵階段溫度和需氧量與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)控進(jìn)行智能通風(fēng)，并可實(shí)現(xiàn)多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙旋轉(zhuǎn)時物料底部供氣。供氣系統(tǒng)曝氣器保證能在不清空物料的前提下，從筒內(nèi)取出進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)或更換，且具有抗壓、防堵塞、曝氣均勻等功能，設(shè)備內(nèi)曝氣器合理布置，滿足好氧發(fā)酵和污泥干化、排氣等要求。供氣系統(tǒng)采用大阻力形式，保證曝氣器阻力和出氣量均衡。
d發(fā)酵艙安裝在線溫度儀、在線氧濃度儀等配套儀表，可時時監(jiān)控污泥高溫好氧發(fā)酵過程的溫度及氧濃度等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)上傳至PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；
e發(fā)酵艙進(jìn)出料口、連接口進(jìn)行密封處理，無物料、水汽等泄露。
2.3 輔助系統(tǒng)
輔助系統(tǒng)主要包括供氧及尾氣吸收裝置，為好氧發(fā)酵提供新鮮氧氣，同時將發(fā)酵過程中產(chǎn)生的水蒸氣及二氧化碳等物質(zhì)吸收統(tǒng)一處理，達(dá)到排放要求。
2.3.1 供氧系統(tǒng)
A原理及參數(shù)
供氧系統(tǒng)為多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙補(bǔ)充新鮮氧氣，為好氧微生物的新陳代謝提供充足的氧氣。
設(shè)備主要參數(shù)
表2-5
|
編號 |
名稱 |
規(guī)格性能 |
單位 |
數(shù)量 |
備注 |
|
1 |
供氧風(fēng)機(jī) |
Q=3000m3/h，P=4500Pa |
臺 |
2 |
|
2.3.2 尾氣吸收裝置
A原理
尾氣吸收裝置將發(fā)酵過程中產(chǎn)生的水蒸氣及二氧化碳等物質(zhì)吸收統(tǒng)一處理，達(dá)到排放要求。
設(shè)備主要參數(shù)
表2-6
|
編號 |
名稱 |
規(guī)格性能 |
單位 |
數(shù)量 |
備注 |
|
1 |
尾氣吸收風(fēng)機(jī) |
Q=7000m3/h，P=1500Pa |
臺 |
1 |
|
|
2 |
循環(huán)水泵 |
Q=15m3/h，H=15m |
臺 |
2 |
|
|
3 |
洗滌塔 |
Q=6000m3/h |
臺 |
1 |
|
B、設(shè)備性能
在污泥好氧發(fā)酵的過程中，堆體中會有大量的水蒸氣、二氧化碳、少量的氨氣及其他揮發(fā)性有機(jī)等被釋放出來。為避免二次污染，根據(jù)污染物易溶于水的特性采用逆流式洗滌工藝進(jìn)行處理，即利用氣體與液體間的接觸，而將氣體中的污染物傳送到液體中，然后再將清潔氣體與被污染的液體分離，達(dá)到清凈空氣的目的。如污染物濃度過高時，可向洗滌塔中添加部分化學(xué)藥劑進(jìn)行強(qiáng)化處理。洗滌塔系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)將收集到的廢氣吸入洗滌塔內(nèi)，自塔頂向下以小液滴狀噴撒而下，流經(jīng)填充層段（氣/液接觸反應(yīng)之介質(zhì)），讓廢氣與填充物表面流動的噴淋水充分接觸，以吸附廢氣中所含的污染物。
3、生產(chǎn)配比及原輔材料消耗量
本項(xiàng)目生產(chǎn)污泥肥所需的原材料主要有污水廠污泥、玉米秸桿。阿旗天山鎮(zhèn)污水處理廠每天產(chǎn)生含水率80%的污泥20噸，年可產(chǎn)生污泥(80%含水率)約7000噸。天山鎮(zhèn)是農(nóng)業(yè)大鎮(zhèn)，玉米秸桿產(chǎn)量大，原材料供應(yīng)充足，可以保證處理掉污水處理廠產(chǎn)生污泥。
污泥按重量污泥(80%含水率)：玉米秸桿6~4：1比例進(jìn)行配比。日產(chǎn)污泥肥(約為30%含水率)15噸，年產(chǎn)污泥肥約5400噸。
主要原輔材料消耗表
表3-1
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序號 |
原 料 及 規(guī) 格 |
單位 |
年用量 |
|
一 |
主要原材料 |
|
8400 |
|
1 |
污泥(80%含水率) |
t |
7000 |
|
2 |
玉米秸桿 |
t |
1400 |
|
二 |
輔助材料 |
|
|
|
1 |
包裝袋 |
萬套 |
5 |
4、物料平衡
詳見：中國給水排水2019年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級研討會（第十屆） 論文集
5、主要建、構(gòu)筑物的建筑特征、結(jié)構(gòu)及面積方案
本項(xiàng)目新建建筑面積1325.61m2。具體如下：
5.1 預(yù)處理車間
建預(yù)處理車間1棟，單層，占地面積472.77m2，建筑面積472.77m2。長30.90m，寬15.30m，高5.80m，框架結(jié)構(gòu)，獨(dú)立基礎(chǔ)。
5.2 發(fā)酵車間
建發(fā)酵車間1棟，單層，占地面積852.84m2，建筑面積852.84m2。長61.80m，寬13.80m，高9.40m，框架結(jié)構(gòu)，獨(dú)立基礎(chǔ)。
建筑物耐火等級一級，生產(chǎn)類別為丙類，新建建筑物結(jié)構(gòu)型式和建筑面積詳見主要建、構(gòu)筑物一覽表。
主要建、構(gòu)筑物建筑特征一覽表
表5-1
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序號 |
建筑物名稱 |
建筑面積（m2） |
結(jié)構(gòu) 形式 |
層數(shù)(層) |
層高 (m) |
基礎(chǔ) 形式 |
備注 |
|
1 |
預(yù)處理車間 |
472.77 |
框架結(jié)構(gòu) |
1 |
5.80 |
獨(dú)立基礎(chǔ) |
|
|
2 |
發(fā)酵車間 |
852.84 |
框架結(jié)構(gòu) |
1 |
9.40 |
獨(dú)立基礎(chǔ) |
|
|
|
合 計(jì) |
1325.61 |
|
|
|
|
|
6、項(xiàng)目特點(diǎn)
本項(xiàng)目污泥處置流程采用污泥高溫好氧發(fā)酵—多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙方式處理。多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙具有發(fā)酵周期短，發(fā)酵充分完全，不產(chǎn)生臭味，占地面積小，操作方便，運(yùn)行維護(hù)簡單的特點(diǎn)。發(fā)酵艙出料含水率低，一般在30%以下，且品質(zhì)良好，可作為有機(jī)肥料。
多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙具有智能監(jiān)測與供氧技術(shù)。監(jiān)測系統(tǒng)與運(yùn)行相輔相成。多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙設(shè)多個在線檢測儀表，進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測終端系統(tǒng)，通過建立數(shù)學(xué)模塊，進(jìn)行在線數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)智能供氧與進(jìn)料的同步性，根據(jù)不同區(qū)域的需氧量，在保證堆體內(nèi)部溫度的同時，最大程度的為好氧微生物提供氧氣，最大化的進(jìn)行好氧發(fā)酵，防止厭氧發(fā)酵的發(fā)生，也防止堆體內(nèi)部溫度的降低。從而在根源上減少臭氣的產(chǎn)生，同時利用尾氣處理系統(tǒng)抽出水蒸氣與產(chǎn)生的少量臭氣，進(jìn)行噴淋洗滌，達(dá)標(biāo)排放。多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙從根源上解決了好氧發(fā)酵中最重要的供氧量與溫度之間的矛盾關(guān)系，也最大程度的減少了臭氣的產(chǎn)生。與傳統(tǒng)槽式好氧發(fā)酵相比，具有以下特點(diǎn)：
1）發(fā)酵周期可縮短一半，發(fā)酵完全充分，且整個發(fā)酵過程全封閉，車間內(nèi)操作環(huán)境好，無水汽和粉塵；
2）無需昂貴的翻拋設(shè)備，自身旋轉(zhuǎn)和風(fēng)機(jī)供氧即可滿足微生物好氧發(fā)酵要求；
3）多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙設(shè)有多參數(shù)智能監(jiān)控系統(tǒng)，自動化程度高，可實(shí)現(xiàn)無人值守；
4）設(shè)備整體運(yùn)行功率較小，噪音低，運(yùn)行成本低；
5）占地面積小，易于操作和運(yùn)行維護(hù)；
6）布?xì)庀到y(tǒng)先進(jìn)高效，易于拆卸和檢修，同時不影響生產(chǎn)運(yùn)行；
7）處理后成品含水率低于30%。
7、結(jié)語
項(xiàng)目實(shí)施符合國家產(chǎn)業(yè)政策；項(xiàng)目建設(shè)基礎(chǔ)條件好；本項(xiàng)目投運(yùn)后即可徹底解決污水處理廠污泥污染問題，消除會散發(fā)惡臭、導(dǎo)致病害及污染環(huán)境的有機(jī)物和病原菌以及其他有毒有害物質(zhì)，使污泥衛(wèi)生化、穩(wěn)定化，并真正做到污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化處置。
本項(xiàng)目可以徹底解決污水處理廠污泥的污染問題，解決污水處理廠的后顧之憂，使污水處理廠正常轉(zhuǎn)運(yùn)。改善天山鎮(zhèn)的環(huán)境，徹底解決二次污染問題，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益，生態(tài)效益和社會效益明顯。
詳見：中國給水排水2019年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級研討會（第十屆） 論文集
