中國污泥堆肥技術(shù)變遷與發(fā)展趨勢
洛陽污泥一期、二期工程時間跨度近10年，為數(shù)據(jù)分析與經(jīng)驗積累提供了難得的機(jī)遇。分別對洛陽污泥兩期工程概況、工藝流程、工程設(shè)計、設(shè)計特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并對核心設(shè)計參數(shù)進(jìn)行了對比�？偨Y(jié)了我國污泥堆肥技術(shù)從始至今經(jīng)歷的三個階段，介紹了洛陽污泥兩期工程在其中的位置，以及每一階段堆肥技術(shù)總體發(fā)展趨勢。
洛陽市污泥處理廠源自洛陽瀍東污水處理廠污泥無害化處理工程，也稱洛陽污泥一期工程，自2007年投運(yùn)至今已超過10年。該項目創(chuàng)造了多項 “第一”：中國第一座200 t級污泥堆肥項目，第一座利用外國政府貸款建設(shè)的污泥處理項目，同時還是業(yè)內(nèi)著名的德國BACKHUS系統(tǒng)在中國的第一個應(yīng)用案例。
隨著社會發(fā)展速度的加快，為適應(yīng)環(huán)境與需求的變化，洛陽污泥處理廠進(jìn)行了改擴(kuò)建工程，并于2014年底完工投入使用，也稱洛陽污泥二期工程。該項目第一次由完全自主知識產(chǎn)權(quán)國產(chǎn)堆肥系統(tǒng)完整替代進(jìn)口系統(tǒng)，同時也是唐山城市污泥處理工程后國產(chǎn)SACT系統(tǒng)又一應(yīng)用范例。洛陽污泥一、二期工程時間跨度近10年，設(shè)計均由機(jī)科發(fā)展公司承擔(dān)，這也從設(shè)計意圖根源上為數(shù)據(jù)分析與經(jīng)驗積累提供了難得的機(jī)遇。
1 洛陽污泥一期工程設(shè)計
1.1 項目概況
洛陽瀍東污水處理工程污泥無害化處理項目是瑞典政府貸款項目——洛陽瀍東污水處理工程配套項目，主要解決瀍東污水處理廠和澗西污水處理廠(部分)脫水污泥無害化處理問題。項目建設(shè)地點(diǎn)位于洛陽市區(qū)北部邙山嶺，距市區(qū)規(guī)劃區(qū)邊緣8 km，廠址距最近的水口村村民居住地約2 km，距北郊機(jī)場1 km，距離瀍東污水處理廠20 km左右。廠址地勢較高，四周空曠，通風(fēng)條件較好。
項目處理規(guī)模為228 t/d(含水率82%)，總占地面積126 152㎡。建設(shè)內(nèi)容包括污泥晾曬車間、好氧堆肥車間、營養(yǎng)土造粒車間、營養(yǎng)土存放庫、成品及原料存放庫等車間設(shè)施。項目于2006年開工建設(shè)，2007年12月投入運(yùn)行。
1.2 工藝流程
項目采用動態(tài)(翻堆曝氣)條垛堆肥工藝，核心設(shè)備采用德國BACKHUS車式翻堆機(jī)，并設(shè)置了較為完善的營養(yǎng)土造粒(制肥)系統(tǒng)，工藝流程如圖1所示。
1.3 工程設(shè)計
項目主要處理設(shè)施包括污泥機(jī)械翻堆晾曬車間16座，好氧堆肥車間1座，營養(yǎng)土造粒車間1座，營養(yǎng)土存放庫1座，成品及原料存放庫1座。
1.3.1 污泥機(jī)械翻堆晾曬車間
(1)晾曬處理工序描述。每天將從污水處理廠運(yùn)來的228 t脫水污泥運(yùn)至晾曬車間，用專用晾曬翻堆設(shè)備將污泥鋪平，經(jīng)過15 d的自然晾曬，使脫水污泥含水率由82%降到65%，體積減容約一半，以便于與其他干料混合后堆肥。晾曬過程完全依靠太陽能以及晾曬翻堆設(shè)備作用，通過翻動增大污泥水份蒸發(fā)面積和蒸發(fā)速率來降低污泥的含水率。
(2)晾曬車間的設(shè)計。該項目晾曬車間設(shè)計如采用污泥晾曬停留時間15天，污泥鋪攤厚度為15 cm，校核晾曬車間總面積為28 500 ㎡，按照晾曬車間總面積39 680 ㎡則污泥鋪攤厚度約為11 cm，滿足要求。因此最終確定晾曬車間總面積為39 680 ㎡。
共設(shè)置16個晾曬車間，每個車間的平面尺寸為62 m×40 m，面積為2 480 ㎡。
1.3.2 好氧堆肥車間
污泥經(jīng)過太陽能干化后，每天將有117 t晾曬污泥通過載重車運(yùn)輸進(jìn)入堆肥車間相應(yīng)位置，裝載機(jī)按照比例添加干料、熟料并將混合物料整理成條垛，之后采用車式翻堆機(jī)定期將物料翻堆、打散，發(fā)酵最高溫度可達(dá)70 ℃，污泥中的病原體、雜草種子等被殺死，經(jīng)過15 d左右的充分好氧發(fā)酵，污泥含水率降到35%左右，顆粒小于15 mm，實(shí)現(xiàn)污泥減量化、無害化的目的。
車間工藝尺寸：162 m×48 m×9 m;停留時間：15 d;翻堆頻率：1次/2 d～1次/d。
1.3.3 營養(yǎng)土造粒車間
好氧堆肥后的產(chǎn)物(營養(yǎng)土)含水率在35%左右。為了利于用戶施用，以及便于儲存及運(yùn)輸，將部分營養(yǎng)土送入營養(yǎng)土造粒車間制成顆粒，顆粒含固量≥90%，顆粒形狀為球狀;粒徑3~8 mm。項目設(shè)計日產(chǎn)成品顆粒為24 t，年產(chǎn)8 400 t規(guī)模。
1.3.4 營養(yǎng)土存放庫
好氧堆肥后的污泥經(jīng)無害化處理后，部分通過自卸車運(yùn)到該存放庫，根據(jù)需要每天進(jìn)庫量32 t。營養(yǎng)土存放庫總建筑面積為1 440 ㎡，尺寸40 m×36 m×6.8 m。營養(yǎng)土存放高度為2 m，儲存周期約為60 d。
1.3.5 成品及原料存放庫
營養(yǎng)土造粒車間每天生產(chǎn)24 t營養(yǎng)土顆粒，存放于成品及原料存放庫，總建筑面積為1 008 ㎡，尺寸42 m×24 m×6.8 m。成品為25 kg、50 kg兩種袋裝產(chǎn)品，通過叉車堆放高度可達(dá)4 m，儲存周期為60 d。剩余面積用于存放干料。
1.4 設(shè)計特點(diǎn)
(1)簡潔的工藝流程。項目工藝流程簡潔，管理水平要求較低，系統(tǒng)可靠性較高，抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)。
(2)自然晾曬前處理工序。自然晾曬作為好氧堆肥前處理工序，具有減量化程度高、運(yùn)行成本低等優(yōu)勢，在用地和自然條件允許的情況下，自然晾曬是經(jīng)濟(jì)有效的堆肥預(yù)處理技術(shù);與傳統(tǒng)自然晾曬系統(tǒng)相比，洛陽項目采用全FRP屋面板晾曬車間，自然氣候適應(yīng)性和運(yùn)行可靠性明顯提高。
(3)封閉式大跨度堆肥車間和車式翻堆機(jī)的應(yīng)用。動態(tài)條垛式堆肥工藝在國外多為露天條件下采用，洛陽項目同樣基于自然氣候適應(yīng)性和運(yùn)行可靠性的考慮，并根據(jù)車式翻堆機(jī)的特點(diǎn)設(shè)計了封閉式大跨度堆肥車間，162 m的車間長度和136 m的條垛長度使翻堆機(jī)盡量直線運(yùn)行，減少挑頭作業(yè)，提高設(shè)備有效利用率，并且在增加車間封閉性的前提下，最大程度適應(yīng)設(shè)備使用條件。
(4)完善的制肥系統(tǒng)。項目設(shè)置了完善的營養(yǎng)土造粒生產(chǎn)線，可以生產(chǎn)有機(jī)顆粒肥，略加改造即可滿足有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥料生產(chǎn)要求，并且設(shè)置了專門顆粒肥料庫房。
2 洛陽污泥二期工程設(shè)計
2.1 項目概況
洛陽市污泥處理廠改擴(kuò)建工程主要解決瀍東污水處理廠、澗西污水處理廠和新區(qū)污水處理廠近期脫水污泥無害化處理問題，此外大幅度提升了自動化程度和二次污染控制水平，項目建設(shè)地點(diǎn)位于一期工程內(nèi)。
項目處理規(guī)模為328 t/d(含水率82%)，包含新建原料接收間、污泥發(fā)酵車間、生物除臭濾池、原料庫、污泥成品庫、變配電間、消防水池及泵房、地量衡與計量間等車間設(shè)施。項目于2013年開工建設(shè)，2014年11月投入運(yùn)行。
2.2 工藝流程
項目采用SACT隧道倉堆肥工藝，核心設(shè)備采用國產(chǎn)F5.110翻堆機(jī)，并增設(shè)了專用生物除臭系統(tǒng)，工藝流程如圖2所示。
2.3 工程設(shè)計
項目新建處理設(shè)施包括原料接收間1座，污泥發(fā)酵車間1座，生物濾池2座，原好氧堆肥車間被作為二次發(fā)酵車間，原部分晾曬車間被作為原料堆棚，原營養(yǎng)土造粒車間繼續(xù)使用。
2.3.1 原料接收間
項目共設(shè)置1座原料接收間，平面尺寸為27.64 m×10.8 m，地上7.65 m，地下5.7 m。
含水率80%的市政污泥通過污泥自卸汽車運(yùn)輸?shù)皆辖邮臻g中的污泥料倉，污泥料倉是地下式，鋼筋混凝土形式，共2座，單座污泥料倉的有效容積為52.5 m3。污泥料倉下設(shè)液壓閘板閥，用以控制污泥下落量。污泥通過料倉下滑至料倉底部的計量螺旋輸送機(jī)中，然后落入污泥及秸稈進(jìn)料皮帶輸送機(jī)，最終運(yùn)送至位于物料混合區(qū)內(nèi)的混料機(jī)中。
秸稈粉等干料通過自卸汽車運(yùn)輸?shù)皆辖邮臻g中的干料料倉，干料料倉與污泥料倉結(jié)構(gòu)、尺寸、數(shù)量相同，倉下部設(shè)液壓閘板閥，用以控制秸稈下落量。干料通過料倉下滑至料倉倉底的計量螺旋輸送機(jī)中，然后落入污泥及干料進(jìn)料皮帶輸送機(jī)，最終運(yùn)送至位于物料混合區(qū)內(nèi)的混料機(jī)中。
2.3.2 污泥發(fā)酵車間
項目設(shè)置污泥發(fā)酵車間1座，平面尺寸為：221.62 m×70.50 m，高9.7 m。污泥發(fā)酵車間是整個高溫好氧發(fā)酵工藝的核心部分，分成物料混合區(qū)、好氧發(fā)酵倉區(qū)和卸料區(qū)三個主要區(qū)域。
(1)物料混合區(qū)。污泥與干料由原料接收間內(nèi)的皮帶輸送機(jī)輸送至混料機(jī)中。返混料通過卸料皮帶機(jī)輸送至返料料倉，在返料料倉下設(shè)有計量螺旋定量配料至混料機(jī)進(jìn)料皮帶輸送機(jī)中，然后通過皮帶機(jī)輸送至混料機(jī)中。上述三種物料在混料機(jī)內(nèi)完成混料過程后，含水率60%的混合物料由混料機(jī)出料皮帶輸送機(jī)輸送至布料皮帶輸送機(jī)，利用布料皮帶輸送機(jī)上的犁式卸料器，實(shí)現(xiàn)每個發(fā)酵槽的均勻進(jìn)料，完成自動進(jìn)倉過程。
(2)好氧發(fā)酵倉區(qū)�；旌暇鶆虻奈锪显诤醚醯臈l件下，進(jìn)行高溫好氧發(fā)酵。倉底部布置有曝氣系統(tǒng)，采用數(shù)量眾多的小型鼓風(fēng)機(jī)對發(fā)酵槽的不同區(qū)域，也針對發(fā)酵不同的反應(yīng)階段，進(jìn)行分區(qū)域精確供氧，以控制發(fā)酵的工藝反應(yīng)過程。
物料從倉內(nèi)一側(cè)向另一側(cè)移動，在翻拋物料的同時，打碎物料顆粒，保證均勻性，且有效蒸發(fā)水分，最終實(shí)現(xiàn)從發(fā)酵倉一端出料的工藝運(yùn)行效果。翻拋機(jī)的工作時間與物料阻力特性相關(guān)，但須確保每個發(fā)酵倉中的物料每天翻拋1次的工藝要求。翻拋機(jī)在布料皮帶機(jī)布料之前完成物料的翻拋，為混合后的混合物料進(jìn)料做好準(zhǔn)備。物料在發(fā)酵倉內(nèi)通過好氧生化反應(yīng)，降解有機(jī)物的同時釋放大量的生物熱，嗜熱菌種不斷大量繁殖，濕污泥中的水分得到蒸發(fā)。好氧發(fā)酵倉區(qū)分兩個處理系列，每個處理系列設(shè)置16個發(fā)酵倉，每個發(fā)酵倉的尺寸為：54 m×5.02 m×4.5 m。
(3)卸料區(qū)。物料從發(fā)酵倉一端出料后通過皮帶輸送機(jī)輸送到返料料倉，其中一部分物料做為發(fā)酵產(chǎn)物進(jìn)入下一工序;另一部分物料做為混料組分之一，由皮帶機(jī)輸送至返料料倉，進(jìn)而輸送至混料機(jī)，與進(jìn)料的市政污泥和干料按設(shè)計比例進(jìn)行混合。污泥發(fā)酵車間安裝的主要設(shè)備包括：布料皮帶輸送機(jī)、翻拋機(jī)、轉(zhuǎn)倉機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和布?xì)庀到y(tǒng)、卸料皮帶機(jī)、混料機(jī)和返料料倉等。
2.3.3 生物除臭濾池
項目設(shè)置生物除臭濾池2座，單座處理量Q為28萬m3/h，生物除臭濾池尺寸40.3 m×25.3 m×5 m。生物濾池中填料主要為有機(jī)-無機(jī)復(fù)合填料，填料高度為1.7 m。
每座生物除臭濾池設(shè)置離心風(fēng)機(jī)4臺，設(shè)備性能參數(shù)：Q=7萬m3/h，風(fēng)壓P=2 300 Pa，N=75 kW;設(shè)置循環(huán)水泵14臺，設(shè)備性能參數(shù)：Q=100 m3/h， H=32 m，N=15 kW。
2.4 設(shè)計特點(diǎn)
(1)隧道式發(fā)酵倉與F5.110翻堆機(jī)。F5.110 翻堆機(jī)的特殊設(shè)計使發(fā)酵倉形成與翻堆機(jī)尺寸匹配且周圈封閉的矩形斷面隧道，臭氣收集容易;自由空間極大壓縮，臭氣收集動力消耗降低。
(2)生產(chǎn)車間采用機(jī)械-建筑協(xié)同理念設(shè)計。“機(jī)械-建筑協(xié)同設(shè)計”(簡稱MCCD)就是在整個建(構(gòu))筑物設(shè)計中融合建筑設(shè)計與機(jī)械設(shè)計理念、方法、過程，使機(jī)械與建筑設(shè)施共同完成建(構(gòu))筑物功能的設(shè)計過程。通俗地講就是將建(構(gòu))筑物看作一臺設(shè)備，土建設(shè)施作為殼體或結(jié)構(gòu)支撐件，機(jī)械作為運(yùn)動部件。MCCD可以極大壓縮系統(tǒng)無效空間，對堆肥系統(tǒng)除臭具有積極意義，并且在保障性能的前提下降低投資、減少占地面積。MCCD首先做到“機(jī)械設(shè)計建筑化”。在核心非標(biāo)機(jī)械設(shè)計過程中，充分考慮到土建施工精度極限，在確保性能的前提下排除不必要的精度要求。MCCD其次要做到“建筑設(shè)計機(jī)械化”，在工程設(shè)計中充分考慮與機(jī)械的配合。
(3)臭氣收集系統(tǒng)引入FLUENT輔助設(shè)計。在洛陽項目中根據(jù)設(shè)計參數(shù)建立模型，通過FLUENT模擬驗證實(shí)施效果，為尋找最佳通風(fēng)量與最經(jīng)濟(jì)通風(fēng)量的結(jié)合點(diǎn)提供了量化參考依據(jù)。
(4)多段曝氣與多種控制模式。項目采用動態(tài)槽式曝氣，為優(yōu)化工藝運(yùn)行控制，每條發(fā)酵槽采用4臺鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行4階段曝氣，并且曝氣系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際情況在時間模式、溫度模式等多種模式間自由切換。
(5)自動布料與出料系統(tǒng)。項目參考了沈陽市污水處理廠污泥處理工程布料系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用犁式卸料器完成卸料工序;項目參考了唐山城市污泥處理工程出料系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用轉(zhuǎn)倉機(jī)導(dǎo)流板與皮帶輸送機(jī)配合完成出料工序。
3 兩期設(shè)計核心參數(shù)對比
洛陽市污泥一、二期工程設(shè)計核心參數(shù)對比見表1。
4 中國污泥堆肥技術(shù)變遷與發(fā)展趨勢
中國污泥堆肥技術(shù)從始至今經(jīng)歷了三個階段：
(1)1998~2007年。這一階段是中國污泥市場萌芽階段，也是污泥堆肥技術(shù)的起步階段。1998年，隨著唐山西郊污水處理廠污泥堆肥項目正式投入運(yùn)行，中國污泥堆肥行業(yè)正式開啟序幕，之后北京密云、太原楊家堡、北京龐各莊、太原河西北中部、唐山西郊二廠等污泥堆肥系統(tǒng)先后運(yùn)行，但技術(shù)處于模仿、探索階段，處理規(guī)模較小，市場需求尚未形成。
這一階段堆肥技術(shù)總體圍繞翻堆機(jī)等專用設(shè)備研發(fā)，呈現(xiàn)機(jī)械化發(fā)展趨勢。
(2)2007~2009年。這一階段雖然時間短暫，但是中國污泥堆肥市場形成的關(guān)鍵時期，國家相關(guān)技術(shù)政策密集出臺：2007~2009年，住建部頒布實(shí)施了《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質(zhì)》(CJ248-2007)、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 土地改良用泥質(zhì)》(CJ/T 291-2008)、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)》(CJ/T 309-2009)等8部污泥處理處置相關(guān)標(biāo)準(zhǔn);2009年2月，住建部、環(huán)保部、科技部聯(lián)合發(fā)布了《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策(試行)》。
污泥市場被迅速激活，但在國內(nèi)堆肥技術(shù)相對于大規(guī)模集中處理尚未成熟的情況下，德國BACKHUS系統(tǒng)以其簡單、便捷和高可靠性等特點(diǎn)進(jìn)入中國并迅速占領(lǐng)市場，洛陽污泥一期項目就是在這一背景下完成并投入使用的，與之類似的還有2008年投運(yùn)的北京龐各莊二期項目、廈門項目，以及2009投運(yùn)的鄭州市八崗污泥處理廠項目。這一階段堆肥技術(shù)總體圍繞工藝呈現(xiàn)規(guī)�；l(fā)展趨勢。
(3)2009年至今。這一階段是中國污泥市場發(fā)展成熟階段，隨著技術(shù)政策的逐步落實(shí)，市場快速形成，堆肥技術(shù)也呈現(xiàn)百花齊放的特點(diǎn)：2009年秦皇島市綠港污泥處理廠第一套國產(chǎn)CTB系統(tǒng)投入使用;2011年唐山城市污泥處理項目第一套國產(chǎn)SACT系統(tǒng)投入使用，并創(chuàng)造了平行雙層系統(tǒng)的先例;2012年沈陽城市污泥處理項目IPS系統(tǒng)投入使用，創(chuàng)造了世界同類項目處理規(guī)模之最。隨著污泥堆肥技術(shù)的快速發(fā)展、日臻完善，早期堆肥系統(tǒng)存在的技術(shù)問題逐漸凸現(xiàn)出來，系統(tǒng)地改造提升也隨之展開，洛陽污泥二期也正是在這一背景下立項、建設(shè)、投入運(yùn)行。
這一階段堆肥技術(shù)總體呈現(xiàn)規(guī)�；�、精細(xì)化發(fā)展趨勢。
5 結(jié)語
污泥堆肥系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境一般呈現(xiàn)高溫、高濕、腐蝕性特點(diǎn)，因此從目前的運(yùn)行經(jīng)驗來看，平均改造周期為10年。洛陽污泥二期工程已正式運(yùn)行超過三年，利用原來1/3的面積將處理能力提升近50%，在高自動化水平的前提下展現(xiàn)了系統(tǒng)的可靠性，同時展現(xiàn)了項目良好的經(jīng)濟(jì)性。項目所采用的技術(shù)和模式為今后陸續(xù)到達(dá)改造周期時點(diǎn)的污泥堆肥項目提供了一個不錯的參考。
微信對原文有刪減。原文標(biāo)題“從洛陽污泥兩期工程設(shè)計看中國污泥堆肥技術(shù)變遷與發(fā)展趨勢”;作者：王濤;作者單位：機(jī)械科學(xué)研究總院環(huán)保技術(shù)與裝備研究所、機(jī)械工業(yè)有機(jī)固廢生物處理與資源化利用工程技術(shù)研究中心�？窃凇督o水排水》2018年第9期。
