污泥智能多段回轉高溫好氧發酵處理工程設計 李艷杰，李琳 （上海萬唐工程技術有限公司）

 

污泥智能多段回轉高溫好氧發酵處理工程設計

 

李艷杰，李琳

（上海萬唐工程技術有限公司）

 

摘要：污泥智能多段回轉高溫好氧發酵技術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，使污泥中有機物轉化成富含植物營養物的腐殖質，反應的最終代謝物是 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，使污泥達到減量化、穩定化、無害化、資源化目的。本文以內蒙古赤峰市阿旗天山鎮污水處理廠污泥處置項目為例介紹了污水處理廠污泥處置工程建設情況，對城市污水處理廠污泥處置工藝選擇和項目設計提供借鑒和參考。

關鍵詞：污泥處理；高溫好氧發酵；污水處理廠；工程設計

 

污泥是污水處理后的副產物，是一種由有機物、細菌菌體、病原體、無極顆粒、膠體、重金屬等組成的非均質體，如處置不當將對周圍人民的身體健康早成危害，對周圍環境造成二次污染。目前，我國城鎮污水處理過程中產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，過去只作為固體廢棄物稍作處理便棄置，大量未經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直接施入農田，都會引起嚴重的環境二次污染，導致污水處理作用前功盡棄，污水處理的環境效益和社會效益將大打折扣。因此對城市污水處理廠產生的污泥進行綜合治理、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

阿旗天山鎮污水處理廠服務范圍為整個天山鎮的生活污水及工業廢水，近期規模（～2015年）2.0萬m3/d，遠期規模（～2020年）4.0萬m3/d。日產含水率80%的脫水污泥約20t。為使阿旗天山鎮污水處理廠的污泥盡快得到穩定化、減量化、無害化處理，為后續的污泥處置提供有利條件，阿旗天山鎮污水處理廠采用采用污泥智能多段回轉高溫好氧發酵裝置對污水處理廠的脫水污泥進行處理，脫水污泥經生物發酵后產品質量的理化指標，最終含水率<30%、糞大腸桿菌值＞0.01、蠕蟲卵死亡率＞95%、產品種子發芽率＞80%，符合《城鎮污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質》(GB/T23486-2009)等土地利用指標要求，本項目考慮污泥處置后作為綠化及非農用土壤改良的基質土，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

本項目生產工藝采用多段回轉發酵方法，污泥高溫好氧發酵系統是其方法中最主要的工藝系統，脫水污泥進入污泥發酵系統進行發酵，污泥發酵的主要設備多段回轉發酵艙是通過好氧性微生物的新陳代謝作用，使污泥中有機物轉化成富含植物營養物的腐殖質，反應的最終代謝物是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，使污泥達到減量化、穩定化、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年中國城鎮污泥處理處置技術與應用高級研討會（第十屆） 論文集 

 

圖2-1 阿旗天山鎮污水處理廠污泥處理工藝流程

污泥處置系統主要包括前處理系統、好氧發酵系統、后處理系統及輔助系統。其中前處理系統主要包括物料儲存、輸送及混料系統；好氧發酵系統為整個污泥處置的核心階段，包括多段回轉發酵艙、布料及進出料系統；后處理系統包括物料篩分及成品輸送等；輔助系統主要用于去除系統內產生的水蒸氣及尾氣。

2.1 前處理系統

前處理系統主要包括料倉、計量系統、皮帶輸送機及混料機等設備。

2.1.1 料倉及計量系統

A、原理及參數

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將料倉內暫存的物料輸出至后續處理單元。

介質：污泥料倉及計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。

數量：3套

料倉有效容積：V=5m3

料倉及計量系統主要參數

表2-1

B、設備性能

料倉及計量系統由料倉、雙螺旋計量輸送機等組成。其中，料倉包括倉體、蓋板及配套鋼結構架等組成，雙螺旋計量輸送機由傳動裝置、雙螺旋、配套附件等組成。

2.1.2 混料機

A原理及參數

混料機是采用正反交替的螺旋葉片使物料在殼體內交替前進，在前進的過程中使污泥、秸稈等物料產生復雜的空間螺旋運動，物料在殼體內相互交融、對流、進退、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%

混料機的主要參數

表2-2

B、設備性能

混料機主要由螺旋軸總成、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、軸承蓋有嚴格的配合要求。葉片結構設計合理簡單，磨損之后易于更換，使用壽命長。

2.2 好氧發酵系統及后處理系統

好氧發酵和后處理系統主要包括進出料系統、多段回轉發酵艙、篩分機等設備。

2.2.1 多段回轉發酵艙

A、原理及參數

多段回轉發酵艙是將脫水污泥無害化、資源化處理的專用設備，該設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，使污泥中有機物轉化成富含植物營養物的腐殖質，反應的最終代謝物是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，使污泥達到減量化、穩定化、無害化、資源化目的。

單臺處理能力：10t/d

發酵物料：脫水污泥、輔料（返料）的混合物料

發酵周期：5-7d

筒體充滿度：60-70%

安裝傾角：2°

轉速：0-4r/h，可調

產品標準：理化指標：含水率<30%；衛生學：糞大腸桿菌值＞0.01，蛔蟲卵死亡率＞95%。

多段回轉發酵艙主要參數

表2-4

B、設備性能

該設備通過進料螺旋將混合物料送入，當混合物料量不大于多段回轉發酵艙內的70%時，向發酵艙內供入新鮮空氣，保證該設備發酵端溫度不小于55度（低時加大空氣供給量），從而達到發酵的要求。

多段回轉發酵艙分為三個階段：升溫段、好氧發酵段、脫水干化段。該設備通過齒輪傳動保證多段回轉發酵艙回轉運動，通過回轉運動保證物料均勻翻動。在筒體回轉運動及擋板的作用下，可增強物料在筒體內的混合效果，并使物料連續均勻到達出料端。空氣經供氧風機通過選擇性氣量分配閥，按工藝要求送入發酵艙筒體的底部，保證提供物料所需的充分的氧氣。通過排氣風機將筒體內的尾氣、濕氣排出，保證設備間內良好的操作環境。

多段回轉發酵艙由進料部、回轉筒體部、曝氣部、空氣分配部、傳動部、出料部組成。

a發酵艙具有連續、穩定地接收混合物料、連續出料等功能；系統具有24小時連續運轉的能力；

b充分考慮該設備所承接的物料（由脫水污泥、秸稈及返料按比例混合充分后的混合物料）、高溫好氧發酵過程的溫度（55-70℃）、濕度及廢氣等腐蝕因素，對發酵艙及附件進行防腐處理，以確保裝置的穩定性及壽命；

c多段回轉發酵艙配套智能溫控系統、智能氧含量控制系統等，根據不同發酵階段溫度和需氧量與監控系統聯控進行智能通風，并可實現多段回轉發酵艙旋轉時物料底部供氣。供氣系統曝氣器保證能在不清空物料的前提下，從筒內取出進行維護保養或更換，且具有抗壓、防堵塞、曝氣均勻等功能，設備內曝氣器合理布置，滿足好氧發酵和污泥干化、排氣等要求。供氣系統采用大阻力形式，保證曝氣器阻力和出氣量均衡。

d發酵艙安裝在線溫度儀、在線氧濃度儀等配套儀表，可時時監控污泥高溫好氧發酵過程的溫度及氧濃度等參數，并將數據上傳至PLC進行數據處理；

e發酵艙進出料口、連接口進行密封處理，無物料、水汽等泄露。

2.3 輔助系統

輔助系統主要包括供氧及尾氣吸收裝置，為好氧發酵提供新鮮氧氣，同時將發酵過程中產生的水蒸氣及二氧化碳等物質吸收統一處理，達到排放要求。

2.3.1 供氧系統

A原理及參數

供氧系統為多段回轉發酵艙補充新鮮氧氣，為好氧微生物的新陳代謝提供充足的氧氣。

設備主要參數

表2-5

 

2.3.2 尾氣吸收裝置

A原理

尾氣吸收裝置將發酵過程中產生的水蒸氣及二氧化碳等物質吸收統一處理，達到排放要求。

 

設備主要參數

表2-6

B、設備性能

在污泥好氧發酵的過程中，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性有機等被釋放出來。為避免二次污染，根據污染物易溶于水的特性采用逆流式洗滌工藝進行處理，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藥劑進行強化處理。洗滌塔系統的風機將收集到的廢氣吸入洗滌塔內，自塔頂向下以小液滴狀噴撒而下，流經填充層段（氣/液接觸反應之介質），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、生產配比及原輔材料消耗量

本項目生產污泥肥所需的原材料主要有污水廠污泥、玉米秸桿。阿旗天山鎮污水處理廠每天產生含水率80%的污泥20噸，年可產生污泥(80%含水率)約7000噸。天山鎮是農業大鎮，玉米秸桿產量大，原材料供應充足，可以保證處理掉污水處理廠產生污泥。

污泥按重量污泥(80%含水率)：玉米秸桿6~4：1比例進行配比。日產污泥肥(約為30%含水率)15噸，年產污泥肥約5400噸。

主要原輔材料消耗表

表3-1

 

4、物料平衡

詳見：中國給水排水2019年中國城鎮污泥處理處置技術與應用高級研討會（第十屆） 論文集 

 

 

5、主要建、構筑物的建筑特征、結構及面積方案

本項目新建建筑面積1325.61m²。具體如下：

5.1 預處理車間

建預處理車間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，框架結構，獨立基礎。

5.2 發酵車間

建發酵車間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，框架結構，獨立基礎。

建筑物耐火等級一級，生產類別為丙類，新建建筑物結構型式和建筑面積詳見主要建、構筑物一覽表。

主要建、構筑物建筑特征一覽表

表5-1

 

6、項目特點

本項目污泥處置流程采用污泥高溫好氧發酵—多段回轉發酵艙方式處理。多段回轉發酵艙具有發酵周期短，發酵充分完全，不產生臭味，占地面積小，操作方便，運行維護簡單的特點。發酵艙出料含水率低，一般在30%以下，且品質良好，可作為有機肥料。

多段回轉發酵艙具有智能監測與供氧技術。監測系統與運行相輔相成。多段回轉發酵艙設多個在線檢測儀表，進行實時監測，并將監測數據傳送至監測終端系統，通過建立數學模塊，進行在線數據分析，實現智能供氧與進料的同步性，根據不同區域的需氧量，在保證堆體內部溫度的同時，最大程度的為好氧微生物提供氧氣，最大化的進行好氧發酵，防止厭氧發酵的發生，也防止堆體內部溫度的降低。從而在根源上減少臭氣的產生，同時利用尾氣處理系統抽出水蒸氣與產生的少量臭氣，進行噴淋洗滌，達標排放。多段回轉發酵艙從根源上解決了好氧發酵中最重要的供氧量與溫度之間的矛盾關系，也最大程度的減少了臭氣的產生。與傳統槽式好氧發酵相比，具有以下特點：

1）發酵周期可縮短一半，發酵完全充分，且整個發酵過程全封閉，車間內操作環境好，無水汽和粉塵；

2）無需昂貴的翻拋設備，自身旋轉和風機供氧即可滿足微生物好氧發酵要求；

3）多段回轉發酵艙設有多參數智能監控系統，自動化程度高，可實現無人值守；

4）設備整體運行功率較小，噪音低，運行成本低；

5）占地面積小，易于操作和運行維護；

6）布氣系統先進高效，易于拆卸和檢修，同時不影響生產運行；

7）處理后成品含水率低于30%。

7、結語

項目實施符合國家產業政策；項目建設基礎條件好；本項目投運后即可徹底解決污水處理廠污泥污染問題，消除會散發惡臭、導致病害及污染環境的有機物和病原菌以及其他有毒有害物質，使污泥衛生化、穩定化，并真正做到污泥減量化、穩定化、無害化、資源化處置。

本項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運。改善天山鎮的環境，徹底解決二次污染問題，達到可持續發展的目標，具有一定的經濟效益，生態效益和社會效益明顯。

 

 詳見：中國給水排水2019年中國城鎮污泥處理處置技術與應用高級研討會（第十屆） 論文集