污泥堆肥后處理系統初探

周書征,郝麗君,蘭軒花,齊運才,劉開連

（機科發展科技股份有限公司，北京 100044）

0 引言

目前我國污泥處置的發展即將進入一個快速發展階段，利用生物好氧工藝的污泥堆肥（或生物碳土）是符合我國制訂的污泥處理技術政策的主流方向之一。

按照污泥堆肥工藝的物料流程，可以將污泥堆肥工藝分為預處理、生物堆肥過程和后處理過程。后處理和預處理是圍繞著堆肥過程的輔助工序，后者對于提高堆肥的效率和效果以及過程的穩定非常重要；而前者對于提高堆肥產品的品質、檔次，擴大堆肥產品的市場,提高堆肥廠的經濟效益，非常重要。

1 后處理過程設計

污泥堆肥典型的工藝流程如圖1所示，后處理系統主要包括堆肥熟料的篩分、造粒、包裝和出廠等內容。流程中的篩分系統，不僅要保證將粒度適中的物料 （篩上物）返回配、混料，以改善堆體結構，提高堆肥效率，而且還要對篩下物進行分級：粒度合乎要求的物料產品直接包裝出廠，粒度過細的物料可經過造粒系統獲得很好的外觀和較高的產品品質。后處理系統各部分的選擇可依據堆肥工藝要求及堆肥產品的市場需求而定。

2 后處理過程設備的選型研究

污泥堆肥（生物碳土）工程中堆肥出料含水率一般在在30%～50%之間、粒徑在0～80mm之間、有一定的粘滯性。針對這種粘、濕、臟等特點的污泥堆肥產品物料的篩分、造粒等設備的選型，各項目亦需根據自身特點進行選擇。

2.1 篩分設備

目前國內外機械化堆肥產業中篩分設備常用的有振動篩、滾筒篩、弛張篩等。

（1）振動篩。振動篩是利用振動原理進行篩分的機械。振動篩具有以下特點：①篩面振動強烈，篩孔不易堵塞，生產能力和篩分效率均很高；②可以在封閉條件下篩分和輸送，能防止環境污染；③結構簡單，能耗低。因此，振動篩在污泥堆肥后處理系統中應用比較廣泛。經發酵腐熟的堆肥物料，用振動篩進行分選，能取得較好效果。

振動篩對物料的含水率有一定要求，一般對于含水率小于30%的物料，效果理想，而對于纖維含量較高的堆肥物料，使用振動篩則容易造成篩孔堵塞，一般不宜選用。

（2）滾筒篩。滾筒篩結構如圖2所示。主要工作原理是：篩筒軸線傾斜安裝，物料通過進料斗流入到篩筒內，在其間不停滾轉和移動，并在此過程中通過相應的孔流出。滾筒篩網可按分級要求設計成多段，每段孔徑可相同亦可不同，從而達到多級篩分；設備中可設自動清篩機構，通過清篩機構與篩體的相對運動，對篩網進行連續 “梳理”，使篩網在整個工作過程中始終保持清潔，不會因篩孔堵塞而影響篩分效率。

滾筒篩的特點是：可設清篩機構以適應粘、濕、臟的堆肥物料，通過清篩機與篩體的相對運動，使篩網不易堵塞，提高了設備的篩分效率；整個篩體均可設計在密封防塵罩內，徹底消除了篩分過程中的粉塵飛揚現象，改善了工作環境；由于運轉速度小，且物料與旋轉篩網所產生的噪音完全由密封防塵罩隔離，降低了設備噪音；滾筒篩是由若干個圓環狀網組成，其總篩分面積遠遠大于其它篩型的篩分面積，故而使用壽命較長；滾筒篩密封隔離罩可以拆開，檢修可不影響機器正常運行。基于此，滾筒篩雖其占地面積相對較大但其一次性投資較低，在污泥堆肥后處理系統中亦得到廣泛采用，

（3）弛張篩。馳張篩是以搖動篩為基礎發展起來的一種新型篩具，弛張篩具有內外兩個篩箱，通過兩套曲柄連桿機構的傳動，使內外篩箱做往復擺動，從而帶動固定在箱底上的彈性篩板做伸縮運動（弛張運動），由于篩板的伸屈變形交替著呈繃緊或松弛狀態，使帶面上的物料以較高的速度拋擲，增加了透篩的機會，弛張篩可有效地防止黏結潮濕物料對篩孔的堵塞從而獲得了較高的篩分效率，其缺點是對入料粒徑有一定的要求，投資大、結構復雜、維護成本高，目前在污泥堆肥后處理篩分系統中暫未得到廣泛采用。

2.2 造粒設備

造粒精化設備能提高污泥堆肥產品的商品性能。針對污泥堆肥（生物碳土）產品的造粒設備主要有轉鼓造粒機、圓盤造粒機、擠壓造粒機。近兩年，國內復混肥設備生產廠家又陸續開發出了一些新的造粒設備，比如擠壓拋光設備。

（1）圓盤造粒機。圓盤造粒機是傳統的有機肥造粒設備，其結構見圖3。圓盤造粒機的工作原理是：有機物料通過輸送裝置，輸送到圓盤造粒機中部或頂部。其工作圓盤在電機減速機及傳動軸的帶動下轉動，將物料帶到一定的高度后物料在重力的作用下順著底括板沿圓盤的底部滑落，搓揉后形成顆粒，造粒后大顆粒物料浮在圓盤的上面，小顆粒沉入底部。原料經過多次搓揉，形成符合要求的顆粒，最后在出料刮板的作用下沿盤緣排出。調節圓盤造粒機圓盤的傾斜角度可以改變物料造粒時間，以獲得較好的造粒效果。圓盤造粒機圓盤與水平面的夾角一般在 35～45°之間。

圓盤造粒機優點：產品顆粒均勻，圓潤度好，具有良好的自動分級能力，故成粒效率高，生成大顆粒較小，返料比小；操作簡單、直觀，在操作過程中可較快地發現運轉情況及時調節，對配方靈活改變的適應性強；結構簡單，設備投資和操作費用較低；缺點：工作環境差，粉塵和煙霧的收集較困難；成品強度低、造粒時物料含水率要達到30%左右，烘干難度大；只限于粘度不大的料漿或熔料進行造粒，有一定的配方限制；產能較低。故此圓盤造粒機在小型堆肥后處理系統中還是有不錯的應用空間。

（2）轉鼓造粒機。轉鼓造粒機結構如圖4所示，其主要造粒部分為一傾斜的旋轉圓筒，進口處有擋圈以防止進料溢出，出口處也有擋圈以保證料層深度。工作筒體在傳動齒輪的帶動下在托輪上轉動，擋輪限制了筒體沿軸向上下竄動。物料在筒體內隨著筒體的轉動而轉動，轉動到一定高度后，物料在重力的作用下開始下滑，與筒體的內壁進行搓揉，形成顆粒。筒體內壁襯有內襯，內襯的材料有高分子、聚丙稀、耐熱橡膠、不銹鋼等多種。內襯主要目的是防止物料粘壁，提高造粒的光滑度和成品率。

轉鼓造粒機特點：轉鼓造粒機對物料細度要求比較高，一般要求原料的目數至少要達到50目以上，甚至更高。普通的轉鼓造粒機只適合生產低含量的有機無機復混肥，造粒的成品率不高、外觀不是很好。但因其配方限制相對較小，生產能力大，顆粒度高、產品水分指標易控制。故轉鼓造粒在污泥堆肥后處理系統中亦有其應用前景。

（3）擠壓造粒機。擠壓造粒是一種較新的干法造粒生產復合肥料的工藝。其典型產品就是平模（環模）造粒機（輪輾式擠壓造粒機），基本結構如圖5所示。混合后的物料由送料器加入至造粒機的壓模盤中；輾壓滾輪以3m/s的線速度和1500～2000N/mm2的比壓下，在壓模盤上轉動，產生強大擠壓力碾壓物料，強制物料通過模盤的孔板，擠壓成圓柱狀，排出的同時由割刀將其切斷成顆粒肥料，從出料斗排出。成品為φ2.5～φ8圓柱顆粒，成粒率可達90%以上，無返料，顆粒強度可達 8～20N。

國內早期小規模有機肥廠基本上采用的都是擠壓造粒設備。擠壓的成品形狀有柱狀、條狀及橢圓狀等多種形式。擠壓造粒設備相比于其它造粒設備投資少、工藝簡單、上馬快、不需烘干節約了能源。缺點是功率消耗大，備品備件消耗高。但是擠壓造粒設備以其初期投資規模小、成型效果顯著的特點，在小規模污泥堆肥廠有著廣泛的應用空間。

（4）擠壓拋光設備（整形機）。擠壓拋光設備（整形機）是近幾年發展起來的有機肥造粒設備。通常與擠壓造粒機配套使用。它是將擠壓后的柱狀顆粒經高速整型、拋光形成大小均勻、外觀圓潤的有機顆粒肥，并可根據肥料品質要求靈活設置多級拋光。經拋光后的顆粒大小均勻、外觀圓潤，所以成品外觀好、品質高，經濟效益明顯，但其缺點是產量低、功耗大。

2.3 包裝設備

包裝設備用于將篩分后或造粒烘干后的污泥堆肥成品稱重、灌裝、封口等，設備比較成熟，在此不再贅述。

3 造粒實驗

本研究擬通過現場實驗考察平模、環模擠壓造粒機對堆肥污泥造粒的可靠性，以及平模、環模擠壓造粒機對堆肥污泥造粒的成型率、成球率等指標的影響。實驗物料：用滾筒篩篩分堆肥污泥，篩下物（5mm）作為現場實驗物料，含水率分別為25%、30%、35%、40%左右。實驗結果如下：

（1）用原始物料（含水率25.2%）造粒結果發現：平模造粒的成形（柱狀）性比環模好（成形率分別為85%和70%），但是都不能成球（原因是含水率較低）。

（2）使用含水率為31.5%的配制物料進行造粒實驗，結果表明平模、環模造粒成形效果均不好。

（3）使用含水率35.2%的配制物料進行造粒，環模、平模造粒成形率比較好，都超過90%以上；也都有一定的成球率，但成球效果，平模比環模稍好。

（4）使用含水率37.1%的配制物料造粒，平模和環模都能形成約55%的成球率，但是平模成球均勻，環模形成了較大的球（塊）粒、粒度很不均勻；也由于含水率較高，容易發生結塊。

4 結論

（1）污泥堆肥后處理系統是污泥堆肥工藝中的重要一環，其生產能力的大小及效率的高低不僅對污泥堆肥發酵過程有一定的影響，同時還直接關系著堆肥最終產品的產量和質量。

（2）篩分設備各有其優、缺點，應根據實際情況合理選擇篩分設備，以滿足污泥堆肥返混、造粒、包裝等處理系統的能力匹配要求。

（3）造粒設備多樣，特點鮮明，可根據市場對污泥堆肥產品品質的要求合理配置，以使經濟效益最大化。

（4）污泥堆肥物料采用擠壓造粒機時，含水率宜控制在35±1%，且平模造粒相對環模造粒更適宜于此種物料。

[1]李季，彭生平.堆肥工程實用手冊（第二版）[M].北京：化學工業出版社，2011.

[2]柴曉利，張華，趙由才，等.固體廢物堆肥原理與技術[M].北京：化學工業出版社，2005.