青島婁山河污泥堆肥工程設(shè)計要點(diǎn)總結(jié)

劉東旭

（青島市團(tuán)島污水處理廠，山東 青島 266002）

0 引言

為了從根本上解決青島市污泥處理處置問題，青島市從該市實(shí)際情況出發(fā)，在青島市婁山河污水處理廠預(yù)留用地新建污泥堆肥工程。婁山河污泥堆肥處理規(guī)模為300 t/d，采用連續(xù)式生產(chǎn)工藝，以秸稈、花生殼等為輔料，通過負(fù)壓供氧除臭，即“連續(xù)運(yùn)行槽式翻拋機(jī)加負(fù)壓供氧除臭一體化工藝”。本文結(jié)合實(shí)際工程，介紹該工藝流程、主要設(shè)計參數(shù)以及設(shè)計需注意的要點(diǎn)。

1 總體設(shè)計

1.1 工藝流程

污泥處理采用“連續(xù)運(yùn)行槽式翻拋機(jī)加負(fù)壓供氧除臭一體化工藝”，工藝流程如圖1所示。

圖1 污泥處理工藝流程圖

1.1.1 預(yù)處理

污泥性質(zhì)特殊，含水率較高、碳氮比低、空隙率較小、黏度較大，純污泥是無法升溫好氧生物發(fā)酵。為調(diào)整污泥的水分和碳氮比，使生物發(fā)酵物料具有一定的疏松度，必須添加一些有機(jī)調(diào)理劑和膨松劑，如農(nóng)作物秸稈、鋸末、稻殼等。同時添加返回料（菌種）以促進(jìn)發(fā)酵過程快速進(jìn)行。

1.1.2 高溫好氧生物發(fā)酵

高溫好氧生物發(fā)酵在車間廠房內(nèi)進(jìn)行。高溫好氧生物發(fā)酵周期一般為21～24 d，高溫好氧生物發(fā)酵溫度可以上升至55～65℃（以不超過75℃為宜）。物料經(jīng)過一個高溫好氧生物發(fā)酵周期，由翻堆機(jī)直接裝卸到出料皮帶輸送機(jī)上，再轉(zhuǎn)運(yùn)到篩分及成品區(qū)進(jìn)一步熟化處理。

高溫好氧生物發(fā)酵系統(tǒng)可改變工況，例如時間、溫度、氧氣含量和濕度，來減輕不同進(jìn)口混合物料對于整個系統(tǒng)的影響。

1.1.3 熟化和篩分

發(fā)酵槽出料由皮帶輸送機(jī)送到在篩分區(qū)的滾筒篩分機(jī)中進(jìn)行篩分，篩下物小顆粒的腐熟物即發(fā)酵成品由皮帶輸送機(jī)送到自卸車上或堆棚中進(jìn)行陳化。腐熟成品（營養(yǎng)土）可以用于林地施肥，園林、道路綠化培植，或改良土壤。篩分出的較大顆粒物料通過皮帶輸送機(jī)（或者直接用裝載機(jī)）返回到高溫好氧生物發(fā)酵槽進(jìn)料端混到進(jìn)料中。

1.1.4 臭氣控制

生物發(fā)酵綜合車間控制發(fā)酵臭氣是把封閉廠房內(nèi)所有排放的氣體通過排氣系統(tǒng)輸送到生物濾池進(jìn)行除臭處理。

1.2 控制參數(shù)

1.2.1 好氧發(fā)酵工藝主要控制參數(shù)

工業(yè)生產(chǎn)化的好氧堆肥目標(biāo)是得到穩(wěn)定的產(chǎn)品，這需要在反應(yīng)過程中對物料碳氮比（C/N）、含水率、物理性狀和供風(fēng)量、溫度等影響因素加以控制。這些影響因素對堆肥過程的影響主要有以下這些。

1.2.1.1 含水率

含水率是好氧堆肥的關(guān)鍵因素。堆肥的最佳含水率應(yīng)為50%～60%；含水率低于30%時，分解過程進(jìn)展變得遲緩；當(dāng)含水率低于12%時，微生物的反應(yīng)就會停止；反之，含水率超過了65%，水就會充滿物料顆粒間的空隙，使空氣含量大量減少，堆肥將由好氧向厭氧轉(zhuǎn)化，溫度也急劇下降。如堆肥物料的含水率均達(dá)不到堆肥所需的含水率，須加以調(diào)節(jié)。一般采用循環(huán)部分成品物料（即“返混料”）和添加適量粉碎的植物輔料兩種方法來調(diào)節(jié)。

1.2.1.2 碳氮比

在堆肥中，可溶性易分解的有機(jī)物質(zhì)如糖類首先被降解，然后是蛋白質(zhì)、纖維素等。在微生物所需的營養(yǎng)中，以碳、氮為主要制約因素。碳主要為微生物生命活動提供能源，氮則用于合成細(xì)胞原生質(zhì)，實(shí)踐證明，當(dāng)碳氮比為（20～35）∶1時發(fā)酵過程最快。若比值過低，微生物的繁殖就會因能量不足而受到抑制，導(dǎo)致分解緩慢且不徹底；而比值過高則在堆肥施入土壤后，將會發(fā)生奪取土壤中氮素的現(xiàn)象，產(chǎn)生“氮饑餓”狀態(tài)，導(dǎo)致對作物生長產(chǎn)生不良影響。

1.2.1.3 溫度

溫度是判斷微生物活動劇烈程度的最好參數(shù)。溫度的作用主要是影響微生物的生長，一般認(rèn)為高溫菌對有機(jī)物的降解效率高于中溫菌，在堆肥過程中，堆體溫度應(yīng)控制在50～65℃，但在55～60℃時比較好。

1.2.2 該工程高溫好氧生物發(fā)酵控制參數(shù)

1.2.2.1 堆肥工藝參數(shù)

（1）進(jìn)料：300 t（含水率76%的脫水污泥）。

（2）返料：150 t（含水率40%的成品料）。

（3）添加劑：秸稈、花生殼等45 t（以含水率20%計，粉碎后使用）。

（4）物料控制：進(jìn)料有機(jī)物含量40%～60%，碳氮比約20∶1，進(jìn)料含水率為58%。

（5）堆肥溫度：55℃以上維持 5～7 d（最高溫度不大于75℃）。

（6）通風(fēng)量：0.10 m3空氣 /m3物料·min。

（7）發(fā)酵時間：21 d。

（8）出料含水率：40%左右。

1.2.2.2 發(fā)酵終止指標(biāo)

（1）含水率：40%左右。

（2）碳氮比不大于20∶1。

（3）溫度降至30℃以下，好氧速率趨于穩(wěn)定。

1.2.2.3 成品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

（1）無惡臭，不滋生蒼蠅，完全腐熟。

（2）pH值：6.5～8（中性或弱堿性）。

（3）氣味：泥土香，甘甜味。

（4）有機(jī)質(zhì)含量：22%～35%。

（5）含水率：40%左右。

（6）容重：0.55 t/m3。

（7）顏色：茶褐色。

（8）碳氮比為 15∶1～18∶1。

成品達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質(zhì)》（GB/T 23486—2009）、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農(nóng)用泥質(zhì)》（CJ/T 309—2009）或《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置土地改良用泥質(zhì)》（GB/T 24600—2009）及不時修訂的有效標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定、規(guī)程等指標(biāo)，堆肥產(chǎn)品呈褐色，無臭味。

1.3 物料平衡

該工程好氧發(fā)酵過程按污泥量的15%添加輔料，按污泥量的50%添加返混料。物料平衡見表1。

表1 物料平衡表

2 好氧發(fā)酵工藝設(shè)計要點(diǎn)解析

2.1 污泥泥質(zhì)

污泥土地利用可能會造成土壤、植物系統(tǒng)重金屬污染，這是污泥土地利用中最主要的環(huán)境問題。我國一般城市污水含有20%～40%的工業(yè)廢水，重金屬含量或有機(jī)污染物超標(biāo)概率高，污泥的土地利用帶有一定風(fēng)險性。污泥中存在相當(dāng)數(shù)量的病原微生物和寄生蟲卵，也能在一定程度上加速植物病害的傳播。青島市區(qū)污水廠污泥泥質(zhì)差別較大，以處理生活污水為主的污水廠的污泥有機(jī)質(zhì)較高，而污水廠收集區(qū)域以工業(yè)廢水為主，有機(jī)質(zhì)相對較低，且污泥重金屬含量較高。根據(jù)青島市污泥量和泥質(zhì)預(yù)測，在吸收國外處理處置經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合污泥處置的潛在途徑和消納量分析，確定污泥分區(qū)、分質(zhì)處理。對于有機(jī)質(zhì)較高、重金屬含量較少的污水廠污泥，優(yōu)先采用土地利用的處理方式。

2.2 成品出路

污泥土地利用是解決污泥出路的重要途徑，但是在處理過程中必須考慮污泥中的重金屬、難降解物質(zhì)等。污泥土地利用最主要的利用主體是公共綠地。污泥能否順利應(yīng)用于市政綠化施肥，取決于青島市當(dāng)?shù)氐恼摺：线m的政策激勵以及經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼將極大促進(jìn)污泥土地利用的進(jìn)程。目前，青島市已經(jīng)將廚余垃圾單獨(dú)轉(zhuǎn)運(yùn)以后，進(jìn)入到生活垃圾堆肥處理廠，進(jìn)行堆肥處理，產(chǎn)生的肥料可以進(jìn)行城市綠化，可以進(jìn)行土壤改良，得到了很好的利用。如果有合適的政策支持和經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼，污泥土地利用將有一定的前景。在工程推進(jìn)過程中，建議建設(shè)方與有機(jī)肥料銷售商、市政局簽訂相關(guān)銷售協(xié)議，確保成品出路，同時作為該項目的支撐。

2.3 輔料來源

國內(nèi)污泥生物發(fā)酵項目使用的填充材料也是根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況因地制宜地進(jìn)行選擇。廣州作為南方城市，園林綠化剪枝廢料的量非常可觀，一年四季都能提供園林綠化剪枝廢料，因此廣州的生物發(fā)酵項目采用的填充材料選擇的是城市園林綠化剪枝廢料。鄭州污泥處理和處置項目采取了外包的方式采購填充料，由供應(yīng)商解決從農(nóng)民手中收購、儲存、運(yùn)輸?shù)膯栴}。要求供應(yīng)商建立各級收購、儲存和運(yùn)輸體系，能夠保證及時、準(zhǔn)確、保質(zhì)保量地按污泥生物發(fā)酵生產(chǎn)的實(shí)際要求來供應(yīng)。

青島市目前運(yùn)行的小澗西垃圾堆肥廠常年采用花生殼作為發(fā)酵輔料，該項目污泥堆肥輔料選用依據(jù)青島地區(qū)農(nóng)作物種植情況綜合考慮。設(shè)計估算年需1.6萬t輔料，主要為花生殼、小麥秸稈、玉米秸稈。為確保輔料的供應(yīng)量，減少廠內(nèi)輔料儲存的面積。該項目采用外包的形式，通過招標(biāo)方式與數(shù)家中標(biāo)供貨商簽訂合同，確保輔料供應(yīng)。

2.4 臭氣及冷凝水控制

臭氣及冷凝水是污泥發(fā)酵過程中控制的重中之重。按照發(fā)酵過程，發(fā)酵槽進(jìn)料至出料方向，物料內(nèi)部有機(jī)質(zhì)、水分的含量均逐漸降低。由于發(fā)酵需要溫度55℃以上維持5～7 d，發(fā)酵車間溫度較高，車間內(nèi)水蒸氣、臭氣的擴(kuò)散問題十分嚴(yán)重。根據(jù)好氧發(fā)酵供氧方式，污泥好氧發(fā)酵工藝中的供氧通風(fēng)方式可分為“負(fù)壓抽吸式”和“正壓鼓風(fēng)式”兩大類（見圖2）。從能耗控制和環(huán)境控制兩方面比較，該工程選擇負(fù)壓供氧方式。

圖2 兩種供氧通風(fēng)方式

“負(fù)壓抽吸式”供氧方式即空氣由鼓風(fēng)機(jī)通過抽吸的方式流經(jīng)堆體，好氧發(fā)酵反應(yīng)所產(chǎn)生的臭氣和流經(jīng)堆體升溫空氣所帶走的水汽均在通風(fēng)供氧的同時就被鼓風(fēng)機(jī)抽吸收集，之后由鼓風(fēng)機(jī)統(tǒng)一送至后端除臭濾池進(jìn)行處理。“負(fù)壓抽吸式”避免了正壓供氧方式里對溢散到車間內(nèi)的臭氣和水汽進(jìn)行高換氣量但低效率的二次收集，環(huán)境控制效果更好，能耗更低。

同時為了更好地除臭、抽蒸汽，發(fā)酵車間內(nèi)臭氣管道的布置宜分區(qū)布置，在槽體前部宜加大臭氣收集管道密度。運(yùn)行時，翻拋過程宜全程開啟抽風(fēng)風(fēng)機(jī)，加大通風(fēng)次數(shù)，提高除臭效果。目前，該工程已經(jīng)運(yùn)行，好氧發(fā)酵車間水蒸氣濃度仍較高，車間內(nèi)可見度較低，有一定的滴水現(xiàn)場。建議從以下幾方面加強(qiáng)設(shè)計：

（1）發(fā)酵車間采用全自動運(yùn)行設(shè)計，操作中需要對車間內(nèi)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。由于車間內(nèi)腐蝕性強(qiáng)、可見度較低，監(jiān)控設(shè)備建議采用精度高、質(zhì)量好的設(shè)備，以便運(yùn)行維護(hù)。

（2）該工程擬通過分區(qū)、分時加大抽風(fēng)的方式來降低水蒸氣、臭氣濃度，特別對水蒸氣來講，實(shí)際效果一般。發(fā)酵車間內(nèi)環(huán)境較差，對巡視人員的健康長期會有一定的影響。因此建議設(shè)計中進(jìn)一步加強(qiáng)，投資允許的情況下，在頂板下方增設(shè)冷凝水導(dǎo)流槽，增加玻璃棚，避免車間內(nèi)冷凝滴水的現(xiàn)象發(fā)生。

3 結(jié)語

選擇有效的污泥處置方法，應(yīng)兼顧到環(huán)境生態(tài)效益與處置成本、經(jīng)濟(jì)效益之間的均衡，一種有效的、適合本地具體情況的污泥處置方法應(yīng)該是在環(huán)境衛(wèi)生上、社會上被接受及經(jīng)濟(jì)上有效的方法。青島市從實(shí)際情況出發(fā)，因地制宜，分區(qū)分質(zhì)處理污泥，對目前被污泥問題困擾的其他城市具有一定的借鑒意義。