小型污水处理厂污泥处置资源化利用的方案选择

——以内蒙古自治区赤峰市阿鲁科尔沁旗天山镇污水处理厂

污泥高温好氧发酵工程为例

张凯

(上海万唐工程技术有限公司 201100)

摘要：内蒙古自治区赤峰市阿鲁科尔沁旗天山镇污水处理厂日处理城市生活污水20000吨。厂内污泥经带式压滤机脱水后，含水率在80%左右，后经运输车送至厂内污泥处理中心，污泥处理中心采用高温好氧发酵-多段回转发酵舱工艺，日处理污泥20吨，设备采用全自动化控制，配备智能供氧系统，智能除臭系统、使物料从储存、计量、输送、混合、发酵、监测于一体的发酵产业链。此种工艺很好的解决了传统好氧发酵存在的运行环境差，发酵时间长、发酵不完全等问题，避免了污泥二次污染环境，使污泥真正达到资源化利用的目的。该工程的建设对我国中小型污水处理厂污泥处置工作有着很好的示范与借鉴作用。

关键词：  污泥处置资源化利用 多段回转发酵舱

中图分类号：X环境科学、安全科学    文献标识码： A

Selection of Scheme for Recycling Sludge Disposal of Small Sewage Treatment Plants

——A Case Study of Aerobic Fermentation of Sludge from Sewage Treatment Plant of Tianshan Township, Aru Kelho Banner, Chifeng City, Inner Mongolia Autonomous Region

ZHANG Kai

(Shanghai Waterly Engineering Technology Co., Ltd   201100)

Abstract:The sewage treatment plant of Tianshan town handles 20,000 tons of sanitary sewage per day. The moisture content of sludge of the factory is at about 80% after dewatered by belt type filter press, then transported to the sludge processing center of the factory, sludge treatment center adopts high-temperature aerobic fermentation - Multistage rotary fermentation tank, which can handle 20 tons of sludge per day, the equipment adopts full automatic control, equipped with intelligent oxygen supply system and intelligent deodorization system, achieves fermentation industry chain of storage, measurement, transportation, mixing, fermentation, monitoring. This process solves the problems of traditional aerobic fermentation such as poor operating conditions, long fermentation cycle and incomplete fermentation process, avoids the secondary pollution to the environment, makes the sludge achieve the goal of recycling use. The implementation of this builds a good demonstration and reference for the sludge disposal of small and medium-sized sewage treatment plants in China.

Key words:  Sludge treatment resource utilization；Multistage rotary fermentation tank

1 引言

阿鲁科尔沁旗地处内蒙古自治区东部、赤峰市东北地区，既归东北经济区又归环渤海经济区，还是和京津冀协同发展以及“一带一路”战略的辐射地带。总土地面积14277平方公里，辖14个苏木乡镇、2个街道办事处，245个嘎查村，总人口30万，其中蒙古族近12万。先后荣获“全国绿色能源示范县”“全国科技进步先进县”等称号。旗政府所在地天山镇，全镇总土地面积75.6万亩，耕地面积为19.6万亩，主要种植品种有玉米、谷子、绿豆等。天山镇污水处理厂占地面积40020 m³/d，于2015年5月完成提标改造工程，由复合水解池+生物滤池工艺改为A²/O工艺，处理规模2万m³/d，出水水质达到一级A标准，同时建设污泥处理中心，使污泥发酵后的最终产物满足《城镇污水处理厂污泥处置 园林绿化用泥质》(GB/T23486-2009)标准要求，即含水率小于40%、粪大肠杆菌值大于0.01、蠕虫卵死亡率大于95%、产品种子发芽率大于80%。

天山镇污水处理厂提标改造之前污泥采用带式压滤机脱水后将80%含水率的污泥进行填埋处置，80%含水率的污泥流动性较大，很容易对填埋场渗滤液管造成堵塞等问题，伴随着填埋场地日趋紧张，污泥处置迫在眉睫。

二、污泥处置技术方案的分类

污水厂机械脱水后的污泥处置方法大致有污泥焚烧、污泥热干化、污泥高温好氧发酵三种，污泥经过处置后的最终利用，大致有土地利用、填埋和建材综合利用等。

1.焚烧

污泥焚烧不但可以降低污泥中的重金属活性，还可以氧化污泥中的有机污染物，而且污泥焚烧所产生的热量可以再次利用于污泥干化过程中。所以污泥焚烧不但具有快速并且最大限度的实现污泥减量化的优点，还具有完全杀死污泥中的有害微生物及病原菌的优势。

污泥焚烧的弊端在于其产生的气、液、固、声等污染，还需要消耗大量的热源，虽有部分可回收热量，但仍对其整个焚烧过程所需热量也是杯水车薪，这样导致了污泥焚烧的运行费用居高不下，而且很难实现污泥中的有机质资源化利用。

从目前国内外运行的污泥焚烧项目来分析，其投资和运行费用太高，不适合作为中小城镇的污泥处置工艺方式。

2.热干化

热干化是利用用热能烘干污泥。烘干后的污泥体积仅为初始体积的20%-25%， 烘干的污泥为粉末或颗粒型状，方便运输、储存。随着含水量的降低，微生物活性受到抑制，从而防止变质和臭味的生成。烘干的污泥由于高温杀菌，满足了要求的卫生标准，热干化技术在上世纪90年代得到迅速发展，至2000年，全世界干化污泥产量相比十年前增长了10倍。

污泥经干化后，可供土地使用。然后，烘干过程对污泥中的有害有机物没有起到降解的作用，所以限制了其在土地利用方面的作用。

热干化的主要缺点是消耗大量热量。如果没有便宜的燃料或热源使用，运行成本高^[1]。

3.高温好氧发酵

污泥高温好氧发酵是利用好氧微生物的分解作用，使污泥中的有机物质稳定化的过程。在有氧条件下，好氧细菌对有机物进行吸收、氧化、分解^[2]。好氧发酵是放热反应，期间温度升至55℃以上，有机物生化降解释放的热量使堆体的温度不断升高，耐高温的嗜热菌群在大量氧分子存在下将有机物氧化分解，同时释放出大量的能量，一方面使污泥得到稳定，另一方面使污泥中的病原菌得到杀灭，从而使污泥达到减量化、稳定化、无害化、资源化处理的最终目的。

三、污泥处置技术方案的对比

1.投资、运营角度

在污泥处理中，热干化工艺可较大规模地处理污泥，使资源得到部分利用，国内已有城市尝试采用。但热干化过程能源消耗大，费用高；焚烧工艺的投资高，能耗大，运行费用高昂，同时焚烧产生的焚烧渣还需要卫生填埋，增加了投资；相比之下，高温好氧发酵工艺具有工艺简单、投资少、运行费用低、能有效杀灭病原微生物、可因地制宜利用当地的各种资源等突出特点，符合城市可持续发展的战略。

2.环境保护角度

高温好氧发酵工艺可以做到将污泥的减量化、稳定化、无害化以至资源化。污泥热干化工艺可以做到污泥的减量化和无害化，在稳定化方面仍有欠缺，有机污染物没有经过完全降解，在土地利用时将会受到很大的限制，而且无法避免二次污染的发生。焚烧工艺只是做到了减量化、稳定化，焚烧过程中产生的二噁英气体会对大气造成二次污染。

3. 循环经济、资源化的角度

污泥经高温好氧发酵后不但可以广泛的应用于园林绿化、土壤改良、矿坑回填等一系列场地，污泥中的微量元素如氮、磷、钾可再次循环进入大自然。而且，随着我国近年来禁止焚烧秸秆等政策的利好，此工艺所使用的辅料有了来源的保证，在发酵的同时将辅料再次回归于农田，无疑是循环经济的典范，所以无论是从资源化还是循环经济的角度来讲，污泥高温好氧发酵都具有得天独厚的优势。

污泥经热干化工艺处理后由于土地利用受到很大限制，在循环经济和资源化方面的优势不如高温好氧发酵工艺明显。

污泥焚烧则将有机质和氮、磷、钾等营养物质回归大自然的途径切断了，造成单向而不可循环的过程。

4.处理工艺的安全性和成熟度

高温好氧发酵工艺在美国已历经30多年的发展，工艺和设备都十分成熟，操作运行相对简单、安全性高。而且高温好氧发酵工艺具有一定的工艺调节灵活性，可以根据最终的用途不同，调整工艺运行的参数，以得到有差异的产品。

污泥热干化工艺的安全隐患高，干化污泥粉尘爆炸、焖燃、自燃等事故频频发生，成为制约污泥热干化工艺应用的一大障碍。另外，工艺和设备的运行操作与控制也相对复杂，不容易掌握。

污泥焚烧则是最为复杂的工艺，成熟度低，在国内应用有不成功的案例。

所以，污泥高温好氧发酵工艺无论是从工艺成熟度可靠性、项目投资、运行费用还是资源化利用、环境保护、社会效益等方面都优于热干化和焚烧工艺。

四、污泥处置技术方案的确定

根据天山镇污水处理厂污泥处理处置现状，在综合考虑技术先进性、稳定性、二次污染、及投资运行费用等因素基础上，可知厌氧消化、机械干化、焚烧、石灰稳定等技术要求较高，受泥质影响较大，投资较高且建设周期较长，因此不建议采用以上工艺。

城区生活污水处理厂负责城区生活污水，其脱水污泥泥质较为简单，除了含水率、卫生学指标等外其他污染物均按《城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质》（GB/T 24600-2009）的相关标准。根据《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）》（建城[2009]23 号）要求：“在污泥浓缩、调理和脱水等实现污泥减量化的常规处理工艺基础上，根据污泥处置要求和相应的泥质标准，选择适宜的污泥处理技术路线。污泥以园林绿化、农业利用为处置方式时，鼓励采用厌氧消化或高温好氧发酵（堆肥）等方式处理污泥”^[3]，本项目脱水污泥可经过好氧发酵处理降低含水率、进行无害化处理，处理后产品可作为园林绿化、土地改良等高品质营养土，实现污泥的资源化综合利用。

因此，建议采用高温好氧发酵技术路线对本镇污水处理厂产生的脱水污泥进行处理处置，经过好氧发酵处理后的污泥可作为园林绿化、土地改良等高品质营养土，实现污泥的资源化综合利用。也可进行卫生填埋处理。

五、高温好氧发酵工艺的对比

高温好氧发酵工艺介绍

我国目前高温好氧发酵处置的主要工艺有：传统槽式发酵、条垛式发酵以及最新的滚筒式发酵。下面对这三种高温好氧发酵作对比说明：

工艺一：传统槽式发酵

传统槽式高温好氧发酵是在厂房内建设混凝土形式的发酵槽，处理的污泥量决定了发酵槽的大小。槽式高温好氧发酵工艺是通过翻抛机的翻抛来使堆体内部供氧：翻抛机在翻抛的过程中将堆体充分搅拌均匀，将堆体内部完全打开，这样发酵槽底部安装的通风管道系统，能让氧气更加充分的到达堆体的每一个位置，但这样翻抛带来的影响是堆体内部温度无法保持，长时间的翻抛虽达到了供氧的作用，但堆体内部温度下降迅速，好氧发酵周期加长，发酵周期为4～5周。

传统槽式发酵工艺的主要优点：

A  操作简单；

B  不受天气气候影响。

主要缺点：

A  运行环境差，操作工人在有伤害的环境下工作；

B  要求较高的检测和工艺控制，仅适合大规模的项目；

C  安装形式僵化,占地大，安装成本高；

D  直接运行费用高，维护成本高；

工艺二：条垛式发酵

条垛式发酵一般是用轮式装载机将各种物料进行混合后将堆体码成三棱状。条垛式发酵的供氧同样也是通过翻抛机械的翻抛来完成，每次翻堆是将物料向后移的过程，整个发酵周期一般持续5-6周。

条垛式发酵工艺的主要优点：

A  操作简单；

B  对场地要求低。

主要缺点：

A  堆体内部温度及氧含量无法测量并控制，所以堆体容易进行厌氧发酵，所产生的硫化氢气体污染环境

B  运行环境差，操作工人在有伤害的环境下工作；

C  要求较高的检测和工艺控制，仅适合大规模的项目；

D  占地面积大，发酵周期长。

工艺三：多段回转发酵舱式高温好氧发酵工艺

多段回转发酵舱是基于污泥高温好氧发酵技术研发的，主要原理是将污泥和各种辅料的混料，在高温好氧条件下，利用噬温菌、噬热菌的作用，在潮湿环境中对多种有机物进行氧化分解，并杀灭传染病菌、寄生虫卵与病毒，将有机物转化为类腐殖质。

多段回转发酵舱是卧式圆柱形封闭结构，沿着轴线方向倾斜一定角度。物料从发酵舱高端（进料端）进入，通过其内部的扰流单元和自旋转对物料进行搅拌，同时布气系统不断向发酵舱内部供气，使物料与空气充分接触，在适宜温度和氧气充分条件下，物料完全充分发酵，经发酵舱低端（出料端）流出，完成发酵过程。

多段回转发酵舱式高温好氧发酵工艺彻底解决了堆肥系统内三相混合和分离的均化和优化问题，整体效率得以本质上的提升，具有如下特点：

A  没有臭味，没有渗滤液。独特的均匀混合、发酵过程实现了智能控制，效率高、效果好。

B  产品稳定。优化的混合、进风和排风系统，装置内各分区的物料始终进行高效的发酵，升温和降温连续交替，保证供氧高效均匀。独特的内部结构和供氧系统，保证了发酵过程充足均匀的供氧，保证发酵产品质量的稳定。

C  一体化功能。实现了自动混合送料、均化发酵、自动出料、排风除臭、监控等功能的高度集成。

D 占地小。高度的集成功能，并且够连续进料、出物堆场以及装置占地面积大大减少。

E  人工少。由于过程智能，连续自动进料和出料，节省人工，操作便捷，管理方便。

F  占地面积节约。使原本分散布置的工艺设备集成于同一设备，实现了功能的高度集成，大大节省了占地面积。

G  运行电耗低。优化的料风气的混合和分离，以及封闭后的装置，使得给风、混合和排风的电耗大大降低。

H  处理规模灵活。由于装置模块化制造，每套装置运行独立，可根据实际处理需要，简单的增减装置数量即可处理不同规模。

I  安装周期短，投资省。采用该装置可取消传统的厂房，减少大量的基础设施建设，缩短施工周期的同时，节省一次性投入。

多段回转发酵舱式高温好氧发酵工艺的缺点：

A  单体处理量小

多段回转发酵舱式高温好氧发酵工艺的单体处理量，对于规模较大的工程，需要的模块数多，适合200吨以下规模。

六、高温好氧发酵工艺的确定

综上所述，通过以上比选可以看出，槽式高温好氧发酵工艺和条垛式翻抛高温好氧发酵工艺的工况环境较差，特别是对操作的人员环境很差。且堆肥周期时间长，效率一般。而多段回转发酵舱式高温好氧发酵工艺具有灵活，工况环境优良，效率高等特点，

因此本工程采取污泥处理的工艺为多段回转发酵舱式高温好氧发酵。

参考文献：

[1]  污泥高温好氧发酵技术在沈阳市污水处理厂污泥处理工程中的应用 王大鹏;杨明; -《环境科学与管理》- 2012-10-15 

[2] 污泥动态堆肥无害化处理新技术-开放式发酵堆肥技术谢书霞; -《中华纸业》- 2008-06-23.

[3] 城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）-《中国环保产业》-2009-03-15

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作者简介：张凯（1987-   ），男，内蒙古赤峰市人，2010年毕业于内蒙古农业大学环境工程专业，目前在读哈尔滨工业大学建筑及土木工程工程硕士。

              来源：中国给水排水 2019年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会

（第十届）论文集