污泥智能多段回转高温好氧发酵处理工程设计 李艳杰，李琳 （上海万唐工程技术有限公司）

 

污泥智能多段回转高温好氧发酵处理工程设计

 

李艳杰，李琳

（上海万唐工程技术有限公司）

 

摘要：污泥智能多段回转高温好氧发酵技术是污泥处理的方法之一，通过好氧性微生物的新陈代谢作用，使污泥中有机物转化成富含植物营养物的腐殖质，反应的最终代谢物是 CO₂、H₂O 和热量，大量热量使物料维持一定的高温，降低物料的含水率，有效地去除病原体、寄生虫卵和杂草种子，使污泥达到减量化、稳定化、无害化、资源化目的。本文以内蒙古赤峰市阿旗天山镇污水处理厂污泥处置项目为例介绍了污水处理厂污泥处置工程建设情况，对城市污水处理厂污泥处置工艺选择和项目设计提供借鉴和参考。

关键词：污泥处理；高温好氧发酵；污水处理厂；工程设计

 

污泥是污水处理后的副产物，是一种由有机物、细菌菌体、病原体、无极颗粒、胶体、重金属等组成的非均质体，如处置不当将对周围人民的身体健康早成危害，对周围环境造成二次污染。目前，我国城镇污水处理过程中产生的剩余污泥具有含水率高、易腐烂、有恶臭、含有大量寄生虫卵与病原微生物的特点，过去只作为固体废弃物稍作处理便弃置，大量未经处理的污泥没有正常出路，至今许多城市仍然采用露天堆放或填埋的方法，造成了城市周围垃圾成山、蚊蝇孽生、污染环境和地下水源的不良后果。因此，污水污泥如不加以妥善处理、任意排放，或者污泥处理处置不当直接施入农田，都会引起严重的环境二次污染，导致污水处理作用前功尽弃，污水处理的环境效益和社会效益将大打折扣。因此对城市污水处理厂产生的污泥进行综合治理、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、工程概况

阿旗天山镇污水处理厂服务范围为整个天山镇的生活污水及工业废水，近期规模（～2015年）2.0万m3/d，远期规模（～2020年）4.0万m3/d。日产含水率80%的脱水污泥约20t。为使阿旗天山镇污水处理厂的污泥尽快得到稳定化、减量化、无害化处理，为后续的污泥处置提供有利条件，阿旗天山镇污水处理厂采用采用污泥智能多段回转高温好氧发酵装置对污水处理厂的脱水污泥进行处理，脱水污泥经生物发酵后产品质量的理化指标，最终含水率<30%、粪大肠杆菌值＞0.01、蠕虫卵死亡率＞95%、产品种子发芽率＞80%，符合《城镇污水处理厂污泥处置 园林绿化用泥质》(GB/T23486-2009)等土地利用指标要求，本项目考虑污泥处置后作为绿化及非农用土壤改良的基质土，可用于阿旗城市园林绿化用土或周边土壤改良。

2、工艺流程

本项目生产工艺采用多段回转发酵方法，污泥高温好氧发酵系统是其方法中最主要的工艺系统，脱水污泥进入污泥发酵系统进行发酵，污泥发酵的主要设备多段回转发酵舱是通过好氧性微生物的新陈代谢作用，使污泥中有机物转化成富含植物营养物的腐殖质，反应的最终代谢物是CO2、H2O和热量，大量热量使物料维持一定的高温，降低物料的含水率，有效地去除病原体、寄生虫卵和杂草种子，使污泥达到减量化、稳定化、无害化、资源化目的。其工艺流程见下图2-1详见：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 

 

图2-1 阿旗天山镇污水处理厂污泥处理工艺流程

污泥处置系统主要包括前处理系统、好氧发酵系统、后处理系统及辅助系统。其中前处理系统主要包括物料储存、输送及混料系统；好氧发酵系统为整个污泥处置的核心阶段，包括多段回转发酵舱、布料及进出料系统；后处理系统包括物料筛分及成品输送等；辅助系统主要用于去除系统内产生的水蒸气及尾气。

2.1 前处理系统

前处理系统主要包括料仓、计量系统、皮带输送机及混料机等设备。

2.1.1 料仓及计量系统

A、原理及参数

利用专用车辆将污泥、辅料及返料分别倾倒入料仓中，料仓底部双螺旋输送机将料仓内暂存的物料输出至后续处理单元。

介质：污泥料仓及计量螺旋储存及输送含水率约80%的脱水污泥；辅料和返料料仓及计量螺旋储存及输送含水率10-30%的辅料（秸秆等）和含水率30~45%的返料。

数量：3套

料仓有效容积：V=5m3

料仓及计量系统主要参数

表2-1

B、设备性能

料仓及计量系统由料仓、双螺旋计量输送机等组成。其中，料仓包括仓体、盖板及配套钢结构架等组成，双螺旋计量输送机由传动装置、双螺旋、配套附件等组成。

2.1.2 混料机

A原理及参数

混料机是采用正反交替的螺旋叶片使物料在壳体内交替前进，在前进的过程中使污泥、秸秆等物料产生复杂的空间螺旋运动，物料在壳体内相互交融、对流、进退、互换等功能，延长了物料的相对搅拌时间，使物料能够搅拌、混合均匀，以符合物料成品的要求。

处理能力：3.5t/h

混合均匀度：>75%

混料机的主要参数

表2-2

B、设备性能

混料机主要由螺旋轴总成、壳体、传动装置、底座及支架等部分组成。螺旋轴的组成部分主要有左右旋向螺旋轴、轴承座、轴承套、轴承盖、齿轮、链轮、油杯、叶片等零部件。左右旋向螺旋轴制造精度高，工艺性能好，与轴承座、轴承套、轴承盖有严格的配合要求。叶片结构设计合理简单，磨损之后易于更换，使用寿命长。

2.2 好氧发酵系统及后处理系统

好氧发酵和后处理系统主要包括进出料系统、多段回转发酵舱、筛分机等设备。

2.2.1 多段回转发酵舱

A、原理及参数

多段回转发酵舱是将脱水污泥无害化、资源化处理的专用设备，该设备是混合物料与空气充分接触，通过好氧性微生物的生物代谢作用，使污泥中有机物转化成富含植物营养物的腐殖质，反应的最终代谢物是CO2、H2O和热量，大量热量使物料维持在55℃以上的高温，降低物料的含水率，有效地去除病原体、寄生虫卵和杂草种子，使污泥达到减量化、稳定化、无害化、资源化目的。

单台处理能力：10t/d

发酵物料：脱水污泥、辅料（返料）的混合物料

发酵周期：5-7d

筒体充满度：60-70%

安装倾角：2°

转速：0-4r/h，可调

产品标准：理化指标：含水率<30%；卫生学：粪大肠杆菌值＞0.01，蛔虫卵死亡率＞95%。

多段回转发酵舱主要参数

表2-4

B、设备性能

该设备通过进料螺旋将混合物料送入，当混合物料量不大于多段回转发酵舱内的70%时，向发酵舱内供入新鲜空气，保证该设备发酵端温度不小于55度（低时加大空气供给量），从而达到发酵的要求。

多段回转发酵舱分为三个阶段：升温段、好氧发酵段、脱水干化段。该设备通过齿轮传动保证多段回转发酵舱回转运动，通过回转运动保证物料均匀翻动。在筒体回转运动及挡板的作用下，可增强物料在筒体内的混合效果，并使物料连续均匀到达出料端。空气经供氧风机通过选择性气量分配阀，按工艺要求送入发酵舱筒体的底部，保证提供物料所需的充分的氧气。通过排气风机将筒体内的尾气、湿气排出，保证设备间内良好的操作环境。

多段回转发酵舱由进料部、回转筒体部、曝气部、空气分配部、传动部、出料部组成。

a发酵舱具有连续、稳定地接收混合物料、连续出料等功能；系统具有24小时连续运转的能力；

b充分考虑该设备所承接的物料（由脱水污泥、秸秆及返料按比例混合充分后的混合物料）、高温好氧发酵过程的温度（55-70℃）、湿度及废气等腐蚀因素，对发酵舱及附件进行防腐处理，以确保装置的稳定性及寿命；

c多段回转发酵舱配套智能温控系统、智能氧含量控制系统等，根据不同发酵阶段温度和需氧量与监控系统联控进行智能通风，并可实现多段回转发酵舱旋转时物料底部供气。供气系统曝气器保证能在不清空物料的前提下，从筒内取出进行维护保养或更换，且具有抗压、防堵塞、曝气均匀等功能，设备内曝气器合理布置，满足好氧发酵和污泥干化、排气等要求。供气系统采用大阻力形式，保证曝气器阻力和出气量均衡。

d发酵舱安装在线温度仪、在线氧浓度仪等配套仪表，可时时监控污泥高温好氧发酵过程的温度及氧浓度等参数，并将数据上传至PLC进行数据处理；

e发酵舱进出料口、连接口进行密封处理，无物料、水汽等泄露。

2.3 辅助系统

辅助系统主要包括供氧及尾气吸收装置，为好氧发酵提供新鲜氧气，同时将发酵过程中产生的水蒸气及二氧化碳等物质吸收统一处理，达到排放要求。

2.3.1 供氧系统

A原理及参数

供氧系统为多段回转发酵舱补充新鲜氧气，为好氧微生物的新陈代谢提供充足的氧气。

设备主要参数

表2-5

 

2.3.2 尾气吸收装置

A原理

尾气吸收装置将发酵过程中产生的水蒸气及二氧化碳等物质吸收统一处理，达到排放要求。

 

设备主要参数

表2-6

B、设备性能

在污泥好氧发酵的过程中，堆体中会有大量的水蒸气、二氧化碳、少量的氨气及其他挥发性有机等被释放出来。为避免二次污染，根据污染物易溶于水的特性采用逆流式洗涤工艺进行处理，即利用气体与液体间的接触，而将气体中的污染物传送到液体中，然后再将清洁气体与被污染的液体分离，达到清净空气的目的。如污染物浓度过高时，可向洗涤塔中添加部分化学药剂进行强化处理。洗涤塔系统的风机将收集到的废气吸入洗涤塔内，自塔顶向下以小液滴状喷撒而下，流经填充层段（气/液接触反应之介质），让废气与填充物表面流动的喷淋水充分接触，以吸附废气中所含的污染物。

3、生产配比及原辅材料消耗量

本项目生产污泥肥所需的原材料主要有污水厂污泥、玉米秸杆。阿旗天山镇污水处理厂每天产生含水率80%的污泥20吨，年可产生污泥(80%含水率)约7000吨。天山镇是农业大镇，玉米秸杆产量大，原材料供应充足，可以保证处理掉污水处理厂产生污泥。

污泥按重量污泥(80%含水率)：玉米秸杆6~4：1比例进行配比。日产污泥肥(约为30%含水率)15吨，年产污泥肥约5400吨。

主要原辅材料消耗表

表3-1

 

4、物料平衡

详见：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 

 

 

5、主要建、构筑物的建筑特征、结构及面积方案

本项目新建建筑面积1325.61m²。具体如下：

5.1 预处理车间

建预处理车间1栋，单层，占地面积472.77m²，建筑面积472.77m²。长30.90m，宽15.30m，高5.80m，框架结构，独立基础。

5.2 发酵车间

建发酵车间1栋，单层，占地面积852.84m²，建筑面积852.84m²。长61.80m，宽13.80m，高9.40m，框架结构，独立基础。

建筑物耐火等级一级，生产类别为丙类，新建建筑物结构型式和建筑面积详见主要建、构筑物一览表。

主要建、构筑物建筑特征一览表

表5-1

 

6、项目特点

本项目污泥处置流程采用污泥高温好氧发酵—多段回转发酵舱方式处理。多段回转发酵舱具有发酵周期短，发酵充分完全，不产生臭味，占地面积小，操作方便，运行维护简单的特点。发酵舱出料含水率低，一般在30%以下，且品质良好，可作为有机肥料。

多段回转发酵舱具有智能监测与供氧技术。监测系统与运行相辅相成。多段回转发酵舱设多个在线检测仪表，进行实时监测，并将监测数据传送至监测终端系统，通过建立数学模块，进行在线数据分析，实现智能供氧与进料的同步性，根据不同区域的需氧量，在保证堆体内部温度的同时，最大程度的为好氧微生物提供氧气，最大化的进行好氧发酵，防止厌氧发酵的发生，也防止堆体内部温度的降低。从而在根源上减少臭气的产生，同时利用尾气处理系统抽出水蒸气与产生的少量臭气，进行喷淋洗涤，达标排放。多段回转发酵舱从根源上解决了好氧发酵中最重要的供氧量与温度之间的矛盾关系，也最大程度的减少了臭气的产生。与传统槽式好氧发酵相比，具有以下特点：

1）发酵周期可缩短一半，发酵完全充分，且整个发酵过程全封闭，车间内操作环境好，无水汽和粉尘；

2）无需昂贵的翻抛设备，自身旋转和风机供氧即可满足微生物好氧发酵要求；

3）多段回转发酵舱设有多参数智能监控系统，自动化程度高，可实现无人值守；

4）设备整体运行功率较小，噪音低，运行成本低；

5）占地面积小，易于操作和运行维护；

6）布气系统先进高效，易于拆卸和检修，同时不影响生产运行；

7）处理后成品含水率低于30%。

7、结语

项目实施符合国家产业政策；项目建设基础条件好；本项目投运后即可彻底解决污水处理厂污泥污染问题，消除会散发恶臭、导致病害及污染环境的有机物和病原菌以及其他有毒有害物质，使污泥卫生化、稳定化，并真正做到污泥减量化、稳定化、无害化、资源化处置。

本项目可以彻底解决污水处理厂污泥的污染问题，解决污水处理厂的后顾之忧，使污水处理厂正常转运。改善天山镇的环境，彻底解决二次污染问题，达到可持续发展的目标，具有一定的经济效益，生态效益和社会效益明显。

 

 详见：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