污泥智能多段回转高温好氧发酵技术及其优势

 

李艳杰，李琳

 

（上海万唐工程技术有限公司）

 

摘要：从可持续发展的战略角度出发，经济建设应与环境保护建设同步，污泥处理也应与社会的发展同步。对现代化的污水厂而言，由于污泥成分复杂、含水率高、处理困难，污泥处理已经成为污水处理系统中比较棘手的一部分，严重的污泥问题会造成地下水等水体污染，对环境保护造成极大的伤害。因此，国家及地方高度重视污泥处理，大力推进污泥无害化处理和资源化利用。为达到污泥减量化、无害化、资源化的目的，国内外现有多种污泥处理的技术手段。本文从处理成本，发酵周期，运行模式等方面论证了污泥智能多段回转高温好氧发酵技术独有的技术优势，可以成为各污水厂污泥处理的首选工艺。

关键词：污泥处理；高温好氧发酵

 

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，因而污泥的处理和处置是城市污染治理必须要解决的问题。

 

1、污泥的产生及性质

城市污泥是污水处理的副产品，其成分极其复杂，通常是由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的非均质体。其基本成分及含量主要取决于污水来源及处理工艺，污泥的种类很多，分类也比较复杂。

根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）相关规定，污水处理厂污泥应进行稳定化处理，稳定化处理后应达到表1 要求。

 

表1-1 污泥稳定化控制指标

 

稳定化方法	控制项目	控制指标
厌氧消化	有机物降解率%	>40
好氧消化	有机物降解率%	>40
好氧堆肥	含水率%	>50
	有机物降解率%	>50
	蠕虫卵死亡率%	>95
	粪大肠杆菌值	>0.01

 

2、污泥处置方式

关于污泥处置，从国家政策层面上，按照《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策》的要求，参考国内外的经验与教训， 我国污泥处理处置应符合“安全环保、循环利用、节能降耗、因地制宜、稳妥可靠”的原则。

根据城镇污水厂污泥处置分类，目前常用污泥的处置方式主要有污泥土地利用、污泥卫生填埋、污泥建材利用、污泥焚烧等方式。

2.1 土地利用

污泥的土地利用是指经过堆肥处理的污泥或污泥产品应用于园林、绿地、土壤修复及改良，目前国内污水污泥的处理处置技术和实际应用，在污泥制肥上获得实质性的进展，将污泥制成有机颗粒肥、有机复混肥和有机微生物肥料施用于绿化。不仅解决了污泥出路，同时使得污泥利用资源化，产生一定的经济效益。但臭气散发往往影响到周边居民的日常生活，露天堆肥带来的对周边环境污染问题也越来越严重。

污泥土地利用受限于污泥的泥质，特别是重金属含量和致病菌含量不得超过国家的有关规定，如果施用不当，很容易造成环境的二次污染。

2.2 卫生填埋

污泥卫生填埋场中污泥的处置工艺采用卫生填埋技术，即在利用自然界代谢功能的同时，通过工程手段和环保措施，使污泥安全消纳，并逐步达到充分稳定的处置效果。

污泥仅经过浓缩脱水直接填埋的方法达不到国家对污泥处置的要求，国外目前采用的指标是垃圾填埋场的承载力，要求进入填埋场污泥的承载力≥25kN/m2。以填埋为处置方式时，可采用高温好氧消化、石灰稳定、污泥干化或焚烧等方式。

即使污泥在污水处理厂中经过了中温厌氧消化处理，但由于这一过程中有机物没有达到完全的降解，因此，污泥在填埋过程中依然存在着一个稳定化降解过程。填埋污泥降解要经历由专性厌氧菌和兼性厌氧菌共同发挥作用的水解酸化阶段和由产甲烷菌起主导作用的产甲烷阶段，最终污泥中的可降解的有机质被分解为稳定的矿化物或简单的无机物，并释放出包括CO₂和CH₄在内的填埋气体， 从而完成污泥的稳定化过程。填埋污泥彻底的稳定化是一个较为漫长的过程。

2.3建材利用

污泥作为建材的原料，一般包括用作水泥添加料、制陶粒、制砖材和制轻质骨料等。日本在建材利用方面技术领先，有较多的工程应用实例，污泥干化产品或焚烧后的无机灰末均可作为建材的原料利用。我国也正在尝试，有条件的地区应积极推广污泥建材综合利用。

污泥的建材利用是一个资源化过程，要真正使其进入良性循环，在降低污泥处理处置成本的同时，能保证建材本身的产品质量，稳定消纳量，为建材市场所接受。

2.4焚烧

污泥焚烧是一种常见的污泥最终处置方法，它可破坏全部有机质，杀死一切病原体，并最大限度地减少污泥体积。当污泥自身的燃烧热值较高，城市卫生要求较高，或污泥中有毒物质含量高时，可采用焚烧处置。污泥在焚烧前，一般应先进行脱水处理甚至热干化，以减少水分负荷和降低能耗。

3、智能多段回转高温好氧发酵工艺流程及优势

污泥多段回转好氧发酵工艺是一种高效智能的固废处理技术，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。好氧发酵其能耗仅相当于国外同类水平的10%，处理每吨污泥的直接成本为国外同类技术的30%-50%，人力成本和工作量降低60%-70%，由于设备模块化制造，根据实际处理量需求，每套设备可独立运行，也可简单的增减设备数量即可处理不同规模，不需设置特殊翻抛设备，避免了一旦唯一的翻抛设备故障导致系统运行瘫痪，甚至停产。相对其它处理方式有较大的优势。对于城镇生活污水为主产生的污泥，该技术能实现污泥中有机质及营养元素的高效利用。好氧发酵后的污泥泥质能够达到限制性农用、园林绿化或土壤改良的标准，是较好的选择。

3.1 智能多段回转高温好氧发酵工艺流程

智能多段回转高温好氧发酵工艺技术，具有发酵周期短，发酵充分完全，占地面积小，操作方便，运行维护简单，操作环境条件好，运行成本低，同时发酵后产品为品质良好的腐殖质颗粒，添加一定量的微量元素后，可作为有机肥料，其未来发展前景可观。其工艺流程如下：

 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 3-1 智能多段回转高温好氧发酵工艺流程图

脱水后含水率约为80%的污泥与辅料秸秆或稻壳或花生壳、锯料等调理物料按比例要求混合后，通过输送机输送至智能多段回转发酵舱进行高温好氧发酵，产生的尾气和水蒸气吸至尾气处理装置进行处理， 同时，利用供氧风机为多段回转发酵舱补充新鲜空气。物料经 7 天左右高温好氧发酵后，出料成品经后处理系统处理后堆放在临时堆放场，产品待用。

WTFJ 智能多段回转好氧发酵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。

3.1.1、前处理系统

将含水率约80%脱水污泥及辅料分别暂存于料仓中，通过输送设备将污泥与辅料根据工艺要求按比例混合均匀，调节混合物料的含水率及 C/N，将适宜物料输送至后续处理系统。

3.1.2、好氧发酵系统

WTFJ 智能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。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3-2 智能多段回转发酵舱

该设备通过输送机将混合物料送入，当混合物料达到智能多段回转舱内的一定高度时，向发酵舱内供入新鲜空气，保持发酵反应在有氧状态下进行，好氧发酵产生的热量保证该设备发酵端温度不小于55 度，从而达到发酵的要求。

智能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， 并可实现智能多段回转发酵舱旋转时物料底部供气，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。

智能多段回转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。

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3-3 智能控制系统

3.1.3、后处理系统

后处理系统主要对多段回转发酵舱出料产品进行筛分打包处理， 成品堆放于临时堆放场，产品外运用于园林绿化或其他资源化途径。

3.1.4、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其他吸收统一处理，达到排放要求。

3.2 智能多段回转高温好氧发酵工艺优势

智能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。

智能多段回转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：

（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，无臭气的产生，无水汽和粉尘，操作环境好；

（2） 多段回转发酵舱系统设有多参数智能监控系统，自动化程度高，可实现无人值守；

（3） 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。处理后成品含水率低。

（4） 占地面积小。高度的集成功能，并且连续进料、出物，堆场以及装置占地面积大大减少。

（5） 操作便捷。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。

（6） 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。

（7） 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，使得供氧、混合和排风的电耗大大降低。

（8） 

	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

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。

图3-4 污泥处置方式

 

 

4、污泥处置效益分析

4.1 社会效益分析

（一）对所在地居民就业的影响

污泥处置项目建设期间，需要一定的工人进行施工；项目建成后，需要一定的行政管理人员、维护人员、后勤人员；同时随着周边地块的开发，还可创造更多的就业机会。

（二）对所在地居民收入的影响

污泥处置项目建成后，可优化项目区投资环境，带动项目所在地相关产业的发展，促进当地居民增收。

（三）对所在地居民生活水平与生活质量的影响

污泥处置项目建成后，可改善城市附近水环境质量，提高当地居民生活水平与生活质量。

（四）对所在地卫生的影响

污泥处置项目建成后，可改善区域生态环境，保障当地居民生活健康，促进地区卫生事业的发展。

（五）对所在地基础设施、社会服务容量和城市化进程的影响本项目的实施，可完善当地基础配套设施，提升城市公共服务能力，加快城市化建设的进程。

4.2 经济效益分析

污泥处置项目暂不考虑资金成本及回报率，但社会公益较大，从间接经济效益来看，效果确实是显著的，其表现形式如下：

污泥处置项目通过新建污泥处理厂，对污水处理厂的污泥进行就地处理，可完善片区基础设施，改善投资环境，带动周边地块的升值，辐射带动周边相关产业的发展，有利于调整优化产业结构， 改善生态环境，使环境与社会经济协调发展，实现当地经济的可持续发展。

4.3 环境和生态效益分析

污泥处置项目新建的污泥处置厂运营期将采取有效措施对臭气、固废、噪声、污水等各项污染物进行有效治理，污泥处置厂的建设对周边生活环境的影响较小。

污泥处置项目建成后，将消化污水处理厂产生的污泥。其实施可缓解城市污水处理厂污泥难以处理的问题，减轻水体污染，有效保护附近水体水质及生态环境，促进水环境保护，具有较大的环境和生态效益。

综上所述，项目具有显著的经济、社会、环境和生态效益。

 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