污泥智能多段回轉(zhuǎn)高溫好氧發(fā)酵技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)

 

李艷杰，李琳

 

（上海萬唐工程技術(shù)有限公司）

 

摘要：從可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略角度出發(fā)，經(jīng)濟(jì)建設(shè)應(yīng)與環(huán)境保護(hù)建設(shè)同步，污泥處理也應(yīng)與社會(huì)的發(fā)展同步。對(duì)現(xiàn)代化的污水廠而言，由于污泥成分復(fù)雜、含水率高、處理困難，污泥處理已經(jīng)成為污水處理系統(tǒng)中比較棘手的一部分，嚴(yán)重的污泥問題會(huì)造成地下水等水體污染，對(duì)環(huán)境保護(hù)造成極大的傷害。因此，國家及地方高度重視污泥處理，大力推進(jìn)污泥無害化處理和資源化利用。為達(dá)到污泥減量化、無害化、資源化的目的，國內(nèi)外現(xiàn)有多種污泥處理的技術(shù)手段。本文從處理成本，發(fā)酵周期，運(yùn)行模式等方面論證了污泥智能多段回轉(zhuǎn)高溫好氧發(fā)酵技術(shù)獨(dú)有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可以成為各污水廠污泥處理的首選工藝。

關(guān)鍵詞：污泥處理；高溫好氧發(fā)酵

 

目前，我國城鎮(zhèn)污水處理過程中產(chǎn)生的剩余污泥具有含水率高、易腐爛、有惡臭、含有大量寄生蟲卵與病原微生物的特點(diǎn)，過去只作為固體廢棄物稍作處理便棄置，大量未經(jīng)處理的污泥沒有正常出路， 至今許多城市仍然采用露天堆放或填埋的方法，造成了城市周圍垃圾成山、蚊蠅孽生、污染環(huán)境和地下水源的不良后果。因此，污泥如不加以妥善處理、任意排放，或者污泥處理處置不當(dāng)直接施入農(nóng)田，都會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境二次污染，因而污泥的處理和處置是城市污染治理必須要解決的問題。

 

1、污泥的產(chǎn)生及性質(zhì)

城市污泥是污水處理的副產(chǎn)品，其成分極其復(fù)雜，通常是由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、無機(jī)顆粒、膠體等組成的非均質(zhì)體。其基本成分及含量主要取決于污水來源及處理工藝，污泥的種類很多，分類也比較復(fù)雜。

根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）相關(guān)規(guī)定，污水處理廠污泥應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定化處理，穩(wěn)定化處理后應(yīng)達(dá)到表1 要求。

 

表1-1 污泥穩(wěn)定化控制指標(biāo)

 

穩(wěn)定化方法	控制項(xiàng)目	控制指標(biāo)
厭氧消化	有機(jī)物降解率%	>40
好氧消化	有機(jī)物降解率%	>40
好氧堆肥	含水率%	>50
	有機(jī)物降解率%	>50
	蠕蟲卵死亡率%	>95
	糞大腸桿菌值	>0.01

 

2、污泥處置方式

關(guān)于污泥處置，從國家政策層面上，按照《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策》的要求，參考國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)， 我國污泥處理處置應(yīng)符合“安全環(huán)保、循環(huán)利用、節(jié)能降耗、因地制宜、穩(wěn)妥可靠”的原則。

根據(jù)城鎮(zhèn)污水廠污泥處置分類，目前常用污泥的處置方式主要有污泥土地利用、污泥衛(wèi)生填埋、污泥建材利用、污泥焚燒等方式。

2.1 土地利用

污泥的土地利用是指經(jīng)過堆肥處理的污泥或污泥產(chǎn)品應(yīng)用于園林、綠地、土壤修復(fù)及改良，目前國內(nèi)污水污泥的處理處置技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用，在污泥制肥上獲得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，將污泥制成有機(jī)顆粒肥、有機(jī)復(fù)混肥和有機(jī)微生物肥料施用于綠化。不僅解決了污泥出路，同時(shí)使得污泥利用資源化，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。但臭氣散發(fā)往往影響到周邊居民的日常生活，露天堆肥帶來的對(duì)周邊環(huán)境污染問題也越來越嚴(yán)重。

污泥土地利用受限于污泥的泥質(zhì)，特別是重金屬含量和致病菌含量不得超過國家的有關(guān)規(guī)定，如果施用不當(dāng)，很容易造成環(huán)境的二次污染。

2.2 衛(wèi)生填埋

污泥衛(wèi)生填埋場(chǎng)中污泥的處置工藝采用衛(wèi)生填埋技術(shù)，即在利用自然界代謝功能的同時(shí)，通過工程手段和環(huán)保措施，使污泥安全消納，并逐步達(dá)到充分穩(wěn)定的處置效果。

污泥僅經(jīng)過濃縮脫水直接填埋的方法達(dá)不到國家對(duì)污泥處置的要求，國外目前采用的指標(biāo)是垃圾填埋場(chǎng)的承載力，要求進(jìn)入填埋場(chǎng)污泥的承載力≥25kN/m2。以填埋為處置方式時(shí)，可采用高溫好氧消化、石灰穩(wěn)定、污泥干化或焚燒等方式。

即使污泥在污水處理廠中經(jīng)過了中溫厭氧消化處理，但由于這一過程中有機(jī)物沒有達(dá)到完全的降解，因此，污泥在填埋過程中依然存在著一個(gè)穩(wěn)定化降解過程。填埋污泥降解要經(jīng)歷由專性厭氧菌和兼性厭氧菌共同發(fā)揮作用的水解酸化階段和由產(chǎn)甲烷菌起主導(dǎo)作用的產(chǎn)甲烷階段，最終污泥中的可降解的有機(jī)質(zhì)被分解為穩(wěn)定的礦化物或簡(jiǎn)單的無機(jī)物，并釋放出包括CO₂和CH₄在內(nèi)的填埋氣體， 從而完成污泥的穩(wěn)定化過程。填埋污泥徹底的穩(wěn)定化是一個(gè)較為漫長(zhǎng)的過程。

2.3建材利用

污泥作為建材的原料，一般包括用作水泥添加料、制陶粒、制磚材和制輕質(zhì)骨料等。日本在建材利用方面技術(shù)領(lǐng)先，有較多的工程應(yīng)用實(shí)例，污泥干化產(chǎn)品或焚燒后的無機(jī)灰末均可作為建材的原料利用。我國也正在嘗試，有條件的地區(qū)應(yīng)積極推廣污泥建材綜合利用。

污泥的建材利用是一個(gè)資源化過程，要真正使其進(jìn)入良性循環(huán)，在降低污泥處理處置成本的同時(shí)，能保證建材本身的產(chǎn)品質(zhì)量，穩(wěn)定消納量，為建材市場(chǎng)所接受。

2.4焚燒

污泥焚燒是一種常見的污泥最終處置方法，它可破壞全部有機(jī)質(zhì)，殺死一切病原體，并最大限度地減少污泥體積。當(dāng)污泥自身的燃燒熱值較高，城市衛(wèi)生要求較高，或污泥中有毒物質(zhì)含量高時(shí)，可采用焚燒處置。污泥在焚燒前，一般應(yīng)先進(jìn)行脫水處理甚至熱干化，以減少水分負(fù)荷和降低能耗。

3、智能多段回轉(zhuǎn)高溫好氧發(fā)酵工藝流程及優(yōu)勢(shì)

污泥多段回轉(zhuǎn)好氧發(fā)酵工藝是一種高效智能的固廢處理技術(shù)，通過好氧性微生物的新陳代謝作用，使污泥中有機(jī)物轉(zhuǎn)化成富含植物營(yíng)養(yǎng)物的腐殖質(zhì)，反應(yīng)的最終代謝物是 CO₂、H₂O 和熱量，大量熱量使物料維持一定的高溫，降低物料的含水率，有效地去除病原體、寄生蟲卵和雜草種子，使污泥達(dá)到減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化目的。好氧發(fā)酵其能耗僅相當(dāng)于國外同類水平的10%，處理每噸污泥的直接成本為國外同類技術(shù)的30%-50%，人力成本和工作量降低60%-70%，由于設(shè)備模塊化制造，根據(jù)實(shí)際處理量需求，每套設(shè)備可獨(dú)立運(yùn)行，也可簡(jiǎn)單的增減設(shè)備數(shù)量即可處理不同規(guī)模，不需設(shè)置特殊翻拋設(shè)備，避免了一旦唯一的翻拋設(shè)備故障導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行癱瘓，甚至停產(chǎn)。相對(duì)其它處理方式有較大的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于城鎮(zhèn)生活污水為主產(chǎn)生的污泥，該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)污泥中有機(jī)質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)元素的高效利用。好氧發(fā)酵后的污泥泥質(zhì)能夠達(dá)到限制性農(nóng)用、園林綠化或土壤改良的標(biāo)準(zhǔn)，是較好的選擇。

3.1 智能多段回轉(zhuǎn)高溫好氧發(fā)酵工藝流程

智能多段回轉(zhuǎn)高溫好氧發(fā)酵工藝技術(shù)，具有發(fā)酵周期短，發(fā)酵充分完全，占地面積小，操作方便，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，操作環(huán)境條件好，運(yùn)行成本低，同時(shí)發(fā)酵后產(chǎn)品為品質(zhì)良好的腐殖質(zhì)顆粒，添加一定量的微量元素后，可作為有機(jī)肥料，其未來發(fā)展前景可觀。其工藝流程如下：

 詳見：中國給水排水2019年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級(jí)研討會(huì)（第十屆） 論文集 

  

圖 3-1 智能多段回轉(zhuǎn)高溫好氧發(fā)酵工藝流程圖

脫水后含水率約為80%的污泥與輔料秸稈或稻殼或花生殼、鋸料等調(diào)理物料按比例要求混合后，通過輸送機(jī)輸送至智能多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙進(jìn)行高溫好氧發(fā)酵，產(chǎn)生的尾氣和水蒸氣吸至尾氣處理裝置進(jìn)行處理， 同時(shí)，利用供氧風(fēng)機(jī)為多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙補(bǔ)充新鮮空氣。物料經(jīng) 7 天左右高溫好氧發(fā)酵后，出料成品經(jīng)后處理系統(tǒng)處理后堆放在臨時(shí)堆放場(chǎng)，產(chǎn)品待用。

WTFJ 智能多段回轉(zhuǎn)好氧發(fā)酵系統(tǒng)主要包括前處理系統(tǒng)、好氧發(fā)酵系統(tǒng)、后處理系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)。其中前處理系統(tǒng)主要包括物料儲(chǔ)存、輸送及混料系統(tǒng)；好氧發(fā)酵系統(tǒng)為整個(gè)污泥處置的核心階段，包括多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙、布料及進(jìn)出料系統(tǒng)；后處理系統(tǒng)包括物料篩分及成品輸送等；輔助系統(tǒng)主要用于去除系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的水蒸氣及尾氣。

3.1.1、前處理系統(tǒng)

將含水率約80%脫水污泥及輔料分別暫存于料倉中，通過輸送設(shè)備將污泥與輔料根據(jù)工藝要求按比例混合均勻，調(diào)節(jié)混合物料的含水率及 C/N，將適宜物料輸送至后續(xù)處理系統(tǒng)。

3.1.2、好氧發(fā)酵系統(tǒng)

WTFJ 智能多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙是將脫水污泥無害化、資源化處理的專用設(shè)備，該設(shè)備是混合物料與空氣充分接觸，通過好氧性微生物的生物代謝作用，使污泥中有機(jī)物轉(zhuǎn)化成富含植物營(yíng)養(yǎng)物的腐殖質(zhì)，反應(yīng)的最終代謝物是 CO2、H2O和熱量，大量熱量使物料維持在 55℃ 以上的高溫，降低物料的含水率，有效地去除病原體、寄生蟲卵和雜草種子，使污泥達(dá)到減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化目的。詳見：中國給水排水2019年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級(jí)研討會(huì)（第十屆） 論文集 

 

 

 

 

圖3-2 智能多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙

該設(shè)備通過輸送機(jī)將混合物料送入，當(dāng)混合物料達(dá)到智能多段回轉(zhuǎn)艙內(nèi)的一定高度時(shí)，向發(fā)酵艙內(nèi)供入新鮮空氣，保持發(fā)酵反應(yīng)在有氧狀態(tài)下進(jìn)行，好氧發(fā)酵產(chǎn)生的熱量保證該設(shè)備發(fā)酵端溫度不小于55 度，從而達(dá)到發(fā)酵的要求。

智能多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙配套智能溫控系統(tǒng)、智能氧含量控制系統(tǒng)等，根據(jù)不同發(fā)酵階段溫度和需氧量與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)控進(jìn)行智能通風(fēng)， 并可實(shí)現(xiàn)智能多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙旋轉(zhuǎn)時(shí)物料底部供氣，設(shè)備內(nèi)曝氣器合理布置，滿足好氧發(fā)酵和污泥干化、排氣等要求。供氣系統(tǒng)采用大阻力形式，保證曝氣器阻力和出氣量均衡。

智能多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙安裝在線溫度儀、在線氧濃度儀等配套儀表，可時(shí)時(shí)監(jiān)控污泥高溫好氧發(fā)酵過程的溫度及氧濃度等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)上傳至PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

詳見：中國給水排水2019年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級(jí)研討會(huì)（第十屆） 論文集 

 

圖3-3 智能控制系統(tǒng)

3.1.3、后處理系統(tǒng)

后處理系統(tǒng)主要對(duì)多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙出料產(chǎn)品進(jìn)行篩分打包處理， 成品堆放于臨時(shí)堆放場(chǎng)，產(chǎn)品外運(yùn)用于園林綠化或其他資源化途徑。

3.1.4、輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)主要包括供氧及尾氣吸收裝置，為好氧發(fā)酵提供新鮮氧氣，同時(shí)將發(fā)酵過程中產(chǎn)生的水蒸氣及二氧化碳等其他吸收統(tǒng)一處理，達(dá)到排放要求。

3.2 智能多段回轉(zhuǎn)高溫好氧發(fā)酵工藝優(yōu)勢(shì)

智能多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙是臥式圓柱形封閉結(jié)構(gòu)，沿著軸線方向傾斜一定角度。物料從發(fā)酵艙高端（進(jìn)料端）進(jìn)入，通過其內(nèi)部的擾流單元和自旋轉(zhuǎn)對(duì)物料進(jìn)行攪拌，同時(shí)布?xì)庀到y(tǒng)不斷向發(fā)酵艙內(nèi)部供氣， 使物料與空氣充分接觸，在適宜溫度和氧氣充分條件下，物料完全充分發(fā)酵，經(jīng)發(fā)酵艙低端（出料端）流出，完成發(fā)酵過程。

智能多段回轉(zhuǎn)好氧發(fā)酵工藝徹底解決了堆肥系統(tǒng)內(nèi)三相混合和分離的均化和優(yōu)化問題，整體效率得以本質(zhì)上的提升，具有如下特點(diǎn)：

（1） 發(fā)酵周期可縮短一半，發(fā)酵完全充分，且整個(gè)發(fā)酵過程全封閉，無臭氣的產(chǎn)生，無水汽和粉塵，操作環(huán)境好；

（2） 多段回轉(zhuǎn)發(fā)酵艙系統(tǒng)設(shè)有多參數(shù)智能監(jiān)控系統(tǒng)，自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)無人值守；

（3） 產(chǎn)品穩(wěn)定。優(yōu)化的混合、進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)，裝置內(nèi)各分區(qū)的物料始終進(jìn)行高效的發(fā)酵，升溫和降溫連續(xù)交替，保證供氧高效均勻。獨(dú)特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和供氧系統(tǒng)，保證了發(fā)酵過程充足均勻的供氧， 保證發(fā)酵產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。處理后成品含水率低。

（4） 占地面積小。高度的集成功能，并且連續(xù)進(jìn)料、出物，堆場(chǎng)以及裝置占地面積大大減少。

（5） 操作便捷。由于過程智能，連續(xù)自動(dòng)進(jìn)料和出料，節(jié)省人工，操作便捷，管理方便。

（6） 處理規(guī)模靈活。由于裝置模塊化制造，每套裝置運(yùn)行獨(dú)立，可根據(jù)實(shí)際處理需要，簡(jiǎn)單的增減裝置數(shù)量即可處理不同規(guī)模。

（7） 運(yùn)行電耗低。優(yōu)化的料風(fēng)氣的混合和分離，以及封閉后的裝置，使得供氧、混合和排風(fēng)的電耗大大降低。

（8） 

	詳見：中國給水排水2019年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級(jí)研討會(huì)（第十屆） 論文集

安裝周期短，投資省。采用該裝置可取消傳統(tǒng)的廠房，減少大量的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，縮短施工周期的同時(shí)，節(jié)省一次性投入。

圖3-4 污泥處置方式

 

 

4、污泥處置效益分析

4.1 社會(huì)效益分析

（一）對(duì)所在地居民就業(yè)的影響

污泥處置項(xiàng)目建設(shè)期間，需要一定的工人進(jìn)行施工；項(xiàng)目建成后，需要一定的行政管理人員、維護(hù)人員、后勤人員；同時(shí)隨著周邊地塊的開發(fā)，還可創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會(huì)。

（二）對(duì)所在地居民收入的影響

污泥處置項(xiàng)目建成后，可優(yōu)化項(xiàng)目區(qū)投資環(huán)境，帶動(dòng)項(xiàng)目所在地相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)當(dāng)?shù)鼐用裨鍪铡?/span>

（三）對(duì)所在地居民生活水平與生活質(zhì)量的影響

污泥處置項(xiàng)目建成后，可改善城市附近水環(huán)境質(zhì)量，提高當(dāng)?shù)鼐用裆�活水平與生活質(zhì)量。

（四）對(duì)所在地衛(wèi)生的影響

污泥處置項(xiàng)目建成后，可改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，保障當(dāng)?shù)鼐用裆�活健康，促進(jìn)地區(qū)衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展。

（五）對(duì)所在地基礎(chǔ)設(shè)施、社會(huì)服務(wù)容量和城市化進(jìn)程的影響本項(xiàng)目的實(shí)施，可完善當(dāng)?shù)鼗�礎(chǔ)配套設(shè)施，提升城市公共服務(wù)能力，加快城市化建設(shè)的進(jìn)程。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

污泥處置項(xiàng)目暫不考慮資金成本及回報(bào)率，但社會(huì)公益較大，從間接經(jīng)濟(jì)效益來看，效果確實(shí)是顯著的，其表現(xiàn)形式如下：

污泥處置項(xiàng)目通過新建污泥處理廠，對(duì)污水處理廠的污泥進(jìn)行就地處理，可完善片區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施，改善投資環(huán)境，帶動(dòng)周邊地塊的升值，輻射帶動(dòng)周邊相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有利于調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)， 改善生態(tài)環(huán)境，使環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

4.3 環(huán)境和生態(tài)效益分析

污泥處置項(xiàng)目新建的污泥處置廠運(yùn)營(yíng)期將采取有效措施對(duì)臭氣、固廢、噪聲、污水等各項(xiàng)污染物進(jìn)行有效治理，污泥處置廠的建設(shè)對(duì)周邊生活環(huán)境的影響較小。

污泥處置項(xiàng)目建成后，將消化污水處理廠產(chǎn)生的污泥。其實(shí)施可緩解城市污水處理廠污泥難以處理的問題，減輕水體污染，有效保護(hù)附近水體水質(zhì)及生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)水環(huán)境保護(hù)，具有較大的環(huán)境和生態(tài)效益。

綜上所述，項(xiàng)目具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境和生態(tài)效益。

 詳見：中國給水排水2019年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級(jí)研討會(huì)（第十屆） 論文集