污泥智能多段回轉高溫好氧發(fā)酵技術及其優(yōu)勢

 

李艷杰，李琳

 

（上海萬唐工程技術有限公司）

 

摘要：從可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略角度出發(fā)，經濟建設應與環(huán)境保護建設同步，污泥處理也應與社會的發(fā)展同步。對現(xiàn)代化的污水廠而言，由于污泥成分復雜、含水率高、處理困難，污泥處理已經成為污水處理系統(tǒng)中比較棘手的一部分，嚴重的污泥問題會造成地下水等水體污染，對環(huán)境保護造成極大的傷害。因此，國家及地方高度重視污泥處理，大力推進污泥無害化處理和資源化利用。為達到污泥減量化、無害化、資源化的目的，國內外現(xiàn)有多種污泥處理的技術手段。本文從處理成本，發(fā)酵周期，運行模式等方面論證了污泥智能多段回轉高溫好氧發(fā)酵技術獨有的技術優(yōu)勢，可以成為各污水廠污泥處理的首選工藝。

關鍵詞：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，過去只作為固體廢棄物稍作處理便棄置，大量未經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直接施入農田，都會引起嚴重的環(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、污泥的產生及性質

城市污泥是污水處理的副產品，其成分極其復雜，通常是由有機殘片、細菌菌體、無機顆粒、膠體等組成的非均質體。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，分類也比較復雜。

根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）相關規(guī)定，污水處理廠污泥應進行穩(wěn)定化處理，穩(wěn)定化處理后應達到表1 要求。

 

表1-1 污泥穩(wěn)定化控制指標

 

穩(wěn)定化方法	控制項目	控制指標
厭氧消化	有機物降解率%	>40
好氧消化	有機物降解率%	>40
好氧堆肥	含水率%	>50
	有機物降解率%	>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政策》的要求，參考國內外的經驗與教訓， 我國污泥處理處置應符合“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過堆肥處理的污泥或污泥產品應用于園林、綠地、土壤修復及改良，目前國內污水污泥的處理處置技術和實際應用，在污泥制肥上獲得實質性的進展，將污泥制成有機顆粒肥、有機復混肥和有機微生物肥料施用于綠化。不僅解決了污泥出路，同時使得污泥利用資源化，產生一定的經濟效益。但臭氣散發(fā)往往影響到周邊居民的日常生活，露天堆肥帶來的對周邊環(huán)境污染問題也越來越嚴重。

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

2.2 衛(wèi)生填埋

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

污泥僅經過濃縮脫水直接填埋的方法達不到國家對污泥處置的要求，國外目前采用的指標是垃圾填埋場的承載力，要求進入填埋場污泥的承載力≥25kN/m2。以填埋為處置方式時，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過了中溫厭氧消化處理，但由于這一過程中有機物沒有達到完全的降解，因此，污泥在填埋過程中依然存在著一個穩(wěn)定化降解過程。填埋污泥降解要經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甲烷菌起主導作用的產甲烷階段，最終污泥中的可降解的有機質被分解為穩(wěn)定的礦化物或簡單的無機物，并釋放出包括CO₂和CH₄在內的填埋氣體， 從而完成污泥的穩(wěn)定化過程。填埋污泥徹底的穩(wěn)定化是一個較為漫長的過程。

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、制磚材和制輕質骨料等。日本在建材利用方面技術領先，有較多的工程應用實例，污泥干化產品或焚燒后的無機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)應積極推廣污泥建材綜合利用。

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

2.4焚燒

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

3、智能多段回轉高溫好氧發(fā)酵工藝流程及優(yōu)勢

污泥多段回轉好氧發(fā)酵工藝是一種高效智能的固廢處理技術，通過好氧性微生物的新陳代謝作用，使污泥中有機物轉化成富含植物營養(yǎng)物的腐殖質，反應的最終代謝物是 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的30%-50%，人力成本和工作量降低60%-70%，由于設備模塊化制造，根據(jù)實際處理量需求，每套設備可獨立運行，也可簡單的增減設備數(shù)量即可處理不同規(guī)模，不需設置特殊翻拋設備，避免了一旦唯一的翻拋設備故障導致系統(tǒng)運行癱瘓，甚至停產。相對其它處理方式有較大的優(yōu)勢。對于城鎮(zhèn)生活污水為主產生的污泥，該技術能實現(xiàn)污泥中有機質及營養(yǎng)元素的高效利用。好氧發(fā)酵后的污泥泥質能夠達到限制性農用、園林綠化或土壤改良的標準，是較好的選擇。

3.1 智能多段回轉高溫好氧發(fā)酵工藝流程

智能多段回轉高溫好氧發(fā)酵工藝技術，具有發(fā)酵周期短，發(fā)酵充分完全，占地面積小，操作方便，運行維護簡單，操作環(huán)境條件好，運行成本低，同時發(fā)酵后產品為品質良好的腐殖質顆粒，添加一定量的微量元素后，可作為有機肥料，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)污泥處理處置技術與應用高級研討會（第十屆） 論文集 

  

圖 3-1 智能多段回轉高溫好氧發(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、鋸料等調理物料按比例要求混合后，通過輸送機輸送至智能多段回轉發(fā)酵艙進行高溫好氧發(fā)酵，產生的尾氣和水蒸氣吸至尾氣處理裝置進行處理， 同時，利用供氧風機為多段回轉發(fā)酵艙補充新鮮空氣。物料經 7 天左右高溫好氧發(fā)酵后，出料成品經后處理系統(tǒng)處理后堆放在臨時堆放場，產品待用。

WTFJ 智能多段回轉好氧發(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)主要包括物料儲存、輸送及混料系統(tǒng)；好氧發(fā)酵系統(tǒng)為整個污泥處置的核心階段，包括多段回轉發(fā)酵艙、布料及進出料系統(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)內產生的水蒸氣及尾氣。

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，通過輸送設備將污泥與輔料根據(jù)工藝要求按比例混合均勻，調節(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 智能多段回轉發(fā)酵艙是將脫水污泥無害化、資源化處理的專用設備，該設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，使污泥中有機物轉化成富含植物營養(yǎng)物的腐殖質，反應的最終代謝物是 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)污泥處理處置技術與應用高級研討會（第十屆） 論文集 

 

 

 

 

圖3-2 智能多段回轉發(fā)酵艙

該設備通過輸送機將混合物料送入，當混合物料達到智能多段回轉艙內的一定高度時，向發(fā)酵艙內供入新鮮空氣，保持發(fā)酵反應在有氧狀態(tài)下進行，好氧發(fā)酵產生的熱量保證該設備發(fā)酵端溫度不小于55 度，從而達到發(fā)酵的要求。

智能多段回轉發(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)控進行智能通風， 并可實現(xiàn)智能多段回轉發(fā)酵艙旋轉時物料底部供氣，設備內曝氣器合理布置，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。

智能多段回轉發(fā)酵艙安裝在線溫度儀、在線氧濃度儀等配套儀表，可時時監(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)污泥處理處置技術與應用高級研討會（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)主要對多段回轉發(fā)酵艙出料產品進行篩分打包處理， 成品堆放于臨時堆放場，產品外運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，同時將發(fā)酵過程中產生的水蒸氣及二氧化碳等其他吸收統(tǒng)一處理，達到排放要求。

3.2 智能多段回轉高溫好氧發(fā)酵工藝優(yōu)勢

智能多段回轉發(fā)酵艙是臥式圓柱形封閉結構，沿著軸線方向傾斜一定角度。物料從發(fā)酵艙高端（進料端）進入，通過其內部的擾流單元和自旋轉對物料進行攪拌，同時布氣系統(tǒng)不斷向發(fā)酵艙內部供氣， 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，經發(fā)酵艙低端（出料端）流出，完成發(fā)酵過程。

智能多段回轉好氧發(fā)酵工藝徹底解決了堆肥系統(tǒng)內三相混合和分離的均化和優(yōu)化問題，整體效率得以本質上的提升，具有如下特點：

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

（2） 多段回轉發(fā)酵艙系統(tǒng)設有多參數(shù)智能監(jiān)控系統(tǒng)，自動化程度高，可實現(xiàn)無人值守；

（3） 產品穩(wěn)定。優(yōu)化的混合、進風和排風系統(tǒng)，裝置內各分區(qū)的物料始終進行高效的發(fā)酵，升溫和降溫連續(xù)交替，保證供氧高效均勻。獨特的內部結構和供氧系統(tǒng)，保證了發(fā)酵過程充足均勻的供氧， 保證發(fā)酵產品質量的穩(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)進料、出物，堆場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)自動進料和出料，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，每套裝置運行獨立，可根據(jù)實際處理需要，簡單的增減裝置數(shù)量即可處理不同規(guī)模。

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

（8） 

	詳見：中國給水排水2019年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術與應用高級研討會（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，減少大量的基礎設施建設，縮短施工周期的同時，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 社會效益分析

（一）對所在地居民就業(yè)的影響

污泥處置項目建設期間，需要一定的工人進行施工；項目建成后，需要一定的行政管理人員、維護人員、后勤人員；同時隨著周邊地塊的開發(fā)，還可創(chuàng)造更多的就業(yè)機會。

（二）對所在地居民收入的影響

污泥處置項目建成后，可優(yōu)化項目區(qū)投資環(huán)境，帶動項目所在地相關產業(yè)的發(fā)展，促進當?shù)鼐用裨鍪铡?/span>

（三）對所在地居民生活水平與生活質量的影響

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

（四）對所在地衛(wèi)生的影響

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

（五）對所在地基礎設施、社會服務容量和城市化進程的影響本項目的實施，可完善當?shù)鼗�礎配套設施，提升城市公共服務能力，加快城市化建設的進程。

4.2 經濟效益分析

污泥處置項目暫不考慮資金成本及回報率，但社會公益較大，從間接經濟效益來看，效果確實是顯著的，其表現(xiàn)形式如下：

污泥處置項目通過新建污泥處理廠，對污水處理廠的污泥進行就地處理，可完善片區(qū)基礎設施，改善投資環(huán)境，帶動周邊地塊的升值，輻射帶動周邊相關產業(yè)的發(fā)展，有利于調整優(yōu)化產業(yè)結構， 改善生態(tài)環(huán)境，使環(huán)境與社會經濟協(xié)調發(fā)展，實現(xiàn)當?shù)亟洕�的可持續(xù)發(fā)展。

4.3 環(huán)境和生態(tài)效益分析

污泥處置項目新建的污泥處置廠運營期將采取有效措施對臭氣、固廢、噪聲、污水等各項污染物進行有效治理，污泥處置廠的建設對周邊生活環(huán)境的影響較小。

污泥處置項目建成后，將消化污水處理廠產生的污泥。其實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，有效保護附近水體水質及生態(tài)環(huán)境，促進水環(huán)境保護，具有較大的環(huán)境和生態(tài)效益。

綜上所述，項目具有顯著的經濟、社會、環(huán)境和生態(tài)效益。

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