地下式高温好氧发酵系统—SACT污泥/有机固废堆肥技术研究应用进展

王 涛，杨 明（1.机械科学研究总院环保技术与装备研究所，北京 100044；2.机械工业有机固废生物处理与资源化利用工程技术研究中心，北京 100044）

地下式高温好氧发酵系统—SACT污泥/有机固废堆肥技术研究应用进展

王 涛1，2，杨 明1，2
（1.机械科学研究总院环保技术与装备研究所，北京 100044；2.机械工业有机固废生物处理与资源化利用工程技术研究中心，北京 100044）

地下式污水处理厂为地下式污泥处理系统提供了经验，SACT技术以其三个特点为地下式污泥堆肥系统的实现提供了方法。地下式堆肥系统具有占地面积小，二次污染易控制，节能降耗等优点；在实施中应关注设备的可靠性问题，人员安全问题，防渗问题。通过一个200t/d案例得出结论，以SACT技术为代表的机械化堆肥处理技术，以其鲜明的技术特点和良好的可塑性为包括污泥在内的各领域堆肥应用提供了良好基础手段。

污泥；有机固废；地下式堆肥；处理

前言

地下式污水处理厂可以节省占地，提高土地使用效率，并可有效解决污水处理厂运行中的二次污染问题，在欧洲、美国、日本等发达国家或地区已积累了数十年的建设运行经验。2009年北京天堂河污水处理厂投入试运行，标志着国内污水处理厂地下化进程的开端，之后广州、深圳、昆明等地也建设了一批地下式污水处理厂，并在项目实施过程中最大程度避免了选址过程中易出现的矛盾，取得了良好的效果。

在我国，污泥堆肥技术是相对工艺技术比较成熟、目前采用较多的污泥处理技术，但由于占地面积较大，运行过程中存在NH3、H2S等臭味气体外排现象，项目选址一直是困扰此类技术推广的瓶颈问题。借鉴地下式污水处理厂的设计模式，设计建造地下式污泥堆肥处理厂，也是一个值得研究的课题。近年来，由我国自主研发成功，并不断完善、发展的SACT堆肥技术为这一构想提供了可能。

1　地下式SACT高温好氧发酵系统

1.1地下式建（构）筑物与地面建（构）筑物的主要区别

（1）地面建（构）筑物的屋面一般仅承受雨雪等轻载荷；而地下建（构）筑物“屋面”（即顶板）除雨雪载荷外，还需要承受土压力以及与地面功能相适应的其它动、静载荷；

（2）地面建（构）筑物可采用钢结构或钢筋砼结构形式，目前堆肥工程车间出于成本考虑多采用钢结构形式，而地下建（构）筑物由于考虑防腐等问题一般采用钢筋砼结构形式；

（3）地下式建（构）筑物施工由于一般需要采用土方开挖、降水等措施，建设阶段对于周围影响较大，对于空间容积控制较地面建（构）筑物更为严格；

（4）地下式建（构）筑物相对于地面建（构）筑物封闭性更强，对于周边影响很小，但地下式建（构）筑物内部的操作人员需面对更高的环境、安全风险等级。

1.2SACT高温好氧发酵技术

SACT技术（Super Aerobic Composting Technology）属于动态高温好氧发酵工艺技术的一个类型，作为工业化、工程化技术系统相对于传统技术主要改进体现在以下方面：

（1）动态隧道式发酵仓型

动态隧道式发酵仓型与传统动态发酵槽相比（见图1、图2），翻堆机行走于位于发酵仓上部的牛腿梁上，并且发酵仓断面是封闭的，这一改进可以带来三个优化效果—对占地面积的优化，对臭气污染控制的优化，对车间结构形式的优化。

图1　动态隧道式发酵仓（左）与传统动态发酵槽（右）的对比

图2　动态隧道式发酵仓（左）与传统动态发酵槽（右）现场图

（2）全机械化流程

全机械化流程要求全部工艺过程均由机械设备自主完成，这对保障操作人员的安全十分重要。污泥堆肥全机械化流程需要至少八个目的不同但相互关联的机械子系统配合完成（见图3）。

（3）MCCD

“机械 - 建筑协同设计”（简称MCCD），就是在整个建（构）筑物设计中融合建筑设计与机械设计的理念、方法、过程，使机械与建筑设施共同完成建（构）筑物功能的设计过程。通俗地讲是将建（构）筑物看作是一台设备，土建设施作为壳体或结构支撑件，机械作为运动部件。MCCD首先做到“机械设计建筑化”，在核心非标机械设计过程中，充分考虑到土建施工的精度极限，在确保性能的前提下排除不必要的精度要求。MCCD其次要做到“建筑设计机械化”，在工程设计中充分考虑与机械的配合。采用MCCD设计理念的堆肥车间外景见图4。

图3　全机械化流程子系统与工序对应关系图

图4　采用MCCD设计理念的堆肥车间外景

1.3应用SACT技术实现高温好氧发酵系统地下化

动态隧道式发酵仓型对车间结构的优化方面体现在：动态隧道仓横断面一般跨度小于6m（注：目前同类翻堆机最大型号F5.110宽度为5200mm），无论单层还是多层均适合采用钢筋混凝土结构形式，因此结构强度和防腐蚀水平明显提升，适合地下式建（构）筑物特点。全机械化流程可以摆脱操作过程对人员的依赖，从而大幅度降低了操作人员需面对的环境、安全风险。MCCD的引入可极大压缩系统无效空间，并且对堆肥系统的除臭具有积极意义，在保障性能的前提下降低投资、减少占地面积。地下式高温好氧发酵系统效果图见图5。

2　地下式高温好氧发酵系统的技术特点

2.1地面占地面积小

图5　地下式高温好氧发酵系统效果图

采用地下式高温好氧发酵系统，地面需要保留的建（构）筑物仅包括受料车间、设备安装检修口、排气筒，设备安装检修口和排气筒均可与绿化结合隐蔽设置。

2.2密封性好，二次污染风险低

整个系统与外界环境仅有三个连通通道——受料车间、设备安装检修口、排气筒，其中设备安装检修口常年关闭、排气筒上游为除臭系统，因此实际上仅有受料车间一处空气外溢通道，整个系统自然形成一个封闭有序的通风系统（见图6）。

图6　地下式堆肥系统通风系统示意图

2.3节能降耗

北方冬季运行高温好氧发酵工艺多采用降低产量、降低负荷（增加干料比例）、锅炉采暖等措施保持正常运行，主要原因是生物发热量不足以抵系统消散热量。而系统散热量主要分为两个部分：建筑物散热和空气流通散热；地下式高温好氧发酵系统可以有效降低建筑物散热部分，实现降低能耗、提高产量、稳定运行的目的。

3　地下式高温好氧发酵系统需注意的问题

3.1设备的可靠性问题

由于地下空间有限，车辆与辅助机械进出不便，因此设备的可靠性要求高于地面系统。解决这一问题需从三方面着手：1）从系统设计入手，简化流程工序，充分考虑备用系统和检修需求；2）从设备选型入手，明确提出设备使用环境要求和可靠性要求；3）从设备制造质量入手，加强质量过程控制，以确保实现设计性能指标要求。

3.2有人区域的通风问题

尽管地下式高温好氧发酵系统实现了全机械化流程，但仍需考虑应急情况下的处理措施，特别是有人进入区域的通风问题。解决这一问题应遵循三个步骤进行：1）确定有人区域，包括可能有人区域，根据人员进入的可能性建立分级区域并标识；2）建立应急情况下系统运行分级管理模式；3）根据区域分级设置相应的强制通风设施。

3.3建筑物的防渗问题

在地下水位超过系统底板标高的情况下，应特别注意结构防渗，必要时应设置排水沟、集水坑等设施，确保雨季系统的正常运行。

4　应用实例（某100t/d地下式污泥高温好氧发酵系统设计方案）

4.1项目背景

某大城市A区污水处理厂计划在厂内进行污泥堆肥处理，日处理规模200t（含水率80%）。因厂址处于环境敏感区域，主要建（构）筑物采用地下结构形式，地面为道路绿化，总占地面积要求控制在1万m2以内。

4.2工艺设计

地下式污泥堆肥系统工艺流程见图7。

图7　地下式污泥堆肥系统工艺流程图

该项目处理含水率80%的脱水污泥，脱水污泥送到位于地面的受料/混料间，在此与回流熟料及干物料按一定比例进入混料机混合，混合好的物料通过布料系统输送到位于地下的好氧发酵仓内，在发酵仓内强制通风使物料充分好氧发酵，同时通过翻堆机的翻抛作用使其均匀发酵并且使物料向仓尾移动；经14天左右的时间发酵后，物料的含水率已降至40%以下，干燥后的物料一部分作为回流物料循环利用，一部分作为营养土输出。

4.3建筑设计

该项目主体位于地下，地面需要保留的建（构）筑物为受料车间、变配电间、控制室、设备安装检修口、排气筒等（见表1）。

表1　建筑物构成（简）表

4.4工程总投资（见表2）

5　结语

污泥处理问题已提出多年，但关于技术路线的争论仍在持续，这种情况也制约着污泥处理行业的健康发展。近两年，这一情况有所改变，无论是政策指导上还是行业认同上，以厌氧消化、高温好氧发酵为代表的生物处理技术逐渐占据主流位置。在这一背景下，如何集中力量，结合市场需求对现有技术存在的问题进行重点攻关，是加快污泥处理行业发展速度的关键。

表2　工程总投资估算（简）表

以SACT技术为代表的机械化堆肥处理技术，为传统高温好氧发酵领域注入了新的活力，其鲜明的技术特点和良好的可塑性为包括污泥在内的各领域堆肥应用提供了良好基础手段。

［1］ 王涛，邢家乐，兰轩花，等．SACT污泥高温好氧发酵技术与典型案例分析［J］．给水排水，2014，40（7）：24-27．

［2］ 王涛，林阳．污泥仓式堆肥工艺和进出仓系统技术概述［J］．中国环保产业，2011 （3）：36-39．

［3］ 王涛，许传银，吴庆成，等．唐山400t/d城市污泥无害化处理工程设计［J］．中国给水排水，2013，29（20）：65-69．

Underground High Temperature， Aerobe & Fermentation System — SACT Research and Application of Sludge/Organic Solid Waste Composting Technology

WANG Tao1， 2， YANG Ming1， 2
（1.Institute of Environmental Technology and Equipment， China Academy of Machinery Science & Technology，Beijing 100044； 2.Engineering Center of Organic Solid Waste Biological Treatment and Resource Use of Machinery Industry， Beijing 100044， China）

The underground sewage treatment plant provides experiences for the underground sludge treatment system，and SACT provides methods for the realization of underground sewage sludge composting system from three features. Underground composting system has three advantages: accounting for a small area， easy control of secondary pollution， energy saving and consumption reduction which provide a good foundation for all fields of sludge composting application.

sludge； organic solid waste； underground compost； treatment

X703

A

1006-5377（2016）07-0051-04