青岛娄山河污泥堆肥工程设计要点总结

2018-11-27刘东旭

城市道桥与防洪 2018年11期

刘东旭

（青岛市团岛污水处理厂，山东青岛 266002）

0 引言

为了从根本上解决青岛市污泥处理处置问题，青岛市从该市实际情况出发，在青岛市娄山河污水处理厂预留用地新建污泥堆肥工程。娄山河污泥堆肥处理规模为300 t/d，采用连续式生产工艺，以秸秆、花生壳等为辅料，通过负压供氧除臭，即“连续运行槽式翻抛机加负压供氧除臭一体化工艺”。本文结合实际工程，介绍该工艺流程、主要设计参数以及设计需注意的要点。

1 总体设计

1.1 工艺流程

污泥处理采用“连续运行槽式翻抛机加负压供氧除臭一体化工艺”，工艺流程如图1所示。

图1 污泥处理工艺流程图

1.1.1 预处理

污泥性质特殊，含水率较高、碳氮比低、空隙率较小、黏度较大，纯污泥是无法升温好氧生物发酵。为调整污泥的水分和碳氮比，使生物发酵物料具有一定的疏松度，必须添加一些有机调理剂和膨松剂，如农作物秸秆、锯末、稻壳等。同时添加返回料（菌种）以促进发酵过程快速进行。

1.1.2 高温好氧生物发酵

高温好氧生物发酵在车间厂房内进行。高温好氧生物发酵周期一般为21～24 d，高温好氧生物发酵温度可以上升至55～65℃（以不超过75℃为宜）。物料经过一个高温好氧生物发酵周期，由翻堆机直接装卸到出料皮带输送机上，再转运到筛分及成品区进一步熟化处理。

高温好氧生物发酵系统可改变工况，例如时间、温度、氧气含量和湿度，来减轻不同进口混合物料对于整个系统的影响。

1.1.3 熟化和筛分

发酵槽出料由皮带输送机送到在筛分区的滚筒筛分机中进行筛分，筛下物小颗粒的腐熟物即发酵成品由皮带输送机送到自卸车上或堆棚中进行陈化。腐熟成品（营养土）可以用于林地施肥，园林、道路绿化培植，或改良土壤。筛分出的较大颗粒物料通过皮带输送机（或者直接用装载机）返回到高温好氧生物发酵槽进料端混到进料中。

1.1.4 臭气控制

生物发酵综合车间控制发酵臭气是把封闭厂房内所有排放的气体通过排气系统输送到生物滤池进行除臭处理。

1.2 控制参数

1.2.1 好氧发酵工艺主要控制参数

工业生产化的好氧堆肥目标是得到稳定的产品，这需要在反应过程中对物料碳氮比（C/N）、含水率、物理性状和供风量、温度等影响因素加以控制。这些影响因素对堆肥过程的影响主要有以下这些。

1.2.1.1 含水率

含水率是好氧堆肥的关键因素。堆肥的最佳含水率应为50%～60%；含水率低于30%时，分解过程进展变得迟缓；当含水率低于12%时，微生物的反应就会停止；反之，含水率超过了65%，水就会充满物料颗粒间的空隙，使空气含量大量减少，堆肥将由好氧向厌氧转化，温度也急剧下降。如堆肥物料的含水率均达不到堆肥所需的含水率，须加以调节。一般采用循环部分成品物料（即“返混料”）和添加适量粉碎的植物辅料两种方法来调节。

1.2.1.2 碳氮比

在堆肥中，可溶性易分解的有机物质如糖类首先被降解，然后是蛋白质、纤维素等。在微生物所需的营养中，以碳、氮为主要制约因素。碳主要为微生物生命活动提供能源，氮则用于合成细胞原生质，实践证明，当碳氮比为（20～35）∶1时发酵过程最快。若比值过低，微生物的繁殖就会因能量不足而受到抑制，导致分解缓慢且不彻底；而比值过高则在堆肥施入土壤后，将会发生夺取土壤中氮素的现象，产生“氮饥饿”状态，导致对作物生长产生不良影响。

1.2.1.3 温度

温度是判断微生物活动剧烈程度的最好参数。温度的作用主要是影响微生物的生长，一般认为高温菌对有机物的降解效率高于中温菌，在堆肥过程中，堆体温度应控制在50～65℃，但在55～60℃时比较好。

1.2.2 该工程高温好氧生物发酵控制参数

1.2.2.1 堆肥工艺参数

（1）进料：300 t（含水率76%的脱水污泥）。

（2）返料：150 t（含水率40%的成品料）。

（3）添加剂：秸秆、花生壳等45 t（以含水率20%计，粉碎后使用）。

（4）物料控制：进料有机物含量40%～60%，碳氮比约20∶1，进料含水率为58%。

（5）堆肥温度：55℃以上维持 5～7 d（最高温度不大于75℃）。

（6）通风量：0.10 m3空气 /m3物料·min。

（7）发酵时间：21 d。

（8）出料含水率：40%左右。

1.2.2.2 发酵终止指标

（1）含水率：40%左右。

（2）碳氮比不大于20∶1。

（3）温度降至30℃以下，好氧速率趋于稳定。

1.2.2.3 成品质量标准

（1）无恶臭，不滋生苍蝇，完全腐熟。

（2）pH值：6.5～8（中性或弱碱性）。

（3）气味：泥土香，甘甜味。

（4）有机质含量：22%～35%。

（5）含水率：40%左右。

（6）容重：0.55 t/m3。

（7）颜色：茶褐色。

（8）碳氮比为 15∶1～18∶1。

成品达到《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》（GB/T 23486—2009）、《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质》（CJ/T 309—2009）或《城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质》（GB/T 24600—2009）及不时修订的有效标准、规定、规程等指标，堆肥产品呈褐色，无臭味。

1.3 物料平衡

该工程好氧发酵过程按污泥量的15%添加辅料，按污泥量的50%添加返混料。物料平衡见表1。

表1 物料平衡表

2 好氧发酵工艺设计要点解析

2.1 污泥泥质

污泥土地利用可能会造成土壤、植物系统重金属污染，这是污泥土地利用中最主要的环境问题。我国一般城市污水含有20%～40%的工业废水，重金属含量或有机污染物超标概率高，污泥的土地利用带有一定风险性。污泥中存在相当数量的病原微生物和寄生虫卵，也能在一定程度上加速植物病害的传播。青岛市区污水厂污泥泥质差别较大，以处理生活污水为主的污水厂的污泥有机质较高，而污水厂收集区域以工业废水为主，有机质相对较低，且污泥重金属含量较高。根据青岛市污泥量和泥质预测，在吸收国外处理处置经验的基础上，结合污泥处置的潜在途径和消纳量分析，确定污泥分区、分质处理。对于有机质较高、重金属含量较少的污水厂污泥，优先采用土地利用的处理方式。

2.2 成品出路

污泥土地利用是解决污泥出路的重要途径，但是在处理过程中必须考虑污泥中的重金属、难降解物质等。污泥土地利用最主要的利用主体是公共绿地。污泥能否顺利应用于市政绿化施肥，取决于青岛市当地的政策。合适的政策激励以及经济补贴将极大促进污泥土地利用的进程。目前，青岛市已经将厨余垃圾单独转运以后，进入到生活垃圾堆肥处理厂，进行堆肥处理，产生的肥料可以进行城市绿化，可以进行土壤改良，得到了很好的利用。如果有合适的政策支持和经济补贴，污泥土地利用将有一定的前景。在工程推进过程中，建议建设方与有机肥料销售商、市政局签订相关销售协议，确保成品出路，同时作为该项目的支撑。

2.3 辅料来源

国内污泥生物发酵项目使用的填充材料也是根据当地实际情况因地制宜地进行选择。广州作为南方城市，园林绿化剪枝废料的量非常可观，一年四季都能提供园林绿化剪枝废料，因此广州的生物发酵项目采用的填充材料选择的是城市园林绿化剪枝废料。郑州污泥处理和处置项目采取了外包的方式采购填充料，由供应商解决从农民手中收购、储存、运输的问题。要求供应商建立各级收购、储存和运输体系，能够保证及时、准确、保质保量地按污泥生物发酵生产的实际要求来供应。

青岛市目前运行的小涧西垃圾堆肥厂常年采用花生壳作为发酵辅料，该项目污泥堆肥辅料选用依据青岛地区农作物种植情况综合考虑。设计估算年需1.6万t辅料，主要为花生壳、小麦秸秆、玉米秸秆。为确保辅料的供应量，减少厂内辅料储存的面积。该项目采用外包的形式，通过招标方式与数家中标供货商签订合同，确保辅料供应。

2.4 臭气及冷凝水控制

臭气及冷凝水是污泥发酵过程中控制的重中之重。按照发酵过程，发酵槽进料至出料方向，物料内部有机质、水分的含量均逐渐降低。由于发酵需要温度55℃以上维持5～7 d，发酵车间温度较高，车间内水蒸气、臭气的扩散问题十分严重。根据好氧发酵供氧方式，污泥好氧发酵工艺中的供氧通风方式可分为“负压抽吸式”和“正压鼓风式”两大类（见图2）。从能耗控制和环境控制两方面比较，该工程选择负压供氧方式。

图2 两种供氧通风方式

“负压抽吸式”供氧方式即空气由鼓风机通过抽吸的方式流经堆体，好氧发酵反应所产生的臭气和流经堆体升温空气所带走的水汽均在通风供氧的同时就被鼓风机抽吸收集，之后由鼓风机统一送至后端除臭滤池进行处理。“负压抽吸式”避免了正压供氧方式里对溢散到车间内的臭气和水汽进行高换气量但低效率的二次收集，环境控制效果更好，能耗更低。

同时为了更好地除臭、抽蒸汽，发酵车间内臭气管道的布置宜分区布置，在槽体前部宜加大臭气收集管道密度。运行时，翻抛过程宜全程开启抽风风机，加大通风次数，提高除臭效果。目前，该工程已经运行，好氧发酵车间水蒸气浓度仍较高，车间内可见度较低，有一定的滴水现场。建议从以下几方面加强设计：

（1）发酵车间采用全自动运行设计，操作中需要对车间内进行实时监控。由于车间内腐蚀性强、可见度较低，监控设备建议采用精度高、质量好的设备，以便运行维护。

（2）该工程拟通过分区、分时加大抽风的方式来降低水蒸气、臭气浓度，特别对水蒸气来讲，实际效果一般。发酵车间内环境较差，对巡视人员的健康长期会有一定的影响。因此建议设计中进一步加强，投资允许的情况下，在顶板下方增设冷凝水导流槽，增加玻璃棚，避免车间内冷凝滴水的现象发生。