SACT高溫好氧發(fā)酵技術(shù)與多層堆肥系統(tǒng)

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SACT高溫好氧發(fā)酵技術(shù)與多層堆肥系統(tǒng)

王 濤1,2

（1.機(jī)械科學(xué)研究總院環(huán)保技術(shù)與裝備研究所，北京 100044；

2.機(jī)械工業(yè)有機(jī)固廢生物處理與資源化利用工程技術(shù)研究中心，北京 100044）

摘 要:介紹了SACT技術(shù)的實質(zhì)內(nèi)容—動態(tài)隧道式發(fā)酵倉型、全機(jī)械化流程，以及MCCD設(shè)計理念，指出SACT技術(shù)可使堆肥系統(tǒng)實現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)，這也是該技術(shù)最具創(chuàng)造性的特點(diǎn)；著重介紹了多層堆肥系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和實現(xiàn)方法。通過對SACT技術(shù)特點(diǎn)和多層系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的對比得出結(jié)論：多層SACT堆肥系統(tǒng)適用于大型集中有機(jī)固廢堆肥領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞:SACT污泥堆肥；好氧發(fā)酵；多層結(jié)構(gòu)；隧道式發(fā)酵倉

SACT Aerobic Fermentation Technology with High Temperature and Multilayer Compost System

前言

高溫好氧發(fā)酵技術(shù)也稱堆肥技術(shù)，是目前已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化推廣的主流污泥等有機(jī)固廢處理技術(shù)之一。該技術(shù)應(yīng)用歷史悠久，操作管理簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，投資和運(yùn)行費(fèi)用低廉，特別適合與土地利用處置方式相結(jié)合形成一條完整的污泥無害化、資源化處理處置路線。

高溫好氧發(fā)酵技術(shù)根據(jù)整體物料狀態(tài)分為動態(tài)和靜態(tài)兩類，根據(jù)堆體形式分為條垛式、槽式、容器式等，上述分類經(jīng)排列組合就形成了主流工藝類型，其中大中型污泥處理項目主要采用動態(tài)條垛式、動態(tài)槽式、靜態(tài)條垛式、靜態(tài)槽式等四種工藝。但這些傳統(tǒng)工藝類型存在共同的矛盾問題：

（1）占地面積與停留時間之間的矛盾：工業(yè)化污泥堆肥過程停留時間長達(dá)14～42天，堆體高度限制與單層結(jié)構(gòu)廠房設(shè)施決定了項目占地面積較大，這一矛盾在原有項目改造過程中體現(xiàn)得尤為突出。

（2）臭氣污染控制與運(yùn)行成本之間的矛盾：參考國外標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)酵區(qū)臭氣換氣次數(shù)應(yīng)為8～12次/h，對于污泥堆肥項目，滿足這一需求的換氣量巨大。

（3）處理設(shè)施功能、壽命與土建投資之間的矛盾：目前污泥堆肥設(shè)施一般為露天堆場或鋼結(jié)構(gòu)廠房，前者受氣候條件影響較大且影響周圍大氣環(huán)境，后者由于潮濕、腐蝕性氣體大量存在導(dǎo)致壽命大為縮短，若采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式廠房，由于需要大跨度結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)性較差。

（4）系統(tǒng)自動化程度與可靠性之間的矛盾：由于潮濕、腐蝕性使用環(huán)境，提高系統(tǒng)自動化程度意味著可靠性的降低，在實際項目中多采用無人與有人操作（或駕駛）設(shè)備結(jié)合組成完整系統(tǒng)，對于操作人員的職業(yè)健康安全構(gòu)成威脅。

2010年以后，隨著我國技術(shù)人員原創(chuàng)自主開發(fā)的SACT技術(shù)的產(chǎn)生、完善、成熟，并在唐山市城市污泥無害化處理工程等項目中成功應(yīng)用，上述問題得到了有效緩解，同時也使污泥高溫好氧發(fā)酵技術(shù)真正成為以污泥為代表的有機(jī)固廢處理技術(shù)路線之一。

1　SACT堆肥技術(shù)

SACT技術(shù)（Super aerobic composting technology）的實質(zhì)是原創(chuàng)動態(tài)隧道式發(fā)酵倉型、全機(jī)械化流程與MCCD理

WANG Tao念相融合形成的工業(yè)化、工程化技術(shù)系統(tǒng)，其基本原理與動態(tài)槽式堆肥技術(shù)類似，與傳統(tǒng)堆肥技術(shù)不同之處，也就是技術(shù)核心包括以下內(nèi)容。

1.1 動態(tài)隧道式發(fā)酵倉型

動態(tài)隧道式發(fā)酵倉型與傳統(tǒng)動態(tài)發(fā)酵槽相比，翻堆機(jī)行走于發(fā)酵倉上部的牛腿梁上，這一改進(jìn)帶來以下系統(tǒng)優(yōu)化效果：

（1）節(jié)省占地面積

首先，動態(tài)隧道倉之間共壁相連組成完整發(fā)酵區(qū)，無需再建設(shè)廠房，較之發(fā)酵槽節(jié)省了槽間廠房支撐柱（墻）的占地位置；其次，系統(tǒng)最大負(fù)荷—翻堆機(jī)的重量通過牛腿梁、倉壁傳遞到基礎(chǔ)中，倉底僅承受堆體的重量（一般情況堆高小于2m，堆積密度小于0.8t/m3），動態(tài)隧道倉結(jié)構(gòu)可經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)形式，對于大型污泥堆肥項目可使占地面積大大減少。

（2）經(jīng)濟(jì)有效地實現(xiàn)臭氣污染控制

首先，動態(tài)隧道倉在專用翻堆機(jī)的配合下可做到空間盡量壓縮，目前采用該技術(shù)的項目空間容積效率可達(dá)到40%左右，未來甚至可能超過50%，自由空間較相同處理能力的傳統(tǒng)技術(shù)減少40%以上；其次動態(tài)隧道倉是一座先天臭氣收集管道，封閉性好，可節(jié)省管道投資。

（3）發(fā)酵倉全部采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式

動態(tài)隧道倉橫斷面一般跨度小于6m（注：目前同類翻堆機(jī)最大型號F5.110寬度為5200mm），無論是單層還是多層，均適合采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，防腐蝕性能好，壽命長。

動態(tài)隧道式發(fā)酵倉與傳統(tǒng)動態(tài)發(fā)酵槽的截面對比圖見圖1。

圖1　截面對比圖

1.2 全機(jī)械化流程

污泥堆肥全機(jī)械化流程需要至少8個目的不同但相互關(guān)聯(lián)的機(jī)械子系統(tǒng)配合完成：混料系統(tǒng)、翻堆/轉(zhuǎn)倉系統(tǒng)、進(jìn)出倉系統(tǒng)（又可細(xì)分為進(jìn)倉系統(tǒng)和出倉系統(tǒng)，設(shè)置目的是將堆肥物料輸入或輸出發(fā)酵倉）、曝氣系統(tǒng)、除臭系統(tǒng)、貯存系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)、計量系統(tǒng)。8大子系統(tǒng)與流程工序的關(guān)系如圖2所示。

圖2　全機(jī)械化流程子系統(tǒng)與工序?qū)?yīng)關(guān)系圖

8大系統(tǒng)中與發(fā)酵倉相關(guān)的有翻堆/轉(zhuǎn)倉系統(tǒng)、進(jìn)出倉系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)、除臭系統(tǒng)，其中曝氣系統(tǒng)、除臭系統(tǒng)涉及發(fā)酵倉的部分均為管道，因此翻堆/轉(zhuǎn)倉系統(tǒng)、進(jìn)出倉系統(tǒng)構(gòu)成了高溫好氧發(fā)酵系統(tǒng)核心區(qū)域的自動化機(jī)械系統(tǒng)，也是此工藝目的實現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)，需要考慮特殊措施以保障系統(tǒng)的可靠性。

1.3 MCCD設(shè)計理念

“機(jī)械 - 建筑協(xié)同設(shè)計”簡稱MCCD，是將整個建（構(gòu)）筑物設(shè)計中融合建筑設(shè)計與機(jī)械設(shè)計理念、方法、過程，使機(jī)械與建筑設(shè)施共同完成建（構(gòu)）筑物功能的設(shè)計過程。通俗地講就是將建（構(gòu)）筑物看作一臺設(shè)備，土建設(shè)施作為殼體或結(jié)構(gòu)支撐件，機(jī)械作為運(yùn)動部件。MCCD可以極大壓縮系統(tǒng)無效空間，對堆肥系統(tǒng)除臭具有積極意義，并且在保障性能的前提下降低投資、減少占地面積。MCCD首先要做到“機(jī)械設(shè)計建筑化”，在核心非標(biāo)機(jī)械設(shè)計過程中，充分考慮到土建施工精度極限，在確保性能的前提下排除不必要的精度要求；其次要做到“建筑設(shè)計機(jī)械化”，在工程設(shè)計中充分考慮與機(jī)械的配合。

2　多層發(fā)酵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如上所述，SACT技術(shù)可使堆肥系統(tǒng)實現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)，這也是該技術(shù)最具創(chuàng)造性的特點(diǎn)，其終歸得益于隧道式發(fā)酵倉型。SACT四層發(fā)酵系統(tǒng)（半側(cè)）結(jié)構(gòu)的透視效果如圖3。

圖3　SACT四層發(fā)酵系統(tǒng)（半側(cè)）結(jié)構(gòu)透視效果圖

圖3展示了一座整體4層結(jié)構(gòu)的SACT堆肥系統(tǒng)，每層8座，共有32座隧道式發(fā)酵倉（圖4）組成。在發(fā)酵倉進(jìn)料端設(shè)置布料設(shè)備廊道（圖5），待堆肥的混合物料通過特殊設(shè)計的組合式皮帶布料機(jī)由進(jìn)料口將物料送入發(fā)酵倉內(nèi)；在發(fā)酵倉進(jìn)料端布料設(shè)備廊道下面設(shè)置曝氣設(shè)備廊道（圖6），曝氣風(fēng)機(jī)通過管道向倉內(nèi)物料提供空氣。在發(fā)酵倉出料端設(shè)置轉(zhuǎn)倉設(shè)備廊道（圖7），轉(zhuǎn)倉機(jī)在這里將翻堆機(jī)運(yùn)送到不同倉位開展工作；在發(fā)酵倉出料端下部設(shè)置出料皮帶，將發(fā)酵產(chǎn)物送出發(fā)酵倉。

圖4　隧道式發(fā)酵倉圖

圖5　布料設(shè)備廊道

圖6　曝氣設(shè)備廊道圖

圖7　轉(zhuǎn)倉設(shè)備廊道與發(fā)酵倉（出料端）

轉(zhuǎn)倉設(shè)備廊道外側(cè)設(shè)置有引風(fēng)設(shè)備廊道，臭氣引風(fēng)機(jī)在這里將在發(fā)酵倉出料端收集風(fēng)口收集到的臭氣輸送到車間外部地面上的除臭濾池系統(tǒng)進(jìn)行處理。轉(zhuǎn)倉設(shè)備廊道外側(cè)引風(fēng)設(shè)備廊道上面的空間作為人行巡視廊道，工作人員可不定時監(jiān)視察看其中翻堆機(jī)運(yùn)行狀況，在調(diào)試階段或緊急情況下，可在巡視廊道內(nèi)通過手持遙控器進(jìn)行翻堆機(jī)人工遙控。

為節(jié)省空間，一般在兩組發(fā)酵倉中間設(shè)置混料區(qū)，配料料倉、混料機(jī)、回流皮帶以及其它輸送設(shè)備均設(shè)置于此處。此外，每層均設(shè)有維修平臺，供翻堆機(jī)安裝和維護(hù)、維修以及在不工作時停放用（如圖8）。

圖8　回流皮帶與維修平臺

3　技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)注意的問題

SACT系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)技術(shù)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：1）節(jié)省占地面積；2）臭氣控制效率高；3）自動化程度高，生產(chǎn)效率高；4）操作人員有安全保障。同時，SACT系統(tǒng)尤其是采用多層結(jié)構(gòu)式需要特別注意的問題：

（1）物料輸送過程設(shè)備的可靠性

由于車輛無法進(jìn)入廠房二層以上的區(qū)域，因此設(shè)備的安裝、維護(hù)、維修相對單層廠房要復(fù)雜，對于系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性要求也較高，要求設(shè)計特殊設(shè)施（如翻堆機(jī)維修平臺等），并且應(yīng)注意備用系統(tǒng)以及設(shè)備選擇與選型方面的問題。

（2）臭氣收集系統(tǒng)的效果

由于臭氣主要以混合水蒸汽的形式釋放出來，根據(jù)動力學(xué)原理，這部分氣體自然向上運(yùn)動，對于多層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，終端除臭系統(tǒng)設(shè)置于地面將影響臭氣收集系統(tǒng)的運(yùn)行效果，可以考慮將除臭濾池頂置的方案加以解決。

4　經(jīng)濟(jì)性分析

以300t/d處理規(guī)模污泥/秸稈堆肥系統(tǒng)為例，對傳統(tǒng)

300t/d污泥堆肥系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性對比表

從以上對比可以得出明確結(jié)論：多層SACT系統(tǒng)的各項主要經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)均最優(yōu)。

5　結(jié)語

SACT技術(shù)是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的中國原創(chuàng)技術(shù)，在主要指標(biāo)性能方面較傳統(tǒng)技術(shù)均有實質(zhì)性突破，使得中國機(jī)械化堆肥技術(shù)位居世界前列。

SACT堆肥技術(shù)以其獨(dú)有的多層系統(tǒng)，為建設(shè)有機(jī)固廢大型集中處理設(shè)施提供了備選技術(shù)路線，也使得生物處理技術(shù)在占地面積指標(biāo)方面進(jìn)一步接近化學(xué)處理技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]王濤.城市污泥堆肥技術(shù)機(jī)械化工業(yè)化發(fā)展趨勢與典型案例分析[J].城鎮(zhèn)水務(wù)，2013（1）：17-21.

[2]王濤.SACT污泥全機(jī)械化堆肥工藝與自動控制系統(tǒng)[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2010 （2）：32-34.

[3]王濤.污泥堆肥技術(shù)工業(yè)化推廣與系統(tǒng)機(jī)械自動化水平提升[J].西南給水排水，2011（1）：24-27.

[4]王濤.市政污泥處置中生物干化工藝與翻堆機(jī)選擇[J].中國市政工程，2012 （5）：54-57.

[5]王濤，林陽.污泥倉式堆肥工藝和進(jìn)出倉系統(tǒng)技術(shù)概述[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2011 （3）：36-39.

[6]王濤.污泥堆肥工程曝氣系統(tǒng)的設(shè)計與選型比較[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2009（1）：41-43.

[7] 王濤.污泥堆肥項目中除臭技術(shù)的選擇與設(shè)計[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2010（4）：33-36.

文章編號:1006-5377（2015）09-0046-04

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

中圖分類號:X703