污泥堆肥資源化過程中除臭系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

尹然+國瑞峰

【摘 要】介紹了污泥堆肥過程中，除臭的主要方法對比；研究了除臭系統(tǒng)的風(fēng)量計(jì)算方法，通過比較得出最大風(fēng)量的確定方法，以及在除臭系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中需重點(diǎn)考慮的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

【Abstract】This paper introduces the comparison of main methods of deodorization in the process of sludge composting. studies the calculating method of the air volume of deodorization system， through the comparison， the method to determine the maximum air volume is obtained； and the focus needs to be considered in the design process of the deodorization system design.

【關(guān)鍵詞】污泥堆肥；除臭系統(tǒng)設(shè)計(jì)；風(fēng)量

【Keywords】sludge composting； deodorizing system design； air volume

【中圖分類號】TB47 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）07-0189-03

1 引言

污水和污泥是解決城市水污染問題同等重要又緊密關(guān)聯(lián)的兩個(gè)系統(tǒng)。污泥處理處置是污水處理得以最終實(shí)施的保障。污泥處理處置方法主要有土地利用、填埋、建筑材料綜合利用、焚燒等。污泥堆肥是土地利用前普遍采用的處置方法，成品可作為土壤改良劑或作為為植物提供養(yǎng)料的腐殖土，在有機(jī)負(fù)荷低的土壤中可以提高保持水分的能力，對有機(jī)負(fù)荷高的土壤則可以增加土壤孔隙率。污泥堆肥是目前污泥處置的一種主要方法之一。

2 堆肥除臭主要技術(shù)

污泥堆肥過程中，好氧發(fā)酵微生物對有機(jī)質(zhì)進(jìn)行分解時(shí)產(chǎn)生惡臭氣體，主要包括氨、硫化氫、醇醚類以及烷烴類[1]。污泥在堆肥處置過程中由于翻拋和堆肥周期的限制，通常廠房較大，鼓風(fēng)量大[2]，對應(yīng)的除臭系統(tǒng)有著污染物負(fù)荷低，除臭風(fēng)量大的特點(diǎn)[3]。常用的生物脫臭工藝有生物過濾法、生物洗滌法、生物滴濾法和曝氣式生物法，其各有特點(diǎn)。

2.1 生物過濾法

生物過濾池是使臭氣經(jīng)過除塵、增濕或降溫等預(yù)處理后，從濾床底部由下向上穿過由濾料（主要有土壤、堆肥、泥炭等）構(gòu)建的濾床，惡臭物質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)移到水—微生物混合相，通過固著于濾料上的微生物的代謝作用被分解。由于生物過濾法具有投資運(yùn)行費(fèi)用極低，處理效率高，氣液接觸面積大，低壓降，運(yùn)行啟動容易等優(yōu)點(diǎn)[4]，目前在國內(nèi)外已被廣泛推廣，且大批的研究者從不同方面對其開展了研究。

2.2 生物滴濾法

生物滴濾法被認(rèn)為是介于生物過濾法和生物洗滌法之間的處理方式。生物滴濾器（填充塔式脫臭法）出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代后期，它具有裝置合理、高效和占地面積少等優(yōu)點(diǎn)。除臭過程與生物濾池相似，其頂部設(shè)有噴淋裝置，且所用濾料為聚丙烯小球、陶瓷、木炭、塑料等不能提供營養(yǎng)物質(zhì)的惰性材料，一般不需要更換。因此針對有些惡臭物質(zhì)而降解的微生物附著在濾料上，避免了濾池中混合微生物群同時(shí)消耗濾料有機(jī)質(zhì)的現(xiàn)象。

2.3 生物洗滌法

生物洗滌裝置通常由一個(gè)裝有填料的洗滌器和一個(gè)具有活性污泥的生物反應(yīng)器構(gòu)成。在洗滌器內(nèi)，氣液逆流接觸，惡臭物質(zhì)和含懸浮泥漿的混合液充分接觸，被吸收而轉(zhuǎn)入液相，從而實(shí)現(xiàn)質(zhì)量傳遞過程。它具有占地小，適用范圍大，壓降低，處理量大，操作條件易于控制等優(yōu)點(diǎn)，但生物洗滌法的投資運(yùn)行費(fèi)用高，需不斷投加營養(yǎng)物，操作復(fù)雜，傳質(zhì)面積小，產(chǎn)生的污泥有待處理。

2.4 小結(jié)

對某種惡臭氣體凈化方法的選擇主要是對基建費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、運(yùn)行可靠性、空間需求和環(huán)境影響等進(jìn)行考慮[5]。對于污泥堆肥產(chǎn)生的惡臭氣體，普遍采用的處理方式是生物過濾法，具有運(yùn)行成本低的特點(diǎn)，但初期投資和占地都較高。

生物濾池是目前應(yīng)用于污泥堆肥處理項(xiàng)目中最多的一種除臭技術(shù)[6]，技術(shù)最早應(yīng)用于20世紀(jì)50年代。主要優(yōu)點(diǎn)是成本低，包括建設(shè)安裝成本和運(yùn)營維護(hù)成本，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行操作簡單。惡臭污染物處理后排放標(biāo)準(zhǔn)參考《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 18918、《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GBZ1、《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》GBZ2和《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 14554 的規(guī)定。

3 除臭風(fēng)量計(jì)算

惡臭污染物是污泥堆肥處置過程中的最主要的污染物。除了生物濾池的處理效率，除臭風(fēng)量的設(shè)計(jì)也是堆肥處置避免二次污染的關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)除臭風(fēng)量時(shí)可以從房間換氣次數(shù)、鼓風(fēng)風(fēng)量、帶走堆體熱量和帶走堆體水分幾種方式計(jì)算污泥堆肥過程中的除臭風(fēng)量。

3.1 根據(jù)廠房換氣次數(shù)計(jì)算

設(shè)計(jì)污泥處置過程的除臭系統(tǒng)，參考污水處理中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定[7]。無人作業(yè)空間1～3次/h，非發(fā)酵倉有人作業(yè)空間6～8次/h，發(fā)酵倉有人作業(yè)空間1～2次/h。

3.2 根據(jù)堆肥通風(fēng)氣量計(jì)算

根據(jù)《城市污水處理廠污泥處理處置污染防治最佳可行技術(shù)指南》“發(fā)酵時(shí)，靜態(tài)好氧發(fā)酵強(qiáng)制通風(fēng)，物料通風(fēng)量 0.05～0.2m3/min，非連續(xù)通風(fēng)；間歇?jiǎng)討B(tài)好氧發(fā)酵可參考靜態(tài)工藝并依生產(chǎn)試驗(yàn)的結(jié)果確定通風(fēng)量，保證好氧發(fā)酵在最適宜條件下進(jìn)行。

通風(fēng)風(fēng)量計(jì)算還可根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理技術(shù)規(guī)程》（CJJ 131-2009）

如按有機(jī)物氧化需氣量，按下式計(jì)算：Q1=

Q1——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下堆肥過程中有機(jī)物氧化需氣量（m3/d）；a——城鎮(zhèn)污泥中生物可降解有機(jī)物的需氧量，取值范圍：（1.0～4.0）kgO2/kg干污泥，典型值為2.0kgO2/kg；b——調(diào)理劑中生物可降解有機(jī)物的需氧量，取值范圍：（0.5～3.0）kgO2/kg干污泥，典型值為1.2kgO2/kg；q1——每日處理城鎮(zhèn)污泥中的生物可降解量（kg干污泥/d）；q2——每日添加料理劑中的生物可降解量（kg干污泥/d）；F——常數(shù)，取0.28，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（0.1MPa，20℃）下的每立方米空氣含氧量（kgO2/m3）。endprint

3.3 根據(jù)帶走水分的質(zhì)量計(jì)算

除臭風(fēng)量還可根據(jù)物料平衡，計(jì)算在污泥堆肥過程中帶走水分所需的風(fēng)量。

Q2=×q1+×q2

Q2——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下堆肥過程中除濕需氣量（m3/d）；ω0——出口空氣飽和濕度（kgH2O/kg干空氣）；ωi——進(jìn)口空氣濕度（kgH2O/kg干空氣）；SS——生污泥固體含量，取值范圍：（0.15～0.30）kg干污泥/kg生污泥；ST——調(diào)理劑固體含量，取值范圍：（0.30～0.50）kg干調(diào)理劑/kg生調(diào)理劑；VS——生污泥中揮發(fā)性固體含量，取值范圍：（0.6～0.8）g揮發(fā)性固體/kg干污泥； SP——堆肥產(chǎn)品中固體含量，取值范圍：（0.55～0.75）kg干污泥/kg堆肥污泥；VT——調(diào)理劑中揮發(fā)性固體含量，取值范圍：（0.6～0.8）kg揮發(fā)性固體/kg調(diào)理劑干物質(zhì)；VP——堆肥產(chǎn)品中揮發(fā)性固體含量，取值范圍：（0.3～0.5）g揮發(fā)性固體/kg堆肥產(chǎn)品干污泥；ρ——常數(shù)，取1.18，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（0.1MPa，20℃）空氣密度（kg/m3）

3.4 根據(jù)熱量平衡計(jì)算

Q3=/ρ

Q3——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下去除堆肥過程中產(chǎn)生熱量的需氣量（m3/d）；C——常數(shù)，取13.63，單位耗氧產(chǎn)熱量（kJ/kgO2）；CH——常數(shù)，溫度Ti時(shí)，水的汽化熱（kJ/kg）；CV——常數(shù)，取1.84，101.33kPa、水蒸氣的定壓比熱（kJ/kg·℃）；Cg——常數(shù)，取1.01，101.33kPa、干空氣的定壓比熱（kJ/kg·℃）；T0——出口的溫度（℃）；Ti——進(jìn)口的溫度（℃）。

3.5 除臭風(fēng)量計(jì)算小結(jié)

通常去除水分和散熱所需的通風(fēng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于供氧所需的通風(fēng)量，并且它們是影響通風(fēng)量的控制因素。經(jīng)初步計(jì)算，去除水分所需的風(fēng)量與堆肥供氧所需風(fēng)量比大約為6：1～10：1。對于濕物料，去除水分所需的通風(fēng)量是控制因素；對于干物料，散熱所需的通風(fēng)量大于去除水分所需的通風(fēng)量。在污泥堆肥處置項(xiàng)目中，除臭風(fēng)量應(yīng)選用以上幾種計(jì)算方法中計(jì)算的最大風(fēng)量，并考慮10%的漏風(fēng)量，得出最終除臭風(fēng)量。通常處理量100t/d的污泥堆肥項(xiàng)目，設(shè)計(jì)除臭風(fēng)量為5～10萬m3/h。

4 除臭設(shè)計(jì)中的其他問題

4.1 管材選用

通風(fēng)管道應(yīng)選用抗腐蝕玻璃鋼通風(fēng)管道[8]，它屬于不燃材料A級，具有耐腐蝕、強(qiáng)度高和重量輕等特點(diǎn)。室內(nèi)部分管道為滿足防火要求應(yīng)選用不燃型無機(jī)玻璃鋼通風(fēng)管道，優(yōu)先考慮BWG類的通風(fēng)管道。滿足規(guī)范的條件下充分考慮抗彎強(qiáng)度要求。

4.2 管道凝水排放

冷凝水排水、設(shè)置最低排水點(diǎn)；由于除臭鼓風(fēng)中帶出了大量水分，為了排出通風(fēng)管道中的冷凝水，水平管道需設(shè)計(jì)i=0.005的坡度，并在最低點(diǎn)設(shè)置排水裝置。良好管道排水設(shè)計(jì)，可以提高堆體中水分去除效率。

4.3 建筑防腐

污泥堆肥車間采用鋼結(jié)構(gòu)的建筑形式，很難避免堆肥過程產(chǎn)生的蒸汽對結(jié)構(gòu)的腐蝕，因此在條件允許的情況下，發(fā)酵車間應(yīng)盡量采用鋼混形式的廠房結(jié)構(gòu)形式[9]。

4.4 設(shè)計(jì)優(yōu)化

在通風(fēng)設(shè)計(jì)過程中，盡量將污泥堆肥的發(fā)酵車間單獨(dú)密閉，單獨(dú)控制啟閉，這樣可以減少暴露面積，減少除臭風(fēng)量。當(dāng)發(fā)酵區(qū)域和其他作業(yè)區(qū)域隔離時(shí)，可以設(shè)計(jì)從發(fā)酵車間抽氣，新鮮空氣經(jīng)過作業(yè)區(qū)域，進(jìn)入發(fā)酵倉，再進(jìn)入除臭系統(tǒng)，這樣可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)作業(yè)區(qū)域和發(fā)酵倉的換氣。

5 結(jié)語

第一，污泥堆肥處置過程中，除臭風(fēng)量的計(jì)算可根據(jù)除水分和散熱所需的通風(fēng)量確定。第二，在除臭設(shè)計(jì)中，應(yīng)首先考慮降低除臭風(fēng)量，可通過提高車間密閉性，提高料倉局部地區(qū)換氣次數(shù)，在不影響工藝的前提下盡量降低處理廠及發(fā)酵倉高度，以減少空間體積，減少操作工人作業(yè)時(shí)與原生污泥的接觸時(shí)間，通過氧氣溫度探頭聯(lián)動，控制堆肥鼓風(fēng)風(fēng)量，減少惡臭氣體產(chǎn)生量。

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