污泥好氧發(fā)酵技術(shù)在準(zhǔn)能污水處理廠中的應(yīng)用

屈秀娟

摘 要：隨著我國城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城市人口的不斷增加、地方市政建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，所產(chǎn)生的生活污水排放量也隨之增長，對(duì)營造良好的城市環(huán)境產(chǎn)生了較大的影響。在該種情況下，城鎮(zhèn)污水處理廠做好生活污水、污泥的無害化處理、承擔(dān)地區(qū)環(huán)境保護(hù)污染物減排的社會(huì)責(zé)任，則成為了非常重要的一項(xiàng)工作。本文以神華準(zhǔn)能污水處理廠污泥處置工藝為例，對(duì)污泥好氧發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行了介紹，并對(duì)節(jié)能減排效益進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：污泥處置 好氧發(fā)酵 環(huán)境保護(hù)

中圖分類號(hào)：F294 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）09（c）-0077-03

在我國城市化建設(shè)不斷發(fā)展的過程中，要求排放水體的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高，城市污水處理率逐年提升，城市污水處理廠處理污水產(chǎn)生的污泥的數(shù)量也不斷增加。一般城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥為含水率在80%的固體或流體狀物質(zhì)，在這部分污泥當(dāng)中，含有微生物群落、各種有毒有害有機(jī)物、重金屬、致病菌、病毒、蟲卵、草籽以及殘留絮凝藥劑等成分，還伴有惡臭味，外觀黑色、粘稠，有較強(qiáng)的污染性，需要在經(jīng)過適當(dāng)方式進(jìn)行無害化處理后才能夠避免二次污染情況的發(fā)生；同時(shí)，這部分污泥含有潛在利用價(jià)值的有機(jī)質(zhì)及數(shù)量較多的氮、磷、鉀和各種微量元素，如應(yīng)用在農(nóng)田當(dāng)中之后，可促進(jìn)農(nóng)作物生長、改良土壤結(jié)構(gòu)，應(yīng)用前景廣闊，但前提是必須經(jīng)過無害化處理。在對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及環(huán)境生態(tài)三者進(jìn)行平衡考慮的基礎(chǔ)上，結(jié)合薛家灣地區(qū)發(fā)展的特點(diǎn)，槽式好氧發(fā)酵工藝可以說是適合神華準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司污水處理廠（以下簡(jiǎn)稱準(zhǔn)能污水處理廠）污泥處置的一種最有效的方式，且得到了有效應(yīng)用。

1 背景

1.1 污水廠污泥處理的現(xiàn)狀

準(zhǔn)能污水處理廠位于內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾旗薛家灣鎮(zhèn)。薛家灣鎮(zhèn)地處準(zhǔn)格爾旗東部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)110°51′～111°22′12″，北緯39°32′30″～39°58′。薛家灣鎮(zhèn)東臨呼和浩特市，南與龍口鎮(zhèn)、陜西省府谷縣相連，西與沙圪堵鎮(zhèn)搭界，北與大路鎮(zhèn)、布爾陶亥蘇木接壤。全鎮(zhèn)總面積1297km2，轄31個(gè)村、1個(gè)小區(qū)。準(zhǔn)能污水處理廠始建于1992年，原設(shè)計(jì)污水處理能力為12500m3/d，采用普通活性污泥法工藝。2008年、2016年先后兩次污水廠開展了兩期擴(kuò)能工程，處理規(guī)模40000m3/d，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，以CAST為主體工藝。CAST池產(chǎn)生的剩余污泥由剩余污泥泵提升至貯泥池，經(jīng)污泥螺桿泵提升后由離心脫水機(jī)進(jìn)行離心脫水，脫水后污泥含水率在80%左右。準(zhǔn)能污水處理廠日產(chǎn)污泥（含水率80%）45～60t，脫水后污泥外運(yùn)到指定地點(diǎn)進(jìn)行填埋。準(zhǔn)能污水處理廠污泥處置工程于2017年6月開工建設(shè)，預(yù)計(jì)2017年12月底投產(chǎn)運(yùn)行，污水處理產(chǎn)生的濕污泥經(jīng)過無害化處理，生產(chǎn)出的成品成為肥料計(jì)量打包外運(yùn)，作為資源再利用。

1.2 準(zhǔn)能污水處理廠污泥無害化處理工藝的選擇

在國家住建部、環(huán)保部發(fā)布的城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置及污染物防治政策要求的新形勢(shì)下，根據(jù)污泥最終安全處置要求和污泥特性，選擇適宜的污水和污泥處理工藝，實(shí)施污泥處理處置全過程管理。準(zhǔn)能污水處理廠綜合考慮污泥泥質(zhì)特征、地理位置、環(huán)境條件等因素，因地制宜地確定污泥處置方式。結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)有污泥處理成熟技術(shù)，結(jié)合準(zhǔn)能集團(tuán)公司調(diào)研結(jié)果，及污泥處置系統(tǒng)工藝設(shè)備確定專題會(huì)議討論結(jié)果，將該污水處理廠污泥處置工藝確定為動(dòng)、靜態(tài)結(jié)合的槽式好氧發(fā)酵工藝，滿足污泥處理處置中無害化和穩(wěn)定化的基本要求；同時(shí)，好氧發(fā)酵工藝的選擇可實(shí)現(xiàn)污泥資源化利用。在該技術(shù)中，其通過微生物的作用，將原本不穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)降解和轉(zhuǎn)化成具有穩(wěn)定特性的有機(jī)質(zhì)，在降低發(fā)揮性有機(jī)質(zhì)含量的基礎(chǔ)上，減少臭氣含量，在物理性狀方面具有較為明顯的改善，方便運(yùn)輸、儲(chǔ)存以及實(shí)際使用，效果良好。同時(shí)，高溫堆肥方式的應(yīng)用也能夠?qū)Χ蚜袭?dāng)中的蟲卵、草籽以及病原菌進(jìn)行殺滅處理，以此使污泥處置后的產(chǎn)品更適合作為植物營養(yǎng)源以及土壤改良劑。污泥好氧發(fā)酵過程比較復(fù)雜，主要有：添加輔料調(diào)整堆料的含水率和適當(dāng)?shù)腃/N比；選擇填充料改變污泥的物理性狀；建立合適的通風(fēng)系統(tǒng)；控制適宜的溫度和pH值等。

好氧發(fā)酵是實(shí)現(xiàn)污泥資源化利用的一種重要途徑。其優(yōu)點(diǎn)是投資少、工藝簡(jiǎn)單、易操作、運(yùn)行成本相對(duì)較低，但常規(guī)工藝臭味大、操作環(huán)境差，并且堆肥后農(nóng)用或其他土地利用受污泥中重金屬、有機(jī)物及N、P含量的限制。

2 好氧發(fā)酵工藝技術(shù)應(yīng)用

2.1 設(shè)計(jì)處理能力

準(zhǔn)能污水處理廠污泥處置設(shè)計(jì)能力為：脫水污泥100t/d（含水率80%）。

2.2 工藝流程

除臭系統(tǒng)單元，工藝流程圖見圖1。

2.2.1 污泥混料、輸送單元

污泥脫水車間生產(chǎn)出的濕污泥利用2臺(tái)自卸裝運(yùn)車，直接運(yùn)送倒入污泥料倉。通過自動(dòng)計(jì)量裝置將濕污泥、調(diào)理劑和返混料均勻輸送至混料機(jī)中充分混合，使物料達(dá)到適宜的含水率，并保證混合料具有松散的結(jié)構(gòu)，達(dá)到堆肥所需的自由空域要求。

混料系統(tǒng)含污泥料倉、輔料料倉、返混料倉、混料機(jī)、原料皮帶輸送機(jī)、混合料皮帶輸送機(jī)、卸料皮帶及轉(zhuǎn)向平臺(tái)?；炝舷到y(tǒng)在混料車間現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置一套控制平臺(tái)，所有設(shè)備控制平臺(tái)上現(xiàn)場(chǎng)操作。控制方式由手動(dòng)和聯(lián)動(dòng)兩種，聯(lián)動(dòng)控制由PLC實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)控制平臺(tái)設(shè)置聯(lián)動(dòng)、手動(dòng)轉(zhuǎn)換按鈕。聯(lián)動(dòng)操作時(shí)，設(shè)備循序啟動(dòng)，啟動(dòng)順序?yàn)樾读掀А旌狭陷斔推А炝蠙C(jī)—原料輸送皮帶—輔料料倉—返混料倉—污泥料倉，而設(shè)備停止順序與啟動(dòng)順序則相反。

從混料機(jī)出來的混合料，經(jīng)皮帶機(jī)輸送至自卸車，由自卸車送入發(fā)酵槽。發(fā)酵槽中的物料進(jìn)行平整，然后插入溫度、氧氣監(jiān)測(cè)探頭，并由計(jì)算機(jī)啟動(dòng)發(fā)酵過程監(jiān)測(cè)和控制程序。

2.2.2 污泥好氧生物發(fā)酵單元

將混合后的物料堆放至發(fā)酵槽內(nèi)進(jìn)行好氧生物發(fā)酵。發(fā)酵過程開始后，在鼓風(fēng)機(jī)提供氧氣的條件下，好氧微生物迅速增殖，堆體溫度迅速升高，2～3天后堆體進(jìn)入高溫期。通過自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)使堆體在50℃以上的高溫階段維持5～7天以上，以達(dá)到充分殺滅病原菌和雜草種子，實(shí)現(xiàn)物料的無害化和穩(wěn)定化的目的。高溫期結(jié)束后，由勻翻機(jī)進(jìn)行翻堆，使不同部位的物料進(jìn)一步混勻，提高產(chǎn)品質(zhì)量。endprint

整個(gè)發(fā)酵過程為自動(dòng)控制，發(fā)酵倉中設(shè)置有氧氣、溫度監(jiān)測(cè)探頭，探頭采集的數(shù)據(jù)經(jīng)信號(hào)采集器輸入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)回饋控制鼓風(fēng)曝氣的強(qiáng)度和時(shí)間。發(fā)酵車間內(nèi)安裝有環(huán)境監(jiān)測(cè)探頭，在線監(jiān)測(cè)廠房內(nèi)環(huán)境中氨氣、硫化氫等有害氣體濃度。當(dāng)有害氣體濃度達(dá)到默認(rèn)危害濃度時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并開啟預(yù)警系統(tǒng)，自動(dòng)啟動(dòng)除臭系統(tǒng)。

發(fā)酵周期為20天，污泥發(fā)酵車間內(nèi)設(shè)置發(fā)酵槽共10組分為20格，平行布置。單槽長度為30m，寬度為4.5m，高度為2.2m。每組發(fā)酵槽設(shè)置3臺(tái)曝氣鼓風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)設(shè)置于每組發(fā)酵槽間隙。發(fā)酵系統(tǒng)采用動(dòng)、靜結(jié)合，加速腐熟。每個(gè)發(fā)酵槽設(shè)置3套溫度檢測(cè)儀和1套氧氣監(jiān)測(cè)儀來實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)堆體內(nèi)的氧氣含量及溫度。根據(jù)回饋的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)控制強(qiáng)制通風(fēng)過程。翻拋機(jī)及其拖車現(xiàn)場(chǎng)遙控操作運(yùn)行，強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)儀及氧氣檢測(cè)儀回饋的數(shù)據(jù)通過發(fā)酵工藝自動(dòng)控制軟件進(jìn)行自動(dòng)控制。

曝氣方式采用“動(dòng)-靜結(jié)合”的供氧方式。在發(fā)酵初期，物料濕度大、熱量累積和持續(xù)高溫的階段，堆體保持靜止?fàn)顟B(tài)，采用鼓風(fēng)機(jī)供氧，充分保證堆體的高溫狀態(tài)，加速物料無害化，避免惡臭氣體排放；在堆體維持足夠的高溫期后，為改善堆體的水分分布，對(duì)堆體進(jìn)行勻翻，促進(jìn)物料后期腐熟，加速水分脫除。

2.2.3 篩分系統(tǒng)

篩分系統(tǒng)主要由篩分前料倉、篩分前皮帶輸送機(jī)、篩分機(jī)、篩下物皮帶輸送機(jī)、篩上物皮帶輸送機(jī)等設(shè)備組成。腐熟后的成品暫存在后熟區(qū)，經(jīng)過底部曝氣系統(tǒng)微曝氣進(jìn)行后熟，后熟后的產(chǎn)品經(jīng)篩分系統(tǒng)進(jìn)行篩分，篩下物作為成品進(jìn)行土地利用，篩上物作為回流料進(jìn)入返混料倉，循環(huán)進(jìn)入混料系統(tǒng)。

2.2.4 資源化利用階段

好氧發(fā)酵過程完成后，部分腐熟物料可作為成品打包外運(yùn)，進(jìn)行資源化利用，其余部分作為返混料。

2.3 好氧發(fā)酵工藝的特點(diǎn)

該工藝的特點(diǎn)有：第一，占地面積小、堆肥效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。槽式好氧發(fā)酵，其核心工藝為通過翻拋設(shè)備對(duì)堆體進(jìn)行翻拋，同時(shí)采取強(qiáng)制通風(fēng)措施給堆體供氧，除起到補(bǔ)充氧氣作用外還具有加速水分脫除的功能。足量的曝氣和翻拋能夠保證發(fā)酵過程對(duì)細(xì)菌、病毒等有害物質(zhì)的殺滅率，堆肥效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。第二，工藝自動(dòng)化、智能化程度高?？梢詫?shí)現(xiàn)工藝自動(dòng)化控制，有效保證工藝的高效穩(wěn)定，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，同時(shí)減少人力投資。第三，臭氣污染易于控制。靜態(tài)堆肥倉工藝通過調(diào)節(jié)物料性質(zhì)，減少翻堆過程，但有臭氣外溢，且控制水平低。而槽式堆肥由于發(fā)酵過程氧氣含量較足，產(chǎn)生惡臭氣體少，同時(shí)在車間設(shè)置排風(fēng)口，收集臭氣并進(jìn)行處理，能夠顯著改善廠區(qū)環(huán)境。第四，槽式好氧發(fā)酵工藝應(yīng)用廣泛，工藝成熟。經(jīng)了解調(diào)研，目前國內(nèi)普遍采用的污泥好氧發(fā)酵工藝類型為槽式好氧發(fā)酵。該工藝成熟、運(yùn)行穩(wěn)定、臭氣收集與處理控制水平高。

2.4 物料配比平衡

混料后物料的性狀直接影響到發(fā)酵效果的好壞。通常，離心脫水后的污泥具有含水率高、孔隙率低等特點(diǎn)，在好氧發(fā)酵前必須與填充料進(jìn)行混合、破碎，進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，以調(diào)節(jié)適宜的含水率、碳氮比等參數(shù)?；旌虾笪锪系暮时M量控制在60%左右，碳氮比在25∶1～35∶1。填充料的選擇因地制宜，可以利用剪枝、落葉等園林廢棄物和秸稈、木屑、鋸末等有機(jī)廢棄物，或利用已發(fā)酵的熟料作為回填料。添加比例要適中，過低會(huì)影響發(fā)酵效果，過高會(huì)增加運(yùn)行成本。

在保證發(fā)酵效果的前提下，充分考慮當(dāng)?shù)刭Y源及經(jīng)濟(jì)因素，向污泥中添加適當(dāng)比例的調(diào)理劑及回流物料，并且在混料機(jī)中充分混合保證物料性狀均勻。

準(zhǔn)能污泥處理處置工程設(shè)計(jì)處理污泥100t/天，根據(jù)設(shè)計(jì)處理能力，有關(guān)專家計(jì)算得出100t含水率為80%的污泥與15t回流腐熟料（返混料）以及15t有機(jī)輔料（秸稈等）混合，混合均勻后物料175t，含水率61.1%。經(jīng)過高溫發(fā)酵，有機(jī)質(zhì)與水分揮發(fā)76.3t，充分腐熟后含水率降到40%，腐熟后的重量為98.7t，腐熟的物料每日回流60t，剩余的成品外運(yùn)38.7t?，F(xiàn)污水處理廠每天大約產(chǎn)生60t的濕污泥，約需投加9t的輔料，可產(chǎn)生23t的成品。

3 節(jié)能減排效益分析

隨著科學(xué)的進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展，對(duì)能源的需求量日益增加，而如何高效、合理地利用有限的能源，最大限度地節(jié)約能源是我們目前所面臨的問題。準(zhǔn)能污水處理廠污泥處置工程設(shè)計(jì)過程中，把設(shè)備的節(jié)能作為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，把好設(shè)備選型關(guān)。污泥處置工藝設(shè)備購置力求高效節(jié)能，設(shè)備全部采用先進(jìn)節(jié)能型的設(shè)備，并采用先進(jìn)的PLC控制系統(tǒng)，根據(jù)污泥發(fā)酵過程的各項(xiàng)工藝參數(shù)，混料、翻拋、鼓風(fēng)等設(shè)備的運(yùn)行接受自動(dòng)檢測(cè)，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，使整個(gè)污泥處置系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)保持最佳狀態(tài)，以提高節(jié)能效果，降低能耗指標(biāo)。

準(zhǔn)能污水處理廠污泥處置工程的建設(shè)，不僅滿足國家環(huán)保污泥無害化、穩(wěn)定化處理的要求，還可以減少濕污泥填埋對(duì)環(huán)境可能造成的污染，主動(dòng)承擔(dān)地區(qū)環(huán)境保護(hù)和污染物減排的社會(huì)責(zé)任，為準(zhǔn)格爾旗地區(qū)環(huán)境保護(hù)事業(yè)做出了重大的貢獻(xiàn)，為改善準(zhǔn)格爾旗人民的人居環(huán)境發(fā)揮了重要作用，創(chuàng)造了良好社會(huì)效益。生產(chǎn)出的成品可用作農(nóng)用、園林綠化及土地改良（用于鹽堿地、沙化地和廢棄礦場(chǎng)的土壤改良材料及垃圾填埋場(chǎng)覆蓋土）等，還可給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)利益，實(shí)現(xiàn)互惠互利、企地共贏。

4 結(jié)語

在上文中，我們對(duì)城市污水處理廠污泥好氧發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行了一定的研究與分析。經(jīng)過新工藝的應(yīng)用，在工藝運(yùn)行、節(jié)能減排方面都獲得了較好的成果，對(duì)保護(hù)環(huán)境和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展均發(fā)揮了重要作用，為清潔型城市的建設(shè)打下了扎實(shí)基礎(chǔ)。

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