孫敏捷 林昌源 叢昊燃 段崇東 彭生平

（北京沃土天地生物科技有限公司 北京 100193）

近年來，我國城市污水處理事業(yè)隨城市化進(jìn)程加快而得到迅猛發(fā)展，污水處理廠不斷提標(biāo)擴(kuò)建。數(shù)據(jù)顯示，截至2014 年3 月底，全國設(shè)市城市、縣（以下簡稱“城鎮(zhèn)”，不含其它建制鎮(zhèn)）累計建成污水處理廠3622 座，污水處理能力約1.53×108m3/d[1]。但在污水處理能力不斷提高的同時，污泥產(chǎn)生量也迅猛增加，我國年產(chǎn)濕污泥(含水率80%)年超過3000×104t，至2015 年全國污泥產(chǎn)生量（含水率80%）將達(dá)到3359 多萬噸[2]。截止到“十一五”末期，我國城鎮(zhèn)污水處理廠所產(chǎn)生的污泥無害化處置率不足25%[3]，我國污泥處理設(shè)施嚴(yán)重不足。根據(jù)規(guī)劃，“十二五”期間，直轄市、省會城市和計劃單列市的污泥無害化處理處置率達(dá)到80%，其他設(shè)市城市達(dá)70%，縣城及重點(diǎn)鎮(zhèn)達(dá)到30%[3]。污泥處理處置已成為城市建設(shè)的必要基礎(chǔ)，將貫徹到城市建設(shè)規(guī)劃中。

1 項(xiàng)目概況

通遼市首個大型BOT 污泥處理項(xiàng)目- 通遼市污泥處置工程于今年開始建設(shè)實(shí)施，項(xiàng)目建成后將主要處理主城區(qū)污水廠產(chǎn)生污泥，項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)緊鄰污水處理廠。該項(xiàng)目由北京沃土天地生物科技有限公司承建。

該污泥處理廠采用“高溫好氧發(fā)酵技術(shù)”，設(shè)計處理規(guī)模為150t/d（含水率為80%），總規(guī)劃地面積為33800m2。污泥處理廠主要建/構(gòu)筑物包括原料車間、一次發(fā)酵車間、二次發(fā)酵車間、加工車間、成品庫房、生物除臭濾池、中央控制室、以及相應(yīng)附屬設(shè)置（如變配電間、辦公樓、車庫以及維修間等）。項(xiàng)目產(chǎn)品為有機(jī)園林基質(zhì)，將符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質(zhì)》（GB/T23486-2009）的要求，可用于通遼市城市園林綠化或周邊土壤改良。項(xiàng)目將于2014 年12 月底開始試運(yùn)行。

2 工藝設(shè)計

2.1 工藝流程

該項(xiàng)目采用的具體工藝為槽式高溫好氧發(fā)酵工藝，配置高自動化和搞機(jī)械化的設(shè)備。

槽式高溫好氧發(fā)酵工藝屬于高溫好氧發(fā)酵技術(shù)，即通過好氧微生物的生物代謝作用，轉(zhuǎn)化污泥中的有機(jī)物，使其成為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)。由于生物代謝過程中放熱，可使堆料溫度升高至55℃以上，進(jìn)而有效殺滅病原菌、寄生蟲卵或雜草種子，加速水分蒸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)污泥減量化、穩(wěn)定化和無害化。槽式高溫好氧發(fā)酵工藝過程主要由原料預(yù)處理、一次發(fā)酵、二次發(fā)酵、粗加工等工序組成，其工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

2.2 物料平衡

設(shè)計參數(shù)：污泥150t/d（含水率為80%），干料18t/d（含水率為15%），返料為32.0t/d（含水率為30%）。經(jīng)發(fā)酵后產(chǎn)品量為37.6t/d。物料衡算見圖2。

圖2 物料衡算圖

3 單體設(shè)計

污泥處理廠北部為辦公區(qū)，南部為生產(chǎn)區(qū)。生產(chǎn)區(qū)自北向南依次為成品庫房、加工車間、二次發(fā)酵車間、一次發(fā)酵車間、原料車間。

3.1 原料與一次發(fā)酵車間

該工程設(shè)置1 座原料車間，平面尺寸為68m×22m，用于進(jìn)行原料預(yù)處理；設(shè)置1 座一次發(fā)酵車間，平面尺寸為76m×42m，用于降解污泥，使之減量化、無害化。

3.1.1 原料車間

原料預(yù)處理為好氧發(fā)酵工藝前處理過程，使物料的含水率、C/N、孔隙度等發(fā)酵條件適宜。

原料車間設(shè)置1 個污泥料倉，由污泥專用運(yùn)輸自卸車將污水廠產(chǎn)生的污泥卸載到污泥料倉中。設(shè)計料倉有效容積20m3，底部相對標(biāo)高為-4.0m；裝配超聲波料位計，以控制污泥裝卸量；料倉出料為雙軸螺旋，以防止污泥粘在螺旋上。

原料車間設(shè)置干料倉和返料倉各1 個，由自卸載重車將干料和返料分別卸載到干料倉和返料倉中。料倉有效容積為20m3，底部相對標(biāo)高為-4.0m；裝配超聲波料位計，以控制物料裝卸量；兩個料倉出料亦為雙軸螺旋。

為提高發(fā)酵效果，預(yù)處理過程添加液態(tài)VT 系列污泥發(fā)酵菌，用計量泵混入攪拌機(jī)中。設(shè)計菌液儲存罐容積為600L 的液罐中。

物料混合設(shè)備為臥式雙軸槳葉攪拌機(jī)，使污泥、干料、返料和發(fā)酵菌混合均勻，混合后的物料由自動輸送系統(tǒng)輸送至一次發(fā)酵車間的自動布料系統(tǒng)。

原料車間主要設(shè)備：料倉（含雙軸螺旋），3 套；臥式雙軸槳葉攪拌機(jī)，1 臺；皮帶輸送機(jī)，2 臺；菌液計量泵（罐），1 套；超聲波料位計，3 臺。

3.1.2 一次發(fā)酵車間

整個工藝的核心是一次發(fā)酵，一次發(fā)酵的程度決定了后續(xù)工藝能否順利進(jìn)行。

一次發(fā)酵車間按空間使用情況，分成布料區(qū)、發(fā)酵區(qū)、出料區(qū)和整流區(qū)。

布料區(qū)：物料的布料過程由單側(cè)犁式卸料器完成切換兩套布料系統(tǒng)之間的切換，布料完成后，物料被均勻的分布在發(fā)酵槽0m~5m 的進(jìn)料端。物料輸送流程為：混合物料→提升輸送→縱向移動輸送→水平布料輸送→進(jìn)槽，全過程機(jī)械化操作，并可由遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)控制。

發(fā)酵區(qū)：物料在發(fā)酵槽內(nèi)發(fā)生好氧生化反應(yīng)，嗜溫菌種不斷大量繁殖，降解有機(jī)物，同時釋放大量的生物熱，蒸發(fā)物料水分。每組發(fā)酵槽配置一臺改進(jìn)型鏈板式翻堆機(jī)。翻堆機(jī)由出料端向進(jìn)料端移動運(yùn)行，使物料從進(jìn)料端向出料端移動；翻堆機(jī)在移動過程中翻拋物料、打碎物料顆粒、擴(kuò)散水分。為提高發(fā)酵槽內(nèi)氧氣含量，槽底部布置有曝氣系統(tǒng)，曝氣系統(tǒng)為分區(qū)域的間歇式曝氣。依據(jù)每個區(qū)域需氧量和水分蒸發(fā)速率的差異，對發(fā)酵槽的不同區(qū)域、不同反應(yīng)階段配置不同的曝氣控制單元，進(jìn)行精確供氧、吹散水分。為對發(fā)酵過程進(jìn)行更為準(zhǔn)確的控制，在每組發(fā)酵槽內(nèi)布置綜合探桿，以便對溫度、濕度和氧含量進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和反饋。

出料區(qū)：主要用于物料輸送至下一工序和翻堆機(jī)的移位換行操作。物料輸送流程：物料→出料倉→出料輸送→提升輸送→二次發(fā)酵車間。

整流區(qū)：氣體整流區(qū)位于車間上部空間，發(fā)酵過程產(chǎn)生大量水蒸氣、臭味氣體集中于此區(qū)域。在車間內(nèi)布置不同數(shù)量的軸流風(fēng)機(jī)，使車間形成微負(fù)壓狀態(tài)，氣體受負(fù)壓牽引進(jìn)入除臭系統(tǒng)。

一次發(fā)酵車間共設(shè)兩組（8 條）發(fā)酵槽，標(biāo)準(zhǔn)槽長60m，寬4m，槽高1.8m。每槽每批次進(jìn)料量約23m3，設(shè)計發(fā)酵周期為12 d~15d，控制溫度為50℃～65℃；發(fā)酵后物料含水率控制在45%左右，發(fā)酵出料量約為98.5t/d。

一次發(fā)酵車間主要設(shè)備及儀表：改進(jìn)型鏈板式翻堆機(jī)，2 臺；出料換行車，2 臺；曝氣風(fēng)機(jī)，8 臺；單側(cè)犁式卸料器，1 臺；輸送機(jī)，2 臺；移動輸送機(jī)，2 臺；布料輸送機(jī)，2 臺；移動架，2 臺，軸流風(fēng)機(jī)，11 臺；綜合探桿，8 套；溫濕度、H2S、NH3環(huán)境檢測儀，4 套。

3.2 二次發(fā)酵車間、加工車間及成品庫房

該項(xiàng)目設(shè)置三連體車間（含二次發(fā)酵車間、加工車間及成品庫房）1 座，平面尺寸為78m×76m，用于發(fā)酵產(chǎn)品的粗加工、包裝和儲存。

3.2.1 二次發(fā)酵車間

二次發(fā)酵是一次發(fā)酵的后續(xù)工藝。由于一次發(fā)酵后物料含水率大幅降低，體積減少約1/3，物料尚有部分大分子有機(jī)物未完全降解，需增加二次發(fā)酵工序，使物料逐步穩(wěn)定，降低物料含水。

二次發(fā)酵車間與一次發(fā)酵車間基本類似，只是規(guī)模減小。因此，車間按空間使用情況，分成布料區(qū)、發(fā)酵區(qū)、出料區(qū)和整流區(qū)。

布料區(qū)：類似一次發(fā)酵車間物料流程，物料均勻分布在發(fā)酵槽0m~4m 進(jìn)料端，設(shè)備配置相同。

發(fā)酵區(qū)：較一次發(fā)酵車間，設(shè)計強(qiáng)制曝氣通風(fēng)效率有所降低，以免微生物過分活躍，使溫度提升過高，造成生物干化。

出料區(qū)：用于物料輸送至加工車間和翻堆機(jī)的移位換行操作。

整流區(qū)：氣體整流區(qū)位于車間上部空間，集中了二次發(fā)酵過程中產(chǎn)生的水蒸氣和臭味氣體。布置不同數(shù)量的軸流風(fēng)機(jī)，使車間形成微負(fù)壓狀態(tài)，氣體受負(fù)壓牽引進(jìn)入除臭系統(tǒng)。

二次發(fā)酵車間共布置一組（5 條）發(fā)酵槽，標(biāo)準(zhǔn)槽長60m，寬4m，槽高1.8m。每槽每批次進(jìn)料量約23m3，設(shè)計發(fā)酵周期為15d，控制發(fā)酵溫度為40℃～60℃；發(fā)酵后物料含水率控制在30%左右，發(fā)酵出料量為69.6t/d。

二次發(fā)酵車間主要設(shè)備及儀表：改進(jìn)型鏈板式翻堆機(jī)，1 臺；移行車，1 臺；曝氣風(fēng)機(jī)，4 臺；皮帶輸送機(jī)，2 臺；移動皮帶輸送機(jī)，1 臺；布料皮帶輸送機(jī)，1 臺；皮帶移動架，1 臺；軸流風(fēng)機(jī)，7 臺；綜合探桿，4 套；溫濕度、H2S、NH3環(huán)境檢測儀，2 套。

3.2.2 加工車間及成品庫房

產(chǎn)品是生產(chǎn)的目標(biāo)，因此粗加工是好氧處理工藝不可缺少的終端組成。粗加工主要包括兩道工序，即篩分和包裝。

加工車間和成品庫房為連夸結(jié)構(gòu)，按使用功能分區(qū)成加工和成品存放兩部分。

加工區(qū)：物料被圓筒篩分機(jī)篩分。原料預(yù)處理的返料取自于大塊篩上物；產(chǎn)品取自于粉狀篩下物，由提升機(jī)輸送至包裝秤稱量打包。

成品區(qū)：存放周期以30d 計，設(shè)計產(chǎn)品存放量約1800m3。

主要設(shè)備及儀表：皮帶輸送機(jī)，3 臺；圓筒篩分機(jī)，1 臺；自動包裝系統(tǒng)，1 套；抽風(fēng)機(jī)，1 臺；除塵器，1 臺；軸流風(fēng)機(jī)，14 臺；溫濕度、NH3環(huán)境檢測儀，1 套。

3.3 中央控制室

中央控制室位于兩個發(fā)酵車間中間，有兩層空間。一層放置供電設(shè)備，包括配電柜、進(jìn)線柜、補(bǔ)償柜等；二層放置控制設(shè)備，包括上位機(jī)、PLC 控制柜、視頻機(jī)柜、監(jiān)控顯示屏和UPS 不間斷電源柜等，并安裝透明窗，可直接觀察兩個發(fā)酵車間設(shè)備運(yùn)行情況。

中央控制室的PLC 控制柜負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，包括對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、發(fā)酵槽內(nèi)工藝控制參數(shù)、車間空氣控制濃度參數(shù)、故障信息等數(shù)據(jù)；由上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總和故障診斷，并形成分析報表。參照工藝設(shè)定參數(shù)，遠(yuǎn)程控制設(shè)備，調(diào)整設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，使生產(chǎn)自動化。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是集生產(chǎn)調(diào)度、運(yùn)營管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控與安防技術(shù)于一體的綜合系統(tǒng)，通過定點(diǎn)高清攝像機(jī)觀察各個車間、各工位、主要設(shè)備、廠區(qū)安防等區(qū)域的情況，并記錄保存所視圖像，以便處理突發(fā)事件或作為證據(jù)依據(jù)。在廠區(qū)突然停電的情況下，UPS 不間斷電源會應(yīng)急啟動，保障自動控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)短時延時供電，使數(shù)據(jù)保持完整性、連續(xù)性。

3.4 除臭系統(tǒng)

為降低發(fā)酵產(chǎn)生的大氣環(huán)境影響，采用生物濾池工藝對H2S、NH3等臭味氣體進(jìn)行去除。

欲將氣體除臭，需先將氣體收集。發(fā)酵車間設(shè)計換氣頻率以6次/h 計，綜合考慮車間水分平衡情況，經(jīng)計算，兩個發(fā)酵車間總氣體收集量為180000m3/h。依靠發(fā)酵車間上部軸流風(fēng)機(jī)對氣體進(jìn)行整流、組織，使氣體引到排風(fēng)口。

設(shè)計布置兩座處理量為90000m3/h 生物除臭濾池，配濾池引風(fēng)機(jī)4 臺，單臺風(fēng)量為62000m3/h，使發(fā)酵車間形成微負(fù)壓狀態(tài)。生物濾池單體尺寸為23.2m×10.0m×3m，其內(nèi)填料為有機(jī)無機(jī)混合物，填料高度為1.5m。除臭過程：氣體被引入生物除臭濾池的前端，加濕系統(tǒng)對氣體氣進(jìn)行噴淋，再經(jīng)過生物濾料吸附，氣體可得到凈化，排入大氣。經(jīng)除臭后的氣體可達(dá)到《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB14554-93）中的二級標(biāo)準(zhǔn)。

4 設(shè)計特點(diǎn)

該項(xiàng)目處理工藝中集合了多項(xiàng)專利技術(shù)，包括三項(xiàng)專利技術(shù)，分別為“利用城市污泥生產(chǎn)復(fù)合有機(jī)肥的方法”，“一種用于低溫堆肥的復(fù)合菌劑及其制備方法和應(yīng)用”，“一種用于堆肥發(fā)酵的復(fù)合微生物菌劑及其生產(chǎn)方法和用途”。

因此，該項(xiàng)目工藝技術(shù)特點(diǎn)概括為：

4.1 高度機(jī)械化

該套污泥處理工藝包含七個系統(tǒng)，分別為預(yù)處理系統(tǒng)、進(jìn)出料系統(tǒng)、好氧發(fā)酵系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)、加工系統(tǒng)、除臭系統(tǒng)、中控系統(tǒng)。每個系統(tǒng)均有機(jī)械化設(shè)備連接，使整體工藝完整、統(tǒng)一、可控，幾乎無需勞動人員時時在現(xiàn)場操作，控制人員進(jìn)入車間次數(shù)、減少了人工操作，進(jìn)而降低人工成本。

4.2 高度自動化

各車間設(shè)備可由中控系統(tǒng)集中控制。設(shè)備運(yùn)行情況、發(fā)酵反應(yīng)參數(shù)情況、環(huán)境質(zhì)量情況均有相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行采集，并上傳至上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。由中控系統(tǒng)控制設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，為優(yōu)化工藝提供決策依據(jù)。

4.3 改進(jìn)型鏈板式翻堆機(jī)

改進(jìn)型鏈板式翻堆機(jī)翻堆移料效率更高。每次拋料距離達(dá)5.0m，其優(yōu)化的多齒鏈板式結(jié)構(gòu)，運(yùn)行阻力更低，移動速度都有較大提高；翻堆機(jī)配有變頻器和無線遙控系統(tǒng)，降低能耗，延長翻堆機(jī)使用壽命；并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無縫對接。

4.4 分區(qū)域間歇式曝氣

該項(xiàng)目優(yōu)化了曝氣系統(tǒng)，采用分區(qū)域間歇式曝氣進(jìn)行供氧。曝氣過程受上位機(jī)監(jiān)測和控制，既可保證發(fā)酵各階段氧氣供給，又可減少設(shè)備運(yùn)行時間，從而進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。相對于粗放式全天曝氣，降低能耗明顯，可降低約75%。

4.5 應(yīng)用低溫發(fā)酵菌

通遼市屬我國北方，有長達(dá)約半年的冬季，全天在0℃以下的天數(shù)約120d。因此，在原料預(yù)處理過程中，添加VT 系列污泥發(fā)酵菌或低溫菌，有助于縮短發(fā)酵進(jìn)程中進(jìn)入高溫期時間，并促進(jìn)發(fā)酵反應(yīng)。在冬季生產(chǎn)時（低于0℃），VT 低溫菌的運(yùn)用保證發(fā)酵的順利進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)全年連續(xù)運(yùn)行。

5 結(jié)語

通遼市污泥處置工程是通遼市首個大型BOT 污泥處理項(xiàng)目，設(shè)計使用的核心發(fā)酵設(shè)備為擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)改進(jìn)型鏈板式翻堆機(jī)；原料預(yù)處理期間添加國產(chǎn)VT 系列污泥發(fā)酵菌或低溫菌，使污泥處理廠能在冬季持續(xù)運(yùn)行；高機(jī)械化、高自動化的設(shè)備配置可以減少人工操作、保障人身健康，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測、方便管理。該項(xiàng)目的落地建設(shè)、乃至實(shí)際運(yùn)營將產(chǎn)生區(qū)域性的示范意義，將為“高溫好氧發(fā)酵技術(shù)”在低溫環(huán)境下的推廣應(yīng)用提供了可靠依據(jù)，為推廣槽式高溫好氧發(fā)酵工藝處理污泥做了良好示范。該項(xiàng)目尚處于設(shè)備安裝階段，運(yùn)行成本和實(shí)際效益的數(shù)據(jù)尚需進(jìn)一步調(diào)研，工藝控制數(shù)據(jù)亦需整理優(yōu)化。

[1]關(guān)于全國城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施2014 年第一季度建設(shè)和運(yùn)行情況的通報，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部.

[2]中國污泥處理處置市場分析報告（2013 版）.中國水網(wǎng)/中國固廢網(wǎng)研究院.

[3]“十二五”全國城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》（國辦發(fā)〔2012〕24 號）.國務(wù)院辦公廳.