王 濤，楊 明（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）

地下式高溫好氧發(fā)酵系統(tǒng)—SACT污泥/有機(jī)固廢堆肥技術(shù)研究應(yīng)用進(jìn)展

王 濤1，2，楊 明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）

地下式污水處理廠為地下式污泥處理系統(tǒng)提供了經(jīng)驗(yàn)，SACT技術(shù)以其三個(gè)特點(diǎn)為地下式污泥堆肥系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了方法。地下式堆肥系統(tǒng)具有占地面積小，二次污染易控制，節(jié)能降耗等優(yōu)點(diǎn)；在實(shí)施中應(yīng)關(guān)注設(shè)備的可靠性問題，人員安全問題，防滲問題。通過(guò)一個(gè)200t/d案例得出結(jié)論，以SACT技術(shù)為代表的機(jī)械化堆肥處理技術(shù)，以其鮮明的技術(shù)特點(diǎn)和良好的可塑性為包括污泥在內(nèi)的各領(lǐng)域堆肥應(yīng)用提供了良好基礎(chǔ)手段。

污泥；有機(jī)固廢；地下式堆肥；處理

前言

地下式污水處理廠可以節(jié)省占地，提高土地使用效率，并可有效解決污水處理廠運(yùn)行中的二次污染問題，在歐洲、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家或地區(qū)已積累了數(shù)十年的建設(shè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。2009年北京天堂河污水處理廠投入試運(yùn)行，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)污水處理廠地下化進(jìn)程的開端，之后廣州、深圳、昆明等地也建設(shè)了一批地下式污水處理廠，并在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中最大程度避免了選址過(guò)程中易出現(xiàn)的矛盾，取得了良好的效果。

在我國(guó)，污泥堆肥技術(shù)是相對(duì)工藝技術(shù)比較成熟、目前采用較多的污泥處理技術(shù)，但由于占地面積較大，運(yùn)行過(guò)程中存在NH3、H2S等臭味氣體外排現(xiàn)象，項(xiàng)目選址一直是困擾此類技術(shù)推廣的瓶頸問題。借鑒地下式污水處理廠的設(shè)計(jì)模式，設(shè)計(jì)建造地下式污泥堆肥處理廠，也是一個(gè)值得研究的課題。近年來(lái)，由我國(guó)自主研發(fā)成功，并不斷完善、發(fā)展的SACT堆肥技術(shù)為這一構(gòu)想提供了可能。

1　地下式SACT高溫好氧發(fā)酵系統(tǒng)

1.1地下式建（構(gòu)）筑物與地面建（構(gòu)）筑物的主要區(qū)別

（1）地面建（構(gòu)）筑物的屋面一般僅承受雨雪等輕載荷；而地下建（構(gòu)）筑物“屋面”（即頂板）除雨雪載荷外，還需要承受土壓力以及與地面功能相適應(yīng)的其它動(dòng)、靜載荷；

（2）地面建（構(gòu)）筑物可采用鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋砼結(jié)構(gòu)形式，目前堆肥工程車間出于成本考慮多采用鋼結(jié)構(gòu)形式，而地下建（構(gòu)）筑物由于考慮防腐等問題一般采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)形式；

（3）地下式建（構(gòu)）筑物施工由于一般需要采用土方開挖、降水等措施，建設(shè)階段對(duì)于周圍影響較大，對(duì)于空間容積控制較地面建（構(gòu)）筑物更為嚴(yán)格；

（4）地下式建（構(gòu)）筑物相對(duì)于地面建（構(gòu)）筑物封閉性更強(qiáng)，對(duì)于周邊影響很小，但地下式建（構(gòu)）筑物內(nèi)部的操作人員需面對(duì)更高的環(huán)境、安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

1.2SACT高溫好氧發(fā)酵技術(shù)

SACT技術(shù)（Super Aerobic Composting Technology）屬于動(dòng)態(tài)高溫好氧發(fā)酵工藝技術(shù)的一個(gè)類型，作為工業(yè)化、工程化技術(shù)系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)主要改進(jìn)體現(xiàn)在以下方面：

（1）動(dòng)態(tài)隧道式發(fā)酵倉(cāng)型

動(dòng)態(tài)隧道式發(fā)酵倉(cāng)型與傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)發(fā)酵槽相比（見圖1、圖2），翻堆機(jī)行走于位于發(fā)酵倉(cāng)上部的牛腿梁上，并且發(fā)酵倉(cāng)斷面是封閉的，這一改進(jìn)可以帶來(lái)三個(gè)優(yōu)化效果—對(duì)占地面積的優(yōu)化，對(duì)臭氣污染控制的優(yōu)化，對(duì)車間結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化。

圖1　動(dòng)態(tài)隧道式發(fā)酵倉(cāng)（左）與傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)發(fā)酵槽（右）的對(duì)比

圖2　動(dòng)態(tài)隧道式發(fā)酵倉(cāng)（左）與傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)發(fā)酵槽（右）現(xiàn)場(chǎng)圖

（2）全機(jī)械化流程

全機(jī)械化流程要求全部工藝過(guò)程均由機(jī)械設(shè)備自主完成，這對(duì)保障操作人員的安全十分重要。污泥堆肥全機(jī)械化流程需要至少八個(gè)目的不同但相互關(guān)聯(lián)的機(jī)械子系統(tǒng)配合完成（見圖3）。

（3）MCCD

“機(jī)械 - 建筑協(xié)同設(shè)計(jì)”（簡(jiǎn)稱MCCD），就是在整個(gè)建（構(gòu)）筑物設(shè)計(jì)中融合建筑設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的理念、方法、過(guò)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(jì)過(guò)程。通俗地講是將建（構(gòu)）筑物看作是一臺(tái)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(dòng)部件。MCCD首先做到“機(jī)械設(shè)計(jì)建筑化”，在核心非標(biāo)機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分考慮到土建施工的精度極限，在確保性能的前提下排除不必要的精度要求。MCCD其次要做到“建筑設(shè)計(jì)機(jī)械化”，在工程設(shè)計(jì)中充分考慮與機(jī)械的配合。采用MCCD設(shè)計(jì)理念的堆肥車間外景見圖4。

圖3　全機(jī)械化流程子系統(tǒng)與工序?qū)?yīng)關(guān)系圖

圖4　采用MCCD設(shè)計(jì)理念的堆肥車間外景

1.3應(yīng)用SACT技術(shù)實(shí)現(xiàn)高溫好氧發(fā)酵系統(tǒng)地下化

動(dòng)態(tài)隧道式發(fā)酵倉(cāng)型對(duì)車間結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方面體現(xiàn)在：動(dòng)態(tài)隧道倉(cāng)橫斷面一般跨度小于6m（注：目前同類翻堆機(jī)最大型號(hào)F5.110寬度為5200mm），無(wú)論單層還是多層均適合采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，因此結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和防腐蝕水平明顯提升，適合地下式建（構(gòu)）筑物特點(diǎn)。全機(jī)械化流程可以擺脫操作過(guò)程對(duì)人員的依賴，從而大幅度降低了操作人員需面對(duì)的環(huán)境、安全風(fēng)險(xiǎn)。MCCD的引入可極大壓縮系統(tǒng)無(wú)效空間，并且對(duì)堆肥系統(tǒng)的除臭具有積極意義，在保障性能的前提下降低投資、減少占地面積。地下式高溫好氧發(fā)酵系統(tǒng)效果圖見圖5。

2　地下式高溫好氧發(fā)酵系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

2.1地面占地面積小

圖5　地下式高溫好氧發(fā)酵系統(tǒng)效果圖

采用地下式高溫好氧發(fā)酵系統(tǒng)，地面需要保留的建（構(gòu)）筑物僅包括受料車間、設(shè)備安裝檢修口、排氣筒，設(shè)備安裝檢修口和排氣筒均可與綠化結(jié)合隱蔽設(shè)置。

2.2密封性好，二次污染風(fēng)險(xiǎn)低

整個(gè)系統(tǒng)與外界環(huán)境僅有三個(gè)連通通道——受料車間、設(shè)備安裝檢修口、排氣筒，其中設(shè)備安裝檢修口常年關(guān)閉、排氣筒上游為除臭系統(tǒng)，因此實(shí)際上僅有受料車間一處空氣外溢通道，整個(gè)系統(tǒng)自然形成一個(gè)封閉有序的通風(fēng)系統(tǒng)（見圖6）。

圖6　地下式堆肥系統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

2.3節(jié)能降耗

北方冬季運(yùn)行高溫好氧發(fā)酵工藝多采用降低產(chǎn)量、降低負(fù)荷（增加干料比例）、鍋爐采暖等措施保持正常運(yùn)行，主要原因是生物發(fā)熱量不足以抵系統(tǒng)消散熱量。而系統(tǒng)散熱量主要分為兩個(gè)部分：建筑物散熱和空氣流通散熱；地下式高溫好氧發(fā)酵系統(tǒng)可以有效降低建筑物散熱部分，實(shí)現(xiàn)降低能耗、提高產(chǎn)量、穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

3　地下式高溫好氧發(fā)酵系統(tǒng)需注意的問題

3.1設(shè)備的可靠性問題

由于地下空間有限，車輛與輔助機(jī)械進(jìn)出不便，因此設(shè)備的可靠性要求高于地面系統(tǒng)。解決這一問題需從三方面著手：1）從系統(tǒng)設(shè)計(jì)入手，簡(jiǎn)化流程工序，充分考慮備用系統(tǒng)和檢修需求；2）從設(shè)備選型入手，明確提出設(shè)備使用環(huán)境要求和可靠性要求；3）從設(shè)備制造質(zhì)量入手，加強(qiáng)質(zhì)量過(guò)程控制，以確保實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)性能指標(biāo)要求。

3.2有人區(qū)域的通風(fēng)問題

盡管地下式高溫好氧發(fā)酵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全機(jī)械化流程，但仍需考慮應(yīng)急情況下的處理措施，特別是有人進(jìn)入?yún)^(qū)域的通風(fēng)問題。解決這一問題應(yīng)遵循三個(gè)步驟進(jìn)行：1）確定有人區(qū)域，包括可能有人區(qū)域，根據(jù)人員進(jìn)入的可能性建立分級(jí)區(qū)域并標(biāo)識(shí)；2）建立應(yīng)急情況下系統(tǒng)運(yùn)行分級(jí)管理模式；3）根據(jù)區(qū)域分級(jí)設(shè)置相應(yīng)的強(qiáng)制通風(fēng)設(shè)施。

3.3建筑物的防滲問題

在地下水位超過(guò)系統(tǒng)底板標(biāo)高的情況下，應(yīng)特別注意結(jié)構(gòu)防滲，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置排水溝、集水坑等設(shè)施，確保雨季系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4　應(yīng)用實(shí)例（某100t/d地下式污泥高溫好氧發(fā)酵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案）

4.1項(xiàng)目背景

某大城市A區(qū)污水處理廠計(jì)劃在廠內(nèi)進(jìn)行污泥堆肥處理，日處理規(guī)模200t（含水率80%）。因廠址處于環(huán)境敏感區(qū)域，主要建（構(gòu)）筑物采用地下結(jié)構(gòu)形式，地面為道路綠化，總占地面積要求控制在1萬(wàn)m2以內(nèi)。

4.2工藝設(shè)計(jì)

地下式污泥堆肥系統(tǒng)工藝流程見圖7。

圖7　地下式污泥堆肥系統(tǒng)工藝流程圖

該項(xiàng)目處理含水率80%的脫水污泥，脫水污泥送到位于地面的受料/混料間，在此與回流熟料及干物料按一定比例進(jìn)入混料機(jī)混合，混合好的物料通過(guò)布料系統(tǒng)輸送到位于地下的好氧發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)，在發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)強(qiáng)制通風(fēng)使物料充分好氧發(fā)酵，同時(shí)通過(guò)翻堆機(jī)的翻拋?zhàn)饔檬蛊渚鶆虬l(fā)酵并且使物料向倉(cāng)尾移動(dòng)；經(jīng)14天左右的時(shí)間發(fā)酵后，物料的含水率已降至40%以下，干燥后的物料一部分作為回流物料循環(huán)利用，一部分作為營(yíng)養(yǎng)土輸出。

4.3建筑設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目主體位于地下，地面需要保留的建（構(gòu)）筑物為受料車間、變配電間、控制室、設(shè)備安裝檢修口、排氣筒等（見表1）。

表1　建筑物構(gòu)成（簡(jiǎn)）表

4.4工程總投資（見表2）

5　結(jié)語(yǔ)

污泥處理問題已提出多年，但關(guān)于技術(shù)路線的爭(zhēng)論仍在持續(xù)，這種情況也制約著污泥處理行業(yè)的健康發(fā)展。近兩年，這一情況有所改變，無(wú)論是政策指導(dǎo)上還是行業(yè)認(rèn)同上，以厭氧消化、高溫好氧發(fā)酵為代表的生物處理技術(shù)逐漸占據(jù)主流位置。在這一背景下，如何集中力量，結(jié)合市場(chǎng)需求對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)，是加快污泥處理行業(yè)發(fā)展速度的關(guān)鍵。

表2　工程總投資估算（簡(jiǎn)）表

以SACT技術(shù)為代表的機(jī)械化堆肥處理技術(shù)，為傳統(tǒng)高溫好氧發(fā)酵領(lǐng)域注入了新的活力，其鮮明的技術(shù)特點(diǎn)和良好的可塑性為包括污泥在內(nèi)的各領(lǐng)域堆肥應(yīng)用提供了良好基礎(chǔ)手段。

［1］ 王濤，邢家樂，蘭軒花，等．SACT污泥高溫好氧發(fā)酵技術(shù)與典型案例分析［J］．給水排水，2014，40（7）：24-27．

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

［3］ 王濤，許傳銀，吳慶成，等．唐山400t/d城市污泥無(wú)害化處理工程設(shè)計(jì)［J］．中國(guó)給水排水，2013，29（20）：65-69．

Underground High Temperature， Aerobe & Fermentation System — SACT Research and Application of Sludge/Organic Solid Waste Composting Technology

WANG Tao1， 2， YANG Ming1， 2
（1.Institute of Environmental Technology and Equipment， China Academy of Machinery Science & Technology，Beijing 100044； 2.Engineering Center of Organic Solid Waste Biological Treatment and Resource Use of Machinery Industry， Beijing 100044， China）

The underground sewage treatment plant provides experiences for the underground sludge treatment system，and SACT provides methods for the realization of underground sewage sludge composting system from three features. Underground composting system has three advantages: accounting for a small area， easy control of secondary pollution， energy saving and consumption reduction which provide a good foundation for all fields of sludge composting application.

sludge； organic solid waste； underground compost； treatment

X703

A

1006-5377（2016）07-0051-04