青島婁山河污泥堆肥工程設計要點總結

劉東旭

（青島市團島污水處理廠，山東 青島 266002）

0 引言

為了從根本上解決青島市污泥處理處置問題，青島市從該市實際情況出發(fā)，在青島市婁山河污水處理廠預留用地新建污泥堆肥工程。婁山河污泥堆肥處理規(guī)模為300 t/d，采用連續(xù)式生產工藝，以秸稈、花生殼等為輔料，通過負壓供氧除臭，即“連續(xù)運行槽式翻拋機加負壓供氧除臭一體化工藝”。本文結合實際工程，介紹該工藝流程、主要設計參數以及設計需注意的要點。

1 總體設計

1.1 工藝流程

污泥處理采用“連續(xù)運行槽式翻拋機加負壓供氧除臭一體化工藝”，工藝流程如圖1所示。

圖1 污泥處理工藝流程圖

1.1.1 預處理

污泥性質特殊，含水率較高、碳氮比低、空隙率較小、黏度較大，純污泥是無法升溫好氧生物發(fā)酵。為調整污泥的水分和碳氮比，使生物發(fā)酵物料具有一定的疏松度，必須添加一些有機調理劑和膨松劑，如農作物秸稈、鋸末、稻殼等。同時添加返回料（菌種）以促進發(fā)酵過程快速進行。

1.1.2 高溫好氧生物發(fā)酵

高溫好氧生物發(fā)酵在車間廠房內進行。高溫好氧生物發(fā)酵周期一般為21～24 d，高溫好氧生物發(fā)酵溫度可以上升至55～65℃（以不超過75℃為宜）。物料經過一個高溫好氧生物發(fā)酵周期，由翻堆機直接裝卸到出料皮帶輸送機上，再轉運到篩分及成品區(qū)進一步熟化處理。

高溫好氧生物發(fā)酵系統(tǒng)可改變工況，例如時間、溫度、氧氣含量和濕度，來減輕不同進口混合物料對于整個系統(tǒng)的影響。

1.1.3 熟化和篩分

發(fā)酵槽出料由皮帶輸送機送到在篩分區(qū)的滾筒篩分機中進行篩分，篩下物小顆粒的腐熟物即發(fā)酵成品由皮帶輸送機送到自卸車上或堆棚中進行陳化。腐熟成品（營養(yǎng)土）可以用于林地施肥，園林、道路綠化培植，或改良土壤。篩分出的較大顆粒物料通過皮帶輸送機（或者直接用裝載機）返回到高溫好氧生物發(fā)酵槽進料端混到進料中。

1.1.4 臭氣控制

生物發(fā)酵綜合車間控制發(fā)酵臭氣是把封閉廠房內所有排放的氣體通過排氣系統(tǒng)輸送到生物濾池進行除臭處理。

1.2 控制參數

1.2.1 好氧發(fā)酵工藝主要控制參數

工業(yè)生產化的好氧堆肥目標是得到穩(wěn)定的產品，這需要在反應過程中對物料碳氮比（C/N）、含水率、物理性狀和供風量、溫度等影響因素加以控制。這些影響因素對堆肥過程的影響主要有以下這些。

1.2.1.1 含水率

含水率是好氧堆肥的關鍵因素。堆肥的最佳含水率應為50%～60%；含水率低于30%時，分解過程進展變得遲緩；當含水率低于12%時，微生物的反應就會停止；反之，含水率超過了65%，水就會充滿物料顆粒間的空隙，使空氣含量大量減少，堆肥將由好氧向厭氧轉化，溫度也急劇下降。如堆肥物料的含水率均達不到堆肥所需的含水率，須加以調節(jié)。一般采用循環(huán)部分成品物料（即“返混料”）和添加適量粉碎的植物輔料兩種方法來調節(jié)。

1.2.1.2 碳氮比

在堆肥中，可溶性易分解的有機物質如糖類首先被降解，然后是蛋白質、纖維素等。在微生物所需的營養(yǎng)中，以碳、氮為主要制約因素。碳主要為微生物生命活動提供能源，氮則用于合成細胞原生質，實踐證明，當碳氮比為（20～35）∶1時發(fā)酵過程最快。若比值過低，微生物的繁殖就會因能量不足而受到抑制，導致分解緩慢且不徹底；而比值過高則在堆肥施入土壤后，將會發(fā)生奪取土壤中氮素的現象，產生“氮饑餓”狀態(tài)，導致對作物生長產生不良影響。

1.2.1.3 溫度

溫度是判斷微生物活動劇烈程度的最好參數。溫度的作用主要是影響微生物的生長，一般認為高溫菌對有機物的降解效率高于中溫菌，在堆肥過程中，堆體溫度應控制在50～65℃，但在55～60℃時比較好。

1.2.2 該工程高溫好氧生物發(fā)酵控制參數

1.2.2.1 堆肥工藝參數

（1）進料：300 t（含水率76%的脫水污泥）。

（2）返料：150 t（含水率40%的成品料）。

（3）添加劑：秸稈、花生殼等45 t（以含水率20%計，粉碎后使用）。

（4）物料控制：進料有機物含量40%～60%，碳氮比約20∶1，進料含水率為58%。

（5）堆肥溫度：55℃以上維持 5～7 d（最高溫度不大于75℃）。

（6）通風量：0.10 m3空氣 /m3物料·min。

（7）發(fā)酵時間：21 d。

（8）出料含水率：40%左右。

1.2.2.2 發(fā)酵終止指標

（1）含水率：40%左右。

（2）碳氮比不大于20∶1。

（3）溫度降至30℃以下，好氧速率趨于穩(wěn)定。

1.2.2.3 成品質量標準

（1）無惡臭，不滋生蒼蠅，完全腐熟。

（2）pH值：6.5～8（中性或弱堿性）。

（3）氣味：泥土香，甘甜味。

（4）有機質含量：22%～35%。

（5）含水率：40%左右。

（6）容重：0.55 t/m3。

（7）顏色：茶褐色。

（8）碳氮比為 15∶1～18∶1。

成品達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質》（GB/T 23486—2009）、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農用泥質》（CJ/T 309—2009）或《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置土地改良用泥質》（GB/T 24600—2009）及不時修訂的有效標準、規(guī)定、規(guī)程等指標，堆肥產品呈褐色，無臭味。

1.3 物料平衡

該工程好氧發(fā)酵過程按污泥量的15%添加輔料，按污泥量的50%添加返混料。物料平衡見表1。

表1 物料平衡表

2 好氧發(fā)酵工藝設計要點解析

2.1 污泥泥質

污泥土地利用可能會造成土壤、植物系統(tǒng)重金屬污染，這是污泥土地利用中最主要的環(huán)境問題。我國一般城市污水含有20%～40%的工業(yè)廢水，重金屬含量或有機污染物超標概率高，污泥的土地利用帶有一定風險性。污泥中存在相當數量的病原微生物和寄生蟲卵，也能在一定程度上加速植物病害的傳播。青島市區(qū)污水廠污泥泥質差別較大，以處理生活污水為主的污水廠的污泥有機質較高，而污水廠收集區(qū)域以工業(yè)廢水為主，有機質相對較低，且污泥重金屬含量較高。根據青島市污泥量和泥質預測，在吸收國外處理處置經驗的基礎上，結合污泥處置的潛在途徑和消納量分析，確定污泥分區(qū)、分質處理。對于有機質較高、重金屬含量較少的污水廠污泥，優(yōu)先采用土地利用的處理方式。

2.2 成品出路

污泥土地利用是解決污泥出路的重要途徑，但是在處理過程中必須考慮污泥中的重金屬、難降解物質等。污泥土地利用最主要的利用主體是公共綠地。污泥能否順利應用于市政綠化施肥，取決于青島市當地的政策。合適的政策激勵以及經濟補貼將極大促進污泥土地利用的進程。目前，青島市已經將廚余垃圾單獨轉運以后，進入到生活垃圾堆肥處理廠，進行堆肥處理，產生的肥料可以進行城市綠化，可以進行土壤改良，得到了很好的利用。如果有合適的政策支持和經濟補貼，污泥土地利用將有一定的前景。在工程推進過程中，建議建設方與有機肥料銷售商、市政局簽訂相關銷售協議，確保成品出路，同時作為該項目的支撐。

2.3 輔料來源

國內污泥生物發(fā)酵項目使用的填充材料也是根據當地實際情況因地制宜地進行選擇。廣州作為南方城市，園林綠化剪枝廢料的量非常可觀，一年四季都能提供園林綠化剪枝廢料，因此廣州的生物發(fā)酵項目采用的填充材料選擇的是城市園林綠化剪枝廢料。鄭州污泥處理和處置項目采取了外包的方式采購填充料，由供應商解決從農民手中收購、儲存、運輸的問題。要求供應商建立各級收購、儲存和運輸體系，能夠保證及時、準確、保質保量地按污泥生物發(fā)酵生產的實際要求來供應。

青島市目前運行的小澗西垃圾堆肥廠常年采用花生殼作為發(fā)酵輔料，該項目污泥堆肥輔料選用依據青島地區(qū)農作物種植情況綜合考慮。設計估算年需1.6萬t輔料，主要為花生殼、小麥秸稈、玉米秸稈。為確保輔料的供應量，減少廠內輔料儲存的面積。該項目采用外包的形式，通過招標方式與數家中標供貨商簽訂合同，確保輔料供應。

2.4 臭氣及冷凝水控制

臭氣及冷凝水是污泥發(fā)酵過程中控制的重中之重。按照發(fā)酵過程，發(fā)酵槽進料至出料方向，物料內部有機質、水分的含量均逐漸降低。由于發(fā)酵需要溫度55℃以上維持5～7 d，發(fā)酵車間溫度較高，車間內水蒸氣、臭氣的擴散問題十分嚴重。根據好氧發(fā)酵供氧方式，污泥好氧發(fā)酵工藝中的供氧通風方式可分為“負壓抽吸式”和“正壓鼓風式”兩大類（見圖2）。從能耗控制和環(huán)境控制兩方面比較，該工程選擇負壓供氧方式。

圖2 兩種供氧通風方式

“負壓抽吸式”供氧方式即空氣由鼓風機通過抽吸的方式流經堆體，好氧發(fā)酵反應所產生的臭氣和流經堆體升溫空氣所帶走的水汽均在通風供氧的同時就被鼓風機抽吸收集，之后由鼓風機統(tǒng)一送至后端除臭濾池進行處理。“負壓抽吸式”避免了正壓供氧方式里對溢散到車間內的臭氣和水汽進行高換氣量但低效率的二次收集，環(huán)境控制效果更好，能耗更低。

同時為了更好地除臭、抽蒸汽，發(fā)酵車間內臭氣管道的布置宜分區(qū)布置，在槽體前部宜加大臭氣收集管道密度。運行時，翻拋過程宜全程開啟抽風風機，加大通風次數，提高除臭效果。目前，該工程已經運行，好氧發(fā)酵車間水蒸氣濃度仍較高，車間內可見度較低，有一定的滴水現場。建議從以下幾方面加強設計：

（1）發(fā)酵車間采用全自動運行設計，操作中需要對車間內進行實時監(jiān)控。由于車間內腐蝕性強、可見度較低，監(jiān)控設備建議采用精度高、質量好的設備，以便運行維護。

（2）該工程擬通過分區(qū)、分時加大抽風的方式來降低水蒸氣、臭氣濃度，特別對水蒸氣來講，實際效果一般。發(fā)酵車間內環(huán)境較差，對巡視人員的健康長期會有一定的影響。因此建議設計中進一步加強，投資允許的情況下，在頂板下方增設冷凝水導流槽，增加玻璃棚，避免車間內冷凝滴水的現象發(fā)生。

3 結語

選擇有效的污泥處置方法，應兼顧到環(huán)境生態(tài)效益與處置成本、經濟效益之間的均衡，一種有效的、適合本地具體情況的污泥處置方法應該是在環(huán)境衛(wèi)生上、社會上被接受及經濟上有效的方法。青島市從實際情況出發(fā)，因地制宜，分區(qū)分質處理污泥，對目前被污泥問題困擾的其他城市具有一定的借鑒意義。