劉陽

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

1 項目背景

截至2019 年，昆明市主城區(qū)11個運行的城鎮(zhèn)污水處理廠日均處理城市生活污水115×104m3/d，日均產(chǎn)生80%剩余污泥已達800 ～1000t/d。經(jīng)現(xiàn)有污泥處理廠處理約550t/d，污泥處理能力存在一定缺口，并且缺乏有效的資源化利用途徑。本工程主要接納來自昆明市第七、八水質(zhì)凈化廠的污泥200t/d（含水率80%計），采用膜覆蓋好氧發(fā)酵工藝。建設內(nèi)容包括預處理車間、好氧發(fā)酵車間、熟料篩分陳化車間、空氣源熱泵干化車間、輔料倉庫等生產(chǎn)設施，雨水調(diào)蓄利用、污水處理中、臨時高壓消防系統(tǒng)、變配電、機修及危廢暫存間等生產(chǎn)輔助設施以及辦公和生活用房。生產(chǎn)林業(yè)基質(zhì)土約97t/d，產(chǎn)品主要用于礦山生態(tài)修復，還可作為園林綠化基質(zhì)土、垃圾填埋廠覆土、復合肥基質(zhì)使用。

2 工程概況

2.1 選址

昆明市磷礦山廢棄地需要通過復墾造林等方式進行修復，每年復墾的土地約1000 畝，是本工程污泥資源化產(chǎn)品的主要出路之一。綜合考慮運輸方便、征拆少、對周邊環(huán)境影響小等條件，本工程選址定于昆明市晉寧區(qū)昆陽磷礦一采區(qū)西側(cè)1km 處，場區(qū)交通條件良好，不涉及征拆工程。

2.2 進廠泥質(zhì)

昆明市第七、八水質(zhì)凈化廠接納城區(qū)生活污水，無工業(yè)水混入，污泥重金屬含量較低。進廠污泥含水率、有機質(zhì)含量、重金屬含量等泥質(zhì)指標結(jié)合昆明市第七、八水質(zhì)凈化廠實際泥質(zhì)，并執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)》（GB24188-2009）相關要求，確定如表1 所示。

表1 進廠泥質(zhì)指標

3 處理工藝

3.1 工藝流程

膜覆蓋好氧發(fā)酵的主要工藝流程為：進泥→預處理→一次發(fā)酵→二次發(fā)酵或翻堆干化→陳化篩分→外運。

污泥進場接收至預處理車間污泥料倉，與輔料、返混料按比例混合破碎至粒徑≤2cm 后由自動布料機分布至一次好氧發(fā)酵倉，堆體覆膜后由風機強制供風，發(fā)酵周期為15 天，期間保持55℃以上5 ～7 天，達到無害化。完成一次發(fā)酵過程后，部分物料翻堆并干化至含水率40%以下作為返混料，其他物料翻倉至二次發(fā)酵倉繼續(xù)進行15 天發(fā)酵。完成二次發(fā)酵的熟料運至陳化車間進一步堆放陳化、篩分，粒徑大的篩上物作為返混料回用，篩下物可作為林業(yè)基質(zhì)土資源化利用。

3.2 主要控制參數(shù)

（1）發(fā)酵系統(tǒng)主要參數(shù)?；旌狭虾?4%；混合料C:N=26:1；一次發(fā)酵周期：15 天；二次發(fā)酵/翻堆-干化周期：15 天；控制溫度：55 ～60℃維持5 ～7 天。

（2）發(fā)酵終止指標。含水率：45%～55%；碳氮比(C/N)：≤20:1；耗氧速率小于0.1[(O2%)/min]；糞大腸菌群菌值大于0.01。

（3）物料配比。原泥、輔料、返回料分別按200t、40t、80t 添加量進行混合，混合料的含水率控制在55%～65%，碳氮比控制在20:1 ～30:1，并使混合物料具有一定的孔隙度。

4 單體設計

4.1 預處理車間

本工程設預處理車間2 座，單座污泥處理量100t/d（含水率80%計），尺寸為L×B×H=27.2m×36.0m×8.5m，與好氧發(fā)酵車間采用合建形式，以便于輸送設備前后銜接。每座預處理車間配套有液壓滑架式污泥料倉1 座、計量給料機2 座、混合破碎機1 臺以及螺旋輸送機、皮帶輸送機數(shù)臺，對三種發(fā)酵物料混合、破碎處理能力90m3/h。混合后物料經(jīng)皮帶輸送機、橫向轉(zhuǎn)移螺旋輸送至自動布料機系統(tǒng)，均勻分布于發(fā)酵倉內(nèi)，見圖1。實現(xiàn)了污泥從裝車、運輸、進場處理到完成一次發(fā)酵無害化全過程的自動化連續(xù)處理，滿足環(huán)保要求，使廠區(qū)清潔衛(wèi)生。車間上部空間安裝電動單梁起重機和H2S 自動報警器等輔助設備。

圖1 自動布料機系統(tǒng)

4.2 好氧發(fā)酵車間

預處理后的發(fā)酵混合物料經(jīng)輸送設備及自動布料機投入一次覆膜發(fā)酵倉。1 號好氧發(fā)酵車間尺寸L×B×H=145.7m×75.0m×8.5m，主要用于生產(chǎn)返混料，設置L×B×H=26m×6m×1.6m 一次覆膜發(fā)酵倉19 座。二次發(fā)酵環(huán)節(jié)設L×B×H=124m×10m×2.0m 翻堆發(fā)酵槽2 座。安裝翻堆機2 臺，使出料含水率更低，更為松散，以便后續(xù)干化工藝使用。2 號好氧發(fā)酵車間尺寸L×B×H=124.4m×75.0m×8.5m， 設 置L×B×H=26m×6 m×1.6m 一次、二次覆膜發(fā)酵倉16 座。一次發(fā)酵可以實現(xiàn)混合物料的穩(wěn)定化無害化，周期15 天，其中維持55～60℃約5 ～7 天。二次發(fā)酵周期15 天，使物料進一步腐熟穩(wěn)定，含水率降至55%以下。發(fā)酵倉配套e-PTFE功能膜，鼓風機和無線式溫度傳感器、氧傳感器。鼓風機使覆膜倉內(nèi)形成低壓空腔，提供均勻供氧條件并進一步影響堆體含水率、溫度計pH 值，最大通風量0.2m3/(m3·min)，并根據(jù)發(fā)酵階段自動調(diào)節(jié)。酵倉底部設有布氣孔道，堆體滲濾液可通過布氣孔道進入收集井排至污水處理站。

4.3 熟料陳化篩分車間

二次發(fā)酵后物料進一步陳化腐熟，通過深度穩(wěn)定化，物料變?yōu)闇\褐色，顆粒內(nèi)部無黑心、無臭、呈松散狀，含水率下降到50%以下。經(jīng)滾筒式篩分機處理，篩下物作為基質(zhì)土產(chǎn)品裝車外運，每天可生產(chǎn)約97t。篩上物加入返混料中起調(diào)節(jié)含水率、孔隙度等參數(shù)的作用。在輸送設備搭接節(jié)點和篩分機處設負壓風口，接至脈沖布袋除塵器。

4.4 輔料倉庫

本工程選用含水率低于30%的鋸末、礱糠及園林廢棄物等作為輔料用以調(diào)理混合料含水率、碳氮比等性質(zhì)，輔料在供貨端進行粉碎處理。結(jié)合秦皇島、長春、上海等地污泥好氧發(fā)酵工程輔料單元設計案例，存儲量以滿足4 ～7 天使用為宜。考慮本項目輔料用量較大且昆明市域內(nèi)輔料供應相對匱乏，設L×B=73.3m×25.2m 輔料倉庫1座，堆放區(qū)高5m，裝卸區(qū)局部加高至7.5m。裝卸區(qū)進出大門外即回車場，滿足4 軸重型自卸車和6 軸半掛車快速卸料離場。輔料堆放區(qū)1340m2，裝卸堆放區(qū)511m2，堆料高度2 ～2.5m，可滿足7 天輔料暫存量。

4.5 熱泵干化車間

經(jīng)翻堆后的物料轉(zhuǎn)移至空氣源熱泵干化車間?？諝庠礋岜酶苫囬gL×B×H=78.9m×30m×6.5m，分為干化區(qū)及儲料區(qū)。干化區(qū)設熱泵干化機組16 臺，單臺除濕量35kg/h，干化車進出料系統(tǒng)1 套，對翻堆后的混合料進一步干化，可生產(chǎn)含水率30%～40%返混料200m3/d，滿足每日返混料添加量，用以減小輔料添加量，降低運行成本。儲料區(qū)面積890m2，堆料高度不超過2.5m，可滿足至少7 ～8 天返混料暫存量。

4.6 除臭及通風

生產(chǎn)車間建筑體積較大，好氧發(fā)酵車間與設備同步考慮臭氣意味著較高的除臭設備和電耗投入，如果換氣次數(shù)不夠，水蒸氣、NH3、H2S 等氣體無法及時排除，易出現(xiàn)鋼結(jié)構、機電設備腐蝕，無法達到設計使用壽命的情況，后期也面臨高昂的維護、置換費用。因此采用了臭氣源頭密閉收集除臭，建筑空間機械通風的方式。

預處理車間儲泥池、污泥提升螺旋、皮帶輸送機、混合破碎機為臭氣源頭設備。上述設備自身密閉或加隔罩密閉，通過負壓風管收集臭氣至生物除臭濾池。臭氣源頭設備密閉空間最高換氣次數(shù)12 次/h，總除臭氣量最高30000m3/h。對好氧發(fā)酵車間等建筑空間進行8 次/小時的機械通風。

好氧發(fā)酵車間內(nèi)倉體覆蓋孔徑為0.2μm 的e-PTFE功能膜，可有效阻隔NH3、H2S 以及有機臭氣分子，臭氣排放總量減少89.9%，氨氣平均去除率70.6%，硫化氫去除率64%左右。氣態(tài)水分子可以通過功能膜而液態(tài)水分子將被截留并附著于功能膜內(nèi)側(cè)。NH3、H2S 極易溶于水，接觸到膜內(nèi)側(cè)液態(tài)水分子后進入液相，最終由污水系統(tǒng)收集、處理。

生物除臭濾池15m 高排放口NH3排放量低于1.0kg/h、H2S 排放量低于0.3kg/h，廠界NH3濃度低于0.2mg/m3，H2S 濃度低于0.01mg/m3，惡臭污染物排放均滿足《惡臭污染物排放標準》（GB14554-1993）要求，已通過環(huán)保驗收。

4.7 自控系統(tǒng)

工藝設備的控制模式為現(xiàn)場手動控制和遠程自動控制。例如覆膜發(fā)酵倉可將溫度傳感器、氧傳感器信號上傳至中控室PLC，PLC 根據(jù)發(fā)酵控制程序自動反饋鼓風機啟停，也可在現(xiàn)場值班室由工作人員手動啟停鼓風機。對于易發(fā)機械傷害的設備，如干化車進出料系統(tǒng)，優(yōu)先采用現(xiàn)場手動控制。雨水調(diào)蓄池、污水處理站等生產(chǎn)輔助設施平時處于遠程自動控制狀態(tài)。

5 主要經(jīng)濟技術指標

本工程總占地面積約5.71hm2， 總建筑面積30459.31m2，總投資11199.21 萬元。工程直接運行費用2204.02 萬元/年，包括輔料費、人工費、動力費、藥劑費等。

6 產(chǎn)品質(zhì)量

經(jīng)好氧發(fā)酵處理后，出廠的林業(yè)基質(zhì)土產(chǎn)品中重金屬、有機污染物含量要求低于進廠污泥，執(zhí)行昆明地方標準《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置土地利用技術規(guī)范》（DB5301/T 41-2019）。理化性質(zhì)、養(yǎng)分質(zhì)量以及衛(wèi)生指標參照《城鎮(zhèn)水處理廠污泥處理穩(wěn)定標準》（CJ/T510-2017）和《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置土地利用技術規(guī)范》（DB5301/T 41-2019）確定如表2 所示。

表2 基質(zhì)土產(chǎn)品質(zhì)量指標

工程試運行期間，對基質(zhì)土產(chǎn)品質(zhì)量進行了檢測，主要指標均滿足相關標準規(guī)范要求，富含有機質(zhì)及氮磷鉀，可以作為林業(yè)基質(zhì)土進行資源化利用。

7 結(jié)語

（1）作為一種改良型靜態(tài)發(fā)酵技術，污泥從裝車、運輸、進場處理到完成一次發(fā)酵無害化全過程可自動化連續(xù)處理，克服了傳統(tǒng)靜態(tài)發(fā)酵技術周期長、衛(wèi)生環(huán)境差等缺點。設有初期雨水收集處理、雨水調(diào)蓄利用、臨時高壓消防系統(tǒng)等生產(chǎn)輔助設施，總投資略高于傳統(tǒng)靜態(tài)發(fā)酵工藝。

（2）膜覆蓋好氧發(fā)酵產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，富含有機質(zhì)和氮磷鉀，蛔蟲卵和大腸桿菌殺滅率極高，重金屬和有機污染物含量低于當?shù)氐胤綐藴氏拗怠?/p>

（3）綜合考慮車間內(nèi)除臭、通風和防腐問題。大體積門式鋼架車間，采用了建筑空間機械通風，臭氣源頭密閉收集除臭的方式。避免了在換氣次數(shù)不足情況下潮濕環(huán)境和逸散的NH3、H2S 等氣體對鋼制構件和機電設備造成嚴重腐蝕，也有效的控制了臭氣的排放。