好氧动态堆肥装置处理城市污水厂剩余污泥

　　1、引言 

　　随着我国社会经济和城市化的发展，城市污水处理厂的规模不断扩大，处理程度不断提高。到1998年为止，全国已建成和在建的城市污水处理厂已近 200座，污水处理能力约为1000余万m3/d。与蓬勃发展的污水处理相比，污泥处理和处置技术在我国还刚刚起步，随着新建污水处理厂的陆续投产，污泥产量将会有大幅度的增加，所以对污泥的处理和处置必须予以充分的重视。

　　城市污泥的利用和最终处置方法主要有焚烧、填埋、堆肥和投海等。焚烧法的技术和设备复杂、耗能大、费用较高，并且有大气污染问题；填埋法受到场地条件及环境的限制，在污泥运输距离的合理范围内已很难找到合适的地点；投海会污染海洋，对海洋生态系统和人类食物链已造成威胁，国际公约已明令禁止；堆肥处理不但可以达到稳定污泥的目的，同时制成肥料农业利用具有经济、简便、可资源化等优点，引起各国的重视，并进行大量的研究。

　　北京市密云污水处理厂处理能力为1.5万立方米/天，日产污泥5～6吨（含水率80％）。在我们研究的基础上，建成了国内第一条完整的生产性规模（年产复混肥5000吨）的污泥制肥生产线，生产线由污泥预处理、好氧动态堆肥装置和复混肥生产装置构成。生产线已连续运行两年，生产的有机复混肥销售情况良好。复混肥生产已有成熟的技术，我们着重研究污泥的稳定化和无害化处置工艺。

　　2、密云污水处理厂污泥处理和利用工艺

　　污水处理厂的初次污泥和二次污泥经浓缩后，一般采用带式压滤机脱水，泥饼含水率为75～85％。这样的污泥由于含水率高、粘性大、无结构强度。直接进行堆肥氧气难以通入，易产生厌氧状态。对于中小规模的污水处理厂，由于剩余污泥量不太大，若厂区又有足够的场地，气候适宜，则选择自然晾晒是最理想的途径。本实验在密云污水处理厂，采用了自然晾晒作为污泥堆肥的污泥含水率预调整手段。经过堆肥处理的污泥成为性状良好的腐植颗粒。然后可以按照不同农肥标准添加一定比例的氮、磷、钾等化学原料，通过粉碎、搅拌后进入造粒装置，成型后经干燥、筛分成为成品包装后入库或出售。

　　污泥堆肥工艺分为好氧发酵与厌氧发酵两种工艺过程。厌氧发酵工艺由于产生甲烷、硫化氢、二氧化碳等代谢产物会引起恶臭。由于有机物分解缓慢，发酵周期长达4～6个月，致使占地面积过大。另外蚊蝇孳生，污水淌流，产生严重的二次污染，不适合于大规模工业化污泥处置。现代工艺大多采用好氧堆肥，它具有有机物分解率高，堆肥周期短，气味较小。但传统好氧堆肥的停留时间长一般10－15天，存在占地面积过大，人工翻堆劳动笨重的问题。工厂化机械堆肥是堆肥工艺发展的主流，开发新的高效堆肥机械也是有迫切要求的。

　　机械化好氧堆肥技术是在有控制的条件下，利用好氧微生物对污泥中易腐有机物进行生物降解，使之成为具有良好稳定性的腐植粒状物的全部工艺过程。目前国内外正在研究开发的污泥好氧发酵堆肥技术都是采用进料、搅拌、通气、出料同时进行的高效发酵工艺装置，其核心是好氧发酵槽。而发酵槽按照形状可分为几类：立式多段发酵槽；筒仓式发酵槽；卧式旋转发酵槽；卧式敞口发酵槽。几类发酵槽性能的比较见表1。

表1各类发酵反应器的性能比较  

　　3、污泥堆肥装置设计

　　根据对已有设备类型、操作性能和基建等项费用的比较，在卧式旋转发酵罐的基础上进行了改造，设计出一套污泥堆肥装置。设计滚筒直径为1.2m，出料口和进料口直径分别为0.4m和0.6m(如图2)。滚筒总长12m，进料与出料口同时起到空气补给和气体排出口的作用。由于进料和出料口的存在，滚筒中实际物料堆放厚度就受到限制，超过一定高度的熟化污泥会自动从出料口流出。这样滚筒中物料的体积就应进行核算。

　　滚筒有效容积　 　V=(πd2Lk)/4

　　式中：d为滚筒直径；

　　L为滚筒长度；

　　k为物料充满度；一般为0.25～0.6

　　即滚筒的有效容积为3.4～8.1m3

　　滚筒内壁焊接桨叶按旋转方向呈品字形排列，倾斜角度为2°，起到搅拌物料并限制物料流动速度的作用。整个滚筒沿轴向倾斜5°，从高端进料，在滚动中物料滑落到低端出料口流出滚筒。动力部分由交流电动机经双极摆线减速机，采用齿轮齿圈传动方式带动滚筒滚动，转速为0.03转/分，最大扭矩 4300NM。通风设备采用轴流风机从出料端口鼓入空气，用定时器设定控制风机开闭。

　　温度在发酵过程中的变化，直接的反应了发酵的进程，也是要观测的主要参数，在滚筒上布置了五个测温点(如图3所示)。在每个测温点上安装热电偶，用电子温度计测量读数。物料总停留时间为5天，则1#测温点为进料当天的温度；2#为第2天的温度；3#代表第3天后的温度；4#为第4天的温度；5#为第五天的出口温度。

　　4、动态污泥堆肥装置操作参数选择

　　从传统堆肥的基本原理看，影响好氧堆肥的主要因素是温度、水分、含水率和供氧量。好氧传统堆肥的核心问题是供氧受到限制。使用研制出的污泥动态堆肥装置，通过自然通风、连续强制通风、间断强制通风三种方式对含水率，通风与温度的关系等进行了实验，目的在于探索堆肥装置的最佳运行参数。

　　1) 污泥的前处理

　　由于从密云污水处理厂压滤机脱除下来的污泥含水率高达80％以上，不易直接进行堆肥试验。需采取前处理(干燥)，采用自然晾晒的方式，污泥层厚5－8cm。根据天气和季节情况晾晒3－5天，污泥凉晒前后的含水率变化见表2。

表2 不同季节污泥晾晒后含水率值 

　　2) 含水率与温度

　　通过试验得出不同含水率的堆温变化。在同等的通气条件下，含水率较高则堆温较低，反之亦然。在自然通风的条件下，进料的含水率在70％和60％时，55℃以上的堆温均能保持三天，但是含水率达到70％，污泥容易在滚动中成团，甚至形成直径40～50cm的大球，影响设备正常工作。但当进料含水率在20％以下时，整个罐体温度改变不大，发酵作用不明显(见表3)。

　　堆肥过程中，微生物分解有机物和其生长繁殖过程中需要一定的水分，用于溶解有机物，以利于微生物的摄取，同时水分蒸发散热也可以起到调节堆温的作用。据国外资料报道，当含水率太低时，微生物在水中摄取营养物质的能力降低，有机物分解停止。但含水率过高使堆料互相粘结，将堵塞空气的通道，从而使堆肥呈厌氧状态。含水率过低，又会影响反应过程。这是因为微生物是借在物料之间的游离水的运动中摄取食物和营养物质的。如果微生物缺少这种靠液体运动而游动的机会，那么就会在严重缺少营养物质的状态下丧失了分解有机物的能力。

表3　 不同含水率时堆温的变化