污泥高溫好氧密閉倉發(fā)酵技術(shù)探討★

黃小玲 蔡莉穎 肖海林

(閩南理工學(xué)院土木工程學(xué)院，福建 石獅 362700)

0 引言

隨著城市化建設(shè)的迅速發(fā)展，污泥對環(huán)境的影響也不斷增大，如何高效處置污泥成為當(dāng)前社會(huì)中最重要的問題。目前，污水處理常采用組合式高效沉淀池+前置反硝化的BIOFOR曝氣生物濾池工藝、改良奧貝爾氧化溝活性污泥處理工藝、DE型氧化溝活性污泥工藝等技術(shù)[1]。后續(xù)利用通常制成肥料、制磚或衛(wèi)生填埋等。為此，污泥有可能因處置不充分而造成二次污染。根據(jù)實(shí)際情況以及經(jīng)濟(jì)分析綜合考量，可將污泥進(jìn)行穩(wěn)定化、無害化、資源化處理后作為有機(jī)肥料或土壤改良劑進(jìn)行土地利用。因此，研究污泥高溫好氧密閉倉式發(fā)酵工藝的處理方案，通過污泥好氧發(fā)酵的技術(shù)來降解微生物和降低污泥含水率，從而實(shí)現(xiàn)污泥無害化、穩(wěn)定化、減量化、資源化，使得能耗最低、處置成本降至最低。

1 傳統(tǒng)污泥處置的現(xiàn)狀分析

污泥是城市污水處理廠處理污水時(shí)產(chǎn)生的一種固體污染物，由有機(jī)物、無機(jī)鹽類、微生物和寄生蟲卵等組成。傳統(tǒng)污泥處置方法包括污泥填埋、污泥堆肥、污泥焚燒、污泥直接制磚等[2]。隨著城市建設(shè)，對環(huán)境的要求日益增加，傳統(tǒng)污泥已經(jīng)不能滿足目前的環(huán)境保護(hù)要求。

污泥填埋過程會(huì)產(chǎn)生滲濾液和氣體，如果處理不當(dāng)，滲濾液就會(huì)進(jìn)入地下水層，污染地下水環(huán)境。填埋場產(chǎn)生的氣體若不采取措施容易引起爆炸和燃燒[3]。而且基本上污泥都是露天堆放在填埋場，如果不及時(shí)處置，長期下來會(huì)散發(fā)出惡臭，易造成空氣污染。由于受到種種處理因素的影響，污泥填埋的成本逐年提高，例如由于污泥的含水率高，增加了污泥運(yùn)輸費(fèi)、垃圾填埋場的污泥處置費(fèi)等。

污泥堆肥是一種很好的土壤改良劑，當(dāng)堆肥被用于農(nóng)田，可以增加有機(jī)質(zhì)，改善土壤結(jié)構(gòu)，減少肥料的使用量，并且可以減輕土壤的潛在侵蝕[4]。但是其缺點(diǎn)在于耗時(shí)長、成本高、占用土地面積大、臭氣污染、易受天氣影響等。因此，長期采用污泥堆肥來處置污泥，會(huì)造成環(huán)境的二次污染。

污泥焚燒是最徹底的污泥處置方法之一。它是利用焚燒爐將脫水污泥加溫干燥，再利用高溫氧化污泥中的有機(jī)物，使污泥成為少量灰燼。它能夠殺死病原體，可最大限度地減少污泥體積；但是其缺點(diǎn)在于處理設(shè)施投資大，處理費(fèi)用高，設(shè)備維護(hù)成本高，而且產(chǎn)生強(qiáng)致癌物質(zhì)二噁英[5]。

2 污泥處置主要設(shè)備

2.1 機(jī)械驅(qū)動(dòng)流化床

流化床具有適應(yīng)性廣，效率高，負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好，易于實(shí)現(xiàn)對有害氣體的控制，綜合利用范圍廣等特點(diǎn)[6]。通過利用機(jī)械驅(qū)動(dòng)流化床進(jìn)行微觀預(yù)調(diào)理和接種，高效地控制氧氣、溫度、蒸發(fā)水量、通風(fēng)之間內(nèi)在定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)生物熱的最大利用，使堆體中水分達(dá)到最快蒸發(fā)，提升發(fā)酵速度，從而使物料降低含水率，提高比表面積，內(nèi)部迅速充氧，發(fā)酵的啟動(dòng)時(shí)間大大縮短，避免厭氧工況而產(chǎn)生臭氣物質(zhì)(見圖1)。

2.2 通風(fēng)風(fēng)機(jī)

通風(fēng)風(fēng)機(jī)主要由葉輪、機(jī)殼、進(jìn)風(fēng)口、支架、電機(jī)、皮帶輪、聯(lián)軸器、消音器、傳動(dòng)件(軸承)等組成[7]。通風(fēng)風(fēng)機(jī)是依靠輸入的機(jī)械能，提高氣體壓力并排送氣體的機(jī)械，其采用最大吐風(fēng)量為2 500 m3/h，最大風(fēng)壓為4 000 Pa。通風(fēng)風(fēng)機(jī)具有通風(fēng)和引風(fēng)的作用，能夠使物料在全靜態(tài)發(fā)酵與柔和的通風(fēng)條件下，溫度持續(xù)保持在55 ℃～70 ℃。

2.3 布風(fēng)裝置

目前所采用的布風(fēng)裝置主要有兩種形式，即風(fēng)帽式和密孔板式。風(fēng)帽式布風(fēng)裝置是由風(fēng)室、花板、風(fēng)帽和隔熱層組成的，通常把花板和風(fēng)帽合稱為布風(fēng)板。密孔板式布風(fēng)裝置是由風(fēng)室和密孔板構(gòu)成[8](見圖2)。

由風(fēng)機(jī)送入的空氣從位于布風(fēng)板下部的風(fēng)室通過風(fēng)帽底部的通道，從風(fēng)帽上部徑向分布的小孔流出。風(fēng)帽小孔中噴出的氣流具有較高的速度和動(dòng)能，進(jìn)入床層底部，使風(fēng)帽周圍和帽頭頂部產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動(dòng)，并形成氣流墊層，使床料中物料與空氣均勻混合，強(qiáng)化了氣固間熱質(zhì)交換過程，延長了物料在床內(nèi)的停留時(shí)間，建立了良好的流化狀態(tài)[9，10]。

3 污泥處置新方式的基本流程

污泥高溫好氧密閉倉式發(fā)酵工藝由預(yù)調(diào)理單元、發(fā)酵單元、后處理單元組成，發(fā)酵單元還包括布風(fēng)系統(tǒng)、氧溫監(jiān)測與智能化控制系統(tǒng)、廢氣處理系統(tǒng)。污泥高溫好氧密閉倉式工藝流程如圖3所示。

3.1 預(yù)調(diào)理單元

預(yù)調(diào)理單元包括污泥、輔料、回流物料的儲(chǔ)存、計(jì)量與輸送及混合接種等。

污泥深度預(yù)調(diào)理改性與深度接種是高效有氧發(fā)酵的基礎(chǔ)，采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)流化床預(yù)調(diào)理[11]。通過微觀預(yù)調(diào)理和接種，優(yōu)化與智能化控制氧氣、溫度、蒸發(fā)水量、通風(fēng)之間內(nèi)在定量關(guān)系實(shí)現(xiàn)生物熱的最大利用，使堆體中水分最快蒸發(fā)，提升發(fā)酵速度，從而使物料降低含水率、改性、提高比表面積，內(nèi)部迅速充氧，發(fā)酵的啟動(dòng)時(shí)間大大縮短，避免厭氧工況而產(chǎn)生的臭氣物質(zhì)，24 h內(nèi)氧氣含量即可達(dá)到預(yù)設(shè)的含量值，溫度升至50 ℃以上，提高生物發(fā)酵效率。

3.2 發(fā)酵單元

3.2.1發(fā)酵倉

發(fā)酵車間采用倉式發(fā)酵，集通風(fēng)、氧溫監(jiān)測、引風(fēng)系統(tǒng)為一體，實(shí)現(xiàn)有針對性和有序地對工藝過程中所產(chǎn)生的異味有機(jī)氣體予以收集，鏟車布料結(jié)束后關(guān)閉，發(fā)酵結(jié)束后開啟出料[12]。利用氧氣—溫度—通風(fēng)控制對通風(fēng)系統(tǒng)的啟停進(jìn)行過程的全自動(dòng)化控制，無需再人為作業(yè)，實(shí)現(xiàn)智能化高溫好氧發(fā)酵。最大程度的避免了堆肥工藝對周圍環(huán)境造成二次污染的可能。同時(shí)由于發(fā)酵倉主體承載要求低，因而對土建要求也較低，從而大幅度降低了土建成本。

3.2.2柔和布風(fēng)系統(tǒng)

堆體的氧氣濃度(好氧速率)、溫度是高溫好氧發(fā)酵階段和效果的重要指標(biāo)。通風(fēng)系統(tǒng)采用分散式風(fēng)機(jī)供風(fēng)，曝氣系統(tǒng)[13]可正壓可負(fù)壓。單個(gè)倉配備一臺(tái)小功率風(fēng)機(jī)。布風(fēng)裝置[9]配有適宜噴嘴。簡單可靠防堵，布風(fēng)管50 m內(nèi)靜壓頭均衡，布?xì)饩鶆颉０l(fā)酵物料可條形可塊狀布置，布風(fēng)管靈活優(yōu)化配置, 土建費(fèi)用低。全靜態(tài)發(fā)酵與柔和的通風(fēng)使物料溫度持續(xù)保持在55 ℃～70 ℃。不采用翻拋機(jī)和大功率風(fēng)機(jī)，噸電耗降至最低，并能避免翻拋過程或大風(fēng)量吹脫造成的厭氧反應(yīng)半產(chǎn)物的逸散。

3.2.3氧氣—溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測與智能化控制

氧氣濃度是本工藝通風(fēng)系統(tǒng)控制信號(hào)的參考值來源，利用發(fā)酵堆中的氧氣相對濃度信號(hào)來控制風(fēng)機(jī)的啟停，從而保證堆體的氧濃度在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。堆體溫度是整個(gè)高溫好氧發(fā)酵的又一核心參數(shù)。堆體一般要經(jīng)歷升溫過程、高溫持續(xù)過程和降溫過程。微生物的新陳代謝活動(dòng)對溫度具有高度依賴性，控制最佳的溫度范圍可加快微生物的分解速率。

3.2.4廢氣處理系統(tǒng)

高溫好氧發(fā)酵過程中臭氣的主要來源是因?yàn)橛袡C(jī)物的不完全氧化(厭氧發(fā)酵)而產(chǎn)生的半產(chǎn)物，主要是硫化氫、氨等[14]。

本工藝在高溫好氧發(fā)酵開始前已對物料進(jìn)行了均勻的微觀混合，獨(dú)特的通風(fēng)系統(tǒng)對堆體提供了均勻的好氧環(huán)境，因此臭味已在源頭上得到了有效地控制。但為滿足相關(guān)衛(wèi)生等要求，需對其進(jìn)行引風(fēng)及臭氣處理設(shè)計(jì)。為此，通過采用分散的濕法除臭方式。除臭時(shí)采用清水作為吸收中和液。含臭廢氣進(jìn)入內(nèi)外套組成的均壓室先經(jīng)過一次預(yù)噴淋，再進(jìn)入內(nèi)筒處理器中進(jìn)行二次噴淋洗滌，使氣液兩相充分接觸，發(fā)生吸收中和反應(yīng)，再經(jīng)過上塔體脫液器除霧處理[15]，然后排入大氣。臭氣處理后滿足GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中二級標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 后處理單元

腐熟后的成品根據(jù)相應(yīng)要求，可添加適當(dāng)微量元素加工為有機(jī)肥。本工藝選用預(yù)調(diào)理同一臺(tái)犁鏵式混合接種反應(yīng)器。熟料由回流料倉計(jì)量上料，微量元素通過混合器上方的精密計(jì)量給料機(jī)添加，均勻混合后進(jìn)入篩分處理。若無需添加微量元素，也可直接進(jìn)行篩分處理。篩分后的大塊物料作為回流物料進(jìn)入預(yù)調(diào)理單元，篩下物為成品可打包后外運(yùn)。

4 污泥處置新技術(shù)的優(yōu)勢

1)通過深度預(yù)調(diào)理全靜態(tài)堆肥后，能夠使污泥含水率降低至40%以下。

2)本工藝發(fā)酵溫度高(50 ℃～70 ℃)、溫度穩(wěn)定、周期短，智能化控制使全靜態(tài)堆肥達(dá)到發(fā)酵最高效率。

3)本工藝?yán)蒙疃阮A(yù)調(diào)理—全靜態(tài)—智能化三個(gè)關(guān)鍵要素將堆肥工藝的投資和運(yùn)行費(fèi)用降至最低，將廢氣源降至最低，將污泥處置系統(tǒng)維護(hù)量降至最低。

4)利用高溫好氧密閉倉技術(shù)的方式，使得臭氣量小，對除臭設(shè)施要求較低。

5)本工藝能耗最低，實(shí)現(xiàn)耗電指標(biāo)為6度電/t～10度電/t污泥。

5 結(jié)語

隨著城市迅速發(fā)展，對于污水污泥的處理更加重視，而污泥處置方法也在不斷深入和改進(jìn)。利用深度預(yù)調(diào)理—全靜態(tài)—智能化堆肥后，使污泥的含水率降至最低，同時(shí)有效的克服了過去污泥處理處置過程中投資和運(yùn)行費(fèi)用高的問題。采用高溫好氧密閉倉式發(fā)酵技術(shù)對污泥進(jìn)行處置后，不僅對環(huán)境不會(huì)造成二次污染，而且能讓污泥作為有機(jī)肥料或土壤改良劑進(jìn)行土地利用化。因此，高溫好氧密閉倉式發(fā)酵技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)污泥穩(wěn)定化、無害化、減量化、資源化處理，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。