地下式高溫好氧發酵系統—SACT污泥/有機固廢堆肥技術研究應用進展

王 濤，楊 明（1.機械科學研究總院環保技術與裝備研究所，北京 100044；2.機械工業有機固廢生物處理與資源化利用工程技術研究中心，北京 100044）

地下式高溫好氧發酵系統—SACT污泥/有機固廢堆肥技術研究應用進展

王 濤1，2，楊 明1，2
（1.機械科學研究總院環保技術與裝備研究所，北京 100044；2.機械工業有機固廢生物處理與資源化利用工程技術研究中心，北京 100044）

地下式污水處理廠為地下式污泥處理系統提供了經驗，SACT技術以其三個特點為地下式污泥堆肥系統的實現提供了方法。地下式堆肥系統具有占地面積小，二次污染易控制，節能降耗等優點；在實施中應關注設備的可靠性問題，人員安全問題，防滲問題。通過一個200t/d案例得出結論，以SACT技術為代表的機械化堆肥處理技術，以其鮮明的技術特點和良好的可塑性為包括污泥在內的各領域堆肥應用提供了良好基礎手段。

污泥；有機固廢；地下式堆肥；處理

前言

地下式污水處理廠可以節省占地，提高土地使用效率，并可有效解決污水處理廠運行中的二次污染問題，在歐洲、美國、日本等發達國家或地區已積累了數十年的建設運行經驗。2009年北京天堂河污水處理廠投入試運行，標志著國內污水處理廠地下化進程的開端，之后廣州、深圳、昆明等地也建設了一批地下式污水處理廠，并在項目實施過程中最大程度避免了選址過程中易出現的矛盾，取得了良好的效果。

在我國，污泥堆肥技術是相對工藝技術比較成熟、目前采用較多的污泥處理技術，但由于占地面積較大，運行過程中存在NH3、H2S等臭味氣體外排現象，項目選址一直是困擾此類技術推廣的瓶頸問題。借鑒地下式污水處理廠的設計模式，設計建造地下式污泥堆肥處理廠，也是一個值得研究的課題。近年來，由我國自主研發成功，并不斷完善、發展的SACT堆肥技術為這一構想提供了可能。

1　地下式SACT高溫好氧發酵系統

1.1地下式建（構）筑物與地面建（構）筑物的主要區別

（1）地面建（構）筑物的屋面一般僅承受雨雪等輕載荷；而地下建（構）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的其它動、靜載荷；

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

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

（4）地下式建（構）筑物相對于地面建（構）筑物封閉性更強，對于周邊影響很小，但地下式建（構）筑物內部的操作人員需面對更高的環境、安全風險等級。

1.2SACT高溫好氧發酵技術

SACT技術（Super Aerobic Composting Technology）屬于動態高溫好氧發酵工藝技術的一個類型，作為工業化、工程化技術系統相對于傳統技術主要改進體現在以下方面：

（1）動態隧道式發酵倉型

動態隧道式發酵倉型與傳統動態發酵槽相比（見圖1、圖2），翻堆機行走于位于發酵倉上部的牛腿梁上，并且發酵倉斷面是封閉的，這一改進可以帶來三個優化效果—對占地面積的優化，對臭氣污染控制的優化，對車間結構形式的優化。

圖1　動態隧道式發酵倉（左）與傳統動態發酵槽（右）的對比

圖2　動態隧道式發酵倉（左）與傳統動態發酵槽（右）現場圖

（2）全機械化流程

全機械化流程要求全部工藝過程均由機械設備自主完成，這對保障操作人員的安全十分重要。污泥堆肥全機械化流程需要至少八個目的不同但相互關聯的機械子系統配合完成（見圖3）。

（3）MCCD

“機械 - 建筑協同設計”（簡稱MCCD），就是在整個建（構）筑物設計中融合建筑設計與機械設計的理念、方法、過程，使機械與建筑設施共同完成建（構）筑物功能的設計過程。通俗地講是將建（構）筑物看作是一臺設備，土建設施作為殼體或結構支撐件，機械作為運動部件。MCCD首先做到“機械設計建筑化”，在核心非標機械設計過程中，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“建筑設計機械化”，在工程設計中充分考慮與機械的配合。采用MCCD設計理念的堆肥車間外景見圖4。

圖3　全機械化流程子系統與工序對應關系圖

圖4　采用MCCD設計理念的堆肥車間外景

1.3應用SACT技術實現高溫好氧發酵系統地下化

動態隧道式發酵倉型對車間結構的優化方面體現在：動態隧道倉橫斷面一般跨度小于6m（注：目前同類翻堆機最大型號F5.110寬度為5200mm），無論單層還是多層均適合采用鋼筋混凝土結構形式，因此結構強度和防腐蝕水平明顯提升，適合地下式建（構）筑物特點。全機械化流程可以擺脫操作過程對人員的依賴，從而大幅度降低了操作人員需面對的環境、安全風險。MCCD的引入可極大壓縮系統無效空間，并且對堆肥系統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。地下式高溫好氧發酵系統效果圖見圖5。

2　地下式高溫好氧發酵系統的技術特點

2.1地面占地面積小

圖5　地下式高溫好氧發酵系統效果圖

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

2.2密封性好，二次污染風險低

整個系統與外界環境僅有三個連通通道——受料車間、設備安裝檢修口、排氣筒，其中設備安裝檢修口常年關閉、排氣筒上游為除臭系統，因此實際上僅有受料車間一處空氣外溢通道，整個系統自然形成一個封閉有序的通風系統（見圖6）。

圖6　地下式堆肥系統通風系統示意圖

2.3節能降耗

北方冬季運行高溫好氧發酵工藝多采用降低產量、降低負荷（增加干料比例）、鍋爐采暖等措施保持正常運行，主要原因是生物發熱量不足以抵系統消散熱量。而系統散熱量主要分為兩個部分：建筑物散熱和空氣流通散熱；地下式高溫好氧發酵系統可以有效降低建筑物散熱部分，實現降低能耗、提高產量、穩定運行的目的。

3　地下式高溫好氧發酵系統需注意的問題

3.1設備的可靠性問題

由于地下空間有限，車輛與輔助機械進出不便，因此設備的可靠性要求高于地面系統。解決這一問題需從三方面著手：1）從系統設計入手，簡化流程工序，充分考慮備用系統和檢修需求；2）從設備選型入手，明確提出設備使用環境要求和可靠性要求；3）從設備制造質量入手，加強質量過程控制，以確保實現設計性能指標要求。

3.2有人區域的通風問題

盡管地下式高溫好氧發酵系統實現了全機械化流程，但仍需考慮應急情況下的處理措施，特別是有人進入區域的通風問題。解決這一問題應遵循三個步驟進行：1）確定有人區域，包括可能有人區域，根據人員進入的可能性建立分級區域并標識；2）建立應急情況下系統運行分級管理模式；3）根據區域分級設置相應的強制通風設施。

3.3建筑物的防滲問題

在地下水位超過系統底板標高的情況下，應特別注意結構防滲，必要時應設置排水溝、集水坑等設施，確保雨季系統的正常運行。

4　應用實例（某100t/d地下式污泥高溫好氧發酵系統設計方案）

4.1項目背景

某大城市A區污水處理廠計劃在廠內進行污泥堆肥處理，日處理規模200t（含水率80%）。因廠址處于環境敏感區域，主要建（構）筑物采用地下結構形式，地面為道路綠化，總占地面積要求控制在1萬m2以內。

4.2工藝設計

地下式污泥堆肥系統工藝流程見圖7。

圖7　地下式污泥堆肥系統工藝流程圖

該項目處理含水率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入混料機混合，混合好的物料通過布料系統輸送到位于地下的好氧發酵倉內，在發酵倉內強制通風使物料充分好氧發酵，同時通過翻堆機的翻拋作用使其均勻發酵并且使物料向倉尾移動；經14天左右的時間發酵后，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利用，一部分作為營養土輸出。

4.3建筑設計

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

表1　建筑物構成（簡）表

4.4工程總投資（見表2）

5　結語

污泥處理問題已提出多年，但關于技術路線的爭論仍在持續，這種情況也制約著污泥處理行業的健康發展。近兩年，這一情況有所改變，無論是政策指導上還是行業認同上，以厭氧消化、高溫好氧發酵為代表的生物處理技術逐漸占據主流位置。在這一背景下，如何集中力量，結合市場需求對現有技術存在的問題進行重點攻關，是加快污泥處理行業發展速度的關鍵。

表2　工程總投資估算（簡）表

以SACT技術為代表的機械化堆肥處理技術，為傳統高溫好氧發酵領域注入了新的活力，其鮮明的技術特點和良好的可塑性為包括污泥在內的各領域堆肥應用提供了良好基礎手段。

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

［2］ 王濤，林陽．污泥倉式堆肥工藝和進出倉系統技術概述［J］．中國環保產業，2011 （3）：36-39．

［3］ 王濤，許傳銀，吳慶成，等．唐山400t/d城市污泥無害化處理工程設計［J］．中國給水排水，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