污泥高溫好氧密閉倉發酵技術探討★

黃小玲 蔡莉穎 肖海林

(閩南理工學院土木工程學院，福建 石獅 362700)

0 引言

隨著城市化建設的迅速發展，污泥對環境的影響也不斷增大，如何高效處置污泥成為當前社會中最重要的問題。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[1]。后續利用通常制成肥料、制磚或衛生填埋等。為此，污泥有可能因處置不充分而造成二次污染。根據實際情況以及經濟分析綜合考量，可將污泥進行穩定化、無害化、資源化處理后作為有機肥料或土壤改良劑進行土地利用。因此，研究污泥高溫好氧密閉倉式發酵工藝的處理方案，通過污泥好氧發酵的技術來降解微生物和降低污泥含水率，從而實現污泥無害化、穩定化、減量化、資源化，使得能耗最低、處置成本降至最低。

1 傳統污泥處置的現狀分析

污泥是城市污水處理廠處理污水時產生的一種固體污染物，由有機物、無機鹽類、微生物和寄生蟲卵等組成。傳統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，對環境的要求日益增加，傳統污泥已經不能滿足目前的環境保護要求。

污泥填埋過程會產生滲濾液和氣體，如果處理不當，滲濾液就會進入地下水層，污染地下水環境。填埋場產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，如果不及時處置，長期下來會散發出惡臭，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，增加了污泥運輸費、垃圾填埋場的污泥處置費等。

污泥堆肥是一種很好的土壤改良劑，當堆肥被用于農田，可以增加有機質，改善土壤結構，減少肥料的使用量，并且可以減輕土壤的潛在侵蝕[4]。但是其缺點在于耗時長、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，會造成環境的二次污染。

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；但是其缺點在于處理設施投資大，處理費用高，設備維護成本高，而且產生強致癌物質二噁英[5]。

2 污泥處置主要設備

2.1 機械驅動流化床

流化床具有適應性廣，效率高，負荷調節性能好，易于實現對有害氣體的控制，綜合利用范圍廣等特點[6]。通過利用機械驅動流化床進行微觀預調理和接種，高效地控制氧氣、溫度、蒸發水量、通風之間內在定量關系，實現生物熱的最大利用，使堆體中水分達到最快蒸發，提升發酵速度，從而使物料降低含水率，提高比表面積，內部迅速充氧，發酵的啟動時間大大縮短，避免厭氧工況而產生臭氣物質(見圖1)。

2.2 通風風機

通風風機主要由葉輪、機殼、進風口、支架、電機、皮帶輪、聯軸器、消音器、傳動件(軸承)等組成[7]。通風風機是依靠輸入的機械能，提高氣體壓力并排送氣體的機械，其采用最大吐風量為2 500 m3/h，最大風壓為4 000 Pa。通風風機具有通風和引風的作用，能夠使物料在全靜態發酵與柔和的通風條件下，溫度持續保持在55 ℃～70 ℃。

2.3 布風裝置

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

由風機送入的空氣從位于布風板下部的風室通過風帽底部的通道，從風帽上部徑向分布的小孔流出。風帽小孔中噴出的氣流具有較高的速度和動能，進入床層底部，使風帽周圍和帽頭頂部產生強烈的擾動，并形成氣流墊層，使床料中物料與空氣均勻混合，強化了氣固間熱質交換過程，延長了物料在床內的停留時間，建立了良好的流化狀態[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酵工藝由預調理單元、發酵單元、后處理單元組成，發酵單元還包括布風系統、氧溫監測與智能化控制系統、廢氣處理系統。污泥高溫好氧密閉倉式工藝流程如圖3所示。

3.1 預調理單元

預調理單元包括污泥、輔料、回流物料的儲存、計量與輸送及混合接種等。

污泥深度預調理改性與深度接種是高效有氧發酵的基礎，采用機械驅動流化床預調理[11]。通過微觀預調理和接種，優化與智能化控制氧氣、溫度、蒸發水量、通風之間內在定量關系實現生物熱的最大利用，使堆體中水分最快蒸發，提升發酵速度，從而使物料降低含水率、改性、提高比表面積，內部迅速充氧，發酵的啟動時間大大縮短，避免厭氧工況而產生的臭氣物質，24 h內氧氣含量即可達到預設的含量值，溫度升至50 ℃以上，提高生物發酵效率。

3.2 發酵單元

3.2.1發酵倉

發酵車間采用倉式發酵，集通風、氧溫監測、引風系統為一體，實現有針對性和有序地對工藝過程中所產生的異味有機氣體予以收集，鏟車布料結束后關閉，發酵結束后開啟出料[12]。利用氧氣—溫度—通風控制對通風系統的啟停進行過程的全自動化控制，無需再人為作業，實現智能化高溫好氧發酵。最大程度的避免了堆肥工藝對周圍環境造成二次污染的可能。同時由于發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柔和布風系統

堆體的氧氣濃度(好氧速率)、溫度是高溫好氧發酵階段和效果的重要指標。通風系統采用分散式風機供風，曝氣系統[13]可正壓可負壓。單個倉配備一臺小功率風機。布風裝置[9]配有適宜噴嘴。簡單可靠防堵，布風管50 m內靜壓頭均衡，布氣均勻。發酵物料可條形可塊狀布置，布風管靈活優化配置, 土建費用低。全靜態發酵與柔和的通風使物料溫度持續保持在55 ℃～70 ℃。不采用翻拋機和大功率風機，噸電耗降至最低，并能避免翻拋過程或大風量吹脫造成的厭氧反應半產物的逸散。

3.2.3氧氣—溫度實時在線監測與智能化控制

氧氣濃度是本工藝通風系統控制信號的參考值來源，利用發酵堆中的氧氣相對濃度信號來控制風機的啟停，從而保證堆體的氧濃度在一個穩定的范圍內。堆體溫度是整個高溫好氧發酵的又一核心參數。堆體一般要經歷升溫過程、高溫持續過程和降溫過程。微生物的新陳代謝活動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

高溫好氧發酵過程中臭氣的主要來源是因為有機物的不完全氧化(厭氧發酵)而產生的半產物，主要是硫化氫、氨等[14]。

本工藝在高溫好氧發酵開始前已對物料進行了均勻的微觀混合，獨特的通風系統對堆體提供了均勻的好氧環境，因此臭味已在源頭上得到了有效地控制。但為滿足相關衛生等要求，需對其進行引風及臭氣處理設計。為此，通過采用分散的濕法除臭方式。除臭時采用清水作為吸收中和液。含臭廢氣進入內外套組成的均壓室先經過一次預噴淋，再進入內筒處理器中進行二次噴淋洗滌，使氣液兩相充分接觸，發生吸收中和反應，再經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城鎮污水處理廠污染物排放標準中二級標準。

3.3 后處理單元

腐熟后的成品根據相應要求，可添加適當微量元素加工為有機肥。本工藝選用預調理同一臺犁鏵式混合接種反應器。熟料由回流料倉計量上料，微量元素通過混合器上方的精密計量給料機添加，均勻混合后進入篩分處理。若無需添加微量元素，也可直接進行篩分處理。篩分后的大塊物料作為回流物料進入預調理單元，篩下物為成品可打包后外運。

4 污泥處置新技術的優勢

1)通過深度預調理全靜態堆肥后，能夠使污泥含水率降低至40%以下。

2)本工藝發酵溫度高(50 ℃～70 ℃)、溫度穩定、周期短，智能化控制使全靜態堆肥達到發酵最高效率。

3)本工藝利用深度預調理—全靜態—智能化三個關鍵要素將堆肥工藝的投資和運行費用降至最低，將廢氣源降至最低，將污泥處置系統維護量降至最低。

4)利用高溫好氧密閉倉技術的方式，使得臭氣量小，對除臭設施要求較低。

5)本工藝能耗最低，實現耗電指標為6度電/t～10度電/t污泥。

5 結語

隨著城市迅速發展，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。利用深度預調理—全靜態—智能化堆肥后，使污泥的含水率降至最低，同時有效的克服了過去污泥處理處置過程中投資和運行費用高的問題。采用高溫好氧密閉倉式發酵技術對污泥進行處置后，不僅對環境不會造成二次污染，而且能讓污泥作為有機肥料或土壤改良劑進行土地利用化。因此，高溫好氧密閉倉式發酵技術可以實現污泥穩定化、無害化、減量化、資源化處理，具有良好的經濟效益、環境效益和社會效益。