昆明市市政污泥膜覆蓋好氧發酵工程設計

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11個運行的城鎮污水處理廠日均處理城市生活污水115×104m3/d，日均產生80%剩余污泥已達800 ～1000t/d。經現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、八水質凈化廠的污泥200t/d（含水率80%計），采用膜覆蓋好氧發酵工藝。建設內容包括預處理車間、好氧發酵車間、熟料篩分陳化車間、空氣源熱泵干化車間、輔料倉庫等生產設施，雨水調蓄利用、污水處理中、臨時高壓消防系統、變配電、機修及危廢暫存間等生產輔助設施以及辦公和生活用房。生產林業基質土約97t/d，產品主要用于礦山生態修復，還可作為園林綠化基質土、垃圾填埋廠覆土、復合肥基質使用。

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品的主要出路之一。綜合考慮運輸方便、征拆少、對周邊環境影響小等條件，本工程選址定于昆明市晉寧區昆陽磷礦一采區西側1km 處，場區交通條件良好，不涉及征拆工程。

2.2 進廠泥質

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

表1 進廠泥質指標

3 處理工藝

3.1 工藝流程

膜覆蓋好氧發酵的主要工藝流程為：進泥→預處理→一次發酵→二次發酵或翻堆干化→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酵倉，堆體覆膜后由風機強制供風，發酵周期為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酵倉繼續進行15 天發酵。完成二次發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，篩下物可作為林業基質土資源化利用。

3.2 主要控制參數

（1）發酵系統主要參數。混合料含水率64%；混合料C:N=26:1；一次發酵周期：15 天；二次發酵/翻堆-干化周期：15 天；控制溫度：55 ～60℃維持5 ～7 天。

（2）發酵終止指標。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、皮帶輸送機數臺，對三種發酵物料混合、破碎處理能力90m3/h。混合后物料經皮帶輸送機、橫向轉移螺旋輸送至自動布料機系統，均勻分布于發酵倉內，見圖1。實現了污泥從裝車、運輸、進場處理到完成一次發酵無害化全過程的自動化連續處理，滿足環保要求，使廠區清潔衛生。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

4.2 好氧發酵車間

預處理后的發酵混合物料經輸送設備及自動布料機投入一次覆膜發酵倉。1 號好氧發酵車間尺寸L×B×H=145.7m×75.0m×8.5m，主要用于生產返混料，設置L×B×H=26m×6m×1.6m 一次覆膜發酵倉19 座。二次發酵環節設L×B×H=124m×10m×2.0m 翻堆發酵槽2 座。安裝翻堆機2 臺，使出料含水率更低，更為松散，以便后續干化工藝使用。2 號好氧發酵車間尺寸L×B×H=124.4m×75.0m×8.5m， 設 置L×B×H=26m×6 m×1.6m 一次、二次覆膜發酵倉16 座。一次發酵可以實現混合物料的穩定化無害化，周期15 天，其中維持55～60℃約5 ～7 天。二次發酵周期15 天，使物料進一步腐熟穩定，含水率降至55%以下。發酵倉配套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)，并根據發酵階段自動調節。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

二次發酵后物料進一步陳化腐熟，通過深度穩定化，物料變為淺褐色，顆粒內部無黑心、無臭、呈松散狀，含水率下降到50%以下。經滾筒式篩分機處理，篩下物作為基質土產品裝車外運，每天可生產約97t。篩上物加入返混料中起調節含水率、孔隙度等參數的作用。在輸送設備搭接節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理混合料含水率、碳氮比等性質，輔料在供貨端進行粉碎處理。結合秦皇島、長春、上海等地污泥好氧發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輔料供應相對匱乏，設L×B=73.3m×25.2m 輔料倉庫1座，堆放區高5m，裝卸區局部加高至7.5m。裝卸區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1340m2，裝卸堆放區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

經翻堆后的物料轉移至空氣源熱泵干化車間。空氣源熱泵干化車間L×B×H=78.9m×30m×6.5m，分為干化區及儲料區。干化區設熱泵干化機組16 臺，單臺除濕量35kg/h，干化車進出料系統1 套，對翻堆后的混合料進一步干化，可生產含水率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

生產車間建筑體積較大，好氧發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，如果換氣次數不夠，水蒸氣、NH3、H2S 等氣體無法及時排除，易出現鋼結構、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12 次/h，總除臭氣量最高30000m3/h。對好氧發酵車間等建筑空間進行8 次/小時的機械通風。

好氧發酵車間內倉體覆蓋孔徑為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。氣態水分子可以通過功能膜而液態水分子將被截留并附著于功能膜內側。NH3、H2S 極易溶于水，接觸到膜內側液態水分子后進入液相，最終由污水系統收集、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，已通過環保驗收。

4.7 自控系統

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

5 主要經濟技術指標

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 產品質量

經好氧發酵處理后，出廠的林業基質土產品中重金屬、有機污染物含量要求低于進廠污泥，執行昆明地方標準《城鎮污水處理廠污泥處置土地利用技術規范》（DB5301/T 41-2019）。理化性質、養分質量以及衛生指標參照《城鎮水處理廠污泥處理穩定標準》（CJ/T510-2017）和《城鎮污水處理廠污泥處置土地利用技術規范》（DB5301/T 41-2019）確定如表2 所示。

表2 基質土產品質量指標

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

7 結語

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

（2）膜覆蓋好氧發酵產品質量穩定，富含有機質和氮磷鉀，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地地方標準限值。

（3）綜合考慮車間內除臭、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。避免了在換氣次數不足情況下潮濕環境和逸散的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。