“絮凝脫水+高壓帶機(jī)+好氧發(fā)酵”組合工藝在糞便污泥處理中的應(yīng)用

收稿日期：2023-11-27

作者簡(jiǎn)介：阮燕霞（1990—），女，江蘇丹陽(yáng)人，碩士，工程師。研究方向：固廢處理技術(shù)。

摘要：河北省某糞便處理站收集并處理附近學(xué)校產(chǎn)生的糞便污水，原采用“絮凝脫水+好氧發(fā)酵”工藝，將糞便污泥處理至含水率84%左右，然后進(jìn)行好氧發(fā)酵堆肥。但是，含水率84%的糞便直接進(jìn)行好氧發(fā)酵，必須添加大量輔料，存在堆肥物料易板結(jié)、氧氣傳質(zhì)效率低、運(yùn)行成本高等問(wèn)題，影響堆肥產(chǎn)品質(zhì)量。為提高糞便污泥好氧發(fā)酵效率，降低運(yùn)行成本，在充分利用原有設(shè)備和場(chǎng)地的前提下，原脫水工藝后端和好氧發(fā)酵工藝前端增加高壓帶式深度脫水工藝。該項(xiàng)目連續(xù)運(yùn)行結(jié)果表明，經(jīng)高壓帶式深度脫水工藝處理后，糞便平均含水率從84%降至59%，糞便減量率達(dá)61%，節(jié)省輔料90%，改造后糞便減量效果和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

關(guān)鍵詞：絮凝脫水；高壓帶機(jī)；好氧發(fā)酵；深度脫水；糞便污泥；減量

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）01-0-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.055

application of the combination process of “flocculation dehydration+high-pressure belt conveyor+aerobic fermentation” in the treatment of fecal sludge

RUAN Yanxia

（Shanghai Zhongyao Environment Protection Industry Co.， Ltd.， Shanghai 200092， China）

Abstract： A fecal treatment station in Hebei Province collects and treats fecal wastewater generated by nearby schools， and originally uses the “flocculation dehydration+aerobic fermentation” process to treat fecal sludge to a moisture content of about 84%， and then carries out aerobic fermentation composting. However， direct aerobic fermentation of feces with a moisture content of 84% requires the addition of a large amount of auxiliary materials， which poses problems such as easy solidification of compost materials， low oxygen mass transfer efficiency， and high operating costs， affecting the quality of compost products. In order to improve the aerobic fermentation efficiency of fecal sludge and reduce operating costs， a high-pressure belt deep dehydration process is added to the back end of the original dehydration process and the front end of the aerobic fermentation process， while fully utilizing the existing equipment and site. The continuous operation results of this project show that after being treated with high-pressure belt deep dehydration technology， the average moisture content of feces has decreased from 84% to 59%， the fecal reduction rate has reached 61%， and 90% of auxiliary materials have been saved， after the transformation， the fecal reduction effect and economic benefits are significant.

Keywords： flocculation dehydration; high pressure belt conveyor; aerobic fermentation; deep dehydration; fecal sludge; decrement

糞便污泥（FS）是一種黏稠狀物質(zhì)，人類初始糞便、沙土和灰水混合，消化后形成漿料[1-2]，F(xiàn)S含有大量的有害細(xì)菌、病毒等，若處理不當(dāng)，很容易造成細(xì)菌或病毒的傳播[3-4]，同時(shí)化糞池FS的化學(xué)需氧量（COD）、總氮（TN）、總磷（TP）和氨氮（NH3-N）含量分別可達(dá)1 600 mg/L、3 724 mg/L、988 mg/L和

2 432 mg/L，若直接回用于土地，很容易對(duì)自然環(huán)境和人體健康造成威脅[5]。另外，隨著城市人口的快速增加，集中式糞便處理中心需求不斷增加，使集中處理的FS產(chǎn)量不斷增加，因此FS的高效穩(wěn)定無(wú)害化處理處置十分必要。

韓圩娟[6]通過(guò)分析技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等10個(gè)評(píng)價(jià)因子構(gòu)建的綜合評(píng)價(jià)體系，得出“絮凝脫水+好氧發(fā)酵+除臭”是目前國(guó)內(nèi)FS處理處置的最佳工藝路線。但是，固液分離后，絮凝脫水FS含水率普遍在70%～80%[7]，F(xiàn)S減量不明顯，同時(shí)好氧堆肥階段添加的輔料較多，好氧堆肥運(yùn)行費(fèi)用較高。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出將高壓帶機(jī)應(yīng)用于“絮凝脫水+好氧發(fā)酵+除臭”工藝，通過(guò)高壓帶機(jī)連續(xù)脫水，將FS含水率降低至60%，從而降低好氧堆肥的處理規(guī)模和運(yùn)行費(fèi)用。

1 項(xiàng)目概況

河北省某糞便處理站消納附近學(xué)校產(chǎn)生的糞便污水，該糞便處理站設(shè)計(jì)糞便污水處理規(guī)模為200 t/d，污泥濃度為20 g/L。糞便污水經(jīng)過(guò)化糞池處理后，上清液排入市政管網(wǎng)，輸送至附近污水處理廠進(jìn)一步無(wú)害化處理，吸糞車將剩余的固液混合物運(yùn)送到該糞便處理站進(jìn)行“絮凝脫水+好氧堆肥”處理。

1.1 改造前處理工藝

該項(xiàng)目改造前采用“絮凝脫水+好氧發(fā)酵”工藝集中處理FS，產(chǎn)生的濾液排放到現(xiàn)有的污水處理設(shè)施處理，脫水后含水率84%的FS進(jìn)行好氧發(fā)酵處理，如圖1所示。

1.1.1 糞便絮凝脫水階段

FS在污糞車間的糞便池中儲(chǔ)存，通過(guò)提升泵將其提升至脫水機(jī)中。絮凝脫水設(shè)備采用離心機(jī)和螺壓脫水機(jī)，投加聚丙烯酰胺（PAM）絮凝后進(jìn)行脫水，脫水后FS含水率均在84%左右，碳氮比（C/N）為7.9。

1.1.2 好氧發(fā)酵階段

脫水后的FS通過(guò)輸送機(jī)輸送至中轉(zhuǎn)料倉(cāng)，再由提升泵輸送到好氧發(fā)酵系統(tǒng)。參考《生活垃圾堆肥處理技術(shù)規(guī)范》（CJJ 52—2014），好氧發(fā)酵階段，發(fā)酵物料的含水率需要控制在60%以下，同時(shí)C/N控制在20～30。因此，經(jīng)過(guò)絮凝脫水后，F(xiàn)S需要添加秸稈、木屑等高C/N和低含水率輔料。本項(xiàng)目輔料采用秸稈，其含水率為12%，C/N為75，通過(guò)一定比例進(jìn)行混合，使最終混合物料含水率不大于60%，C/N為20～30。

1.2 改造后處理工藝

該項(xiàng)目改造前，絮凝脫水后FS含水率為84%左右。一方面，因?yàn)槠浜瘦^高，后端好氧發(fā)酵工藝需要混合大量輔料，運(yùn)行成本高，同時(shí)混合后物料體積龐大，好氧發(fā)酵的有效處理量低；另一方面，較高的含水率造成好氧發(fā)酵物料易板結(jié)、氧氣傳質(zhì)效率低、運(yùn)行成本高、發(fā)酵周期長(zhǎng)、發(fā)酵產(chǎn)品質(zhì)量差、產(chǎn)量低等問(wèn)題。故對(duì)本項(xiàng)目原工藝進(jìn)行改造，降低FS進(jìn)入好氧發(fā)酵前的含水率。在該項(xiàng)目絮凝脫水工藝后增加高壓帶式深度脫水工藝，將絮凝脫水后含水率84%的FS經(jīng)過(guò)高壓帶式深度脫水設(shè)備連續(xù)壓榨，將FS含水率降至60%，再進(jìn)行好氧發(fā)酵處理。具體工藝流程如圖2所示。

高壓帶式深度脫水系統(tǒng)由FS調(diào)理系統(tǒng)、高壓帶機(jī)、沖洗系統(tǒng)、調(diào)理劑投加和自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成。含水率84%的FS在改性混合機(jī)中和調(diào)理劑充分混合，提高FS的不可壓縮性，改性后FS主要孔隙尺寸增至3～6 μm，F(xiàn)S顆粒間的孔隙率提高，有利于后續(xù)壓榨過(guò)程中FS內(nèi)部水的釋放[8]。改性后的FS進(jìn)入高壓帶機(jī)中壓榨脫水，在垂直于濾布的法向擠壓力和平行于濾布的剪切力共同作用下，對(duì)FS形成二維壓榨，最終深度脫水后糞便含水率保持在60%以下。沖洗廢水和濾布上被沖洗下的雜質(zhì)一同在接水盤收集，沖洗廢水和壓濾液分開(kāi)收集，沖洗廢水經(jīng)中水回用系統(tǒng)處理后作為沖洗水重新利用，壓濾液排放至現(xiàn)狀污水處理設(shè)施。

2 結(jié)果和討論

2.1 調(diào)理劑效果對(duì)比分析

藥劑調(diào)理是高壓帶式深度脫水的重要前提，故本節(jié)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)3種調(diào)理劑和各自不同投加比例，確定FS脫水的最佳藥劑。由表1可知，不添加任何調(diào)理劑時(shí)，F(xiàn)S減量效果最差，出料含水率為72.3%。從調(diào)理劑種類來(lái)看，3#調(diào)理劑效果最佳，1#調(diào)理劑次之，2#調(diào)理劑效果較差。從調(diào)理劑投加比例來(lái)看，調(diào)理劑投加較少造成FS與調(diào)理劑沒(méi)有充分接觸反應(yīng)，而投加較多則會(huì)導(dǎo)致液體調(diào)理劑對(duì)FS過(guò)度稀釋，造成壓濾過(guò)程排水不暢。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，2.0%的投加比例最佳，投加過(guò)多或者過(guò)少均會(huì)導(dǎo)致FS出料含水率增加，測(cè)試時(shí)FS出料最低含水率可達(dá)57.3%。

2.2 實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

連續(xù)運(yùn)行30 d的FS進(jìn)出泥含水率和FS減量率數(shù)據(jù)如圖3所示。FS經(jīng)過(guò)離心機(jī)或者螺壓脫水機(jī)處理后，含水率在84%左右，F(xiàn)S產(chǎn)量約為25 t/d，一次脫水后FS體積較大，濕度較高，經(jīng)過(guò)高壓帶機(jī)深度脫水處理，最終FS含水率可降低至60%，F(xiàn)S堆積后無(wú)濾液滲出，F(xiàn)S壓濾后的質(zhì)量從每天25 t減少至

9.8 t，F(xiàn)S體積顯著減少，F(xiàn)S減量率達(dá)60%左右。另外，從圖3可以看出，F(xiàn)S進(jìn)料含水率波動(dòng)比出料含水率大，高壓帶機(jī)壓濾過(guò)程可以使后續(xù)好氧堆肥的各部分物料含水率保持均勻一致，提高好氧發(fā)酵效率。

2.3 項(xiàng)目改造前后技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

如表2所示，高壓帶機(jī)深度脫水后，F(xiàn)S含水率降低，使進(jìn)入好氧發(fā)酵的FS單日質(zhì)量從25 t降低至9.8 t，同時(shí)因?yàn)镕S含水率的降低，單位一次脫水FS的秸稈消耗量從10 t/d降低至1 t/d，秸稈的消耗量降低90%。另外，F(xiàn)S和秸稈的混合物總質(zhì)量從35 t/d

降低至10.8 t/d，故后端好氧發(fā)酵系統(tǒng)處理負(fù)荷降低69.1%，改造后，F(xiàn)S和秸稈混合物的含水率從63.4%降低至54.7%，混合物的孔隙率增加，縮短好氧發(fā)酵周期，提高好氧發(fā)酵產(chǎn)品的品質(zhì)。另外，好氧發(fā)酵的處理負(fù)荷大大降低，為日后產(chǎn)量提升提供可能。

3 結(jié)論

原脫水系統(tǒng)增加高壓帶式深度脫水工藝，F(xiàn)S含水率從84%降低至59%左右，進(jìn)入好氧發(fā)酵之前的FS從25 t/d降低至9.8 t/d，糞便減量率高達(dá)61%。應(yīng)用高壓帶機(jī)深度脫水工藝后，由于FS含水率的降低和進(jìn)入好氧發(fā)酵前質(zhì)量的減少，好氧發(fā)酵的輔料添加量降低90%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。進(jìn)入好氧發(fā)酵的糞便和輔料混合物總規(guī)模從35.0 t/d降低至改造后的10.8 t/d，使好氧發(fā)酵的處理負(fù)荷降低69%。

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