好氧动态堆肥装置处理城市污水厂剩余污泥

摘要：城市污水处理厂剩余污泥的必须经过稳定化和无害化处理后方能进行最后的处置和利用。本研究在生产性规模的装置上，利用自行研制的好氧动态堆肥装置进行了污泥稳定化和无害化处理的应用研究，探讨了影响好氧堆肥的主要因素温度、含水率、供氧量和通风方式之间的关系，确定了污泥动态发酵器的最佳运行参数。为城市污水污泥的处理和处置提供了一条可行的技术路线。

关键词：城市污水 稳定化 无害化 剩余污泥 动态堆肥装置

1、引言

随着我国社会经济和城市化的发展，城市污水处理厂的规模不断扩大，处理程度不断提高。到1998年为止，全国已建成和在建的城市污水处理厂已近200座，污水处理能力约为1000余万m3/d。与蓬勃发展的污水处理相比，污泥处理和处置技术在我国还刚刚起步，随着新建污水处理厂的陆续投产，污泥产量将会有大幅度的增加，所以对污泥的处理和处置必须予以充分的重视。

　　城市污泥的利用和最终处置方法主要有焚烧、填埋、堆肥和投海等。焚烧法的技术和设备复杂、耗能大、费用较高，并且有大气污染问题；填埋法受到场地条件及环境的限制，在污泥运输距离的合理范围内已很难找到合适的地点；投海会污染海洋，对海洋生态系统和人类食物链已造成威胁，国际公约已明令禁止；堆肥处理不但可以达到稳定污泥的目的，同时制成肥料农业利用具有经济、简便、可资源化等优点，引起各国的重视，并进行大量的研究。

　　北京市密云污水处理厂处理能力为1.5万立方米/天，日产污泥5～6吨（含水率80％）。在我们研究的基础上，建成了国内第一条完整的生产性规模（年产复混肥5000吨）的污泥制肥生产线，生产线由污泥预处理、好氧动态堆肥装置和复混肥生产装置构成。生产线已连续运行两年，生产的有机复混肥销售情况良好。复混肥生产已有成熟的技术，我们着重研究污泥的稳定化和无害化处置工艺。

2、密云污水处理厂污泥处理和利用工艺

污水处理厂的初次污泥和二次污泥经浓缩后，一般采用带式压滤机脱水，泥饼含水率为75～85％。这样的污泥由于含水率高、粘性大、无结构强度。直接进行堆肥氧气难以通入，易产生厌氧状态。对于中小规模的污水处理厂，由于剩余污泥量不太大，若厂区又有足够的场地，气候适宜，则选择自然晾晒是最理想的途径。本实验在密云污水处理厂，采用了自然晾晒作为污泥堆肥的污泥含水率预调整手段。经过堆肥处理的污泥成为性状良好的腐植颗粒。然后可以按照不同农肥标准添加一定比例的氮、磷、钾等化学原料，通过粉碎、搅拌后进入造粒装置，成型后经干燥、筛分成为成品包装后入库或出售。污泥处理和处置工艺流程如图1。

污泥堆肥工艺分为好氧发酵与厌氧发酵两种工艺过程。厌氧发酵工艺由于产生甲烷、硫化氢、二氧化碳等代谢产物会引起恶臭。由于有机物分解缓慢，发酵周期长达4～6个月，致使占地面积过大。另外蚊蝇孳生，污水淌流，产生严重的二次污染，不适合于大规模工业化污泥处置。现代工艺大多采用好氧堆肥，它具有有机物分解率高，堆肥周期短，气味较小。但传统好氧堆肥的停留时间长一般10－15天，存在占地面积过大，人工翻堆劳动笨重的问题。工厂化机械堆肥是堆肥工艺发展的主流，开发新的高效堆肥机械也是有迫切要求的。

　　机械化好氧堆肥技术是在有控制的条件下，利用好氧微生物对污泥中易腐有机物进行生物降解，使之成为具有良好稳定性的腐植粒状物的全部工艺过程。目前国内外正在研究开发的污泥好氧发酵堆肥技术都是采用进料、搅拌、通气、出料同时进行的高效发酵工艺装置，其核心是好氧发酵槽。而发酵槽按照形状可分为几类：立式多段发酵槽；筒仓式发酵槽；卧式旋转发酵槽；卧式敞口发酵槽。几类发酵槽性能的比较见表1。

表1　　各类发酵反应器的性能比较

从上面对几类发酵装置的比较可以看出，各类发酵装置中，卧式旋转发酵装置可操作性强、容易设备化(可以同时适合大规模和小规模的生产)、建设投资低、动力消耗小符合高效、低耗的环保节能原则。本研究选择了以卧式旋转式发酵装置为基础，研制设计了污泥动态堆肥装置。

3、污泥堆肥装置设计

根据对已有设备类型、操作性能和基建等项费用的比较，在卧式旋转发酵罐的基础上进行了改造，设计出一套污泥堆肥装置。设计滚筒直径为1.2m，出料口和进料口直径分别为0.4m和0.6m(如图2)。滚筒总长12m，进料与出料口同时起到空气补给和气体排出口的作用。由于进料和出料口的存在，滚筒中实际物料堆放厚度就受到限制，超过一定高度的熟化污泥会自动从出料口流出。这样滚筒中物料的体积就应进行核算。

滚筒有效容积　 　V=(πd2Lk)/4

式中：d为滚筒直径；

L为滚筒长度；

k为物料充满度；一般为0.25～0.6

即滚筒的有效容积为3.4～8.1m3

滚筒内壁焊接桨叶按旋转方向呈品字形排列，倾斜角度为2°，起到搅拌物料并限制物料流动速度的作用。整个滚筒沿轴向倾斜5°，从高端进料，在滚动中物料滑落到低端出料口流出滚筒。动力部分由交流电动机经双极摆线减速机，采用齿轮齿圈传动方式带动滚筒滚动，转速为0.03转/分，最大扭矩4300NM。通风设备采用轴流风机从出料端口鼓入空气，用定时器设定控制风机开闭。

温度在发酵过程中的变化，直接的反应了发酵的进程，也是要观测的主要参数，在滚筒上布置了五个测温点(如图3所示)。在每个测温点上安装热电偶，用电子温度计测量读数。物料总停留时间为5天，则1#测温点为进料当天的温度；2#为第2天的温度；3#代表第3天后的温度；4#为第4天的温度；5#为第五天的出口温度。