鄭州市目前有三座污水處理廠，分別為王新莊污水處理廠、五龍口污水處理廠和馬頭崗污水處理廠，總處理規(guī)模為80×104m3／d，剩余污泥量為600t／d(含水率為80％)。經(jīng)過方案比選，鄭州市決定將三座污水處理廠一的剩余污泥進行集中處理和處置，處理工藝為好氧堆肥，處置方案選擇土地利用或填埋。

1 工程概況

污泥堆肥處理廠設計規(guī)模為600 t／d，一期設計處理規(guī)模為100 t／d。主要建設內(nèi)容包括秸稈存放及粉碎車間、混料及好氧堆肥車間、風機房、生物濾池及配套的生產(chǎn)、管理設施。處理廠的產(chǎn)品為營養(yǎng)土，可用于園林綠化或填埋。工程預留了營養(yǎng)土深加工制肥的占地面積。

2 處理工藝

根據(jù)微生物生長環(huán)境的不同，堆肥可分為好氧堆肥和厭氧堆肥。好氧堆肥是指在有氧狀態(tài)下，好氧微生物對廢物中的有機物進行分解轉(zhuǎn)化的過程，最終產(chǎn)物主要是CO2、H20、熱量和腐殖質(zhì)；厭氧堆肥是在無氧狀態(tài)下，厭氧微生物對廢物中的有機物進行分解轉(zhuǎn)化的過程，最終產(chǎn)物是CH4、CO2、熱量和腐殖質(zhì)。

由于厭氧微生物對有機物的分解速度緩慢，處理效率低，容易產(chǎn)生惡臭，工藝條件也比較難以控制，故本工程選擇好氧堆肥工藝。

現(xiàn)代化好氧堆肥工藝可分為翻堆條垛式堆肥、通風靜態(tài)垛堆肥、發(fā)酵槽(池)式堆肥和筒倉式堆肥等。發(fā)酵槽式堆肥工藝具有占地面積小、堆肥效率高等優(yōu)點，故本工程選擇發(fā)酵槽式堆肥工藝。

堆肥廠的工藝流程見圖1。在混料車間內(nèi)設置了三個料倉：脫水污泥料倉、粉碎秸稈料倉和回用料倉。污水處理廠的脫水污泥通過污泥運輸車運至脫水污泥料倉；粉碎后的秸稈經(jīng)皮帶機輸送至秸稈料倉；從發(fā)酵槽出來的物料經(jīng)篩分機篩分后的篩上物進入回用料倉。脫水污泥、粉碎后的秸稈及堆肥成品中的篩上物，經(jīng)混料機攪勻后用裝載機運送至發(fā)酵槽中進行堆肥。堆肥后的物料通過裝載機或翻拋機運送至回料皮帶機上，通過回料皮帶機輸送到篩分機，經(jīng)過篩分，篩上物進回用料倉重復使用，篩下物即為成品營養(yǎng)土。

3 工藝設計

①發(fā)酵槽

發(fā)酵槽的設計包括發(fā)酵槽的數(shù)量設計和單個發(fā)酵槽的尺寸設計。為方便生產(chǎn)運行，單個發(fā)酵槽容積根據(jù)每日需要堆肥的物料體積進行設計。發(fā)酵槽的寬度、高度尺寸根據(jù)翻拋設備的要求確定。本項目采用進口翻拋機，其要求發(fā)酵槽寬度為4．5 m，翻堆深度最大為2．0 m，考慮0．2 m的超高，則發(fā)酵槽的深度確定為2．2 m。發(fā)酵槽的長度根據(jù)物料體積、發(fā)酵槽寬度、高度尺寸等綜合確定為30 m。發(fā)酵槽的數(shù)量根據(jù)發(fā)酵周期確定。本項目設計發(fā)酵周期為21 d，則發(fā)酵槽至少需要21個，考慮1個發(fā)酵槽進行周轉(zhuǎn)，則發(fā)酵槽的數(shù)量為22個。處理量達到300 t／d時，設66個發(fā)酵槽；處理量達到600 t／d時，設132個發(fā)酵槽。

發(fā)酵槽為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，相鄰兩個發(fā)酵槽共用池壁。池壁的寬度根據(jù)翻拋機的要求確定。池壁要能承受翻拋機的壓力。發(fā)酵槽底板既要承受發(fā)酵物料的重力，又要承受裝載機的重力，同時還要滿足通風的要求。

②發(fā)酵槽的進出料設計

對于槽式發(fā)酵工藝，發(fā)酵槽的進出料有兩種方式：批次進出料和整體進出料。批次進出料的特點是每次在發(fā)酵槽的一端進一批料，通過翻拋機對物料的翻拋作業(yè)，將物料向發(fā)酵槽的另一端移動。第二次再在起端進一批料，周而復始，直至發(fā)酵周期結(jié)束，成品料從發(fā)酵槽的另一端排出。翻拋機在搬運物料的同時也對物料進行充氧、粉碎和攪拌操作。整體進出料的特點是整個發(fā)酵槽一次性全部進滿料，當發(fā)酵周期結(jié)束時，一次性全部出料。為滿足進料的需要，批次進出料工藝要求在整個發(fā)酵周期內(nèi)按照固定的頻率進行翻拋，而翻拋作業(yè)會引起堆體溫度呈鋸齒形變化，不利于堆肥的無害化，因此本工程選擇整體進出料工藝。進料時，通過裝載機一次性將發(fā)酵槽裝滿料；出料時，一次性將發(fā)酵槽中的物料全部搬運出來。在發(fā)酵周期的前期不翻拋，只進行鼓風供氧，以滿足無害化的持續(xù)高溫要求；在發(fā)酵周期的后期，適當翻拋，以滿足堆肥均勻性的要求。

③發(fā)酵槽的供氧

發(fā)酵槽式堆肥工藝根據(jù)供氧方式的不同分為風機強制供氧、翻拋供氧和風機強制供氧加翻拋供氧三種。發(fā)酵槽批次進出料工藝即是風機強制供氧加翻拋供氧的典型代表。本工程考慮到翻拋供氧容易造成堆體溫度呈鋸齒形變化，不利于堆肥高溫的持續(xù)，影響堆肥的無害化，因此采用前期風機強制供氧、后期風機強制供氧加翻拋供氧的兩階段供氧方式。根據(jù)堆體溫度、堆體氧氣濃度等參數(shù)按照事先編制好的程序控制風機的鼓風量。發(fā)酵槽的底部為布氣板，空氣從底部向上進入堆體。每個發(fā)酵槽的最大設計供氣量為60m3／min。

④混料

在污泥進入發(fā)酵槽之前必須和其他物料進行混料以獲得合適的含水率與碳氮比。堆肥料還需具有一定的疏松度，使氧氣容易擴散進去。設計堆肥料含水率為55％～58％，碳氮比為(25～30)：1。

為配合混料機的連續(xù)工作，在混料機前設置了三個料倉，分別為脫水污泥料倉、粉碎秸稈料倉和回用料倉。通過螺旋輸送機將三個料倉中的物料以設定的比例輸送至混料機中。

⑤物料的輸送

在堆肥廠，物料輸送貫穿于堆肥的各個階段。輸送方式有車輛輸送、皮帶機輸送、無軸螺旋機輸送、有軸螺旋機輸送、斗式提升機輸送等。最經(jīng)濟的輸送方式是皮帶機輸送，最不經(jīng)濟的方式是車輛輸送。

進廠污泥如何進入污泥料倉是整個物料輸送的關(guān)鍵點和難點，一般可用的輸送方案有螺旋輸送機輸送、活塞泵或螺桿泵輸送等方案。合理的輸送方案應具有轉(zhuǎn)卸少、能量消耗小、對周圍環(huán)境影響小、投資小等特點。螺旋輸送機能量消耗小，對周圍環(huán)境影響小，但無法和污泥車卸車相匹配，需要增加轉(zhuǎn)卸作業(yè)；污泥泵輸送方案對周圍環(huán)境影響小，但能量消耗大，投資大。綜合比較各種輸送方案，本工程選擇車輛輸送方案，即通過坡道，使污泥車直接開到污泥料倉頂部卸料。該方案最直接，能量消耗小，對周圍環(huán)境無影響，缺點是修建坡道投資較大。

混料后的堆肥料如何進入發(fā)酵槽是物料輸送的另一個難點。在堆肥車間中，發(fā)酵槽具有數(shù)量多、長度長的特點。比較理想的方案是采用皮帶機加移動卸料機的方案，即用皮帶機將混合好的物料輸送至移動卸料機，再由移動卸料機輸送至整個發(fā)酵槽中。受投資的限制，本設計采用裝載機直接將混料后的堆肥料運送到發(fā)酵槽中。

⑥廠房通風設計

在污泥堆肥過程中會有大量的水以水蒸氣的形式散發(fā)出來，同時還可能伴隨有氨氣、硫化氫等臭味氣體的產(chǎn)生。堆肥車間的通風設計如下：在車問頂部設置若干臺射流風機向車問兩側(cè)吹，用來組織車間氣流，并在車間兩側(cè)設若干個排風口，排風口接排風管道通向生物濾池。這種設計的優(yōu)點在于車問內(nèi)部不設通風管道，同時由于射流風機的作用，可以比較均勻地組織氣流。

⑦除臭設計

當堆體供氧不足或碳氮比不合適時，堆肥過程可能會產(chǎn)生氨氣、硫化氫、硫醇、胺類等臭味氣體，一般的除臭方法有生物濾池法、土壤法等，本工程選擇生物濾池法。在生物濾池中填充成品堆肥和樹皮、木屑等的混合物，利用其中的微生物作用將臭味氣體除去。為排除水蒸氣凝結(jié)產(chǎn)生的凝結(jié)水，在生物濾池底部設置了排水系統(tǒng)。

生物濾池的設計表面負荷為0．022 m3／(m2·s)，濾料高度為1．5 m。

4 結(jié)論

鄭州市污泥堆肥工程是國內(nèi)第一個大規(guī)模利用堆肥工藝處置城市污水處理廠剩余污泥的項目，也是國內(nèi)第一個引進槽式翻拋機的項目。在設計中采用了靜態(tài)和動態(tài)組合發(fā)酵工藝、風機自動控制、自動混料、車間全面通風、生物濾池除臭等先進技術(shù)，可確保堆肥過程的順利進行。

參考文獻：

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