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(guò)方案比選，鄭州市決定將三座污水處理廠一的剩余污泥進(jìn)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(shè)計(jì)規(guī)模為600 t／d，一期設(shè)計(jì)處理規(guī)模為100 t／d。主要建設(shè)內(nèi)容包括秸稈存放及粉碎車間、混料及好氧堆肥車間、風(fēng)機(jī)房、生物濾池及配套的生產(chǎn)、管理設(shè)施。處理廠的產(chǎn)品為營(yíng)養(yǎng)土，可用于園林綠化或填埋。工程預(yù)留了營(yíng)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(zhǎng)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(duì)廢物中的有機(jī)物進(jìn)行分解轉(zhuǎn)化的過(guò)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(wú)氧狀態(tài)下，厭氧微生物對(duì)廢物中的有機(jī)物進(jìn)行分解轉(zhuǎn)化的過(guò)程，最終產(chǎn)物是CH4、CO2、熱量和腐殖質(zhì)。

由于厭氧微生物對(duì)有機(jī)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(fēng)靜態(tài)垛堆肥、發(fā)酵槽(池)式堆肥和筒倉(cāng)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(diǎn)，故本工程選擇發(fā)酵槽式堆肥工藝。

堆肥廠的工藝流程見(jiàn)圖l。在混料車間內(nèi)設(shè)置了三個(gè)料倉(cāng)：脫水污泥料倉(cāng)、粉碎秸稈料倉(cāng)和回用料倉(cāng)。污水處理廠的脫水污泥通過(guò)污泥運(yùn)輸車運(yùn)至脫水污泥料倉(cāng)；粉碎后的秸稈經(jīng)皮帶機(jī)輸送至秸稈料倉(cāng)；從發(fā)酵槽出來(lái)的物料經(jīng)篩分機(jī)篩分后的篩上物進(jìn)入回用料倉(cāng)。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(jī)攪勻后用裝載機(jī)運(yùn)送至發(fā)酵槽中進(jìn)行堆肥。堆肥后的物料通過(guò)裝載機(jī)或翻拋機(jī)運(yùn)送至回料皮帶機(jī)上，通過(guò)回料皮帶機(jī)輸送到篩分機(jī)，經(jīng)過(guò)篩分，篩上物進(jìn)回用料倉(cāng)重復(fù)使用，篩下物即為成品營(yíng)養(yǎng)土。

3 工藝設(shè)計(jì)

①發(fā)酵槽

發(fā)酵槽的設(shè)計(jì)包括發(fā)酵槽的數(shù)量設(shè)計(jì)和單個(gè)發(fā)酵槽的尺寸設(shè)計(jì)。為方便生產(chǎn)運(yùn)行，單個(gè)發(fā)酵槽容積根據(jù)每日需要堆肥的物料體積進(jìn)行設(shè)計(jì)。發(fā)酵槽的寬度、高度尺寸根據(jù)翻拋設(shè)備的要求確定。本項(xiàng)目采用進(jìn)口翻拋機(jī)，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(zhǎng)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(xiàng)目設(shè)計(jì)發(fā)酵周期為21 d，則發(fā)酵槽至少需要21個(gè)，考慮1個(gè)發(fā)酵槽進(jìn)行周轉(zhuǎn)，則發(fā)酵槽的數(shù)量為22個(gè)。處理量達(dá)到300 t／d時(shí)，設(shè)66個(gè)發(fā)酵槽；處理量達(dá)到600 t／d時(shí)，設(shè)132個(gè)發(fā)酵槽。

發(fā)酵槽為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，相鄰兩個(gè)發(fā)酵槽共用池壁。池壁的寬度根據(jù)翻拋機(jī)的要求確定。池壁要能承受翻拋機(jī)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(jī)的重力，同時(shí)還要滿足通風(fēng)的要求。

②發(fā)酵槽的進(jìn)出料設(shè)計(jì)

對(duì)于槽式發(fā)酵工藝，發(fā)酵槽的進(jìn)出料有兩種方式：批次進(jìn)出料和整體進(jìn)出料。批次進(jìn)出料的特點(diǎn)是每次在發(fā)酵槽的一端進(jìn)一批料，通過(guò)翻拋機(jī)對(duì)物料的翻拋?zhàn)鳂I(yè)，將物料向發(fā)酵槽的另一端移動(dòng)。第二次再在起端進(jìn)一批料，周而復(fù)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(jī)在搬運(yùn)物料的同時(shí)也對(duì)物料進(jìn)行充氧、粉碎和攪拌操作。整體進(jìn)出料的特點(diǎn)是整個(gè)發(fā)酵槽一次性全部進(jìn)滿料，當(dāng)發(fā)酵周期結(jié)束時(shí)，一次性全部出料。為滿足進(jìn)料的需要，批次進(jìn)出料工藝要求在整個(gè)發(fā)酵周期內(nèi)按照固定的頻率進(jìn)行翻拋，而翻拋?zhàn)鳂I(yè)會(huì)引起堆體溫度呈鋸齒形變化，不利于堆肥的無(wú)害化，因此本工程選擇整體進(jìn)出料工藝。進(jìn)料時(shí)，通過(guò)裝載機(jī)一次性將發(fā)酵槽裝滿料；出料時(shí)，一次性將發(fā)酵槽中的物料全部搬運(yùn)出來(lái)。在發(fā)酵周期的前期不翻拋，只進(jìn)行鼓風(fēng)供氧，以滿足無(wú)害化的持續(xù)高溫要求；在發(fā)酵周期的后期，適當(dāng)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(fēng)機(jī)強(qiáng)制供氧、翻拋供氧和風(fēng)機(jī)強(qiáng)制供氧加翻拋供氧三種。發(fā)酵槽批次進(jìn)出料工藝即是風(fēng)機(jī)強(qiáng)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(wú)害化，因此采用前期風(fēng)機(jī)強(qiáng)制供氧、后期風(fēng)機(jī)強(qiáng)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(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)量。發(fā)酵槽的底部為布?xì)獍�，空氣從底部向上進(jìn)入堆體。每個(gè)發(fā)酵槽的最大設(shè)計(jì)供氣量為60m3／min。

④混料 在污泥進(jìn)入發(fā)酵槽之前必須和其他物料進(jìn)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(kuò)散進(jìn)去。設(shè)計(jì)堆肥料含水率為55％～58％，碳氮比為(25～30)：1。

為配合混料機(jī)的連續(xù)工作，在混料機(jī)前設(shè)置了三個(gè)料倉(cāng)，分別為脫水污泥料倉(cāng)、粉碎秸稈料倉(cāng)和回用料倉(cāng)。通過(guò)螺旋輸送機(jī)將三個(gè)料倉(cāng)中的物料以設(shè)定的比例輸送至混料機(jī)中。

⑤物料的輸送

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

進(jìn)廠污泥如何進(jìn)入污泥料倉(cāng)是整個(gè)物料輸送的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)，一般可用的輸送方案有螺旋輸送機(jī)輸送、活塞泵或螺桿泵輸送等方案。合理的輸送方案應(yīng)具有轉(zhuǎn)卸少、能量消耗小、對(duì)周圍環(huán)境影響小、投資小等特點(diǎn)。螺旋輸送機(jī)能量消耗小，對(duì)周圍環(huán)境影響小，但無(wú)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(duì)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(guò)坡道，使污泥車直接開(kāi)到污泥料倉(cāng)頂部卸料。該方案最直接，能量消耗小，對(duì)周圍環(huán)境無(wú)影響，缺點(diǎn)是修建坡道投資較大。

混料后的堆肥料如何進(jìn)入發(fā)酵槽是物料輸送的另一個(gè)難點(diǎn)。在堆肥車間中，發(fā)酵槽具有數(shù)量多、長(zhǎng)度長(zhǎng)的特點(diǎn)。比較理想的方案是采用皮帶機(jī)加移動(dòng)卸料機(jī)的方案，即用皮帶機(jī)將混合好的物料輸送至移動(dòng)卸料機(jī)，再由移動(dòng)卸料機(jī)輸送至整個(gè)發(fā)酵槽中。受投資的限制，本設(shè)計(jì)采用裝載機(jī)直接將混料后的堆肥料運(yùn)送到發(fā)酵槽中。

⑥廠房通風(fēng)設(shè)計(jì)

在污泥堆肥過(guò)程中會(huì)有大量的水以水蒸氣的形式散發(fā)出來(lái)，同時(shí)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(fēng)設(shè)計(jì)如下：在車問(wèn)頂部設(shè)置若干臺(tái)射流風(fēng)機(jī)向車問(wèn)兩側(cè)吹，用來(lái)組織車間氣流，并在車間兩側(cè)設(shè)若干個(gè)排風(fēng)口，排風(fēng)口接排風(fēng)管道通向生物濾池。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于車問(wèn)內(nèi)部不設(shè)通風(fēng)管道，同時(shí)由于射流風(fēng)機(jī)的作用，可以比較均勻地組織氣流。

⑦除臭設(shè)計(jì)

當(dāng)堆體供氧不足或碳氮比不合適時(shí)，堆肥過(guò)程可能會(huì)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(shù)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(shè)置了排水系統(tǒng)。

生物濾池的設(shè)計(jì)表面負(fù)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(guó)內(nèi)第一個(gè)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(xiàng)目，也是國(guó)內(nèi)第一個(gè)引進(jìn)槽式翻拋機(jī)的項(xiàng)目。在設(shè)計(jì)中采用了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)組合發(fā)酵工藝、風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制、自動(dòng)混料、車間全面通風(fēng)、生物濾池除臭等先進(jìn)技術(shù)，可確保堆肥過(guò)程的順利進(jìn)行。

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