鄭州市污泥堆肥處理工程的設計
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，總處理規模為80×104m3／d，剩余污泥量為600t／d(含水率為80％)。經過方案比選，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模為600 t／d，一期設計處理規模為100 t／d。主要建設內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、管理設施。處理廠的產品為營養土，可用于園林綠化或填埋。工程預留了營養土深加工制肥的占地面積。
2 處理工藝
根據微生物生長環境的不同，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下，好氧微生物對廢物中的有機物進行分解轉化的過程，最終產物主要是CO2、H20、熱量和腐殖質；厭氧堆肥是在無氧狀態下，厭氧微生物對廢物中的有機物進行分解轉化的過程，最終產物是CH4、CO2、熱量和腐殖質。
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。
現代化好氧堆肥工藝可分為翻堆條垛式堆肥、通風靜態垛堆肥、發酵槽(池)式堆肥和筒倉式堆肥等。發酵槽式堆肥工藝具有占地面積小、堆肥效率高等優點，故本工程選擇發酵槽式堆肥工藝。
堆肥廠的工藝流程見圖l。在混料車間內設置了三個料倉：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；粉碎后的秸稈經皮帶機輸送至秸稈料倉；從發酵槽出來的物料經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，經混料機攪勻后用裝載機運送至發酵槽中進行堆肥。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，經過篩分，篩上物進回用料倉重復使用，篩下物即為成品營養土。
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3 工藝設計
①發酵槽
發酵槽的設計包括發酵槽的數量設計和單個發酵槽的尺寸設計。為方便生產運行，單個發酵槽容積根據每日需要堆肥的物料體積進行設計。發酵槽的寬度、高度尺寸根據翻拋設備的要求確定。本項目采用進口翻拋機，其要求發酵槽寬度為4．5 m，翻堆深度最大為2．0 m，考慮0．2 m的超高，則發酵槽的深度確定為2．2 m。發酵槽的長度根據物料體積、發酵槽寬度、高度尺寸等綜合確定為30 m。發酵槽的數量根據發酵周期確定。本項目設計發酵周期為21 d，則發酵槽至少需要21個，考慮1個發酵槽進行周轉，則發酵槽的數量為22個。處理量達到300 t／d時，設66個發酵槽；處理量達到600 t／d時，設132個發酵槽。
發酵槽為鋼筋混凝土結構，相鄰兩個發酵槽共用池壁。池壁的寬度根據翻拋機的要求確定。池壁要能承受翻拋機的壓力。發酵槽底板既要承受發酵物料的重力，又要承受裝載機的重力，同時還要滿足通風的要求。
②發酵槽的進出料設計
對于槽式發酵工藝，發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酵槽的一端進一批料，通過翻拋機對物料的翻拋作業，將物料向發酵槽的另一端移動。第二次再在起端進一批料，周而復始，直至發酵周期結束，成品料從發酵槽的另一端排出。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酵槽一次性全部進滿料，當發酵周期結束時，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酵周期內按照固定的頻率進行翻拋，而翻拋作業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酵槽裝滿料；出料時，一次性將發酵槽中的物料全部搬運出來。在發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高溫要求；在發酵周期的后期，適當翻拋，以滿足堆肥均勻性的要求。
③發酵槽的供氧
發酵槽式堆肥工藝根據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，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。根據堆體溫度、堆體氧氣濃度等參數按照事先編制好的程序控制風機的鼓風量。發酵槽的底部為布氣板，空氣從底部向上進入堆體。每個發酵槽的最大設計供氣量為60m3／min。
④混料 在污泥進入發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。最經濟的輸送方式是皮帶機輸送，最不經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卸少、能量消耗小、對周圍環境影響小、投資小等特點。螺旋輸送機能量消耗小，對周圍環境影響小，但無法和污泥車卸車相匹配，需要增加轉卸作業；污泥泵輸送方案對周圍環境影響小，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酵槽是物料輸送的另一個難點。在堆肥車間中，發酵槽具有數量多、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出來，同時還可能伴隨有氨氣、硫化氫等臭味氣體的產生。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吹，用來組織車間氣流，并在車間兩側設若干個排風口，排風口接排風管道通向生物濾池。這種設計的優點在于車問內部不設通風管道，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。為排除水蒸氣凝結產生的凝結水，在生物濾池底部設置了排水系統。
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 結論
鄭州市污泥堆肥工程是國內第一個大規模利用堆肥工藝處置城市污水處理廠剩余污泥的項目，也是國內第一個引進槽式翻拋機的項目。在設計中采用了靜態和動態組合發酵工藝、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，可確保堆肥過程的順利進行。
參考文獻：
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