太原市城市污泥處置中心設計方案介紹
摘要：城市污水處理廠產生的污泥采用高溫好氧堆肥+制肥工藝，成功地實現了污泥減量化、穩定化、無害化、資源化的有機結合。取得了環境效益和經濟效益雙贏的結果，具有良好的發展前景。
關鍵詞：高溫好氧堆肥 隧道窖 發酵
城市污水在處理過程中，將會產生大量的污泥，如不妥善處理，必將引起二次污染。太原市目前日產城市污水70萬M3，現有城市污水處理廠六座（其中兩座分別由太化集團和太鋼集團運營），設計處理能力約40萬M3/日，日產污泥量約360M3（含水率為80%），除楊家堡污水凈化廠采用高溫堆肥+制肥工藝對污泥進行無害化、資源化處理外，尚有約200M3/日的污泥（含水率為80%）只經過機械脫水外，與城市垃圾混合后進行填埋。“十一五”期間，太原市通過新建城南污水處理廠和擴建河西北中部污水處理廠，將使污水處理能力達到70萬M3/日，污水處理率將達到100%，日產污泥量約為700M3（含水率為80%），除楊家堡污水處理廠約200M3/日的污泥進行妥善處理外，尚有500M3/日污泥需要進行妥善處理，而污水處理廠污泥處理只進行了減量化處理，并未達到穩定化，無害化和資源化。為了防止產生二次污染，盡快尋找一種妥善的污泥處理方式在太原市變得十分迫切。
一、污泥處理方案
1、污泥處理原則
污泥是污水處理過程中產生的物質，它以好氧微生物為主體，同時包括混入的泥沙，纖維、動植物殘體等固體顆粒及其吸附的有機物、金屬、病菌、蟲卵等物質的綜合體。它既含有植物生長發育所需的N、P、K及維持植物正常生長發育的各種微量元素和能改變土壤結構的有機質，同時也含有病原微生物，寄生蟲（卵）。它具有體積大，性質不穩定，極易腐化。不利于運輸和處理的特點，因此，在設計方案選擇時，遵循如下原則：
(1) 無害化處理原則
按照《城鎮污水處理廠污染物排放標準》的要求，實現污泥的穩定化，減量化與無害化，徹底解決污泥的二次污染問題，滿足處理過程的無害化環境要求。
(2) 節能減排原則
污泥處理要始終堅持節能減排的原則，注意減少污泥處理過程的能源消耗與資源消耗，避免投資過大，運行成本過高所造成的“消耗性污染”，避免污泥處理過程的污染轉移和二次污染。
(3) 資源利用原則
污泥中含有豐富的有機物和N、P、K等營養元素及植物必需的微量元素，將其回用于土地作為植物的肥料，可以對污泥進行充分的資源化利用。污泥資源的有效綜合利用首先要滿足污泥安全妥善，持續處理的要求，其次是資源綜合利用所獲得的經濟效益，當市場功效失靈的時候，可以采取臨時填埋的補救方式予以處置。
2、污泥處理方案選擇
(1) 衛生填埋
太原市現有垃圾衛生填埋場兩座，分別是位于東山的新溝垃圾填埋場，處理能力為1000 t/日；位于陽曲縣的侯村垃圾填埋場，處理能力為1500 t/日。太原市現有的污水處理廠產生的污泥，除楊家堡污水處理池進行制肥外，其余都與城市垃圾混合后進入填埋場。由于污泥含水率達到80%左右，進入垃圾填埋場后，碾壓困難，為了保證垃圾填埋場的正常運行，要求進入填埋場的垃圾含水率不得超過60%，而污泥脫水后的含水率遠遠大于60%，如不進行烘干，難以再進入垃圾填埋場。因此，該方案只能作為污泥處置的臨時補救措施。
(2) 焚燒+填埋
太原市現建有特種垃圾焚燒廠一座，用以焚燒醫用特種垃圾，同時進行發電，設計考慮將污水處理廠脫水后的污泥進行焚燒發電，焚燒后的殘渣再進入垃圾填埋場。由于污泥含水率較高，燃燒值低，難以滿足焚燒廠要求的達到1500大卡的燃燒值要求，如需進入，需要首先在各污水處理廠進行烘干，實際上操作困難很大，故該方案可實施性不強。
(3) 污泥堆肥+制肥
污泥堆肥是一種減量化、穩定化、無害化的綜合處理技術，它是土地利用的前提條件，經堆肥處理后的污泥肥效高，經過制肥加工后，成為符合國家有機肥標準的肥料，在實現穩定化、減量化和無害化的同時，實現了污泥資源化，符合可持續發展的方針。太原市在“十一五”期末，預計污泥產量將達到400~600 M3/日，（不包括楊家堡污水處理廠的污泥），根據對污泥成分的檢測分析，有機質約為314 t/d，TN約為27.66 t/d，TP約為21.96 t/d。太原市在污泥堆肥制肥方面取得了較為成功的經驗。
楊家堡污水處理廠作為污泥資源化國家示范工程，其產生的有機肥具有良好的市場，實現了污泥的零排放。根據太原市城市污水水質以及污泥組成成分分析，污水處理廠產生的污泥采用堆肥工藝進行處置是較為適宜的。由于受現有污水處理占地條件的限制，在每個污水處理廠分別建有堆肥+制肥的污泥處置設施不現實。因此，考慮保留現有的楊家堡污水凈化廠污泥處理設施；將城南污水處理廠、河西北中部污水處理廠、北郊污水處理廠、晉源新城污水處理廠四座污水處理廠的污泥集中起來進行處置，通過建設太原市污泥處置中心，采用好氧高溫堆肥工藝實現污泥無害化處理，在此基礎上，加工生產園林培植土和污泥肥料等污泥制品，綜合利用污泥資源，為城市園林綠化，生態修復及農業種植提供有機肥料，實現污泥的安全，有效處置和零排放。
二、污泥處置中心工藝設計
1、建設規模和產品分析
(1) 建設規模
2010年太原市城市污水處理廠污泥（含水率80%）總產量約為400~600M3/d，不包括楊家堡污水凈化廠采用的污泥穩定化處理部分的污泥。綜合各種因素，確定污泥處置中心的設計建設規模為500M3/d。
(2) 污泥產品方案分析
①園林培植土
氮磷鉀＞4%、
有機質＞30%、活菌數：5×107
目標市場：園林綠化基肥、土壤改良與生態修復
②有機—無機—微生物三維復合肥料
氮磷鉀：15~20%
有機質＞15~20%、活菌數：5×107
目標市場：經濟作物、大田作物、園林培肥
2、技術方案確定
(1) 工藝比選
根據太原市建設園林綠化城市的發展目標和污水處理廠現狀及“十一五發展規劃”，本著從實際出發、不斷完善的發展思路，根據以下評價指標，慎重選擇適應太原市城市污水處理廠污泥的處理處置技術。
① 可持續性：污泥處理技術與污泥處置技術結合的可能性，以及在實施期限上的可持續性；
② 國民經濟關聯影響：資源與能量的消耗指標。對土地資源的占有及能源消耗所帶來的國民經濟發展的影響；
③ 技術可行性：技術的成熟程度，維護管理難度等；
④ 經濟性：技術經濟特性，包括投資和運行費用等；
⑤ 資源利用特性：對于資源綜合利用（包括營養物質、建筑材料或能量利用）；
⑥ 環境保護效能：對生態環境的持續性影響與關聯程度，防治污染轉移，杜絕污染的長期影響，對生態環境保護的效能。
(2) 堆肥工藝確定
堆肥工藝采用密閉式隧道窖高溫好氧堆肥工藝，又稱密閉式靜態好氧生物干化工藝。它是在陽光棚發酵裝置長期運行的基礎上，消化吸收國際先進的靜態容積式污泥發酵工藝而集成的好氧發酵工藝，相對陽光棚發酵裝置，密閉式靜態好氧生物干化工藝裝置對物料混合均勻度要求高，水分含量要求低、返料使用量較大。密閉式靜態好氧生物干化工藝具有機械化程度高，技術先進，占地面積小，環境條件好，氣候影響小，生物干化質量可控等優點。
密閉式靜態好氧生物干化工藝發酵倉由并聯隧道窯組成，正面有密封門，背面風機房裝有風機和溫控氧控裝置。發酵過程中通過倉內溫控氧控傳感器監測發酵物料溫度和氧含量，控制風機的啟動和關閉，提供充足的發酵條件使發酵過程保持最佳狀態，發酵物料在70℃溫度保持5天以上。通風系統將空氣從發酵倉的底部風道打入堆料，再從發酵倉的上部收集處理發酵廢氣。尾氣收集處理裝置將發酵廢氣通過生物濾池凈化處理后排空。
發酵污泥進料系統包括皮帶輸送機和皮帶布料機系統，完成進料后關閉密封門，出料采用皮帶出料機和裝載機出料兩種方式。
(3) 堆肥工藝說明
根據太原污泥處理實際情況與資源循環利用的原則，堆肥工藝方案確定為：脫水污泥擠壓預處理、混合、高溫好氧堆肥、陳化、篩分等。
①預處理
將含水率為80%的污泥餅利用螺桿式擠壓機擠壓，把含水率降低到70%左右后。
主要設備：
1、壓濾機：SL1250型，生產能力Q＝23m3/h、P=7.5kw。
2、螺旋輸送機：B500型，生產能力Q＝50m3/h、P=1.5kw。
3、轉運倉：結構為鋼板制作，容積為25m3、P＝5.5kw。
②混合
由配料機根據程序按配料比例進行配料，VT復合微生物菌液儲存在菌液罐中用小型計量泵加入，各種物料配好后送到混合機中進行充分地攪拌混合，出料由皮帶輸送機送到發酵間。
主要設備：
1、污泥儲倉：儲存污泥和返混污泥，結構為鋼板制作，容積為25m3、P＝5.5kw。
2、輔料儲倉：儲存園林剪枝等，結構為鋼板制作，容積為35m3、P＝3kw。
3、配料機：用于脫水污泥與輔料按比例配料，可連續配料運行。為非標設備，生產能力Q＝22m3/h、P=11kw。
4、混合攪拌機：用于將幾種物料混合攪拌，可連續混合運行。Q＝22m3/h、P=7.5kw。
5、皮帶輸送機：B500型，生產能力Q＝50m3/h、P=1.5～4kw。
6、粉碎機：B400型，生產能力Q＝50m3/h、P=7.5kw。
③好氧生物干化
混合物料從混合間由皮帶輸送機轉到發酵間布料皮帶機，再分布到各個發酵倉中進行好氧發酵生物干化。發酵倉底部布置曝氣風溝，由鼓風機通過曝氣風溝強制通風供給氧氣。發酵周期為15天左右，發酵溫度控制在50~70℃之間，根據發酵物料的溫度、水分、氧含量等參數的變化，由控制系統開啟鼓風機向發酵倉內曝氣，同時由引風機抽出廢氣到生物濾池除臭。物料經過一個發酵周期，由出料機運出，經裝載機輸送到陳化間陳化。
主要設備：
1、皮帶布料機：專用設備，生產能力Q＝50m3/h、P=7.5kw。
2、皮帶出料機：專用設備，生產能力Q＝50m3/h、P=7.5kw。
3、皮帶輸送機：B500型，生產能力Q＝50m3/h、P=11.5kw。
4、曝氣風機：9-17No3A，P=4kw。
5、引風機：4-72No3.6A，P=3kw。
6、裝載機：柳工836型，P=92kw。
④發酵控制系統
氧控制發酵系統是專們為直接檢測發酵氧氣含量而開發設計的，它通過實時監測發酵的氧含量，根據肥發酵實際需氧量數據控制對應風機的啟停，實現溫控和氧控制。系統同時將在發酵監測的氧濃度的信號傳輸給中央控系統，實現監測。
⑤陳化
發酵物料在發酵過程會又部分有機質沒完全降解，需進一步陳化降解。由裝載機進行堆垛、翻堆等操作，陳化周期約為20天,發酵物料含水率降至30%以下。考慮到場所的限制與后續資源綜合利用，陳化周期按照2周時間設計（物料轉運時間）。
主要設備：
1、裝載機：柳工836型，P=92kw。
2、運輸車：福田10噸自卸車。
3、皮帶輸送機：B500型，生產能力Q＝50m3/h、P=7.5kw。
4、移動皮帶輸送機：B500型，生產能力Q＝50m3/h、P=1.5kw。
⑥篩分
物料在篩分間由皮帶輸送機送到破碎機破碎、再經滾筒篩分機篩分。篩上物料作為返料進入料斗由螺旋輸送機輸送返回到配料機中；篩下顆粒物料（2~6mm）則由皮帶機送入成品料斗，秤重計量包裝，作為園林用培植土或土壤改良劑。
主要設備：
1、皮帶輸送機：B500型，生產能力Q＝50m3/h、P=1.5kw。
2、破碎機：生產能力Q＝30m3/h、P=11kw。
3、滾筒篩：生產能力Q＝50m3/h、P=4kw。
4、定量包裝秤：RPG－50－G1型，P＝0.5kw。
⑦除臭
發酵窯為封閉式，發酵過程將產生水蒸氣和臭氣。臭氣處理過程為用引風機將發酵間產生的臭氣收集并保持倉內有一定的負壓，用管道和引風機輸送到生物濾池中，臭氣首先進入水噴淋段與噴淋水逆向接觸，用水將氣體中的可溶于水的有害成份洗滌下來。然后再從底部進入生物濾池，由下向上通過生物填料，由填料表面的生物吸收、分解有害成份，氣體從上部排出。
洗滌水循環使用，補充水使用污水處理廠的二級出水，溢流水進入廠區排水管網，返回到污水處理廠。生物濾池法工藝流程為：臭氣收集→風管輸送→抽風機→預洗池加濕→生物濾池→排氣。濾池填料可采用海綿、干樹皮、干草、木渣及其混合物等。
處理后的廢氣排空，廢氣排放符合《惡臭污染物排放標準》（GB14551-93）的Ⅱ級標準，NH31.5mg/m3，H2S:0.06mg/m3，臭氣濃度為20。
主要設備：
1、洗浴塔：MM-2型，P＝0.15kw。
2、生物濾池：SCL-20000型
（5） 污泥資源綜合利用
污泥經以上工藝處理后，其中的病原菌滅活、蟲卵、草籽被殺死、有害成份破壞、分解或消除、有機物腐殖質化、重金屬穩定化，植物可利用形態養分增加，其C/N比、物理性狀、無毒化程度、溶解度、養分平衡等都得到了很大改善；接入的有益微生物菌群（VT菌）可進一步活化平衡養分，實現植物對養分的同步吸收。其氮、磷、鉀總養分大于10%，有機質含量大于40%。中國農業大學和陜西省土肥所試驗、試種對比證實，其綜合肥效大大優于農家肥和等養分化肥。
三維復合肥生產線包括配料、熱噴造粒、篩分、噴菌、干燥系統，工藝流程見圖2。
①配料：通過電子配料秤將各種原料按配方比例分批自動計量。微量元素由人工計量，加入混合機混合。
②混合：計量好的各種物料經輸送機進入雙軸槳葉式高效混合機，混合周期為3～4分鐘。混合后的物料送入待熱噴倉。
③造粒：利用造粒機制成顆粒狀產品。
④干燥冷卻：造粒后的顆粒含水率較高，不能直接貯存。經高溫干燥、
卻，使顆粒中的水分去掉，達到保存要求，送入下道工序。
⑤篩分：物料經輸送設備進入篩分機篩分，合格的產品進入下一道工序，不合格的大顆粒篩出后經破碎返回混合。
⑥計量包裝：干燥后的顆粒，進入成品倉，通過喂料裝置物料進入電子包裝秤，按要求進行自動計量及縫口，完成包裝過程，送入成品庫。
3、工程方案
太原市污泥處置中心項目建設用地與城南污水處理廠建設用地相鄰，規劃占地面積70畝。
根據污泥處理規模采用隧道窯式高溫好氧發酵生物干化工藝，發酵設施為5組160座混凝土結構的隧道發酵窯（16089m2）、篩分混合車間（15840m2）、制肥間、成品輔料庫（1200m2）及廠內道路，總占地面積36508.8m2，日處理500m3脫水污泥（含水率80%）。平面布置一次布局，分期建設。
隧道窯內部容積長15m，寬4m，高4m。每排由隧道窯20座，兩排成組，共計160座。
中間過道距離長84m，寬11m，高7m。
采用輕鋼彩板結構覆蓋，生物濾池建設在發酵窯頂部，共計6座。氧控裝置和鼓風機安裝在密閉發酵窯背后的風機房內。
混合篩分間長100m，寬90m，高6m，面積9000m2，建筑采用輕鋼彩板結構。
發酵間長93m，寬55m，高4m，面積共15345m2，建筑采用鋼筋混凝土結構。
生物濾池長15m，寬8m，高3m，面積720m2，建筑采用磚混結構。
制肥間長30m，寬18m，高6m，面積540m2，建筑采用輕鋼彩板結構。
成品庫長30m，寬18m，高6m，面積540m2，建筑采用輕鋼彩板結構。
輔料庫長30m，寬18m，高6m，面積540m2，建筑采用輕鋼彩板結構。
辦公室長27m，寬15m，高3m，面積405m2，建筑采用磚混結構。
三、工程投資處理成本及效益分析
1、工程投資
本工程總投資為13422萬元，固定資產投資為12304萬元。
2、處理成本
本工程運行后，折濕污泥噸處理成本為153.21元/噸。
3、效益分析
本項目建成后，年穩定化處理污泥17.5萬M3（含水率80%），生產園林培植土19330M3，農田肥料3.3萬噸，環境效益和資源綜合效益突出。
本項目年總收入為5838萬元，其中污泥無害化處理費3334萬元，污泥制品銷售收入2504萬元，扣除處理成本后，年利潤總額達到2342萬元，全部投資財務內部收益率為22.31%，投資利潤率為16%，盈虧平衡點37.95%，靜態投資回收期為5.48年。
四、結論
對城市污水處理廠產生的污泥集中起來進行商品好氧堆肥處理，并經過適當加工后制成農田肥料和園林培植土，實現了污泥穩定化、減量化、無害化、資源化的有機結合，是貫徹循環經濟和可持續發展理念的一個重要手段，具有廣闊的發展前景，為城市污泥處理提供了一個新的思路。
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