污泥高温好氧密闭仓发酵技术探讨★

黄小玲 蔡莉颖 肖海林

(闽南理工学院土木工程学院，福建 石狮 362700)

0 引言

随着城市化建设的迅速发展，污泥对环境的影响也不断增大，如何高效处置污泥成为当前社会中最重要的问题。目前，污水处理常采用组合式高效沉淀池+前置反硝化的BIOFOR曝气生物滤池工艺、改良奥贝尔氧化沟活性污泥处理工艺、DE型氧化沟活性污泥工艺等技术[1]。后续利用通常制成肥料、制砖或卫生填埋等。为此，污泥有可能因处置不充分而造成二次污染。根据实际情况以及经济分析综合考量，可将污泥进行稳定化、无害化、资源化处理后作为有机肥料或土壤改良剂进行土地利用。因此，研究污泥高温好氧密闭仓式发酵工艺的处理方案，通过污泥好氧发酵的技术来降解微生物和降低污泥含水率，从而实现污泥无害化、稳定化、减量化、资源化，使得能耗最低、处置成本降至最低。

1 传统污泥处置的现状分析

污泥是城市污水处理厂处理污水时产生的一种固体污染物，由有机物、无机盐类、微生物和寄生虫卵等组成。传统污泥处置方法包括污泥填埋、污泥堆肥、污泥焚烧、污泥直接制砖等[2]。随着城市建设，对环境的要求日益增加，传统污泥已经不能满足目前的环境保护要求。

污泥填埋过程会产生渗滤液和气体，如果处理不当，渗滤液就会进入地下水层，污染地下水环境。填埋场产生的气体若不采取措施容易引起爆炸和燃烧[3]。而且基本上污泥都是露天堆放在填埋场，如果不及时处置，长期下来会散发出恶臭，易造成空气污染。由于受到种种处理因素的影响，污泥填埋的成本逐年提高，例如由于污泥的含水率高，增加了污泥运输费、垃圾填埋场的污泥处置费等。

污泥堆肥是一种很好的土壤改良剂，当堆肥被用于农田，可以增加有机质，改善土壤结构，减少肥料的使用量，并且可以减轻土壤的潜在侵蚀[4]。但是其缺点在于耗时长、成本高、占用土地面积大、臭气污染、易受天气影响等。因此，长期采用污泥堆肥来处置污泥，会造成环境的二次污染。

污泥焚烧是最彻底的污泥处置方法之一。它是利用焚烧炉将脱水污泥加温干燥，再利用高温氧化污泥中的有机物，使污泥成为少量灰烬。它能够杀死病原体，可最大限度地减少污泥体积；但是其缺点在于处理设施投资大，处理费用高，设备维护成本高，而且产生强致癌物质二噁英[5]。

2 污泥处置主要设备

2.1 机械驱动流化床

流化床具有适应性广，效率高，负荷调节性能好，易于实现对有害气体的控制，综合利用范围广等特点[6]。通过利用机械驱动流化床进行微观预调理和接种，高效地控制氧气、温度、蒸发水量、通风之间内在定量关系，实现生物热的最大利用，使堆体中水分达到最快蒸发，提升发酵速度，从而使物料降低含水率，提高比表面积，内部迅速充氧，发酵的启动时间大大缩短，避免厌氧工况而产生臭气物质(见图1)。

2.2 通风风机

通风风机主要由叶轮、机壳、进风口、支架、电机、皮带轮、联轴器、消音器、传动件(轴承)等组成[7]。通风风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，其采用最大吐风量为2 500 m3/h，最大风压为4 000 Pa。通风风机具有通风和引风的作用，能够使物料在全静态发酵与柔和的通风条件下，温度持续保持在55 ℃～70 ℃。

2.3 布风装置

目前所采用的布风装置主要有两种形式，即风帽式和密孔板式。风帽式布风装置是由风室、花板、风帽和隔热层组成的，通常把花板和风帽合称为布风板。密孔板式布风装置是由风室和密孔板构成[8](见图2)。

由风机送入的空气从位于布风板下部的风室通过风帽底部的通道，从风帽上部径向分布的小孔流出。风帽小孔中喷出的气流具有较高的速度和动能，进入床层底部，使风帽周围和帽头顶部产生强烈的扰动，并形成气流垫层，使床料中物料与空气均匀混合，强化了气固间热质交换过程，延长了物料在床内的停留时间，建立了良好的流化状态[9，10]。

3 污泥处置新方式的基本流程

污泥高温好氧密闭仓式发酵工艺由预调理单元、发酵单元、后处理单元组成，发酵单元还包括布风系统、氧温监测与智能化控制系统、废气处理系统。污泥高温好氧密闭仓式工艺流程如图3所示。

3.1 预调理单元

预调理单元包括污泥、辅料、回流物料的储存、计量与输送及混合接种等。

污泥深度预调理改性与深度接种是高效有氧发酵的基础，采用机械驱动流化床预调理[11]。通过微观预调理和接种，优化与智能化控制氧气、温度、蒸发水量、通风之间内在定量关系实现生物热的最大利用，使堆体中水分最快蒸发，提升发酵速度，从而使物料降低含水率、改性、提高比表面积，内部迅速充氧，发酵的启动时间大大缩短，避免厌氧工况而产生的臭气物质，24 h内氧气含量即可达到预设的含量值，温度升至50 ℃以上，提高生物发酵效率。

3.2 发酵单元

3.2.1发酵仓

发酵车间采用仓式发酵，集通风、氧温监测、引风系统为一体，实现有针对性和有序地对工艺过程中所产生的异味有机气体予以收集，铲车布料结束后关闭，发酵结束后开启出料[12]。利用氧气—温度—通风控制对通风系统的启停进行过程的全自动化控制，无需再人为作业，实现智能化高温好氧发酵。最大程度的避免了堆肥工艺对周围环境造成二次污染的可能。同时由于发酵仓主体承载要求低，因而对土建要求也较低，从而大幅度降低了土建成本。

3.2.2柔和布风系统

堆体的氧气浓度(好氧速率)、温度是高温好氧发酵阶段和效果的重要指标。通风系统采用分散式风机供风，曝气系统[13]可正压可负压。单个仓配备一台小功率风机。布风装置[9]配有适宜喷嘴。简单可靠防堵，布风管50 m内静压头均衡，布气均匀。发酵物料可条形可块状布置，布风管灵活优化配置, 土建费用低。全静态发酵与柔和的通风使物料温度持续保持在55 ℃～70 ℃。不采用翻抛机和大功率风机，吨电耗降至最低，并能避免翻抛过程或大风量吹脱造成的厌氧反应半产物的逸散。

3.2.3氧气—温度实时在线监测与智能化控制

氧气浓度是本工艺通风系统控制信号的参考值来源，利用发酵堆中的氧气相对浓度信号来控制风机的启停，从而保证堆体的氧浓度在一个稳定的范围内。堆体温度是整个高温好氧发酵的又一核心参数。堆体一般要经历升温过程、高温持续过程和降温过程。微生物的新陈代谢活动对温度具有高度依赖性，控制最佳的温度范围可加快微生物的分解速率。

3.2.4废气处理系统

高温好氧发酵过程中臭气的主要来源是因为有机物的不完全氧化(厌氧发酵)而产生的半产物，主要是硫化氢、氨等[14]。

本工艺在高温好氧发酵开始前已对物料进行了均匀的微观混合，独特的通风系统对堆体提供了均匀的好氧环境，因此臭味已在源头上得到了有效地控制。但为满足相关卫生等要求，需对其进行引风及臭气处理设计。为此，通过采用分散的湿法除臭方式。除臭时采用清水作为吸收中和液。含臭废气进入内外套组成的均压室先经过一次预喷淋，再进入内筒处理器中进行二次喷淋洗涤，使气液两相充分接触，发生吸收中和反应，再经过上塔体脱液器除雾处理[15]，然后排入大气。臭气处理后满足GB 18918—2002城镇污水处理厂污染物排放标准中二级标准。

3.3 后处理单元

腐熟后的成品根据相应要求，可添加适当微量元素加工为有机肥。本工艺选用预调理同一台犁铧式混合接种反应器。熟料由回流料仓计量上料，微量元素通过混合器上方的精密计量给料机添加，均匀混合后进入筛分处理。若无需添加微量元素，也可直接进行筛分处理。筛分后的大块物料作为回流物料进入预调理单元，筛下物为成品可打包后外运。

4 污泥处置新技术的优势

1)通过深度预调理全静态堆肥后，能够使污泥含水率降低至40%以下。

2)本工艺发酵温度高(50 ℃～70 ℃)、温度稳定、周期短，智能化控制使全静态堆肥达到发酵最高效率。

3)本工艺利用深度预调理—全静态—智能化三个关键要素将堆肥工艺的投资和运行费用降至最低，将废气源降至最低，将污泥处置系统维护量降至最低。

4)利用高温好氧密闭仓技术的方式，使得臭气量小，对除臭设施要求较低。

5)本工艺能耗最低，实现耗电指标为6度电/t～10度电/t污泥。

5 结语

随着城市迅速发展，对于污水污泥的处理更加重视，而污泥处置方法也在不断深入和改进。利用深度预调理—全静态—智能化堆肥后，使污泥的含水率降至最低，同时有效的克服了过去污泥处理处置过程中投资和运行费用高的问题。采用高温好氧密闭仓式发酵技术对污泥进行处置后，不仅对环境不会造成二次污染，而且能让污泥作为有机肥料或土壤改良剂进行土地利用化。因此，高温好氧密闭仓式发酵技术可以实现污泥稳定化、无害化、减量化、资源化处理，具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。