太原市城市污泥處置中心污泥處理方案
摘要：城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥采用高溫好氧堆肥+制肥工藝，成功地實現(xiàn)了污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化的有機結(jié)合。取得了環(huán)境效益和經(jīng)濟效益雙贏的結(jié)果，具有良好的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：高溫好氧堆肥 隧道窖 發(fā)酵
城市污水在處理過程中，將會產(chǎn)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(chǎn)城市污水70 萬M3，現(xiàn)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(shè)計處理能力約 40 萬M3/日，日產(chǎn)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(jīng)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(chǎn)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(wěn)定化，無害化和資源化。為了防止產(chǎn)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。
1.污泥處理方案
1.1 污泥處理原則
污泥是污水處理過程中產(chǎn)生的物質(zhì)，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(zhì)的綜合體。它既含有植物生長發(fā)育所需的 N、P、K 及維持植物正常生長發(fā)育的各種微量元素和能改變土壤結(jié)構(gòu)的有機質(zhì)，同時也含有病原微生物，寄生蟲（卵） 。它具有體積大，性質(zhì)不穩(wěn)定，極易腐化。不利于運輸和處理的特點，因此，在設(shè)計方案選擇時，遵循如下原則：
1.1.1 無害化處理原則
按照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》的要求，實現(xiàn)污泥的穩(wěn)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(huán)境要求。
1.1.2 節(jié)能減排原則
污泥處理要始終堅持節(jié)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(zhuǎn)移和二次污染。
1.1.3 資源利用原則
污泥中含有豐富的有機物和 N、P、K 等營養(yǎng)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(xù)處理的要求，其次是資源綜合利用所獲得的經(jīng)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。
1.2 污泥處理方案選擇
1.2.1 衛(wèi)生填埋
太原市現(xiàn)有垃圾衛(wèi)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(xiàn)有的污水處理廠產(chǎn)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。
1.2.2 焚燒+填埋
太原市現(xiàn)建有特種垃圾焚燒廠一座，用以焚燒醫(yī)用特種垃圾，同時進行發(fā)電，設(shè)計考慮將污水處理廠脫水后的污泥進行焚燒發(fā)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。
1.2.3 污泥堆肥+制肥
污泥堆肥是一種減量化、穩(wěn)定化、無害化的綜合處理技術(shù)，它是土地利用的前提條件，經(jīng)堆肥處理后的污泥肥效高，經(jīng)過制肥加工后，成為符合國家有機肥標準的肥料，在實現(xiàn)穩(wěn)定化、減量化和無害化的同時，實現(xiàn)了污泥資源化，符合可持續(xù)發(fā)展的方針。太原市在“十一五”期末，預(yù)計污泥產(chǎn)量將達到 400~600 M3/日，（不包括楊家堡污水處理廠的污泥），根據(jù)對污泥成分的檢測分析，有機質(zhì)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(jīng)驗。楊家堡污水處理廠作為污泥資源化國家示范工程，其產(chǎn)生的有機肥具有良好的市場，實現(xiàn)了污泥的零排放。根據(jù)太原市城市污水水質(zhì)以及污泥組成成分分析，污水處理廠產(chǎn)生的污泥采用堆肥工藝進行處置是較為適宜的。由于受現(xiàn)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(shè)施不現(xiàn)實。因此，考慮保留現(xiàn)有的楊家堡污水凈化廠污泥處理設(shè)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(shè)太原市污泥處置中心，采用好氧高溫堆肥工藝實現(xiàn)污泥無害化處理，在此基礎(chǔ)上，加工生產(chǎn)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(tài)修復(fù)及農(nóng)業(yè)種植提供有機肥料，實現(xiàn)污泥的安全，有效處置和零排放。
2.污泥處置中心工藝設(shè)計
2.1 建設(shè)規(guī)模和產(chǎn)品分析
2.1.1 建設(shè)規(guī)模
2010年太原市城市污水處理廠污泥（含水率80%）總產(chǎn)量約為400~600M3/d，不包括楊家堡污水凈化廠采用的污泥穩(wěn)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(shè)計建設(shè)規(guī)模為 500M3/d。
2.1.2 污泥產(chǎn)品方案分析
1、園林培植土
氮磷鉀＞4%、 有機質(zhì)＞30%、活菌數(shù)：5×107
目標市場：園林綠化基肥、土壤改良與生態(tài)修復(fù)
2、有機—無機—微生物三維復(fù)合肥料
氮磷鉀：15~20% 有機質(zhì)＞15~20%、活菌數(shù)：5×107
目標市場：經(jīng)濟作物、大田作物、園林培肥
2.2 技術(shù)方案確定
2.2.1 工藝比選
根據(jù)太原市建設(shè)園林綠化城市的發(fā)展目標和污水處理廠現(xiàn)狀及“十一五發(fā)展規(guī)劃”，本著從實際出發(fā)、不斷完善的發(fā)展思路，根據(jù)以下評價指標，慎重選擇適應(yīng)太原市城市污水處理廠污泥的處理處置技術(shù)。
（1） 可持續(xù)性：污泥處理技術(shù)與污泥處置技術(shù)結(jié)合的可能性，以及在實施期限上的可持續(xù)性；
（2） 國民經(jīng)濟關(guān)聯(lián)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(jīng)濟發(fā)展的影響；
（3） 技術(shù)可行性：技術(shù)的成熟程度，維護管理難度等；
（4） 經(jīng)濟性：技術(shù)經(jīng)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(yǎng)物質(zhì)、建筑材料或能量利用）；
（6） 環(huán)境保護效能：對生態(tài)環(huán)境的持續(xù)性影響與關(guān)聯(lián)程度，防治污染轉(zhuǎn)移，杜絕污染的長期影響，對生態(tài)環(huán)境保護的效能。
2.2.2 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(tài)好氧生物干化工藝。它是在陽光棚發(fā)酵裝置長期運行的基礎(chǔ)上，消化吸收國際先進的靜態(tài)容積式污泥發(fā)酵工藝而集成的好氧發(fā)酵工藝，相對陽光棚發(fā)酵裝置，密閉式靜態(tài)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(tài)好氧生物干化工藝具有機械化程度高，技術(shù)先進，占地面積小，環(huán)境條件好，氣候影響小，生物干化質(zhì)量可控等優(yōu)點。 密閉式靜態(tài)好氧生物干化工藝發(fā)酵倉由并聯(lián)隧道窯組成，正面有密封門，背面風(fēng)機房裝有風(fēng)機和溫控氧控裝置。發(fā)酵過程中通過倉內(nèi)溫控氧控傳感器監(jiān)測發(fā)酵物料溫度和氧含量，控制風(fēng)機的啟動和關(guān)閉，提供充足的發(fā)酵條件使發(fā)酵過程保持最佳狀態(tài)，發(fā)酵物料在 70℃溫度保持 5 天以上。通風(fēng)系統(tǒng)將空氣從發(fā)酵倉的底部風(fēng)道打入堆料，再從發(fā)酵倉的上部收集處理發(fā)酵廢氣。尾氣收集處理裝置將發(fā)酵廢氣通過生物濾池凈化處理后排空。 發(fā)酵污泥進料系統(tǒng)包括皮帶輸送機和皮帶布料機系統(tǒng)，完成進料后關(guān)閉密封門，出料采用皮帶出料機和裝載機出料兩種方式。
2.2.3 堆肥工藝流程
 |
2.2.4 堆肥工藝說明
根據(jù)太原污泥處理實際情況與資源循環(huán)利用的原則，堆肥工藝方案確定為：脫水污泥擠壓預(yù)處理、混合、高溫好氧堆肥、陳化、篩分等。
①預(yù)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(shè)備：
1、壓濾機：SL1250型，生產(chǎn)能力Q＝23m3/h、P=7.5kw。
2、螺旋輸送機：B500型，生產(chǎn)能力Q＝50m3/h、P=1.5kw。
3、轉(zhuǎn)運倉：結(jié)構(gòu)為鋼板制作，容積為25m3、P＝5.5kw。
②混合
由配料機根據(jù)程序按配料比例進行配料，VT 復(fù)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(fā)酵間。
主要設(shè)備：
1、污泥儲倉：儲存污泥和返混污泥，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xù)配料運行。為非標設(shè)備，生產(chǎn)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(xù)混合運行。Q＝22m3/h、P=7.5kw。
5、皮帶輸送機：B500型，生產(chǎn)能力Q＝50m3/h、P=1.5～4kw。
6、粉碎機：B400型，生產(chǎn)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(zhuǎn)到發(fā)酵間布料皮帶機，再分布到各個發(fā)酵倉中進行好氧發(fā)酵生物干化。發(fā)酵倉底部布置曝氣風(fēng)溝，由鼓風(fēng)機通過曝氣風(fēng)溝強制通風(fēng)供給氧氣。發(fā)酵周期為 15 天左右，發(fā)酵溫度控制在 50~70℃之間，根據(jù)發(fā)酵物料的溫度、水分、氧含量等參數(shù)的變化，由控制系統(tǒng)開啟鼓風(fēng)機向發(fā)酵倉內(nèi)曝氣，同時由引風(fēng)機抽出廢氣到生物濾池除臭。物料經(jīng)過一個發(fā)酵周期，由出料機運出，經(jīng)裝載機輸送到陳化間陳化。
主要設(shè)備：
1、皮帶布料機：專用設(shè)備，生產(chǎn)能力Q＝50m3/h、P=7.5kw。
2、皮帶出料機：專用設(shè)備，生產(chǎn)能力Q＝50m3/h、P=7.5kw。
3、皮帶輸送機：B500型，生產(chǎn)能力Q＝50m3/h、P=11.5kw。
4、曝氣風(fēng)機：9-17No3A，P=4kw。
5、引風(fēng)機：4-72No3.6A，P=3kw。
6、裝載機：柳工 836 型,P=92kw。
④發(fā)酵控制系統(tǒng)
氧控制發(fā)酵系統(tǒng)是專們?yōu)橹苯訖z測發(fā)酵氧氣含量而開發(fā)設(shè)計的，它通過實時監(jiān)測發(fā)酵的氧含量，根據(jù)肥發(fā)酵實際需氧量數(shù)據(jù)控制對應(yīng)風(fēng)機的啟停，實現(xiàn)溫控和氧控制。系統(tǒng)同時將在發(fā)酵監(jiān)測的氧濃度的信號傳輸給中央控系統(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)測。
⑤陳化
發(fā)酵物料在發(fā)酵過程會又部分有機質(zhì)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(fā)酵物料含水率降至 30%以下？紤]到場所的限制與后續(xù)資源綜合利用，陳化周期按照 2 周時間設(shè)計（物料轉(zhuǎn)運時間）。
主要設(shè)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(chǎn)能力Q＝50m3/h、P=7.5kw。
4、移動皮帶輸送機：B500型，生產(chǎn)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(jīng)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(shè)備：
1、皮帶輸送機：B500型，生產(chǎn)能力Q＝50m3/h、P=1.5kw。
2、破碎機：生產(chǎn)能力Q＝30m3/h、P=11kw。
3、滾筒篩：生產(chǎn)能力Q＝50m3/h、P=4kw。
4、定量包裝秤：RPG－50－G1 型，P＝0.5kw。
⑦除臭
發(fā)酵窯為封閉式，發(fā)酵過程將產(chǎn)生水蒸氣和臭氣。臭氣處理過程為用引風(fēng)機將發(fā)酵間產(chǎn)生的臭氣收集并保持倉內(nèi)有一定的負壓，用管道和引風(fēng)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(huán)使用，補充水使用污水處理廠的二級出水，溢流水進入廠區(qū)排水管網(wǎng)，返回到污水處理廠。生物濾池法工藝流程為：臭氣收集→風(fēng)管輸送→抽風(fēng)機→預(yù)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(shè)備：
1、洗浴塔：MM-2 型，P＝0.15kw。
2、生物濾池：SCL-20000型
2.2.5 污泥資源綜合利用
 |
污泥經(jīng)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(zhì)化、重金屬穩(wěn)定化，植物可利用形態(tài)養(yǎng)分增加，其 C/N 比、物理性狀、無毒化程度、溶解度、養(yǎng)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(yǎng)分，實現(xiàn)植物對養(yǎng)分的同步吸收。其氮、磷、鉀總養(yǎng)分大于 10%，有機質(zhì)含量大于 40%。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)和陜西省土肥所試驗、試種對比證實，其綜合肥效大大優(yōu)于農(nóng)家肥和等養(yǎng)分化肥。
三維復(fù)合肥生產(chǎn)線包括配料、熱噴造粒、篩分、噴菌、干燥系統(tǒng)。
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(jīng)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(chǎn)品。
④干燥冷卻：造粒后的顆粒含水率較高，不能直接貯存。經(jīng)高溫干燥、冷卻，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(jīng)輸送設(shè)備進入篩分機篩分，合格的產(chǎn)品進入下一道工序，不合格的大顆粒篩出后經(jīng)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。
2.3 工程方案
太原市污泥處置中心項目建設(shè)用地與城南污水處理廠建設(shè)用地相鄰，規(guī)劃占地面積 70 畝。根據(jù)污泥處理規(guī)模采用隧道窯式高溫好氧發(fā)酵生物干化工藝，發(fā)酵設(shè)施為 5 組 160 座混凝土結(jié)構(gòu)的隧道發(fā)酵窯（16089m2） 、篩分混合車間（15840m2）、制肥間、成品輔料庫（1200m2）及廠內(nèi)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(shè)。 隧道窯內(nèi)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(jié)構(gòu)覆蓋，生物濾池建設(shè)在發(fā)酵窯頂部，共計 6 座。氧控裝置和鼓風(fēng)機安裝在密閉發(fā)酵窯背后的風(fēng)機房內(nèi)。
混合篩分間長 100m，寬 90m，高 6m，面積 9000m2，建筑采用輕鋼彩板結(jié)構(gòu)。
發(fā)酵間長 93m，寬 55m，高 4m，面積共 15345m2，建筑采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
生物濾池長 15m，寬 8m，高 3m，面積 720m2，建筑采用磚混結(jié)構(gòu)。
制肥間長 30m，寬 18m，高 6m，面積 540m2，建筑采用輕鋼彩板結(jié)構(gòu)。
成品庫長 30m，寬 18m，高 6m，面積 540m2，建筑采用輕鋼彩板結(jié)構(gòu)。
輔料庫長 30m，寬 18m，高 6m，面積 540m2，建筑采用輕鋼彩板結(jié)構(gòu)。
辦公室長 27m，寬 15m，高 3m，面積 405m2，建筑采用磚混結(jié)構(gòu)。
3.工程投資處理成本及效益分析
3.1 工程投資
本工程總投資為 13422 萬元，固定資產(chǎn)投資為 12304 萬元。
3.2 處理成本
本工程運行后，折濕污泥噸處理成本為153.21 元/噸。
3.3 效益分析
本項目建成后，年穩(wěn)定化處理污泥 17.5 萬M3（含水率80%），生產(chǎn)園林培植土 19330M3,農(nóng)田肥料3.3 萬噸，環(huán)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(wù)內(nèi)部收益率為 22.31%，投資利潤率為16%，盈虧平衡點37.95%，靜態(tài)投資回收期為5.48 年。
4.結(jié)論
對城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥集中起來進行商品好氧堆肥處理，并經(jīng)過適當加工后制成農(nóng)田肥料和園林培植土，實現(xiàn)了污泥穩(wěn)定化、減量化、無害化、資源化的有機結(jié)合，是貫徹循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展理念的一個重要手段，具有廣闊的發(fā)展前景，為城市污泥處理提供了一個新的思路。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
