污泥堆肥工程曝氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選型比較
隨著我國污水處理事業(yè)的不斷發(fā)展，逐漸增多的污水處理廠的脫水污泥漸漸成為城市管理的頑疾，傳統(tǒng)填埋或者棄置的做法已無法滿足當(dāng)前需要，污泥無害化、減量化、資源化技術(shù)隨之發(fā)展起來。污泥好氧堆肥技術(shù)作為適合我國國情的一種污泥處置技術(shù)，正得到推廣發(fā)展。好氧曝氣工序是污泥好氧堆肥工藝流程的主要組成部分，其曝氣風(fēng)機(jī)選型的合理與否將會(huì)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)可行性產(chǎn)生重要影響。污泥好氧發(fā)酵核心工藝流程見圖1。
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1 工作原理及工況要求
與污水處理中的風(fēng)機(jī)選型相同，風(fēng)量、風(fēng)壓和工況條件也是風(fēng)機(jī)選型的基礎(chǔ)。污泥堆肥好氧發(fā)酵倉所需的空氣流量需根據(jù)物料量計(jì)算得出。污泥發(fā)酵曝氣系統(tǒng)所需的風(fēng)機(jī)壓力由物料阻力損失和管路系統(tǒng)損失兩部分組成。與污水處理曝氣系統(tǒng)不同的是，其管路損失占風(fēng)壓損失的絕大部分，一般物料阻力損失約為300～600Pa。管路系統(tǒng)一般分為分散供氣系統(tǒng)和集中供氣系統(tǒng)，管路系統(tǒng)損失系根據(jù)管路復(fù)雜程度和管徑計(jì)算取得。污泥發(fā)酵曝氣系統(tǒng)見圖2。
2 集中供氣與分散供氣比較
污水好氧曝氣系統(tǒng)的主要阻力來源于水壓，一般供氣系統(tǒng)阻力約占總阻力的20%以下。污泥發(fā)酵曝氣系統(tǒng)的主要阻力集中在輸布?xì)夤苈废到y(tǒng)，占總阻力的80%以上。因此對(duì)于污泥發(fā)酵曝氣系統(tǒng)來講，管路阻力分布的均勻性將會(huì)直接影響曝氣的均勻性，并且影響程度較大。管路系統(tǒng)由于局部堵塞造成的微小阻力變化將會(huì)直接影響到系統(tǒng)內(nèi)其他管路的曝氣量。因?yàn)楣腆w發(fā)酵運(yùn)行情況比較復(fù)雜，條件也比較惡劣，因此發(fā)生曝氣管堵塞的機(jī)率較大。1臺(tái)風(fēng)機(jī)供氣的倉數(shù)越多，相互的影響也就越大，發(fā)酵倉之間就越容易出現(xiàn)相對(duì)短流或斷流，并且這種影響無法預(yù)知、不可逆、很難監(jiān)測(cè)。如果不加以修復(fù)，將直接影響到發(fā)酵倉的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而修復(fù)過程中必須清倉取出曝氣管道，清理后重新安裝，不僅工作量大，工作條件惡劣，而且需要較長(zhǎng)的時(shí)間。
供氣超量將造成堆溫下降，物料無法正常腐熟，出料仍會(huì)存在大量細(xì)菌和待分解物質(zhì)，達(dá)不到穩(wěn)定化要求，無法利用。供氣不足將會(huì)造成局部厭氧，好氧菌數(shù)量減少，發(fā)酵效率降低，出料含水率無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
要對(duì)上述問題進(jìn)行修復(fù)，只能通過停止運(yùn)轉(zhuǎn)、清空發(fā)酵倉清理管路來完成。將此類問題發(fā)生機(jī)率降到最低的風(fēng)機(jī)設(shè)置方案為每臺(tái)風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)1個(gè)發(fā)酵倉。1臺(tái)風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)1個(gè)發(fā)酵倉曝氣，物料在1個(gè)發(fā)酵倉中移動(dòng)，風(fēng)機(jī)供氣通過管路進(jìn)入所對(duì)應(yīng)的發(fā)酵倉，無論是否存在堵塞現(xiàn)象，物料均可以接觸到空氣完成好氧發(fā)酵過程。
此外，在風(fēng)機(jī)選型中，每小時(shí)數(shù)萬立方米風(fēng)量、幾千帕風(fēng)壓的參數(shù)對(duì)于羅茨或離心風(fēng)機(jī)的選型都十分困難，且運(yùn)行工況處于極低效率區(qū)域，裝機(jī)功率大大增加，若選擇大型離心通風(fēng)機(jī)，會(huì)由于集中供氣較為復(fù)雜的管路系統(tǒng)，使得壓力無法滿足工藝要求。
需要強(qiáng)調(diào)的是，即使1臺(tái)風(fēng)機(jī)配合流量計(jì)閥門控制供應(yīng)2座發(fā)酵倉，也同樣會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)供氣系統(tǒng)相互干擾的情況。通過流量計(jì)和閥門控制來增加控制點(diǎn)和系統(tǒng)阻力損失，對(duì)于整個(gè)曝氣系統(tǒng)來講，會(huì)增加控制難度、降低運(yùn)行穩(wěn)定性、減小動(dòng)力效率。并且在單倉運(yùn)行時(shí)，氣量過大會(huì)出現(xiàn)供氣超量現(xiàn)象，強(qiáng)制調(diào)節(jié)閥門控制氣量則會(huì)損害風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，影響風(fēng)機(jī)的使用壽命。
3 備選風(fēng)機(jī)類型比較
將污泥堆肥工程常用的離心通風(fēng)機(jī)與污水處理工程曝氣系統(tǒng)常用的多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行性能和經(jīng)濟(jì)性對(duì)比見表1。
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由表1可見，風(fēng)機(jī)壓力范圍在10,000Pa以下時(shí)，離心通風(fēng)機(jī)具有投資較小、設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)方便、運(yùn)行費(fèi)用較低等特點(diǎn)，因此離心通風(fēng)機(jī)是適合污泥好氧堆肥工程的曝氣系統(tǒng)氣源。
4 國內(nèi)外應(yīng)用情況
4.1 國外應(yīng)用情況
目前國外采用發(fā)酵倉或條垛形式的污泥好氧堆肥工程主要集中在歐洲和美國，歐洲主要以翻堆機(jī)為主，美國則普遍采用曝氣方式。從近十年的有關(guān)資料來看，國外大量采用的仍然是離心通風(fēng)機(jī)形式的分散曝氣系統(tǒng)，沒有發(fā)現(xiàn)采用集中曝氣的污泥堆肥實(shí)例。
4.2 國內(nèi)應(yīng)用情況
目前國內(nèi)成功運(yùn)行的污泥堆肥項(xiàng)目較少，采用曝氣系統(tǒng)的污泥堆肥項(xiàng)目則更少，正常運(yùn)行的項(xiàng)目大都采用離心通風(fēng)機(jī)作為曝氣系統(tǒng)氣源。
（1）太原河西北中部污水處理廠采用SACT-B污泥堆肥工藝。系統(tǒng)2004年投入運(yùn)行，污泥堆肥車間日處理脫水污泥60噸，共有發(fā)酵倉4座，選擇離心通風(fēng)機(jī)4臺(tái)，每臺(tái)流量6500m3/h，全壓4600Pa，電機(jī)型號(hào)Y160L-4，功率15kW，轉(zhuǎn)速1450r/min。
（2）唐山西郊污水處理二廠（世行貸款項(xiàng)目）采用SACT-C污泥堆肥工藝，2005年投入運(yùn)行，日處理脫水污泥36噸，共有發(fā)酵倉2座，選擇離心通風(fēng)機(jī)2臺(tái)，每臺(tái)流量6500m3/h，全壓4600Pa，電機(jī)型號(hào)Y160L-4，功率15kW，轉(zhuǎn)速1450r/min。
（3）洛陽污泥處置項(xiàng)目采用SACT-A污泥堆肥工藝，2007年投入運(yùn)行，設(shè)計(jì)日處理脫水污泥280噸，原設(shè)計(jì)采用羅茨風(fēng)機(jī)8臺(tái)（6用2備），每臺(tái)流量170m3/h，壓力9800Pa，但由于上述種種問題沒有得到解決，最終沒有實(shí)施曝氣系統(tǒng)建設(shè)，生產(chǎn)能力受到一定影響。
5 污泥堆肥項(xiàng)目風(fēng)機(jī)選型方案比較
河南某項(xiàng)目600t/d的曝氣系統(tǒng)工況要求：風(fēng)量360,000m3/h；分散供氣系統(tǒng)阻力損失3000Pa；集中供氣系統(tǒng)阻力損失5000～7000Pa；離心通風(fēng)機(jī)分散供氣系統(tǒng)風(fēng)壓3500Pa；離心鼓風(fēng)機(jī)或羅茨鼓風(fēng)機(jī)集中供氣系統(tǒng)風(fēng)壓9800Pa。
雖然污泥好氧發(fā)酵曝氣與污水處理曝氣都是風(fēng)機(jī)通過輸布?xì)夤苈废到y(tǒng)將空氣送入充氧對(duì)象的過程，但設(shè)計(jì)重點(diǎn)都有著本質(zhì)的不同。
（1）污水好氧曝氣系統(tǒng)
污水好氧曝氣系統(tǒng)的主要阻力來源于水壓超過80%，而一般輸布?xì)夤苈纷枇H占總阻力的不足20%。對(duì)于污水好氧曝氣系統(tǒng)來講主要是考慮水深對(duì)風(fēng)機(jī)壓力的要求，管路分布的均勻性對(duì)曝氣的均勻性的影響甚微，而水深基本恒定，集中供氣管路間流量調(diào)節(jié)基本可以一次完成。
（2）污泥發(fā)酵曝氣系統(tǒng)
污泥發(fā)酵曝氣系統(tǒng)的主要阻力集中在輸布?xì)夤苈废到y(tǒng)，占到總阻力的80%～90%，物料堆產(chǎn)生的阻力占總阻力的10%～20%。因此對(duì)于污泥發(fā)酵曝氣系統(tǒng)而言，管路阻力決定風(fēng)機(jī)壓力，管路分布的均勻性將直接影響曝氣的均勻性，而且影響程度相當(dāng)大。由于翻堆過程每天都在進(jìn)行，不同發(fā)酵倉中的物料堆體形態(tài)和疏松程度也在不斷改變，管路系統(tǒng)也不可避免地存在局部堵塞情況，并且這種堵塞情況可能時(shí)刻都在發(fā)生變化，因此若采用集中供氣的系統(tǒng)，所有流量調(diào)節(jié)閥門的動(dòng)作過程將每天持續(xù)進(jìn)行。
結(jié)合該項(xiàng)目特點(diǎn)和工藝參數(shù)作出多種方案的比較見表2。
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6 結(jié)語
按照污水處理的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思維，選擇大功率風(fēng)機(jī)和集中供氣模式是經(jīng)濟(jì)合理的，但是由于污泥好氧堆肥固體發(fā)酵的曝氣系統(tǒng)與污水生化曝氣阻力構(gòu)成截然相反，因此污水處理中傳統(tǒng)的曝氣形式與風(fēng)機(jī)選型不適用于污泥好氧堆肥工程。
綜上所述，離心通風(fēng)機(jī)作為理想的曝氣氣源設(shè)備與發(fā)酵倉一一對(duì)應(yīng)，可進(jìn)行分散供氣，減少相互影響的概率，并可節(jié)省投資和運(yùn)行費(fèi)用。對(duì)于可能存在的設(shè)備備用問題，可以通過在離心通風(fēng)機(jī)之間設(shè)置管道閥門連接的方式，在維修情況下實(shí)現(xiàn)互為備用。
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