小型污水處理廠污泥處置資源化利用的方案選擇

——以內蒙古自治區赤峰市阿魯科爾沁旗天山鎮污水處理廠

污泥高溫好氧發酵工程為例

張凱

(上海萬唐工程技術有限公司 201100)

摘要：內蒙古自治區赤峰市阿魯科爾沁旗天山鎮污水處理廠日處理城市生活污水20000噸。廠內污泥經帶式壓濾機脫水后，含水率在80%左右，后經運輸車送至廠內污泥處理中心，污泥處理中心采用高溫好氧發酵-多段回轉發酵艙工藝，日處理污泥20噸，設備采用全自動化控制，配備智能供氧系統，智能除臭系統、使物料從儲存、計量、輸送、混合、發酵、監測于一體的發酵產業鏈。此種工藝很好的解決了傳統好氧發酵存在的運行環境差，發酵時間長、發酵不完全等問題，避免了污泥二次污染環境，使污泥真正達到資源化利用的目的。該工程的建設對我國中小型污水處理廠污泥處置工作有著很好的示范與借鑒作用。

關鍵詞：  污泥處置資源化利用 多段回轉發酵艙

中圖分類號：X環境科學、安全科學    文獻標識碼： A

Selection of Scheme for Recycling Sludge Disposal of Small Sewage Treatment Plants

——A Case Study of Aerobic Fermentation of Sludge from Sewage Treatment Plant of Tianshan Township, Aru Kelho Banner, Chifeng City, Inner Mongolia Autonomous Region

ZHANG Kai

(Shanghai Waterly Engineering Technology Co., Ltd   201100)

Abstract:The sewage treatment plant of Tianshan town handles 20,000 tons of sanitary sewage per day. The moisture content of sludge of the factory is at about 80% after dewatered by belt type filter press, then transported to the sludge processing center of the factory, sludge treatment center adopts high-temperature aerobic fermentation - Multistage rotary fermentation tank, which can handle 20 tons of sludge per day, the equipment adopts full automatic control, equipped with intelligent oxygen supply system and intelligent deodorization system, achieves fermentation industry chain of storage, measurement, transportation, mixing, fermentation, monitoring. This process solves the problems of traditional aerobic fermentation such as poor operating conditions, long fermentation cycle and incomplete fermentation process, avoids the secondary pollution to the environment, makes the sludge achieve the goal of recycling use. The implementation of this builds a good demonstration and reference for the sludge disposal of small and medium-sized sewage treatment plants in China.

Key words:  Sludge treatment resource utilization；Multistage rotary fermentation tank

1 引言

阿魯科爾沁旗地處內蒙古自治區東部、赤峰市東北地區，既歸東北經濟區又歸環渤海經濟區，還是和京津冀協同發展以及“一帶一路”戰略的輻射地帶。總土地面積14277平方公里，轄14個蘇木鄉鎮、2個街道辦事處，245個嘎查村，總人口30萬，其中蒙古族近12萬。先后榮獲“全國綠色能源示范縣”“全國科技進步先進縣”等稱號。旗政府所在地天山鎮，全鎮總土地面積75.6萬畝，耕地面積為19.6萬畝，主要種植品種有玉米、谷子、綠豆等。天山鎮污水處理廠占地面積40020 m³/d，于2015年5月完成提標改造工程，由復合水解池+生物濾池工藝改為A²/O工藝，處理規模2萬m³/d，出水水質達到一級A標準，同時建設污泥處理中心，使污泥發酵后的最終產物滿足《城鎮污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質》(GB/T23486-2009)標準要求，即含水率小于40%、糞大腸桿菌值大于0.01、蠕蟲卵死亡率大于95%、產品種子發芽率大于80%。

天山鎮污水處理廠提標改造之前污泥采用帶式壓濾機脫水后將80%含水率的污泥進行填埋處置，80%含水率的污泥流動性較大，很容易對填埋場滲濾液管造成堵塞等問題，伴隨著填埋場地日趨緊張，污泥處置迫在眉睫。

二、污泥處置技術方案的分類

污水廠機械脫水后的污泥處置方法大致有污泥焚燒、污泥熱干化、污泥高溫好氧發酵三種，污泥經過處置后的最終利用，大致有土地利用、填埋和建材綜合利用等。

1.焚燒

污泥焚燒不但可以降低污泥中的重金屬活性，還可以氧化污泥中的有機污染物，而且污泥焚燒所產生的熱量可以再次利用于污泥干化過程中。所以污泥焚燒不但具有快速并且最大限度的實現污泥減量化的優點，還具有完全殺死污泥中的有害微生物及病原菌的優勢。

污泥焚燒的弊端在于其產生的氣、液、固、聲等污染，還需要消耗大量的熱源，雖有部分可回收熱量，但仍對其整個焚燒過程所需熱量也是杯水車薪，這樣導致了污泥焚燒的運行費用居高不下，而且很難實現污泥中的有機質資源化利用。

從目前國內外運行的污泥焚燒項目來分析，其投資和運行費用太高，不適合作為中小城鎮的污泥處置工藝方式。

2.熱干化

熱干化是利用用熱能烘干污泥。烘干后的污泥體積僅為初始體積的20%-25%， 烘干的污泥為粉末或顆粒型狀，方便運輸、儲存。隨著含水量的降低，微生物活性受到抑制，從而防止變質和臭味的生成。烘干的污泥由于高溫殺菌，滿足了要求的衛生標準，熱干化技術在上世紀90年代得到迅速發展，至2000年，全世界干化污泥產量相比十年前增長了10倍。

污泥經干化后，可供土地使用。然后，烘干過程對污泥中的有害有機物沒有起到降解的作用，所以限制了其在土地利用方面的作用。

熱干化的主要缺點是消耗大量熱量。如果沒有便宜的燃料或熱源使用，運行成本高^[1]。

3.高溫好氧發酵

污泥高溫好氧發酵是利用好氧微生物的分解作用，使污泥中的有機物質穩定化的過程。在有氧條件下，好氧細菌對有機物進行吸收、氧化、分解^[2]。好氧發酵是放熱反應，期間溫度升至55℃以上，有機物生化降解釋放的熱量使堆體的溫度不斷升高，耐高溫的嗜熱菌群在大量氧分子存在下將有機物氧化分解，同時釋放出大量的能量，一方面使污泥得到穩定，另一方面使污泥中的病原菌得到殺滅，從而使污泥達到減量化、穩定化、無害化、資源化處理的最終目的。

三、污泥處置技術方案的對比

1.投資、運營角度

在污泥處理中，熱干化工藝可較大規模地處理污泥，使資源得到部分利用，國內已有城市嘗試采用。但熱干化過程能源消耗大，費用高；焚燒工藝的投資高，能耗大，運行費用高昂，同時焚燒產生的焚燒渣還需要衛生填埋，增加了投資；相比之下，高溫好氧發酵工藝具有工藝簡單、投資少、運行費用低、能有效殺滅病原微生物、可因地制宜利用當地的各種資源等突出特點，符合城市可持續發展的戰略。

2.環境保護角度

高溫好氧發酵工藝可以做到將污泥的減量化、穩定化、無害化以至資源化。污泥熱干化工藝可以做到污泥的減量化和無害化，在穩定化方面仍有欠缺，有機污染物沒有經過完全降解，在土地利用時將會受到很大的限制，而且無法避免二次污染的發生。焚燒工藝只是做到了減量化、穩定化，焚燒過程中產生的二噁英氣體會對大氣造成二次污染。

3. 循環經濟、資源化的角度

污泥經高溫好氧發酵后不但可以廣泛的應用于園林綠化、土壤改良、礦坑回填等一系列場地，污泥中的微量元素如氮、磷、鉀可再次循環進入大自然。而且，隨著我國近年來禁止焚燒秸稈等政策的利好，此工藝所使用的輔料有了來源的保證，在發酵的同時將輔料再次回歸于農田，無疑是循環經濟的典范，所以無論是從資源化還是循環經濟的角度來講，污泥高溫好氧發酵都具有得天獨厚的優勢。

污泥經熱干化工藝處理后由于土地利用受到很大限制，在循環經濟和資源化方面的優勢不如高溫好氧發酵工藝明顯。

污泥焚燒則將有機質和氮、磷、鉀等營養物質回歸大自然的途徑切斷了，造成單向而不可循環的過程。

4.處理工藝的安全性和成熟度

高溫好氧發酵工藝在美國已歷經30多年的發展，工藝和設備都十分成熟，操作運行相對簡單、安全性高。而且高溫好氧發酵工藝具有一定的工藝調節靈活性，可以根據最終的用途不同，調整工藝運行的參數，以得到有差異的產品。

污泥熱干化工藝的安全隱患高，干化污泥粉塵爆炸、燜燃、自燃等事故頻頻發生，成為制約污泥熱干化工藝應用的一大障礙。另外，工藝和設備的運行操作與控制也相對復雜，不容易掌握。

污泥焚燒則是最為復雜的工藝，成熟度低，在國內應用有不成功的案例。

所以，污泥高溫好氧發酵工藝無論是從工藝成熟度可靠性、項目投資、運行費用還是資源化利用、環境保護、社會效益等方面都優于熱干化和焚燒工藝。

四、污泥處置技術方案的確定

根據天山鎮污水處理廠污泥處理處置現狀，在綜合考慮技術先進性、穩定性、二次污染、及投資運行費用等因素基礎上，可知厭氧消化、機械干化、焚燒、石灰穩定等技術要求較高，受泥質影響較大，投資較高且建設周期較長，因此不建議采用以上工藝。

城區生活污水處理廠負責城區生活污水，其脫水污泥泥質較為簡單，除了含水率、衛生學指標等外其他污染物均按《城鎮污水處理廠污泥處置土地改良用泥質》（GB/T 24600-2009）的相關標準。根據《城鎮污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術政策（試行）》（建城[2009]23 號）要求：“在污泥濃縮、調理和脫水等實現污泥減量化的常規處理工藝基礎上，根據污泥處置要求和相應的泥質標準，選擇適宜的污泥處理技術路線。污泥以園林綠化、農業利用為處置方式時，鼓勵采用厭氧消化或高溫好氧發酵（堆肥）等方式處理污泥”^[3]，本項目脫水污泥可經過好氧發酵處理降低含水率、進行無害化處理，處理后產品可作為園林綠化、土地改良等高品質營養土，實現污泥的資源化綜合利用。

因此，建議采用高溫好氧發酵技術路線對本鎮污水處理廠產生的脫水污泥進行處理處置，經過好氧發酵處理后的污泥可作為園林綠化、土地改良等高品質營養土，實現污泥的資源化綜合利用。也可進行衛生填埋處理。

五、高溫好氧發酵工藝的對比

高溫好氧發酵工藝介紹

我國目前高溫好氧發酵處置的主要工藝有：傳統槽式發酵、條垛式發酵以及最新的滾筒式發酵。下面對這三種高溫好氧發酵作對比說明：

工藝一：傳統槽式發酵

傳統槽式高溫好氧發酵是在廠房內建設混凝土形式的發酵槽，處理的污泥量決定了發酵槽的大小。槽式高溫好氧發酵工藝是通過翻拋機的翻拋來使堆體內部供氧：翻拋機在翻拋的過程中將堆體充分攪拌均勻，將堆體內部完全打開，這樣發酵槽底部安裝的通風管道系統，能讓氧氣更加充分的到達堆體的每一個位置，但這樣翻拋帶來的影響是堆體內部溫度無法保持，長時間的翻拋雖達到了供氧的作用，但堆體內部溫度下降迅速，好氧發酵周期加長，發酵周期為4～5周。

傳統槽式發酵工藝的主要優點：

A  操作簡單；

B  不受天氣氣候影響。

主要缺點：

A  運行環境差，操作工人在有傷害的環境下工作；

B  要求較高的檢測和工藝控制，僅適合大規模的項目；

C  安裝形式僵化,占地大，安裝成本高；

D  直接運行費用高，維護成本高；

工藝二：條垛式發酵

條垛式發酵一般是用輪式裝載機將各種物料進行混合后將堆體碼成三棱狀。條垛式發酵的供氧同樣也是通過翻拋機械的翻拋來完成，每次翻堆是將物料向后移的過程，整個發酵周期一般持續5-6周。

條垛式發酵工藝的主要優點：

A  操作簡單；

B  對場地要求低。

主要缺點：

A  堆體內部溫度及氧含量無法測量并控制，所以堆體容易進行厭氧發酵，所產生的硫化氫氣體污染環境

B  運行環境差，操作工人在有傷害的環境下工作；

C  要求較高的檢測和工藝控制，僅適合大規模的項目；

D  占地面積大，發酵周期長。

工藝三：多段回轉發酵艙式高溫好氧發酵工藝

多段回轉發酵艙是基于污泥高溫好氧發酵技術研發的，主要原理是將污泥和各種輔料的混料，在高溫好氧條件下，利用噬溫菌、噬熱菌的作用，在潮濕環境中對多種有機物進行氧化分解，并殺滅傳染病菌、寄生蟲卵與病毒，將有機物轉化為類腐殖質。

多段回轉發酵艙是臥式圓柱形封閉結構，沿著軸線方向傾斜一定角度。物料從發酵艙高端（進料端）進入，通過其內部的擾流單元和自旋轉對物料進行攪拌，同時布氣系統不斷向發酵艙內部供氣，使物料與空氣充分接觸，在適宜溫度和氧氣充分條件下，物料完全充分發酵，經發酵艙低端（出料端）流出，完成發酵過程。

多段回轉發酵艙式高溫好氧發酵工藝徹底解決了堆肥系統內三相混合和分離的均化和優化問題，整體效率得以本質上的提升，具有如下特點：

A  沒有臭味，沒有滲濾液。獨特的均勻混合、發酵過程實現了智能控制，效率高、效果好。

B  產品穩定。優化的混合、進風和排風系統，裝置內各分區的物料始終進行高效的發酵，升溫和降溫連續交替，保證供氧高效均勻。獨特的內部結構和供氧系統，保證了發酵過程充足均勻的供氧，保證發酵產品質量的穩定。

C  一體化功能。實現了自動混合送料、均化發酵、自動出料、排風除臭、監控等功能的高度集成。

D 占地小。高度的集成功能，并且夠連續進料、出物堆場以及裝置占地面積大大減少。

E  人工少。由于過程智能，連續自動進料和出料，節省人工，操作便捷，管理方便。

F  占地面積節約。使原本分散布置的工藝設備集成于同一設備，實現了功能的高度集成，大大節省了占地面積。

G  運行電耗低。優化的料風氣的混合和分離，以及封閉后的裝置，使得給風、混合和排風的電耗大大降低。

H  處理規模靈活。由于裝置模塊化制造，每套裝置運行獨立，可根據實際處理需要，簡單的增減裝置數量即可處理不同規模。

I  安裝周期短，投資省。采用該裝置可取消傳統的廠房，減少大量的基礎設施建設，縮短施工周期的同時，節省一次性投入。

多段回轉發酵艙式高溫好氧發酵工藝的缺點：

A  單體處理量小

多段回轉發酵艙式高溫好氧發酵工藝的單體處理量，對于規模較大的工程，需要的模塊數多，適合200噸以下規模。

六、高溫好氧發酵工藝的確定

綜上所述，通過以上比選可以看出，槽式高溫好氧發酵工藝和條垛式翻拋高溫好氧發酵工藝的工況環境較差，特別是對操作的人員環境很差。且堆肥周期時間長，效率一般。而多段回轉發酵艙式高溫好氧發酵工藝具有靈活，工況環境優良，效率高等特點，

因此本工程采取污泥處理的工藝為多段回轉發酵艙式高溫好氧發酵。

參考文獻：

[1]  污泥高溫好氧發酵技術在沈陽市污水處理廠污泥處理工程中的應用 王大鵬;楊明; -《環境科學與管理》- 2012-10-15 

[2] 污泥動態堆肥無害化處理新技術-開放式發酵堆肥技術謝書霞; -《中華紙業》- 2008-06-23.

[3] 城鎮污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術政策（試行）-《中國環保產業》-2009-03-15

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作者簡介：張凱（1987-   ），男，內蒙古赤峰市人，2010年畢業于內蒙古農業大學環境工程專業，目前在讀哈爾濱工業大學建筑及土木工程工程碩士。

              來源：中國給水排水 2019年中國城鎮污泥處理處置技術與應用高級研討會

（第十屆）論文集