槽式污泥好氧发酵工艺路线对比选择

　　污泥经高温好氧发酵处理后的产品可以土地利用，能有效完成污泥的“无害化、稳定化、减量化、资源化”。因此，在条件具备的情况下，污泥好氧堆肥进行土地利用是城镇污水厂剩余污泥的重要出路。目前，污泥好氧发酵工艺路线有条垛式、槽式、覆膜式等［1］，不同的工艺各有其优缺点，其中槽式污泥好氧发酵因占地面积小、机械化程度高、劳动力需求少、产品质量稳定等优点，得到了较为广泛的应用。

　　1 槽式污泥好氧发酵工艺的系统分析

　　按照物料进、出料方式，槽式污泥好氧发酵工艺分为“整槽进料，整槽出料”和“连续进料，连续出料”两种方式; 按照曝气方式，可分为“正压鼓风曝气”和“负压抽风曝气”两种方式。

　　1. 1 进、出料模式

　　1. 1. 1 连续进料、连续出料模式

　　① 工作模式: 每个发酵槽每天进一次料; 位移翻抛，每天翻抛一次; 每次翻抛物料前进“一格”，当一批物料到发酵槽出口时必须出料; 单个发酵槽就能顺利生产，发酵槽数量随处理规模的增加而增多。

　　② 主要特点: a． 自动化程度较高，用车辆少、用人工少，生产人员少，巡视人员多; b． 对翻抛机可靠性要求很高，翻抛机出现故障则立即停产; c． 单个发酵槽比较长、单槽即可运行; 在处理规模上，既适合大中型堆肥厂也适合日处理污泥量很小的堆肥厂，根据处理规模并联数量不等的发酵槽; d． 发酵槽布气设计门槛高，需要较多技术积累; e． 在稳定运行情况下，单个发酵槽所需的总曝气量相对稳定，宜采用鼓风机变频、连续运行的模式，曝气电耗低; f． 测温传感器须安装在发酵槽壁上，发酵槽土建施工要求质量很高。

　　1. 1. 2 整槽进料、整槽出料模式

　　① 工作模式: 每个发酵槽一次进满一槽物料，开始堆肥后不再进料，直到堆肥周期结束出料; 需要多个发酵槽进行循环; 原位翻抛，生产计划灵活; 进料、出料均采用车辆。

　　② 主要特点: a． 每个发酵槽每次进满槽料，整个周期结束时出料，中途不再进料; 在发酵槽内的停留时间灵活掌握、运行管理方便; b． 小型污泥堆肥厂至少需要 20 个发酵槽，以保证生产正常循环; c． 对翻抛机的要求较低，遇到翻抛机故障，有检修时间窗口; d． 生产车辆多、用人工多、物流环节洒料、臭气外逸; e． 单发酵槽在物料处于不同的发酵阶段所需要的曝气量变化较大; 通常采用大功率风机，变频、间歇式运行的曝气模式，电耗指数较高; f． 工艺控制较成熟; g． 布气板必须经受住重载车辆长期碾压，需要定期清理，曝气设计较为简单。

　　1. 2 曝气模式

　　1. 2. 1 正压鼓风曝气

　　① 工作模式: 鼓风机抽取外界新鲜空气，通过发酵槽底部的布气板或穿孔管强制对堆体进行曝气; 水汽和其他气体从堆体内部被吹出，基本无渗滤液产生。

　　② 主要特点: a． 水汽和各种有害气体都弥散在车间，设计通风量大，通风成本高; b． 车间内作业职业病防护须重视; c． 在空气湿度大、气温低时，车间内易形成大量白雾，冷凝水量大; d． 鼓风机无特殊要求; e． 在寒冷季节，鼓风机抽取外界的冷空气直接曝气对堆体温度保持不利，不同季节的曝气控制模式有一定差别; f． 车间内的电气设施易受水汽冷凝而短路，必须采取预防措施; g． 表层物料温度较高。

　　1. 2. 2 负压抽风曝气

　　① 工作模式: 风机通过安装在发酵槽底部的风管向外界抽气，形成内部低气压，车间的空气不断渗入堆体内部形成曝气; 风机抽出的空气挟带大量水汽及其他气体; 易生成大量的富含氨氮的渗滤液。

　　② 主要特点: a． 水汽和有害气体从堆体内部被抽出，直接通过管路分别送往生物滤池系统和水处理设施; b． 有利于车间内部环境质量改善，降低了车间通风量指标，利于通风成本的控制; c． 从堆体内部抽出的气体会产生大量富含氨氮的冷凝水，需要处理后才能排放; d． 风机及材质的选择必须考虑防腐蚀问题; e． 堆体曝气抽取车间内的空气，更适合冬季气候寒冷地区的运行; f． 发酵槽内物料表面温度较低，对无害化不利，必须通过定期翻抛来弥补。

　　2 工艺路线及案例

　　① “整进、整出”+“正压鼓风曝气”工艺该工艺采用装载机或自卸卡车布料，采用装载机出料，定期对发酵槽进行翻抛作业，运行控制得当，可取得较好的工艺质量，车间通风成本较高。冬季运行时，车间内的冷凝水较多，运行管理得当，运行效果较好。但是该工艺自动化程度低，运营人员多，劳动强度较大，车间环境恶劣，劳动风险较大。

　　这种工艺在国内的案例工程最多，如郑州八岗污泥处置厂、秦皇岛绿港污泥处置厂、长春污泥处置工程、上海松江污水处理厂污泥处置工程等。

　　② “整进、整出”+“负压抽风曝气”工艺这种工艺只有企业做过试验，根据试验数据，采用 4 kW 引风机变频连续运行曝气，较 15 kW 的大功率风机间歇式运行的发酵槽，曝气耗电节省近50% ，发酵槽上空检测的有害气体浓度明显低于正压鼓风曝气的发酵槽，引风机抽出的气体内氨气含量较高，易产生高氨氮的冷凝水，发酵效果较好。目前，国内尚无采用本工艺正式工程投运。

　　③ “连续进、出料”+“正压鼓风曝气”工艺采用皮带输送机布料( 或无轴螺旋布料) ，翻抛机出料，自动化程度较好，用人工少，运行工艺质量较好。缺点是: 车间臭气带来的环境较差，冬季运行易产生冷凝水且难以克服。相关案例有唐山西郊污水处理厂二厂污泥好氧发酵工程、唐山丰润污水厂污泥无害化处置工程、沈阳振兴污泥处置有限公司。

　　④ “连续进、出料”+“负压抽风曝气”工艺该工艺采用皮带输送机布料、翻抛机出料，自动化程度高，发酵车间环境质量较好，发酵槽运行质量较好。相关案例工程: 天津张贵庄污泥处置工程，哈尔滨污泥处置工程，均采用 MBT － B 工艺［2］。

　　3 槽式污泥好氧发酵工艺路线比较与选择

　　国内的污泥槽式好氧发酵工程采用“整槽进料、整槽出料”+“正压鼓风曝气”的案例工程最多。

　　笔者认为: 该工艺技术门槛较低，工艺自控系统从最早的“时间 + 温度”［3，4］曝气模式逐步发展到“温度+ 氧气浓度”联合控制的曝气自动控制系统［5，6］，技术进步明显，运行环境得到明显改善，运行管理得当，能够长期稳定运行。但该工艺的缺点也较明显:

　　物料采用车辆转运，在大规模工程中，用车数量多、用人工多、生产协调难度大; 物料转运中洒料和臭气外逸不可避免; 自动化程度低; 劳动强度较大; 发酵车间环境较差，通风除臭成本高，臭气和冬季运行的冷凝水难以解决; 综合运行成本较高。在新建污泥槽式好氧发酵项目中，也可考虑其他工艺路线回避一些工艺难题，以降低运行成本，保持环境友好。

　　3. 1 曝气模式的选择

　　在雨雪天气或冬季的雾霾天气时，采用正压鼓风曝气产生的水蒸气易在车间内形成白雾，能见度非常低，影响作业安全，对采用车辆进料、出料的“整进、整出”工艺的运行影响非常大，遇到这种情况，不得不停止发酵槽曝气，待车间能见度恢复后才能进行生产作业，曝气中断时间过长，发酵槽内处于厌氧状态，并影响工艺质量。而且部分冷凝水又回落到发酵槽内，影响物料的脱水效果，甚至有设在隧道内的发酵槽在冬季运行时期冷凝水像下雨的极端案例。

　　负压和正压的不同曝气方式在污泥好氧发酵过程中起到不同的影响。负压供氧可提供有效的臭气源收集并为下游的生物除臭滤池提供可靠的臭气控制; 减轻对车间及车间内各种结构和设备部件的腐蚀，并将车间整体需要处理的有害腐蚀性气体气量降到最低，实现真正意义上的节能环保; 负压曝气在污泥发酵过程中通过管道气体的检测及各项参数控制，能够精确控制污泥发酵情况，形成污泥的良好发酵。而正压曝气方式则由于原理不同无法实现发酵过程的精确控制。

　　负压抽风曝气工艺只在翻抛作业时，有少量的水汽和臭气逸出，80% 以上的水汽和臭气在曝气时被抽走。正压鼓风曝气在发酵槽上方没有集气罩的前提下，废气收集难度大，车间环境质量差，设备腐蚀快，车间内作业人员的职业病防治需要长期重视。

　　两者相比较而言，采用负压抽风曝气的发酵车间通风除臭成本低，环境质量较好。某工程采用“整进、整出”+“正压鼓风”的工艺路线，设计能力为 300 t/d，曝气鼓风机功率为 726kW，单槽功率为 11 kW; 设 4 台车间除臭风机，单台功率为 132 kW，吨泥装机量为 4． 29 kW。该工程的发酵槽曝气风机采用定频间歇式运行，车间除臭风机设计 4 台同时运行，车间通风量设计规模为 60 ×104m3/ h，不足的风量由门窗补风，维持车间内的微负压状态，确保发酵车间内臭气不外逸。某工程采用“连续进料、连续出料”+“负压抽风曝气”工艺，设计能力为 300 t/d，曝气引风机功率为 225 kW，车间送风机 2 台，单台功率为 37 kW，车间除臭风机 3台( 2 用 1 备) ，单台功率为 55 kW，吨泥装机量为1． 55 kW。该工程的曝气风机采用变频连续运行，车间设计通风量为 120 000 m3/ h。二者相比，两种工艺的工程建设成本和运行成本相差较大，在实际运行中，采用负压抽风曝气的车间内异味很小，而采用正压鼓风曝气工艺，发酵车间内异味很大，车间环境质量相差悬殊。

　　经综合比较，推荐采用“负压抽风”的曝气方式，引风机可采用耐腐蚀的玻璃钢外壳、耐腐蚀不锈钢材质的叶轮。

　　3. 2 发酵槽进料、出料方式的选择

　　“整进、整出”工艺进料采用自卸车或装载机，出料使用装载机，用车较多，用人工多，对翻抛机的要求较低; 且物料转运过程中洒料和臭气外逸难以避免。“连续进、出料”工艺可采用皮带机进料为主、车辆进料为辅，翻抛机出料的方式，自动化程度高，用车辆少，用人工少。但该工艺对翻抛机要求高，在翻抛机上投入较大，其价格远高于装载机和自卸汽车。

　　一个相对简单的系统，用人工虽多，却能保证长期运行的稳定，而一个自动化程度高的系统，可能因为设备维护保养能力跟不上，备件供应周期等因素导致设备维修周期延长，故障率偏高使得整个系统不能稳定、连续运行。

　　在设计处理污泥量规模 ＜300 t/d，工程预算较紧，劳动力成本较低，且拟建项目业主或当地的自动化设备社会维修能力较差的地区，建议选择“整进、整出”的工艺路线。对于设计处理量较大的工程，业主或当地的设备社会配套维修能力较好，工程预算充裕，则可考虑自动化程度较高的“连续进料、连续出料”工艺，以降低用工数量和用车数量。

　　4 结论

　　槽式污泥好氧发酵的“连续进料、连续出料”+“负压抽风曝气”工艺路线优势明显，自动化程度高，环境友好，从根本上回避了其他工艺难以克服的一些问题，在规划建设新的污泥好氧发酵处置工程时建议优先考虑选用。当条件有限时，建议折中考虑选择“整进整出”+“负压抽风曝气”的工艺路线。

　　参考文献:

　　［1］ 李季，彭生平． 堆肥工程实用手册( 第 2 版) ［M］． 北京: 化学工业出版社，2011．

　　［2］ 于鹏，孙伟，朗博． MBT 好氧堆肥工艺在污水污泥处理中的应用［A］． 中国城镇污泥处置技术与应用高级研讨会论文集［C］． 青岛: 中国给水排水杂志社，2011．

　　［3］ 徐红，樊耀波，贾智萍，等． 时间温度联合控制的强制通风污泥堆肥技术［J］． 环境科学，2000，21( 6) : 51 －55．

　　［4］ 朱能武，邓昌彦，熊远着，等． 基于温度 － 时间的好氧堆肥通风控制系统的设计与运行效果［J］． 农业工程学报，2003，19( 4) : 282 －286．

　　［5］ 魏源送，樊耀波，王敏健，等． 堆肥系统的通风控制方式［J］． 环境科学，2000，21( 2) : 101 －104．

　　［6］ 孔建松，郑玉琪，陈同斌． 好氧堆肥过程中的氧气变化及其监测［J］． 生态环境，2003，12( 2) : 232 －236．