污泥智能多段回转高温好氧发酵技术应用案例

污泥智能多段回转高温好氧发酵技术应用案例吕树梅【摘要】污泥智能多段回转高温好氧发酵技术是在传统堆肥技术的基础上,将有机物与污泥按照一定比例搅拌混合后,在封闭设备内经强制通风供氧进行好氧发酵.该技术研制出的多段回转发酵舱可满足不同微生物的生长需求;舱体从进料口向出料口设置一定的倾角,物料从进口进入后做螺旋式回转运动,具有发酵周期短、发酵完全、无臭味、节省土地资源等优点.文中以内蒙古自治区赤峰市阿鲁科尔沁旗天山镇污水处理厂日处理污泥20t项目为例,应用智能多段回转高温好氧发酵技术,从物料储存、计量、输送、混合、发酵、筛分等环节进行全程监控,实现全自动化控制.成品污泥含水率为30％,虫卵死亡率＞95％,有机物含量达到69％,污泥处理取得了良好的效果.【期刊名称】《净水技术》【年(卷),期】2019(038)008【总页数】7页(P99-105)【关键词】污泥;污泥处理;污泥智能多段回转高温好氧发酵技术;多段回转发酵舱【作者】吕树梅【作者单位】上海万唐工程技术有限公司,上海201100【正文语种】中文【中图分类】TU992.3污泥的来源主要分为自来水厂污泥、污水处理厂污泥、河道疏浚污泥及排水系统污泥和泵站系统污泥渣等[1]。

根据前瞻产业研究院发布的《中国污泥处理处置深度调研与投资战略规划分析报告》统计数据显示，预计2019年我国污泥产生量将达到6 325万t，2020年我国污泥产生量将超过7 000万t，2021年我国污泥产生量将突破8 000万t。

污泥的处置已成为城市建设的必要基础。

目前，我国污泥处置方式有填埋、堆肥、干化、焚烧等，占比分别为65%、15%、6%、3%[2]。

可以看出，污泥处理方式以填埋为主，大量污泥未得到无害化处理，直接造成“二次污染”，对生态环境产生了严重威胁。

污水处理厂处置能力不足，处置手段落后，实际无害化处理的污泥不到60%，有近50%的污泥没能得到无害化处理[2]。

“十三五”规划也提出，大力推进污泥稳定化、无害化、资源化处理处置，地级及以上城市污泥无害化处理处置率达到90%，京津冀区域达到95%[3]。

由此可见，污泥处理处置的发展方向应根据污泥性质因地制宜，向资源化、变废为宝的方向发展，最终达到污泥减量化、无害化、稳定化、资源化的目的。

目前，采用的污泥高温好氧发酵技术主要有污泥高温槽式好氧发酵技术、污泥智能多段回转高温好氧发酵技术等。

污泥高温槽式好氧发酵技术分为一次、二次发酵，将污泥等原料与秸秆等辅料充分混合调质，按照堆肥要求，合理调整物料C/N、孔隙度、水分含量，再将混合物料堆放在堆肥车间里的发酵槽内进行好氧发酵。

通过静态堆肥再辅助槽式翻抛机翻搅和槽底管路通风充氧曝气，一般堆肥20～30 d可腐熟，达到无害化要求，最后将发酵槽内的物料运至陈化区二次发酵，剩余有机物进一步进行分解、腐熟、干燥、稳定处理。

该技术适用于对气味要求不高、用地不受限制的污水处理厂；曝气和通风系统通常采用大功率风机，电耗高、噪音大；布气系统固定于堆体下部，检修和拆卸困难；车间内操作环境差，各种气体、臭味、粉尘弥散在车间内；发酵周期较长，且发酵不充分。

1 “污泥智能多段回转高温好氧发酵技术”的原理及特点污泥智能回转高温好氧发酵设备的好氧发酵过程按照温度分为3个区：升温区、高温度、脱水干化区(降温区)。

设备的运动方式依据石灰回转窑的工作机理，沿舱体中心做旋转运动，物料在内部边前行边进行上下翻动，故名多段回转发酵舱。

1.1 工作原理好氧堆肥是在通风条件下，使有机废弃物在微生物的作用下发生降解，同时使有机物向稳定的腐殖质方向转化的过程[4]。

传统堆肥是在人工干预下，将一定水分、C/N的混合物料，在自然通风条件下通过微生物有氧发酵作用，自然腐熟陈化的过程，发酵周期约30 d以上。

污泥智能回转高温好氧发酵技术是在传统堆肥技术的基础上，将有机物如秸秆、稻壳、花生壳、树叶、木屑、蘑菇渣等辅料作为调理剂，与污泥按一定比例搅拌混合后，在封闭设备内经强制通风供氧进行好氧发酵，空气迅速贯穿于混合物料颗粒之间以及颗粒内部，及时补充好氧微生物所必需的氧气，实现快速升温，且发酵温度维持在50～65 ℃高温阶段可达3 d以上，从产品进料到成品出料，整个发酵周期持续时间为10 d左右。

设备转动带动内部物料上下翻动，全程无死角，设备内部设置一定数量的挡板，带动物料在内部做扬起、跌落动作，对局部物料进行强化混合，并向出料口方向做径向运动，确保物料与空气充分接触，大大降低了供氧风机的供气量，减少了能耗。

过程中，嗜热真菌、细菌、放线菌等多种耐高温微生物在氧分子存在下将有机物氧化分解，同时释放大量的能量，杀灭物料中的病原体、病毒及杂草种子等，高温还利于水分蒸发，降低污泥的含水率，使得污泥得到稳定化、无害化、减量化[5]。

反应最终代谢产物为CO2、H2O、 NH3和能量。

该技术可采用连续或半连续进、出料的运行方式。

控制新鲜污泥含水率在75%～80%，控制新鲜辅料的含水率在10%～15%，最大化地降低辅料用量。

将新鲜污泥与新鲜辅料按照质量比(4～6)∶1混合搅拌均匀，混合物料含水率控制在55%～65%。

经过好氧发酵后，产品质量的理化指标如下：最终含水率<40%、粪大肠杆菌值>0.01、蠕虫卵死亡率>95%、产品种子发芽率>80%，可用于绿化及非农用土壤改良的基质土，也可用于土地填埋等。

另外，高温好氧发酵处理可有效钝化污泥中的重金属，降低重金属污染的风险[6]。

在污泥好氧发酵的过程中，发酵舱堆体内部会有大量的水蒸气及其他挥发性有机物等释放出来,主要成分为NH3、CO2和H2O等。

废气通过负压抽吸作用排至尾气吸收装置，利用气体与液体间的对流接触，可将气体中的污染物传送到液体中，然后再将清洁气体与被污染的液体分离，达到清净空气的目的。

若污染物浓度过高，可向洗涤塔中添加部分稀盐酸溶液等化学药剂进行强化处理。

洗涤塔出气管路接至排风风机，将符合排放要求的气体通过烟囱排放至大气。

洗涤塔底部的废液约半个月更换一次，废液排至厂区污水系统的前端回收利用。

1.2 主要特色符合国家对污泥处理资源化的政策方针；发酵过程为一次性，发酵周期比污泥高温槽式好氧发酵缩短一半以上，工作效率高，节省土地资源；仅发酵舱设备的进料端及出料端两个部位设置厂房，设备中部可露天布置，节省土建投资；设备为封闭式管理，负压抽吸排气，全程无臭味散发，对环境几乎无影响；发酵过程实时处于动态控制和动态监控，可实现全自动化管理，更适合现代化工业；发酵过程不仅可以降低水分，还可以杀灭细菌等，一举两得，成品可以直接资源化利用。

2 工艺参数污泥智能多段回转高温好氧发酵技术主要通过人工控制和驯化微生物，创造符合嗜热真菌、细菌、放线菌等多种耐高温微生物的生存环境，控制发酵时间、发酵温度，再通过控制物料在设备内部的行走速度、供氧效果等，将污泥与调理剂混合而成的物料进行好氧分解，最终达到减量、降低含水率、稳定泥质性能的目的。

过程中，C/N、含水率、粒径、通风量、pH、原料配比、温度、翻堆是重点控制因素。

2.1 C/N沈烈英等[7]认为，污泥中有机质的含量高低决定了好氧堆肥过程中微生物的代谢速率。

通常情况下，微生物每消耗25 g有机碳，需要吸收1 g氮素。

C/N过高，微生物生长繁殖氮素来源受限，微生物繁殖速度低，有机物分解慢，发酵时间长；C/N过低，微生物繁殖所需的能量来源受限，发酵温度上升缓慢，氮以氨气的形式释放，散发难闻的气味。

C/N的大小，直接影响有机物的分解速度[8]。

将C/N 约为10～30的城市市政污泥与C/N约为40～60的秸秆等有机物混合调整，控制符合微生物分解有机物较适宜的C/N在25～30。

发酵是一个C/N逐渐下降并趋于稳定的过程。

智能多段回转高温好氧发酵技术控制发酵成品的C/N在15左右，可以通过测量此指标来验证发酵是否完全。

2.2 含水率堆肥过程需要均衡各种因素，其中一种有效方法是维持适当的水分需求[9]。

水分过低，微生物活动受限制，发酵速度降低[10]；水分太多，会堵塞物料内部的孔隙，降低通透性，易发生厌氧，产生臭气，发酵速度降低。

实际工程还要考虑地域及季节性因素，南方空气湿度大，蒸发量小，物料水分相对北方调低一些；雨季应适当调低物料含水率，旱季应适当调高；低温季节适当调低，高温季节适当调高；陈料返料的含水率适当调低，新鲜料的含水率适当调高；低C/N适当调低，高C/N适当调高。

污泥智能多段回转高温好氧发酵技术控制混合物料的含水量在55%～65%，以保证足够孔隙率和生物稳定性，达到提高发酵速度的目的。

2.3 粒径发酵物料的分解主要发生在调理剂颗粒的表面或接近颗粒表面的地方，调理剂颗粒比表面积发酵速度快，推荐采用小粒径的调理剂颗粒，粒径一般控制在10～50 mm，污泥智能多段回转高温好氧发酵技术控制最佳粒径在10 mm左右。

太长不仅发酵不完全，在输送过程中还会缠绕螺旋输送机，导致阻塞。

粒径过小会导致混料固相基质呈饱和状态，颗粒间的自用通气孔隙变小甚至消失，反而不利于发酵。

文中的调理剂还起到调整结构和通气的作用。

2.4 通风率孟潇等[10]认为，通风供氧是好氧堆肥一个重要环节，对反应速度和堆肥效率均有很大的影响。

通风的目的主要是供氧、除湿、降温。

通透性良好表明供氧状况良好，进而说明发酵温度在可控范围内，几乎不产生臭味。

动态好氧发酵技术采用强制曝气方式，并通过发酵设备的运转对混料进行翻动，不仅可以提供微生物分解需要的足够氧气，还可以使内部多余的热量和水分逐渐散失，通过排气系统带出设备，保证成品含水率控制在40%以下。

槽式好氧发酵等通风率为0.1～0.5 m3/(min·m3)，污泥智能多段回转高温好氧发酵技术多采用间歇方式，一般是上下午各2次，每次30 min，控制通风率通常为0.05～0.2 m3/(min·m3)设计，工程上市政污泥+木屑(刨花)通风速率可采用0.1 m3/(min·m3)设计。

当易分解有机物(如秸秆、草、木屑等)含量越高且C/N越高时，所需要的通风率就越高；炎热的夏季，微生物增殖速度快，需要的通风率应提高；寒冷的冬季，微生物增殖速率变慢，为了防止热量散失，应适当调低通风率；为了散除热量和水分，干化阶段的通风率应比升温阶段、高温阶段的通风率高一些。

2.5 pH细菌、放线菌最适合的生长条件为中性或微碱性，而嗜热真菌嗜酸性。

细菌和真菌消化有机物时会释放有机酸，有机酸在发酵初期累积过多会导致pH下降，有利于真菌的生长及木质素和纤维素的降解。

随着有机酸进一步被降解，pH逐渐升高，细菌和放线菌的繁殖会逐渐加快。

常见的市政污泥、秸秆、树叶等的pH值为5.5～9.0，不需要特殊处理。

如果偏离适宜的pH过多，需要进行pH调节。