ENS污泥堆肥工艺及应用实践

书书书ＥＮＳ污泥堆肥工艺及应用实践张　健，　赵　媛，　吴　溶，　李　力，　章　菁（万若＜北京＞环境工程技术有限公司，北京１０００８３）　　摘　要：　通过分析污泥堆肥的原理及特殊性，提出污泥堆肥的工艺理念。介绍了ＥＮＳ污泥堆肥工艺及其应用。ＥＮＳ堆肥工艺主要包括污泥微观混合预调理、静态条堆、柔和通风、氧温在线监测及通风抽风的智能化控制。其在污泥堆肥工程中的应用效果表明，该工艺具有作业灵活简单、发酵周期短、脱水快、能耗低、臭气源头控制等特点。　　关键词：　污泥堆肥；　ＥＮＳ工艺；　柔和通风；　氧温在线监测；　生物干化中图分类号：Ｘ７０５　　文献标识码：Ｂ　　文章编号：１０００－４６０２（２０１１）０６ＥＮＳＳｌｕｄｇｅＣｏｍｐｏｓｔｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＺＨＡＮＧＪｉａｎ，　ＺＨＡＯＹｕａｎ，　ＷＵＲｏｎｇ，　ＬＩＬｉ，　ＺＨＡＮＧＪｉｎｇ（ＥｎｖｉｒｏＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｃｅｐｔｏｆｓｌｕｄｇｅｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｐａｒｔｉｃｕｌａｒｉｔｙｏｆｓｌｕｄｇｅｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ．ＴｈｅＥＮＳｓｌｕｄｇｅｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ＴｈｅＥＮＳｓｌｕｄｇｅｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｎｃｌｕｄｅｓｓｌｕｄｇｅｍｉｃｒｏｍｉｘｉｎｇａｎｄｐｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ，ｓｔａｔｉｃｈｅａｐｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ，ｇｅｎｔｌｅｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ，ｏｎｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｏｘｙｇｅｎａｎｄａｄｖａｎｃｅｄｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｈａｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｉｍｐｌｅａｎｄｆｌｅｘｉｂｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｓｈｏｒｔｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｐｅｒｉｏｄ，ｒａｐｉｄｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ，ｌｏｗｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｏｄｏｒｓｏｕｒｃｅｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｓｏｏｎ．　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　ｓｌｕｄｇｅｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ；　ＥＮＳｐｒｏｃｅｓｓ；　ｇｅｎｔｌｅｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ；　ｏｎｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｏｘｙｇｅｎ；　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｄｒｙｉｎｇ　　基金项目：“十二五”科技支撑计划项目（２００６ＢＡＪ０４Ａ０６－０３）　　堆肥工艺是较常用的一种污泥处理方法，在反应工程研究基础上根据我国的具体应用条件经过研发、优化形成ＥＮＳ污泥堆肥工艺［１，２］。其主要包括物料预混合调理，独特的条堆形式，“柔和”的通风、布风方法，生物干化加速控制，臭味源头控制，氧气－温度在线检测与控制，通风与抽风的优化控制。为此，介绍了该工艺的技术理念、工艺特点以及应用效果，以供参考。１　污泥堆肥特征污泥的粘稠性、致密性、触变性和高含水率等特点导致污泥堆肥与常规垃圾堆肥相比在工艺上需要更特别的考虑和设计，主要表现在以下几个方面：①　对污泥好氧堆肥系统的理解堆肥是好氧生化氧化的过程，要求物料系统具有适宜的含水率及透气性等。而污泥含水量大、致密、粘稠、触变、透气性差等特点，使其并不适合直接进行好氧发酵。污泥堆肥虽然被视作好氧发酵，但是由于污泥本身的特性及反应系统高度的非均相性，氧气向物料内部的传输速度远低于被搅拌的污水反应器里的·１·第２７卷　第６期２０１１年３月　　　　　　　　　　　　中国给水排水ＣＨＩＮＡＷＡＴＥＲ＆ＷＡＳＴＥＷＡＴＥＲ　　　　　　　　　　　　　Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．６Ｍａｒ．２０１１氧气传输速度。由于氧气传质速度低，除了与气相接触的污泥表面，大部分物料会处于缺氧和厌氧状态并伴随有水解过程。物料表层的好氧过程产生热量，通过热传递加速厌氧区的水解过程。水解过程的产物随着表层有机物的好氧降解逐渐进入好氧区。在翻抛或者过量通风时，水解半产物或好氧中间产物（如氨氮）被吹脱，导致气味物质释放。除此之外，气相的气味物质在堆肥堆中同样会经历再吸附的过程，被吸附的气味物质也可以再被进一步生化氧化。②　预调理———创造适于高温好氧发酵的物料原始脱水污泥并不适合直接好氧发酵，通过污泥与调理剂及回流污泥的混合可改善污泥含水率高和透气性差的弊端。该过程不仅在于均匀配料，更重要的是实现物料的微观混合预调理，使其成为疏松、有结构、透气性良好的适宜于生化氧化的物料体系。③　合理布料———避免物料自压实辅料常常是污泥堆肥中运行费用的重要组成部分，应在满足堆肥条件的前提下，尽量减少辅料的使用。合理的堆高及优化的堆体高长宽比例可以避免堆垛过高时由自重引起的低层物料自压实现象，从而影响整个物料体系的疏松和透气性。敞开式梯形条堆可以减轻上层物料对底层物料的横向挤压作用，提高整个堆体的透气性，增加水蒸气的扩散面积并减小通风阻力，利于通风的均匀扩散。④　优化的通风布风及氧温控制供氧是堆肥过程中重要的影响因素之一。在考虑供氧问题上，并不是通风量越大越好，而是在于向系统提供的氧总量是否充分。一方面避免由于供氧不足使污泥处理时间过长，产生臭气；另一方面要避免由于过量通风，导致污泥堆体温度下降，反应速度降低，过多地带出半产物（臭气的来源），同时导致过高的能耗和运行费用。所以，污泥堆肥工程的重要任务是始终维持空隙中有足够的氧量，但不过量通风。堆肥中氧气含量和温度以及通风量是彼此影响和对应的三个参数［３］，在生化反应速率一定的情况下，增大通风量可以提高氧气含量，但同时会造成物料温度的下降及物料表面物质吹脱速率的增加。而较小的通风量又会导致系统缺氧，虽然温度在短时间内不会出现敏感性的降低，但厌氧状况将产生大量气味物质，在后续的通风或者翻抛过程中最终造成大量气味物质的排放。２　ＥＮＳ污泥堆肥工艺参数及效果２１　基本工艺流程ＥＮＳ污泥堆肥工艺流程见图１。!#$%$&’()*+,-./0123456789&:;=678+?@ABC78DE图１　ＥＮＳ污泥堆肥工艺流程Ｆｉｇ．１　ＦｌｏｗｃｈａｒｔｏｆＥＮＳｓｌｕｄｇｅｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ污水厂的污泥与辅料（辅料可以选用锯屑、花生壳、蘑菇渣、粉煤灰、粉碎的秸秆棉杆或垃圾、园林垃圾等）及回流污泥经微观混合后被送入堆肥车间，然后进行条堆布料，每个条堆对应插入ＥＮＳ氧温集成探枪。开启通风系统，物料进入静态发酵过程。整个堆肥过程无需翻抛。考虑新鲜湿泥、辅料、回流污泥的进料，最大化地实现系统的机械化。物料预调理系统主要有不同物料的计量装置、混料机、出料传送设备（或通过装载车运至发酵间）。堆肥过程智能化控制系统ＥＮＳＣｏｍｐｏｓｔｅｒ利用氧温探枪对整个过程中的氧气含量及温度变化进行实时监测，并通过堆体氧气浓度和温度信号联合控制通风系统。通风时堆肥堆体中释放的含有水蒸气和较高浓度ＣＯ２的气体，通过抽风系统集中收集并进行处理。抽风系统与通风系统联锁控制，将抽气量降至较低水平。２２　工艺特点及处理单元工艺参数①　物料预调理采用铧犁式机械驱动流化床对新鲜污泥、回流污泥及辅料进行混料处理。其特殊曲面的铧犁斜着将污泥物料抛起、撕碎，在增大比表面积的同时避免了搅拌元件对污泥的直接拍打作用。在被抛起和疏松的状态下污泥与辅料、熟料接触，实现微观混合。整个混料过程停留时间为１～３ｍｉｎ，电耗为１～３ｋＷ·ｈ／ｔ污泥。②　堆料形式及设计参数·２·第２７卷　第６期　　　　　　　　　　　　　　中国给水排水　　　　　　　　　　　　ｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｍ为了提高堆料容积率，实现均匀供氧，ＥＮＳ堆肥工艺选用独特的条堆堆料形式。堆料采用梯形条状，堆垛高度为１．４～１．８ｍ，底边宽为３～５ｍ，长度根据处理量而定。条堆堆料的单个堆料体积与仓式或槽式相比，由于梯形堆料断面而损失小部分利用容积（见图２）。但因其不需要建筑墙体及车间承重建筑结构周面的空当，所以堆肥车间的面积利用率可以更高，条堆堆料能力并不低于仓式或槽式堆料形式。条堆形式作业较简单，消除了布料出料的作业死角，还弱化了因自压实现象导致的堆料内通风困难的问题。此外，堆体具有更大的水蒸气蒸发面积，利于生物干化的进行。!#$%&’$图２　条堆、槽式一次布料后的截面示意Ｆｉｇ．２　Ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｈｅａｐｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇａｎｄｔｒｅｎｃｈｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ③　通风设计与常规堆肥不同的是，本工艺采用独特的“柔和”通风理念，不追求大的布风截面积，而是抓住均匀布气的关键，通过风量、风速、阻力的优化以及通风方式和通风量的优化，使气体均匀分布于堆体的各个角落。条堆采用小功率风机一对一的设计，控制更加灵活可靠。风机出风口与通风管相连，每个条堆下铺有１～２根通风管，通风管上设有多个特制风嘴。风管结构简单，系统无效压损小，无需控制阀门。《城市生活垃圾堆肥处理厂技术评价指标》中静态堆肥的通风量规定为０．０５～０．２ｍ３／（ｍｉｎ·ｍ３）。本工艺通风设计参数为０．０５ｍ３／（ｍｉｎ·ｍ３）。由于采用氧气浓度与通风系统的联锁控制，保证了堆体满足好氧生化反应对氧气的需求。同时小风量的设计（柔和通风理念）一方面降低了系统能耗，另一方面也避免了堆体内过高的风速以及风速分布不均的现象，减少了气味物质的吹脱。其通风电耗＜８ｋＷ·ｈ／ｔ污泥。④　实时的氧温监测及智能化控制ＥＮＳ堆肥工艺选用特制的氧温集成探枪，实时在线检测堆肥堆体中的工况。通过堆体的氧气浓度和温度信号联合控制通风系统，通风系统的启停由中控系统根据接收的氧气浓度和温度信号自动进行优化计算，从而保证堆体的含氧量和温度一直处于最适宜的状态，促进生化反应及水分蒸发。智能化控制利用氧、温度、风量的对应关系，根据生物活性及好氧速率最大程度地利用生物热，实现快速脱水，有效缩短发酵周期。⑤　气味物质的源头控制气味物质来自厌氧过程（如典型的气味物质Ｈ２Ｓ）或者好氧过程中的半反应产物（如典型的气味物质ＮＨ３）。ＥＮＳ堆肥工艺中减少气味物质的产生和源头气味物质的控制主要体现在两个方面：ａ．物料空隙中始终存在足够的氧气量，使厌氧产物在有可能被吹脱之前处于好氧环境并被氧化；ｂ．在保证物料空隙中存在足够氧气的前提下，将通风量降至最小，提高生物热的利用率来增加堆肥温度（加速反应）。在较小的风量和风速下可以利用堆体本身的生物过滤作用，强化被吹脱的物质在脱离堆体时与物料的接触和被吸附的机会。２３　应用效果青岛即墨污泥堆肥示范项目及北京庞各庄污泥堆肥工艺升级改造项目均采用了ＥＮＳ工艺。实际应用结果显示，污泥预调理可以显著改善后续污泥的堆肥效果。以北京庞各庄污泥处置厂的污泥为试验对象，考察了污泥不同预调理方式（常规混料方式及ＥＮＳ工艺中的混料方式）后的堆肥效果。试验过程中向ＥＳＮ工艺新鲜污泥中添加质量比为１１．５％的蘑菇渣（其含水率约３０％）及３０％的返混料（含水率约３０％），常规混料方式则采用铲车配料、翻抛机混料的方法。堆肥过程中监测的氧气含量数据表明，采用ＥＮＳ工艺的混合物料在堆肥开始后２４ｈ内氧气含量即可达到设置的水平（含氧饱和度＞８０％，且保持恒定）。而常规混料处理的物料，虽然处于同样的供氧工况，但物料并不利于氧气的扩散，堆体内前８天都处于厌氧状态（尽管第５天进行了翻抛，但含氧饱和度一直稳定且低于１０％），大大影响了其堆肥效率。３　庞各庄污泥处置厂升级改造案例分析庞各庄污泥处置厂原采用机械翻抛堆肥工艺，在工业试验验证的基础上选用ＥＮＳ堆肥工艺进行·３·ｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｍ张　健，等：ＥＮＳ污泥堆肥工艺及应用实践第２７卷　第６期了升级改造。通过改造地面，以较小的土方工程完成了强制通风布风系统的安装。其改造后共布置４８个条堆，条堆长度约４０ｍ，每个条堆配备１台风机，风机安装功率为４ｋＷ。堆肥条堆截