1 原理與作用

　　好氧發(fā)酵通常是指高溫好氧發(fā)酵，是通過好氧微生物的生物代謝作用，使污泥中有機(jī)物轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的過程。代謝過程中產(chǎn)生熱量，可使堆料層溫度升高至55℃以上，可有效殺滅病原菌、寄生蟲卵和雜草種籽，并使水分蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)污泥穩(wěn)定化、無害化、減量化。

　　2 應(yīng)用原則

　　污泥好氧發(fā)酵處理工藝既可作為土地利用的前處理手段，又可作為降低污泥含水率，提高污泥熱值的預(yù)處理手段。

　　污泥好氧發(fā)酵廠的選址應(yīng)符合當(dāng)?shù)爻擎?zhèn)建設(shè)總體規(guī)劃和環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的規(guī)定;與周邊人群聚居區(qū)的衛(wèi)生防護(hù)距離應(yīng)符合環(huán)評要求。

　　污泥好氧發(fā)酵工藝使用的填充料可因地制宜，利用當(dāng)?shù)氐膹U料(如秸桿、木屑、鋸末、枯枝等)或發(fā)酵后的熟料，達(dá)到綜合利用和處理的目的。

　　3 好氧發(fā)酵工藝與設(shè)備

　　3.1 一般工藝流程

　　好氧發(fā)酵工藝過程主要由預(yù)處理、進(jìn)料、一次發(fā)酵、二次發(fā)酵、發(fā)酵產(chǎn)物加工及存貯等工序組成，如圖4-4所示。污泥發(fā)酵反應(yīng)系統(tǒng)是整個(gè)工藝的核心。

　　圖 4-4 污泥好氧發(fā)酵工藝流程

　　3.2 好氧發(fā)酵的工藝類型

　　發(fā)酵反應(yīng)系統(tǒng)是污泥好氧發(fā)酵工藝的核心。工藝流程選擇時(shí)，可根據(jù)工藝類型、物料運(yùn)行方式、供氧方式的適用條件，進(jìn)行合理的選擇使用，靈活搭配構(gòu)成各種不同的工藝流程。

　　1) 工藝類型

　　工藝類型分一步發(fā)酵工藝和二步發(fā)酵工藝。一步發(fā)酵優(yōu)點(diǎn)是工藝設(shè)備及操作簡單，省去部分進(jìn)出料設(shè)備，動(dòng)力消耗較少;缺點(diǎn)是發(fā)酵倉造價(jià)略高，水分散發(fā)、發(fā)酵均勻性稍差。二步發(fā)酵工藝優(yōu)點(diǎn)是一次發(fā)酵倉數(shù)少，二次發(fā)酵加強(qiáng)翻堆效應(yīng)，使堆料發(fā)酵更加均勻，水分散發(fā)較好;缺點(diǎn)是額外增加出料和進(jìn)料設(shè)備。

　　2) 物料運(yùn)行方式

　　按物料在發(fā)酵過程中運(yùn)行方式分為靜態(tài)發(fā)酵，動(dòng)態(tài)發(fā)酵，間歇?jiǎng)討B(tài)發(fā)酵。靜態(tài)發(fā)酵設(shè)備簡單、動(dòng)力消耗省。動(dòng)態(tài)發(fā)酵物料不斷翻滾，發(fā)酵均勻，水分蒸發(fā)好，但能耗較大。間歇?jiǎng)討B(tài)發(fā)酵較均勻，動(dòng)力消耗介于靜態(tài)發(fā)酵與動(dòng)態(tài)發(fā)酵之間。

　　3) 發(fā)酵堆體結(jié)構(gòu)形式

　　發(fā)酵堆體結(jié)構(gòu)形式主要分為條垛式和發(fā)酵池式。

　　條垛式堆體高度一般1~2m，寬度一般3~5 m。條垛式設(shè)備簡單，操作方便，建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用低，但堆體高較低，占地面積較大。由于供氧受到一定的限制，發(fā)酵周期較長，堆體表面溫度較低，不易達(dá)到無害化要求，衛(wèi)生條件較差。當(dāng)用地條件寬松、外界環(huán)境要求較低時(shí)，可選用條垛式，此方式也適用于二次發(fā)酵。

　　發(fā)酵池式發(fā)酵倉為長槽形，發(fā)酵池上小下大，側(cè)壁有5°傾角，堆高一般控制在2~3m，設(shè)施價(jià)格便宜，制作簡單，堆料在發(fā)酵池槽中，衛(wèi)生條件好，無害化程度高，二次污染易控制，但占地面積較大。

　　4) 供氧方式

　　供氧方式有自然通風(fēng)、強(qiáng)制通風(fēng)、強(qiáng)制抽風(fēng)、翻堆、強(qiáng)制通風(fēng)加翻堆。

　　自然通風(fēng)能耗低，操作簡單。供氧靠空氣由堆體表面向堆體內(nèi)擴(kuò)散，但供氧速度慢，供氣量小，易造成堆體內(nèi)部缺氧或無氧，發(fā)生厭氧發(fā)酵;另外堆體內(nèi)部產(chǎn)生的熱量難以達(dá)到堆體表面，表層溫度較低，無害化程度較低，發(fā)酵周期較長，表層易滋生蚊蠅類。需氧量較低時(shí)(如二次發(fā)酵)可采用。

　　強(qiáng)制通風(fēng)的風(fēng)量可精確控制，能耗較低，空氣由堆體底部進(jìn)入，由堆體表面散出，表層升溫速度快，無害化程度高好，發(fā)酵產(chǎn)品腐熟度高。但發(fā)酵倉尾氣不易收集。

　　強(qiáng)制抽風(fēng)的風(fēng)量易控制，能耗較低，但堆體表層溫度低，無害化程度差，表層易滋生蠅類。堆體抽出氣體易冷凝成的腐蝕性液體，對抽風(fēng)機(jī)侵蝕較嚴(yán)重。

　　翻堆有利于供氧與物料破碎，但翻堆能耗高，次數(shù)過多增加熱量散發(fā)，堆體溫度達(dá)不到無害化要求。次數(shù)過少，不能保證完全好氧發(fā)酵。一次發(fā)酵翻堆供氧宜與強(qiáng)制供氧聯(lián)合使用。二次發(fā)酵可采用翻堆供氧。

　　強(qiáng)制通風(fēng)加翻堆，通風(fēng)量易控制，有利于供氧、顆粒破碎和水份的蒸發(fā)及堆體發(fā)酵均勻。但投資、運(yùn)行費(fèi)用較高，能耗大。

　　5) 發(fā)酵溫度

　　溫度是影響發(fā)酵過程的關(guān)鍵工藝參數(shù)。高溫可以加快好氧發(fā)酵速率，更有利于殺滅病原體等有害生物，但溫度過高(>70℃)，對嗜高溫微生物也會(huì)產(chǎn)生抑制作用，導(dǎo)致其休眠或死亡，影響好氧發(fā)酵的速度和效果。因此，好氧發(fā)酵過程中要避免堆體溫度過高，以確保嗜高溫微生物菌群的最優(yōu)環(huán)境條件，從而達(dá)到加速發(fā)酵過程，增強(qiáng)殺滅蟲卵、病原菌、寄生蟲、孢子以及雜草籽的功能。

　　頻繁的動(dòng)態(tài)翻拋不利于維持高溫，會(huì)大大延長達(dá)到腐熟和無害化的時(shí)間，增加能耗和運(yùn)行成本。

　　通風(fēng)過程可以補(bǔ)充氧氣，促進(jìn)好氧微生物活動(dòng)和產(chǎn)熱，但與此同時(shí)也會(huì)帶走堆體的熱量，從而降低堆體溫度。

　　3.3 好氧發(fā)酵工藝設(shè)備

　　1)混合—破碎設(shè)備

　　該設(shè)備將脫水污泥與填充料均勻混合后，破碎為粒徑均勻的顆粒物料，以保證發(fā)酵過程中良好的通風(fēng)性能。混合設(shè)備主要為混料機(jī)，其運(yùn)行功率建議選擇40~50m3/h為宜。

　　2)輸送—鋪料設(shè)備

　　經(jīng)過混合后的物料經(jīng)過輸送設(shè)備，送入鋪料機(jī)，并將物料置入相應(yīng)的發(fā)酵倉。一般情況下，輸送設(shè)備與鋪料設(shè)備相聯(lián)接，鋪料設(shè)備將物料均勻鋪入堆體上部，避免堆體壓實(shí)。鋪料機(jī)建議選擇行走速度為4.5~5.0 m/min，可堆高度 1.5~2.0 m 為宜。

　　輸送設(shè)備應(yīng)具有防粘功能，易耗部件應(yīng)易于拆卸和更換。主要輸送設(shè)備包括皮帶機(jī)和料倉。成套化的輸送—鋪料設(shè)備適合應(yīng)用于大中型污泥好氧發(fā)酵工程，宜與自動(dòng)化控制系統(tǒng)相結(jié)合，以保證工藝運(yùn)行的穩(wěn)定性。

　　3)翻拋設(shè)備

　　污泥發(fā)酵過程需通過翻拋設(shè)備輔助完成供氧，調(diào)整堆體結(jié)構(gòu)，均勻溫度。對于中等規(guī)模污泥發(fā)酵廠，采用的翻拋機(jī)工作參數(shù)建議選擇250~300 m3/h，操作寬度不宜超過 5 m，最大翻拋深度為2 m，行走速度在 1.5 m/min。同時(shí)還應(yīng)配備移行車，其功能主要為將翻拋機(jī)運(yùn)送至作業(yè)位置，移行車的行走速率建議選擇4.5~5.0 m/min 為宜。

　　4)出料設(shè)備

　　發(fā)酵過程結(jié)束后，可通過出料設(shè)備，將熟料輸送至倉外，以便進(jìn)一步處置。目前一般采用皮帶機(jī)作為作為出料設(shè)備。皮帶機(jī)一般適用于對工藝自動(dòng)化運(yùn)行要求較高的大中型污泥好氧發(fā)酵工程，小型污泥好氧發(fā)酵可采用鏟車出料或人工出料。

　　5)供氧設(shè)備

　　在污泥好氧發(fā)酵工藝中，應(yīng)用最多的供氧設(shè)備有羅茨風(fēng)機(jī)、高壓離心風(fēng)機(jī)、中低壓風(fēng)機(jī)等。強(qiáng)制供風(fēng)方式中，根據(jù)風(fēng)壓風(fēng)量要求，宜采用羅茨風(fēng)機(jī)為宜，一臺(tái)風(fēng)機(jī)可為多個(gè)發(fā)酵倉供風(fēng)。

　　6)監(jiān)測儀器

　　污泥高溫好氧發(fā)酵工藝運(yùn)行過程中，為保證發(fā)酵充分并避免臭氣污染，應(yīng)進(jìn)行在線監(jiān)測。在線監(jiān)測的主要指標(biāo)是臭氣指標(biāo)(NH3、H2S)和工藝指標(biāo)(溫度、氧氣濃度)。需要配備 NH3、H2S、溫度、氧氣濃度的在線監(jiān)測儀器。儀器材料應(yīng)選擇以耐腐蝕、靈敏度高、操作簡便的金屬類探頭為主。

　　7)自動(dòng)控制操作系統(tǒng)

　　大中型污泥發(fā)酵工程應(yīng)配備自動(dòng)控制操作系統(tǒng)，以便達(dá)到精確控制發(fā)酵參數(shù)，縮短發(fā)酵周期，促進(jìn)污泥發(fā)酵腐熟。該系統(tǒng)包括操作平臺(tái)、自動(dòng)實(shí)時(shí)采集及反饋控制軟件、便攜式設(shè)備等。

　　3.4 新型膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵工藝

　　膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵工藝是一種將微孔功能膜作為脫水污泥好氧發(fā)酵處理覆蓋物的工藝技術(shù)。

　　覆蓋功能膜的堆體在鼓風(fēng)的作用下，在膜內(nèi)形成一個(gè)低壓內(nèi)腔，從而使堆體供氧均勻充分，溫度分布均勻，可以確保發(fā)酵物的衛(wèi)生化水平，保證致病性微生物在發(fā)酵過程中得到有效殺滅，大大減少敞開式堆體工藝由于局部易發(fā)生厭氧而導(dǎo)致的臭氣產(chǎn)生。

　　由于功能膜的微孔特性，覆蓋在發(fā)酵體上，發(fā)酵中的水蒸氣和CO2可以自由排出，而致病性微生物、氣溶膠等被有效隔離。功能膜同時(shí)還具有防雨功能，因此可以在室外建立發(fā)酵堆體。

　　膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵工藝的堆體可采用條垛式、發(fā)酵池式或簡倉式。堆體高度一般1.5~2.5m，寬度一般4~7m。供氧一般采用堆體底部通風(fēng)方式，采用中壓離心風(fēng)機(jī)供風(fēng)。各堆體宜單獨(dú)設(shè)立風(fēng)機(jī)，并根據(jù)堆體的工藝指標(biāo)(溫度、氧氣濃度)對風(fēng)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。由于功能膜的覆蓋作用，風(fēng)機(jī)供氧利用率提高，風(fēng)機(jī)功率較小，能耗低。

　　膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵工藝由預(yù)處理、進(jìn)料、一次發(fā)酵、二次發(fā)酵等工序組成。膜覆蓋高溫好氧發(fā)酵工藝發(fā)酵產(chǎn)品衛(wèi)生化程度高、腐熟均勻。

　　4 好氧發(fā)酵設(shè)計(jì)與運(yùn)行控制

　　4.1 預(yù)處理

　　脫水污泥好氧發(fā)酵前須進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，以調(diào)節(jié)適宜的含水率、碳氮比(C/N)等參數(shù)，并破碎成較小的顆粒。

　　污泥發(fā)酵前，脫水污泥必須與填充料進(jìn)行混合、破碎。混合破碎后物料的顆料直徑應(yīng)≤20mm，含水率為55%~60%，有機(jī)質(zhì)含量≥35%，C/N在20:1~30:1，pH值應(yīng)調(diào)整至6.0~8.0之間。

　　與脫水污泥混合的填充料要求具有含水率低、C/N比值高、具有一定的強(qiáng)度、顆粒分散性好的特點(diǎn)。可利用剪枝、落葉等園林廢棄物和秸桿、木屑、鋸末等有機(jī)廢棄物，或利用已發(fā)酵的熟料作為回填料。

　　4.2發(fā)酵工藝參數(shù)與操作條件

　　1)衛(wèi)生學(xué)要求

　　應(yīng)達(dá)到無害化衛(wèi)生要求，符合現(xiàn)行國家相關(guān)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

　　2)工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

　　供氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：供氧方式有自然通風(fēng)供氧、強(qiáng)制通風(fēng)供氧，翻堆供氧。在工程中三種供氧方式可相互結(jié)合，形成多種供氧方式，但須保證發(fā)酵堆體中始終均勻有氧。一次發(fā)酵堆體氧氣濃度應(yīng)在5%以上。

　　發(fā)酵倉設(shè)計(jì)要求：采用風(fēng)機(jī)強(qiáng)制供氧時(shí)，堆體高度不宜超過3.0 m，當(dāng)污泥物料含水率較高時(shí)，堆體高度不宜超過 2 m。一次發(fā)酵推薦采用發(fā)酵池式發(fā)酵。

　　工藝參數(shù)監(jiān)控：溫度、氧氣、水分、C/N、臭氣是影響好氧發(fā)酵過程的關(guān)鍵工藝參數(shù)。大中型發(fā)酵工程應(yīng)對關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測和調(diào)控，以提高發(fā)酵效率和工藝穩(wěn)定性，達(dá)到更好的臭氣控制和節(jié)能減排效果。對原始污泥和發(fā)酵產(chǎn)品的理化性質(zhì)和衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)也應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行必要的檢測。

　　進(jìn)出料設(shè)計(jì)要求：進(jìn)料應(yīng)均勻鋪料，防止出現(xiàn)堆體物料擠壓;采用布?xì)獍逑到y(tǒng)，可有效避免物料壓實(shí)，造成的通氣不暢。

　　3) 一次發(fā)酵操作條件

　　發(fā)酵堆體中的溫度、氧氣濃度、耗氧速率監(jiān)測間隔應(yīng)以分鐘計(jì)。條件允許時(shí)，建議采用自動(dòng)采集與實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)獲取參數(shù)信息，保證發(fā)酵通風(fēng)風(fēng)量的及時(shí)調(diào)整。一次發(fā)酵堆體氧濃度不低于5%，溫度應(yīng)保持在55℃以上，持續(xù)時(shí)間不少于6d，總發(fā)酵時(shí)間不少于7d。一次發(fā)酵結(jié)束時(shí)，發(fā)酵污泥須滿足表4-2中的相關(guān)指標(biāo)。

　　4.3二次發(fā)酵工藝參數(shù)與操作條件

　　二次發(fā)酵堆體溫度建議不高于45℃，二次發(fā)酵周期一般在30~50d。二次發(fā)酵推薦采用條垛式發(fā)酵。二次發(fā)酵結(jié)束時(shí)，發(fā)酵污泥須滿足表4-3 中的相關(guān)指標(biāo)。

　　5 二次污染控制要求

　　1)作業(yè)環(huán)境要求

　　作業(yè)區(qū)的監(jiān)測項(xiàng)目應(yīng)包括噪聲、粉塵、惡臭氣體(H2S、NH3等)、細(xì)菌總數(shù)(空氣);廠內(nèi)外環(huán)境的監(jiān)測項(xiàng)目應(yīng)包括大氣中單項(xiàng)指標(biāo)(CO2、CO、NOx、飄塵、總懸浮顆粒物)、地面水水質(zhì)、噪聲、蠅類密度和臭級。污泥不宜在廠內(nèi)外場地上裸卸，場地上散落污泥必須每日清掃;發(fā)酵車間構(gòu)筑物應(yīng)具有防雨、隔音、防腐功能;應(yīng)配置換氣裝置和排水設(shè)施;廠內(nèi)應(yīng)采取滅蠅措施;在發(fā)酵過程中應(yīng)保證全過程好氧，減少臭氣產(chǎn)生;發(fā)酵廠宜全封閉運(yùn)行，發(fā)酵車間內(nèi)需保持微負(fù)壓，并設(shè)計(jì)良好的通風(fēng)條件。惡臭污染物控制建議采用生物除臭法。惡臭氣體(H2S、NH3 等)的允許濃度，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GBZ1、《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》GBZ2 和《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB14554的規(guī)定。

　　2)脫水污泥和發(fā)酵產(chǎn)物的儲(chǔ)存和輸送要求

　　應(yīng)避免脫水污泥的長時(shí)間儲(chǔ)存，脫水污泥儲(chǔ)存時(shí)間不宜超過12h;脫水污泥的輸送應(yīng)有良好的銜接，避免污泥散落，盡可能減少臭氣污染的發(fā)生;應(yīng)設(shè)置污泥發(fā)酵產(chǎn)物倉庫，倉庫容量應(yīng)按能存儲(chǔ)30d 以上污泥發(fā)酵產(chǎn)品來設(shè)置。

　　6 高溫好氧發(fā)酵工藝的成本評價(jià)與分析

　　根據(jù)機(jī)械化和自動(dòng)化水平、工程規(guī)模的不同，投資成本可按25~45萬元/t污泥(含水率80%)·d進(jìn)行估算(不含征地費(fèi))。

　　考慮人工、能耗、調(diào)理劑、藥劑、設(shè)備折舊、維修等因素，運(yùn)行成本大致為120~160元/t污泥(含水率80%)。

　　根據(jù)處理規(guī)模的不同，發(fā)酵裝置的型式、機(jī)械化程度的不同，處理工藝所需的土地面積也不同，一般占地面積可按150~200m2/t污泥(80%含水率)進(jìn)行估算。