污泥高温堆肥示范工程设计方案Word格式.docx
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0.34
0.070
羊厩肥
31.8
0.84
1.100
除堆肥而外,污水污泥经干燥焚烧后,可利用热值,可发电,还可作为建筑材料而派上用场,因此,城市污水污泥的处理处置与资源化的相结合,必将成为城市污水污泥最佳的最终出路。
二、污泥堆肥技术发展动态:
污泥处理处置方法有土地利用(用于农林业)、填埋、焚烧和海洋弃置。
据美国环保署估计,美国15300个城市污水处理厂中,年产干固体污泥769万吨,45%的污泥用于农林业,21%进行填埋,30%用于投弃海洋。
焚烧法由于能耗高,所以只占3%。
原西德年产干污泥约200万吨,农田利用占32%,填埋占59%,焚烧占8%。
日本55%的污泥进行焚烧,35%的污泥进行填埋,约9%的污泥进行农田利用。
污泥排海处置,由于对海洋越来越高的要求,许多国家已停止使用。
污泥焚烧以日本、德国,奥地利等国占比例高,一般大型污水厂污泥通过焚烧无害化,产生的热能可回收利用,污泥减容减量化程度很高,但焚烧投资巨大,操作管理复杂,能耗和运行费均很高,近期内我国还不能全面推广采用。
据报导,日本拟研究污泥焚烧后残渣溶铸成块石堆砌的处置方法。
总之,在大多数国家中,土地利用和填埋仍是污泥处置的主要途径,而随着可填埋范围的日益减少,土地利用将是一个主要的发展方向。
我国是一个发展中的国家,又是一个农业大国,城市污水污泥的土地利用应是一项重要的途径。
污泥高温堆肥技术,目前世界各国采用的方法有:
自然堆肥法,园柱形分格封闭堆肥法,滚筒堆肥法,竖立式多层反应堆肥法以及条形静态通风等堆肥工艺,这些方法都在不断发展和完善。
美国八十年代初开发了比较完善的贝尔茨维尔好氧堆肥法,主要利用堆底穿孔管通入空气,防止臭气扩散,比较安全卫生。
美国、德国、荷兰等发达国家大多由污水厂出资,国家政府资助交专业公司承包产业化经营,堆肥产品作为商品出售。
日本最大的堆肥厂在北海道的札幌市,堆肥仓和生产线及袋装产品很具规模,而且机械化、自动化程度很高。
污泥连续发酵工艺利用回转仓完成中温、高温发酵过程,高效、防臭成品质量高,在美国、日本、欧洲广为采用。
例如:
丹诺(DANO)发酵器,是一种古老而现代的好氧发酵设备,丹麦DANO公司的发酵器转筒直径3.5m,长度36m,德国Reinsta1公司的发酵器,直径3.75m,长度40m,还有直径长达4~5m,长度60m以上的,如KM一102A型、KM一101型等。
丹诺发酵仓污泥腐熟周期能达到3个昼夜以内。
我国近年北京、天津、唐山、太原、深圳、大连、石家庄等城市进行污泥高温堆肥或干燥制肥,取得工艺技术方面的初步成果,但仍停留在试验阶段,开发研制系统装备还在探索,开辟污泥处理处置新途径、新设备,合理利用污泥资源使之工程化、系列化、产业化,仍有十分重要的意义。
天津市从国家“七·
五”开始,在污泥处理处置工艺技术的研究方面做了大量的工作,取得了不少有效的科研成果:
1、“城市污水处理厂污泥与城市垃圾混合堆肥技术的研究”“七·
五”国家科技攻课题
编号:
75一59一03一04一02
2、“城市污泥处理技术开发的研究”
天津市建委科技项目
91一17
3、“下水道通挖污泥堆肥试验研究”
天津市建委科研项目
4、“城市污泥堆肥及园林绿地应用技术的研究”
天津市科委重大课题
9100332010
5、“污泥高温堆肥技术的研究”“八·
五”国家科技攻关课题
85一908一03一06一02
科研课题通过调研、小试、中试、生产性试验及净化效果、农田、园林、绿地应用的研究,得出如下结论意见:
不论是消化后污泥还是原污泥,经有效脱水再经有效的自然风干处理后,在一定的工艺条件下,不加任何膨胀剂、调理剂以干燥的污泥进行调节,直接堆肥是完全可行的。
本课题研究成功地突破了污泥不经调节,纯污泥直接进行高温堆肥和初始污泥含水率提高两大技术关键,通过技术、经济对比,为我国城市污水处理厂污泥处理与处置提出一条新途径。
通过对污泥堆肥产品的肥份分析及毒性有机降解效果分析,证实了其具有良好的经济价值和广阔的应用前景,为今后污泥堆肥产品的广泛应用提供了科学的依据。
通过试验研究提出污泥高温堆肥技术指标如下:
工艺参数:
堆肥物料初始含水率:
50~60%
供气量:
12~25m3/h·
m3
堆肥最高温度:
60~65oC
一次发酵周期:
15~20天
二次发酵周期:
20~30天
堆肥产品的技术指标:
表观呈灰褐色、松散无臭味。
卫生学指标:
蛔虫卵杀死率:
>95%
大肠菌值:
>10-2
肥料肥分指标:
含水率:
40%左右
有机份:
45~55%
总氮:
2.5~4.5%
总磷:
1.0~0.4%
总钾:
0.3~0.4%
“八·
五”国家科技攻关子专题,1995年,通过建设部科技发展司组织的鉴定和验收,该子项研究汇同其它子项研究所构成的85一908一03一06专题研究的整体水平达到国际先进水平。
可以说,污泥堆肥作为土壤改良剂,可生产出有机复合肥,对土壤理化性状有显著改善,保水性较强。
经农田、园林绿地应用表明:
污泥堆肥是一种无臭、轻质、肥份足的卫生肥料,不但对小麦等农作物有增产效果,而且施用于草坪、花灌木和乔木也能提高其观赏价值。
三、示范工程方案设计
1.生产规模:
年产堆肥产品1000吨(散装)
2.技术指标:
粪大肠肝菌值:
<
10-2
臭强度:
零级
营养成分:
有机质:
>30%
>2%
>1%
>6‰
pH值:
<
8.5
堆肥产品含水率:
40%
3.工艺流程方框图及示意图(见附页):
4.占地:
约5000m2
5.主要构筑物:
污泥凉晒场
干污泥堆肥场
静态发酵仓
除臭床
产品储仓
6.主要设备、仪器
通风机:
8台
皮带运输机:
2台
混合设备:
翻垛机:
3台
测温仪:
1台
测氧仪:
产品包装机:
7.投资:
100万元(未含征地费)
土建费:
60万元
设备仪器费:
40万元
污泥好氧堆肥的工程实践
前言
污水厂污泥因其独特的物性和特性一直较难处理,因此,污水厂通常将污泥浓缩脱水后直接外运填埋,以节省厂内运行费用。
这一现象随着《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的实施将被改变,该标准对污水厂污泥的处理提出了更高的要求,且提出了相应的标准,如下表1所示。
对照此标准,目前大多数现有污水厂需增设污泥稳定化处理设施。
表1污水厂污泥稳定化控制指标
稳定化方法
控制项目
控制指标
好氧堆肥
含水率(%)
65
有机物降解率(%)
>
50
蠕虫死亡率(%)
95
粪大肠菌群菌值
0.01
好氧消化
40
厌氧消化
某污水处理厂处理规模为4.0万m3/d,为典型的城市生活污水处理厂,为满足GB18918-2002的要求,污水厂将进行改造,在污泥处理与处置过程增设好氧堆肥设施,使污泥在厂内经处理后达到稳定化、资源化利用的目标。
2好氧堆肥工艺的原理及过程控制参数
(1)工艺原理
好氧堆肥是在有氧条件下,好氧细菌对废物进行吸收、氧化、分解。
微生物通过自身的生命活动,把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物,同时释放出可供微生物生长活动所需的能量,而另一部分有机物则被合成新的细胞质,使微生物不断生长繁忙殖,产生出更多的生物体的过程。
在有机物生化降解的同时,伴有热量产生,因堆肥工艺中该热能不会全部散发到环境中,就必然造成堆肥物料的温度升高,这样就会使一些不耐高温的微生物死亡,耐高温的细菌快速繁殖。
生态动力学表明,好氧分解中发挥主要作用的是菌体硕大、性能活泼的嗜热细菌群。
该菌群在大量氧分子存在下将有机物氧化分解,同时释放出大量的能量。
据此好氧堆肥过程应伴随着两次升温,将其分成三个阶段:
起始阶段、高温阶段和熟化阶段。
起始阶段:
不耐高温的细菌分解有机物中易降解的碳水化合物、脂肪等,同时放出热量使温度上升,温度可达15~40℃。
高温阶段:
耐高温细菌迅速繁殖,在有氧条件下,大部分较难降解的蛋白质、纤维等继续被氧化分解,同时放出大量热能,使温度上升至60~70℃。
当有机物基本降解完,嗜热菌因缺乏养料而停止生长,产热随之停止。
堆肥的温度逐渐下降,当温度稳定在40℃,堆肥基本达到稳定,形成腐植质。
熟化阶段:
冷却后的堆肥,一些新的微生物借助残余有机物(包括死后的细菌残体)而生长,将堆肥过程最终完成。
(2)好氧堆肥的控制参数
机械化好氧堆肥过程的关键,就是如何选择和控制堆肥条件,促使微生物降解的过程能快速顺利进行,一般来说好氧堆肥要求控制的参数有:
供氧量
对于好氧堆肥而言,氧气是微生物赖以生存的物质条件,供氧不足会造成大量微生物死亡,使分解速度减慢;
但供冷空气量过大又会使温度降低,尤其不利于耐高温菌的氧化分解过程,因此供氧量要适当,一般为0.1~0.2m3/m3.min,供氧方式是靠强制通风,因此保持物料间一定的空隙率很重要,物料颗粒太大使空隙率减小,颗粒太小其结构强度小,一旦受压会发生倾塌压缩而导致实际空隙减小。
因此颗粒大小要适当,可视物料组成性质而定。
含水率
在堆肥工艺中,堆肥原料的含水率对发酵过程影响很大,水的作用一是溶解有机物,参与微生物的新陈代谢;
二是可以调节堆肥温度,当温度过高时可通过水分的蒸发,带走一部分热量。
水分太低妨碍微生物的繁殖,使分解速度缓慢,甚至导致分解反应停止。
水分过高则会导致原料内部空隙被水充满,使空气量减少,造成向有机物供氧不足,形成厌氧状态。
同时因过多的水分发,而带走大部分热量,使堆肥过程达不到要求的高温阶段,抑制了高温菌的降解活性,最终影响堆肥的效果。
实践证明堆肥原料的水分在50~50%为宜。
碳氮比
有机物被微生物分解的速度随碳氮比变化,微生物自身的碳氮比约为4~30,因此用作其营养的有机物的碳氮比最好也在该范围内,当碳氮比在10~25时,有机物被生物分解速度最大。
如果碳氮比过高,堆肥成品的比值也过高,即出现“氮饥饿”状态,施于土壤后,会夺取土壤中的氮,而影响作物生长。
堆肥过程适宜的碳氮比应为20~30。
碳磷比
磷对微生物的生长也有很大影响,城市污水处理厂的污泥含有丰富的磷,可满足微生物生长的需要,堆肥原料适宜的碳磷比为75~150。
PH值
PH值是微生物生长的重要条件,在堆肥初期,由于酸性细菌的作用,PH值降到5.5~6.0,使堆肥物料呈酸性,而后由于以酸性物为养料细菌的生长和繁殖,会使PH值上升,堆肥过程结束后物料的PH值上升到8.5~9.0。
3污水厂好氧堆肥工艺简介
工艺过程
在污水处理厂改造中,引进了日本的涡流加压混扎机(EcoHerds)高品质快速堆肥化系统。
该系统将污泥和水分调整材料(稻壳、木屑、熟肥返回料)在密团的装置中加压混轧,使污泥和水分调整材料均匀混合。
原料加入涡料加压混轧机后,加压混轧时间(机器内停留时间)约10分钟左右,在此期间产生磨擦热后,原料温度达到50℃左右,如此,使在45℃以下具有活性的低温菌、中温菌、以及恶臭菌活性化。
同时,促进发酵、分解的好氧高温菌增殖,使原料在恶臭难以产生的环境中实现快速堆肥处理。
系统构造
EcoHerds式高品质快速堆肥化系统的构造分二部分。
原料部分:
由待处理原料一次储存的[原料料斗]、水分调整材料一次储存的[辅料料斗]以及熟肥返回料储存的[馈料料斗]构成。
涡流加压混扎机(EcoHerds)主机
输送部分:
由将[原料料斗]的原料定量供料的[供给输送装置]和供给返回料的[皮带式输送装置]构成。
原料供给量的调整、水分调整材料供给量的调整、以及熟肥返回料供给量的调整,都由控制面板按输入程序控制。
异物混入时,异物检出机动作,装置全体自动停止运行。
原料、辅料及返回料供给机中,如任何一个发生空仓状态时,全装置停止运行,同时控制面板警示灯亮灯示警,各供给机有原料投入时,自动启动并连续运行。
工艺特点
EcoHerds式高品质快速堆肥化系统的特点:
1、为使原料、水分调整料、返回熟料混合进入机械的含水率达到60~65%,各供给机的供给量须给予调整。
原料的供给量由输入程序设定
水分调整的供给量由输入程序设定
返回熟料的供给量由输入程序设定
根据原料水分的变动,调整水分,可以通过增减返回熟料的供给量进行调整
由于水分调整料增减的调整,堆肥的成分会参差不齐,因此通过增减返回熟料的供给量进行调整,可使堆肥成分稳定化。
2、EcoHerds的处理(加压混轧)后排出的堆肥化物,由自走式连续搅拌机在发酵槽内20~25天边搅拌边发酵,由自走式连续搅拌机进行的搅拌与迄今为止的搅拌机不同,是为了EcoHerds处理后,更进一步促进发酵而专门开发的装置。
EcoHerds处理后的堆肥化物、原料的颗粒较小、颗粒表面附有裂痕,因此使得菌体易于进入并在短时间内进行分解。
分解进行的同时,与分解相应的氧气供给是必须的,能否满足这一重要条件是稳定发酵所必须的。
自走式连续搅拌机组合而成的系统,实现了短时间内的稳定、完全发酵、熟化堆肥。
3、产品堆肥
使用粉碎的稻草能产生完成发酵、熟化的堆肥
由返回料进行水分调整,因此能产生成分稳定的堆肥
由于加压混轧,杂草的种子和病原菌被灭活,因此能产生安全的堆肥
氮、磷、钾的添加,可使产品根据耕种农业的要求生产出附加价值更高的堆肥。
4、污泥堆肥产品成分表
为验证好氧堆肥工艺对污水厂污泥的处理效果及堆肥后污泥的性质,采集了现有污泥的样本,进行了试验验证,经堆肥后的污泥成分检测如下表2所示。
表2厂现状污泥堆肥成分表
检测项目
单位
监测结果
计量方法(标准JIS)
氮N
%
2.89
肥料分析法5.3.1.2
磷酸P2O5
4.10
肥料分析法5.3.3
钾K2O
1.04
铜
mg/kg
162
肥料分析法5.18.2
锌
353
肥料分析法5.1.2
碳酸钙
%
2.56
水分
33.1
肥料分析法3.1.1
经评估,上表数据符合JA(日本农业协会)的标准,可用于任何经济农作物。
高品质快速堆肥化系统致臭物质测定
高品质快速堆肥化系统的环境质量可以达到相应的环境质量标准。
其堆肥过程的致臭物质测定值(日本检测数据)如下表3所示:
表3污水厂污泥堆肥过程致臭物质分析
项目
日本规范、标准
原料堆放处
处理装置口
发酵槽
临界线
氨气
1~2ppm
0.3ppm
0.2ppm
甲硫醇
0.002~0.004ppm
0.0002ppm
0.0096ppm
0.0001ppm
硫化氢
0.02~0.06ppm
0.005ppm
0.0005ppm
甲硫醚
0.0003ppm
0.015ppm
乙硫醚
0.0044ppm
0.060ppm
室温23.4℃ 湿度49%
室温22.7℃ 湿度53%
室温22.1℃ 湿度52%
测定方法:
NH3—EPCN(Fe)铁吸光光度法 MeSH、H2S、Me2S、Me2S2—FPD法
从以上对堆肥过程环境气体质量的监测数据来看,本堆肥过程的环境空气质量完全可以满足我国的国家标准。
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