郑州市污泥堆肥处理工程的设计
郑州市目前有三座污水处理厂，分别为王新庄污水处理厂、五龙口污水处理厂和马头岗污水处理厂，总处理规模为80×104m3／d，剩余污泥量为600t／d(含水率为80％)。经过方案比选，郑州市决定将三座污水处理厂一的剩余污泥进行集中处理和处置，处理工艺为好氧堆肥，处置方案选择土地利用或填埋。
1 工程概况
污泥堆肥处理厂设计规模为600 t／d，一期设计处理规模为100 t／d。主要建设内容包括秸秆存放及粉碎车间、混料及好氧堆肥车间、风机房、生物滤池及配套的生产、管理设施。处理厂的产品为营养土，可用于园林绿化或填埋。工程预留了营养土深加工制肥的占地面积。
2 处理工艺
根据微生物生长环境的不同，堆肥可分为好氧堆肥和厌氧堆肥。好氧堆肥是指在有氧状态下，好氧微生物对废物中的有机物进行分解转化的过程，最终产物主要是CO2、H20、热量和腐殖质；厌氧堆肥是在无氧状态下，厌氧微生物对废物中的有机物进行分解转化的过程，最终产物是CH4、CO2、热量和腐殖质。
由于厌氧微生物对有机物的分解速度缓慢，处理效率低，容易产生恶臭，工艺条件也比较难以控制，故本工程选择好氧堆肥工艺。
现代化好氧堆肥工艺可分为翻堆条垛式堆肥、通风静态垛堆肥、发酵槽(池)式堆肥和筒仓式堆肥等。发酵槽式堆肥工艺具有占地面积小、堆肥效率高等优点，故本工程选择发酵槽式堆肥工艺。
堆肥厂的工艺流程见图1。在混料车间内设置了三个料仓：脱水污泥料仓、粉碎秸秆料仓和回用料仓。污水处理厂的脱水污泥通过污泥运输车运至脱水污泥料仓；粉碎后的秸秆经皮带机输送至秸秆料仓；从发酵槽出来的物料经筛分机筛分后的筛上物进入回用料仓。脱水污泥、粉碎后的秸秆及堆肥成品中的筛上物，经混料机搅匀后用装载机运送至发酵槽中进行堆肥。堆肥后的物料通过装载机或翻抛机运送至回料皮带机上，通过回料皮带机输送到筛分机，经过筛分，筛上物进回用料仓重复使用，筛下物即为成品营养土。
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3 工艺设计
①发酵槽
发酵槽的设计包括发酵槽的数量设计和单个发酵槽的尺寸设计。为方便生产运行，单个发酵槽容积根据每日需要堆肥的物料体积进行设计。发酵槽的宽度、高度尺寸根据翻抛设备的要求确定。本项目采用进口翻抛机，其要求发酵槽宽度为4．5 m，翻堆深度最大为2．0 m，考虑0．2 m的超高，则发酵槽的深度确定为2．2 m。发酵槽的长度根据物料体积、发酵槽宽度、高度尺寸等综合确定为30 m。发酵槽的数量根据发酵周期确定。本项目设计发酵周期为21 d，则发酵槽至少需要21个，考虑1个发酵槽进行周转，则发酵槽的数量为22个。处理量达到300 t／d时，设66个发酵槽；处理量达到600 t／d时，设132个发酵槽。
发酵槽为钢筋混凝土结构，相邻两个发酵槽共用池壁。池壁的宽度根据翻抛机的要求确定。池壁要能承受翻抛机的压力。发酵槽底板既要承受发酵物料的重力，又要承受装载机的重力，同时还要满足通风的要求。
②发酵槽的进出料设计
对于槽式发酵工艺，发酵槽的进出料有两种方式：批次进出料和整体进出料。批次进出料的特点是每次在发酵槽的一端进一批料，通过翻抛机对物料的翻抛作业，将物料向发酵槽的另一端移动。第二次再在起端进一批料，周而复始，直至发酵周期结束，成品料从发酵槽的另一端排出。翻抛机在搬运物料的同时也对物料进行充氧、粉碎和搅拌操作。整体进出料的特点是整个发酵槽一次性全部进满料，当发酵周期结束时，一次性全部出料。为满足进料的需要，批次进出料工艺要求在整个发酵周期内按照固定的频率进行翻抛，而翻抛作业会引起堆体温度呈锯齿形变化，不利于堆肥的无害化，因此本工程选择整体进出料工艺。进料时，通过装载机一次性将发酵槽装满料；出料时，一次性将发酵槽中的物料全部搬运出来。在发酵周期的前期不翻抛，只进行鼓风供氧，以满足无害化的持续高温要求；在发酵周期的后期，适当翻抛，以满足堆肥均匀性的要求。
③发酵槽的供氧
发酵槽式堆肥工艺根据供氧方式的不同分为风机强制供氧、翻抛供氧和风机强制供氧加翻抛供氧三种。发酵槽批次进出料工艺即是风机强制供氧加翻抛供氧的典型代表。本工程考虑到翻抛供氧容易造成堆体温度呈锯齿形变化，不利于堆肥高温的持续，影响堆肥的无害化，因此采用前期风机强制供氧、后期风机强制供氧加翻抛供氧的两阶段供氧方式。根据堆体温度、堆体氧气浓度等参数按照事先编制好的程序控制风机的鼓风量。发酵槽的底部为布气板，空气从底部向上进入堆体。每个发酵槽的最大设计供气量为60m3／min。
④混料
在污泥进入发酵槽之前必须和其他物料进行混料以获得合适的含水率与碳氮比。堆肥料还需具有一定的疏松度，使氧气容易扩散进去。设计堆肥料含水率为55％～58％，碳氮比为(25～30)：1。
为配合混料机的连续工作，在混料机前设置了三个料仓，分别为脱水污泥料仓、粉碎秸秆料仓和回用料仓。通过螺旋输送机将三个料仓中的物料以设定的比例输送至混料机中。
⑤物料的输送
在堆肥厂，物料输送贯穿于堆肥的各个阶段。输送方式有车辆输送、皮带机输送、无轴螺旋机输送、有轴螺旋机输送、斗式提升机输送等。最经济的输送方式是皮带机输送，最不经济的方式是车辆输送。
进厂污泥如何进入污泥料仓是整个物料输送的关键点和难点，一般可用的输送方案有螺旋输送机输送、活塞泵或螺杆泵输送等方案。合理的输送方案应具有转卸少、能量消耗小、对周围环境影响小、投资小等特点。螺旋输送机能量消耗小，对周围环境影响小，但无法和污泥车卸车相匹配，需要增加转卸作业；污泥泵输送方案对周围环境影响小，但能量消耗大，投资大。综合比较各种输送方案，本工程选择车辆输送方案，即通过坡道，使污泥车直接开到污泥料仓顶部卸料。该方案最直接，能量消耗小，对周围环境无影响，缺点是修建坡道投资较大。
混料后的堆肥料如何进入发酵槽是物料输送的另一个难点。在堆肥车间中，发酵槽具有数量多、长度长的特点。比较理想的方案是采用皮带机加移动卸料机的方案，即用皮带机将混合好的物料输送至移动卸料机，再由移动卸料机输送至整个发酵槽中。受投资的限制，本设计采用装载机直接将混料后的堆肥料运送到发酵槽中。
⑥厂房通风设计
在污泥堆肥过程中会有大量的水以水蒸气的形式散发出来，同时还可能伴随有氨气、硫化氢等臭味气体的产生。堆肥车间的通风设计如下：在车问顶部设置若干台射流风机向车问两侧吹，用来组织车间气流，并在车间两侧设若干个排风口，排风口接排风管道通向生物滤池。这种设计的优点在于车问内部不设通风管道，同时由于射流风机的作用，可以比较均匀地组织气流。
⑦除臭设计
当堆体供氧不足或碳氮比不合适时，堆肥过程可能会产生氨气、硫化氢、硫醇、胺类等臭味气体，一般的除臭方法有生物滤池法、土壤法等，本工程选择生物滤池法。在生物滤池中填充成品堆肥和树皮、木屑等的混合物，利用其中的微生物作用将臭味气体除去。为排除水蒸气凝结产生的凝结水，在生物滤池底部设置了排水系统。
生物滤池的设计表面负荷为0．022 m3／(m2·s)，滤料高度为1．5 m。
4 结论
郑州市污泥堆肥工程是国内第一个大规模利用堆肥工艺处置城市污水处理厂剩余污泥的项目，也是国内第一个引进槽式翻抛机的项目。在设计中采用了静态和动态组合发酵工艺、风机自动控制、自动混料、车间全面通风、生物滤池除臭等先进技术，可确保堆肥过程的顺利进行。
参考文献：
[1] CJ／T 239--2007，城镇污水处理厂污泥处置分类[s]．
[2] CJ／T 247—2007，城镇污水处理厂污泥泥质[s]．
[3] CJ／T 248--2007，城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质[s]．
[4] CJ／T 249--2007，城镇污水处理厂污泥处置混合填埋泥质[s]．
[5]蒋建国．固体废物处理处置工程[M]．北京：化学工业出版社,2005．
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