污泥生产有机肥设计Word格式文档下载.docx
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1.6.3污泥气植物液除臭机理10
1.7贮存11
2．设计计算
2.1堆肥厂设计规模11
2.2出厂有机肥所要达到的标准11
2.3堆肥工艺主要设备12
2.4流程各阶段情况说明与计算12
2.4.1污泥的产生、存放和输送12
一、收集12
二、存放13
三、输送13
2.4.2添加料存放间14
一、混料间14
二、接种菌剂14
2.4.3发酵间设计15
一、每天处理的堆料体积15
二、每个发酵槽的容积15
三、发酵仓设计16
四、除臭设计16
五、滤池设计17
六、风量设计17
2.4.4筛分设计18
3．结束语18
1.概述
随着我国城市化进程的加快，城市污水处理率逐年提高，城市污水处理厂的污泥产量也急剧增加。
如处置不当的污泥进入环境后，直接会给水体和大气带来二次污染，一个城市污水处理厂、污泥处理就不能够充分发挥它消除污染保护环境的作用，同时还将对生态环境和人类活动构成了严重威胁。
1.1我国城市污水污泥处理现状
1.1.1污泥处理与处置的目的
城市污水污泥既会造成污染，又可进行综合利用。
污泥中所含的有机物是有效的生物能源，污泥中的有机物分解产生的腐殖质可以改良土壤，避免板结，而污泥中丰富的氮、磷、钾等则是植物和农作物生长不可缺少的营养物。
干燥的污泥可产生16．65—20．93兆焦／t的热能。
是一种低热值的燃料．当今世界上，越来越多的人对“地球上的一切资源都足有限的”这一客观存在的事实有了越来越深刻的认识，因此，污水污泥的处理处置与污泥资源化的相结合，必将成为城市污水污泥唯一的最终出路。
1.1.2国内外污泥处理技术及其发展趋势
目前国外广泛采用的污泥处置技术可以归纳为三大类：
①土地处置，包括污泥农用和应用于森林或园艺；
②单独或者与生活垃圾等共同填埋；
③热处置。
由于可使用土地面积、处理成本、越来越严格的环境标准以及资源回收政策的普及等因素，越来越多的国家普遍认识到污泥的填埋处置不是一种可持续的发展方法，在不久的将来，对于土地匮乏的一些国家，可能仅有污泥焚烧灰是适宜于填埋的污泥形式。
1.1.3我国污泥处理处置的现状
据估算，目前我国城市污水处理厂每年排放的污泥量（干重）大约为130万吨，而且年增长率大于10％，特别是在我国城市化水平较高的几个城市与地区，污泥出路问题已经十分突出。
如果城市污水全部得到处理，则将产生污泥量（干重）为840万吨，占我国总固体废弃物的3．2％。
系统的、科学的污泥处理处置标准是监控污泥处理处置、选取合理技术路线和采取有效技术政策的重要前提。
目前我国与污泥处理处置相关的标准仅有《农用污泥中污染物控制标准》、《城镇污水处理厂污染物排放标准》和《城市污水处理厂污水污泥排放标准》（CJ3025—93）三项。
对有机污染物、病原菌并没有准确、完整的指标，对重金属更是没有任何的限制。
因此，城市污水处理厂污泥排放无据可依，将对环境造成二次污染。
1.1.4我国污泥处理处置存在的问题
关于污泥处理处置的技术路线，目前存在夸大其资源化和追求技术路线统一两大认识误区。
首先是对资源化的认识，目前污泥处理处置技术的发展程度，尚不能高效地实现能量回收和物质回用，以实现经济效益和节约能源的效果。
污泥的资源化必须总体考虑，不能分割整个处理处置过程而强调某一局部单元工艺的效果，从而得出污泥资源化的概念。
部分决策者误认为污泥就是资源，污泥的处理处置可以盈利，对污泥处理处置认识误区将影响到整个体系的有效运行。
其次因地制宜是重要的原则，我国地域辽阔，不同地区的自然环境、人文环境、产业结构和经济发展水平都不同，各地区应从自身特点出发，采取适宜的技术路线。
设计院为主导组织编制的污泥处理处置规划，主要内容为技术规划和技术方案，其系统性不够强，基本未涉及管理体制、责任划分、相关政策、公众参与等内容。
但事实上却恰恰相反，污泥问题的解决极需管理体制、市场机制、标准体系、技术政策等方面的系统性支撑。
1.2污泥堆肥原理及过程控制参数
污泥堆肥工艺分为好氧发酵和厌氧发酵两种工艺过程。
厌氧发酵由于产生甲烷等代谢物会产生恶臭，同时设备投资高，运行管理复杂，要求严格，适合于大型污水厂液态污泥的处理，由于我国一般采用中温厌氧发酵处理，污泥温度在30--40℃，虽然达到减容目的，但仍不能直接还田。
对机械脱水后污泥，主要采用好氧发酵制肥，好氧发酵过程通过好氧性微生物的生物代谢作用，使污泥中有机物转化成富含植物营养物的腐殖质，反应的最终代谢物是CO2、H2O和热量，大量热量使物料维持持续高温，降低物料的含水率，有效地去除病原体、寄生虫卵和杂草种子，使污泥达到减量化、稳定化、无害化、资源化目的。
经比较，好氧发酵的设备投资及运行能耗均比厌氧发酵降低1/3，是节能高效的制肥工艺。
同时，由于其设备较少，运行管理简单，特别适合于中小型污水处理厂。
因此，本工程采用污泥好氧发酵工艺。
由于中国农村需要速效肥料，生物有机肥在广大农村尚不好推广，因而从堆肥产生的肥料，可以直接投放市场，也可以进一步深加工，制备有机无机复合肥。
1.2.1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。
1.2.2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：
一、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。
二、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。
三、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。
四、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。
五、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。
六、粒度
堆肥化物料的颗粒度影响其密度、内部摩擦力和流动性。
最重要的是，做够小的粒度可以提高堆肥物料与微生物及空气的接触面积，加快生物化学反应速率。
因此在堆肥前，物料需要进行筛分和破碎处理，去除粗大垃圾和降低不可堆肥化物质含量，兵士堆肥物料粒度达到一定程度的均匀化。
对堆肥而言，理想的物料粒径是25～75mm，根据工艺和产品性能要求确定。
七、温度
温度是影响微生物活动和堆肥化工艺过程的重要因素。
整个过程的最佳温度是55～60C。
有机物含量对堆肥温度有一定的影响。
据报道，有机物含量由20%上升到50%时，相应的初堆阶段（55C以下）可由原来的60h缩短至44h，而55C以上的稳定时间可由56h延长到72h。
表1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
1.2.2污水厂好氧堆肥工艺简介
其工艺流程图如下：
能源调理剂
↓
污泥底料 →前处理 → 主发酵→后发酵 → 后处理 → 脱臭 →
↑↑↑↑
结构调理剂回流调理剂回流调理剂回流调理剂
贮存→堆肥产品
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。
1.3前处理
原料前处理又叫预处理，包括分选、破碎以及含水率和碳氮比的调整，有时需要添加菌种或酶制剂，以促进发酵过程正常进行。
一般污泥的脱水泥饼必须调整其含水率、pH值及粒度等，以便增大原料的表面积，增加堆肥过程中的透气性，提高发酵速度。
这个过程需要添加一定的调理剂和膨胀剂，常用的调理剂有木屑、稻壳、树叶等；
常用的膨胀剂有花生壳、小块岩石等物质。
1.4原料发酵
原料发酵在露天或发酵仓内进行，通常进行好氧发酵。
目前普遍采用二次发酵方法，分为主发酵（一次发酵）和后发酵（二次发酵）两个阶段。
第Ⅰ阶段水解产酸阶段
污水中不溶性大分子有机物，如多糖、淀粉、纤维素、烃类（烷、烯、炔等）水解，主要产物为甲、乙、丙、丁酸、乳酸；
紧接着氨基酸、蛋白质、脂肪水解生成氨和胺，多肽等（所以有的书又把水解产酸分为二个阶段）。
第Ⅱ阶段厌氧发酵产气阶段
第Ⅰ阶段产物甲酸、乙酸、甲胺、甲醇等小分子有机物在产甲烷菌的作用下，通过甲烷菌的发酵过程将这些小分子有机物转化为甲烷。
所以在水解酸化阶段COD、BOD值变化不很大，仅在产气阶段由于构成COD或BOD的有机物多以CO2和H2的形式逸出，才使废水中COD、BOD明显下降。
在酸化阶段，发酵细菌将有机物水解转化为能被甲烷菌直接利用的第1类小分子有机物，如乙酸、甲酸、甲醇和甲胺等；
第2类为不能被甲烷菌直接利用的有机物，如丙酸、丁酸、乳酸、乙醇等，不完全厌氧消化或发酵到此结束。
如果继续全厌氧过程，则产氢、产乙酸菌将第2类有机物进一步转化为氢气和乙酸。
第Ⅱ阶段生化过程是产甲烷细菌把甲酸、乙酸、甲胺、甲醇等基质通过不同途径转化为甲烷，其中最主要的基质为乙酸。
1.5后处理
堆肥用于出售时必须经过筛分操作，经过分选工序，去除前处理中未完全除掉的塑料、玻璃、陶瓷、金属、小石块等杂物来调整粒度或是成分，并根据需要可以再进行破碎。
可以用回转式振动筛、磁选机、风选机等设备进行筛分操作，将堆料分成粒度不同的几种产品。
除杂后的堆肥除了销售外，还可以供农田和果园使用或是用作土壤改良剂。
后处理除了分选、破碎外还有打包装袋。
1.6污泥气主要成分与除臭机理分析
在污水处理或污泥处置工艺过程中产生的气味物质主要由碳、氮和硫元素组成。
只有少数（并非少量）的气味物质是无机物，如：
氨（NH3）、膦（PH3）和硫化氢（H2S）；
大多数的气味物质是有机物，如：
低分子脂肪酸、胺类、醛类、酮类、醚类、卤代烃以及脂肪族的、芳香族的、杂环的氮或硫化物。
对于污泥堆肥（生物干化）项目来讲，污泥气主要成分分为三类：
NH3、H2S、VOC（可挥发性有机物）。
在类似的运行条件下，VOC的产生量一般与污泥中的固有量成正比例；
而NH3、H2S的量与工艺运行参数选择和运行实际工况紧密相关。
影响NH3产生量的重要指标是堆肥物料的C/N，适合的C/N值应介于25～30之间，但由于大多数市政污泥的C/N值远低于这个值，因此N转化成NH3挥发出来。
影响H2S产生量的主要原因是物料堆体内氧含量，由于曝气过程间断进行，固体物料中空气扩散过程极其复杂，因此不可避免会有厌氧环境存在，也会有部分H2S产生。
针对以上三类物质的特性，可以采用化学+生物+植物液喷淋组合除臭技术加以控制。
1.6.1污泥气化学除臭机理
臭气中所含的污染物是多样而复杂的，既有疏水性物质，也有亲水性物质。
通过喷淋化学溶解吸附过程，可去除大部分亲水性物质。
可以用较少的成本降低后续工艺的负荷。
上述三类物质的亲水/疏水特性如表1所示。
1.6.2污泥气生物除臭机理
无法溶于水的臭源物质需要依靠生物方法去除。
污泥气中的臭源物质大都带有活性基团，容易发生化学反应，特别是被氧化。
当活性基团被氧化后，气味就消失，生物除臭就是基于这一原理。
生物除臭法主要有生物滤池、生物洗涤塔和生物滴滤池。
在应用中，方法的选择应根据废气中污染物的类型与性质而定。
常规的除臭生物反应器，主要采用细菌作为微生物的主体，细菌适合于在水中或潮湿的环境中生存。
因此，对于水溶性好的污染物，利用细菌进行生物降解，会得到很好的去除效果。
但是，对于在水中溶解度低的物质，细菌表面的水层将影响传质速率，导致处理效率降低。
利用真菌降解疏水性或水溶性差的污染物，其降解效率高于细菌的降解效率。
真菌可在较干燥的环境中生长，无需连续喷洒水来维持湿润环境，这就使得臭味物质可直接与微生物接触并被降解；
真菌适应的pH值为3～6，处理酸性臭气或出现酸性积累时，不需要加碱调整pH值。
特别是对于某些有机物的真菌的降解能力高于细菌。
1.6.3污泥气植物液除臭机理
植物液除臭作为无法完全封闭空间与外界接触面除臭安全保障措施对于污泥堆肥（生物干化）项目是必要的。
工作液通过控制设备经专用喷嘴雾化成雾状，溶液的表面不仅能有效地吸附空气中的异味分子，同时也能使吸附的异味分子的立体构型发生改变。
工作液与臭气分子的反应为：
工作液通过控制设备经专用喷嘴雾化成雾状，在空间扩散液滴的半径≤0.04mm，液滴形成巨大的表面能，平均每摩尔为几十千卡；
这个数量级的能量已是很多元素中键能的1/3～1/2，此时，溶液中的有效分子可以向臭气分子提供电子，与臭气分子发生反应；
该表面能可以吸附空气中的臭气分子，并使臭气分子中的立体结构发生变化，变得不稳定；
同时，吸附在液滴表面的臭气分子也能与空气中的氧气发生反应。
经过植物提取液作用，臭气分子将生成无味无毒的分子，如水、无机盐等等，从而消除臭气，并且反应的产物不会形成二次污染。
1.7贮存
堆肥的需求具有季节性，多集中在春季和秋季。
因此，一般的对非常有必要设置至少能容纳3个月产量的储藏设备，以保障堆肥生产的连续进行。
成品堆肥可以在室外堆放，但要注意防雨，也可直接堆放在后发酵仓内，或装袋后存放，要求包装袋干燥而透气。
2.设计计算
2.1堆肥厂设计规模
污泥量为300t/d，污泥是来自污水处理厂（包括沉淀池、沉砂池等）含水率为80%左右的脱水污泥。
2.2出厂有机肥所要达到的标准
随着加快建设资源节约型、环境友好型和提高生态文明进程的推进，污泥堆肥处理处置采用新技术、新设备、新工艺，最终达到减量化、无害化、稳定化、资源化。
表堆肥产品质量控制标准
项目
标准限值
杂物/%≤
3
有机质（以C计）/%≥
10
粒度/mm≤
12
总N/%≥
0.5
蛔虫卵死亡率
95～100
总P/%≥
0.3
大肠杆菌值
0.1～0.01
总K/%≥
1.0
总Cd/（mg/kg）≤
PH值
6.5～8.5
总Hg/（mg/kg）≤
5
水分/%
25～35
总Pb/（mg/kg）≤
100
好氧呼吸速率/[mgO2/（kg挥发性物料.h）≤
150
总Cr/（mg/kg）≤
300
堆肥周期/d
15
总As/（mg/kg）≤
30
堆肥温度/C
65～70
以上项目的数值，不得低于我国垃圾的平均数值。
即有机质不少于8%，总氮不少于0.4%，总磷不少于0.2%，总钾不少于0.8%。
PH值最高不超过9，最大不低于6，水分含量不超过40%。
若最终腐熟度堆肥重金属超标，则只宜用于园林绿化，不宜直接进入食物链。
亦可在腐熟堆肥中加入石灰以稳定化重金属类物质，降低重金属有效态含量。
2.3堆肥工艺主要设备
表堆肥工艺主要设备
设备名称
备注
螺旋出料机
槽式胶带输送机
配料机
菌液泵
混料搅拌机
配料设备
地磅
计量设备
高效卧式链磨机
笼形粉碎机
胶带输送机
立式搅拌机
斗式搅拌机
转鼓造粒机
烘干机
冷却机
涂膜机
振动筛
洗涤器
引风机
鼓风机
自动计量包装机
造粒设备
翻推机
变频鼓风机
潜水泵
装载机
发酵设备
翻斗车
运输车
除臭设备
除尘设备
化验分析仪器
其他
2.4流程各阶段情况说明与计算
2.4.1污泥的产生、存放和输送
在城市系统中，污泥主要来自城市污水处理厂、城市自来水厂、城市排水管道系统等脱水后的剩余污泥，其含水率为约为80%。
污泥收集车定期地将污泥从1.概述
一、收集
上述厂区运至堆肥厂的贮泥斗，贮泥斗的斗壁与水平面的倾角要大于60°
。
二、收集
由于受路线及产泥厂产泥量的影响，收集车采用轻、中型载重卡车，单次运载量为3吨和5吨，轻型3台中型2台。
2轻2中4辆车一起工作，一辆轻型车备用。
每个小时平均运载污泥38吨，每天工作8h，完成300t污泥的运送工作。
三、存放
贮泥斗设置2个，要满足存放一定的污泥量，容器形状上方设置为长方体长宽高分别为10m、6m、2m；
下方容器为梯形棱锥，其高度为2m，底部长宽为8m、4m，则贮泥斗容积约为422m3。
贮泥斗体积计算
上半部分体积
10×
6×
2=120m3
下半部分体积
=
m3
总有效容积V=2×
（V1＋V2）=421.09m3
污泥间的规格设为长25m、18m、7.5m。
三、输送
2辆输送车将污泥运至混料间。
车斗有效容积为16m3，每小时至少运输20m3
2.4.2添加料（稻壳或麦秸麦皮）存放间
一般添加料储存量要满足10天左右的使用量。
干物料应避雨存放，保正较低的含水率。
稻壳与污泥按重量比约1:
3混合，每天添加1000m3，固有效容积设计为11万m3。
厂房可采用简单棚屋式，可起到遮雨效果即可，尽量减少厂房投资。
固规格设为长60m、宽32m、高6m。
污泥与稻壳按质量比3:
1添加，固稻壳需要量为100t
每天所需稻壳体积
m3/d
M2---------------稻壳质量，t
ρ2---------------稻壳密度，t/m3
按稻壳的最大体积计算的稻壳量为1000m3/d
10d=10000m3
车间体积
皮带机以100m3/h的速率将稻壳送至搅拌设备的料斗内。
皮带采用江苏华粮机械有限公司生产的移动升降式皮带输送机。
皮带输送机型号
输送长度（m）
输送高度（m）
输送量（t/d）
带宽（mm）
HUS500
8、10、12
2.8--6
50--70
500
一、混料间
用皮带机将添加料和污泥送至混料间，与回流堆肥混合调节堆料的空隙率、C/N、C/P等，将含水率调至55%左右，C/N约为25:
1。
污泥、稻壳和回流成品按体积比约1：
2.5：
0.75混合。
污泥和调理剂充分混合时要确保物料的均一性和通气性，因此一般采用机械搅拌设备。
双轴卧式搅拌机的搅拌过程不仅发
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