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前言
洛陽市污泥處理廠源自洛陽瀍東污水處理廠污泥無害化處理工程，也稱洛陽污泥一期工程，自2007年投運至今已超過10年。該項目創(chuàng)造了多項 “”：中國座200 t級污泥堆肥項目，座利用外國政府貸款建設(shè)的污泥處理項目，同時還是業(yè)內(nèi)的德國BACKHUS系統(tǒng)在中國的個應(yīng)用案例。
隨著社會發(fā)展速度的加快，為適應(yīng)環(huán)境與需求的變化，洛陽污泥處理廠進行了改擴建工程，并于2014年底完工投入使用，也稱洛陽污泥二期工程。該項目次由完全自主知識產(chǎn)權(quán)國產(chǎn)堆肥系統(tǒng)完整替代進口系統(tǒng)，同時也是唐山城市污泥處理工程后國產(chǎn)SACT系統(tǒng)又一應(yīng)用范例。洛陽污泥一、二期工程時間跨度近10年，設(shè)計均由機科發(fā)展公司承擔，這也從設(shè)計意圖根源上為數(shù)據(jù)分析與經(jīng)驗積累提供了難得的機遇。
1洛陽污泥一期工程設(shè)計
1.1項目概況
洛陽瀍東污水處理工程污泥無害化處理項目是瑞典政府貸款項目——洛陽瀍東污水處理工程配套項目，主要解決瀍東污水處理廠和澗西污水處理廠（部分）脫水污泥無害化處理問題。項目建設(shè)地點位于洛陽市區(qū)北部邙山嶺，距市區(qū)規(guī)劃區(qū)邊緣8 km，廠址距近的水口村村民居住地約2 km，距北郊機場1 km，距離瀍東污水處理廠20 km左右。廠址地勢較高，四周空曠，通風條件較好。
項目處理規(guī)模為228 t/d（含水率82%），總占地面積126 152㎡。建設(shè)內(nèi)容包括污泥晾曬車間、好氧堆肥車間、營養(yǎng)土造粒車間、營養(yǎng)土存放庫、成品及原料存放庫等車間設(shè)施。項目于2006年開工建設(shè)，2007年12月投入運行。
1.2 工藝流程
項目采用動態(tài)（翻堆曝氣）條垛堆肥工藝，核心設(shè)備采用德國BACKHUS車式翻堆機，并設(shè)置了較為完善的營養(yǎng)土造粒（制肥）系統(tǒng)，工藝流程如圖1所示。
1.3工程設(shè)計
項目主要處理設(shè)施包括污泥機械翻堆晾曬車間16座，好氧堆肥車間1座，營養(yǎng)土造粒車間1座，營養(yǎng)土存放庫1座，成品及原料存放庫1座。
1.3.1污泥機械翻堆晾曬車間
?。?）晾曬處理工序描述。每天將從污水處理廠運來的228 t脫水污泥運至晾曬車間，用專用晾曬翻堆設(shè)備將污泥鋪平，經(jīng)過15 d的自然晾曬，使脫水污泥含水率由82%降到65%，體積減容約一半，以便于與其他干料混合后堆肥。晾曬過程完全依靠太陽能以及晾曬翻堆設(shè)備作用，通過翻動增大污泥水份蒸發(fā)面積和蒸發(fā)速率來降低污泥的含水率。
?。?）晾曬車間的設(shè)計。該項目晾曬車間設(shè)計如采用污泥晾曬停留時間15天，污泥鋪攤厚度為15 cm，校核晾曬車間總面積為28500 ㎡，按照晾曬車間總面積39680 ㎡則污泥鋪攤厚度約為11 cm，滿足要求。因此終確定晾曬車間總面積為39680 ㎡。
共設(shè)置16個晾曬車間，每個車間的平面尺寸為62 m×40 m，面積為2480 ㎡。
1.3.2好氧堆肥車間
污泥經(jīng)過太陽能干化后，每天將有117 t晾曬污泥通過載重車運輸進入堆肥車間相應(yīng)位置，裝載機按照比例添加干料、熟料并將混合物料整理成條垛，之后采用車式翻堆機定期將物料翻堆、打散，發(fā)酵高溫度可達70 ℃，污泥中的病原體、雜草種子等被殺死，經(jīng)過15 d左右的充分好氧發(fā)酵，污泥含水率降到35%左右，顆粒小于15 mm，實現(xiàn)污泥減量化、無害化的目的。
車間工藝尺寸：162 m×48 m×9 m；停留時間：15 d；翻堆頻率：1次/2 d——1次/d。
1.3.3營養(yǎng)土造粒車間
好氧堆肥后的產(chǎn)物（營養(yǎng)土）含水率在35%左右。為了利于用戶施用，以及便于儲存及運輸，將部分營養(yǎng)土送入營養(yǎng)土造粒車間制成顆粒，顆粒含固量≥90%，顆粒形狀為球狀；粒徑3——8 mm。項目設(shè)計日產(chǎn)成品顆粒為24 t，年產(chǎn)8 400 t規(guī)模。
1.3.4營養(yǎng)土存放庫
好氧堆肥后的污泥經(jīng)無害化處理后，部分通過自卸車運到該存放庫，根據(jù)需要每天進庫量32 t。營養(yǎng)土存放庫總建筑面積為1 440 ㎡，尺寸40 m×36 m×6.8 m。營養(yǎng)土存放高度為2 m，儲存周期約為60 d。
1.3.5成品及原料存放庫
營養(yǎng)土造粒車間每天生產(chǎn)24 t營養(yǎng)土顆粒，存放于成品及原料存放庫，總建筑面積為1 008 ㎡，尺寸42 m×24 m×6.8 m。成品為25 kg、50 kg兩種袋裝產(chǎn)品，通過叉車堆放高度可達4 m，儲存周期為60 d。剩余面積用于存放干料。
1.4 設(shè)計特點
?。?）簡潔的工藝流程。項目工藝流程簡潔，管理水平要求較低，系統(tǒng)可靠性較高，抗沖擊負荷能力較強。
?。?）自然晾曬前處理工序。自然晾曬作為好氧堆肥前處理工序，具有減量化程度高、運行成本低等優(yōu)勢，在用地和自然條件允許的情況下，自然晾曬是經(jīng)濟有效的堆肥預(yù)處理技術(shù)；與傳統(tǒng)自然晾曬系統(tǒng)相比，洛陽項目采用全FRP屋面板晾曬車間，自然氣候適應(yīng)性和運行可靠性明顯提高。
?。?）封閉式大跨度堆肥車間和車式翻堆機的應(yīng)用。動態(tài)條垛式堆肥工藝在國外多為露天條件下采用，洛陽項目同樣基于自然氣候適應(yīng)性和運行可靠性的考慮，并根據(jù)車式翻堆機的特點設(shè)計了封閉式大跨度堆肥車間，162 m的車間長度和136 m的條垛長度使翻堆機盡量直線運行，減少挑頭作業(yè)，提高設(shè)備有效利用率，并且在增加車間封閉性的前提下，大程度適應(yīng)設(shè)備使用條件。
（4）完善的制肥系統(tǒng)。項目設(shè)置了完善的營養(yǎng)土造粒生產(chǎn)線，可以生產(chǎn)有機顆粒肥，略加改造即可滿足有機無機復(fù)混肥料生產(chǎn)要求，并且設(shè)置了專門顆粒肥料庫房。
2 洛陽污泥二期工程設(shè)計
2.1項目概況
洛陽市污泥處理廠改擴建工程主要解決瀍東污水處理廠、澗西污水處理廠和新區(qū)污水處理廠近期脫水污泥無害化處理問題，此外大幅度提升了自動化程度和二次污染控制水平，項目建設(shè)地點位于一期工程內(nèi)。
項目處理規(guī)模為328 t/d（含水率82%），包含新建原料接收間、污泥發(fā)酵車間、生物除臭濾池、原料庫、污泥成品庫、變配電間、消防水池及泵房、地量衡與計量間等車間設(shè)施。項目于2013年開工建設(shè)，2014年11月投入運行。
2.2工藝流程
項目采用SACT隧道倉堆肥工藝，核心設(shè)備采用國產(chǎn)F5.110翻堆機，并增設(shè)了專用生物除臭系統(tǒng)，工藝流程如圖2所示。
2.3工程設(shè)計
項目新建處理設(shè)施包括原料接收間1座，污泥發(fā)酵車間1座，生物濾池2座，原好氧堆肥車間被作為二次發(fā)酵車間，原部分晾曬車間被作為原料堆棚，原營養(yǎng)土造粒車間繼續(xù)使用。
2.3.1原料接收間
項目共設(shè)置1座原料接收間，平面尺寸為27.64 m×10.8 m，地上7.65 m，地下5.7 m。
含水率80%的市政污泥通過污泥自卸汽車運輸?shù)皆辖邮臻g中的污泥料倉，污泥料倉是地下式，鋼筋混凝土形式，共2座，單座污泥料倉的有效容積為52.5 m³。污泥料倉下設(shè)液壓閘板閥，用以控制污泥下落量。污泥通過料倉下滑至料倉底部的計量螺旋輸送機中，然后落入污泥及秸稈進料皮帶輸送機，終運送至位于物料混合區(qū)內(nèi)的混料機中。
秸稈粉等干料通過自卸汽車運輸?shù)皆辖邮臻g中的干料料倉，干料料倉與污泥料倉結(jié)構(gòu)、尺寸、數(shù)量相同，倉下部設(shè)液壓閘板閥，用以控制秸稈下落量。干料通過料倉下滑至料倉倉底的計量螺旋輸送機中，然后落入污泥及干料進料皮帶輸送機，終運送至位于物料混合區(qū)內(nèi)的混料機中。
2.3.2污泥發(fā)酵車間
項目設(shè)置污泥發(fā)酵車間1座，平面尺寸為：221.62 m×70.50 m，高9.7 m。污泥發(fā)酵車間是整個高溫好氧發(fā)酵工藝的核心部分，分成物料混合區(qū)、好氧發(fā)酵倉區(qū)和卸料區(qū)三個主要區(qū)域。
（1）物料混合區(qū)。污泥與干料由原料接收間內(nèi)的皮帶輸送機輸送至混料機中。返混料通過卸料皮帶機輸送至返料料倉，在返料料倉下設(shè)有計量螺旋定量配料至混料機進料皮帶輸送機中，然后通過皮帶機輸送至混料機中。上述三種物料在混料機內(nèi)完成混料過程后，含水率60%的混合物料由混料機出料皮帶輸送機輸送至布料皮帶輸送機，利用布料皮帶輸送機上的犁式卸料器，實現(xiàn)每個發(fā)酵槽的均勻進料，完成自動進倉過程。
?。?）好氧發(fā)酵倉區(qū)?；旌暇鶆虻奈锪显诤醚醯臈l件下，進行高溫好氧發(fā)酵。倉底部布置有曝氣系統(tǒng)，采用數(shù)量眾多的小型鼓風機對發(fā)酵槽的不同區(qū)域，也針對發(fā)酵不同的反應(yīng)階段，進行分區(qū)域供氧，以控制發(fā)酵的工藝反應(yīng)過程。物料從倉內(nèi)一側(cè)向另一側(cè)移動，在翻拋物料的同時，打碎物料顆粒，保證均勻性，且有效蒸發(fā)水分，終實現(xiàn)從發(fā)酵倉一端出料的工藝運行效果。翻拋機的工作時間與物料阻力特性相關(guān)，但須確保每個發(fā)酵倉中的物料每天翻拋1次的工藝要求。翻拋機在布料皮帶機布料之前完成物料的翻拋，為混合后的混合物料進料做好準備。物料在發(fā)酵倉內(nèi)通過好氧生化反應(yīng)，降解有機物的同時釋放大量的生物熱，嗜熱菌種不斷大量繁殖，濕污泥中的水分得到蒸發(fā)。好氧發(fā)酵倉區(qū)分兩個處理系列，每個處理系列設(shè)置16個發(fā)酵倉，每個發(fā)酵倉的尺寸為：54 m×5.02 m×4.5 m。
?。?）卸料區(qū)。物料從發(fā)酵倉一端出料后通過皮帶輸送機輸送到返料料倉，其中一部分物料做為發(fā)酵產(chǎn)物進入下一工序；另一部分物料做為混料組分之一，由皮帶機輸送至返料料倉，進而輸送至混料機，與進料的市政污泥和干料按設(shè)計比例進行混合。污泥發(fā)酵車間安裝的主要設(shè)備包括：布料皮帶輸送機、翻拋機、轉(zhuǎn)倉機、鼓風機和布氣系統(tǒng)、卸料皮帶機、混料機和返料料倉等。
2.3.3生物除臭濾池
項目設(shè)置生物除臭濾池2座，單座處理量Q為28萬m³/h，生物除臭濾池尺寸40.3 m×25.3 m×5 m。生物濾池中填料主要為有機-無機復(fù)合填料，填料高度為1.7 m。
每座生物除臭濾池設(shè)置離心風機4臺，設(shè)備性能參數(shù)：Q=7萬m³/h，風壓P=2 300 Pa，N=75 kW；設(shè)置循環(huán)水泵14臺，設(shè)備性能參數(shù)：Q=100 m³/h， H=32 m，N=15 kW。
2.4設(shè)計特點
（1）隧道式發(fā)酵倉與F5.110翻堆機。F5.110 翻堆機的特殊設(shè)計使發(fā)酵倉形成與翻堆機尺寸匹配且周圈封閉的矩形斷面隧道，臭氣收集容易；自由空間極大壓縮，臭氣收集動力消耗降低。
?。?）生產(chǎn)車間采用機械-建筑協(xié)同理念設(shè)計。“機械-建筑協(xié)同設(shè)計”（簡稱MCCD）就是在整個建（構(gòu)）筑物設(shè)計中融合建筑設(shè)計與機械設(shè)計理念、方法、過程，使機械與建筑設(shè)施共同完成建（構(gòu)）筑物功能的設(shè)計過程。通俗地講就是將建（構(gòu)）筑物看作一臺設(shè)備，土建設(shè)施作為殼體或結(jié)構(gòu)支撐件，機械作為運動部件。MCCD可以極大壓縮系統(tǒng)無效空間，對堆肥系統(tǒng)除臭具有積極意義，并且在保障性能的前提下降低投資、減少占地面積。MCCD首先做到“機械設(shè)計建筑化”。在核心非標機械設(shè)計過程中，充分考慮到土建施工精度極限，在確保性能的前提下排除不必要的精度要求。MCCD其次要做到“建筑設(shè)計機械化”，在工程設(shè)計中充分考慮與機械的配合。
?。?）臭氣收集系統(tǒng)引入FLUENT輔助設(shè)計。在洛陽項目中根據(jù)設(shè)計參數(shù)建立模型，通過FLUENT模擬驗證實施效果，為尋找佳通風量與經(jīng)濟通風量的結(jié)合點提供了量化參考依據(jù)。
?。?）多段曝氣與多種控制模式。項目采用動態(tài)槽式曝氣，為優(yōu)化工藝運行控制，每條發(fā)酵槽采用4臺鼓風機進行4階段曝氣，并且曝氣系統(tǒng)可以根據(jù)實際情況在時間模式、溫度模式等多種模式間自由切換。
?。?）自動布料與出料系統(tǒng)。項目參考了沈陽市污水處理廠污泥處理工程布料系統(tǒng)的特點，采用犁式卸料器完成卸料工序；項目參考了唐山城市污泥處理工程出料系統(tǒng)的特點，采用轉(zhuǎn)倉機導(dǎo)流板與皮帶輸送機配合完成出料工序。
3 兩期設(shè)計核心參數(shù)對比
洛陽市污泥一、二期工程設(shè)計核心參數(shù)對比見表1。
4 中國污泥堆肥技術(shù)變遷與發(fā)展趨勢
中國污泥堆肥技術(shù)從始至今經(jīng)歷了三個階段：
?。?）1998——2007年。這一階段是中國污泥市場萌芽階段，也是污泥堆肥技術(shù)的起步階段。1998年，隨著唐山西郊污水處理廠污泥堆肥項目正式投入運行，中國污泥堆肥行業(yè)正式開啟序幕，之后北京密云、太原楊家堡、北京龐各莊、太原河西北中部、唐山西郊二廠等污泥堆肥系統(tǒng)先后運行，但技術(shù)處于模仿、探索階段，處理規(guī)模較小，市場需求尚未形成。
這一階段堆肥技術(shù)總體圍繞翻堆機等專用設(shè)備研發(fā)，呈現(xiàn)機械化發(fā)展趨勢。
?。?）2007——2009年。這一階段雖然時間短暫，但是中國污泥堆肥市場形成的關(guān)鍵時期，國家相關(guān)技術(shù)政策密集出臺：2007——2009年，住建部頒布實施了《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質(zhì)》（CJ248-2007）、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 土地改良用泥質(zhì)》（CJ/T 291-2008）、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 農(nóng)用標準》（CJ/T 309-2009）等8部污泥處理處置相關(guān)標準；2009年2月，住建部、環(huán)保部、科技部聯(lián)合發(fā)布了《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策（試行）》。
污泥市場被迅速激活，但在國內(nèi)堆肥技術(shù)相對于大規(guī)模集中處理尚未成熟的情況下，德國BACKHUS系統(tǒng)以其簡單、便捷和高可靠性等特點進入中國并迅速占領(lǐng)市場，洛陽污泥一期項目就是在這一背景下完成并投入使用的，與之類似的還有2008年投運的北京龐各莊二期項目、廈門項目，以及2009投運的鄭州市八崗污泥處理廠項目。這一階段堆肥技術(shù)總體圍繞工藝呈現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展趨勢。
?。?）2009年至今。這一階段是中國污泥市場發(fā)展成熟階段，隨著技術(shù)政策的逐步落實，市場快速形成，堆肥技術(shù)也呈現(xiàn)百花齊放的特點：2009年秦皇島市綠港污泥處理廠套國產(chǎn)CTB系統(tǒng)投入使用；2011年唐山城市污泥處理項目套國產(chǎn)SACT系統(tǒng)投入使用，并創(chuàng)造了平行雙層系統(tǒng)的先例；2012年沈陽城市污泥處理項目IPS系統(tǒng)投入使用，創(chuàng)造了世界同類項目處理規(guī)模之。隨著污泥堆肥技術(shù)的快速發(fā)展、日臻完善，早期堆肥系統(tǒng)存在的技術(shù)問題逐漸凸現(xiàn)出來，系統(tǒng)地改造提升也隨之展開，洛陽污泥二期也正是在這一背景下立項、建設(shè)、投入運行。
這一階段堆肥技術(shù)總體呈現(xiàn)規(guī)?；⒕毣l(fā)展趨勢。
5 結(jié)語
污泥堆肥系統(tǒng)運行環(huán)境一般呈現(xiàn)高溫、高濕、腐蝕性特點，因此從目前的運行經(jīng)驗來看，平均改造周期為10年。洛陽污泥二期工程已正式運行超過三年，利用原來1/3的面積將處理能力提升近50%，在高自動化水平的前提下展現(xiàn)了系統(tǒng)的可靠性，同時展現(xiàn)了項目良好的經(jīng)濟性。項目所采用的技術(shù)和模式為今后陸續(xù)到達改造周期時點的污泥堆肥項目提供了一個不錯的參考。
微信對原文有刪減。原文標題“從洛陽污泥兩期工程設(shè)計看中國污泥堆肥技術(shù)變遷與發(fā)展趨勢”；作者：王濤；作者單位：機械科學(xué)研究總院環(huán)保技術(shù)與裝備研究所、機械工業(yè)有機固廢生物處理與資源化利用工程技術(shù)研究中心。刊登在《給水排水》2018年第9期。
