多层立式堆肥发酵.doc

一、污泥的介绍 3
(一)污泥的分类及特性 3
(二)污泥的性质指标 3
二、堆肥流程 4
三、堆肥缺点堆肥的缺点 6
四、堆肥设备 6
五、多层立式堆肥发酵塔 7
六、主要计算 7
七、参考文献 8

前言

随着国家对环保治理的力度的加大，越来越多的污水厂投入运行，由此处理污水而产生的剩余污泥也越来越多，污泥是污水处理后的产物,是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体污泥等组成的极其复杂的非均质体污泥的主要特性是含水率高(可高达99%以上),有机物含量高,容易腐化发臭,并且颗粒较细,比重较小,呈胶状液态。它是介于液体和固体之间的浓稠物,可以用泵运输,但它很难通过沉降进行固液分离污泥的成分非常复杂，不仅含有较丰富的氮、磷及多种微量元素和大量有机质，同时还含有病原菌、寄生虫（卵）、重金属、盐分及某些难分解的有机毒物。
堆肥化是指在人工控制条件下，利用自然界广泛分布的细菌、放线菌和真菌等微生物将固体废物中可生物降解的有机组分分解，向比较稳定的腐殖质进行生物转化的微生物过程。这一过程包含堆肥材料的矿质化和腐殖化两个相互交替的过程。堆制初期，矿质化过程占优势；后期则腐殖化过程占优势，重视污泥的处置显得非常重要。
适用于堆肥法处理的废物主要有城市垃圾、粪便、城市及某些工业废水处理过程中产生的污泥、农林废物等。根据堆肥化过程中微生物对氧气的需求情况不同，可分为好氧堆肥和厌氧堆肥。好氧堆肥实在通气条件好、氧气充足的条件下借助好氧微生物的生命活动降解有机物，通常好氧堆肥温度高，所以好氧堆肥也称高温堆肥。厌氧堆肥则是在通气条件差、氧气不足的条件下借助厌氧微生物进行的一种发酵堆肥。现代化的堆肥工艺基本上都是好氧堆肥。
放置在任一场所的有机团体废物在湿度、通风条件满足的情况下，会自动产生热量(如秸秆堆垛、垃圾堆垛)，尤其在冬季这种现象更为明显，会产生大量热蒸汽。堆肥化就是在人工控制下，在一定的水分、c／N比和通风条件下通过微生物的发酵作用，将有机物转变为肥料的过程。在这种堆肥化过程中，有机物由不稳定状态转化为稳定的腐殖质物质，对环境尤其土壤环境不构成危害，而把堆肥化的产物称为埃肥。
在堆肥化过程中，伴随着有机物分解和腐殖质形成的过程，堆肥的材料在体积和重量上也发生着明显变化。通常由于破京等挥发性成分分解转化，重量和体积均会减少1／2左右。堆肥化过程是地球表面生态过程中的一部分，并在不断堆发挥着重要的作用，如可使地表面残留的枯枝落叶、杂草堆、树皮和其他半团体的有机物分解后再进一步参与到物质和能量的循环中去。

一、污泥的介绍
(一)污泥的分类及特性
(1)按来源分，大致有给水污泥、生活污水污泥和工业废水污泥三类。
(2)根据污泥从水中分离过程可分为沉淀污泥(包括物理沉淀污泥，混凝污泥、化学污泥)及生物处理污泥(指污水在二级处理过程中产生的污泥，包括生物滤池、生物转盘等方法得到的腐殖污泥及活性污泥法得到的活性污泥)。现代污水处理厂污泥大部分是沉淀污泥和生物处理污泥的混合污泥。
(3)按污泥成分和性质可分为有机污泥和无机污泥。以有机物为主要成分的有机污泥可简称为污泥，具主要特性是有机物含量高，容易腐化发臭，颗粒较细，密度较小，含水率高且不易脱水，是呈胶状结构的亲水性物质，便于用管道输送。生活污水污泥或混合污水污泥均属有机污泥。
(4)以无机物为主要成分的无机污泥常称为沉渣，沉渣的特性是颗粒较粗，密度较大，含水率较低且易于脱水，但流动性较差，不易用管道输送。给水处理沉砂池以及某些工业废水物理、化学处理过程中的沉淀物均属沉渣，无机污泥一般是疏水性污泥。
(5)更常用的是按污泥在不同处理阶段分类命名：生污泥、浓缩污泥、消化污泥、脱水干化污泥，干燥污泥及污泥焚烧灰。
(二)污泥的性质指标
为了合理地处理和利用污泥，必须先摸清污泥的成分和性质，通常需要对污泥的以下指标进行分析鉴定。
1 污泥的含水率、固体含量和体积
污泥中所含水分的含量与污泥总质量之比称为污泥含水率(％)，相应地固体物质在污泥中质量比例称为固体含量(％)。污泥的含水率一般都很大，相对密度接近1。主要取决于污泥中固体的种类及其颗粒大小。通常，固体颗粒越细小，其所含有机物越多，污泥的含水率越高。
2 污泥的脱水性能
为了降低污泥的含水率，减小体积，以利于污泥的输送、处理和处置，都必须对污泥进行脱水处理。不同性质的污泥，脱水的难易程度不同，可用脱水性能表示。
3 挥发性固体与灰分
挥发性固体能够近似地表示污泥中有机物含量，又称为灼烧减量。灰分则表示无机物含量，又称为固定固体或灼烧残渣。
4 污泥的可消化性
污泥中的有机物是消化处理的对象，其中一部分是能被消化分解的，另一部分是不易或不能被消化分解的，如纤维素等。常用可消化程度来表示污泥中可被消化分解的有机物数量。
5 污泥中微生物
生活污泥、医院排水及某些工业废水(如屠宰场废水)排出的污泥中，含有大量的细菌及各种寄生虫卵。为了防止在利用污泥的过程中传染疾病，必须对污泥进行寄生虫卵的检查并加以适当处理。

二、堆肥流程
1） 前处理
有机固体废物前处理往往包括破碎、分选、筛分等工序。理论上粒径越小越容易分解，但在增加物料表面积的同时，还必须保持一定程度的空隙率，以便于物料能够获得充足的氧量供应。当以粪便或污水等含水率较高的物质为堆肥原料时，在前处理过程中需调节水分和C/N，有时需添加一些菌种和酶制剂。
2） 主发酵（一次发酵）
城市有机固体废物的好氧堆肥主发酵期约为4-12d。在微生物的作用下，物料开始发酵。微生物通过吸收有机物的营养成分，在合成新细胞的同时，将细胞中吸收的物质分解。
发酵初期物质的分解作用是靠嗜温菌进行的，随着堆温上升，嗜热菌取代了嗜温菌，堆肥从中温阶段进入高温阶段。此时应采取温度控制手段，一面温度过高。经过一段时间后，大部分有机物被降解，各种病原菌均被杀灭，对层温度开始下降。
3）后发酵（二次发酵）
主发酵阶段产生的半成品堆肥后送至后发酵工序。在本工序中，将主发酵工序尚未分解的有机物进一步分解，使之变成腐殖酸、氨基酸等比较稳定的有机物，得到成熟的堆肥产品。在这一阶段的反应速度较低，耗氧量下降，所需时间较长。后发酵时间取决于堆肥的使用情况，通常在20-30d。
4） 后处理
经过二次发酵后的物料基本已成为粗堆肥。但城市固体废物堆肥中，仍然存在塑料、玻璃、陶瓷等杂物。因此，要经过一道分选工序去除这类杂质，并根据需要，进行再破碎过程。
5） 脱臭
在堆肥过程中，由于堆肥物料局部或某段时间内的厌氧发酵会产生臭气，污染工作环境。因此，必须进行堆肥排气的脱臭处理。臭气处理的去除方法主要有化学除臭剂除臭，碱水和水溶液过滤，熟堆肥或活性沸石等吸附剂吸附。堆肥场中较为实用除臭装置是堆肥过滤器。
6） 贮存
堆肥一般在春秋两季使用，夏冬两季生产的堆肥只能贮存。贮存方式可直接堆存在二次发酵舱中或袋装存放，这种贮存要求具备干燥、透气的室内环境。

污泥堆肥可以有很多形式，以下简要归纳各种形式并分析各自的工程应用效果：
（1）自然堆制：这种方法可以有限制地应用于农业废物或园林垃圾，由于污泥的透气性极差及含水率很高，这种方法原则上讲不适用于污泥堆肥。
（2）堆垛加机械翻堆：由于污泥物料的致密性，这种堆肥方法通常臭气排放较大，发酵周期长。
（3）强制通风的污泥条堆：堆肥以条堆的形式并辅以强制通风，发酵过程中伴以间歇的翻堆过程。实际中，当污泥堆及翻堆操作控制不好的时候，会出现通风口被堵，进而出现局部或全部条堆出现类似于（2）的堆肥形式。另外如果系统设计不理想或者通风控制不当，会出现较多臭气排放或者发酵温度过低。
（4）强制通风的污泥料仓：这种方法原则上与强制通风的污泥条堆相同，只是将污泥置于反应器或发酵仓中，从而垛可以堆的更高一些。实际应用中也会出现（3）中所述问题。另外，由于污泥物料的特点，应避免物料过高而引起的自压实作用。除此之外，设计中要充分考虑污泥进出料作业，为车辆留有足够空间。　2.1堆肥优点堆肥的优点主要包括土壤改良、生产可出售的产品、改善粪便处理、提高土地利用、降低污染和卫生风险、杀死病原菌、使用堆肥作垫料替代物、抑制病害以及获得处理或倾倒费。
　　1.土壤改良
　　堆肥是一种很好的土壤改良剂。当堆肥被用于农田，可以增加有机质，改善土壤结构，减少肥料的使用量，并且可以减轻土壤的潜在侵蚀。
　　2.可出售的商品
　　堆肥最具吸引力的特征之一就是产品有市场。潜在的消费者包括庭院种植、园林、菜农、草坪种植者以及高尔夫球场经营者等。由于被看做一种废弃产品，堆肥的价格变化很大，其价格主要由本地市场需求、堆肥质量以及原材料价格等决定。
　　3.改善粪便处理
　　堆肥可以减轻粪便的质量、水分含量和活性，便于处理，并在没有臭气和苍蝇的问题下得到很好的贮存。
　　4.改善土地利用
　　堆肥和粪便都有肥料价值，都是良好的土壤改良剂。但是粪便堆肥后有点多：堆肥可以使粪便中的氮素转变为更加稳定的有机氮；堆肥过程产生的热量可以减少粪便中杂草种子的数量。
　　5.降低污染风险和臭味抱怨
　　农业生产特别是养殖业不断规模化的过程中，养殖粪便和臭气开始成为一种负担而不是财富。特别是对一些企业来说。堆肥可以减轻这些问题的影响。由于堆肥产品通常有需求，因此其出路就不是问题。堆肥可以贮存和处理的性质允许它可以被运到比粪便和其他原料更远的地方。一个运行良好的堆肥设施基本不会产生臭气和苍蝇，堆肥还可以把氮转变为不容易渗进地下水或者被径流冲走的形态。
　　6.杀灭病原菌
　　当动物因为原生动物而产生腹泻时，它的粪便中就含有大量的该原生动物的包囊。这些原生动物暴露在摄氏60℃的条件下30min可以被杀死。堆肥过程中的温度可以达到摄氏60℃，但堆肥靠近表层的部分可能达不到这个温度，翻堆可以使所有的原料都达到所需的温度。
　　7.垫料替代物
　　堆肥被用在家禽和牲畜的垫料上。研究和试验表明堆肥基本上是安全和有效的垫料。
　　8.抑制疾病
　　已经发现良好的堆肥可以在不使用化学药物控制的情况下减轻植物的土传染病害。堆肥的这种抑制病害的特点已经开始被广泛地认识和认可。
三、堆肥缺点堆肥的缺点
费时、臭气污染、易受天气影响、市场销售、原料分散等方面。
　　1.费时和成本高
　　像其他工程一样，堆肥也需要设备、人力和管理。如果有现成机械和设备的话，堆肥的最初投入会非常低。这种方式对原料相对小的农场很合适，但是大部分中型、大型的堆肥厂已经发现仅利用现有设备会需要太多的人力，因此应购买专门的堆肥设备。对肥设备中少的价格需要10万左右，好一些的则需要100万以上。
　　2.占用土地
　　堆肥场地、原料贮存以及堆肥成品的贮存都需要占用相当多的土地，有时甚至是建筑用地。
　　3.臭气污染
　　说堆肥没有臭气是失实的。尽管堆肥过程的最终产品是没有臭气的，但是用来堆制堆肥的有些原料确实会产生臭气。知道他们被堆制前，这些活性的原材料，如粪便、污泥以及食品垃圾都能产生臭气，特别是它们被放置一段时间后。如果处理不当，也可能在堆制过程中产生臭气。
　　4.易受天气影响
　　寒冷的天气会降低堆肥物料的温度，也使得堆肥过程变慢。它还可能导致其他的问题，如原料设备冻结。雨和雪的潜在影响更加严重，大的降雨量会增加堆肥混合物的水分，因此延长了堆肥的时间。
　　5.流失氮素的可能
　　堆制过的堆肥常常只含有新鲜粪便不到一半的氮素。一个好的粪便控制系统应该保留住绝大部分的氮素，堆肥世纪上就代表了氮素损失的一条潜在途径。但是，除了土壤混合和恰当的贮存，粪便中的氮素会很快释放到大气，最后可能比堆肥中的残留的氮素还要少。

四、堆肥设备
堆肥设备包括物料处理、翻堆、反应器和除臭设备。
物料处理设备包括粉碎、混合、输送和分离设备。污泥堆肥系统的物料处理设备比较简单，只需混合设备和输送设备就行了。条垛堆肥系统的翻堆设备为三类，斗式装载机或推土机、垮式翻堆机、侧式翻堆机。翻堆设备可由拖位机牵引或自行推进，中小规模的条垛宜采用斗式装载机或推土机，大规模的条垛宜采用垮式翻堆机或侧式翻堆机。垮式翻堆机不需要牵引机械，侧式翻堆机需要拖拉机牵引。
1、反应器堆肥系统
根据反应器类型，固体流向，反应器的床层和空气供给方式进行分类，反应器堆肥系统可分为垂直固体流和水平及倾斜固体流两类。间歇隧道堆肥系统的应用在城市固体废弃物、污泥等处理中得到广泛的应用。
2、除臭设备
消除臭味问题是关系到一个堆肥工厂能否正常运行，有效的臭味控制是衡量堆肥工厂成功运转的一个重要标志，控制臭味至少必须采取5种措施：①堆肥过程控制；②调查可能的臭味来源；③臭味收集系统；④臭味处理系统；⑤残留臭味的有效扩散。堆肥过程控制是减少臭味的关键因素，但不能完全有效地控制臭味，根据臭味来源的调整结果，建立适当的臭味和处理系统。臭味处理系统包括化学除臭器、生物过滤器等。实践中，常采用生物过滤器处理臭味，在污泥堆肥系统中，它的组成材料为熟化的肥堆等。控制臭味的最常用的综合措施是封闭堆肥设备、采用生物过滤器和进行过程控制。
五、多层立式堆肥发酵塔
多层立式堆肥发酵塔通常有5～8层组成，内外层均有水泥或钢板组成。经分选后的可堆肥物料由塔顶进入塔内，在塔内可堆肥物料通过不同形式的搅拌翻动，逐层由塔顶向塔底移动，最后有最低层出料。一般经过5～8d的好氧发酵，堆肥物料即由塔顶向塔底而完成一次发酵。塔内温度分布从下层至上层逐渐升高，最高温度在最下层。通常以风机强制通风対塔内进行供氧，通过安装塔身一侧不同高度的通风口将空气定量的通入塔内以满足微生物对氧的需求。立式堆肥发酵塔通常为密闭结构，堆肥时产生的臭气能较好的进行收集处理，条件比较好。此外，此堆肥设备具有处理量大，占地面积小的优点，但一次性投资较高。
立式堆肥发酵塔的种类包括：立式多层圆筒式，立式多层板闭合门式，立式多层桨叶刮板式，历史多层移动床。

六、主要计算

1） 木屑添加量
设每吨污泥加入木屑x㎏
(1000*0.75+0.2X)/(1000+X)=0.6 解得X=375㎏
即每吨污泥填加375kg木屑
木屑总填加量 M=375*30=11250kg,既11.25t
V木=11250/350=34.12 m3
2) 污泥和木屑混合
ρ=（1000+375）/(1+375/350)=664kg/m3
总体积V日=(30000+11250)/664=62.12 m3
3） 发酵滚筒参数计算
发酵时间取为5d
发酵塔为5层，每层高度L=1.5m，每天底层出料一层，顶层进料一层
直径取D=6m
日处理污泥体积量V=πd2L/4=3.14*62*1.5/4=43 m3
而污泥和木屑的日总体积为73 m3，所以需要2个立式发酵罐。
4)二次发酵
一次发酵后体积减少约1/3，二次发酵时间为20d，厂房高H=1.7m
占地面积：
S=（V日*2/3*20）/1.7=（30*2/3*20）/1.7=235.3m2附件(0 个)

七、参考文献

[1]、陈昆柏编著，《固体废物的处理与处置工程学》，中国环境出版社，第一版，2005
[2]、李传统编，《现代固体废物综合处理技术》，东南大学出版社，第一版2008
[3]、聂永丰编著，《三废处理工程技术手册（固废卷）》，化学工业出版社，第一版，2000
[4]、周立祥编，《固体废物处理初战与资源化》，中国农业出版社，第一版，2007

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