污泥堆肥工程曝氣系統的設計與選型比較

隨著(zhù)我國污水處理事業(yè)的不斷發(fā)展，逐漸增多的污水處理廠(chǎng)的脫水污泥漸漸成為城市管理的頑疾，傳統填埋或者棄置的做法已無(wú)法滿(mǎn)足當前需要，污泥無(wú)害化、減量化、資源化技術(shù)隨之發(fā)展起來(lái)。污泥好氧堆肥技術(shù)作為適合我國國情的一種污泥處置技術(shù)，正得到推廣發(fā)展。好氧曝氣工序是污泥好氧堆肥工藝流程的主要組成部分，其曝氣風(fēng)機選型的合理與否將會(huì )對整個(gè)項目的技術(shù)及經(jīng)濟可行性產(chǎn)生重要影響。污泥好氧發(fā)酵核心工藝流程見(jiàn)圖1。

1  工作原理及工況要求

與污水處理中的風(fēng)機選型相同，風(fēng)量、風(fēng)壓和工況條件也是風(fēng)機選型的基礎。污泥堆肥好氧發(fā)酵倉所需的空氣流量需根據物料量計算得出。污泥發(fā)酵曝氣系統所需的風(fēng)機壓力由物料阻力損失和管路系統損失兩部分組成。與污水處理曝氣系統不同的是，其管路損失占風(fēng)壓損失的絕大部分，一般物料阻力損失約為300～600Pa。管路系統一般分為分散供氣系統和集中供氣系統，管路系統損失系根據管路復雜程度和管徑計算取得。污泥發(fā)酵曝氣系統見(jiàn)圖2。

2  集中供氣與分散供氣比較

污水好氧曝氣系統的主要阻力來(lái)源于水壓，一般供氣系統阻力約占總阻力的20%以下。污泥發(fā)酵曝氣系統的主要阻力集中在輸布氣管路系統，占總阻力的80%以上。因此對于污泥發(fā)酵曝氣系統來(lái)講，管路阻力分布的均勻性將會(huì )直接影響曝氣的均勻性，并且影響程度較大。管路系統由于局部堵塞造成的微小阻力變化將會(huì )直接影響到系統內其他管路的曝氣量。因為固體發(fā)酵運行情況比較復雜，條件也比較惡劣，因此發(fā)生曝氣管堵塞的機率較大。1臺風(fēng)機供氣的倉數越多，相互的影響也就越大，發(fā)酵倉之間就越容易出現相對短流或斷流，并且這種影響無(wú)法預知、不可逆、很難監測。如果不加以修復，將直接影響到發(fā)酵倉的正常運轉，而修復過(guò)程中必須清倉取出曝氣管道，清理后重新安裝，不僅工作量大，工作條件惡劣，而且需要較長(cháng)的時(shí)間。

供氣超量將造成堆溫下降，物料無(wú)法正常腐熟，出料仍會(huì )存在大量細菌和待分解物質(zhì)，達不到穩定化要求，無(wú)法利用。供氣不足將會(huì )造成局部厭氧，好氧菌數量減少，發(fā)酵效率降低，出料含水率無(wú)法達到設計要求。

要對上述問(wèn)題進(jìn)行修復，只能通過(guò)停止運轉、清空發(fā)酵倉清理管路來(lái)完成。將此類(lèi)問(wèn)題發(fā)生機率降到最低的風(fēng)機設置方案為每臺風(fēng)機對應1個(gè)發(fā)酵倉。1臺風(fēng)機對應1個(gè)發(fā)酵倉曝氣，物料在1個(gè)發(fā)酵倉中移動(dòng)，風(fēng)機供氣通過(guò)管路進(jìn)入所對應的發(fā)酵倉，無(wú)論是否存在堵塞現象，物料均可以接觸到空氣完成好氧發(fā)酵過(guò)程。

此外，在風(fēng)機選型中，每小時(shí)數萬(wàn)立方米風(fēng)量、幾千帕風(fēng)壓的參數對于羅茨或離心風(fēng)機的選型都十分困難，且運行工況處于極低效率區域，裝機功率大大增加，若選擇大型離心通風(fēng)機，會(huì )由于集中供氣較為復雜的管路系統，使得壓力無(wú)法滿(mǎn)足工藝要求。

需要強調的是，即使1臺風(fēng)機配合流量計閥門(mén)控制供應2座發(fā)酵倉，也同樣會(huì )出現兩個(gè)供氣系統相互干擾的情況。通過(guò)流量計和閥門(mén)控制來(lái)增加控制點(diǎn)和系統阻力損失，對于整個(gè)曝氣系統來(lái)講，會(huì )增加控制難度、降低運行穩定性、減小動(dòng)力效率。并且在單倉運行時(shí)，氣量過(guò)大會(huì )出現供氣超量現象，強制調節閥門(mén)控制氣量則會(huì )損害風(fēng)機的運行，影響風(fēng)機的使用壽命。

3  備選風(fēng)機類(lèi)型比較

將污泥堆肥工程常用的離心通風(fēng)機與污水處理工程曝氣系統常用的多級離心鼓風(fēng)機、羅茨風(fēng)機進(jìn)行性能和經(jīng)濟性對比見(jiàn)表1。

由表1可見(jiàn)，風(fēng)機壓力范圍在10,000Pa以下時(shí)，離心通風(fēng)機具有投資較小、設備簡(jiǎn)單、運行維護方便、運行費用較低等特點(diǎn)，因此離心通風(fēng)機是適合污泥好氧堆肥工程的曝氣系統氣源。同時(shí)可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。

4  國內外應用情況

4.1 國外應用情況

目前國外采用發(fā)酵倉或條垛形式的污泥好氧堆肥工程主要集中在歐洲和美國，歐洲主要以翻堆機為主，美國則普遍采用曝氣方式。從近十年的有關(guān)資料來(lái)看，國外大量采用的仍然是離心通風(fēng)機形式的分散曝氣系統，沒(méi)有發(fā)現采用集中曝氣的污泥堆肥實(shí)例。

4.2  國內應用情況

目前國內成功運行的污泥堆肥項目較少，采用曝氣系統的污泥堆肥項目則更少，正常運行的項目大都采用離心通風(fēng)機作為曝氣系統氣源。

（1）太原河西北中部污水處理廠(chǎng)采用SACT-B污泥堆肥工藝。系統2004年投入運行，污泥堆肥車(chē)間日處理脫水污泥60噸，共有發(fā)酵倉4座，選擇離心通風(fēng)機4臺，每臺流量6500m3/h，全壓4600Pa，電機型號Y160L-4，功率15kW，轉速1450r/min。

（2）唐山西郊污水處理二廠(chǎng)（世行貸款項目）采用SACT-C污泥堆肥工藝，2005年投入運行，日處理脫水污泥36噸，共有發(fā)酵倉2座，選擇離心通風(fēng)機2臺，每臺流量6500m3/h，全壓4600Pa，電機型號Y160L-4，功率15kW，轉速1450r/min。

（3）洛陽(yáng)污泥處置項目采用SACT-A污泥堆肥工藝，2007年投入運行，設計日處理脫水污泥280噸，原設計采用羅茨風(fēng)機8臺（6用2備），每臺流量170m3/h，壓力9800Pa，但由于上述種種問(wèn)題沒(méi)有得到解決，最終沒(méi)有實(shí)施曝氣系統建設，生產(chǎn)能力受到一定影響。

5  污泥堆肥項目風(fēng)機選型方案比較

河南某項目600t/d的曝氣系統工況要求：風(fēng)量360,000m3/h；分散供氣系統阻力損失3000Pa；集中供氣系統阻力損失5000～7000Pa；離心通風(fēng)機分散供氣系統風(fēng)壓3500Pa；離心鼓風(fēng)機或羅茨鼓風(fēng)機集中供氣系統風(fēng)壓9800Pa。

雖然污泥好氧發(fā)酵曝氣與污水處理曝氣都是風(fēng)機通過(guò)輸布氣管路系統將空氣送入充氧對象的過(guò)程，但設計重點(diǎn)都有著(zhù)本質(zhì)的不同。

（1）污水好氧曝氣系統

污水好氧曝氣系統的主要阻力來(lái)源于水壓超過(guò)80%，而一般輸布氣管路阻力僅占總阻力的不足20%。對于污水好氧曝氣系統來(lái)講主要是考慮水深對風(fēng)機壓力的要求，管路分布的均勻性對曝氣的均勻性的影響甚微，而水深基本恒定，集中供氣管路間流量調節基本可以一次完成。

（2）污泥發(fā)酵曝氣系統

污泥發(fā)酵曝氣系統的主要阻力集中在輸布氣管路系統，占到總阻力的80%～90%，物料堆產(chǎn)生的阻力占總阻力的10%～20%。因此對于污泥發(fā)酵曝氣系統而言，管路阻力決定風(fēng)機壓力，管路分布的均勻性將直接影響曝氣的均勻性，而且影響程度相當大。由于翻堆過(guò)程每天都在進(jìn)行，不同發(fā)酵倉中的物料堆體形態(tài)和疏松程度也在不斷改變，管路系統也不可避免地存在局部堵塞情況，并且這種堵塞情況可能時(shí)刻都在發(fā)生變化，因此若采用集中供氣的系統，所有流量調節閥門(mén)的動(dòng)作過(guò)程將每天持續進(jìn)行。

結合該項目特點(diǎn)和工藝參數作出多種方案的比較見(jiàn)表2。

6  結語(yǔ)

按照污水處理的傳統設計思維，選擇大功率風(fēng)機和集中供氣模式是經(jīng)濟合理的，但是由于污泥好氧堆肥固體發(fā)酵的曝氣系統與污水生化曝氣阻力構成截然相反，因此污水處理中傳統的曝氣形式與風(fēng)機選型不適用于污泥好氧堆肥工程。

綜上所述，離心通風(fēng)機作為理想的曝氣氣源設備與發(fā)酵倉一一對應，可進(jìn)行分散供氣，減少相互影響的概率，并可節省投資和運行費用。對于可能存在的設備備用問(wèn)題，可以通過(guò)在離心通風(fēng)機之間設置管道閥門(mén)連接的方式，在維修情況下實(shí)現互為備用。來(lái)源：谷騰水網(wǎng)