1、沈 阳 化 工 大 学 固体废弃物处置与资源化课程设计 题 目： 污泥堆肥厂工艺设计 院 系： 环境与生物工程学院 专 业： 环境工程 班 级： 环境 0802 学生姓名： 冯会璎 指导教师： 梁彦秋 2011 年 8 月 30 日 污泥堆肥厂工艺设计 - 2 - 目录 前言 - 4 - 一、污泥的介绍 - 5 - 1.1 污泥的分类及特性 .- 5 - 1.2 污泥的性质指标 .- 5 - 1.2.1 污泥的含水率、固体含量和体积 .- 5 - 1.2.2 污泥的脱水性能 .- 5 - 1.2.3 挥发性固体与灰分 .- 5 - 1.2.4 污泥的可消化性 .- 6 - 1.2.5 污泥中微
2、生物 .- 6 - 二、堆肥的缺点 - 6 - 2.1 费时和成本高 .- 6 - 2.2 占用土地 .- 6 - 2.3 臭气污染 .- 6 - 2.4 易受天气影响 .- 6 - 2.5 流失氮素的可能 .- 7 - 三、堆肥设备 - 7 - 四、多层立式堆肥发酵塔 - 7 - 五、任务书 - 8 - 污泥堆肥厂工艺设计 - 3 - 1.1 设计参数 .- 8 - 六、工艺流程 - 8 - 七、堆肥工艺流程介绍 - 8 - 7.1 预处理 .- 8 - 7.2 主发酵（一次发酵） .- 9 - 7.3 后发酵（二次发酵） .- 9 - 7.4 后处理 .- 9 - 7.5 脱臭 .- 9
3、- 7.6 贮存 .- 9 - 八、主要计算 - 10 - 九、参考文献 - 10 - 污泥堆肥厂工艺设计 - 4 - 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
4、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
5、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、cN 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 污泥堆肥厂工艺设计 - 5 - 埃肥。 在堆肥化过程中
6、，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 12 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。 污泥堆肥厂工艺设计 一、污泥的介绍 1.1 污泥的分类及特性 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。 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
7、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。 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。 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。 更常用
8、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。 1.2 污泥的性质指标 污泥堆肥厂工艺设计 - 6 - 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。 1.2.1 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。 1.2.2 污泥的脱水性能 为了降低污泥的含水率，减小
9、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。 1.2.3 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。 1.2.4 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。 1.2.5 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
10、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。 2.1 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。 2.2 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 污泥堆肥厂工艺设计 - 7 - 是建筑用地。 2.3 臭气污
11、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。 2.4 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。 2.5 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
12、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。 三、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。 反应器堆肥系统 根据反应器类型，固体流向，反应器的床
13、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。 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：堆肥过程控 制；调查可能的臭味来源；臭味收集系统；臭味处理系统；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 污泥堆肥厂工艺设计 - 8 - 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
14、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。 四、多层立式堆肥发酵塔 多层立式堆肥发酵塔通常有 58 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 58d 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
15、 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。 五、任务书 污泥堆肥化处理课程设计（50 吨/天）。 1.1 设计参数 污泥质量符合污泥农业国家标准，有机质含量为 15%, 污泥含水率为 75%，容 重为 1000Kg/m3，C/N 为（5-7）：1；采用木屑作为调理剂，木片容重为 350Kg/m3， 含水率为 20%；污泥和木片混合后含水率要求为 60%，容重为 700 Kg/m3 六、工艺流程 污泥堆肥厂工艺设
16、计 - 9 - 七、堆肥工艺流程介绍 7.1 预处理 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。 7.2 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
17、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。 7.3 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 污泥堆肥厂工艺设计 - 10 - 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。 7.4 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，
18、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。 7.5 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。 7.6 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。分为三 个过程：起始阶段、高温阶段、熟化阶段。 八、主要计算 1） 木屑添加量 设每吨污泥加入木屑 x (1000*0.75+
19、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*50=18750kg,既 18.75t V 木 =18750/350=53.57 m3 2) 污泥和木屑混合 =（1000+375）/(1+375/350)=664kg/m 3 总体积 V 日 =(50000+18750)/664=103.54 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 污泥堆肥厂工艺设计 - 11 - 日处理污泥体积量 V=d 2L/4=3.14*62*1.5/4
20、=43 m3 而污泥和木屑的日总体积为 104 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=235.3m 2 九、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
