固体废物处理与处置卡擦就-城市污水处理厂污泥好氧发酵处理工程设计

课程设计课程名称固体废物处理与处置题目名称城市污水处理厂污泥好氧发酵处理工程设计学生学院环境学院目录一、引言 1二、设计背景资料： 三、设计内容： 11.污水污泥量与特性分析 12.污水污泥好氧发酵处理系统总体设计 22.1污泥好氧发酵处理技术路线 32.2污泥好氧发酵的原理 32.3污泥好氧发酵工艺流程 43、脱水污泥前处理设计（包括破碎、混合、和成分调整，主要为混合搅拌机选型或设计） 43.1含水率调整 43.2成分调理 43.3破碎机选型 53.4混合搅拌机的选型 54、污水污泥好氧发酵槽设计 54.1一次发酵主要参数 74.2一次发酵最终指标 74.3二次发酵主要参数 74.4堆肥质量指标 75.生物除臭处理设计 85.1产生气味的物质 85.2城市污水处理厂内气味的分布情况 85.3恶臭收集与输送 95.4除臭方法选择 95.5生物过滤法的工作原理 105.6生物过滤除臭设计 106、产品处理系统设计 117、结语 128、参考文献 12一、引言

我国城市近年来普遍建设了污水处理厂，而且规模不断扩大、处理程度不断提高。与蓬勃发展的污水处理技术相比，污泥处理和处置技术在我国还刚刚起步，未妥善处理的污泥会带来严重的二次污染问题。随着新建污水处理厂的陆续投产，污泥产量将会有大幅度的增加，所以对污泥的处理和处置必须予以充分的重视。

污泥的利用和最终处置方法主要有焚烧、填埋、堆肥和投海等。与其它处置方式相比，堆肥处理不但可以达到稳定污泥的目的，同时制成肥料农业利用具有经济、简便、可资源化等优点，引起各国的重视，并进行大量的研究。

二、设计背景资料（1）城市生活污水脱水污泥含水率75％，C/N为6.3，污泥含氮量为5.6％（干基），污泥全年平均温度25℃（2）大气全年平均温度21℃，土壤冬季计算温度10℃，冬季冻土深度0.6m，土壤全年平均温度23℃（3）地下水位深度7m。（4）发酵温度控制在50～60℃。但最高温度控制在60～70℃，并维持24小时以杀灭病原微生物和植物种子。（5）设计处理能力为20tDS（干污泥）/d。三、设计内容：1.污水污泥量与特性分析污水污泥量为20tDS（干污泥）/d。城市生活污水污泥(SewageSludge)，简称城市污泥，是生活污水处理厂在污水净化过程中产生的一种含水率很高的絮状泥粒，它实际上是由污水中的悬浮物、微生物、微生物所吸附的有机物以及微生物代谢活动产物所形成的聚集体组成的。随着污泥处理技术的改进，污水排放标准日趋严格，处理程度越来越高，产生的污泥量大大增加。城市生活污水污泥主要属于有机污泥，其特点是有机物含量高(60％～80％)，颗粒细(0．02～0．2mm)，密度较小(1．002～1．0069／cm3)，由于在水处理过程中经常添加化学絮凝剂而呈絮状体结构，脱水性差，分散困难。从外观上看，城市污泥呈黑色或黑褐色的流体状或泥饼状物质，含水率高，易腐败，有恶臭。虽然城市污泥因其来源和处理过程不同，有机质、氮、磷、钾的含量和比例有所差异，但研究表明，城市污泥总体上是一种富含有机质(平均为355g／kg)，高氮(平均为24．9g／kg)、磷(平均为30．7g／kg)而低钾(平均为14．0g／kg)的有机肥，有机质、氮、磷含量大大高于普通农家肥猪牛粪，有的甚至比优质农家肥鸡粪还高n”，其总体养分含量高于一般的禽畜粪便，矿化速度也比普通农家肥迅速n”。有研究报道，污泥有机物中易降解成分(水溶性有机质、蛋白质、半纤维素等)占有机物总量的比例高达60％，C／N比低(通常为6～8)，供肥能力相对较强，因此是一个很好的有机肥源。针对污泥钾含量普遍较低，通常低于普通农家肥含钾量的现实情况，有研究者建议在污泥肥料生产或施用过程中适当添加一定量的钾肥以优化其肥料比例，提高农业价值。污泥中浓缩有各种重金属，由于其具有难迁移、易富集、危害大等特点，一直是限制污泥农业利用的最主要因素。污泥施用增加了土壤和作物中的重金属含量，而且与污泥施用量成一定的线性关系。许多国家都对可农业利用污泥的重金属含量做了明确规定。但由于城市生活污水处理厂主要污水来源为生活污水而非工业废水，因此污泥中重金属含量主要和居民饮食、居住环境以及使用工具有关，基本都低于我国颁布的《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284—84)，符合污泥农用标准要求，但也有研究报道称，一些生活污泥中Zn含量大大超过标准，所以在设计污泥的施用量和施用时间时要特别重视该元素的不良影响。城市生活污水污泥中含有多种病原菌、病毒和寄生虫等，经厌氧消化后有一定程度的降低，但仍不能使其完全灭活，需进一步处理。污泥按不同分离过程可以分为初沉污泥、生物滤池污泥、活性污泥，其中一部分活性污泥作为回流污泥，其余的作为剩余污泥从二级沉淀池排出。一般来说，污水处理厂需要处理的污泥主要是初沉池污泥与剩余污泥的混合污泥。污泥中水分的存在形式主要有间隙水、毛细管结合水，表面吸附水和内部水。间隙水污泥颗粒间隙中的水称为间隙水，约占污泥水分的70％左右，是污泥浓缩的主要对象。毛细管结合水在细小污泥固体颗粒周围的水，由于产生毛细现象，可以构成如下几种结合水：在固体颗粒的接触面上由于毛细压力的作用而形成的楔形毛细结合水；充满于固体本身裂隙中的毛细结合水。各类毛细结合水约占污泥中水分总量的20％.表面吸附水吸附于污泥颗粒表面的水称为表面吸附水，约占污泥水分的7％左右。污泥常处于胶体颗粒状态，比表面积大，在表面张力作用下能吸附较多水分。内部水存在于污泥颗粒内部的水称为表面吸附水，约占污泥水分的3％左右。内部水与固体结合得很紧，用机械方法不能脱除，但可用高温加热法或冷冻法去除。2.污水污泥好氧发酵处理系统总体设计好氧发酵是在有氧条件下，好氧菌对废物进行吸收、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殖，产生出更多生物体的过程。工艺流程主要是：前处理单元、主发酵单元、后发酵单元、后处理单元、恶臭控制单元。近年来，随着我国城市污水厂的兴建，污泥的处理与处置问题极为突出，污泥不加处理直接返回，可造成病虫害等二次污染。污泥中富含有机物和其它植物生长营养素，将污泥发酵后制成有机肥料，使其变废为宝，既节约了能源，又保护了环境。2.1污泥好氧发酵处理技术路线（1）混合调质污泥混合调质的目的是调整脱水污泥的水分和碳氮比，并加大疏松程度，增加与空气的接触面积，有利于好氧发酵。同时添加外源菌种（VT菌）以促进发酵过程快速进行，并抑制臭气的产生。（2）好氧堆肥好氧堆肥在发酵槽（池）或发酵仓内进行，靠强制通风来供给氧气。在堆肥过程中，物料中有机物在好氧微生物作用下开始发酵，首先是易分解物质分解，产生CO2和H2O，同时产生热量使温度上升。这时微生物吸取有机物中的碳、氮等营养成分，在合成细胞质自身繁殖的同时，将细胞中吸收的物质分解而产生热量，发酵能进行高效率的分解。一般来说经过最少7天的平均温度保持在55℃以上的发酵，大部分有机物已被降解，由于有机物的减少及代谢产物的累积，微生物的生长及有机物的分解速度减缓，发酵温度开始降低，此时有机质基本稳定。堆肥过程中氧的供给情况和发酵保温程度对堆肥的温度上升有很大影响，发酵周期约为12～15天。（3）陈化筛分堆肥发酵后的污泥尚未达到腐熟，需要继续进行陈化（二次发酵）。陈化的目的是将污泥中剩余有机物进一步分解、稳定，陈化后期堆肥的温度逐渐下降，稳定在40℃左右，含水率可降低至35%以下，堆肥腐熟后形成腐殖质。为满足有机肥销售或后续制肥工艺的要求，在陈化之后还可进行一次筛分分级。（4）加工制肥污泥堆肥要作为产品销售还应根据肥料用途和市场需要进行加工，制肥的目的就是提高污泥堆肥的肥效和商品性，进而提高综合经济效益。（5）尾气除臭在好氧堆肥过程中有臭气产生，主要是氨、硫化氢、甲基硫醇、胺类等，废气必须进行除臭处理后才能排放。常用的处理方法有生物滤池法、化学洗池法和活性碳纤维吸附法等。一般是用通风机将堆肥过程中产生的臭气收集，用管道输送到除臭器中除臭，这些除臭器处理NH3、H2S的去除率均可达到95%以上。2.2污泥好氧发酵的原理有机物＋O2＋营养物—细胞质＋CO2＋H2O＋NH3＋SO42-＋...＋抗性有机物＋热量含氮有机物（CsHtNuOv*AH2O）：细胞物质的合成：细胞质的氧化：2.3污泥好氧发酵工艺流程3、脱水污泥前处理设计（包括破碎、混合、和成分调整，主要为混合搅拌机选型或设计）一般污泥的脱水泥饼含水率高，呈片状或块状，结构紧密，通气性差；加消石灰作助凝剂的脱水污泥pH值高，这样就不能发酵。因此，必须进行含水率、pH值及粒度调整等前处理，然后再利用成品进行接种。（1）含水率调整污泥脱水泥饼的含水率为75％，水分过高会堵塞堆料中空隙，影响通风，导致发酵温度急剧下降；水分过低(<40％)则不利于微生物的生长。本设计将好氧堆肥化水分调整为55％，含水率调整的方法采用的是添加辅料（树叶）和成品回流。在l体积的泥饼中加入1体积的辅料。（2）成分调理污泥调理的是指对污泥进行预处理以提高污泥的浓缩脱水效率，并为经济地进行后续处理而有计划地改善污泥性质的措施。调理方法有四种：1、化学调节法2、热处理法3、冷冻法4、淘洗法。因为是城市污水处理厂，处理量大，所以我们采用化学调节法，成本低，效率高。通过加入无机混凝剂，如铝盐、铁盐；投加量为污泥干固体重量的（7～20）%，或者高分子混凝：PAM（聚丙烯酰胺），投加量为污泥干重的1%以下。（3）破碎机选型选择PCX-8080多功能星锤式垃圾破碎机，此破碎机能将滚筒筛送来的直径小于250mm的物料破碎成为小于50mm的堆肥物，为第一次发酵做好准备。该机能有效地破碎硬性、柔性、长短各种有机废弃物，并设有辅助进料器和轻抛物料收集装置，能分离部分塑料和废纸。其主要性能参数为：外形尺寸3500mm×4300mm×3600mm,转子直径800mm，长800mm,转子速度300-676r/min，进料粒度直径不大于250mm,出料粒度直径不大于50mm,主电机功率15Kw,垃圾处理量不大于15t/h,主机重不大于8.5t。（4）混合搅拌机的选型搅拌设备是水处理工程中投加混凝剂、助凝剂作瞬时接触混合的设备，原水与混凝剂或助凝剂在罐体或水泥构筑的混合池内，在搅拌作用下产生对流循环和激烈的漩涡，从而使混凝剂或助凝剂与水快速充分混合，以满足混凝生产工艺的要求。目前比较常见的搅拌设备有以下LJF型反应搅拌器、JWH型反应搅拌器、RS型反应搅拌器，综合考虑后选用LJF型反应搅拌器。LJF型反应搅拌器的特点是转速低，不易打碎絮体，池体和罐体内衬玻璃钢防腐。该机采用框架式结构搅拌桨，低转速能促使水中物质形成絮凝体，加速沉淀效果。具有搅拌均匀、低能耗、耐腐蚀、结构完善的优点，可适应水量和水温的变化，广泛应用于水处理工程中的反应阶段。LJF型反应搅拌机规格及主要技术参数如下表所示：LJF型反应搅拌机规格及主要技术参数参数池子尺寸/m搅拌器尺寸/mm搅拌功率/KW搅拌器转速/(r/min)型号规格L×BHDh0h1ⅠⅡⅢⅠⅡⅢLJF-17002.2×2.23.4170026004000.80.370.37843.4LJF-28753.25×3.254.5287535003500.80.370.375.93.93.2LJF-30003.5×3.53.55300022005500.40.250.183.82.81.78LJF-38004.3×4.33.4380012005500.80.370.373.92.51.5LJF-42004.7×4.74420014005500.80.370.373.93.22.5根据体积设计要求选择LJF-1700的搅拌机其结构图如附图所示4、污水污泥好氧发酵槽设计发酵槽系统(也称为反应器系统、发酵仓系统、装置式系统等)是将堆肥物料密闭在发酵装置(如发酵仓、发酵塔、发酵槽等)内，控制通风和水分条件，使物料进行生物降解和转化。发酵装置种类较多：(1)按物料的流向划分，分为竖流式反应器、水平或倾斜流向反应器和静止式。竖直流向反应器包括搅拌固体床和简仓式；水平或倾斜流向反应器包括滚动固体床、搅拌固体床和静态固体床；静止式即堆肥箱。(2)按物料的流态，美国环保局把反应器系统分为推流式和动态混合式。推流式的特点是入口，出口出料，每个物料颗粒在反应器内的停留时间相同。动态混合式的特点是堆肥物料在反应器内用机械不停地搅拌混匀。根据反应器的形状不同，推流式系统又可分为：圆筒形、长方形、沟槽式反应器；动态混合式系统又可分为：长方形发酵塔和环行发酵塔。发酵槽系统装置主要包括以下设各：发酵槽、通气装置和搅动装置。因为发酵槽的形状决定通气装置和搅动装置的形式，通常按发酵槽的形状把发酵装置分为：立式多段发酵槽、筒仓式发酵槽、卧式旋转发酵槽和卧式敝口发酵槽。各种发酵槽系统的性能比较见下表3．1。综上选择卧式发酵。而卧式发酵有多种形式，其中典型形式为著名的达诺（Dano）式滚筒。这种发酵设备结构简单，可以采用较大粒度的物料，从而使预处理设备简单化，因此具有相当强的生命力，在世界各国均广泛使用。在卧式堆肥发酵滚筒装置中，废物在筒体内表面的摩擦力作用下，沿旋转方向提升，同时借助自重落下，通过如此反复升高、跌落，可充分地调整物料的温度、水分，同时废物被均匀地翻倒而与供入的空气接触达到与曝气同样的效果。物料在翻转的同时在微生物的作用下进行发酵，而随着螺旋板的拨动以及由于筒体倾斜的原因，滚筒中的旋转物料又不断由入口端向出口端移动，物料随滚筒旋转而不断地塌落，以致新鲜空气不断进入，臭气不断被抽走，充分保证了微生物好氧分解的条件。最后经双层金属网筛的分选，得到一次发酵的粗堆肥。所以，这种装置可以自动稳定地供料、传送，并且排出堆肥物。该装置的主要参数为：滚筒直径2.5m～4.5m，长度20～40m；内搅拌的旋转速度0.2～3r/min。通常为常温24h连续操作，通风量为0.1m3/(m3.min)。若仅为一次发酵，时间只需36～48h；若全程发酵，需发酵时间为2～5d。筒填充率：筒内废物量/筒容量≤80％。当以该装置做全程发酵时，发酵过程中堆肥物的平均温度为50～60℃，最高温度可达70～80℃；当以该装置做一次发酵时，则平均温度为35～45℃，最高温度可达60℃左右。卧式堆肥发酵滚筒的生产效率相当高，发达国家常采用它与立式堆肥发酵塔组合应用，可告诉完成发酵任务，实现自动化生产。其缺点在于堆肥过程中，原料滞留时间短，发酵不充分，装置的密闭也是个问题。此外，由于在发酵过程中，筒体不断的旋转，对物料进行重复切断，所以物料易产生压实现象，不能对原料进行充分通气，导致产品不易均质化，能耗也较高。卧式堆肥发酵滚筒的直径2.5～3.5m,长度20～30m,内搅拌的旋转速度0.2～3r/min为宜；通风空气温度保持常温，对24h连续操作的装置，通风量为0.1m3/(m3.min)。空气从筒的出料口进入，并从进料口排出。如果发酵全过程都在此装置中完成，停留时间应为2～5d。筒内废物量一般不能超过筒容量的80％。当以该装置做全程发酵时，发酵过程中堆肥物的平均温度为50～60℃，最高温度可达70～80℃；当以该装置做一次发酵时，则平均温度为35～45℃，最高温度可达60℃左右。4.1一次发酵主要参数有机质含量＞30％：含水率为30%；C/N比（30～35）：1；通风量0.1～0.2m3/m3,发酵周期2d；温度控制50℃以上（最多不超过70℃）。4.2一次发酵最终指标无恶臭；发酵符合无害化标准；容积减容1/3左右；水分去除率8%左右；挥发性固体转化率15%左右；C/N比20:1。4.3二次发酵主要参数经精分选体积减少约1/3；发酵周期10d；温度回升至小于40℃。二次发酵最终指标：堆肥充分腐熟；含水率小于20%；C/N比小于20:1。4.4堆肥质量指标符合无害化标准；含水率小于20%；PH值7.5-8.5；全氮0.30%；速效氮0.04%；全磷0.1%；全钾0.2%；无机物粒径小于5mm。20t垃圾对应体积：20t/d*2d/0.6t/m³=66.7(容重0.6t/QUOTE)所需发酵仓总体积：QUOTE=166.67QUOTE取设计一次发酵的发酵仓个数为1个，则每个发酵罐体积：QUOTE=166.67QUOTE取每个发酵罐长度为21m，算得直径：QUOTE=3.18m二次发酵所需发酵仓总体积：二次发酵取和一次发酵同尺寸类型的发酵仓，则所需个数：5.生物除臭处理设计5.1产生气味的物质在污水处理工艺过程中产生气味物质主要由碳、氮和硫元素组成。只有少数的气味物质是无机化合物，例如：氨(NH3)、膦(PH3)和硫化氢(H2S)；大多数的气味物质是有机物，比如：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。值得注意的是：这些物质都带有活性基团，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，生物除臭工艺就是基于这一原理。5.2城市污水处理厂内气味的分布情况城市污水处理厂内的主要气味源是污水厂的进水部分和污泥处理部分。德国工程师协会对城市污水厂各个部分的气味扩散进行了调查，结果见下表。处理厂工序部位气味值波动范围进水4525-80格栅8532-136曝气沉砂池6030-90高负荷曝气池6033-84一般负荷曝气池5021-101延时曝气法曝气池3010-43初沉池5529-84中间沉淀池3023-31二沉池3012-50初沉污泥提升8574-105二沉污泥提升4526-82生污泥存放20030-800消化污泥存放8035-240机械污泥脱水室40050-770污泥脱水滤液3300-9550热预处理污泥71000(在浓缩池内测出)5.3恶臭收集与输送5.3.1加盖设计除臭工艺的第一个重点是建立臭气收集系统，理想的臭气收集系统是对臭气污染源在最小的范围内进行封闭和直接收集。为了减少臭气对周围环境的影响，设计中对产生臭气的改良A2／O生物处理池等构筑物采取了加盖封闭措施。具体做法是在构筑物水面上加一个高度≤1m的盖，将污水水面罩住。加盖材料有多种，在综合考虑投资、耐腐蚀性、可靠性和美观性的基础上，加盖材料采用进口玻璃钢。5.3.2风量计算污水厂臭气量的计算基本上有下列几种方法：①根据水面积确定臭气量；②对构筑物整体加盖，根据臭气空间容积确定脱臭气量；③对水池局部加盖，根据开口面积和风速确定脱臭气量；④根据设备台数确定脱臭气量。本工程的风量根据臭气空间容积和换气次数确定，换气次数根据室内是否进人确定取值范围：不进人或一般不进人的地方，换气次数约为2—3次／h；有人进入，但工作时间不长的，换气次数约为2—3．5次／h；有人长时间工作的空间，换气次数为4～8次／h。本设计根据臭气空间，按换气次数为2次／h再叠加曝气量确定臭气量。该污水厂A2／O生化池加盖后臭气空间为17500m3，曝气量为35000m3／h，则生化池处理气量按70000m3／h来考虑。5.4除臭方法选择生物吸收法除臭的原理是气味物质被液相吸收并被微生物氧化，所以该法要求被去除的臭味物质有好的水溶性并可被生物氧化。污水处理厂的生物吸收除臭法主要有废气直接通入曝气池法、生物过滤法和生物洗涤法，其中常用的是前两种。废气直接通入曝气池法是将从格栅间、沉砂池、浓缩池、污泥脱水机房收集到的废气直接通入曝气池中，有机气味物质在曝气池中被活性污泥吸收，随后被分解。其主要优点是方法简单，费用低，但除臭效果较差，存在过曝气的可能，曝气池中污水生化处理过程将受到一定的影响，使得曝气池成为严重的气味扩散源，因此其应用有较大的局限性。因而本设计采用生物过滤法除臭。5.5生物过滤法的工作原理生物过滤是使收集到的废气在适宜的条件下通过长满微生物的固体载体(填料)，气味物质先被填料吸收，然后被填料上的微生物氧化分解，完成废气的除臭过程。固体载体上生长的微生物承担了物质转换的任务，因为微生物生长需要足够的有机养分，所以固体载体必须具有高的有机成分。要使微生物保持高的活性，还必须为之创造一个良好的生存条件，比如：适宜的湿度、pH值、氧气含量、温度和营养成分等。环境条件变化会影响微生物的生长繁殖，因此在试运行时或改变工况时要考虑生物过滤池会有一个适应期。生物过滤池工艺流程见下图。5.6生物过滤除臭设计生物除臭滤池由臭气收集系统、加湿系统、生物填料系统、原水输送、滤液排放等几部分构成。5.6.1设计参数的确定为了保证设备的正常运行和对恶臭物质的高效去除率，工艺参数的选择和确定是极为重要的。一般生物除臭滤池的主要设计参数如下表所示。根据污水处理厂生化池臭气量及臭气处理设施的建设情况，本工程设置2套生物滤池除臭装置，每套处理臭气能力为35000m3／h。具体设计参数如下：生物滤池高度为2．5m；滤池表面负荷为176．8m3／(m2·h)；停留时间为50．9S；填料高度为0．8m；生物滤池尺寸为18.0m×11．0m×2.5m；风机Q=20000m3／h，H=2kPa，N=15kW，2台。为减轻装置总重量，生物过滤池采用钢板建造，过滤池底部采用2％坡度坡向底部排水口，过滤池内部应进行防腐处理。5.6.2生物过滤系统选址：生物滤池与风机拟建于细格栅与旋流沉砂池之间的空地上．5.6.3填料选择：根据小试对比试验的结果，选择沸石、粘土陶粒和珍珠岩作为生物滤池的填料．填装方案为：第一层0．1m沸石，第二层0．9m陶粒，第