污泥堆肥工程曝氣系統(tǒng)的設計與選型比較

隨著我國污水處理事業(yè)的不斷發(fā)展，逐漸增多的污水處理廠的脫水污泥漸漸成為城市管理的頑疾，傳統(tǒng)填埋或者棄置的做法已無法滿足當前需要，污泥無害化、減量化、資源化技術(shù)隨之發(fā)展起來。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，其曝氣風機選型的合理與否將會對整個項目的技術(shù)及經(jīng)濟可行性產(chǎn)生重要影響。污泥好氧發(fā)酵核心工藝流程見圖1。

1  工作原理及工況要求

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

2  集中供氣與分散供氣比較

污水好氧曝氣系統(tǒng)的主要阻力來源于水壓，一般供氣系統(tǒng)阻力約占總阻力的20%以下。污泥發(fā)酵曝氣系統(tǒng)的主要阻力集中在輸布氣管路系統(tǒng)，占總阻力的80%以上。因此對于污泥發(fā)酵曝氣系統(tǒng)來講，管路阻力分布的均勻性將會直接影響曝氣的均勻性，并且影響程度較大。管路系統(tǒng)由于局部堵塞造成的微小阻力變化將會直接影響到系統(tǒng)內(nèi)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臺風機供氣的倉數(shù)越多，相互的影響也就越大，發(fā)酵倉之間就越容易出現(xiàn)相對短流或斷流，并且這種影響無法預知、不可逆、很難監(jiān)測。如果不加以修復，將直接影響到發(fā)酵倉的正常運轉(zhuǎn)，而修復過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，而且需要較長的時間。

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

要對上述問題進行修復，只能通過停止運轉(zhuǎn)、清空發(fā)酵倉清理管路來完成。將此類問題發(fā)生機率降到最低的風機設置方案為每臺風機對應1個發(fā)酵倉。1臺風機對應1個發(fā)酵倉曝氣，物料在1個發(fā)酵倉中移動，風機供氣通過管路進入所對應的發(fā)酵倉，無論是否存在堵塞現(xiàn)象，物料均可以接觸到空氣完成好氧發(fā)酵過程。

此外，在風機選型中，每小時數(shù)萬立方米風量、幾千帕風壓的參數(shù)對于羅茨或離心風機的選型都十分困難，且運行工況處于極低效率區(qū)域，裝機功率大大增加，若選擇大型離心通風機，會由于集中供氣較為復雜的管路系統(tǒng)，使得壓力無法滿足工藝要求。

需要強調(diào)的是，即使1臺風機配合流量計閥門控制供應2座發(fā)酵倉，也同樣會出現(xiàn)兩個供氣系統(tǒng)相互干擾的情況。通過流量計和閥門控制來增加控制點和系統(tǒng)阻力損失，對于整個曝氣系統(tǒng)來講，會增加控制難度、降低運行穩(wěn)定性、減小動力效率。并且在單倉運行時，氣量過大會出現(xiàn)供氣超量現(xiàn)象，強制調(diào)節(jié)閥門控制氣量則會損害風機的運行，影響風機的使用壽命。

3  備選風機類型比較

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

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

4  國內(nèi)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)資料來看，國外大量采用的仍然是離心通風機形式的分散曝氣系統(tǒng)，沒有發(fā)現(xiàn)采用集中曝氣的污泥堆肥實例。

4.2  國內(nèi)應用情況

目前國內(nèi)成功運行的污泥堆肥項目較少，采用曝氣系統(tǒng)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機作為曝氣系統(tǒng)氣源。

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

（2）唐山西郊污水處理二廠（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，選擇離心通風機2臺，每臺流量6500m3/h，全壓4600Pa，電機型號Y160L-4，功率15kW，轉(zhuǎn)速1450r/min。

（3）洛陽污泥處置項目采用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，原設計采用羅茨風機8臺（6用2備），每臺流量170m3/h，壓力9800Pa，但由于上述種種問題沒有得到解決，最終沒有實施曝氣系統(tǒng)建設，生產(chǎn)能力受到一定影響。

5  污泥堆肥項目風機選型方案比較

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

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

（1）污水好氧曝氣系統(tǒng)

污水好氧曝氣系統(tǒng)的主要阻力來源于水壓超過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(tǒng)來講主要是考慮水深對風機壓力的要求，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(diào)節(jié)基本可以一次完成。

（2）污泥發(fā)酵曝氣系統(tǒng)

污泥發(fā)酵曝氣系統(tǒng)的主要阻力集中在輸布氣管路系統(tǒng)，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(tǒng)而言，管路阻力決定風機壓力，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。由于翻堆過程每天都在進行，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(tǒng)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刻都在發(fā)生變化，因此若采用集中供氣的系統(tǒng)，所有流量調(diào)節(jié)閥門的動作過程將每天持續(xù)進行。

結(jié)合該項目特點和工藝參數(shù)作出多種方案的比較見表2。

6  結(jié)語

按照污水處理的傳統(tǒng)設計思維，選擇大功率風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(tǒng)與污水生化曝氣阻力構(gòu)成截然相反，因此污水處理中傳統(tǒng)的曝氣形式與風機選型不適用于污泥好氧堆肥工程。

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