上海市奉贤区内现有城镇污水处理厂3座(A、B、C),设计处理规模28万m³/d,某年累计处理污水8 069万m³,该年累计脱水污泥产生量为56 810t(155t/d),具体见表1。

　　 工程于2012 年4 月开工建设,总用地面积约28 318m²,2012年10月投入试运行,负责处理上述3座污水处理厂产生的脱水污泥。

　　 采用膜覆盖高温好氧发酵技术(见图1)。 其核心是将一种具有特制微孔的功能膜作为脱水污泥好氧发酵处理的覆盖物,这种膜具有选择性半渗透功能,由聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜与织物复合而成,微孔的平均孔径为0.18~1.3μm,比水分子团直径(20~100μm)小几百倍,比水蒸气分子(0.000 3~0.000 4μm)和CO₂(0.000 33μm)大几万倍,所以嗜氧菌分解污泥中有机物产生的水蒸气和CO₂能够借助功能膜的微孔结构扩散出去,维持了发酵堆体膜内外的气流平衡,进而实现了较好的防水透湿功能。 将功能膜覆盖在堆体上,通过鼓风机鼓风,发酵体内形成一个相对稳定的微高压内腔,使堆体内任意部位基本处于相同的压力下,并和氧气充分、均匀的接触,为嗜氧菌构建了一个适宜的小环境。

　　 原污泥臭气。通过将污泥直接卸入专用污泥储槽(封闭式,负压),以及通过风管将槽内臭气统一收集至生物除臭装置进行除臭。发酵过程中产生的臭气。混合料经过破碎机的充分破碎,形成小而松散(颗粒尺寸≤20mm)的颗粒,使氧气能扩散到混合料颗粒内部,保证了堆体内物料与氧气充分接触,避免了发酵死角的产生。同时,在合适的C/N(10~20)下,产生的氨气和硫化氢气体会比传统的好氧发酵少,再加上膜内侧水蒸气会凝结,形成一层水膜,可以有效隔绝氨气和硫化氢气体外溢,有机物分解过程中产生的其他臭气组分也因为功能膜和水膜的共同作用被有效隔绝。

　　 本工程建设1条预处理线,配置1套日处理规模150t(含水率<80%)的预处理和发酵条堆布料成套设备,其中一、二次仓各建13个,采用序批式发酵模式,并利用原有阳光棚作为二次发酵后的熟料进行进一步干化处理(见表2)。

　　 本工程采用生物法除臭处理工艺,除臭风量5 000m³/h,总装机容量9kW,设备基础尺寸L×W ×H=8m×8m×0.25m,含配套玻璃钢风机、喷淋水泵、电气仪控系统、尾气排放管等(详见图2)。

　　 由于功能膜覆盖形成一个高湿度(最高相对湿度达100%)、高温(最高温度可达95 ℃)及供氧均匀充分的发酵内环境,堆体中的嗜氧微生物能够在适宜环境下进行大量繁殖并进行充分的分解活动,从而使污泥中的有毒有害有机物得到更充分的降解。

　　 本工艺破碎的污泥颗粒小,比表面积大,氧利用效率高,膜内形成超低压,使得堆料层阻力降、布气均匀,供风量只需0.02~0.05m³/(m³·min)[《城市生活垃圾好氧静态发酵处理技术规程》中风量宜为0.05~0.2m³/(m³·min)],2m堆高堆料层阻力降远低于1kPa(《城市生活垃圾好氧静态堆肥处理技术规程》中风压按堆层每升高1 m增加1~1.5kPa),故采用低中压风机即可实现充分供氧的目标,大大降低系统的运行能耗。

　　 脱水污泥进厂后直接卸入专用污泥存储设备,经由污泥计量螺杆泵计量输出,同时,根据物料配比,辅料、回料经由计量螺杆泵计量输出后与污泥同时自动输入混合破碎装置进行混合破碎,破碎后的物料直接由自动布料机均匀布料在一次发酵仓中。经过近12d的发酵,由装载机铲装至二次发酵仓内进行二次发酵,再经过近12d的发酵即完成全部发酵过程(发酵污泥相关指标详见表3),此时的发酵成品既可筛选出来作为肥料,又可作为返料代替辅料进行循环利用(见图3)。

　　 脱水污泥(含水率<80%)、辅料(含水率约50%)和返料(含水率约40%)按照一定的配比(1∶0.1∶0.7),通过破碎机破碎后输送至发酵仓进行处理。经过近24d高温发酵后,物料含水率大幅降低,有机质得到有效降解和转化。充分腐熟的成品含水率降低到40%左右,发酵完成后的重量为144t/d,其中约105t/d的发酵成品用作返料与脱水污泥混合,剩余的约39t/d则外运作填埋场覆盖土(见图4)。

　　 工程运行中,进一次仓混合料含水率在66%左右,二次仓出仓混合料含水率在58% 左右。 实际处理过程中,部分指标(如运行规模)超过了设计要求;部分指标(如发酵温度、表观等)达到了设计要求,养分等理化性质也完全符合园林绿化用的标准(见图5);但仍有部分指标(如物料配比、发酵成品含水率等)与设计指标存在较大差距(见表4)。

　　 膜覆盖高温好氧发酵技术处理污泥的关键之一是辅料,主要作用是为堆体升温提供碳源,进而促进嗜高温好氧菌的生长和繁殖,加速污泥中有机物的发酵和分解。辅料种类主要包括园林废弃物、松木屑、菌菇料和木质素等,合格的辅料颗粒要均匀(<5cm)、含水率要低(<50%),且供应稳定。但由于该技术在国内的工程应用并不广泛,造成辅料供应市场化程度比较低。特别是污泥处理厂刚开始运行的时候,辅料完全由技术方提供,价格高且质量控制难以落实。为降低运行经费,运行人员不得不花费大量精力去寻找合适的辅料供应商,严重影响生产进度。

　　 奉贤区污泥处理厂总投资约3 357万元,仅为本市其他区县采用类似工艺污泥厂的一半,这就导致设计中要求的一些设施、设备达不到要求,产生了以下一些问题:

　　 (1)必要的设施、设备缺失。与图3中的工艺设计相比,现状是后端的滚筒筛和晒场根本没有配置,严重影响发酵返料的质量(返料设计指标是含水率达到40%后再回用,而目前只能达到58% 左右)。为了提高发酵质量,运行人员只能加大辅料的投加量,并减少返料的使用量,最终导致实际物料配比与设计要求相去甚远,极大的增加了污泥的处理、处置成本。

　　 此外,厂区地处杭州湾畔,空气中富含Cl^-等腐蚀性因子,由于没有配置必要的厂房,海风对污泥处理厂设施、设备的腐蚀比较明显。在露天作业的情况下,核心设备之一的覆盖膜使用仅仅两年就需要全部更换,代价巨大。更无奈的是,一旦碰到强台风等恶劣天气,全厂只能停产并将仓内空气全部排出,以确保设施设备安全。即便如此,历年来的几次强台风仍造成许多仓体进水,损失严重。

　　 (2)传感器配置不足。对生产过程的监测是持续改进工艺运行方案必不可少的措施,设计要求26个发酵仓内配置一定数量的氧气、温度和压力传感器,通过收集传感器监测到的仓体氧浓度、温度和风压等数据,污泥处理厂自控系统可自动调整鼓风机运行频率,实现精确控风,进而有效降低能耗。但现状是26个仓体仅各配置1套氧浓度和温度传感器,反馈的数据缺乏代表性,且由于污泥存在一定腐蚀性,传感器返修率高,使用寿命比较短。目前,运行人员只能利用便携式传感器测得的数据对鼓风机进行线性控风。

　　 (3)劳动强度大。由于自动化程度较低,每次对仓体进行测温,进、出仓等作业时,必须使用大量的人力将压在覆盖膜上的沙袋搬离。更无奈的是,原本各个仓体间是用过道隔开的,但为了节约成本,变成了联体仓。这样只要掀开一个仓的膜,势必也要将隔壁仓的膜掀开,不仅加大了作业量,更影响了相邻仓的发酵质量。除此外还存在的问题是,为了确保供氧质量,每次出仓后必须对供氧槽进行清理,期间每个仓体需要移开近200 块钢板,劳动强度非常大。

　　 目前,我国已制定和颁布的一些综合性污泥处理处置技术规范偏重理论性,主要是在污泥前处理和后端环节的风险控制上作出定性要求,对实际运营人员的指导意义有限。而关于高温好氧发酵,本市也仅有一份《城镇污水处理厂固态污泥高温好氧发酵处理基本技术规定》(沪水务[2008]545号文)。另外,在实际运行中,成套设备的故障率比较高,像破碎机这种核心设备由于刀片材质和加工质量等因素,隔三差五就需要进行维修乃至零件的更换,像输送皮带出现跑偏导致漏料等情况亦比较频繁的发生。凡此种种故障反映出该套设备在研发过程中重模仿,轻创造,设备配套性比较差。

　　 (1)参照《城镇污水处理厂运行、维护及安全技术规程》(CJJ 60-2011)制定膜覆盖高温好氧发酵技术规程,提高该工艺的规范化、标准化水平。

　　 (2)工程投资要充分满足设计要求。工程建设投入的缺失,必然导致污泥发酵质量达不到设计要求,亦会显著增加后续运营的成本,这其实是得不偿失的。

　　 (3)委托运营。通过购买服务的方式,利用政府采购平台委托在“膜覆盖高温好氧发酵”工艺方面具有成功运营业绩的企业代为运营,不仅能有效提高污泥处理质量,更能节约污泥处理、处置成本。