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污泥堆肥工程曝氣系統的設計與選型比較

[2013-1-4] 點擊:

隨著我國污水處理事業的不斷發展,逐漸增多的污水處理廠的脫水污泥漸漸成為城市理的頑疾,傳統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、資源化技術隨之發展起來。污泥好氧堆肥技術作為適合我國國情的一種污泥處置技術,正得到推廣發展。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及經濟可行性產生重要影響。污泥好氧發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。污泥堆肥好氧發酵倉所需的空氣流量需根據物料量計算得出。污泥發酵曝氣系統所需的風機壓力由物料阻力損失和路系統損失兩部分組成。與污水處理曝氣系統不同的是,其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。路系統一般分為分散供氣系統和集中供氣系統,路系統損失系根據路復雜程度和徑計算取得。污泥發酵曝氣系統見圖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源于水壓,一般供氣系統阻力約占總阻力的20%以下。污泥發酵曝氣系統的主要阻力集中在輸布氣路系統,占總阻力的80%以上。因此對于污泥發酵曝氣系統來講,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。路系統由于局部堵塞造成的微小阻力變化將會直接影響到系統內其他路的曝氣量。因為固體發酵運行情況比較復雜,條件也比較惡劣,因此發生曝氣堵塞的機率較大。1臺風機供氣的倉數越多,相互的影響也就越大,發酵倉之間就越容易出現相對短流或斷流,并且這種影響無法預知、不可逆、很難監測。如果不加以修復,將直接影響到發酵倉的正常運轉,而修復過程中必須清倉取出曝氣道,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,達不到穩定化要求,無法利用。供氣不足將會造成局部厭氧,好氧菌數量減少,發酵效率降低,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、清空發酵倉清理路來完成。將此類問題發生機率降到最低的風機設置方案為每臺風機對應1個發酵倉。1臺風機對應1個發酵倉曝氣,物料在1個發酵倉中移動,風機供氣通過路進入所對應的發酵倉,無論是否存在堵塞現象,物料均可以接觸到空氣完成好氧發酵過程。

此外,在風機選型中,每小時數萬立方米風量、幾千帕風壓的參數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路系統,使得壓力無法滿足工藝要求。

需要強調的是,即使1臺風機配合流量計閥門控制供應2座發酵倉,也同樣會出現兩個供氣系統相互干擾的情況。通過流量計和閥門控制來增加控制點和系統阻力損失,對于整個曝氣系統來講,會增加控制難度、降低運行穩定性、減小動力效率。并且在單倉運行時,氣量過大會出現供氣超量現象,強制調節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常用的多級離心鼓風機、羅茨風機進行性能和經濟性對比見表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氣源。同時可以查看中國污水處理工程網更多技術文檔。

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,沒有發現采用集中曝氣的污泥堆肥實例。

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機作為曝氣系統氣源。

(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2004年投入運行,污泥堆肥車間日處理脫水污泥60噸,共有發酵倉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建設,生產能力受到一定影響。

5  污泥堆肥項目風機選型方案比較

河南某項目600t/d的曝氣系統工況要求:風量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;離心通風機分散供氣系統風壓3500Pa;離心鼓風機或羅茨鼓風機集中供氣系統風壓9800Pa。

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

(1)污水好氧曝氣系統

污水好氧曝氣系統的主要阻力來源于水壓超過80%,而一般輸布氣路阻力僅占總阻力的不足20%。對于污水好氧曝氣系統來講主要是考慮水深對風機壓力的要求,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,集中供氣路間流量調節基本可以一次完成。

(2)污泥發酵曝氣系統

污泥發酵曝氣系統的主要阻力集中在輸布氣路系統,占到總阻力的80%~90%,物料堆產生的阻力占總阻力的10%~20%。因此對于污泥發酵曝氣系統而言,路阻力決定風機壓力,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,不同發酵倉中的物料堆體形態和疏松程度也在不斷改變,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刻都在發生變化,因此若采用集中供氣的系統,所有流量調節閥門的動作過程將每天持續進行。

結合該項目特點和工藝參數作出多種方案的比較見表2。

6  結語

按照污水處理的傳統設計思維,選擇大功率風機和集中供氣模式是經濟合理的,但是由于污泥好氧堆肥固體發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道閥門連接的方式,在維修情況下實現互為備用。

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