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SACT高温好氧发酵技术与多层堆肥系统

时间:2024-07-28



SACT高温好氧发酵技术与多层堆肥系统

王 涛1,2

(1.机械科学研究总院环保技术与装备研究所,北京 100044;

2.机械工业有机固废生物处理与资源化利用工程技术研究中心,北京 100044)

摘 要:介绍了SACT技术的实质内容—动态隧道式发酵仓型、全机械化流程,以及MCCD设计理念,指出SACT技术可使堆肥系统实现多层结构,这也是该技术最具创造性的特点;着重介绍了多层堆肥系统的结构组成和实现方法。通过对SACT技术特点和多层系统经济性的对比得出结论:多层SACT堆肥系统适用于大型集中有机固废堆肥领域。

关键词:SACT污泥堆肥;好氧发酵;多层结构;隧道式发酵仓

SACT Aerobic Fermentation Technology with High Temperature and Multilayer Compost System

前言

高温好氧发酵技术也称堆肥技术,是目前已经实现工业化推广的主流污泥等有机固废处理技术之一。该技术应用历史悠久,操作管理简单,运行稳定,投资和运行费用低廉,特别适合与土地利用处置方式相结合形成一条完整的污泥无害化、资源化处理处置路线。

高温好氧发酵技术根据整体物料状态分为动态和静态两类,根据堆体形式分为条垛式、槽式、容器式等,上述分类经排列组合就形成了主流工艺类型,其中大中型污泥处理项目主要采用动态条垛式、动态槽式、静态条垛式、静态槽式等四种工艺。但这些传统工艺类型存在共同的矛盾问题:

(1)占地面积与停留时间之间的矛盾:工业化污泥堆肥过程停留时间长达14~42天,堆体高度限制与单层结构厂房设施决定了项目占地面积较大,这一矛盾在原有项目改造过程中体现得尤为突出。

(2)臭气污染控制与运行成本之间的矛盾:参考国外标准,发酵区臭气换气次数应为8~12次/h,对于污泥堆肥项目,满足这一需求的换气量巨大。

(3)处理设施功能、寿命与土建投资之间的矛盾:目前污泥堆肥设施一般为露天堆场或钢结构厂房,前者受气候条件影响较大且影响周围大气环境,后者由于潮湿、腐蚀性气体大量存在导致寿命大为缩短,若采用钢筋混凝土结构形式厂房,由于需要大跨度结构,经济性较差。

(4)系统自动化程度与可靠性之间的矛盾:由于潮湿、腐蚀性使用环境,提高系统自动化程度意味着可靠性的降低,在实际项目中多采用无人与有人操作(或驾驶)设备结合组成完整系统,对于操作人员的职业健康安全构成威胁。

2010年以后,随着我国技术人员原创自主开发的SACT技术的产生、完善、成熟,并在唐山市城市污泥无害化处理工程等项目中成功应用,上述问题得到了有效缓解,同时也使污泥高温好氧发酵技术真正成为以污泥为代表的有机固废处理技术路线之一。

1 SACT堆肥技术

SACT技术(Super aerobic composting technology)的实质是原创动态隧道式发酵仓型、全机械化流程与MCCD理

WANG Tao念相融合形成的工业化、工程化技术系统,其基本原理与动态槽式堆肥技术类似,与传统堆肥技术不同之处,也就是技术核心包括以下内容。

1.1 动态隧道式发酵仓型

动态隧道式发酵仓型与传统动态发酵槽相比,翻堆机行走于发酵仓上部的牛腿梁上,这一改进带来以下系统优化效果:

(1)节省占地面积

首先,动态隧道仓之间共壁相连组成完整发酵区,无需再建设厂房,较之发酵槽节省了槽间厂房支撑柱(墙)的占地位置;其次,系统最大负荷—翻堆机的重量通过牛腿梁、仓壁传递到基础中,仓底仅承受堆体的重量(一般情况堆高小于2m,堆积密度小于0.8t/m3),动态隧道仓结构可经济地实现多层结构形式,对于大型污泥堆肥项目可使占地面积大大减少。

(2)经济有效地实现臭气污染控制

首先,动态隧道仓在专用翻堆机的配合下可做到空间尽量压缩,目前采用该技术的项目空间容积效率可达到40%左右,未来甚至可能超过50%,自由空间较相同处理能力的传统技术减少40%以上;其次动态隧道仓是一座先天臭气收集管道,封闭性好,可节省管道投资。

(3)发酵仓全部采用钢筋混凝土结构形式

动态隧道仓横断面一般跨度小于6m(注:目前同类翻堆机最大型号F5.110宽度为5200mm),无论是单层还是多层,均适合采用钢筋混凝土结构形式,防腐蚀性能好,寿命长。

动态隧道式发酵仓与传统动态发酵槽的截面对比图见图1。

图1 截面对比图

1.2 全机械化流程

污泥堆肥全机械化流程需要至少8个目的不同但相互关联的机械子系统配合完成:混料系统、翻堆/转仓系统、进出仓系统(又可细分为进仓系统和出仓系统,设置目的是将堆肥物料输入或输出发酵仓)、曝气系统、除臭系统、贮存系统、物料输送系统、计量系统。8大子系统与流程工序的关系如图2所示。

图2 全机械化流程子系统与工序对应关系图

8大系统中与发酵仓相关的有翻堆/转仓系统、进出仓系统、曝气系统、除臭系统,其中曝气系统、除臭系统涉及发酵仓的部分均为管道,因此翻堆/转仓系统、进出仓系统构成了高温好氧发酵系统核心区域的自动化机械系统,也是此工艺目的实现的关键点,需要考虑特殊措施以保障系统的可靠性。

1.3 MCCD设计理念

“机械 - 建筑协同设计”简称MCCD,是将整个建(构)筑物设计中融合建筑设计与机械设计理念、方法、过程,使机械与建筑设施共同完成建(构)筑物功能的设计过程。通俗地讲就是将建(构)筑物看作一台设备,土建设施作为壳体或结构支撑件,机械作为运动部件。MCCD可以极大压缩系统无效空间,对堆肥系统除臭具有积极意义,并且在保障性能的前提下降低投资、减少占地面积。MCCD首先要做到“机械设计建筑化”,在核心非标机械设计过程中,充分考虑到土建施工精度极限,在确保性能的前提下排除不必要的精度要求;其次要做到“建筑设计机械化”,在工程设计中充分考虑与机械的配合。

2 多层发酵系统结构

如上所述,SACT技术可使堆肥系统实现多层结构,这也是该技术最具创造性的特点,其终归得益于隧道式发酵仓型。SACT四层发酵系统(半侧)结构的透视效果如图3。

图3 SACT四层发酵系统(半侧)结构透视效果图

图3展示了一座整体4层结构的SACT堆肥系统,每层8座,共有32座隧道式发酵仓(图4)组成。在发酵仓进料端设置布料设备廊道(图5),待堆肥的混合物料通过特殊设计的组合式皮带布料机由进料口将物料送入发酵仓内;在发酵仓进料端布料设备廊道下面设置曝气设备廊道(图6),曝气风机通过管道向仓内物料提供空气。在发酵仓出料端设置转仓设备廊道(图7),转仓机在这里将翻堆机运送到不同仓位开展工作;在发酵仓出料端下部设置出料皮带,将发酵产物送出发酵仓。

图4 隧道式发酵仓图

图5 布料设备廊道

图6 曝气设备廊道图

图7 转仓设备廊道与发酵仓(出料端)

转仓设备廊道外侧设置有引风设备廊道,臭气引风机在这里将在发酵仓出料端收集风口收集到的臭气输送到车间外部地面上的除臭滤池系统进行处理。转仓设备廊道外侧引风设备廊道上面的空间作为人行巡视廊道,工作人员可不定时监视察看其中翻堆机运行状况,在调试阶段或紧急情况下,可在巡视廊道内通过手持遥控器进行翻堆机人工遥控。

为节省空间,一般在两组发酵仓中间设置混料区,配料料仓、混料机、回流皮带以及其它输送设备均设置于此处。此外,每层均设有维修平台,供翻堆机安装和维护、维修以及在不工作时停放用(如图8)。

图8 回流皮带与维修平台

3 技术特点及应注意的问题

SACT系统相对于传统技术具有明显的优点:1)节省占地面积;2)臭气控制效率高;3)自动化程度高,生产效率高;4)操作人员有安全保障。同时,SACT系统尤其是采用多层结构式需要特别注意的问题:

(1)物料输送过程设备的可靠性

由于车辆无法进入厂房二层以上的区域,因此设备的安装、维护、维修相对单层厂房要复杂,对于系统的运行可靠性要求也较高,要求设计特殊设施(如翻堆机维修平台等),并且应注意备用系统以及设备选择与选型方面的问题。

(2)臭气收集系统的效果

由于臭气主要以混合水蒸汽的形式释放出来,根据动力学原理,这部分气体自然向上运动,对于多层结构系统,终端除臭系统设置于地面将影响臭气收集系统的运行效果,可以考虑将除臭滤池顶置的方案加以解决。

4 经济性分析

以300t/d处理规模污泥/秸秆堆肥系统为例,对传统

300t/d污泥堆肥系统经济性对比表

从以上对比可以得出明确结论:多层SACT系统的各项主要经济性指标均最优。

5 结语

SACT技术是具有自主知识产权的中国原创技术,在主要指标性能方面较传统技术均有实质性突破,使得中国机械化堆肥技术位居世界前列。

SACT堆肥技术以其独有的多层系统,为建设有机固废大型集中处理设施提供了备选技术路线,也使得生物处理技术在占地面积指标方面进一步接近化学处理技术水平。

参考文献:

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文章编号:1006-5377(2015)09-0046-04

文献标志码:A

中图分类号:X703

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