城市污水处理厂污泥堆肥工艺设计课程设计Word格式文档下载.docx
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污泥堆肥工艺技术应切合建城[2009]23号《城镇污水办理厂污泥办理处理及污染防治技术政策(试行)》要求;
有机肥产品达到或超出GB24188-2009《城
镇污水办理厂污泥泥质》、GB4284-84《农用污泥中污染物控制标准》和GB8172-87《城镇垃圾农用控制标准》要求。
第二部分堆肥厂办理工艺方案
一、工艺种类确立
好氧堆肥是在有氧的条件下,借助好氧微生物(主假如好氧细菌)的作用来进行的。
在堆肥过程中,有机废物中的可溶性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物所汲取;
固体的和胶体的有机物先附着在微生物体外,而后在微生物所分泌的胞外酶的作用下分解为可溶性物质,再渗透细胞内部。
微生物经过自己的生命活动—氧化复原和生物合成过程,把一部分被汲取的有机物氧化成简单的无机物,并开释出微生物生长、活动所需要的能量,把另一部分被汲取的有机物转变合成新的细胞物质,使微生物生长生殖,产生更多的生物体。
也就是说好氧堆肥是在通空气的条件下,好氧微生物分解大分子有机固体废物为小分子有机物,
部分有机物被矿化为无机物,并放出大批的热量,使温度高升至50-65摄氏度,假如不通风,温度会高升到80-90℃。
这时期发酵微生物不停地分解有机物,汲取和利用中间代谢产物合成自己代谢物质,生长生殖;
以其更大数目的微生物集体分解有机物,最后有机固体废物完整腐熟成稳固的腐殖质。
常有的典型堆肥工艺有:
好氧静态堆肥工艺、间歇式好氧动向堆肥工艺、连续式好氧动向堆肥工艺。
1、好氧静态堆肥工艺
好氧静态堆肥形式一般采纳露天强迫通风垛,或是在密闭的发酵池、发酵箱、静态发酵仓内进行。
当一批物料聚积成垛或置入发酵装置以后,不在增添新料和翻垛,直至物料腐熟运出。
好氧静态堆肥因为堆肥物料一直处于静止状态,有机物和微生物散布不平均,特别是当有机物含量高于50%时,静态强迫堆肥难以在堆肥中进行,使发酵周期延伸,影响该工艺的推行应用。
我国在好氧静态堆肥技术方面有较丰富的实践经验。
2、间歇式好氧堆肥工艺
间歇式好氧堆肥工艺路线近似于静态一次发酵过程,其特色是发酵周期缩短,有可能减小堆肥体积。
详细操作是采纳间歇翻堆的通风垛或间歇出入料的发酵仓,
将物料批量的进行发酵办理。
对高有机质含量的物料在采纳强迫通风的同时,用翻堆机械间歇式对物料进行翻动,以防物料结块并保证其混淆平均,供应通风成效使发酵过程缩短。
3、连续式好氧动向堆肥工艺
连续式好氧动向堆肥工艺师一种发酵时间更短的动向二次发酵技术。
其工艺采纳连续进药和连续出料的方式进行,在一个专设的发酵装置内使物料处于一种连续翻动的动向下,易于使组分混淆均与,形成缝隙利于通风,水分蒸发快速,使发
酵周期得以缩短。
连续好氧动向堆肥对处于高有机质含量的物料极为有效,正是因为拥有以上的一些长处,该型堆肥工艺包含所使用的装置在一些发达国家已广为使用,如DANO(达诺系统)展转滚筒式发酵器、桨叶立式发酵器等。
依据所给原始资料并比较各工艺优弊端,本设计采纳好氧静态堆肥工艺。
二、好氧堆肥工艺流程
1、工艺流程图以下列图所示:
原污泥
调治剂
接种菌液
污泥饼回流
预办理脱水混料
外加营养
氧气
一次发酵二次发酵后办理(精加工)
温度监测
通风
营养土堆肥产品脱臭
2、工艺流程说明
本设计工艺流程由预办理、一次发酵(主发酵)、二次发酵(后发酵)、后办理(精加工)、脱臭等工序构成。
(1)预办理
因为本设计是办理城市污水办理厂污泥,发酵原料为污水污泥饼,其含水率太高、碳
/
氮比低,前办理的主要任务是调整水分和碳氮比,
同时增添调治剂和额外营养,
接种菌液以
促使发酵过程正常进行。
本设计采纳的调治剂为木片,其有效化学构成为
C295
420
O
186
N,
含
H
水率为20%,挥发性固体含量为
20%,有机物降解系数为
0.2,密度为350kg/m3。
(2)一次发酵(主发酵)
主发酵主要在发酵仓内进行,
靠强迫通风来供应氧气。
在发酵仓内,因为原猜中存在的
微生物作用而开始发酵,第一是易分解物质分解,
产生二氧化碳和水,同时产生热量使堆温
上涨。
这时微生物汲取有机物的碳、氮等营养成分,在合成细胞质自己生殖的同时,将细胞
中汲取的物质分解而产生热量。
发酵早期物质的分解作用是靠嗜温菌
(生长生殖最适合温度
为30~40℃)进行的。
跟着堆温的高升,最适合温度
45~65℃的嗜热菌代替了嗜温菌,能
进行高效率的分解。
氧的供应状况与保温床的优秀程度对堆料的温度上涨有很大影响。
后边
将进入降温阶段。
往常将温度高升到开始降低为止的阶段,称为一次发酵期(主发酵期)
。
一次发酵期为10天。
(3)二次发酵(后发酵)
经过一次发酵(主发酵)的半成品被送去二次发酵(后发酵)。
在一次发酵(主发酵)
工序还没有分解的易分解及较难分解的有机物可能所有分解,变为腐植酸、氨基酸等比较稳固
的有机物,获得完整成熟的堆肥成品。
二次发酵(后发酵)也在专设仓内进行,但把物料堆
积到1.5m高度,进行敞开式二次发酵(后发酵),并设置有防备雨水的设备。
为提升二次发酵(后发酵)效率,仍需进行通风。
二次发酵(后发酵)时间为20天。
(4)后办理
经过二次发酵后的物猜中,
几乎所有的有机物都变细碎和变了形,
数目也减少了。
净化
后的散装堆肥产品,直接销售给用户,施于农田、菜园、果园,或作土壤改进剂,也能够根
据土壤的状况,用户的需要,在散装堆肥中加入N、P、K增添剂后生产复合肥,做成袋装产品,既便于运输,也便于储存,并且肥效更佳。
(5)脱臭
在整个工艺过程中,每个工序系统都有臭气产生,主要有氮、硫化氢、甲基
硫醇、胺类等,一定进行脱臭办理。
去除臭气的方法主要有化学除臭剂;
水、酸、碱水溶液等汲取剂汲取法;
臭氧氧化法;
活性炭、沸石、熟堆肥等吸附剂吸附法
等。
本设计采纳方法是熟堆肥氧化吸附除臭法。
将源于堆肥产品的腐熟堆肥置入脱臭器,堆高约1.0m,将臭气通入系统,使之与生物分解和吸附实时作用,氮、硫化氢的去除效率均可达98%以上。
第三部分工艺设计及计算
一、有关参数设定
脱水污泥的含水率为80%,采纳木片为调治剂,调治剂与脱水污泥的体积比由含水率控制。
污泥质量切合农用国家标准(GB8172-87),堆肥质量切合无害化卫生标准(GB7959-87)。
采纳强迫通风静态垛系统进行堆肥,该系统采纳加大垛形式,其单垛大小
(长×
宽×
高)为30m×
2m×
1.5m。
因该加大垛包含7个单垛,故加大垛大小(长×
14m×
1.5m。
堆肥周期为30d。
有机质含量取60%;
最正确含水率在50%-70%,取60%;
C/N为30,pH为7.5-8.5;
温度为55-60℃。
二、发酵前办理
1、办理指标确立
(1)含水率
污泥xs=80%,木片xa=20%,堆料混淆后使xm=60%。
(2)挥发性固体含量
污泥ys=75%,木片ya=20%,堆料混淆后使ym=45%。
(3)有机物降解系数
污泥ks=0.3,木片ka=0.2。
(4)空气
进口温度T1=20℃,相对湿度Φ=0.75,饱和水蒸气压Ps,20℃
=17.54mmHg(1mmHg=133.322Pa,后同)。
出口温度T2=60℃,相对湿度Φ=1.0,饱和水蒸气压Ps,60℃=149.40mmHg。
(5)比热容
空气
Cp,a
=0.241kcal/(kg
·
℃)(1cal=4.184J,
后同
)
,水
Cp,w=1.00
kcal/(kg
℃
),
堆肥固体Cp,m=0.25-0.29kcal/(kg
℃),
取
0.25
kcal/(kg·
℃)。
(6)常数
α=3312.5kcal/kg,水在60℃时的汽化潜热β=573kcal/kg,氧气在空气中的质量比为0.232。
2、
调治剂体积比计算
(1)污泥相对密度γ(有关于水)
γ=
25000
=
250p(100P)(1001.5Pv)
25080(10080)(1001.575)
=0.562
上式中P:
污泥含水率(取百分号前整数)
Pv:
挥发性固体所占百分数(取百分号前整数)
(2)污泥密度ρs确实定
33
ρs=γ·
ρ水=0.562×
1000kg/m=562kg/m
(2)体积比Rv确实定
3
木片密度已知ρa=350kg/m,
体积比Rv=Va=
s
xs
xm
=562×
80%
60%=4
Vs
a
xa
350
60%
20%5
(4)单垛体积确实定
m=200103kg
每日办理污泥整体积
V=
562kg/m3=356m
污泥和木片混淆物的整体积
V总=VS
=640.8m
59
单垛体积V0=V总=640.8=91.5m,取90m
7
V0=Va+Vs,则Va=40m,Vs=50m
三、通风量计算
1、奉养所需通风量V1确实定
(1)每克有机物需氧量OS
C10H19O3N+25O2→10CO2+8H2O+NH3
2
201
25
32
1.0gO
S
1.0
OS=2
g1.99g
(2)每克调治剂需氧量Oa
木片的化学成分为C295H420O186N
C295H420O186N+612O2→295CO+417H2O+NH3
42
612
695032
4
1.0g
Oa=4
Oa
321.0
g0.70g
6950
(3)堆肥需氧量m(O2)
m(O2)=OS·
ms·
(1-xs)·
ys·
ks+Oa·
ma·
(1-xa)·
ya·
ka
=1.9956250(1-80%)0.750.30.7035040(1-20%)0.30.20.2
2829.96kg
(4)供氧所需通风量V1
mo2
2829.96
V1=
0.232
=10337.38(m3)
1.18
ρ0:
空气密度
0.232:
O2在空气中的质量比
2、去除水分所需通风量V2确实定
(1)堆料干质量mm确实定
mm=(Vs+ρs)·
(1-xm)=(50×
562+40×
350)×
(1-60%)=16840kg
(2)水分蒸发量mw确实定
w=
xs
-
xc(1
ys)
80%-
40%(1
75%)
=3.70(kg水/kg干
1
xs
(1
xc)(1yc)
180%
(140%)
(145%)
物料)
mw=w×
mm=3.70×
16840=62308kg
V2=
mw
62308
=211213.56m
(H0
Hi)0
(1.0
0.75)1.18
H0:
出口相对湿度
Hi进口相对湿度
3、散热所需通风量V3确实定
(1)散热所需空肚量ma
由热量衡算qr=qa+qw+qm得:
qr=α·
mO2=3312.5×
2829.96=9374242.5kcal
qa=mm·
Cp,a·
(T0-Ti)=16840×
0.241×
(60-20)=162337.6kcal
qw=mw·
Cp,w·
(T0-Ti)+maβ=62308×
1.00×
(60-20)+ma×
573=2492320+573maqm=mm·
Cp,m·
0.25×
(60-20)=168400kcal
由上述公式得:
9374242.5=1723376+(2492320+573ma)+168400
解得ma=11433.1kg
(2)散热所需通风量V3
V3=ma=
11433.1=9689.07m
11.18
4、
通风总量Q确实定
V1V2
V3
10337.38
211213.569689.07
Q=
10
=23124m/d=963.5m/h
t
t:
一次发酵周期(天)
四、通风管道的计算
管道设计及管径的选择通风管道部署依照平均对称原则,在堆体底部中间纵向铺设通风干
管,长29.5m,干管双侧对称部署长1m的支管,相邻支管纵向间隔2.5m,支管周身穿孔,
孔径为10mm,间距50mm。
依照通风设计标准,通风系统中干管风速应控制为6-14m/s,支管则为2-8m/s
4.1通风干管设计
通风系统干管,直径D1的计算。
取通风系统干管中气流的速度v1=10m/s,则
D110004Q/3600v1=185(mm)
取D1=190mm,则干管中气体的实质流速为
4Q
1000
V1
9.44(m/s)
3600
D1
4.2通风支管设计
通风系统支管直径D2的计算。
取通风系统支管中的气体流速为v2=5m/s,则
D210004Q/3600v2261(mm)
取D2=270mm,则支气管中气体的实质流速为
V2
4.68(m/s)
D2
五.风机轴功率的计算
N=Q额
P额/1000
风机的选择依据整个通风系统风压及所需风量确立。
在本设计中,风机风压要保证气流能战胜通风管道阻力并抵达堆体中绝大部位,
此中取风压P=8cmH2O=784.3Pa
P额=k2P=1.1784.3=862.74(Pa)
式中,k2—压力系数,一般取1.1
此中风机额定风量由下式确立:
Q额=k1·
Q总=1.1963.5m3/h=1059.9m3/h=0.29(m3/s)
式中,k1—通风系数,一般取1.1;
Q总—总系统通风量,m3/h;
Q额—额风机额定风量,m3/h。
=70%,则N=Q额
=0.29
862.74/(1000
70%)
=0.36(kW)
在保证通风系统运转时风量微风压有必定余量状况下,风机依照风量为
1059.9m3/h和
风压为862.74Pa选择型号4-72离心通风机。
为使整个通风系统运转合理有效,在堆肥过程中有必需采纳变化的通风量。
堆肥早期风
机以较小风量对堆体进行鼓风,使堆体温度渐渐上涨至55℃以上;
接着加大通风量,使反响
热与散热量持平,防备堆温高于60℃不利于微生物的活动,当堆温在55-60℃就停止通风,
当堆温超出60℃时就开启风机,风机的开停由部署在堆体中的温度反应器来控制,这样频频,
连续5-7d;
后期则改为抽风方式,渐渐减少通风量,使堆温降低。
六、堆肥工艺参数
堆肥化过程是复杂多变的,物料经混匀后,受营养均衡、水分含量和物理构造等的影响。
工艺过程中要控制的各样参数,就是那些对堆肥过程有影响的物理、化学和生物要素。
它们决定微生物活动的程度,进而影响堆肥的速度与质量。
1、一次发酵主要参数
(1)水分含量
在一次发酵过程中,水分是一个重要的物理要素。
水分含量是指整个堆体的含水量。
水分的主要作用在于:
(1)溶解有机物,参加微生物的新陈代谢;
(2)水分蒸发时带走热量,起调理堆肥温度的作用。
水分的多少,直接影响好氧堆肥反响速度的快慢,影响堆肥的质量,甚至关系到好氧堆肥工艺的成败,所以水分的控制十分重要。
在堆肥时期,假如水分含量低于10%~15%,细菌的代谢作用会广泛停止;
含水量太高,会使堆体内自由空间少,通气性差,形成微生物发酵的
厌氧状态,产生臭味,减慢降解速度,延伸堆腐时间。
大批的研究结果表示,确立堆肥一次发酵阶段的含水率一般在50%-60%。
(2)通肚量
供气是好氧堆肥成功的重要要素之一,也是一次发酵阶段重要的控制参数。
供气的作用主要有三个方面:
为堆体内的微生物供应氧气。
假如堆体内的氧气含
量不足,微生物处于厌氧状态,使降解速度减缓,产生H2S等臭气,同时使堆体
温度降落;
调理温度。
堆肥需要微生物反响而产生的高温,可是,关于快速堆肥
来讲,一定防止长时间的高温,温度控制的问题就要靠强迫通风来解决;
散除水分。
污泥堆肥的一个目的是降低其水分含量。
在该阶段,通气主假如供应微生物
O2以降解有机物。
本设计中通风量确立为:
供氧所需通风V1=10337.38m,去除水分所需通风量
333
V2=211213.56m,散热所需通风量V3=9689.07m,通风总量V=963.5m/h。
(3)温度
温度是一次发酵阶段中微生物活动的反应,是影响微生物活动和堆肥工艺过程的重要要素。
发酵中微生物分解有机物而开释出热量,这些热量使堆肥温度上涨。
该阶段,堆层基本呈中温,嗜温菌较为活跃,大批生殖。
它们在利用有机物
的过程中,有一部分转变为热量,堆层温度不停上涨,1-2天后能够达到50-60℃。
在这个温度下,嗜温菌生长遇到克制,大批死亡,而嗜热菌的生殖进入激发状态。
嗜热菌的大批生殖和温度的显然提升,使堆肥发酵直接由中温进入高温,并在高温度范围内稳固一段时间。
正是在这一温度范围内,堆肥中的寄生虫和病原菌被杀死。
本设计中温度控制在55-60℃。
(4)周期
一次发酵阶段,一般需要10-12天,本设计取10d。
2、二次发酵主要参数
(1)周期
二次发酵指物料经过一次发酵后,还有一部分易分解和大批难分解的有
机物存在,需将其送到后发酵室,堆成1—2米高的堆垛进行二次发酵并腐熟。
当温度稳固在40℃左右时即达腐熟,一般需20—30天。
本设计取20d。
(2)碳氮比
C/N比是堆肥原料与填补料混淆物的C/N比。
微生物生长需要碳源,
蛋白质合成需要氮源,微生物合成一份蛋白质大概需要30份碳,关于堆
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