天津市張貴莊污泥處理工程工藝設(shè)計及其技術(shù)特點

Process design and its technical features of Tianjin Zhangguizhuang sludge treatment project

曹仲宏     郭淑琴    王舜和

(天津市市政工程設(shè)計研究院，天津300051)


摘要天津市張貴莊污泥處理工程處理規(guī)模為300 t／d(以含水率80％計)，采用槽式高溫好氧
發(fā)酵工藝，處理后污泥可作為營養(yǎng)土進行土地利用，也可填埋。介紹了天津市張貴莊污泥處理工程
的工藝流程及物料平衡計算，重點介紹工藝設(shè)計的主要參數(shù)以及工程設(shè)計的特點，以期為類似工程
設(shè)計提供借鑒。

關(guān)鍵詞污泥處理處置高溫好氧發(fā)酵發(fā)酵倉土地利用


Process design and its technical features of Tianj in
Zhangguizhuang sludge treatment proj ect
Cao Zhonghong，Guo Shuqin，Wang Shunhe
(Tia，巧in Municipal Engineering Design and Research Institute，Tianjin 300051，China)
Abstract：High temperature groove aerobic composting process was used to treat the sludge
generated from Tianjin Zhangguizhuang Wastewater Treatment Plant(WWTP)．Its treatment ca—
pacity was 300 t／d(sludge water content was 80％)．The treated sludge could be used as nutritional
soil for land use or could be treated by landfill．This paper introduced the technological process，ma—
terial balancing calculation and main parameters of process design and the features of the engineer—
ing design of Tianj in Zhangguizhuang sludge treatment process in the hope of providing reference
for similar engineering design．
Keywords：Sludge treatment and disposal；High temperature aerobic composting；Composting
storehouse；Land use


0前言
天津市張貴莊污水處理廠是天津中心城區(qū)建設(shè)
的最后一座大型污水處理廠，也是天津市目前總規(guī)
模最大、處理標(biāo)準(zhǔn)最高、功能最全的污水處理工程項
目。其建設(shè)內(nèi)容包含20萬m3／d污水處理廠、6萬
m3／d再生水廠和300 t／d(以80％含水率計)污泥處
理工程。根據(jù)國家相關(guān)技術(shù)政策口~3]：“城鎮(zhèn)污水處
理廠新建、改建和擴建時，污泥處理處置設(shè)施應(yīng)與污
水處理設(shè)施同時規(guī)劃、同時建設(shè)、同時投入運行。污
泥處理必須滿足污泥處置的要求，達不到規(guī)定要求
的項目不能通過驗收”。與污水、再生水處理同期建
設(shè)張貴莊污泥處理工程，可實現(xiàn)在建設(shè)污水處理廠
的同時解決次生的污泥處理處置問題，防止二次污
染，提高污泥資源化利用水平，維護良好生態(tài)環(huán)境，
促進循環(huán)經(jīng)濟和生態(tài)城市建設(shè)，對實現(xiàn)我國節(jié)能減
排戰(zhàn)略具有重要意義。
天津市張貴莊污泥處理工程采用高溫好氧發(fā)酵
工藝，總占地面積為1．95 hmz，好氧發(fā)酵處理后污泥
可作為營養(yǎng)土進行土地利用，也可填埋。
1 污泥處理工藝流程及物料平衡
結(jié)合天津市的具體情況及張貴莊工程特點，經(jīng)
多方案比較，最終確定采用槽式高溫好氧發(fā)酵工藝。
高溫好氧發(fā)酵是通過好氧微生物的生物代謝作用，
使污泥中有機物轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的過程。代謝
過程中產(chǎn)生熱量，可使堆料層溫度升高至55℃以
上，可有效殺滅病原菌、寄生蟲卵和雜草種籽，并使


水分蒸發(fā)，實現(xiàn)污泥穩(wěn)定化、無害化、減量化。
1．1污泥處理工藝流程
張貴莊污泥好氧發(fā)酵處理工藝流程見圖1。
W‘fo
圖1 污泥好氧發(fā)酵處理工藝流程
脫水污泥經(jīng)污泥泵一管道輸送系統(tǒng)從脫水機房
輸送至污泥料倉；返料經(jīng)皮帶從篩分間輸送至混料
區(qū)返料料倉；秸稈在秸稈存儲區(qū)由轉(zhuǎn)載設(shè)備送人秸
稈料倉；三種物料通過底部螺旋送到皮帶輸送機上，
進入混料機；混料后，由皮帶直接輸送到發(fā)酵槽前端
的布料皮帶機，進行自動布料；通過翻拋機的移動，
一個發(fā)酵周期后，物料移動到發(fā)酵槽末端，通過翻拋
機送人出料皮帶機，由出料皮帶機輸送到篩分機；篩
上物通過皮帶輸送機又回到返料料倉；篩下物(成
品)通過皮帶機送入打包機，打包后外運儲存。
1．2污泥處理物料平衡
工程物料平衡關(guān)系如下：日處理量污泥300 t，進
廠污泥含水率為80％，與返混料及輔料(秸稈)混合，
混合均勻后物料495 t，含水率約63％，經(jīng)過高溫好
氧發(fā)酵，物料含水率大幅降低，有機質(zhì)部分分解，充分
腐熟后物料含水率降低到40％左右，每天物料腐熟后
重量約為302．5 t，腐熟的物料每日回流180 t，剩余
約122．5 t成品外運利用(見圖2)。
秸稈15們L l水分蒸發(fā)及有機物分解
含水率10％l 192．5謝
污泥300 t／d
含水率80％
品熟料302．5 t，
圖2污泥好氧發(fā)酵處理物料平衡示意
2工藝設(shè)計
2．1主要設(shè)計參數(shù)(見表1)
46給水排水Voi．38 No．12 2012
表1主要設(shè)計參數(shù)
項目參數(shù)
污泥處理量(含水
率80％)／t／d
300
輔料(秸稈)添加
15
量／t／d
返混料／t／d 180
污泥密度／t／m3 0．95
輔料密度／t／m3 O．2
返混料密度／t／m3 O．55
好氧發(fā)酵周期／d 21
發(fā)酵溫度55～70℃，持續(xù)時間不少于6 d
堆體氧濃度不低于5％
供氧方式負壓供氧
《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化
發(fā)酵產(chǎn)品參數(shù)
用泥質(zhì)》(GB／T 23486--2009)
臭氣控制負壓供氧+除臭一體化工藝，生物除臭
工作場所惡臭氣
《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GBZl—
2010)及《工作場所有害因素職業(yè)接觸限
體允許濃度
值))(GBZ2--2002)
《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 14554—
臭氣排放標(biāo)準(zhǔn)
93)Z．級標(biāo)準(zhǔn)
2．2主要處理構(gòu)筑物設(shè)計
天津市張貴莊污泥處理工程主要建(構(gòu))筑物包
括污泥輸送系統(tǒng)、填充料存儲區(qū)、料倉間及混料區(qū)、
發(fā)酵區(qū)、篩分區(qū)、成品區(qū)、除臭通風(fēng)系統(tǒng)及控制室、變
配電室等，總占地面積1．95 hm2，平面布置如圖3。
圖3污泥好氧發(fā)酵工藝平面
2．2．1污泥輸送系統(tǒng)
污泥輸送系統(tǒng)的主要作用是將脫水間污泥通過
壓力管道輸送至污泥處理中心污泥料倉。
在污水處理廠脫水機房螺旋輸送機出料口設(shè)置
緩存料倉，可緩存污泥并對污泥進行攪拌以利于污
泥輸送；緩存料倉下配置1套輸送系統(tǒng)將污泥輸送
萬方數(shù)據(jù)
至污泥處理中心，另外還配備1臺螺旋提升機，在污
泥管路輸送系統(tǒng)發(fā)生故障時，可實現(xiàn)污泥的車輛
運輸。
污泥輸送系統(tǒng)主要由緩存?zhèn)}(額定存儲量
20 m3、功率16．5 kW)，雙螺旋給料機(額定輸送量
20 m3／h、功率5．5 k聊，德國進El污泥柱塞泵(額定輸
送量20 m3／h、出口壓力9 MPa、功率110 kW)，螺旋
提升機，分配器，污泥管路，配套控制系統(tǒng)等組成。
2．2．2填充料存儲區(qū)
在污泥好氧發(fā)酵工藝中，輔料一般采用秸稈、鋸
末、花生殼、園林剪枝廢棄物等作為填充料(輔料)，以
改善混合物料(堆體)的物理性狀(疏松度、孔隙度、含
水率等)并調(diào)節(jié)C／N。本次設(shè)計推薦采用粉碎后的秸
稈作為輔料，日耗用秸稈15 t，按存儲10 d計，則存儲
量需為150 t。秸稈的堆積密度按0．2 t／m3計，則存
儲空間為750 m3，按堆高2．5 m計算，存儲面積需
300 m2。考慮到布置設(shè)備、房間利用率等因素，輔料
存儲間按面積630 m2設(shè)計。預(yù)計存儲能力不小于
14 d，便于生產(chǎn)管理。主要設(shè)備為填充料料倉1座
(有效容積50 m3、功率22 kW)。
輔料存儲區(qū)尺寸：21 mX30 m，H=6．5 m。
2．2．3料倉間及混料區(qū)
料倉間及混料區(qū)的功能主要有：接收并存儲污
泥、返料至料倉。利用料倉底部的定量計量輸送裝
置，將上述物料按設(shè)計的比例經(jīng)皮帶輸送機輸送至混
料機，混合均勻的物料經(jīng)皮帶機輸送至布料皮帶機。
主要設(shè)備有：污泥料倉2座，有效容積50 m3／座，功率
22 kW；返料料倉1座，有效容積50 m3／座，功率
22 kW；混料機進料皮帶機1套，B一1 m，L一43 m，
N=15 kW；混料機1臺，工作能力100 m3／h，N一
45 kW；混料機出料皮帶機1套，包括1條傾斜皮帶機，
B=1 m，L=15 m，N=7．5 kW，及1條水平皮帶機，
B---1 m，L----18 m，N=7．5 kW。
料倉間及混料區(qū)尺寸：42 mX30 m，H----6．5 m。
2．2．4發(fā)酵區(qū)
每天進入發(fā)酵區(qū)的混合物料總量495 t，混合物
料體積581．63 m3／d。發(fā)酵周期21 d，整個發(fā)酵周
期物料總體積12．215 m3。
發(fā)酵槽尺寸的設(shè)計與翻拋機相關(guān)。工程采用西
門子電動驅(qū)動翻拋機。整個項目設(shè)西門子電動翻拋
機2臺，單臺翻拋能力不小于800 m3／h�？紤]到翻
拋機的參數(shù)，設(shè)計單槽寬3．05 m，物料高度2．4 m，每
天移動距離4 m，發(fā)酵周期21 d，有效計算槽長84 m，
則單槽的有效容積3．05×2．40×84=614．88(m3)。
發(fā)酵槽數(shù)量一12 215／614．88----19．86(個)。設(shè)計取
槽數(shù)為20個槽，發(fā)酵槽兩端預(yù)留一定的進料和出料
布置空間，槽長取88 m。共分為2個系列，每個系
列10個發(fā)酵槽。每個系列又分為2組，每組5個發(fā)
酵槽，2組對稱布置。
發(fā)酵所需空氣量取值0．12 m3／(m3物料·min)，
設(shè)計工藝風(fēng)量1 466 m3／min，即87 960 m3／h，與風(fēng)機
參數(shù)配合，風(fēng)機風(fēng)量取值92 000 m3／h。
每組(5個槽)布置單獨的供氧和布氣系統(tǒng)。每
組沿發(fā)酵槽長方向，發(fā)酵物料處于發(fā)酵的不同階段，
需氧量不一樣，因此采用分段供氧的方式：沿槽長方
向共分為4個供氧區(qū)，每個供氧區(qū)對應(yīng)不同的發(fā)酵
階段，詳見表2。
表2供氧分區(qū)及風(fēng)機配備
序號第一分區(qū)第二分區(qū)第三分區(qū)第四分區(qū)
風(fēng)量／m3／h 5 500 8 000 5 500 4 000
風(fēng)壓／kPa 0 3 J
單組數(shù)量／臺1 1 1 1
總數(shù)量／臺4 4 4 4
功率fl闌f臺15 22 11 7．5
控制方式變頻調(diào)節(jié)變頻調(diào)節(jié)變頻調(diào)節(jié)變頻調(diào)節(jié)
混合后發(fā)酵物料由設(shè)于發(fā)酵槽前段的1套布料
皮帶機，B=I m，L=79．5 m，N=22 kW，將每天進
入發(fā)酵區(qū)的495 t混合物料經(jīng)過21 d發(fā)酵周期后翻
拋至發(fā)酵末端出料區(qū)的1套出料皮帶機，B一1 1TI，
L一80．8 1TI，N=22 kW，并經(jīng)由料皮帶機將發(fā)酵后
的熟料從發(fā)酵槽輸送出至篩分機進料皮帶輸送機。
整個發(fā)酵區(qū)，考慮應(yīng)急狀態(tài)下車輛進出的需要，
發(fā)酵區(qū)尺寸：115 mX84 m，H一6．5 121。
2．2．5篩分區(qū)
發(fā)酵成品通過皮帶機進入篩分機，篩上物作為
返料，通過皮帶機輸送至返料料倉；篩下物為發(fā)酵成
品，通過成品皮帶輸送機輸送至成品區(qū)打包機。
主要設(shè)備有熟料輸送皮帶機1套，B一1 m，L一
106 111，N一30 kW；傾斜安裝的篩分機進料皮帶機1
套，B一1 in，L一7．5 121，N=3 kW；篩分機1臺，工





作能力100 m3／h，N一11 kW；移動式篩分機返料出
料皮帶機1套，B一0．8 m，L一17 m，N_--7．5 kW；
至返料料倉皮帶輸送機1套，B=0．8 m，L_--36 m，
N一11 kW；篩分機成品出料皮帶機1套，B=O．8 m，
L=6．5 m，N----3 kW。
篩分區(qū)尺寸：10．5 mX30 m，H一6．5 m。
2．2．6成品區(qū)
每天產(chǎn)生122．5 t發(fā)酵成品由皮帶機輸送至打
包機，再由打包機打包后存儲、外運。成品區(qū)考慮不
少于3 d的存儲能力。
成品區(qū)尺寸：10．5 mX30 m，H一6．5 m。
2．2．7除臭通風(fēng)
發(fā)酵槽的進料和出料兩端，由透明塑料簾由車
間頂端垂下至發(fā)酵槽。兩個生產(chǎn)序列間，也由透明
塑料簾將兩個序列之間相互隔離，形成每組10個槽
的2組相對封閉的空間，進一步減少對環(huán)境的影響，
并提高臭氣收集效率。
工藝風(fēng)機負壓供氧的同時，將絕大部分工藝氣
體收集，由于各工藝風(fēng)機分屬不同的發(fā)酵階段，受控
制系統(tǒng)的控制處于變頻調(diào)節(jié)狀態(tài)，設(shè)計風(fēng)量取運行
時工藝風(fēng)量的最大值92 000 m3／h，車間內(nèi)的收集風(fēng)
量為28 000 m3／h，除臭總風(fēng)量為120 000 m3／h。
車間設(shè)新風(fēng)系統(tǒng)，送風(fēng)量為120 000 m3／h，采用
2組獨立的新風(fēng)送風(fēng)管道，將新風(fēng)分別送人發(fā)酵區(qū)
內(nèi)及其他空間。
在污泥處理處置中心東側(cè)設(shè)生物除臭濾池1
座，用于處理負壓抽吸所收集的臭氣。除臭濾池為
半地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，分為2級。臭氣在一級濾
料中為上進下出，在二級濾料中為下進上出，內(nèi)部設(shè)
給水噴淋系統(tǒng)，用于為微生物提供必要的水源。處
理后的空氣通過高15 m的排氣煙囪排放至大氣。
除臭生物濾池尺寸：14．8 mX32 m，H一4 m。
設(shè)除臭系統(tǒng)3臺(2用1備)，引風(fēng)機Q一
6 000 m3／h，P----2．6 kPa，N一55 kW。
3主要設(shè)計特點
3．1合理確定設(shè)計規(guī)模
本工程規(guī)模是根據(jù)張貴莊污水處理廠初沉池污
泥、二沉池污泥、深度處理化學(xué)污泥總量來確定的，
在規(guī)模確定過程中除依據(jù)張貴莊污水處理廠設(shè)計數(shù)
據(jù)外，還實地調(diào)研了天津市其他污水處理廠的運行


情況以及產(chǎn)泥量數(shù)據(jù)，對相關(guān)基礎(chǔ)資料進行充分分
析，綜合考慮合理確定工程規(guī)模，既將現(xiàn)有污水處理
廠產(chǎn)生的污泥完全處理掉，又要考慮節(jié)省投資，不使
設(shè)備閑置率過高，且有一定的發(fā)展余地。
3．2選擇先進、可靠、適合天津市發(fā)展的工藝
在對國內(nèi)外污泥處理經(jīng)驗進行總結(jié)提高的基礎(chǔ)
上，根據(jù)天津市經(jīng)濟發(fā)展水平，污水、污泥的性質(zhì)以
及天津市總體規(guī)劃的要求，并結(jié)合市場調(diào)研、考察生
產(chǎn)性試驗的結(jié)果，審慎選擇先進、可靠、經(jīng)濟、適宜的
工藝路線，在方案確定過程中對干化+焚燒、槽式好
氧發(fā)酵、條垛式好氧發(fā)酵、隧道式動態(tài)好氧發(fā)酵以及
通風(fēng)靜態(tài)垛式好氧發(fā)酵等多種工藝進行了技術(shù)經(jīng)濟
比較，最終確定采用可實現(xiàn)節(jié)能減排、循環(huán)利用的槽
式高溫好氧發(fā)酵工藝方案。污水處理過程中產(chǎn)生的
脫水污泥經(jīng)過污泥好氧發(fā)酵處理后，可資源化土地
利用。該工藝路線對污泥進行了穩(wěn)定化、減量化、無
害化處理，使之全面達到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并便于實現(xiàn)
污泥土地利用等資源化。
3．3總圖布置緊湊，節(jié)約用地
工程設(shè)計經(jīng)多次工藝布局優(yōu)化，實現(xiàn)在總用地
1．95 hm2范圍內(nèi)合理布置整個處理工藝流程，用地
指標(biāo)為65 m2／t泥，遠低于其他類似工程用地指標(biāo)，
極大地節(jié)約了工程用地。
3．4脫水污泥泵一管道輸送
在脫水污泥輸送系統(tǒng)的設(shè)計中，結(jié)合國內(nèi)外脫水
污泥輸送工程中的經(jīng)驗教訓(xùn)，采用了柱塞泵一管道輸
送設(shè)備為核心的脫水污泥輸送系統(tǒng)，實現(xiàn)了全封閉輸
送，消除了以往脫水污泥敞開輸送污染環(huán)境的問題。
3．5皮帶傳送自動進出料
本工程選擇了連續(xù)、封閉式生產(chǎn)運行方式，可以
實現(xiàn)混料、進料、布料、出料、風(fēng)量調(diào)節(jié)、翻拋等全程
自動化，無人值守，無車輛倒運，車間生產(chǎn)有序，有效
地減少了占地且便于管理。
3．6負壓供氧一除臭一體化設(shè)計
“負壓供氧一除臭一體化”即通過特殊設(shè)計的均
勻布氣板，采用負壓抽吸的方式為堆體供氧、通風(fēng)，
同時，從反應(yīng)源頭、收集系統(tǒng)、除臭系統(tǒng)等綜合的、整
體地進行臭氣控制。均勻布氣系統(tǒng)使堆體供氧保障
充分、均勻，且負壓方式有利于堆體溫度均一，有效
保障了發(fā)酵產(chǎn)品的質(zhì)量。傳統(tǒng)的正壓供氧，工藝氣


體散發(fā)到車間內(nèi)，通過車間的收集和通風(fēng)系統(tǒng)進行
處理，收集難度高，效率低，氣量大；而負壓供氧，在
供氧的同時，即可對絕大部分的工藝氣體和水蒸氣
等進行收集，剩余部分或翻拋堆體產(chǎn)生的臭氣及粉
塵通過車間通風(fēng)和收集系統(tǒng)即可實現(xiàn)收集，更為高
效，并可有效減輕設(shè)備和建(構(gòu))筑物的腐蝕。
3．7高質(zhì)量的設(shè)備選擇
槽式翻拋機是本工程的核心設(shè)備，在設(shè)備選擇
方面，從投資、建設(shè)、運營綜合考慮，選用西門子公司
生產(chǎn)的槽式翻拋機，其翻拋能力大、翻拋物料深度
大，有效地減小了占地；其設(shè)計高度自動化，翻拋、換
槽、行走全程無人操作，使得本項目實現(xiàn)了真正意義
上的無人值守、封閉運行。西門子槽式翻拋機采用
電驅(qū)動，避免了運行過程中的二次污染。
3．8防腐設(shè)計
設(shè)計中考慮到發(fā)酵車間在高溫、高濕環(huán)境下污泥
好氧發(fā)酵產(chǎn)生硫化氫、氨氣等氣體，會對建筑、結(jié)構(gòu)產(chǎn)
生較強的腐蝕，為提高相關(guān)建筑、結(jié)構(gòu)的耐久性，污泥
處理主體建筑采用混凝土框架結(jié)構(gòu)，外墻采用加氣混
凝土砌塊，滿足了防腐蝕以及保溫、防火等要求。
4設(shè)計中需要考慮的重點問題
污泥好氧發(fā)酵的影響因素從大的方面可以分為
物料系統(tǒng)和操作條件兩個方面。
對發(fā)酵物料(脫水污泥、調(diào)理劑、回流發(fā)酵產(chǎn)物
的混合體)充分的預(yù)混合可使發(fā)酵物料均勻，增大物
料的空隙率，并具有良好的透氣性，促進好氧反應(yīng)的
進行，抑制厭氧反應(yīng)，減少因厭氧反應(yīng)而產(chǎn)生的臭
氣。對污泥好氧發(fā)酵系統(tǒng)研究、動力學(xué)模擬和工程
實踐證明，將污泥調(diào)理為疏松的、透氣性良好的物料
是進行污泥好氧發(fā)酵的重要前提。
發(fā)酵過程中根據(jù)不同的生物反應(yīng)階段的特點對
溫度、含氧量以及含水率(濕度)進行相應(yīng)的調(diào)控，關(guān)
乎污泥好氧發(fā)酵的成敗。利用污泥好氧發(fā)酵生化反
應(yīng)中各相關(guān)因素本身存在的必然聯(lián)系，建立控制系
統(tǒng)并優(yōu)化氧濃度、溫度、濕度和通風(fēng)可以顯著改善污
泥好氧發(fā)酵效果。在污泥好氧發(fā)酵過程合理控制通
風(fēng)量，維持理想的堆體溫度、濕度和好氧降解速率，
是減少臭氣發(fā)生量和縮短堆肥周期、持續(xù)高溫殺菌、
實現(xiàn)污泥無害化的重要控制因素。合理的氧氣供應(yīng)
和通風(fēng)設(shè)計還可降低能耗。


5結(jié)語
天津市張貴莊污泥處理處置工程對污水處理過程
中產(chǎn)生的脫水污泥經(jīng)過污泥好氧發(fā)酵處理，可實現(xiàn)污
泥的穩(wěn)定化、減量化、無害化，工程的實施將為解決天
津市幾十年的污泥問題提供有益的嘗試，對于改善該
區(qū)域環(huán)境質(zhì)量，實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，探索發(fā)展循環(huán)經(jīng)
濟，解決污泥出路，實現(xiàn)污泥資源化利用具有積極的
作用。


參考文獻
1 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、環(huán)境保護部和科學(xué)技術(shù)部．
城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策(試行)(建城
[2009123號)
2 中華人民共和國環(huán)境保護部辦公廳．關(guān)于加強城鎮(zhèn)污水處理廠污
泥污染防治工作的通知(環(huán)辦[2010]157號)
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處理廠污泥處理處置技術(shù)指南(試行)(建科[2011134號)
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收稿日期：2012—08—21
修回日期：2012—09—29