污泥堆肥工程曝气系统的设计与选型比较
随着我国污水处理事业的不断发展，逐渐增多的污水处理厂的脱水污泥渐渐成为城市管理的顽疾，传统填埋或者弃置的做法已无法满足当前需要，污泥无害化、减量化、资源化技术随之发展起来。污泥好氧堆肥技术作为适合我国国情的一种污泥处置技术，正得到推广发展。好氧曝气工序是污泥好氧堆肥工艺流程的主要组成部分，其曝气风机选型的合理与否将会对整个项目的技术及经济可行性产生重要影响。污泥好氧发酵核心工艺流程见图1。
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1 工作原理及工况要求
与污水处理中的风机选型相同，风量、风压和工况条件也是风机选型的基础。污泥堆肥好氧发酵仓所需的空气流量需根据物料量计算得出。
污泥发酵曝气系统所需的风机压力由物料阻力损失和管路系统损失两部分组成。与污水处理曝气系统不同的是，其管路损失占风压损失的绝大部分，一般物料阻力损失约为300～600Pa。管路系统一般分为分散供气系统和集中供气系统，管路系统损失系根据管路复杂程度和管径计算取得。污泥发酵曝气系统见图2。
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2 集中供气与分散供气比较
污水好氧曝气系统的主要阻力来源于水压，一般供气系统阻力约占总阻力的20%以下。污泥发酵曝气系统的主要阻力集中在输布气管路系统，占总阻力的 80%以上。因此对于污泥发酵曝气系统来讲，管路阻力分布的均匀性将会直接影响曝气的均匀性，并且影响程度较大。管路系统由于局部堵塞造成的微小阻力变化将会直接影响到系统内其他管路的曝气量。因为固体发酵运行情况比较复杂，条件也比较恶劣，因此发生曝气管堵塞的机率较大。1台风机供气的仓数越多，相互的影响也就越大，发酵仓之间就越容易出现相对短流或断流，并且这种影响无法预知、不可逆、很难监测。如果不加以修复，将直接影响到发酵仓的正常运转，而修复过程中必须清仓取出曝气管道，清理后重新安装，不仅工作量大，工作条件恶劣，而且需要较长的时间。
供气超量将造成堆温下降，物料无法正常腐熟，出料仍会存在大量细菌和待分解物质，达不到稳定化要求，无法利用。供气不足将会造成局部厌氧，好氧菌数量减少，发酵效率降低，出料含水率无法达到设计要求。
要对上述问题进行修复，只能通过停止运转、清空发酵仓清理管路来完成。将此类问题发生机率降到最低的风机设置方案为每台风机对应1个发酵仓。1台风机对应1个发酵仓曝气，物料在1个发酵仓中移动，风机供气通过管路进入所对应的发酵仓，无论是否存在堵塞现象，物料均可以接触到空气完成好氧发酵过程。
此外，在风机选型中，每小时数万立方米风量、几千帕风压的参数对于罗茨或离心风机的选型都十分困难，且运行工况处于极低效率区域，装机功率大大增加，若选择大型离心通风机，会由于集中供气较为复杂的管路系统，使得压力无法满足工艺要求。
需要强调的是，即使1台风机配合流量计阀门控制供应2座发酵仓，也同样会出现两个供气系统相互干扰的情况。通过流量计和阀门控制来增加控制点和系统阻力损失，对于整个曝气系统来讲，会增加控制难度、降低运行稳定性、减小动力效率。并且在单仓运行时，气量过大会出现供气超量现象，强制调节阀门控制气量则会损害风机的运行，影响风机的使用寿命。
3 备选风机类型比较
将污泥堆肥工程常用的离心通风机与污水处理工程曝气系统常用的多级离心鼓风机、罗茨风机进行性能和经济性对比见表1。
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由表1可见，风机压力范围在10,000Pa以下时，离心通风机具有投资较小、设备简单、运行维护方便、运行费用较低等特点，因此离心通风机是适合污泥好氧堆肥工程的曝气系统气源。
4 国内外应用情况
4.1 国外应用情况
目前国外采用发酵仓或条垛形式的污泥好氧堆肥工程主要集中在欧洲和美国，欧洲主要以翻堆机为主，美国则普遍采用曝气方式。从近十年的有关资料来看，国外大量采用的仍然是离心通风机形式的分散曝气系统，没有发现采用集中曝气的污泥堆肥实例。
4.2 国内应用情况
目前国内成功运行的污泥堆肥项目较少，采用曝气系统的污泥堆肥项目则更少，正常运行的项目大都采用离心通风机作为曝气系统气源。
（1）太原河西北中部污水处理厂采用SACT-B污泥堆肥工艺。系统2004年投入运行，污泥堆肥车间日处理脱水污泥60吨，共有发酵仓4座，选择离心通风机4台，每台流量6500m3 /h，全压4600Pa，电机型号Y160L-4，功率15kW，转速1450r/min。
（2）唐山西郊污水处理二厂（世行贷款项目）采用 SACT-C污泥堆肥工艺，2005年投入运行，日处理脱水污泥36吨，共有发酵仓2座，选择离心通风机2台，每台流量6500m3 /h，全压4600Pa，电机型号Y160L-4，功率15kW，转速1450r/min。
（3）洛阳污泥处置项目采用SACT-A污泥堆肥工艺，2007年投入运行，设计日处理脱水污泥280吨，原设计采用罗茨风机8台（6用2备），每台流量170m3 /h，压力9800Pa，但由于上述种种问题没有得到解决，最终没有实施曝气系统建设，生产能力受到一定影响。
5 污泥堆肥项目风机选型方案比较
河南某项目600t/d的曝气系统工况要求：风量 360,000m3 /h；分散供气系统阻力损失3000Pa；集中供气系统阻力损失5000～7000Pa；离心通风机分散供气系统风压3500Pa；离心鼓风机或罗茨鼓风机集中供气系统风压9800Pa。
虽然污泥好氧发酵曝气与污水处理曝气都是风机通过输布气管路系统将空气送入充氧对象的过程，但设计重点都有着本质的不同。
（1）污水好氧曝气系统
污水好氧曝气系统的主要阻力来源于水压超过80%，而一般输布气管路阻力仅占总阻力的不足20%。对于污水好氧曝气系统来讲主要是考虑水深对风机压力的要求，管路分布的均匀性对曝气的均匀性的影响甚微，而水深基本恒定，集中供气管路间流量调节基本可以一次完成。
（2）污泥发酵曝气系统
污泥发酵曝气系统的主要阻力集中在输布气管路系统，占到总阻力的80%～90%，物料堆产生的阻力占总阻力的10%～20%。因此对于污泥发酵曝气系统而言，管路阻力决定风机压力，管路分布的均匀性将直接影响曝气的均匀性，而且影响程度相当大。由于翻堆过程每天都在进行，不同发酵仓中的物料堆体形态和疏松程度也在不断改变，管路系统也不可避免地存在局部堵塞情况，并且这种堵塞情况可能时刻都在发生变化，因此若采用集中供气的系统，所有流量调节阀门的动作过程将每天持续进行。
结合该项目特点和工艺参数作出多种方案的比较见表2。
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6 结语
按照污水处理的传统设计思维，选择大功率风机和集中供气模式是经济合理的，但是由于污泥好氧堆肥固体发酵的曝气系统与污水生化曝气阻力构成截然相反，因此污水处理中传统的曝气形式与风机选型不适用于污泥好氧堆肥工程。
综上所述，离心通风机作为理想的曝气气源设备与发酵仓一一对应，可进行分散供气，减少相互影响的概率，并可节省投资和运行费用。对于可能存在的设备备用问题，可以通过在离心通风机之间设置管道阀门连接的方式，在维修情况下实现互为备用。
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