【《污泥堆肥处理工艺主要构筑物的说明和计算过程案例分析》6700字（论文）】

第第页共30页目录 1 1 1 2 3 3 3 3 4 6 6 11 11 12 12 12 13 13 15 15 16 16 17工艺参数的选择部分根据设计要求做出了选择，以适合所选污泥与所选工艺的堆肥参数。初始污泥的含水率为78%左右，调节含水率过低会消耗大量的调理剂，增加堆肥的成本，在经济上不合理。而初始堆体含水率过高会导致堆体中含有大量游离水，不利于堆体的通风。含水率的上限设定为70%，

若初始含水率偏高则可以通过加大通风降低堆体的水分，达到调节含水率的作用。蓬松剂选用稻壳糠作为蓬松剂。工艺参数按照以上数据为指导，并根据实际工程应用加以修正。本设计选用工艺参数详见表1.1。表1.1工艺参数表项目参数本项目参数脱水污泥（t/d）300脱水污泥平均含水量（%）708078发酵混合物料起始含水率（%）40654065发酵混合物料控制（C/N）2330：12330：1堆肥产品含水率（%）≤40≤40发酵温度（℃）55605560好氧发酵周期（d）（持续时间≥5d）2020堆体氧浓度（%）≥5≥5经过查阅资料可知污泥的组分为C5.6H7.3O3.7NS1.1，设混合物料的C/N为25:1。则可知污泥的含C量=QUOTE12×5.615×5.6+7.3+16×3.7+14+32×1.112×5.615×5.6+7.3+16×3.7+14+32×1.1=36.74%污泥的含N量=QUOTE1415×5.6+7.3+16×3.7+14+32×1.11415×5.6+7.3+16×3.7+14+32×1.1=7.65%由此可得污泥得C/N=QUOTE12×5.61412×5.614=1.8污泥初始的C/N比较低，为1.8，达不到好氧快速堆肥的参数要求，需要对初始污泥通过添加剂与回流堆肥物料进行调整。选用稻壳做为添加剂，来源丰富，质地疏松干燥，有机物含量高，碳源丰富可以调节堆肥物料的含水率和碳氮比。表1.2初始堆肥物料理化性质项目含C量%含N量%C/N密度t/m3含水率%污泥36.747.651.81.1.78稻壳糠61.90.57108.60.1210回流污泥200.635因为混合后得C/N=25，所以可求得污泥与稻壳糠得比列。设稻壳糠得干重为xkg，污泥的干重为ykg则有：C/N=QUOTEx×61.9%+y×36.74%x×0.57%+y×7.65%x×61.9%+y×36.74%x×0.57%+y×7.65%=QUOTE251251由此可得：x=31.11；y=10.53则污泥与稻壳糠得干重比为=QUOTEyxyx=QUOTE10.5334.1110.5334.11=0.31污泥得湿重比=QUOTE0.311-78%11-10%0.311-78%所需稻壳糠得量=QUOTE3001.273001.27=236.22t该污水处理厂污泥产量为300t/d，设回流污泥为10%则回流污泥得量=300×10%=30t所以可得物料得湿重配比为：污泥：稻壳糠：回流污泥=300：26.22：30=1：0.79：0.1含水率=QUOTE1×78%+0.79×10%+0.1×35%1+0.79+0.11×78%+0.79×10%+0.1×35%1+0.79+0.1=47.3%污泥：稻壳糠：回流污泥=1：0.79：0.1(质量比)由公式：m=污泥体积V=QUOTEmm=QUOTE3001.13001.1=272.73m3/d稻壳糠体积：V=QUOTEmm=QUOTE236.220.12236.220.12=1968.5m3/d回流污泥体积：：V=QUOTEmm=QUOTE300.6300.6=50m3/d综上可得物料体积比为1：7.31：0.19综上所诉可得总物料体积V总V总=272.73×（1+7.31+0.19）=2318.2m3/d为了更好的使空气在堆垛中发布均匀,在每个发酵槽底部布置两条通风槽,间隔为5m。在通风槽内布置PVC通风管道作为曝气管,一段封闭,一端与鼓风机相连。通风排水槽只需至少设计好有在1%或以下坡度的自然排水坡度,并且只需与排水沟口直接地相连,以便这样可使其在堆肥过程中产生排放出来后的废肥渗滤液便可以很顺利地的直接通过排水沟口或直接排入集流水池系统范围内,最后统一进行处理,避免对环节产生影响。设一次堆肥得周期为15天,堆体得体积收缩系数为0.8。设单槽得设计尺寸为:长50m,宽15m,高3.5m。则堆肥初始混合物料得总体积为V=2318.2×0.8×15=27818.4则单槽的体积为：V=50×15×3=2250m3需要的槽的个数为：n=QUOTE27818.4225027818.4225013个（1）污泥好氧堆肥需氧量的计算C5.6H7.3O3.7NS1.13C5.6H7.3O3.7NS1.1+19.5O215.6CO2+6.9H2O+3NH3+3H2SO450%70%CO2H2O300t/dm干=300×0.22×0.35=23.1tM=5.6×12+7.3+16×3.7+14+32×1.1=182.9n=QUOTE23.1182.923.1182.9=126.3kmol设降解该污泥所需的氧气量为xkmol，则根据化学式可得理论需氧量为：3C5.6H7.3O3.7NS1.1+19.5O215.6CO2+6.9H2O+3NH3+3H2SO43kmol19.5kmol126.3kmolxkmolx=QUOTE19.5319.53×126.3=820.95kmol需要的氧气质量为：mQUOTEo2o2=820.95×32=26270.4kg查阅资料可知空气中氧气质量比为23%，空气密度为1.29kg/m3。则理论所需的空气量为：m空气=QUOTE26270.423%26270.423%=114219.13kg理论所需空气的体积为V空气=QUOTE114219.131.29114219.131.29=88541.96m3（2）稻壳糠好氧堆肥需氧量的计算设稻壳糠的降解系数为0.5，以知初始混合物料中稻壳糠的添加量为236.22t，稻壳糠的含水率为10%。故稻壳糠干重为：m稻壳糠=236.22×90%=212.598t稻壳糠能被降解量为：m降解=212.598×0.5=106.299t设氧化1g稻壳糠需要1t氧气。则降解稻壳糠的理论需氧量为：VQUOTEO2O2=QUOTE106.299×10323%×1.2106.299×10323%×1.2不计回流污泥氧化所需的耗氧量则处理300t脱水污泥所需的空气量为：V1=95182.61+385141.3=480321.045m3(3)去除水分消耗空气量初始物料：m1=300+236.22+30=566.22t，含水率：47.3%，堆肥后变为40%。湿物料总固体量：S1=m1(1-PW1)=566.22×（1-47%）=322.75t堆肥后干物质：m2=QUOTES11+PW2S11+PW2=QUOTE322.751-40%堆肥去除水分的质量：W1=m1-m2=566.22-538=28.22t/d式1：W1=mg×QUOTE18291829×（QUOTEPvapour-out101325-Pvapour-out-Pvapour-in101325-Pvapour-inPvapour-out101325-可以求出QUOTEPvapour-in=1930.6Pa，代入式1可得28.22×103=mg×QUOTE18291829×（QUOTE19958.6101325-19958.6-1930.6101325-1930.619958.6101325-19958.6mg=201283.9kg/dV2=QUOTEmgmg=QUOTE201283.91.29201283.91.29=156034m3综上所诉，消耗的总空气量为：V总=V1+V2=480321.045+156034=636358.045m3槽内布置PVC管，在PVC管上均匀布孔，由最大通风量和最大通风速率两个参数确定管路的管径；由管路出口最大风速和最大风量确定出口管总面积。设主路上的气流速度为15m/s，支路上的气流速度为10m/s。微生物的发酵养殖过程中的通风过程具有两个不同层面的重要作用原理与实现目的。发酵过程初期主要通风机理是微生物提供的氧气供应;而发酵的中期则起了供排氧、散热的冷却的作用,冷却或散热作用可直接通过风机装置和向外进行排风降温时微生物带走少量水分等实现,从而有利于控制整个堆体中的环境适宜和温度升高;微生物发酵的后期主要通风作用的最终目的就在于逐步降低整个堆肥体的空气含水率,通过进一步增加通风循环次数和尽可能延长一次通风降温时间实现。因此,堆肥过程设计中系统的局部通风应主要分别从循环供制氧、散热等两个重要方面综合进行考虑。（1）管道压力损失的计算Pg=Pf+PkPf=QUOTEv22dPk=QUOTEkv22式中：Pg,Pf,Pk:分别指管路上压力的总损失，直管段上的压力损失，局部压力损失，Pa：摩擦系数：气体流速，m/s：气体密度，kg/m3d:管内径，mk:局部阻力系数的和计算时，设主管路上的气流速度为15m/s，支管路上的气流速度为10m/s，摩擦系数取决于雷诺系数Re。Re=QUOTEdvd式中：：气体粘度（查看空气粘度表可知温度在为20℃时气体粘度为0.0001808Pa.s）风管内截面积：S=QUOTEQ额Q额=0.56m圆管截面积：Sa=（QUOTEd2d2）2风管内径：d=QUOTE4S4S=0.85m取主风管的内径为0.85m，计算出累诺系数Re的值。Re=QUOTE0.85×1.2×150.18080.85×1.2×150.1808=0.85×10-2因为0.85×10-2≤1×105，所以摩擦系数：=QUOTE0.3164Re140.3164则直管路上的压力损失为：Pf=QUOTEv22dv22d=QUOTE0.1×1.2×15（2）气体通过堆体时的压力损失Pp=QUOTE150×（1-E）2LE3dp3式中：Pp：气体通过堆料的压力损失，PaE：物料孔隙率：气体在堆料中的流速，m/s：气体的平均密度，kg/m3：气体的粘度，cPL：堆料高度，mdp：物料的颗粒平均直径，mm根据查阅的相关资料可知，可堆肥物料的颗粒粒径应小于50mm(此处取45mm)；堆肥物料的孔隙率应为49%82%（此处取70%），即E=0.7，L=3.5m，dp=45mm。由公式：QUOTEv1v2v1v2=QUOTE(1-SS式中：v1，v2：通风管中的风速和发酵装置内的风速，m/s可得发酵装置内的风速。因为v1=15m/s,所以有：v2=0.65m/s。由于气体在发酵装置内与堆肥物料会产生摩擦和碰撞，这会导致气流流速减小，因此在此取气体在发酵装置内的平均流速为0.55m/s。气体通过堆体时的压力损失Pp=QUOTE150×（1-0.7）2×0.1808×0.55×3.50.73×453150×（1-0.7）2×0.1808×0.55×3.50.7风机的额定风压：P=K1(Pg+Pp)=1.18×358.14=422.6Pa（3）风机全压的计算进行鼓风机的设计时，除了通风量之外，还应计算通风风压。风压的计算公式如下：p=p1+p2+p3式中：p：风机全压，Pap1：堆体压力损失，Pap2：穿孔管压力损失，Pap3：从风机出口到穿孔管的管路压力损失，Pap1=1.2×10-2Pa，p2=358.14Pa，p3=47.64Pa。则：p=p1+p2+p3=1.2×10-2+358.14+47.64=405.82Pa（4）风机轴功率和电机功率的计算N=QUOTEq实×∆p实1000×N=QUOTEq实×∆p实×k1000××1q实其中：p实=kp×pq实=kp×q式中：N，N：实际所需的风机轴功率和电机功率，kw，1：风机的机械效率和电机不同传动方式的机械效率，通常=70%K：不同传动方式的电机容量贮备系数kp，kq：常数，送排风系统，kp=1.1-1.15，kq=1.1p，p实：计算和实际情况下的风机全压，Paq，q实：计算和实际情况下的空气流量，m3/s根据已知可得q=0.7875m3/s，p=405.82Pa；查阅资料可知z轴流式通风机得功能贮备系数k=1.10。则根据以上公式可得：p实=kp×p=1.1×405.82=446.402Paq实=kq×q=1.1×0.7875=0.86625m3/sN=QUOTEq实×∆p实1000×N=QUOTEq实×∆p实×k1000××1q实×∆（5）额定风量的计算Q额=K1Q冷式中：K1:通风系数，一般为1.11.2Q额:风机的额定风量,m3/minQ冷:堆体所需的通风量，m3/min现取通风系数为1.18，则可计算出风机的额定风量Q额=1.18×425.25=501.795m3/minQ额=501.795×60=30107.7m3/h（6）供氧所需通风量的计算在微生物同一的发酵过程工艺周期系统过程中,微生物菌种群的种类主要微生物种类、繁殖及发展生长速度高低和各种生理与代谢状态变化速率快慢大小及其剧烈程度等等均有所不同,耗氧变化速率大小自然程度也都是不可能的一样,为了同时保证或满足微生物在一个发酵工艺周期过程系统中的微生物每天最大限度的生理需氧量,根据每个微生物单位时间、单位体积耗氧量经验值(一般为0.050.20m3／(min·m3))求供氧所需的风量：根据公式：Q1=nqV式中：Q1:供氧所需的通风量，m3/min:发酵槽的充满系数,0.75n:堆体个数q:单位时间内，单位体积耗氧量经验值，取0.1m3/（m3.min）V:单个堆件的体积，m3则有Q1=0.75×1×0.1×630=47.25m3/min=0.7875m3/s即每个发酵滚槽内每分钟所需的供氧通风量为47.25m3/min。（7）冷却通风所需的空气量在垃圾堆肥化工程领域的应用许多工程实际应用的应用在发酵转化工程装置堆中,当堆内温度在逐渐缓慢上升并或降低到正常或已超过达到了所适宜堆温度水平时后一般都要求必须要首先要对其整个的堆体环境要进行绝热保温和冷却换气与局部通风,考虑到在发酵化工过程装置堆中采用的绝热或保温的技术性能都尚未获得较好地控制条件时,发酵工程装置堆内在堆肥转化过程装置中产生出的因各种生化反应条件而可能产生出的生化反应热q主要能量是指来源于生化工程装置堆壳内产生的高温气体经燃烧后升温气化后产生吸热总能量q1和堆中水的自然温度蒸发冷却时所吸收而出的总热量q2。即q=q1+q2式中：q:生化反应产生的反应热q1:装置内气体升温吸热q2:水蒸发吸收的热量查阅上述资料还可知,当系统强制循环通风需的空风量仅仅是为系统提供散热空间以确保达到较适宜的微生物发酵分解温度时,其系统所需循环的强制通风量约是有机物发酵分解过程所需循环的强制空气量总和的9倍。Q冷=q=9×Q1=9×47.25=425.25m3/min根据风量计算公式和风机工程经验资料分析后可知,用于发动机冷却风扇的总通风气流量需求往往要大大远远要大于发动机供排氧时所需的总风量,因此当选择冷却风机时就只需仅仅考虑发动机冷却时所需最大的总通风量大小即可。风机选型应根据各种风机风量参数和设计风压来进行风量选择,通过对这三种主流风机选型的运行性能评价和循环经济性能综合比较,可以从中比较得出的结论出在风机压力范围内再低于10000Pa或以下负荷时,离心通风机具仍有着投资规模较小,设备配置简单,运行与维护管理方便,运行综合费用又较低的等技术特点,因此离心通风机仍是最为适合于本厂设计使用的污泥和好的氧堆肥曝气的系统气源。表1.1三种风机的性能和经济性能对比项目离心通风机多级离心通风机罗茨风机压力高效区1000-3000Pa30000Pa20000Pa以上冷却形式无需专门冷却系统水冷或油冷水冷或油冷噪声低高最高附属建筑物无需附属建筑物鼓风机房鼓风机房运行维护方法无需特殊维护风机，电机，冷却系统都需专门维护风机，电机，冷却系统都需专门维护设备价格低高高运行费用低高高经过计算，通风机选取4-72型中低压离心通风机，所选风机和型号见表1.2表1.24-72型中低压离心通风机性能规格风机电动机机号转速(r/min)序号流量(m3/h)全压(Pa)所需功率(kw)型号功率（kw）地脚螺栓(4套)4A1450529814290.63Y90S-4(B35)1.1M8×160二次发酵车间采用了自然对流通风的工艺方式来进行尾气处理,将完成一次发酵工艺后形成的粗粒产品尾气通过运输皮带进行运输后到了二次发酵操作场地,通过自动翻堆机来进行二次翻堆的通风,以进一步保证产品二次循环发酵运输过程废气中产生的氧气含量。二次发酵处理的发酵周期宜设限为小于15天,以尽可能保证上一次的堆肥使用过程污泥中虽没达到完全可降解目的但尚能有效降解有机物的污染部分未被微生物充分的降解。设腐熟后总体积收缩系数为0.5则二次发酵物料总体积为：V=2318.2×0.5=1159.1m3二次发酵场地设计：长：宽：高=70m：25m：2m制肥与贮存场地面积计算设贮存高度为3.5m，则A3=QUOTE2318.2×0.8×0.5×603.52318.2×0.8×0.5×603.5=15896.23m2混合发酵前的质量：m=300+236.22+30=566.22t混合物料的密度：=QUOTEmvmv=QUOTE566.222318.2566.222318.2=0.25t/m3式中：2318.2：物料体积设发酵后的污泥容积减少45%，混合物料的密度增大为0.4t/m3污泥发酵后的体积：V=2318.2×（1-0.45）=1275.01m3污泥发酵后的质量：m=v=0.4×1275.01=510t污泥减少的质量：m=566.22-510=56.22t设臭气的平均密度为1.5kg/m3则可计算出臭气的体积为：V=QUOTE56.221.556.221.5=37480m3设每天通风三次，每次通风2小时则每日需处理的臭气体积为：V=QUOTE37480153748015=2498.7m3每小时通风量：Q=2498.7÷3÷2=416.45m3/h因为堆肥周期为15天，则生物除臭系统单位处理量是一天发酵产生臭气的15倍。生物滴滤池单位时间所需处理的风量为：V=416.45×15=6246.75m3/h设保险系数为1.1则需处理风量为：V=6246.75×1.1=6871.425m3/h每个发酵装置的排量为：V=6871.425÷13=528.6m3/h在生物滴滤反应装置中，填料作为微生物载体会直接影响废气处理效果，填料是否利于微生物附着，微生物能否在填料上快速稳定生长迅速成膜，都是在选择填料时应该考虑的问题[16]。所以在为生物滴滤池选择填料时，一般应满足以下条件：（1）填料本身应是具有一个较大范围的比表面积,提供能给浮游微生物带来更为充分氧气的附着体面积和空气液态传质区面积,提高填料区微生物量,从而提高单位体积去除污染物的能力。（2）填料应具有良好的表面性质，如与表面光滑的填料相比，表面粗糙的填料更容易挂膜；而表面带有正电荷的填料比表面带有负电荷的填料更有利于微生物的附着。（3）填料应具有足够的空隙率，可以防止反应器中微生物生长速度过快而引起堵塞和压降升高，从而造成短流或出口污染物浓度升高等现象。（4）填料应具有亲水性和持水性，亲水性便于微生物和营养液附着；持水性可以保证停止喷淋营养液或其他缺水环境下时，提供微生物所需的液体环境。（5）填料层应能具有较一定程度的机械结构强度能及具有耐腐蚀、耐化学摩擦磨损的抗老化能力，为微生物提供良好的生存环境。（6）填料应该没有毒性，不与污染物反应，且化学性质稳定。所以此次设计选择填料为火山岩和木片按一定比列混合搭配。管路设计设主干管风速为v1=12m/s，支管风速为v2=6m/s。主干管管径：d1=QUOTE4Q3600×v14Q3600×v1=QUOTE4×6871.4253600×3.14×12式中：Q：处理风量主管截面积：S主=r2=3.14×（0.45）2=0.64m2支管管径：d2=QUOTE4Q3600×v24Q3600×v2=QUOTE4×528.63600×3.14×6支管截面积：S支=r2=3.14×（0.18）2=0.1m2风压的计算PP=Pf+PkPf=QUOTEv12Pk=QUOTEkv12式中：PP，Pf，Pk：分别指主管路上总压力损失，直管段上的压力损失，局部压力损失，Pa：摩擦系数，m/s：气体密度，kg/m3d1：管内直径，mk：局部主力系数的和计算雷诺系数Re=QUOTEdd式中：d：管径，m：空气密度，1.29kg/m3V：管内风速，m/s：气体粘cP，（取0.0001808Pa.s）Re=QUOTE0.45×1.29×120.18080.45×1.29×120.1808=0.39×102因为0.39×102＜1×102，所以摩擦系数可用下列公式进行计算。摩擦系数：=QUOTE0.3164Re140.3164则直管路上的压力损失为Pf=QUOTEv12d1v12计算局部主力系数=（1-QUOTES支S主S支S主）2=（1-QUOTE0.10.640.10.64）局部阻力系数的和：k