目錄 1 1 1 2 3 3 3 3 4 6 6 11 11 11 11 12 12 13 15 15 15 16 16工藝參數(shù)的選擇部分根據(jù)設(shè)計(jì)要求做出了選擇，以適合所選污泥與所選工藝的堆肥參數(shù)。初始污泥的含水率為78%左右，調(diào)節(jié)含水率過低會消耗大量的調(diào)理劑，增加堆肥的成本，在經(jīng)濟(jì)上不合理。而初始堆體含水率過高會導(dǎo)致堆體中含有大量游離水，不利于堆體的通風(fēng)。含水率的上限設(shè)定為70%，

若初始含水率偏高則可以通過加大通風(fēng)降低堆體的水分，達(dá)到調(diào)節(jié)含水率的作用。蓬松劑選用稻殼糠作為蓬松劑。工藝參數(shù)按照以上數(shù)據(jù)為指導(dǎo)，并根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用加以修正。本設(shè)計(jì)選用工藝參數(shù)詳見表1.1。表1.1工藝參數(shù)表項(xiàng)目參數(shù)本項(xiàng)目參數(shù)脫水污泥（t/d）300脫水污泥平均含水量（%）708078發(fā)酵混合物料起始含水率（%）40654065發(fā)酵混合物料控制（C/N）2330：12330：1堆肥產(chǎn)品含水率（%）≤40≤40發(fā)酵溫度（℃）55605560好氧發(fā)酵周期（d）（持續(xù)時(shí)間≥5d）2020堆體氧濃度（%）≥5≥5經(jīng)過查閱資料可知污泥的組分為C5.6H7.3O3.7NS1.1，設(shè)混合物料的C/N為25:1。則可知污泥的含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比較低，為1.8，達(dá)不到好氧快速堆肥的參數(shù)要求，需要對初始污泥通過添加劑與回流堆肥物料進(jìn)行調(diào)整。選用稻殼做為添加劑，來源豐富，質(zhì)地疏松干燥，有機(jī)物含量高，碳源豐富可以調(diào)節(jié)堆肥物料的含水率和碳氮比。表1.2初始堆肥物料理化性質(zhì)項(xiàng)目含C量%含N量%C/N密度t/m3含水率%污泥36.747.651.81.1.78稻殼糠61.90.57108.60.1210回流污泥200.635因?yàn)榛旌虾蟮肅/N=25，所以可求得污泥與稻殼糠得比列。設(shè)稻殼糠得干重為xkg，污泥的干重為ykg則有：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則污泥與稻殼糠得干重比為=QUOTEyxyx=QUOTE10.5334.1110.5334.11=0.31污泥得濕重比=QUOTE0.311-78%11-10%0.311-78%所需稻殼糠得量=QUOTE3001.273001.27=236.22t該污水處理廠污泥產(chǎn)量為300t/d，設(shè)回流污泥為10%則回流污泥得量=300×10%=30t所以可得物料得濕重配比為：污泥：稻殼糠：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：稻殼糠：回流污泥=1：0.79：0.1(質(zhì)量比)由公式：m=污泥體積V=QUOTEmm=QUOTE3001.13001.1=272.73m3/d稻殼糠體積：V=QUOTEmm=QUOTE236.220.12236.220.12=1968.5m3/d回流污泥體積：：V=QUOTEmm=QUOTE300.6300.6=50m3/d綜上可得物料體積比為1：7.31：0.19綜上所訴可得總物料體積V總V總=272.73×（1+7.31+0.19）=2318.2m3/d為了更好的使空氣在堆垛中發(fā)布均勻，在每個(gè)發(fā)酵槽底部布置兩條通風(fēng)槽，間隔為5m。在通風(fēng)槽內(nèi)布置PVC通風(fēng)管道作為曝氣管，一段封閉，一端與鼓風(fēng)機(jī)相連。通風(fēng)槽設(shè)計(jì)1%的坡度，并且與排水溝相連，以便使堆肥過程中產(chǎn)生的滲濾液順利通過排水溝排入集水池內(nèi)，最后統(tǒng)一進(jìn)行處理，避免對環(huán)節(jié)產(chǎn)生影響。設(shè)一次堆肥得周期為15天，堆體得體積收縮系數(shù)為0.8。設(shè)單槽得設(shè)計(jì)尺寸為：長50m，寬15m，高3.5m。則堆肥初始混合物料得總體積為V=2318.2×0.8×15=27818.4則單槽的體積為：V=50×15×3=2250m3需要的槽的個(gè)數(shù)為：n=QUOTE27818.4225027818.4225013個(gè)（1）污泥好氧堆肥需氧量的計(jì)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設(shè)降解該污泥所需的氧氣量為xkmol，則根據(jù)化學(xué)式可得理論需氧量為：3C5.6H7.3O3.7NS1.1+19.5O215.6CO2+6.9H2O+3NH3+3H2SO43kmol19.5kmol126.3kmolxkmolx=QUOTE19.5319.53×126.3=820.95kmol需要的氧氣質(zhì)量為：mQUOTEo2o2=820.95×32=26270.4kg查閱資料可知空氣中氧氣質(zhì)量比為23%，空氣密度為1.29kg/m3。則理論所需的空氣量為：m空氣=QUOTE26270.423%26270.423%=114219.13kg理論所需空氣的體積為V空氣=QUOTE114219.131.29114219.131.29=88541.96m3（2）稻殼糠好氧堆肥需氧量的計(jì)算設(shè)稻殼糠的降解系數(shù)為0.5，以知初始混合物料中稻殼糠的添加量為236.22t，稻殼糠的含水率為10%。故稻殼糠干重為：m稻殼糠=236.22×90%=212.598t稻殼糠能被降解量為：m降解=212.598×0.5=106.299t設(shè)氧化1g稻殼糠需要1t氧氣。則降解稻殼糠的理論需氧量為：VQUOTEO2O2=QUOTE106.299×10323%×1.2106.299×10323%×1.2不計(jì)回流污泥氧化所需的耗氧量則處理300t脫水污泥所需的空氣量為：V1=95182.61+385141.3=480321.045m3(3)去除水分消耗空氣量初始物料：m1=300+236.22+30=566.22t，含水率：47.3%，堆肥后變?yōu)?0%。濕物料總固體量：S1=m1(1-PW1)=566.22×（1-47%）=322.75t堆肥后干物質(zhì)：m2=QUOTES11+PW2S11+PW2=QUOTE322.751-40%堆肥去除水分的質(zhì)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綜上所訴，消耗的總空氣量為：V總=V1+V2=480321.045+156034=636358.045m3槽內(nèi)布置PVC管，在PVC管上均勻布孔，由最大通風(fēng)量和最大通風(fēng)速率兩個(gè)參數(shù)確定管路的管徑；由管路出口最大風(fēng)速和最大風(fēng)量確定出口管總面積。設(shè)主路上的氣流速度為15m/s，支路上的氣流速度為10m/s。微生物在發(fā)酵過程中通氣，有著不同的意義和目的。在乳酸菌初期通氣主要是為了供給空氣，發(fā)酵中期起供氧、分散制冷功能，制冷散熱功能可利用裝置在向外排風(fēng)時(shí)帶來水氣進(jìn)行，以便于調(diào)節(jié)堆體的適當(dāng)環(huán)境溫度；而發(fā)酵作用后期通氣的主要目的就是減少堆肥處理的含水量，主要利用提高通氣次數(shù)和延長通氣的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行。所以，在堆肥處理過程中的通氣工作主要從供氧、散熱兩方面加以兼顧。

（1）管道壓力損失的計(jì)算Pg=Pf+PkPf=QUOTEv22dPk=QUOTEkv22式中：Pg,Pf,Pk:分別指管路上壓力的總損失，直管段上的壓力損失，局部壓力損失，Pa：摩擦系數(shù)：氣體流速，m/s：氣體密度，kg/m3d:管內(nèi)徑，mk:局部阻力系數(shù)的和計(jì)算時(shí)，設(shè)主管路上的氣流速度為15m/s，支管路上的氣流速度為10m/s，摩擦系數(shù)取決于雷諾系數(shù)Re。Re=QUOTEdvd式中：：氣體粘度（查看空氣粘度表可知溫度在為20℃時(shí)氣體粘度為0.0001808Pa.s）風(fēng)管內(nèi)截面積：S=QUOTEQ額Q額=0.56m圓管截面積：Sa=（QUOTEd2d2）2風(fēng)管內(nèi)徑：d=QUOTE4S4S=0.85m取主風(fēng)管的內(nèi)徑為0.85m，計(jì)算出累諾系數(shù)Re的值。Re=QUOTE0.85×1.2×150.18080.85×1.2×150.1808=0.85×10-2因?yàn)?.85×10-2≤1×105，所以摩擦系數(shù)：=QUOTE0.3164Re140.3164則直管路上的壓力損失為：Pf=QUOTEv22dv22d=QUOTE0.1×1.2×15（2）氣體通過堆體時(shí)的壓力損失Pp=QUOTE150×（1-E）2LE3dp3式中：Pp：氣體通過堆料的壓力損失，PaE：物料孔隙率：氣體在堆料中的流速，m/s：氣體的平均密度，kg/m3：氣體的粘度，cPL：堆料高度，mdp：物料的顆粒平均直徑，mm根據(jù)查閱的相關(guān)資料可知，可堆肥物料的顆粒粒徑應(yīng)小于50mm(此處取45mm)；堆肥物料的孔隙率應(yīng)為49%82%（此處取70%），即E=0.7，L=3.5m，dp=45mm。由公式：QUOTEv1v2v1v2=QUOTE(1-SS式中：v1，v2：通風(fēng)管中的風(fēng)速和發(fā)酵裝置內(nèi)的風(fēng)速，m/s可得發(fā)酵裝置內(nèi)的風(fēng)速。因?yàn)関1=15m/s,所以有：v2=0.65m/s。因?yàn)闅怏w在發(fā)酵裝置內(nèi)和堆肥物料之間會形成磨擦和撞擊，而這樣會使得氣體流速降低，所以在此取氣在發(fā)酵裝置內(nèi)的平均流量約為0.55m/s。氣體通過堆體時(shí)的壓力損失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風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)壓：P=K1(Pg+Pp)=1.18×358.14=422.6Pa（3）風(fēng)機(jī)全壓的計(jì)算進(jìn)行鼓風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)時(shí)，除了通風(fēng)量之外，還應(yīng)計(jì)算通風(fēng)風(fēng)壓。風(fēng)壓的計(jì)算公式如下：p=p1+p2+p3式中：p：風(fēng)機(jī)全壓，Pap1：堆體壓力損失，Pap2：穿孔管壓力損失，Pap3：從風(fēng)機(jī)出口到穿孔管的管路壓力損失，Pap1=1.2×10-2Pa，p2=358.14Pa，p3=47.64Pa。則：p=p1+p2+p3=1.2×10-2+358.14+47.64=405.82Pa（4）風(fēng)機(jī)軸功率和電機(jī)功率的計(jì)算N=QUOTEq實(shí)×?p實(shí)1000×N=QUOTEq實(shí)×?p實(shí)×k1000××1q實(shí)其中：p實(shí)=kp×pq實(shí)=kp×q式中：N，N：實(shí)際所需的風(fēng)機(jī)軸功率和電機(jī)功率，kw，1：風(fēng)機(jī)的機(jī)械效率和電機(jī)不同傳動(dòng)方式的機(jī)械效率，通常=70%K：不同傳動(dòng)方式的電機(jī)容量貯備系數(shù)kp，kq：常數(shù)，送排風(fēng)系統(tǒng)，kp=1.1-1.15，kq=1.1p，p實(shí)：計(jì)算和實(shí)際情況下的風(fēng)機(jī)全壓，Paq，q實(shí)：計(jì)算和實(shí)際情況下的空氣流量，m3/s根據(jù)已知可得q=0.7875m3/s，p=405.82Pa；查閱資料可知z軸流式通風(fēng)機(jī)得功能貯備系數(shù)k=1.10。則根據(jù)以上公式可得：p實(shí)=kp×p=1.1×405.82=446.402Paq實(shí)=kq×q=1.1×0.7875=0.86625m3/sN=QUOTEq實(shí)×?p實(shí)1000×N=QUOTEq實(shí)×?p實(shí)×k1000××1q實(shí)×?（5）額定風(fēng)量的計(jì)算Q額=K1Q冷式中：K1:通風(fēng)系數(shù)，一般為1.11.2Q額:風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量,m3/minQ冷:堆體所需的通風(fēng)量，m3/min現(xiàn)取通風(fēng)系數(shù)為1.18，則可計(jì)算出風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量Q額=1.18×425.25=501.795m3/minQ額=501.795×60=30107.7m3/h（6）供氧所需通風(fēng)量的計(jì)算在發(fā)酵周期中，微生物的種類、繁殖速度和代謝快慢程度不同，耗氧速率也不一樣，為了滿足發(fā)酵過程中最大需氧量，根據(jù)單位時(shí)間、單位體積耗氧量經(jīng)驗(yàn)值(一般為0.050.20m3／(min·m3))求供氧所需的風(fēng)量。根據(jù)公式：Q1=nqV式中：Q1:供氧所需的通風(fēng)量，m3/min:發(fā)酵槽的充滿系數(shù),0.75n:堆體個(gè)數(shù)q:單位時(shí)間內(nèi)，單位體積耗氧量經(jīng)驗(yàn)值，取0.1m3/（m3.min）V:單個(gè)堆件的體積，m3則有Q1=0.75×1×0.1×630=47.25m3/min=0.7875m3/s即每個(gè)發(fā)酵滾槽內(nèi)每分鐘所需的供氧通風(fēng)量為47.25m3/min。（7）冷卻通風(fēng)所需的空氣量在垃圾堆肥化的實(shí)際應(yīng)用工程中，當(dāng)溫度上升到超過適宜溫度后必須對堆體進(jìn)行冷卻通風(fēng)，考慮到發(fā)酵裝置的保溫性能較好時(shí)，發(fā)酵裝置內(nèi)堆肥過程中的生化反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)熱q主要來源于裝置內(nèi)氣體升溫吸熱q1和水蒸發(fā)吸收的熱量q2。即q=q1+q2式中：q:生化反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)熱q1:裝置內(nèi)氣體升溫吸熱q2:水蒸發(fā)吸收的熱量查閱資料可知，當(dāng)強(qiáng)制通風(fēng)的風(fēng)量是為系統(tǒng)散熱以達(dá)到適宜的發(fā)酵溫度時(shí)，其所需的通風(fēng)量是有機(jī)物分解所需的空氣量的9倍。Q冷=q=9×Q1=9×47.25=425.25m3/min根據(jù)計(jì)算和工程經(jīng)驗(yàn)分析可知，用于冷卻的通風(fēng)量需求要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于供氧所需的風(fēng)量，因此選擇風(fēng)機(jī)時(shí)只需考慮冷卻所需的通風(fēng)量即可。風(fēng)機(jī)選型根據(jù)風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)壓進(jìn)行選擇，通過對三種風(fēng)機(jī)的性能和經(jīng)濟(jì)性能比較，可以比較的出風(fēng)機(jī)壓力范圍再10000Pa以下時(shí)，離心通風(fēng)機(jī)具有投資小，設(shè)備簡單，運(yùn)行維護(hù)方便，運(yùn)行費(fèi)用較低等特點(diǎn)，因此離心通風(fēng)機(jī)是適合本設(shè)計(jì)的污泥好氧堆肥曝氣系統(tǒng)氣源。表1.3三種風(fēng)機(jī)的性能和經(jīng)濟(jì)性能對比項(xiàng)目離心通風(fēng)機(jī)多級離心通風(fēng)機(jī)羅茨風(fēng)機(jī)壓力高效區(qū)1000-3000Pa30000Pa20000Pa以上冷卻形式無需專門冷卻系統(tǒng)水冷或油冷水冷或油冷噪聲低高最高附屬建筑物無需附屬建筑物鼓風(fēng)機(jī)房鼓風(fēng)機(jī)房運(yùn)行維護(hù)方法無需特殊維護(hù)風(fēng)機(jī)，電機(jī)，冷卻系統(tǒng)都需專門維護(hù)風(fēng)機(jī)，電機(jī)，冷卻系統(tǒng)都需專門維護(hù)設(shè)備價(jià)格低高高運(yùn)行費(fèi)用低高高經(jīng)過計(jì)算，通風(fēng)機(jī)選取4-72型中低壓離心通風(fēng)機(jī)，所選風(fēng)機(jī)和型號見表1.4表1.44-72型中低壓離心通風(fēng)機(jī)性能規(guī)格風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)機(jī)號轉(zhuǎn)速(r/min)序號流量(m3/h)全壓(Pa)所需功率(kw)型號功率（kw）地腳螺栓(4套)4A1450529814290.63Y90S-4(B35)1.1M8×160二次發(fā)酵采用自然通風(fēng)的方式進(jìn)行處理，將一次發(fā)酵后的粗產(chǎn)品通過卡車運(yùn)輸?shù)蕉伟l(fā)酵場地，通過翻堆機(jī)進(jìn)行翻堆通風(fēng)，以保證二次發(fā)酵過程中的氧氣含量。二次發(fā)酵的周期設(shè)為15天，以保證一次堆肥過程中沒完全降解但能降解的部分被充分降解。設(shè)腐熟后總體積收縮系數(shù)為0.5則二次發(fā)酵物料總體積為：V=2318.2×0.5=1159.1m3二次發(fā)酵場地設(shè)計(jì)：長：寬：高=70m：25m：2m制肥與貯存場地面積計(jì)算設(shè)貯存高度為3.5m，則A3=QUOTE2318.2×0.8×0.5×603.52318.2×0.8×0.5×603.5=15896.23m2混合發(fā)酵前的質(zhì)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：物料體積設(shè)發(fā)酵后的污泥容積減少45%，混合物料的密度增大為0.4t/m3污泥發(fā)酵后的體積：V=2318.2×（1-0.45）=1275.01m3污泥發(fā)酵后的質(zhì)量：m=v=0.4×1275.01=510t污泥減少的質(zhì)量：m=566.22-510=56.22t設(shè)臭氣的平均密度為1.5kg/m3則可計(jì)算出臭氣的體積為：V=QUOTE56.221.556.221.5=37480m3設(shè)每天通風(fēng)三次，每次通風(fēng)2小時(shí)則每日需處理的臭氣體積為：V=QUOTE37480153748015=2498.7m3每小時(shí)通風(fēng)量：Q=2498.7÷3÷2=416.45m3/h因?yàn)槎逊手芷跒?5天，則生物除臭系統(tǒng)單位處理量是一天發(fā)酵產(chǎn)生臭氣的15倍。生物滴濾池單位時(shí)間所需處理的風(fēng)量為：V=416.45×15=6246.75m3/h設(shè)保險(xiǎn)系數(shù)為1.1則需處理風(fēng)量為：V=6246.75×1.1=6871.425m3/h每個(gè)發(fā)酵裝置的排量為：V=6871.425÷13=528.6m3/h在生物滴濾反應(yīng)裝置中，填料作為微生物載體會直接影響臭氣處理效果，填料是否利于微生物附著，微生物能否在填料上快速穩(wěn)定生長迅速成膜，都是在選擇填料時(shí)應(yīng)該考慮的問題[16]。所以在為生物滴濾池選擇填料時(shí)，一般應(yīng)滿足以下條件：（1）材料必須具備很大的比表面積，可以給予微生物較充分的附著面和氣固物質(zhì)的比體積，提高填料區(qū)微生物量，從而提高單位體積去除污染物的能力。（2）填料應(yīng)具有良好的表面性質(zhì)，如與表面光滑的填料相比，表面粗糙的填料更容易掛膜，而表面帶有正電荷的填料比表面帶有負(fù)電荷的填料更有利于微生物的附著。（3）填料應(yīng)具有足夠的空隙率，可以防止反應(yīng)器中微生物生長速度過快而引起堵塞和壓降升高，從而造成短流或出口污染物濃度升高等現(xiàn)象。（4）填料應(yīng)具有親水性和持水性，親水性便于微生物和營養(yǎng)液附著；持水性可以保證停止噴淋營養(yǎng)液或其他缺水環(huán)境下時(shí)，提供微生物所需的液體環(huán)境。（5）填料應(yīng)具備相當(dāng)?shù)慕M織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐腐蝕性、抗磨擦的才能，為微生物提供良好的生存環(huán)境。（6）填料應(yīng)該沒有毒性，不與污染物反應(yīng)，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。所以根據(jù)上述條件此次設(shè)計(jì)選擇填料為火山巖和木片按一定比列混合搭配。管路設(shè)計(jì)設(shè)主干管風(fēng)速為v1=12m/s，支管風(fēng)速為v2=6m/s。主干管管徑：d1=QUOTE4Q3600×v14Q3600×v1=QUOTE4×6871.4253600×3.14×12式中：Q：處理風(fēng)量主管截面積：S主=r2=3.14×（0.45）2=0.64m2支管管徑：d2=QUOTE4Q3600×v24Q3600×v2=QUOTE4×528.63600×3.14×6支管截面積：S支=r2=3.14×（0.18）2=0.1m2風(fēng)壓的計(jì)算PP=Pf+PkPf=QUOTEv12Pk=QUOTEkv12式中：PP，Pf，Pk：分別指主管路上總壓力損失，直管段上的壓力損失，局部壓力損失，Pa：摩擦系數(shù)，m/s：氣體密度，kg/m3d1：管內(nèi)直徑，mk：局部主力系數(shù)的和計(jì)算雷諾系數(shù)Re=QUOTEdd式中：d：管徑，m：空氣密度，1.29kg/m3V：管內(nèi)風(fēng)速，m/s：氣體粘cP，（取0.0001808Pa.s）Re=QUOTE0.45×1.29×120.18080.45×1.29×120.1808=0.39×102因?yàn)?.39×102＜1×102，所以摩擦系數(shù)可用下列公式進(jìn)行計(jì)算。摩擦系數(shù)：=QUOTE0.3164Re140.3164則直管路上的壓力損失為Pf=QUOTEv12d1v12計(jì)算局部主力系數(shù)=（1-QUOTES支S主S支S主）2=（1-QUOTE0.10.640.10.64）局部阻力系數(shù)的和：k=0.7×15=10.5局部壓力損失：Pk=QUOTEkv22kv22=QUOTE10.5×12管路壓力損失：PP=P