刘浩 寇于亮 马特 机科发展科技股份有限公司
好氧发酵是污泥处理的主要技术手段，大量的学者专家针对发酵的机理进行了深入研究，大大促进了好氧发酵技术工程化应用的发展。然而在建设资源节约型与环境友好型社会的大背景下，环保和节能的双重压力使得污泥好氧发酵工程出现了一个共性问题，即如何在确保环保达标的情况下高效率、低成本的持续稳定运行。
好氧发酵工程运行成本主要有辅料的消耗、电耗、燃油消耗、水耗组成。表1 为陕西某污泥好氧发酵工程的运行成本及折算标准煤耗。由表可知，总运行煤耗是7555.49kgec，其中电能的消耗占比最大为97.95%。
表1 发酵系统设计运行成本表
从节能的角度考虑，能耗占比越大，节能的潜力越大。为分析用电能耗节能潜力，需细化其能耗构成，表2 为用电设备的运行能耗表，其中用电能耗占比较大的是翻转系统以及通风系统。
表2 各系统用电设备能耗分析表
结合表1 与表2 数据发现，翻转系统和通风的能耗要远高于其余设备和资源能耗，能耗占比分别达到了25.03%和42.94%,详见图1，因此节能的重点需要围绕翻转系统和通风系统来展开，由于翻转系统（翻堆机和转仓及）的能耗优化需要根据其运行工况、内部零配件的调整以及配套电机的优化选择等多方面因素综合考虑，此部分优化属于机械设备非标设计，本文不做深入讨论。
图1 全能耗占比分析图
污泥好氧发酵厂房一般包含污泥的卸料区、干料的卸料区、熟料（发酵成品）卸料区、物料混合区、布料区、发酵区、曝气风机区，这些区域臭气的产生情况各异。按照区域内臭气的产生情况可以分为无臭气区、低浓度臭气区以及高浓度臭气区。当前绝大多数工程的通风系统设计采用换气次数法计算通风量，而气流组织形式采用效率最低的机械排风自然补风的方式，针对于污泥好氧发酵厂房特殊的环境，显然通风系统设计方式过于单一，其结果必然无法达到预期效果。实际上各个区域的通风风量和气流组织应结合工艺情况综合考虑，不能一概而论。
2.1 无臭气区域
干料的卸料区、中控室、曝气风机区没有臭气产生区域，这些区域以通风为主，其中曝气风机区需满足风机用风量的需求，中控室需满足人员新风需求，干料的卸料区内由于暂存秸秆等（低含水率）物料，车间粉尘的浓度相对较大，干料区不仅需要通风系统同时要配合除尘系统。无臭气浓度区域可以采用机械排风+自然补风的全面通风措施。
2.2 低浓度臭气区域
2.2.1 熟料区
熟料区臭气浓度相对较低，但因熟料暂存量大，因而臭气产生总量较大。通风量的计算需根据臭气产生浓度、规范允许臭气浓度按式(1)设计。
式中L为通风量（m3/s）；
x为臭气产生量（kg/s），y为区域允许最高气体浓度（mg/m3）；
y0为通风气体中臭气浓度（mg/m3）；
若风源自室外引入，则y0=0。
熟料区应采用机械排风+机械送风的方式，机械送风应采用射流的方式控制气流的流动方向，提高大区域排风效果。
2.2.2 物料输送以及预处理设备区
此区域恶臭气体的扩散主要是由于设备开口处未进行有效的密闭。这一区域的除臭主要是通过将设备开口处密闭，并在封闭罩内设置除臭排风口。通风方式采用设备局部排风+自然补风的方式，排风口风速可按照0.5～1.0m/s 考虑。
2.3 高浓度臭气区域
2.3.1 污泥卸料区域
污泥卸料区配有存放污泥的料仓或者混凝土储池，车辆直接将污泥卸入设备内，恶臭气体气体从储池顶面向车间或者向室外扩散。污泥卸料区的通风采用局部排风+机械补风的，即采用机械送排风系统。在不影响车料卸料的前提下，封闭污泥卸料储池，并在其顶部增加排风罩，车辆卸料的开口处应具有一定的风速，确保当车辆卸料时，气体不从开口处溢出，排风口风速可按照0.25～0.5m/s 考虑，补风按照排风的90%考虑。对于卸料区内其余地方采用全面通风来满足区域的通风换气要求。全面通风换气次数按照偶尔有人员进出考虑，换气次数取3～4 次/h。
2.3.2 好氧发酵区
总整体上分析，臭气产生的最大的区域是好氧发酵区，好氧发酵区的排风需要满足以下几点要求。首先从风量平衡角度分析，好氧发酵区的排风需不小于最大同时运行曝气风机总风量，且需要维持该区域为负压环境。其次排风风量需满足翻堆机作业时排风需求。为提升发酵区的除臭效果，同时降低总的排风风量需求，可将发酵区分隔开来，尽量减小发酵区与厂房内其他区域连同的面积，同时自控系统协调配置曝气风机与排风风机的匹配关系。发酵区的排风量可根据热压通风原理进行计算，部分学者已进行了介绍，本文此处不展开讨论。由于发酵仓内排风不仅要求总量上满足工艺需求，同时还要求排风的效率高，因此发酵区域的通风原则建议采用机械送风+机械排风的方式，详见表3。
表3 各区域通风量计算方法及通风方式
2.4 空气浓度梯级利用原则
鉴于好氧发酵工艺的特点，除臭的风量动辄十几万m3/h，大型工程甚至高达几十万m3/h，如此大规模的换气量若仅仅按照自然补风的方式来设计，显然是不合理的。实际上，从区域内环境需求来说，发酵厂房内低浓度区域的排风完全可以将其作为臭气浓度较高区域的补风，比如将干料卸料区排风做除尘处理后送入熟料区、熟料区、污泥卸料区等的排风送入好氧发酵区，全部气体在好氧发酵区排出厂房。也就是说将无臭气区域排风送入低浓度区域，作为低浓度区域的部分，再将低浓度区域排风送入高浓度区域，作为高浓度区域补风，最终所有臭气在高浓度区域排出。通过这种方式可以大大降低通风系统的总除臭风量，进而降低了除臭系统风机的配置要求，整个系统的投资以及运行成本（电耗）也随之降低。这种充分利用室外补入的新鲜空气即是空气浓度梯级利用的核心。
好氧发酵通风系统的设计当前因缺乏规范标准等多方面因素，造成多数工程通风系统设计能力偏大。尽管如此，好氧发酵工程带给从业者的印象多数却是通风系统配置能力的不足，造成这一现象的主要诱因应是通风系统气流组织的不合理。因此通风系统的节能优化需要结合工艺的特点同步协调的进行。本文结合好氧发酵工艺特点提出了通风系统节能优化方法和思路，为污泥好氧发酵的工程设计者提供一定的参考。
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