我國(guó)對(duì)城市生活垃圾的處理方式有填埋、焚燒、堆肥，其中尤以填埋為主。填埋作為廢物的最終處置方式是可取的，但由于我國(guó)80%以上的城市生活垃圾都是填埋處理，無疑造成這一資源的浪費(fèi)。城市生活垃圾中不僅蘊(yùn)涵著大量的能源物資（碳素），也有著豐富的作物所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（氮、磷、鉀和微量元素）。而堆肥處理可以很好地實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾的資源化、減量化、無害化，人們也越來越關(guān)注城市生活垃圾的堆肥化設(shè)計(jì)研究。

在城市生活垃圾堆肥化設(shè)計(jì)過程中，通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，良好的通風(fēng)不僅能夠?yàn)槔洋w中有機(jī)物好氧降解提供足夠的氧量，而且也為微生物充分發(fā)揮活性提供適宜的溫度。合理的通風(fēng)方式、通風(fēng)量和通風(fēng)控制方法使生活垃圾整個(gè)堆肥化過程能夠高效低耗地進(jìn)行。

1、通風(fēng)方式的選擇

城市生活垃圾好氧堆肥的通風(fēng)方式主要有自然通風(fēng)、定期翻堆、強(qiáng)制通風(fēng)。

自然通風(fēng)亦即表面擴(kuò)散供氧，是利用垃圾堆體表面與堆體內(nèi)部氧的濃度差產(chǎn)生擴(kuò)散，使氧氣與物料接觸從而為垃圾發(fā)酵提供氧氣。經(jīng)理論計(jì)算，通過表面擴(kuò)散供氧，在一次發(fā)酵階段只能保證離表層22cm內(nèi)有氧氣。顯然此種通風(fēng)方式對(duì)垃圾堆體內(nèi)部供氧明顯不足，堆體內(nèi)部容易出現(xiàn)厭氧狀態(tài)，堆肥過程升溫與降溫非常緩慢，從而會(huì)延長(zhǎng)堆肥周期。雖然節(jié)省能源，但并不適合實(shí)際生產(chǎn)。

定期翻堆則是在自然通風(fēng)基礎(chǔ)上，在堆肥過程中對(duì)堆體進(jìn)行翻堆，利用固體物料的翻動(dòng)使空氣進(jìn)人固體顆粒的間隙中以達(dá)到供氧的目的。翻堆具有使堆料混合均勻、促進(jìn)水分蒸發(fā)、干燥堆肥的優(yōu)點(diǎn)。但在堆肥升溫階段堆體需氧量加大，勢(shì)必要增加翻堆頻率，而垃圾堆體內(nèi)的氧在約30min后就被耗盡，因此必須以較高的頻率對(duì)堆體進(jìn)行翻堆才能滿足堆體發(fā)酵所需的氧，這在實(shí)壓生產(chǎn)中很難實(shí)現(xiàn)而且也難以操作。

強(qiáng)制通風(fēng)是通過機(jī)械設(shè)備（風(fēng)機(jī)）對(duì)堆體通風(fēng)供氧。這種通風(fēng)方式在堆肥開始階段能充分供給堆體發(fā)酵升溫所需的氧，在高溫階段則可更好地控制堆體溫度使好氧菌保持活性，在后期階段則起著去除水分、加快堆體降溫作用。與前兩種通風(fēng)方式相比，供氧效果好，加快了堆肥的反應(yīng)速率，從而縮短堆肥周期，一般一次發(fā)酵時(shí)間2d左右就可完成，在實(shí)際工程中此種通風(fēng)方式應(yīng)用廣泛。

2、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在強(qiáng)制通風(fēng)中，通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要合理、高效，其中最重要的是通風(fēng)管道設(shè)計(jì)與風(fēng)機(jī)的選擇。

2.1通風(fēng)管道設(shè)計(jì)

通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，應(yīng)先根據(jù)堆體形狀大小和多少對(duì)通風(fēng)管道進(jìn)行合理布置。通常遵循的原則是：通風(fēng)管道對(duì)稱布置，通風(fēng)管道上的通風(fēng)孔分布也應(yīng)均勻，從而保證對(duì)堆體各部分能均勻供氧使物料充分發(fā)酵。

整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)量依據(jù)《城市生活垃圾堆肥處理廠技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)》中靜態(tài)堆肥每立方米垃圾0.05～0.20m3/min的通風(fēng)量取值，完全滿足堆體發(fā)酵過程中供氧及冷卻所需通風(fēng)量。

按照通風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，通風(fēng)系統(tǒng)中干管風(fēng)速應(yīng)控制為6～14m/s，支管則為2～8m/s。利用如下公式確定各干管與支管管徑：

式中，Q通過風(fēng)管風(fēng)量，m3/h；ν氣體設(shè)計(jì)流速，m/s；d風(fēng)管管徑，mm。

2.2風(fēng)機(jī)選擇

風(fēng)機(jī)的選擇根據(jù)整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)所需風(fēng)量及風(fēng)壓確定。

其中風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量由下式確定：

Q額=k•Q總，

式中，k通風(fēng)系數(shù)，一般取1.1；Q總系統(tǒng)通風(fēng)量，m3/h；Q額風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量，m3/h。

風(fēng)機(jī)風(fēng)壓要保證氣流能克服通風(fēng)管道阻力并到達(dá)堆體中絕大部位，因此風(fēng)機(jī)風(fēng)壓可由下式確定：

式中，△P壓力損失，Pa；△Py沿程阻力，Pa；△Pj局部阻力，Pa；△Pν堆體壓力降，Pa；k2壓力系數(shù)，一般取1.1。

通風(fēng)系統(tǒng)沿程阻力和局部阻力的計(jì)算應(yīng)選擇通風(fēng)系統(tǒng)中最不利環(huán)路，即選擇氣流路徑最長(zhǎng)的管道計(jì)算。

式中，li最不利環(huán)路中不同管徑通風(fēng)管管長(zhǎng)，m;Rmi相應(yīng)風(fēng)管單位長(zhǎng)度摩擦阻力，Pa/m；ξi最不利環(huán)路中彎頭、變徑管等局部阻力系數(shù)；Pdi經(jīng)過彎頭、變徑處的氣體動(dòng)壓，Pa；H堆體高度，m。

在已知通風(fēng)管道風(fēng)速及風(fēng)量情況下，從《全國(guó)通用通風(fēng)管道計(jì)算表》直接或者利用插分法得到Rmi與Pdi的值；ξi值根據(jù)風(fēng)管實(shí)際連接情況確定。

3、通風(fēng)控制方法的確定

在好氧堆肥過程不同階段，通風(fēng)目的也會(huì)不同，因此通風(fēng)控制要有針對(duì)性。

通常把好氧堆肥過程分為升溫階段、高溫階段、降溫階段。當(dāng)垃圾進(jìn)人堆肥車間后，就開始進(jìn)人堆肥的升溫階段，此階段嗜溫性微生物比較活躍進(jìn)而分解堆體中的有機(jī)物，通風(fēng)主要是為微生物發(fā)酵提供氧氣，當(dāng)堆體溫度逐漸上升至45℃，堆肥進(jìn)人高溫階段；在高溫階段嗜熱性微生物代替嗜溫性微生物進(jìn)行分解活動(dòng)，堆體溫度由 45℃升高到70℃以上，微生物的分解活動(dòng)在此溫度下就會(huì)受到限制，此時(shí)通風(fēng)目的除為微生物活動(dòng)提供氧外還應(yīng)起著降溫冷卻作用；當(dāng)高溫持續(xù)一段時(shí)間后，隨著微生物活動(dòng)的減弱，溫度開始下降到40℃左右，堆體需氧量大大減少，此階段則主要應(yīng)進(jìn)行散熱通風(fēng)。

根據(jù)以上分析，在堆肥升溫階段及高溫階段應(yīng)進(jìn)行鼓風(fēng)，通風(fēng)量略大于降溫階段通風(fēng)量，既達(dá)到為垃圾堆體發(fā)酵過程供氧的目的，又防止因風(fēng)量過大而導(dǎo)致垃圾堆體難以升溫；而降溫階段應(yīng)進(jìn)行抽風(fēng)，這將有利于堆體盡快降溫、排除堆體多余水分。

通風(fēng)具體控制方法可分為溫度反饋控制法、耗氧速率控制法及綜合控制法。

溫度反饋控制法是通過溫度傳感器反饋堆體內(nèi)部溫度來控制風(fēng)機(jī)通斷、鼓風(fēng)或抽風(fēng)的方法，使堆體溫度在高溫階段維持在60℃以下，55℃以上5～l0d，達(dá)到無害化；在降溫階段堆體能迅速降溫，完成堆肥化。

耗氧速率控制法是通過氧氣傳感器測(cè)定堆體內(nèi)部耗氧速率來控制通風(fēng)量的大小及通風(fēng)時(shí)間，使堆體內(nèi)部耗氧速率保持在好氧微生物活動(dòng)所需氧濃度10%以上。綜合控制法則是指將溫度傳感器和氧氣傳感器所測(cè)得的數(shù)據(jù)連續(xù)輸人計(jì)算機(jī)，經(jīng)過程序加工處理后，來反饋控制風(fēng)機(jī)的通斷，它可將溫度反饋控制法和耗氧速率控制法有機(jī)結(jié)合起來，保持最佳的堆溫和氧含量，使水分含量逐漸降低，從而獲得滿意的衛(wèi)生學(xué)效果和合格的堆肥產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)堆肥通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。

在垃圾堆肥過程中主要是微生物的好氧分解，雖然耗氧速率控制法能夠?qū)Χ逊蔬^程進(jìn)行最為直接有效地控制，但并不能很好地控制堆體溫度。相反溫度反饋控制法則可以，并且可有效去除堆體內(nèi)多余水分。綜合控制法對(duì)整個(gè)堆肥系統(tǒng)的要求較高。

因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，更多的選用溫度反饋控制法。

4、應(yīng)用實(shí)例

某市垃圾綜合處理廠堆肥車間設(shè)計(jì)處理規(guī)模為80t/d，采用靜態(tài)好氧強(qiáng)制通風(fēng)方式，設(shè)計(jì)一次發(fā)酵周期20d。堆體大小30m×4m×2.5m，兩天垃圾量作為一個(gè)堆體（垃圾容重按0.6t/m3）。

通風(fēng)管道布置遵循均勻?qū)ΨQ原則，在堆體底部中間縱向鋪設(shè)通風(fēng)干管，長(zhǎng)29.5m，干管兩側(cè)對(duì)稱布置長(zhǎng)1.8m支管，相鄰支管縱向間隔3m，支管周身穿孔，孔徑10mm，間距50mm。

依據(jù)《城市生活垃圾堆肥處理廠技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)》，每個(gè)堆體所需通風(fēng)量為1800m3/h，每路支管風(fēng)量為90m3/h。

采用假定流速法確定干管管徑為250mm，支管管徑為100mm。根據(jù)上面方法分別計(jì)算整個(gè)風(fēng)系統(tǒng)管路阻力△P=2616.5Pa，其中沿程阻力△Py＝53.9Pa，局部阻力△Pj=62.6Pa（包括風(fēng)機(jī)出口壓力損失），堆體壓力降△Pv＝2500Pa.

在保證通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)風(fēng)量和風(fēng)壓有一定余量情況下，風(fēng)機(jī)依據(jù)風(fēng)量為1980m3/h和風(fēng)壓為2883Pa選擇4-72No5A離心通風(fēng)機(jī)。

為使整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行合理有效，在堆肥過程中有必要采用變化的通風(fēng)量。堆肥初期風(fēng)機(jī)以較小風(fēng)量對(duì)堆體進(jìn)行鼓風(fēng)，使堆體溫度逐漸上引至55℃以上；接著加大通風(fēng)量，使反應(yīng)熱與散熱量持平，防止堆溫高于60℃不利于微生物的活動(dòng)，當(dāng)堆溫在55～60℃就停止通風(fēng)，當(dāng)堆溫超過60℃時(shí)就開啟風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的開停由安置在堆體中的溫度反饋器來控制，如此反復(fù)，持幸7～10d；后期則改為抽風(fēng)方式，逐漸減少通風(fēng)量，使堆溫降低。

5、結(jié)束語

在堆肥通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，堆肥一次發(fā)酵通常應(yīng)選擇強(qiáng)制通風(fēng)的通風(fēng)方式，縮短堆肥周期，為堆肥生產(chǎn)運(yùn)行提供保障。出于節(jié)約能源的目的，二次發(fā)酵可選擇自然通風(fēng)方式，使堆肥最終干化，完成垃圾堆肥化。

堆肥是將城市垃圾轉(zhuǎn)化為資源的有效方法，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，資源和環(huán)境問題會(huì)受到廣泛的重視，對(duì)城市垃圾的堆肥處理有著很好的應(yīng)用前景，堆肥通風(fēng)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)將保證垃圾堆肥的高效低耗。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”