1 污泥堆肥的方法

通常人們將污泥堆肥的方法做如下分類：

（1）自然堆制：這種方法可以有限制地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)廢物或園林垃圾，由于污泥的透氣性極差及含水率很高，這種方法原則上講不適用于污泥堆肥。

（2）堆垛加機(jī)械翻堆：出于同樣的原因，很少有設(shè)計(jì)者專門做這種設(shè)計(jì)，但實(shí)際中，由于污泥堆及翻堆操作控制不好，通風(fēng)口被堵等等原因，很多污泥堆肥操作中難以避免局部或全部出現(xiàn)這種操作形式。

（3）強(qiáng)制通風(fēng)的污泥條堆：堆肥以條堆的形式進(jìn)行并輔以強(qiáng)制通風(fēng)。發(fā)酵過(guò)程中伴以間歇的翻堆過(guò)程。

（4）強(qiáng)制通風(fēng)的污泥料倉(cāng)：這種方法原則上與強(qiáng)制通風(fēng)的污泥條堆相同，只是將污泥置于反應(yīng)器或發(fā)酵倉(cāng)中，從而垛可以堆的更高一些，這種設(shè)計(jì)思想還試圖改善廢氣的捕集。

2 污泥堆肥物料的主要影響因素

從堆肥物料的角度，有以下主要因素：

2.1空隙率（透氣率）

機(jī)械脫水后的污泥本身通常是透氣率極差的物料。堆肥發(fā)酵過(guò)程的重要前提是系統(tǒng)中需要生化反應(yīng)所必須的氧氣。所以污泥堆肥中幾乎沒有例外的要添加結(jié)構(gòu)性物質(zhì)（調(diào)整劑），如秸稈、木屑、園林垃圾等，以保證系統(tǒng)中空氣的流動(dòng)進(jìn)而為生化降解提供氧氣。

2.2含水率

污泥本身含水率高，但影響生化反應(yīng)的倒不是水本身，而是由于含水率高而導(dǎo)致的物料透氣性差。添加鋸末可以吸收一部分水分，進(jìn)而改善透氣性，但鋸末添加量大會(huì)導(dǎo)致成本增加。所以實(shí)際工程中一是要追求機(jī)械脫水污泥的高含固率，二是將含水量低的堆肥后的污泥進(jìn)行一部分回流混合。

2.3碳氮比

大量文獻(xiàn)將污泥堆肥中添加結(jié)構(gòu)物質(zhì)或調(diào)整劑（如秸稈、木屑、園林垃圾等）歸結(jié)為改善、調(diào)整堆肥物料中的碳氮比。這個(gè)歸納從邏輯上是站不住腳的，因?yàn)槲勰嘣诿撍叭绻^續(xù)進(jìn)行生化氧化完全可以得到進(jìn)一步的降解，另外，所加入系統(tǒng)的這些調(diào)整劑中的碳通常是木質(zhì)素、纖維素這類生化難降解物質(zhì)。添加了這些物質(zhì)，與其說(shuō)是改善系統(tǒng)碳氮比倒不如說(shuō)是增加了系統(tǒng)的透氣性。

3 污泥堆肥操作中的主要影響因素

3.1關(guān)于堆肥中生化反應(yīng)的機(jī)理

高速反應(yīng)及避免二次污染是堆肥處理設(shè)施設(shè)計(jì)與運(yùn)行的關(guān)鍵。

堆肥過(guò)程中的生物化學(xué)反應(yīng)速度比在水溶液系統(tǒng)中的反應(yīng)速度要慢得多。這主要是由系統(tǒng)本身的特性及高度非均相性決定的。堆肥堆中氧氣溶解到物料表面有大量微生物存在的液相中并參與反應(yīng)，這與廢水的生化處理相比要慢得多，因?yàn)閭髻|(zhì)過(guò)程是整個(gè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)上的控制步驟。如果假定微生物富集在物料表面的水膜里，通過(guò)理論計(jì)算可以推測(cè)，水膜中有很大一部分是處于厭氧狀態(tài)的。遺憾的是，由于固體廢物的復(fù)雜性和測(cè)試手段的局限性，目前有關(guān)固體—液體—空氣三相之間，在處理系統(tǒng)的微觀動(dòng)力學(xué)上的研究還很難進(jìn)行。但我們可以根據(jù)如圖1所示的三項(xiàng)體系進(jìn)行以下定性分析。

高分子有機(jī)物需先經(jīng)過(guò)水解后溶于水相，水分子再逐步擴(kuò)散至表層。在生物氧化受制約（如溶氧量不夠或微生物濃度較低）時(shí)，一些小分子中間產(chǎn)物會(huì)擴(kuò)散至氣相中。廢氣中的有機(jī)物、H2S、NH3等是氣味污染的來(lái)源。

生物氧化時(shí)產(chǎn)生的熱量，一部分使體系溫度增加，提高了生物活性；另一部分造成水分的蒸發(fā)，減少了水分含量。同時(shí)，在升高了的溫度下，促進(jìn)了易揮發(fā)有機(jī)物質(zhì)的揮發(fā)，如果沒有充足的氧氣使之在液相中得到生化分解，則作為氣味物質(zhì)進(jìn)入氣相。

所以，在其他條件一定時(shí)，以下是堆肥過(guò)程的關(guān)鍵影響因素：

（1）供氧

（2）溫度與熱平衡

（3）濕度保持與強(qiáng)制脫水

3.2氧濃度和通風(fēng)

在供氧問題上，關(guān)鍵不在于向系統(tǒng)提供的氧的總量是否充分，而在于如何保證時(shí)時(shí)有氧又不過(guò)量通風(fēng)。即，一方面要避免由于供氧不足使得垃圾處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，同時(shí)產(chǎn)生臭氣；另一方面又要避免由于過(guò)量通風(fēng)，導(dǎo)致垃圾堆溫度下降，反應(yīng)速度降低，過(guò)多地帶出半產(chǎn)物（臭氣的來(lái)源），同時(shí)導(dǎo)致過(guò)高的能耗和運(yùn)行費(fèi)用。

大量的文獻(xiàn)報(bào)道表明，實(shí)測(cè)的耗氧速率數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于目前流行的通風(fēng)設(shè)計(jì)值（0.05-0.2Nm3/min·m3）（中國(guó)建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)，城市生活垃圾好氧靜態(tài)堆肥處理技術(shù)規(guī)程CJJ/T52-93）。長(zhǎng)期以來(lái)，為了保證足夠的供氧，所以取值過(guò)大。其結(jié)果，既浪費(fèi)能量，又影響溫度的抬升。

過(guò)量通風(fēng)除了造成以上所提到的負(fù)面影響外（堆堆垛溫度下降，反應(yīng)速度降低，過(guò)多地帶出半產(chǎn)物——臭氣的來(lái)源），還增加了系統(tǒng)的阻力和電耗。堆肥堆由不均勻的多空隙構(gòu)成，一般氣體總是向大空隙、大通道流動(dòng)，所以，過(guò)量通風(fēng)對(duì)堆肥堆中氧氣的擴(kuò)散，并不見得會(huì)有多大的改善。在時(shí)間序列上，系統(tǒng)“通風(fēng)不足”和“過(guò)量通風(fēng)”的交替，同樣是氣味產(chǎn)生的重要原因。因?yàn)�，通風(fēng)不足時(shí)，厭氧狀態(tài)下產(chǎn)生的中間產(chǎn)物會(huì)在系統(tǒng)的固、氣表面積累，在其后的過(guò)量通風(fēng)階段，由于風(fēng)流速過(guò)大，大部分的氣味物質(zhì)在沒有生物好氧降解之前就被解析和吹脫，從而造成臭氣的排放。

3.3溫度與熱平衡

從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)看，高、低溫度段是沒有明顯分界的。實(shí)踐證明，通過(guò)合理的控制，系統(tǒng)在有機(jī)物含量和耗氧速率較低時(shí)，仍可達(dá)到和保持較高的溫度。如果對(duì)通風(fēng)控制不合理或不控制，必然會(huì)出現(xiàn)較明顯的高溫和低溫段。

反應(yīng)釋放的熱能是系統(tǒng)熱能的根本來(lái)源。

熱源：

Qo生物反應(yīng)放熱：是氧消耗的函數(shù)，工程上可以把它表示為輸入氧氣濃度與堆中氧氣含量差與通風(fēng)量的乘積。

熱漏：

Qr輻射防熱：工程上可表達(dá)為垃圾堆溫度與環(huán)境溫度之差的函數(shù)

Qv水分蒸發(fā)吸熱：是垃圾堆溫度和通風(fēng)量的函數(shù)

Qh通風(fēng)溫度升高吸熱：是垃圾堆溫度和環(huán)境溫度之差和通風(fēng)量的函數(shù)

當(dāng)系統(tǒng)

Qo>(Qr+Qv+Qh)

時(shí)，垃圾堆溫度升高，反之，下降。

上面的分析還顯示，系統(tǒng)的熱平衡除了受生化反應(yīng)速度的影響外，與系統(tǒng)的通風(fēng)操作“息息相關(guān)”。

3.4關(guān)于氣味物質(zhì)的產(chǎn)生與排放

其實(shí)在堆肥堆里，通風(fēng)時(shí)被吹脫出來(lái)的氣味物質(zhì)在未離開堆肥堆之前，本身也曾經(jīng)歷著生物過(guò)濾的反應(yīng)歷程——氣味物質(zhì)被再次吸附。只是如果缺少對(duì)過(guò)程的優(yōu)化控制，過(guò)�。▍捬醭霈F(xiàn)）、過(guò)高（中間產(chǎn)物——氣味物質(zhì)被吹脫）的通風(fēng)，使得這一反應(yīng)常常未能得到實(shí)現(xiàn)。

堆肥中通過(guò)以下關(guān)鍵措施才能把臭氣產(chǎn)生控制到最�。�

始終保持空隙中有足夠的氧氣存在，從而保證垃圾與氣體接觸的表面處于好氧狀態(tài)，所以應(yīng)避免供氧不足。

在時(shí)間序列上，系統(tǒng)通風(fēng)不足和過(guò)量通風(fēng)的交替，同樣是氣味產(chǎn)生的重要原因：通風(fēng)不足時(shí)，厭氧狀態(tài)下產(chǎn)生的中間產(chǎn)物會(huì)在系統(tǒng)的固、氣表面積累，在其后的過(guò)量通風(fēng)階段，由于風(fēng)流速過(guò)高，大部分氣味物質(zhì)在沒有生物好氧降解之前就被解析和吹脫，造成氣味的排放；再來(lái)看生物過(guò)濾，其臭味去除率的根本保證在于足夠低的濾速（避免氣味物質(zhì)被吹脫出來(lái)）、足夠的氧氣和濕度。

4 ENS氧濃度溫度控制污泥堆肥工藝

4.1基本思考與工藝

針對(duì)傳統(tǒng)堆肥中存在的誤區(qū)，即過(guò)于強(qiáng)調(diào)翻堆和過(guò)量和不控制的系統(tǒng)操作，萬(wàn)若環(huán)境開發(fā)的ENS氧濃度溫度控制污泥堆肥工藝的特點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)環(huán)節(jié)（參見圖2）：

（1）強(qiáng)化污泥堆肥前與結(jié)構(gòu)污泥、回流污泥的預(yù)混合；

（2）減少和避免傳統(tǒng)意義上的翻堆操作；

（3）實(shí)時(shí)在線檢測(cè)堆肥中的氧與溫度；

（4）利用氧-溫度、通風(fēng)、濕度的相互關(guān)系，建立控制模型；

（5）實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的氧氣含量、溫度和通風(fēng)；

（6）采用小流量、柔和通風(fēng)技術(shù)，降低能耗及氣味產(chǎn)生；

（7）系統(tǒng)可在敞開或者密閉的條件下實(shí)施。

4.2污泥預(yù)混合技術(shù)

采用強(qiáng)化翻堆的目的是在一開始就保證系統(tǒng)的均勻性，而不寄托在操作中的翻堆上。

針對(duì)非均勻物料開發(fā)的機(jī)械攪拌流化床式混合技術(shù)，能在實(shí)現(xiàn)徑向的均勻混合的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)軸向的定量擾動(dòng)進(jìn)而杜絕物料的短路行進(jìn)，并實(shí)現(xiàn)混合器中的物料流態(tài)化，從而達(dá)到：

以流化床形態(tài)完成混合

混和效率高：約30秒

混合能耗低：耗電<1度/噸

密閉操作

圖3：污泥與結(jié)構(gòu)物質(zhì)的流態(tài)化混合

4.3污泥堆垛

堆垛視處理規(guī)�？梢允晴P車堆垛，或者采用傳送帶堆垛，也可采用兩種方法的結(jié)合。堆垛高度不宜超過(guò)4米，寬度可以在3-12米之間優(yōu)化。

4.4.氧濃度、溫度、濕度的優(yōu)化與控制

如前述，在其他條件一定時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵影響因素是供氧、溫度與熱平衡以及濕度保持與強(qiáng)制脫水。

我們根據(jù)有機(jī)物水解后發(fā)生的以下反應(yīng)來(lái)分析系統(tǒng)氧、溫度和水分的基本關(guān)系：

C6H12O6+6O2+6H2O–〉6CO2+12H2O+熱

圖4表示堆肥溫度的不同影響因素及熱平衡體系與氧含量的相互關(guān)系及控制原理。

4.5.工程效果

表1將ENS氧溫度控制堆肥工藝與傳統(tǒng)工藝進(jìn)行對(duì)比。

5 小結(jié)

污泥堆肥的影響因素包括物料系統(tǒng)和操作條件兩個(gè)方面。從物料系統(tǒng)上講，優(yōu)化的預(yù)混合保證系統(tǒng)均勻和良好的透氣性，減少翻堆引起的氣味物質(zhì)排放。溫度、氧含量以及濕度的控制對(duì)堆肥效果至關(guān)重要。利用生化反應(yīng)中各相關(guān)因素本身所存在的必然聯(lián)系，建立控制模型并優(yōu)化氧濃度、溫度、濕度和通風(fēng)可以顯著改善堆肥效果。

參考文獻(xiàn)：（略）

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