堆肥化系统及其应用特点.docx

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堆肥化系统及其应用特点

第五章堆肥化系统及其应用特点

第一节堆肥化系统简介

国内外堆肥化已有悠久的历史，因而形成了众多的堆肥系统。

早期的传统堆肥化方式一般只是简单地将原料堆放，并进行长时间的堆放，很少进行翻动和管理。

这种传统简单的堆肥方式长期以来一直是我国广大农村普遍采用的堆肥方式。

由于这种方式不能满足好氧微生物的生长与繁殖，常常出现堆体温度低，分解速度慢，堆肥产品质量低，易产生硫化氢以及其它低分子量的臭味物质的问题。

随着堆肥科学与技术的不断进步，国外自20世纪50年代以来开发出各种各样的现代化堆肥系统。

这些系统具有机械化程度高、处理规模大、堆肥化速度快、无害化程度高、管理智能化等特点。

目前在欧美等发达国家的许多现代化堆肥工厂，完全实现了通风、温度、湿度和其它堆肥环境因子的智能化化控制。

堆肥化系统的分类方法较多，有人根据反应器类型、固体流向、反应器床层和空气供给方式，将堆肥系统分为非反应堆系统（开放式）和反应堆系统（容器式或密闭式）两大系统。

各系统又有不同的类型。

I.非反应堆系统（开放式）

A.搅拌固体床（条形堆）

1.自然通风搅拌床

2.强制通风搅拌床

B.静态固体床

1.强制通风（静态通风堆）

2.自然通气（不通气堆）

II.反应堆系统（容器式或密闭式）

A.垂直固体流

1.搅拌固体床

a.多膛式

b.多层式、多舱或多区式

2.筒仓床（固体反应堆）

a.气固逆流式

b.气固涡流式

B.水平和倾斜固体流

1.翻斗固体床（转鼓式或转窑式）

a.分散气流

b.蜂窝式

c.完全混合式

2.搅拌固体床（搅拌箱或开放槽）

a.圆形

b.方形

3.静态固体床（隧道形）

a.推动型

b.传送带型

C.非循环（堆肥箱）

第二节几种典型的堆肥化系统

尽管国内外历史上出现或目前沿用的堆肥化系统很多，但其中有3种类型被认为是典型的堆肥系统，它们分别是条形堆系统、静态通风堆系统和反应器系统。

一、条形堆系统

这是全世界很早以前就普遍采用的最简单的一种系统，无论是发达国家，还是发展中国家，条形堆系统一直被广泛采用。

尤其是在地广人稀、土地资源丰富的美国中西部地区和加拿大应用较多（如图5-1所示）。

条形堆是在露天或棚架下，将混合好的堆化化原料堆成条堆状，在好氧条件下进行分解的

条堆的断面有梯形、宽梯形或三角形等（见图5-2）。

（a）梯形（b）宽梯形（c）三角形

图5-2条形堆的几种形式

条形堆建造由预处理、建堆、翻堆和贮存四个工序组成。

（1）场地

对条形堆式系统来说，场地的建设非常重要。

场地应留有供堆肥设备可在条堆之间移动的足够大的空间。

考虑到操作方便、堆体形状的维持以及周围环境和渗漏问题，条形堆式堆肥的场地表面应满足两个要求：

一是必须坚固，场地表面材料常用沥青或混凝土，其设计标准与公路相似；二是必须有坡度，便于水快速流走。

当采用坚硬的材料（如道路沥青和混凝土）时，场地表面坡度不小于1%；当采用不够坚硬的材料（如砾石和炉渣）时，其坡度应不小于2%。

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虽然在理论上堆肥过程只存在少量的排水和渗滤液，但也应考虑异常情况下产生渗滤液使用的收集和排出系统，它至少包括排水沟和贮水池。

重力排水沟的结构较简单，常用的是地下排水管系统或具有格栅和检查井的排水管系统。

面积大于2×104m2的场地或雨量多的地区都必须建贮水池，用以收集堆肥渗滤液和雨水。

堆肥厂地一般不需加盖屋顶，但在降雨量大或降雪地区，为保证堆肥过程以及堆肥设备的正常运行，则应加盖屋顶；在大风的地区，还应加建挡风墙。

（2）建堆

堆肥物料经过分选和破碎等预处理步骤后就可进行建堆。

建堆方法随当地气候条件、物料特性以及是否有污泥、粪便类添加物加入而异。

如无添加物，就可直接进行建堆；如果有添加物加入，则根据添加物的掺入和混合方式又可分为两种形式:

①采用一层垃圾一层添加物的方法建堆，其混合靠翻堆来完成;②垃圾和添加物从公共出口排出，边混合边建堆（如图5-3）。

图5-3条形堆的建堆方式示意图

建堆的形状主要取决于气候条件以及翻堆设备的类型。

在雨天多、降雪量大的地区宜采用便于遮雨的圆锥形或采用平顶长堆，平顶长堆的相对比表面积（外层表面积与体积之比）小于圆锥形，因此它的热损失少，能使更多的物料处于高温状态。

除此之外，建堆形状的选择还与所采用的通风方式有关。

在建堆的尺寸方面，首先考虑发酵需要的条件，但也要考虑场地的有效使用面积。

堆高大可减少占地，但堆高又受到物料结构强度和通风的限制。

若物料主要组成成分的结构强度好，承压能力较好，在不会导致条堆倾塌和不会显著影响物料的空隙容积的前提下，堆高可以相应增加，但随之也会增加通风阻力，从而导致通风设备的出口风压也相应地增加。

且堆体过大，易在堆体中心发生厌氧发酵，产生强烈的臭味，影响周围环境。

典型的条形堆宽为4.5~7.5m，高为3~3.5m，长度不限。

但最佳尺寸要根据气候条件、翻堆设备、原料性质而确定。

（3）翻堆

①翻堆方式翻堆是用人工或机械方法进行堆肥物料的翻转和重堆。

翻堆不仅能保证物料的好氧状态，有利于有机物的均匀降解；而且还能使所有的物料在堆肥内部高温区域停留一定时间，以满足物料杀菌和无害化的需要。

翻堆过程既可以在原地进行，又可将物料从原地移至附近或更远的地方重堆。

翻堆操作如图5-4所示。

图5-4翻堆操作示意（柴晓利等,2005）

②翻堆次数由于通风是翻堆的主要目的，因此翻堆次数取决于条堆中微生物的耗氧量，翻堆的频率在堆肥初期应显著高于堆肥后期。

翻堆的频率还受其他因素限制，如腐熟程度、翻堆设备类型、防止臭味产生、占地空间的需求及各种经济因素的变化。

一般当堆体温度超过60℃时就应进行翻堆。

当用稻草、谷壳、干草、干树叶、木片或锯屑作调节剂且与污泥形成的混合物的水分约为60%时，堆体建好后第3d进行翻堆，然后每隔1d翻一次堆，直至第4次，之后每隔4d或5d翻一次堆。

在一些特殊情况下，如物料含水过高或物料被压实时，也要通过翻堆来促进水分蒸发和物料松散。

因此，设计和配置翻堆设备时，都应保证ld一次的翻堆能力。

③翻堆设备国外最初用于翻堆的设备是推土机和前置式装卸机（图5-5）。

推土机通过将堆肥物料摊开和重堆来进行翻堆作业，装卸机则首先将物料装人料斗，然后在行进中将物料倾倒下来完成翻堆或布料。

但这两种方法会使物料受到一定程度的压实，渐已淘汰。

奥地利KOMPTECH、德国BACKUS等公司都是制造堆肥机械及固体废弃物处理机械的专业公司，其销售网络分布世界各地，在我国上海和北京设有办事处。

翻堆设备的形式有跨式翻堆机（如图5-6和5-7）、侧式翻堆机（图5-8）和斗式翻堆机（图5-9）等类型。

图5-6所示为山东银香伟业公司堆肥厂从德国BACKUS公司引进的自驱跨式翻堆机用于

图5-5用于翻堆的前置式装卸机实物图

图5-6大型自驱跨式翻堆机实物图

图5-7小型自驱跨式翻堆机实物图

图5-8小型自驱侧式翻堆机实物图

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图5－9斗式翻堆机实物图

条形堆系统的优点：

（1）所需设备简单，投资成本较低；

（2）翻堆时能加快水分的散失，使堆肥产品易于干燥；（3）所添加的填充剂易于筛分和回收；（4）堆腐时间较长，产品的稳定性较好。

条形堆系统的缺点：

（1）占地面积大；

（2）堆制周期长；（3）需要翻堆以保持有氧状态，因此，需要大量的劳力和翻堆机械；（5）翻堆时有臭味散发，特别是堆制没有完全稳定化的生活污泥时，这种污染情况更为严重，常常影响公众与堆肥厂的关系。

二、静态通风堆系统

静态通风堆系统是条形堆的改进形式，在发达国家普遍使用，例如，目前世界上最大的污泥堆肥厂－美国污泥处理中心（SPDC），就是采用静态通风堆系统的。

它主要用于湿基质的堆肥，中间可采用膨胀材料在堆中形成孔隙。

图5－10为用于庭院废弃物堆肥的静态通风堆系统示意图。

图5－10用于庭院废物堆肥的静态通风垛系统示意（柴晓利等,2005）

1－堵头;2－覆盖层;3－树叶;4－鼓风箱;5－多孔填充料;6－PVC穿孔管静态通风堆系统与条形堆系统的不同之处在于：

（1）堆肥过程中不进行物料的翻堆；

（2）通过鼓风机通风使堆体保持好氧状态。

静态通风堆系统的通气系统包括一系列管路，这些管路位于堆体下部，与鼓风机或真空泵连接。

在这些管路上铺一层木屑或者其他填充料，可以使通气达到均匀，然后在这层填充料上堆放堆肥物料构成堆体，在最外层覆盖上过筛或未过筛的堆肥产品进行隔热保温。

加拿大和美国等还使用一种堆肥覆盖纤维布（Compostex?

）（如图5－11）。

使用堆肥覆盖纤维布，既能保证堆体氧气和二氧化碳通畅交换，又能促使过多水分蒸散。

在雨天有阻水作用，可避免营养成分损失，在干热天气又能保证堆体水分过多散发。

图5－11一种用于堆肥的覆盖纤维布

静态通风堆体一般在沥青或水泥地面上进行，以防止渗滤液对土壤的污染或对地面的腐蚀，并使堆体保湿、绝热、防止热量损失、防蝇并过滤氨气和其他可能在堆体内产生的臭气。

静态通风堆系统中，关键是通气系统，包括鼓风机和通气管路。

通气管路可以是固定式的，也可以是移动式的；管路材料可以是可重复使用的，也可以是可降解的。

在固定式通气系统中，通气管路放入水泥沟槽中或者平铺在水泥地面上，上铺木屑等填充料形成多空气流通路径的效果。

还有一些固定式通气系统完全靠水泥沟槽充当通气管路。

水泥沟槽必须能支撑住上面堆料的压力。

移动式通气系统主要由简单的管道直接放在地面上构成。

移动式系统的优点是：

成本低，设计灵活，易于调整。

它比固定式系统使用得更普遍。

通风方式可采取正压鼓风或负压抽风，也可用由正压鼓风与负压抽风组成的混合通风。

正压鼓风就是用鼓风机将空气鼓入堆肥物料中，而负压抽风则是将堆肥物料中的潮湿高温气体用风机抽出。

正压鼓风的特点是输人空气均匀，有利于物料中气孔的形成，使物料保持蓬松，输气管不易堵塞；能有效地散热和去除水分，其效率比负压抽风高1/3。

负压抽风易使物料压实过紧。

通风的控制方式可以有多种，一般常用温度或时间控制。

通过在堆体中安装温度反馈系统，堆体内部温度超过60℃时，鼓风机自动开始工作，排出堆料热量和水蒸气，使堆体冷却下来。

鼓风机也可以定时控制，每隔15～20min（具体时间根据实际情况确定）通风供氧。

为保证杀灭病原体，静态通风垛堆肥温度必须保持在55℃左右并至少持续7d。

为减小通风阻力，强制通风方式对堆肥物料的特性有较为严格的要求，具体如下。

①物料呈粒状，松散状。

②颗粒尺寸应均匀。

当堆肥原料为农业秸秆时，应先将秸秆切碎成1～5cm的长度，其中以1～2cm最为合适。

③物料含水率应控制在55%左右，以避免水分过多而引起的物料空隙容积减少甚至压实。

若通风方式使用翻堆与强制通风结合的方式，则成为强制通风条堆系统。

其操作除了定期翻堆外，其余与静态通风条堆系统相似。

静态通风堆系统的优点：

（1）相对于条形堆系统，温度及通气条件得到更好地控制；

（2）产品稳定性好，能更有效地杀灭病原菌及控制臭味；（3）堆腐时间相对较短，一般为2~3周；（4）由于堆腐期相对较短、填充料的用量少、占地相对较少；（5）耗能较少的能量。

静态通风堆系统的缺点：

（1）堆肥易受气候条件的影响，常需要加盖棚顶，这样会增加投资成本；

（2）堆体高度至关重要，如果过高会影响通气，诱导厌氧呼吸条件。

三、槽式堆肥系统

槽式堆肥系统，是目前国内较流行的一种堆肥系统，它是将待发酵物料按照一定的堆积高度放在一条或多条发酵槽内。

在堆肥化过程中根据物料腐熟程度与堆肥温度的变化每隔一定时期，通过用翻堆设备对槽内的物料进行翻动，让物料在翻动的过程中能更好地与空气接触，并带走大量的水分，降低物料的温度与湿度。

图5－12所示为一槽式堆肥系统。

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