污泥堆肥影響因素及ENS氧溫度控制污泥堆肥工藝
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用于農業廢物或園林垃圾，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）堆垛加機械翻堆：出于同樣的原因，很少有設計者專門做這種設計，但實際中，由于污泥堆及翻堆操作控制不好，通風口被堵等等原因，很多污泥堆肥操作中難以避免局部或全部出現這種操作形式。
（3）強制通風的污泥條堆：堆肥以條堆的形式進行并輔以強制通風。發酵過程中伴以間歇的翻堆過程。
（4）強制通風的污泥料倉：這種方法原則上與強制通風的污泥條堆相同，只是將污泥置于反應器或發酵倉中，從而垛可以堆的更高一些，這種設計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）
機械脫水后的污泥本身通常是透氣率極差的物料。堆肥發酵過程的重要前提是系統中需要生化反應所必須的氧氣。所以污泥堆肥中幾乎沒有例外的要添加結構性物質（調整劑），如秸稈、木屑、園林垃圾等，以保證系統中空氣的流動進而為生化降解提供氧氣。
2.2含水率
污泥本身含水率高，但影響生化反應的倒不是水本身，而是由于含水率高而導致的物料透氣性差。添加鋸末可以吸收一部分水分，進而改善透氣性，但鋸末添加量大會導致成本增加。所以實際工程中一是要追求機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行一部分回流混合。
2.3碳氮比
大量文獻將污泥堆肥中添加結構物質或調整劑（如秸稈、木屑、園林垃圾等）歸結為改善、調整堆肥物料中的碳氮比。這個歸納從邏輯上是站不住腳的，因為污泥在脫水之前如果繼續進行生化氧化完全可以得到進一步的降解，另外，所加入系統的這些調整劑中的碳通常是木質素、纖維素這類生化難降解物質。添加了這些物質，與其說是改善系統碳氮比倒不如說是增加了系統的透氣性。
3 污泥堆肥操作中的主要影響因素
3.1關于堆肥中生化反應的機理
高速反應及避免二次污染是堆肥處理設施設計與運行的關鍵。
堆肥過程中的生物化學反應速度比在水溶液系統中的反應速度要慢得多。這主要是由系統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，這與廢水的生化處理相比要慢得多，因為傳質過程是整個反應動力學上的控制步驟。如果假定微生物富集在物料表面的水膜里，通過理論計算可以推測，水膜中有很大一部分是處于厭氧狀態的。遺憾的是，由于固體廢物的復雜性和測試手段的局限性，目前有關固體—液體—空氣三相之間，在處理系統的微觀動力學上的研究還很難進行。但我們可以根據如圖1所示的三項體系進行以下定性分析。
高分子有機物需先經過水解后溶于水相，水分子再逐步擴散至表層。在生物氧化受制約（如溶氧量不夠或微生物濃度較低）時，一些小分子中間產物會擴散至氣相中。廢氣中的有機物、H2S、NH3等是氣味污染的來源。
生物氧化時產生的熱量，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，減少了水分含量。同時，在升高了的溫度下，促進了易揮發有機物質的揮發，如果沒有充足的氧氣使之在液相中得到生化分解，則作為氣味物質進入氣相。
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所以，在其他條件一定時，以下是堆肥過程的關鍵影響因素：
（1）供氧
（2）溫度與熱平衡
（3）濕度保持與強制脫水
3.2氧濃度和通風
在供氧問題上，關鍵不在于向系統提供的氧的總量是否充分，而在于如何保證時時有氧又不過量通風。即，一方面要避免由于供氧不足使得垃圾處理時間過長，同時產生臭氣；另一方面又要避免由于過量通風，導致垃圾堆溫度下降，反應速度降低，過多地帶出半產物（臭氣的來源），同時導致過高的能耗和運行費用。
大量的文獻報道表明，實測的耗氧速率數據遠遠小于目前流行的通風設計值（0.05-0.2Nm3/min·m3）（中國建設部標準，城市生活垃圾好氧靜態堆肥處理技術規程CJJ/T52-93）。長期以來，為了保證足夠的供氧，所以取值過大。其結果，既浪費能量，又影響溫度的抬升。
過量通風除了造成以上所提到的負面影響外（堆堆垛溫度下降，反應速度降低，過多地帶出半產物——臭氣的來源），還增加了系統的阻力和電耗。堆肥堆由不均勻的多空隙構成，一般氣體總是向大空隙、大通道流動，所以，過量通風對堆肥堆中氧氣的擴散，并不見得會有多大的改善。在時間序列上，系統“通風不足”和“過量通風”的交替，同樣是氣味產生的重要原因。因為，通風不足時，厭氧狀態下產生的中間產物會在系統的固、氣表面積累，在其后的過量通風階段，由于風流速過大，大部分的氣味物質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
從反應動力學的角度來看，高、低溫度段是沒有明顯分界的。實踐證明，通過合理的控制，系統在有機物含量和耗氧速率較低時，仍可達到和保持較高的溫度。如果對通風控制不合理或不控制，必然會出現較明顯的高溫和低溫段。
反應釋放的熱能是系統熱能的根本來源。
熱源：
Qo生物反應放熱：是氧消耗的函數，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量的乘積。
熱漏：
Qr輻射防熱：工程上可表達為垃圾堆溫度與環境溫度之差的函數
Qv水分蒸發吸熱：是垃圾堆溫度和通風量的函數
Qh通風溫度升高吸熱：是垃圾堆溫度和環境溫度之差和通風量的函數
當系統
Qo>(Qr+Qv+Qh)
時，垃圾堆溫度升高，反之，下降。
上面的分析還顯示，系統的熱平衡除了受生化反應速度的影響外，與系統的通風操作“息息相關”。
3.4關于氣味物質的產生與排放
其實在堆肥堆里，通風時被吹脫出來的氣味物質在未離開堆肥堆之前，本身也曾經歷著生物過濾的反應歷程——氣味物質被再次吸附。只是如果缺少對過程的優化控制，過小（厭氧出現）、過高（中間產物——氣味物質被吹脫）的通風，使得這一反應常常未能得到實現。
堆肥中通過以下關鍵措施才能把臭氣產生控制到最小：
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，所以應避免供氧不足。
在時間序列上，系統通風不足和過量通風的交替，同樣是氣味產生的重要原因：通風不足時，厭氧狀態下產生的中間產物會在系統的固、氣表面積累，在其后的過量通風階段，由于風流速過高，大部分氣味物質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；再來看生物過濾，其臭味去除率的根本保證在于足夠低的濾速（避免氣味物質被吹脫出來）、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
針對傳統堆肥中存在的誤區，即過于強調翻堆和過量和不控制的系統操作，萬若環境開發的ENS氧濃度溫度控制污泥堆肥工藝的特點體現在以下幾個環節（參見圖2）：
（1）強化污泥堆肥前與結構污泥、回流污泥的預混合；
（2）減少和避免傳統意義上的翻堆操作；
（3）實時在線檢測堆肥中的氧與溫度；
（4）利用氧-溫度、通風、濕度的相互關系，建立控制模型；
（5）實時控制系統的氧氣含量、溫度和通風；
（6）采用小流量、柔和通風技術，降低能耗及氣味產生；
（7）系統可在敞開或者密閉的條件下實施。
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圖2：基本流程 |
4.2污泥預混合技術
采用強化翻堆的目的是在一開始就保證系統的均勻性，而不寄托在操作中的翻堆上。
針對非均勻物料開發的機械攪拌流化床式混合技術，能在實現徑向的均勻混合的同時，實現軸向的定量擾動進而杜絕物料的短路行進，并實現混合器中的物料流態化，從而達到：
以流化床形態完成混合
混和效率高：約30秒
混合能耗低：耗電<1度/噸
密閉操作
 圖3：污泥與結構物質的流態化混合 |
4.3污泥堆垛
堆垛視處理規模可以是鏟車堆垛，或者采用傳送帶堆垛，也可采用兩種方法的結合。堆垛高度不宜超過4米，寬度可以在3-12米之間優化。
4.4.氧濃度、溫度、濕度的優化與控制
如前述，在其他條件一定時，系統運行的關鍵影響因素是供氧、溫度與熱平衡以及濕度保持與強制脫水。
我們根據有機物水解后發生的以下反應來分析系統氧、溫度和水分的基本關系：
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系及控制原理。
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4.5.工程效果
表1將ENS氧溫度控制堆肥工藝與傳統工藝進行對比。
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表1：ENS氧溫度控制污泥堆肥工藝工程效果
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5 小結
污泥堆肥的影響因素包括物料系統和操作條件兩個方面。從物料系統上講，優化的預混合保證系統均勻和良好的透氣性，減少翻堆引起的氣味物質排放。溫度、氧含量以及濕度的控制對堆肥效果至關重要。利用生化反應中各相關因素本身所存在的必然聯系，建立控制模型并優化氧濃度、溫度、濕度和通風可以顯著改善堆肥效果。
參考文獻：（略）
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