自动控制生物堆肥技术——CTB技术

自动控制生物堆肥技术——CTB技术

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技术介绍

堆肥一般分为好氧堆肥和厌氧堆肥。好氧堆肥是在有氧气条件下有机物的分解过程，其代谢产物主要是二氧化碳、水和热；厌氧堆肥是在缺氧条件下进行有机物分解，厌氧分解最后的代谢产物是甲烷、二氧化碳和许多低分子量的中间产物，如有机酸等。厌氧堆肥与好氧堆肥相比较，单位重量的有机质降解产生的能量较少，而且厌氧堆肥通常容易产生臭味。由于这些原因，几乎所有的堆肥工程系统都采用好氧堆肥。堆肥工艺能达到较好的污泥脱水、杀灭污泥中病原菌和杂草种子的目的，该方法处理污泥的成本较低，处理后的污泥完全能达到进入填埋场的要求，如果再增加一定的后续制肥工艺，成品能直接土地利用。

1 好氧堆肥过程

好氧堆肥是在有氧气条件下，借助好氧微生物（主要是好氧细菌）的作用，有机物不断被分解转化的过程。好样堆肥一般分三个阶段：

1）升温阶段

一般指堆肥过程的初期，在该阶段，堆体温度逐步从环境温度上升到45℃左右，主导微生物以嗜温性微生物为主，包括真菌、细菌和放线菌，分解底物以糖类和淀粉类为主。

2）高温阶段

堆温升至45℃以上即进入高温阶段，在这一阶段，嗜温微生物受到抑制甚至死亡，而嗜热微生物则上升为主导微生物。堆肥中残留和新形成的可溶性有机物质继续被氧化分解，复杂的有机物如半纤维素、纤维素和蛋白质也开始被强烈分解。微生物的活动也是交替出现的，通常在50℃左右时最活跃的是嗜热性真菌和放线菌，温度上升到60℃时真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热性细菌和放线菌活动，温度升到70℃时大多数嗜热性微生物已不再适应，并大批进入死亡和休眠阶段。现代化堆肥产生的最佳温度一般为55℃，这是因为大多数微生物在该范围内最活跃，最易分解有机物，其中的寄生虫卵和病原微生物大多数可被杀死。

3）降温阶段

高温阶段必然造成微生物的死亡和活动减少，自然进入低温阶段。在这一阶段，嗜温性微生物又开始占据优势，对残余较难分解的有机物做进一步的分解，但微生物活性普遍下降，堆体发热量减少，温度开始下降，有机物趋于稳定化，需氧量大大减少，堆肥进入腐熟或后熟阶段。

2 供氧方式

好氧堆肥的供氧主要有静态鼓风供氧和动态翻抛供氧两种方式，鼓风机曝气充氧是利用设在堆肥物料下部的风管不断地向堆体传输空气，达到充氧的目的。翻抛充氧是利用翻抛机作业使物料与空气进行短时间接触，从而补充部分氧气。两种充氧方式各有其优缺点：

鼓风曝气充氧的时间长，而且充氧时间比较灵活，可以根据需要随时进行供氧，尤其是采用自动监控系统进行氧气的监测和充氧条件下，可以根据堆体的氧气消耗情况随时进行曝气充氧，保证堆体氧气的充足供应，从而防止堆体出现厌氧发臭的可能性，保证厂区的环境卫生。但是，如果曝气过量或连续曝气，不仅会因通气过多而导致堆体中大量热量的损失，导致堆体温度下降，同时也会增加能耗。因此，通风时间既要适时，通风量也必须合适，不能太大或太少。

翻抛充氧则利用物料被翻抛的刹那间与空气的接触而实现充氧，翻抛充氧能保证整个堆体的均匀，避免发酵仓内的死角，但是翻抛充氧时间短，而且每日翻抛次数有限（一般每天只能翻抛一次），在堆肥过程中的大部分时间中都存在严重的氧气供氧不足问题。由于在堆肥的快速发酵阶段中，氧气消耗非常快，有时在半小时即可以使堆体的氧气浓度下降到产生硫化氢等臭气的氧气临界值(7%~8%)。因此，堆肥过程中仅依靠翻抛进行充氧，则不可避免地会导致大部分时间存在厌氧问题，从而导致恶臭和蚊蝇的环境卫生问题，而且在堆肥高温期频繁翻抛会导致大量氨气的挥发。

污泥好氧堆肥实验和工程运行表明：在堆肥的初期和中期，好氧发酵的耗氧速度很快；特别是在高温阶段，依靠翻抛机的充氧作用无法满足要求，因此会出现长期的厌氧时段，从而导致恶臭和蚊蝇问题的产生，同时大幅度降低堆肥的稳定性。由于翻抛机的翻抛作用，会使得堆体内的温度由高温迅速降低到室温，使堆体温度呈锯齿形变化，破坏理想的好氧发酵温度升温和保持过程，不利于实现堆肥的灭菌和杀灭杂草种子等无害化过程的进程，而且不利于发挥高温阶段微生物的快速降解功能。

3 堆肥过程的氧气监测与控制

氧气是影响微生物活性和堆肥进程的重要参数，充足的氧气是保证好氧堆肥过程顺利完成的必要条件。本工程采用堆肥氧气自动在线监测装置监测堆体氧气含量状况，可清楚地判断堆肥状态，为鼓风机的控制提供依据。

堆肥初期（起爆期和升温期）微生物数量较少、活性较低，堆体对氧气的需求量不大，此阶段鼓风策略以堆体的氧气含量状况为依据，宜采用小风量鼓风，以免带走堆体热量；当温度升高到高温期后，微生物得到大量繁殖，活性也较高，耗氧速率较快，此阶段易采用较大的鼓风量，以带走堆体水分，为堆体提供充足的氧气；当堆体进入降温期后，堆体的好氧速率降低，对氧气的需求量减少，此阶段采用曝气充氧与翻抛充氧相结合的方式。

4 堆肥过程的温度监测与控制

堆体温度是高温好氧堆肥的另一项重要指标。它关系到堆肥过程中的发酵速度、稳定化效果、脱水效率、灭菌和生物灭活等无害化程度。在高温阶段，堆体中的嗜高温微生物可以大量繁殖，嗜高温微生物的生物降解效率比其他微生物高，高温不仅有利于加速堆肥过程，而且有利于灭菌和杀灭杂草种子，因此是堆肥无害化处理中最关键的阶段。但是，如果堆体温度太高，则会导致所有微生物都被杀灭或者休眠，从而降低堆肥过程的发酵效率，因此对堆肥过程反而产生不利影响。在好氧堆肥的四个阶段中，温度过高也并不利于堆肥的发酵进程。因此须对堆肥的温度进行监测和控制，已达到最理想的温度条件，以最大限度地促进堆体中有益微生物的大量繁殖和迅速生长。

翻抛会导致堆体的温度时高时低，呈现明显的锯齿状，从而不利于堆肥的灭菌和快速发酵过程。参考我国《粪便无害化卫生标准》（GB7959-87）的好氧堆肥工艺设计标准和规范，要求高温发酵过程必须保证堆体内物料温度在50℃以上并保持5~7天。因此，翻抛工艺最大的一个缺陷是不能满足50℃以上持续 5~7天的无害化基本要求。而采用基于强制通风条件下的静态堆肥工艺，则可以自动监测和控制堆体的温度，使其始终处于最佳状态，从而避免单独翻抛的缺陷，很好地满足50℃以上持续5~7天的无害化基本要求。因此，在堆肥过程中不宜单独使用翻抛工艺，而是应该在一次发酵过程中进行温度的自动监测和控制，在二次发酵过程中进行适当的翻抛。

技术路线