好氧堆肥發(fā)酵車間的環(huán)境控制方案

曾慶東，韋建吉，楊浩君，黃曉軍（廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所，廣州　510630）

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好氧堆肥發(fā)酵車間的環(huán)境控制方案

曾慶東，韋建吉，楊浩君，黃曉軍
（廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所，廣州510630）

摘要：從好氧堆肥工程實(shí)例出發(fā)，綜合堆肥空間二次密封、水汽液化收集、尾氣收集處理、滲瀝液過濾收集等方法，解決堆肥工程的二次污染問題。

關(guān)鍵詞：好氧堆肥，二次污染，水汽液化收集，環(huán)境控制

0　引言

堆肥是有機(jī)廢棄物實(shí)現(xiàn)無害化處置和資源化利用的重要技術(shù)手段。好氧堆肥由于符合生態(tài)學(xué)效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)效益好得到蓬勃發(fā)展。但有機(jī)物在堆放和堆肥過程中，由于工藝或工序的原因，會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體（包括NH3、H2S、SO2）或其它化合物，并隨著氣體散發(fā)到空中，污染周邊大氣，對環(huán)境影響較大。所以堆肥場往往成為二次污染源。

目前堆肥廠或建設(shè)在偏遠(yuǎn)地方，不建廢氣處理設(shè)施，任由臭氣無序排放，造成二次環(huán)境污染；或采用常規(guī)環(huán)保處理裝置，密封廠房，收集尾氣，通過大型的廢氣處理裝置處理臭氣，但投資大且運(yùn)行成本高，所以經(jīng)常當(dāng)作擺設(shè)停用；或通過調(diào)整堆肥配方、保證曝氣強(qiáng)度等堆肥管理措施，有效減少臭氣的產(chǎn)生，但無法達(dá)到直接排放的要求。

1　技術(shù)路線

堆肥過程由于氧化作用，產(chǎn)生CO2、H2O和熱量。熱量能使料堆升溫到55℃以上，可以實(shí)現(xiàn)以下目的：①促進(jìn)好氧菌繁殖；②高溫可以殺滅有害細(xì)菌和雜草菌種，實(shí)現(xiàn)無害化的目的；③加熱堆體內(nèi)的水分轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝麚]發(fā)掉。通過好氧堆肥發(fā)酵，有機(jī)廢棄物經(jīng)過微生物的分解、合成作用，形成穩(wěn)定的有機(jī)物質(zhì)（有機(jī)肥料），達(dá)到無害化和資源化的目的。好氧堆肥過程可用如下反應(yīng)式表示：

（在合成穩(wěn)定有機(jī)質(zhì)的過程中，不同的細(xì)菌會(huì)分解出不同的代謝物，一般好氧菌產(chǎn)生NH3、CO2、H2O，厭氧菌產(chǎn)生硫化物、胺類化合物、甲烷等）

從反應(yīng)式看出，發(fā)酵過程會(huì)產(chǎn)生CO2和H2O。其中大部分的H2O以蒸汽狀態(tài)逸出堆體，部分以滲瀝液向下沉積，再經(jīng)曝氣系統(tǒng)吹入堆體，受熱蒸發(fā)。由于微生物的分解作用，堆體會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性的物質(zhì)如NH3、H2S和其它氣體物質(zhì)，這些物質(zhì)受到鼓風(fēng)、水汽、排風(fēng)等因素影響而逸出堆體，首先污染發(fā)酵車間，進(jìn)而影響堆肥廠及周邊大氣環(huán)境。因此，堆肥車間的環(huán)境控制系統(tǒng)是堆肥廠重要部分。

從發(fā)酵過程產(chǎn)生的物質(zhì)看，除CO2和H2O外，其它都是肥料產(chǎn)品的有用養(yǎng)分，應(yīng)予吸收利用。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，氣態(tài)H2O的體積為1.2 m3，是液態(tài)H2O的1 000多倍，所以去除氣態(tài)H2O需要大量的排氣來實(shí)現(xiàn)目的。也就是說，發(fā)酵過程中堆體散發(fā)大量的蒸汽需要通過大量的氣流交換來帶走。由于大量通風(fēng)，堆體中可揮發(fā)的臭氣物質(zhì)與空氣混合，極大地增加了廢氣的處理成本。如要達(dá)到環(huán)保要求，必需加大投入，加大投入必定帶來運(yùn)行費(fèi)用高，這樣一來，也許會(huì)使堆肥化處理成為虧本項(xiàng)目。

發(fā)酵車間環(huán)境控制方案設(shè)計(jì)，其核心工作是將堆體中的水分散發(fā)分離出來，將發(fā)酵過程中堆體散發(fā)出的大量水蒸汽轉(zhuǎn)為液體狀態(tài)后再行收集處理。具體就是使向上揮發(fā)的水汽通過拱頂薄膜裝置收集，向下沉積的滲瀝液通過集中回收利用，這樣就可以最大程度地減少廢氣排放量，也就可大大地縮小廢氣處理規(guī)模。

兩極化——中大型軟件平臺(tái)向行業(yè)化應(yīng)用垂直深入，整合的功能和業(yè)務(wù)越來越豐富；中小型軟件平臺(tái)向輕量化應(yīng)用演變，界面功能和交互操作越來越簡捷。這兩個(gè)看似矛盾的方向，根本上是為解決不同用戶的需求，本質(zhì)上都是依托先進(jìn)強(qiáng)大的底層架構(gòu)。

2　構(gòu)成和工作原理

發(fā)酵車間環(huán)境控制方案設(shè)計(jì)主要由水汽收集裝置、滲濾液收集裝置、曝氣裝置、尾氣處理裝置構(gòu)成，見圖1。

1.密封廠房；2.滴水收集槽；3.薄膜拱頂；4.吸風(fēng)口；5.發(fā)酵堆體；6.回風(fēng)管；7.排風(fēng)管；8.除塵與冷卻裝置；9.引風(fēng)機(jī)；10.除臭裝置；11.滲濾液過濾層；12.滲濾液收集管；13.底部曝氣布風(fēng)管；14.鼓風(fēng)管；15.鼓風(fēng)機(jī)圖1　發(fā)酵車間環(huán)境控制方案設(shè)計(jì)示意圖

2.1水汽收集裝置

水汽收集裝置由薄膜拱頂和滴水收集槽組成。

薄膜拱頂選用防滴型大棚用薄膜或其它材料，四周也要圍閉（設(shè)卷簾門、推拉門方便翻堆機(jī)等工作設(shè)備進(jìn)出），實(shí)現(xiàn)發(fā)酵空間全密封。

防滴膜能使靠近棚膜的空氣中的水汽吸附到膜的表面，形成水膜沿拱壁向下流滴，滑落到拱頂壁側(cè)，從而防止和消除棚內(nèi)的霧氣，液滴不會(huì)直接從棚膜上滴下來。

功用：①對發(fā)酵槽進(jìn)行二次密封，防止尾氣無序排放；②使發(fā)酵蒸發(fā)的水汽在拱頂遇冷后，凝成水滴沿拱頂內(nèi)側(cè)面流到底部，再在拱頂兩邊安裝收集槽接走。這樣大量的水分能以液體的狀態(tài)收集，不以蒸汽狀態(tài)隨尾氣排出室外，可以大量減少排風(fēng)量，也減少了臭氣散發(fā)量，降低了尾氣處理難度。

2.2滲濾液收集裝置

滲濾液收集裝置由滲濾液過濾層、滲濾液收集管和外部的集液池組成。

發(fā)酵過程由于物料分解，物料內(nèi)部水分會(huì)大量釋出向下滲瀝。一般的堆肥系統(tǒng)通過鼓風(fēng)管道排放廢液，會(huì)存在鼓風(fēng)狀態(tài)下水分又進(jìn)入堆體的問題。堆體下部（地面以下）設(shè)滲濾液過濾層和收集系統(tǒng)，滲濾液收集管與曝氣布風(fēng)管一下一上分開，互不干擾。

滲濾液過濾層的材料可用礫石、谷殼、粗木屑等結(jié)構(gòu)疏松、能貯氣的材制作，好氧微生物可依附生存。

功用：①滲濾液經(jīng)過富含好氧菌的過濾層后，部分養(yǎng)分成為過濾層微生物的營養(yǎng)成分，維持過濾層的活性；②吸附大量有益微生物菌的滲濾液繼續(xù)發(fā)酵，可作為發(fā)酵菌液或液體肥原料處理；③水分以滲濾液形態(tài)被收集，減少了需吸熱化為蒸汽的熱值損耗，也減少了廢氣處理量；④活性過濾層含有大量的微生物，成為新料的發(fā)酵床和微生物庫，新料第一時(shí)間就被大面積接種，加快發(fā)酵速度。

2.3曝氣裝置

曝氣裝置由鼓風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)管、回風(fēng)管、底部曝氣風(fēng)管組成。

為維持堆體好氧發(fā)酵，需定時(shí)定量從堆體底部鼓入空氣。通過計(jì)算堆體發(fā)酵的需氣量確定鼓風(fēng)機(jī)流量后，選用風(fēng)量大一級(jí)的鼓風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)入口加裝回風(fēng)管，可以把飄逸在堆體上部的臭氣混合新鮮空氣后鼓入堆體，由堆體吸收臭氣成分，減少排出系統(tǒng)，提高肥料的養(yǎng)分濃度。

2.4尾氣處理裝置

尾氣處理裝置由吸風(fēng)口、排風(fēng)管、除塵與冷卻裝置、引風(fēng)機(jī)、除臭裝置組成。

采用以上三項(xiàng)措施后，大部分的水分通過蒸汽冷凝、滲濾的形式排出堆體，水分蒸發(fā)減少，排放的尾氣量也大為減少。廢氣經(jīng)除塵后進(jìn)入洗滌塔或生物濾池等除臭裝置，達(dá)標(biāo)排放。

3　應(yīng)用效果

該方案通過中試工程項(xiàng)目的應(yīng)用表明，發(fā)酵車間排放的尾氣量，約相當(dāng)于常規(guī)模式的十分之一左右，同時(shí)堆肥成品氮含量約提高1.5個(gè)點(diǎn)左右。通過建造良好的通風(fēng)模式、水分分離收集模式，營造了一個(gè)可控、標(biāo)準(zhǔn)的良好發(fā)酵環(huán)境，不但可以減少尾氣處理的投資和運(yùn)行成本，也提升了堆肥的品質(zhì)。

簿膜拱頂對發(fā)酵堆體進(jìn)行二次密封，有效控制臭氣無序散發(fā)，也減少了堆體上部空間，減少了通風(fēng)量，減少了尾氣處理規(guī)模；從防滴膜收集的液體（含有大量的微塵）和從滲濾層收集的發(fā)酵滲瀝液，混合后可制作為發(fā)酵菌液或液體肥原料，用于發(fā)酵前接種或直接做液體肥使用。

發(fā)酵滲瀝液過濾層除過濾滲瀝液外，滲濾層成為一個(gè)發(fā)酵微生物庫，也就成為了堆肥過程的接種床，使發(fā)酵環(huán)境更加穩(wěn)定，發(fā)酵過程加速（從中試過程觀察，半年后發(fā)酵效果，比剛改造初期的效果變化十分明顯）。

曝氣裝置增加回風(fēng)管，一方面將部分發(fā)酵棚內(nèi)的空氣循環(huán)回用，通過堆體自身收集揮發(fā)性的臭氣，減少尾氣處理難度，增加肥料養(yǎng)分；另一方面也起到平衡風(fēng)量的作用，新鮮空氣僅通過引風(fēng)系統(tǒng)從堆肥空間的各處泄漏點(diǎn)引入，可以保持堆肥空間處于微負(fù)壓的狀態(tài)，有效防止臭氣外逸。

該方案綜合利用密封發(fā)酵、生物菌床過濾滲瀝液、回風(fēng)曝氣、生物除臭和尾氣處理技術(shù)，低成本地實(shí)現(xiàn)堆肥生產(chǎn)工藝的標(biāo)準(zhǔn)化、環(huán)?；?/p>

4　進(jìn)一步的改進(jìn)措施

項(xiàng)目建設(shè)的工程作為中試裝置，堆肥空間內(nèi)的機(jī)械操作（翻堆作業(yè)、布料作業(yè)、出料作業(yè)）采用遙控方式來操作，還需要操作工人經(jīng)常進(jìn)出發(fā)酵空間，用目力觀察系統(tǒng)運(yùn)行情況。目前已著手研發(fā)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，現(xiàn)場采用視頻監(jiān)控、信號(hào)無線傳送方式，在總控室通過電腦操作機(jī)械作業(yè)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場無人化操作，把工人從繁重的體力勞動(dòng)、部分腦力勞動(dòng)以及惡劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來，為建設(shè)生產(chǎn)環(huán)境可控，產(chǎn)品質(zhì)量可控的理想廠區(qū)（主要是建設(shè)密封式的發(fā)酵車間）提供基礎(chǔ)條件。

支持項(xiàng)目：2012年度省級(jí)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技提升專項(xiàng)（粵財(cái)農(nóng)［2012］626號(hào)）

作者簡介：曾慶東，高級(jí)工程師，主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物資源化處理工程技術(shù)研發(fā)與推廣工作。