程控好氧發(fā)酵技術(shù)處理農(nóng)村生活垃圾探討

高根樹，朱秋云

（1.中聯(lián)重科股份有限公司，長沙 410013；2.北京東方同華科技有限公司，北京 100090）

程控好氧發(fā)酵技術(shù)處理農(nóng)村生活垃圾探討

高根樹1，朱秋云2

（1.中聯(lián)重科股份有限公司，長沙 410013；2.北京東方同華科技有限公司，北京 100090）

縣域生活垃圾量小且分散難于治理。傳統(tǒng)堆肥工程因誤導生化反應方向，加大了臭氣治理的難度。通過靜置程控好氧發(fā)酵，亦即設置垛內(nèi)含氧量、濕度、溫度檢測，程序控制配風裝置，維持穩(wěn)定的好氧發(fā)酵，從而實現(xiàn)低耗能快速腐熟、干化。在消除臭味、大幅減量的基礎(chǔ)上，再附加以機械分選，選出的有機質(zhì)與惰性物留可在當?shù)靥幹?，可燃物進城處理，則可以最低社會成本解決縣域生活垃圾處理問題。

生活垃圾；好氧發(fā)酵；程控

1 前言

隨著我國城鎮(zhèn)化速度的加快，農(nóng)村縣域生活垃圾治理問題日益突出，表現(xiàn)為垃圾總量小、運距長、產(chǎn)生臭氣、垃圾反向進城、處理設施選址難等諸多方面。我國生活垃圾堆肥處理很早就作為垃圾處理的基本方式[1]，但由于堆肥工程占地面積大，臭氣無組織排放、總量大、收集難、處理成本高，一直也未能發(fā)展成為垃圾處理的主流方式，主要是礙于工程項目次生的臭氣難于有效解決。堆肥工程作為生物發(fā)酵技術(shù)的應用，之所以難以發(fā)展，原因出自工藝技術(shù)過程部分環(huán)節(jié)上步入了誤區(qū)。

2 生物發(fā)酵處理的轉(zhuǎn)換

2.1 好氧發(fā)酵

堆肥通常是指：對生活垃圾進行通風，使得好氧微生物大量繁殖的放熱生物反應過程。在潮濕和有氧的微團粒表層，微生物吸取氧氣，將有機物的碳、氮、硫消化為CO2、NO2、SO2。如微生物在富氧環(huán)境中，將有機物糖分解生成CO2和H2O，同時釋放大量的熱能。

（1）好氧發(fā)酵的干化過程

微生物作用形成的水是多分子聚合水，總質(zhì)量非常小，遇到熱勢差很容易運動。熱勢差驅(qū)動分子水聚合體隨空氣介質(zhì)以濕氣形式排放，因此堆肥過程就是生物動力驅(qū)動的高效干化過程，而晝夜持續(xù)的好氧發(fā)酵干化對垃圾處理工藝特別有利。

（2）好氧發(fā)酵殺菌與無害化

好氧發(fā)酵過程會產(chǎn)生大量的熱，堆垛溫度很容易達到70℃～80℃，能殺滅大腸桿菌等有害細菌，熟化植物種子。好氧發(fā)酵不產(chǎn)生甲烷，是個無害化過程。

（3）堆肥腐熟速度

堆肥腐熟的理論速度取決于好氧微生物繁殖的速度。具備了足夠的有機質(zhì)，加上適宜的環(huán)境因素（水分、氧氣、溫度等），好氧發(fā)酵可以在1～2個小時得到80%的腐熟。微生物的這個神奇速度已通過大量實用餐廚垃圾好氧發(fā)酵裝備得到了確切證實。

2.2 厭氧發(fā)酵

好氧發(fā)酵不存在產(chǎn)生臭氣的原理，但堆肥工程卻無一例外地會產(chǎn)生大量臭氣。這是因為厭氧微生物與好氧微生物的發(fā)酵截然不同，是在缺乏空氣狀況下的腐爛。只要生物有機質(zhì)腐爛發(fā)生在封閉、無空氣或缺乏空氣的狀態(tài)下，就必然會產(chǎn)生臭氣，包括甲烷、氨氣、硫化氫，以及品種繁多的臭源分子，同時產(chǎn)生有機酸。

2.3 好氧發(fā)酵與厭氧發(fā)酵的轉(zhuǎn)換

好氧微生物與厭氧微生物的繁殖環(huán)境因素是空氣中氧氣的含量和濕度。在同等濕度下，好氧發(fā)酵與厭氧發(fā)酵轉(zhuǎn)換的臨界點是空氣含氧量低至最大含氧量的20%，在此臨界值以下，好氧微生物繁殖逐步受到抑制，厭氧微生物逐步主導繁殖，開始產(chǎn)生臭氣。

從生化反應速率上來講，極端的好氧腐熟過程顯著短于厭氧腐爛的完成時間。用優(yōu)選培植微生物好氧處理餐廚垃圾的周期可縮短至8小時內(nèi)。

2.4 堆肥工程設計對生化反應導向的影響

堆肥工程設計，就是人為創(chuàng)造條件為堆垛提供充足的氧氣，同時保持濕度、控制溫度。

對堆垛通風輸氧的方式有兩種：動態(tài)翻堆與靜置吹（或抽吸）通風。通風過多即會變?yōu)槔鋮s，也不利于發(fā)酵腐熟。通風的成功與否還受制于堆垛的透氣性、阻力、均勻度。

垃圾成分復雜，無論是分類得到的有機質(zhì)，還是經(jīng)過機械化分選出的有機組份，用于堆肥的垃圾仍含有塑料、紙張等，這都是影響堆肥透氣性能的因素。在同等通風條件下，透氣性不好的區(qū)域阻力較大，就會優(yōu)先淪為厭氧區(qū)。

總結(jié)眾多的堆肥工程，可得出以下幾個設計誤導有機質(zhì)生化反應方向之處：

（1）動態(tài)翻堆供氧工程

目前廣泛應用的堆垛供氧技術(shù)是翻堆。翻堆機頻繁拋撒堆垛垃圾，消耗的柴油成本較高。通常一天最多翻堆2次。

按照好氧發(fā)酵在2小時內(nèi)完成80%的速度反算，1小時內(nèi)好氧發(fā)酵已能夠?qū)⒍讯庋醴萁档椭琳Ｖ档?0%，轉(zhuǎn)入?yún)捬醢l(fā)酵進程。堆垛一天之內(nèi)在剩余的約90%的時間內(nèi)實際上是處于厭氧過程，即會產(chǎn)生大量臭氣，這也就是國內(nèi)堆肥工程普遍存在臭氣擾民的根本原因。所以，費用高昂的頻繁翻堆方式在一定程度上是錯誤的工程設計 。

（2）負壓通風工程

國內(nèi)目前最大的北京阿蘇衛(wèi)堆肥工程，采用斗輪式機械翻堆加負壓抽吸通風的復合工藝。項目建成運營后即遇到選出有機組分塑料、紙張雜質(zhì)的含量過高，造成堆垛透氣性不良、阻力過大，負壓抽風運行效果沒有達到預期，拖延了次級發(fā)酵大廳有機組分腐熟時間，進而加大了后腐熟過程的壓力，不得已擴建了后腐熟車間。

（3）動態(tài)發(fā)酵

動態(tài)翻堆技術(shù)是一種典型流派，以達能滾筒為代表。通過持續(xù)的傾斜滾筒旋轉(zhuǎn)，持續(xù)不斷地吹風，迅速將垃圾發(fā)酵。一般3天時間即可達到初腐熟。

直徑4米，長達70米的巨大滾筒轉(zhuǎn)動起來的負荷高達數(shù)百千瓦，會產(chǎn)生大量無效功。

（4）通風量設計

通風量與垃圾流量的匹配對發(fā)酵升溫很重要。過度通風，堆垛溫度降低至40℃以下，好氧發(fā)酵就會受到抑制，垃圾會被吹干，使得腐熟中斷。以后再接續(xù)發(fā)酵，則臭氣依舊。

總之，現(xiàn)有的垃圾堆肥工程存在各種誤區(qū)，使得厭氧發(fā)酵隱蔽在好氧發(fā)酵的名義下，不能體現(xiàn)好氧發(fā)酵的真實水平，影響了堆肥的發(fā)展。

3 程控好氧發(fā)酵腐熟

3.1 程控好氧發(fā)酵工作原理

維持堆垛持續(xù)處于好氧發(fā)酵的根本就是控制堆體內(nèi)部的溫度、氧氣濃度、濕度狀況。這三個指標都是能夠在線檢測的。用一個程序控制系統(tǒng)，測算出所需的氧氣量，換算成標準空氣輸入量，再通過即時遠距離控制風機的運行，就能將氧氣精確、定量地輸送至堆垛中。通過程控化的控制系統(tǒng)，就能維持堆垛中好氧發(fā)酵環(huán)境持續(xù)穩(wěn)定，進而發(fā)揮出好氧發(fā)酵的速度。

堆垛內(nèi)部的不均勻發(fā)酵則通過布置多層探頭檢測。不同檢測層面上的溫度和含氧量可以通過視屏反映出來。

3.2 程控好氧發(fā)酵系統(tǒng)組成

程控好氧發(fā)酵系統(tǒng)有兩種，一種是靜置開放體系，投資成本很低；另一種是靜置封閉循環(huán)體系，投資成本略高。

一個靜置開放的程控好氧發(fā)酵系統(tǒng)包括建筑物、堆垛、探頭、鼓風機、風管、程序控制終端（見圖1、圖2）。所配套的建筑物只需簡單的水泥地面或瀝青地面，一面女兒墻（是否設敞棚可選），一臺裝載機就可完成垃圾堆垛和腐熟料的輸出。

圖1 德國一程控好氧發(fā)酵系統(tǒng)示意圖

圖2 傳感器

封閉系統(tǒng)的容器有旋轉(zhuǎn)滾筒[2]、罐、倉，處理量較大。機械上料、出料。

3.3 程控好氧發(fā)酵系統(tǒng)的應用

近10年來，我國的程控好氧發(fā)酵技術(shù)探索有所進展[3]。程控好氧發(fā)酵系統(tǒng)除了用于生活垃圾處理（見圖3），還可用于處理園林垃圾、活性污泥等[5]。

圖3 腐熟中的堆垛

應用靜置開放的程控好氧發(fā)酵系統(tǒng)，生活垃圾的完全腐熟時間最短達到25天，處理每噸生活垃圾的耗電量僅為1～2kW·h。用于處理活性污泥，可將其干燥至含水量低于20%，每干化1噸污泥的耗能僅為1kW·h。

經(jīng)過程控好氧發(fā)酵的產(chǎn)物是無臭味的。該系統(tǒng)曾用于治理揚州某雞糞堆肥廠，取得了消除惡臭氣味的效果。

4 程控好氧發(fā)酵處理對農(nóng)村縣域垃圾的適用性

目前，國內(nèi)的農(nóng)村土地權(quán)歸鎮(zhèn)級人民政府管理，以鎮(zhèn)為單位，縣域內(nèi)鎮(zhèn)級的垃圾總量一般在10～100t/d。生活垃圾總量小，采用靜置開放程控好氧發(fā)酵處理后，臭味得以消除，且工程占地面積小，易于就地解決場址問題，投資成本和運行成本均很低，工程的可行性、持續(xù)可運行性非常優(yōu)越。

5 腐熟物二次分選

程控好氧發(fā)酵的產(chǎn)物雖然不臭，也實現(xiàn)了40%～50%的減量，但產(chǎn)物含雜質(zhì)較多，去處仍然不暢。

若加上一個小型機械分選系統(tǒng)，對腐熟垃圾進行分選[5]，則可將選出的有機質(zhì)留本地處置，用于園林；石子、玻璃等惰性物已完成無害化可就地填埋，僅有高熱值篩上物選擇轉(zhuǎn)運進城集中處理。

6 結(jié)論

縣域生活垃圾量小且分散，難于治理。傳統(tǒng)堆肥工程因誤導生化反應方向，加大了臭氣治理難度。靜置程控好氧發(fā)酵亦即設置垛內(nèi)含氧量、濕度、溫度檢測，程序控制配風裝置，維持穩(wěn)定的好氧發(fā)酵，從而實現(xiàn)低耗能快速腐熟、干化。在消除臭味、大幅減量的基礎(chǔ)上，再附加以機械分選，可將選出有機質(zhì)和惰性物留當?shù)靥幹?，唯有可燃物運輸進城處理，則可以最低的綜合社會成本解決農(nóng)村縣域生活垃圾的處理問題。

[1] 宋立杰，陳善平，趙由才.可持續(xù)生活垃圾處理與資源化技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2014：181-219.

[2] 北京中持綠色能源環(huán)境技術(shù)有限公司.有機廢棄物連續(xù)動態(tài)好氧處理系統(tǒng)及方法[P]：中國，CN103044105A，2014-12-17.

[3] 農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設計研究院.一種有機固體廢棄物好氧發(fā)酵工程參數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[P]：中國，CN202141475U，2008-08-27.

[4] 上海城市污染控制工程研究中心有限公司.一種低能耗、無污染的污泥高溫好氧發(fā)酵工藝[P]：中國，CN101618977B，2013-01-09.

[5] 高德樹，高根樹，王錦芳.城市生活垃圾堆肥處理工程技術(shù)發(fā)展探討[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2007（12）：46-48.

On Rural Refuse Treatment Technology with Programm Controlled Aerobic Fermentation

GAO Gen-shu, ZHU Qiu-yun

X705

A

1006-5377（2016）12-0070-03

湖南省科技計劃項目經(jīng)費資助（2015SK1002）。