3.2 静态污泥堆肥

图3-1 静态堆肥示意图

20世纪70年代初，出现了通气静态污泥堆肥系统。通气静态堆肥工艺是由美国农业部马里兰州BELTSVILLE的农业研究中心开发的。1972—1973年间，该中心成功开发出了利用木屑作为膨胀材料处理消化污泥的条垛式堆肥工艺，但当把该工艺用于处理粗污泥时遇到了产生臭味的问题。通气静态系统就是为了解决堆肥发酵过程中产生臭味的问题开发的。该工艺称为“静态堆肥”工艺，有时也称BELTSVILLE工艺。

静态污泥堆肥工艺一经推出，便在美国得到了广泛应用，1993年就有超过92座此类设备装置在运行。静态堆肥法使用管道及鼓风机向堆体供气。当管道建造好以后，在正常的污泥堆肥过程中不需要对原料进行翻堆。如果空气供应很充足，堆料混合均匀，堆肥腐熟周期大约为3～5周。静态堆肥示意图如图3-1所示。

静态堆肥技术是将污泥原料和堆肥辅料的均匀混合物堆放在用小木块、碎稻草或其他透气性能良好的物质所做成的基垫上，再通过基垫下面的通风管道强制通风的一种污泥堆肥技术。透气性能良好的基垫包裹着通气管，通气管道与向堆体供气或抽气的鼓风机相连。根据原料的透气性、天气条件以及所用设备能达到的距离来进行堆体布料。布料相对高的堆体有利于冬季保存热量，另外可能需要在堆体的表面铺一层腐熟堆肥，使堆体保湿、绝热、防止热量损失、防蝇并过滤堆肥过程中产生的氨气和其他可能在堆体内产生的臭气。

采用静态污泥堆肥好氧发酵工艺，应注意以下几种情况。

3.2.1 多孔基垫的高度控制

静态污泥堆肥技术是通过透气性基垫包裹的通气管把空气传送到堆体内，使堆肥堆体内供有氧发酵的氧气充足，好氧微生物顺利降解污泥中的有机物，使不稳的无机物逐步降解为稳定的腐殖质的一种城市污泥处理处置方法。当空气通过管道的时候（在鼓风机的作用下主动运输），多孔的基垫均匀分布从管道中传过来的空气，缓慢匀速提供给污泥堆肥堆体。如果基垫的多孔材料过多，堆肥料堆的量势必要减少，达不到大规模处理污泥的目的。如果基垫层太少，污泥堆肥混合物堆压后，其透气性和分布均匀性就会大打折扣，不能保证污泥堆肥的好氧发酵顺利进行。因此，采用此工艺处理城市污泥，其由木屑和稻草形成的多孔基垫厚度只为整个堆肥堆体高度的1/3～1/4。透气基垫的长度比堆肥堆体的长度稍大一点为宜。还有一点要注意的是，这种静态堆肥工艺的关键点在于木屑透气垫层能保证污泥堆肥工程中的有氧供给，那么在处理污泥的过程中要注意垫层的透气性良好与否，应及时更换和修复木屑透气垫层，以确保污泥堆肥好氧发酵的腐熟效果。

3.2.2 堆体的长度控制

污泥堆肥的堆体长度在堆肥好氧发酵过程中也需要严格控制，它的长度受堆体中气体输送条件的限制，并非越长越好或越短越好。如果堆体太长，距离鼓风机最远的堆肥位置很难得到氧气，造成局部厌氧状态，影响堆肥的腐熟期及腐熟效果。如果污泥堆肥的堆体太短，处理规模不足，达不到大规模使污泥减量化、无害化、稳定化的效果。还有一点需强调：为了增加污泥堆肥物料本身的透气性，在堆肥处理之初，需要往污泥中添加硬度较大、水含量较低的固体调理剂（如稻草和碎木片）混合均匀，来维持堆体良好的通气性结构。

3.2.3 鼓风机的控制

为了使空气分布更为科学合理，粪便或污泥在污泥堆肥好氧发酵之前必须和有针对性的调理剂彻底混合。另外，堆肥所需的鼓风速率、鼓风机的选型以及通气管道都由污泥处理规模及方式透过鼓风机控制系统所决定。对堆肥堆体通气是静态污泥堆肥的关键操作，直接关系到污泥堆肥的腐熟效果和腐熟期长短。关于通气的控制方式，可由两种不同方法来控制鼓风机，它可以连续工作或间歇工作。一般采用间歇式控风。间歇式控风也有两种方式：一是设定定时开关程序；二是采用温度传感器串联控制。定时控制的原理是采用定时器控制鼓风，是一种简单而又廉价的方法。该方法可通过控制时间来提供足够的空气以满足污泥堆肥对氧气的需要。其缺点是，这种方法并不能保持堆肥的最佳温度，有时温度超过所需的限度仍不停止送风，堆肥腐熟的速度也会由于过高温而受到限制。温度控制法的原理是采用温度传感器（如热电偶）进行实时监测，当堆体温度达到设定温度时，从传感器中发出的电子信号能使控制器让鼓风机停止工作；当堆体温度达到设定的高温点时，可使鼓风机启动送风起到降温的作用；当堆体冷却到设定的低温点时，系统则会关闭鼓风机。与时间控制方法相比较，温度控制所需的鼓风机更大，气流速率更快，因而需要更昂贵和更先进的温度控制系统。

为了保证污泥堆肥的腐熟效果，通风速率是一个重要的工艺参数，其含义是表示每吨干固废物每小时需要提供的风量，其计量单位是m3/（h·tds）。实践证明，大部分堆肥所需氧气的理论值是1.2～2.0O2/g挥发性固形物。通风速率可分为最小、平均和最高速率。最高通风速率通常是平均通风速率的4～6倍，其对间歇堆肥过程的影响大于对连续堆肥过程的影响。有观点认为通风管的间距是整个堆肥堆体达到高温堆肥阶段的关键，通风速率应为9～15m3/（h·tds）。BELTSVILLE工艺通常需要提供14.2m3/（h·tds）的通风速率以保证堆肥堆体氧气在5%～15%之间。新的设计要求通风量要达到65.8m3/（h·tds），顶峰时接近142m3/（h·tds）。高风量设计目前已经无一例外的均在使用。由此可见，良好的通风效果对污泥堆肥的快速高效腐熟多么重要。

3.2.4 静态堆肥系统的步骤

（1）按比例把物料和调理剂混合。

（2）在永久的通气管或临时的多孔通气管上覆盖约为10cm厚的调理剂形成透气垫层，也可称之为堆肥床。

（3）把物料/调理剂的均匀混合物堆加到堆肥床上。

（4）当堆体高度在1.5～2.0m时，在堆体的外表覆盖一层已过筛或未过筛的堆肥腐熟料。

（5）把鼓风（空压）机连接到通气管道上。

此时污泥堆肥堆体即开始好氧发酵。鼓风机可以把风吹到堆体内（强制式），也可把风吸出堆体（诱导式）。在诱导式控制模式下，鼓风机排出的废气可以收集起来，经过脱臭再达标排放。通气堆的停留时间一般为21d, 21d后堆体就被拆除。这里21d的腐熟时间之确定并没有科学依据，仅仅是人们认为大多数物料经过这么长时间后可堆肥发酵良好，停留更长时间也可。

考虑到膨胀材料体积较大，成本较高（如木屑）以及清除大型膨胀材料后可改善产品质量的情形，一般要求发酵完成后要把膨胀材料分离出并得到再利用。若采用木屑或其他可降解材料作为膨胀物，发酵过程中必然存在降解和物理性破碎，最后由于基质直径的减少有些膨胀物会通过筛眼进入发酵料中，这样就需要在下次发酵时添加膨胀材料以保持平衡。通常堆体下还会有一些淋出物，在诱导式通风控制模式下，吹风机风头下必须设置一个水池，以收集沉淀物，这些淋出物和沉淀物均应达到收集和处理。