堆肥化系统及其应用特点Word文档格式.docx
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2.自然通气(不通气堆)
II.反应堆系统(容器式或密闭式)
A.垂直固体流
1.搅拌固体床
a.多膛式
b.多层式、多舱或多区式
2.筒仓床(固体反应堆)
a.气固逆流式
b.气固涡流式
B.水平和倾斜固体流
1.翻斗固体床(转鼓式或转窑式)
a.分散气流
b.蜂窝式
c.完全混合式
2.搅拌固体床(搅拌箱或开放槽)
a.圆形
b.方形
3.静态固体床(隧道形)
a.推动型
b.传送带型
C.非循环(堆肥箱)
第二节几种典型的堆肥化系统
尽管国内外历史上出现或目前沿用的堆肥化系统很多,但其中有3种类型被认为是典型的堆肥系统,它们分别是条形堆系统、静态通风堆系统和反应器系统。
一、条形堆系统
这是全世界很早以前就普遍采用的最简单的一种系统,无论是发达国家,还是发展中国家,条形堆系统一直被广泛采用。
尤其是在地广人稀、土地资源丰富的美国中西部地区和加拿大应用较多(如图5-1所示)。
条形堆是在露天或棚架下,将混合好的堆化化原料堆成条堆状,在好氧条件下进行分解的
条堆的断面有梯形、宽梯形或三角形等(见图5-2)。
(a)梯形(b)宽梯形(c)三角形
图5-2条形堆的几种形式
条形堆建造由预处理、建堆、翻堆和贮存四个工序组成。
(1)场地
对条形堆式系统来说,场地的建设非常重要。
场地应留有供堆肥设备可在条堆之间移动的足够大的空间。
考虑到操作方便、堆体形状的维持以及周围环境和渗漏问题,条形堆式堆肥的场地表面应满足两个要求:
一是必须坚固,场地表面材料常用沥青或混凝土,其设计标准与公路相似;
二是必须有坡度,便于水快速流走。
当采用坚硬的材料(如道路沥青和混凝土)时,场地表面坡度不小于1%;
当采用不够坚硬的材料(如砾石和炉渣)时,其坡度应不小于2%。
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虽然在理论上堆肥过程只存在少量的排水和渗滤液,但也应考虑异常情况下产生渗滤液使用的收集和排出系统,它至少包括排水沟和贮水池。
重力排水沟的结构较简单,常用的是地下排水管系统或具有格栅和检查井的排水管系统。
面积大于2×
104m2的场地或雨量多的地区都必须建贮水池,用以收集堆肥渗滤液和雨水。
堆肥厂地一般不需加盖屋顶,但在降雨量大或降雪地区,为保证堆肥过程以及堆肥设备的正常运行,则应加盖屋顶;
在大风的地区,还应加建挡风墙。
(2)建堆
堆肥物料经过分选和破碎等预处理步骤后就可进行建堆。
建堆方法随当地气候条件、物料特性以及是否有污泥、粪便类添加物加入而异。
如无添加物,就可直接进行建堆;
如果有添加物加入,则根据添加物的掺入和混合方式又可分为两种形式:
①采用一层垃圾一层添加物的方法建堆,其混合靠翻堆来完成;
②垃圾和添加物从公共出口排出,边混合边建堆(如图5-3)。
图5-3条形堆的建堆方式示意图
建堆的形状主要取决于气候条件以及翻堆设备的类型。
在雨天多、降雪量大的地区宜采用便于遮雨的圆锥形或采用平顶长堆,平顶长堆的相对比表面积(外层表面积与体积之比)小于圆锥形,因此它的热损失少,能使更多的物料处于高温状态。
除此之外,建堆形状的选择还与所采用的通风方式有关。
在建堆的尺寸方面,首先考虑发酵需要的条件,但也要考虑场地的有效使用面积。
堆高大可减少占地,但堆高又受到物料结构强度和通风的限制。
若物料主要组成成分的结构强度好,承压能力较好,在不会导致条堆倾塌和不会显著影响物料的空隙容积的前提下,堆高可以相应增加,但随之也会增加通风阻力,从而导致通风设备的出口风压也相应地增加。
且堆体过大,易在堆体中心发生厌氧发酵,产生强烈的臭味,影响周围环境。
典型的条形堆宽为4.5~7.5m,高为3~3.5m,长度不限。
但最佳尺寸要根据气候条件、翻堆设备、原料性质而确定。
(3)翻堆
①翻堆方式翻堆是用人工或机械方法进行堆肥物料的翻转和重堆。
翻堆不仅能保证物料的好氧状态,有利于有机物的均匀降解;
而且还能使所有的物料在堆肥内部高温区域停留一定时间,以满足物料杀菌和无害化的需要。
翻堆过程既可以在原地进行,又可将物料从原地移至附近或更远的地方重堆。
翻堆操作如图5-4所示。
图5-4翻堆操作示意(柴晓利等,2005)
②翻堆次数由于通风是翻堆的主要目的,因此翻堆次数取决于条堆中微生物的耗氧量,翻堆的频率在堆肥初期应显著高于堆肥后期。
翻堆的频率还受其他因素限制,如腐熟程度、翻堆设备类型、防止臭味产生、占地空间的需求及各种经济因素的变化。
一般当堆体温度超过60℃时就应进行翻堆。
当用稻草、谷壳、干草、干树叶、木片或锯屑作调节剂且与污泥形成的混合物的水分约为60%时,堆体建好后第3d进行翻堆,然后每隔1d翻一次堆,直至第4次,之后每隔4d或5d翻一次堆。
在一些特殊情况下,如物料含水过高或物料被压实时,也要通过翻堆来促进水分蒸发和物料松散。
因此,设计和配置翻堆设备时,都应保证ld一次的翻堆能力。
③翻堆设备国外最初用于翻堆的设备是推土机和前置式装卸机(图5-5)。
推土机通过将堆肥物料摊开和重堆来进行翻堆作业,装卸机则首先将物料装人料斗,然后在行进中将物料倾倒下来完成翻堆或布料。
但这两种方法会使物料受到一定程度的压实,渐已淘汰。
奥地利KOMPTECH、德国BACKUS等公司都是制造堆肥机械及固体废弃物处理机械的专业公司,其销售网络分布世界各地,在我国上海和北京设有办事处。
翻堆设备的形式有跨式翻堆机(如图5-6和5-7)、侧式翻堆机(图5-8)和斗式翻堆机(图5-9)等类型。
图5-6所示为山东银香伟业公司堆肥厂从德国BACKUS公司引进的自驱跨式翻堆机用于
图5-5用于翻堆的前置式装卸机实物图
图5-6大型自驱跨式翻堆机实物图
图5-7小型自驱跨式翻堆机实物图
图5-8小型自驱侧式翻堆机实物图
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图5-9斗式翻堆机实物图
条形堆系统的优点:
(1)所需设备简单,投资成本较低;
(2)翻堆时能加快水分的散失,使堆肥产品易于干燥;
(3)所添加的填充剂易于筛分和回收;
(4)堆腐时间较长,产品的稳定性较好。
条形堆系统的缺点:
(1)占地面积大;
(2)堆制周期长;
(3)需要翻堆以保持有氧状态,因此,需要大量的劳力和翻堆机械;
(5)翻堆时有臭味散发,特别是堆制没有完全稳定化的生活污泥时,这种污染情况更为严重,常常影响公众与堆肥厂的关系。
二、静态通风堆系统
静态通风堆系统是条形堆的改进形式,在发达国家普遍使用,例如,目前世界上最大的污泥堆肥厂-美国污泥处理中心(SPDC),就是采用静态通风堆系统的。
它主要用于湿基质的堆肥,中间可采用膨胀材料在堆中形成孔隙。
图5-10为用于庭院废弃物堆肥的静态通风堆系统示意图。
图5-10用于庭院废物堆肥的静态通风垛系统示意(柴晓利等,2005)
1-堵头;
2-覆盖层;
3-树叶;
4-鼓风箱;
5-多孔填充料;
6-PVC穿孔管静态通风堆系统与条形堆系统的不同之处在于:
(1)堆肥过程中不进行物料的翻堆;
(2)通过鼓风机通风使堆体保持好氧状态。
静态通风堆系统的通气系统包括一系列管路,这些管路位于堆体下部,与鼓风机或真空泵连接。
在这些管路上铺一层木屑或者其他填充料,可以使通气达到均匀,然后在这层填充料上堆放堆肥物料构成堆体,在最外层覆盖上过筛或未过筛的堆肥产品进行隔热保温。
加拿大和美国等还使用一种堆肥覆盖纤维布(Compostex?
)(如图5-11)。
使用堆肥覆盖纤维布,既能保证堆体氧气和二氧化碳通畅交换,又能促使过多水分蒸散。
在雨天有阻水作用,可避免营养成分损失,在干热天气又能保证堆体水分过多散发。
图5-11一种用于堆肥的覆盖纤维布
静态通风堆体一般在沥青或水泥地面上进行,以防止渗滤液对土壤的污染或对地面的腐蚀,并使堆体保湿、绝热、防止热量损失、防蝇并过滤氨气和其他可能在堆体内产生的臭气。
静态通风堆系统中,关键是通气系统,包括鼓风机和通气管路。
通气管路可以是固定式的,也可以是移动式的;
管路材料可以是可重复使用的,也可以是可降解的。
在固定式通气系统中,通气管路放入水泥沟槽中或者平铺在水泥地面上,上铺木屑等填充料形成多空气流通路径的效果。
还有一些固定式通气系统完全靠水泥沟槽充当通气管路。
水泥沟槽必须能支撑住上面堆料的压力。
移动式通气系统主要由简单的管道直接放在地面上构成。
移动式系统的优点是:
成本低,设计灵活,易于调整。
它比固定式系统使用得更普遍。
通风方式可采取正压鼓风或负压抽风,也可用由正压鼓风与负压抽风组成的混合通风。
正压鼓风就是用鼓风机将空气鼓入堆肥物料中,而负压抽风则是将堆肥物料中的潮湿高温气体用风机抽出。
正压鼓风的特点是输人空气均匀,有利于物料中气孔的形成,使物料保持蓬松,输气管不易堵塞;
能有效地散热和去除水分,其效率比负压抽风高1/3。
负压抽风易使物料压实过紧。
通风的控制方式可以有多种,一般常用温度或时间控制。
通过在堆体中安装温度反馈系统,堆体内部温度超过60℃时,鼓风机自动开始工作,排出堆料热量和水蒸气,使堆体冷却下来。
鼓风机也可以定时控制,每隔15~20min(具体时间根据实际情况确定)通风供氧。
为保证杀灭病原体,静态通风垛堆肥温度必须保持在55℃左右并至少持续7d。
为减小通风阻力,强制通风方式对堆肥物料的特性有较为严格的要求,具体如下。
①物料呈粒状,松散状。
②颗粒尺寸应均匀。
当堆肥原料为农业秸秆时,应先将秸秆切碎成1~5cm的长度,其中以1~2cm最为合适。
③物料含水率应控制在55%左右,以避免水分过多而引起的物料空隙容积减少甚至压实。
若通风方式使用翻堆与强制通风结合的方式,则成为强制通风条堆系统。
其操作除了定期翻堆外,其余与静态通风条堆系统相似。
静态通风堆系统的优点:
(1)相对于条形堆系统,温度及通气条件得到更好地控制;
(2)产品稳定性好,能更有效地杀灭病原菌及控制臭味;
(3)堆腐时间相对较短,一般为2~3周;
(4)由于堆腐期相对较短、填充料的用量少、占地相对较少;
(5)耗能较少的能量。
静态通风堆系统的缺点:
(1)堆肥易受气候条件的影响,常需要加盖棚顶,这样会增加投资成本;
(2)堆体高度至关重要,如果过高会影响通气,诱导厌氧呼吸条件。
三、槽式堆肥系统
槽式堆肥系统,是目前国内较流行的一种堆肥系统,它是将待发酵物料按照一定的堆积高度放在一条或多条发酵槽内。
在堆肥化过程中根据物料腐熟程度与堆肥温度的变化每隔一定时期,通过用翻堆设备对槽内的物料进行翻动,让物料在翻动的过程中能更好地与空气接触,并带走大量的水分,降低物料的温度与湿度。
图5-12所示为一槽式堆肥系统。
槽
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