固体废弃物的堆肥化处理技术

摘要：固体废弃物已成为限制城市发展的重要环境问题。堆肥化处理是固体废弃物资源化利用的一种方式，已逐渐被国内外所重视。本文综述了现有的三种堆肥化系统：条垛式系统、通气静态垛式系统和发酵仓式系统，介绍了三种系统的优缺点。
关键词：固体废弃物，堆肥化，堆肥系统
一、前言
固体废弃物是人类生产和生活过程中产生的副产品。随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，固体废弃物的排放量猛增。固体废弃物排放量的增长给城市环境带来了极大的威胁。据统计，1990年我国城市垃圾的清运量为0.69亿t，1995年已经达到1.2亿t，每年以10%的速度递增，预计到2000年将达到1.9亿t[1]。许多大中城市已处于被垃圾包围的局面。我国的污泥产量也随着污水处理事业的发展而迅速增加，目前的污水处理能力仅为污水产量的7%，根据国家计划，到2000年全国的污水处理率将达到20%～30%，到2010年污水的处理率要达到40%～50%，届时，每年将有大量的污泥产生[2，3]。固体废弃物的处理已经成为困扰各国城市发展和环境保护的难题。
固体废弃物处理的目标是无害化、减量化和资源化。要综合考虑各种因素，才能确定符合环境、经济和社会效益的处理方法。现在，国外固体废弃物的处理方法经过多年的实践与比较之后，正向资源化、综合处理的方向发展，固体废弃物堆肥的土地利用逐渐被各国所重视，成为固体废弃物主要的处置方法。
二、堆肥化的基本原理
堆肥化是将要堆腐的有机物料与填充料按一定的比例混合，在合适的水份、通气条件下，使微生物繁殖并降解有机质，从而产生高温，杀死其中的病原菌及杂草种子，使有机物达到稳定化[4]。根据处理过程中起作用的微生物对氧气的不同要求，可以把有机废弃物堆肥处理分为好氧堆肥和厌氧堆肥。好氧堆肥堆体温度高，一般在50～65℃，故亦称为高温堆肥。由于高温堆肥可以最大限度地杀灭病原菌，同时对有机质的降解速度快，目前，大多都采用高温好氧堆肥[5]。
图1描述了进行堆肥的基本步骤，它适合于所有的堆肥化系统。在这个基本步骤中主要的区别是堆肥系统-即堆肥技术的不同。

图1堆肥流程图[6]
三、堆肥化系统
不同堆肥技术的主要区别在于维持堆体物料均匀及通气条件所使用的技术手段。这些技术可以简单到把混匀的堆料堆成条垛式，然后定期翻堆倒垛以提供好氧条件，或者复杂到把堆料放入发酵仓中，用机械设备对物料进行连续的混匀，通过通气设备进行连续的通气。堆肥系统的分类大同小异，根据技术的复杂程度，一般分为三类：条垛式、通气静态垛式、发酵仓式系统[7]。
1.条垛式堆肥系统
(1)条垛式系统的原理
在堆肥系统中存在着技术水平等级之分。条垛式是堆肥系统中最简单的一种[8]。
这是一种最古老的堆肥系统，即将堆肥物料以条垛状堆置，垛的断面可以是梯形、不规则四边形或三角形。条垛式的堆肥特点是通过定期翻堆来实现堆体中的有氧状态。翻堆可以采用人工方式或特有的机械设备[6，9]。最普遍的条垛形状是3～5米宽，2～3米高的梯形条垛。最佳的尺寸根据气候条件、翻堆使用的设备、堆肥原料的性质而定。不管是为了便于操作和维持堆体形状，还是为了周围环境和渗漏问题，条垛式堆肥都应堆在沥青、水泥或者其它坚固的地面上。
翻堆的频率受许多条件限制。首先，翻堆的目的是提供堆体中微生物群的氧气需求，因此，翻堆的频率在堆肥初期应显著高于堆肥的后期。其他因素如：腐熟程度、翻堆设备类型、能力、防止臭味的发生、占地空间的需求及各种经济因素的变化。条垛式堆肥一次发酵周期为1～3个月[8，10]。
(2)条垛式系统的优缺点
尽管技术水平低，条垛式系统也有许多优点：1.所需设备简单，成本投资相对较低；2.翻堆会加快水分的散失，堆肥易于干燥；3.填充剂易于筛分和回用；4.因为堆腐时间相对较长，产品的稳定性相对较好。
条垛式系统的缺点也很明显：1.条垛式系统占地面积大(堆体本身占地面积大，又加之堆腐周期长)；2.需要翻动堆体进行通气，因此，要有大量的翻堆机械及人力；3.相对于其他堆肥系统而言，条垛式堆肥系统需要更频繁地监测，才能确保足够的通气量和温度；4.翻堆会造成臭味的散失，特别是当堆腐生污泥或未经稳定化的污泥时情况更为严重，这会造成与公众的关系问题；5.条垛式在不利的气候条件下不能进行操作，雨季会破坏堆体结构，冬季会造成堆体热量大量散失，温度降低，这些问题可以通过加盖棚顶来解决，但这会提高投资成本；6.为了保证良好的通气条件，条垛式系统所需要的填充剂比例相对较大。
条垛式系统一直被广泛采用[11-15]。美国1993年普查，条垛式系统占321个堆肥项目的21.5%。1993年加拿大普查全国121个运行的堆肥厂中，其中90个是条垛式系统[16]。条垛式系统在美国和加拿大等国使用比例较高，因这些国家有足够的土地面积。
2.通气静态垛堆肥系统
(1)通气静态垛系统的原理
相对于条垛式系统，能更有效地确保达到高温、提供进行病原菌灭活的堆肥系统称为Beltsiville(BARC)通气快速堆肥法[17]。通气静态垛系统就是根据BARC法发展起来的。通气静态垛与条垛式系统的不同之处：1.堆肥过程中不进行物料的翻堆[9]；2.通过鼓风机通风使堆体保持好氧状态[6，9，18]。在静态垛堆肥中，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[9，19]。整个堆体应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[20]。