粪便与生活垃圾混合堆肥过程控制

摘要：采用强制通风静态仓进行粪便和生活垃圾混合堆肥，以玉米秸为调理剂，石灰调节pH，考察正压鼓风和负压抽吸2种通风方式对不同堆料配比堆肥过程的控制效果。试验结果表明，5种堆料配比的中层温度都达到了50℃，并保持了5d以上，达到了堆肥无害化和稳定化的要求。正压鼓风堆料底部温度较低，负压抽吸堆料底部热量容易聚集，但是后者堆体温度分布相对均匀。负压抽吸对水分的去除效果差于正压鼓风。对于温度未达到50℃的堆料应回流处理保证无害化。粪便有机物含量高，堆肥初期易酸化，添加石灰调节pH，使堆肥顺利升温，缩短发酵期，石灰合理添加量为2%(质量分数)。采用负压抽吸的通风方式，散除堆肥初期的挥发性有机酸，再经过冷凝除臭器脱酸除臭后排放，是一种可取的方式。
关键词：粪便；生活垃圾；通风；堆肥；石灰
目前，国内外城市粪便的处理场，大多采用粗过滤、除砂、除泥脱水等工艺，最后进入市政管网。脱水机排出的干渣由堆肥厂收购，制成有机肥回收利用[1]。日本以锯末为基质的粪便堆肥生态卫生设备作为分散式处理系统的重要子系统[2]。印度在寒冷的西北部大力推广人粪便堆肥代替化肥提高土壤肥力[3]。城镇粪便粘度高、含水量高、粒子细微、富含有机质。脱水后颗粒粘结性好、孔隙率低、容易结块，堆肥过程中不利于通气供氧[4]。通风是堆肥系统中最重要的因素，可用来控制堆肥过程的温度和氧含量[5，6]。加之粪便的碳氮比低，单独堆肥时不利于微生物的生长，可以与生活垃圾混合，并添加合适的调理剂调节含水率、孔隙率和堆体结构。冯磊等[7]向家庭生物有机垃圾中添加5%(质量分数，下同)、10%及20%的秸秆为膨松剂，各堆体均有较好的升温。由于粪便堆肥可能发生酸化现象，应考虑加入石灰，调节pH。陈广银等[8]用石灰预处理后的树叶堆肥，结果表明其有利于堆肥有机质的降解、堆肥碳氮比的降低和堆肥过程中氮素的损失减少。WONG等[9，10]的研究表明，在污水厂污泥堆肥过程中添加<1.0%(质量分数)石灰能够降低重金属的利用，提高堆肥初期的pH，在堆肥全过程中微生物数量没有减少，酶活性也未降低。添加石灰，还可以抑制堆肥过程中的臭气[11]。
笔者采用强制通风静态仓为堆肥试验系统，进行粪便和生活垃圾混合堆肥，以玉米秸为调理剂，用石灰调节pH。设置2种通风方式(正压鼓风和负压抽吸)进行对比，考察其对不同堆料配比堆肥过程的控制效果。
1材料与方法
1.1试验装置
强制通风静态仓采用具有保温外层的UPVC圆柱筒，直径300mm，高度1.2m，有效容积84L，下部设有渗滤液排放口，上部设有锥形集气罩。2种通风方式的强制通风静态仓主体结构相同，通风布气系统不同。正压鼓风时，使用鼓风机，通过仓底布气板使空气均匀通过堆体，堆肥气体通过锥形集气罩和排气管排向室外；负压抽吸时，使用穿孔管和离心风机，抽吸堆肥气体，通过锥形集气罩、排气管和冷凝除臭器排出。负压抽吸强制通风静态仓试验装置如图1所示。

图1负压抽吸强制通风静态仓示意图
静态仓在距底部900、600、300mm处设有测温取样孔，分别放置温度传感器，测定堆料上层(C)、中层(B)、下层(A)的温度，温度传感器易拆卸，拆下后即可取样。
采用时间—温度反馈的通风控制方式。在堆肥升温期间，采用时间控制器控制鼓风机，风机功率20W。试验中的通风量分段控制，升温期，通风量为0.05m3/min(以每立方米堆料计，下同)，通风频率为10min/h；50～60℃时，通风量为0.08m3/min，通风频率为15min/h；60℃以上时，靠温度控制器自动启动鼓风机；降温期，通风量为0.04m3/min，通风频率为8min/h。
1.2试验材料
堆肥用粪便取自哈尔滨市太平区露天公厕，采集的粪便样品基本性质如下：pH7.9～8.1；COD23193～41039mg/L；BOD516735～16957mg/L；TN3060～4370mg/L；含水率91.36%～95.86%，脱水后含水率80%左右。堆肥用生活垃圾取自校园附近居民区。经手工分选去除金属、塑料袋、玻璃瓶和石块等杂物，破碎至2～3cm小块。
用稻草在强制通风静态仓布气板上铺设一层厚度为10cm的垫层。根据堆肥原料的碳氮比、含水率，按照表1所示的堆料配比将堆肥原料按比例混合后装入静态仓。为了避免粪便堆肥可能发生酸化的现象，2#～4#堆肥原料混合时加入石灰。在堆体顶部铺设一层厚度为3cm的熟堆肥，起到保温和除臭的作用。
表1堆料配比

1.3采样与分析方法