2.5 原料調(diào)節(jié)與預(yù)處理

一個(gè)好的污泥堆肥系統(tǒng)首先考慮的就是起始物料的配比，以保證有合適的孔隙、水分、C/N以及能產(chǎn)生的熱值。在實(shí)踐中，通常采用的方法包括：加入有機(jī)的或無(wú)機(jī)的調(diào)理劑；加入膨脹劑，例如木屑、花生殼等；加入污泥堆肥腐熟回料；上述幾種方法的結(jié)合使用。

2.5.1 污泥堆肥輔料濕基質(zhì)的水分控制

如果污泥堆肥輔料濕基質(zhì)含水率達(dá)到80%以上，不能直接用于堆肥好氧發(fā)酵操作，因?yàn)槲锪纤值貌坏娇刂?，?huì)導(dǎo)致堆肥溫度降低而無(wú)法腐熟。通常，有機(jī)物料的水分含量越高，就需要越大的空間以保證充分通風(fēng)。養(yǎng)殖糞便、廚余垃圾均屬不易碎的物料，且缺少多孔結(jié)構(gòu)，另外具有可塑性，物料自重也會(huì)使料堆變得更加緊實(shí)，這樣孔隙體積會(huì)變得更少，使得堆肥發(fā)酵十分困難。

對(duì)于水含量過(guò)高的濕基質(zhì)，在設(shè)計(jì)或操作時(shí)應(yīng)注意：原料要進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)，以獲得易碎的混合物料，如適量添加鋸末、秸稈分、花生殼等；進(jìn)行能量調(diào)節(jié)，使得污泥堆肥啟動(dòng)快速，保證堆肥好氧發(fā)酵中的熱動(dòng)力平衡，包括添加能值高的物料或添加接種劑。另外還要考慮通暢的空氣供應(yīng)系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)，同時(shí)還要保護(hù)污泥堆肥混合物免受風(fēng)雨侵蝕和季節(jié)影響。

1．風(fēng)干

除了用回流腐熟料和調(diào)理劑進(jìn)行水分調(diào)節(jié)外，還可以在堆肥前對(duì)輔料濕基質(zhì)進(jìn)行風(fēng)干脫水，去除表面多余的水分。風(fēng)干一般僅在干燥地區(qū)適用，另外風(fēng)干脫水只局限于相對(duì)穩(wěn)定的基質(zhì)如消化污泥、牲畜糞便等。比較起來(lái)，風(fēng)干是非常有效且處理成本低的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)方式，也是能量調(diào)節(jié)的方式之一。

2．烘干

堆肥輔料濕基質(zhì)的另一種處理方法是在堆肥前對(duì)基質(zhì)進(jìn)行加熱烘干，也稱(chēng)為“熱脫水”。烘干和風(fēng)干一樣能很好地完成濕基質(zhì)的水分調(diào)節(jié)，保留可生物降解的固相，除去多余的水分。另外，烘干不會(huì)受外界環(huán)境影響，運(yùn)行穩(wěn)定。比較起來(lái)，烘干所需設(shè)備投資與運(yùn)行成本均比較高，因此，工業(yè)化污泥堆肥一般不采用烘干法來(lái)調(diào)節(jié)基質(zhì)濕度。

2.5.2 污泥堆肥物料的預(yù)處理

原料預(yù)處理是污泥堆肥生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)堆肥化進(jìn)程、腐熟效果以及產(chǎn)品質(zhì)量影響極大，然而在堆肥實(shí)踐中卻往往被忽視。

2.5.2.1 預(yù)處理對(duì)堆肥的影響

由于常用的堆肥輔料要么是些沒(méi)經(jīng)過(guò)任何處理的新鮮物料，水分大、雜質(zhì)多，如畜禽糞便中通?；祀s有大量秸稈或墊料；要么是些放置時(shí)間較長(zhǎng)，形成了大小不一粘結(jié)塊狀的物料，如干雞糞等。即使是一致性較好的原料，原料間也存在粒度的差異。由于水分、C/N、C/P、pH值等對(duì)發(fā)酵的影響將在本書(shū)后面的章節(jié)作詳細(xì)介紹，這里重點(diǎn)討論物料粒度對(duì)堆肥的影響。

1．對(duì)發(fā)酵速度的影響

堆肥物料粒度過(guò)大，不僅影響水分調(diào)節(jié)的效果，而且也影響混合的均勻度，特別是一些較大團(tuán)塊或纖維素含量較高的物料，如不加破碎或不破碎到一定程度，會(huì)造成微生物分解速度減慢，腐熟期延長(zhǎng)的后果。如常見(jiàn)的污泥加稻秸的堆肥，如果稻草不加粉碎，即使在夏季，完全腐熟大概需要2個(gè)月左右；如將稻草切成10cm的小段后與污泥混合，完全腐熟大約不到1個(gè)月；如果將稻草磨成3mm、5mm的草粉后與污泥混合，再有針對(duì)性接種，則其完全腐熟時(shí)間只要20d。由此可見(jiàn)原料預(yù)處理對(duì)發(fā)酵速度的影響。

2．對(duì)發(fā)酵效果的影響

不僅原料水分、C/N、C/P以及pH值等影響堆肥好氧發(fā)酵效果，物料粒度也影響到發(fā)酵效果。污泥堆肥過(guò)程中，通常能夠觀察到一些較大的團(tuán)塊沒(méi)有發(fā)酵或發(fā)酵不徹底，主要原因是團(tuán)塊較大時(shí)，要么水分吸收過(guò)多，含水量過(guò)大，物料內(nèi)部處于一種厭氧狀態(tài)，好氣性微生物不能繁殖或存活；要么是團(tuán)塊吸水性較差，物料內(nèi)部水分過(guò)低，微生物也無(wú)法生長(zhǎng)繁殖所致。

3．對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

污泥堆肥過(guò)程中，如部分物料沒(méi)經(jīng)發(fā)酵或發(fā)酵不徹底，會(huì)相應(yīng)增加未降解有機(jī)物的比例，同時(shí)也會(huì)提高病原微生物發(fā)生的概率；如部分物料處于厭氧發(fā)酵，該部分物料在產(chǎn)生臭氣的同時(shí)養(yǎng)分損失也大，同時(shí)厭氧性病原微生物繁殖或發(fā)生的概率也高，這些對(duì)堆肥產(chǎn)品質(zhì)量都會(huì)產(chǎn)生較大影響。

2.5.2.2 預(yù)處理環(huán)節(jié)

污泥堆肥輔料預(yù)處理涉及水分調(diào)節(jié)、粒度及均勻度調(diào)節(jié)、養(yǎng)分調(diào)節(jié)以及C/N、C/P、pH值調(diào)節(jié)等，通俗地說(shuō)，就是涉及物料的破碎、物料的相互搭配以及物料的均勻混合。

1．水分調(diào)節(jié)

由于堆肥原料水分差異大，而堆肥對(duì)水分又有比較嚴(yán)格的要求，通常采取物料水分高低搭配、干濕混合的辦法進(jìn)行水分調(diào)節(jié)。當(dāng)主料水分較高時(shí)，應(yīng)搭配較低水分含量的輔料；當(dāng)主料水分含量較低時(shí)，輔料的干濕狀況對(duì)水分調(diào)節(jié)不會(huì)產(chǎn)生大的影響；當(dāng)主輔料水分含量都高時(shí)，應(yīng)首先選擇干燥輔料或部分易干燥的主料，但應(yīng)以成本最低化為原則。

2．粒度及均勻度調(diào)節(jié)

堆肥輔料粒度調(diào)解時(shí)，還有一點(diǎn)要注意，粒度并非越細(xì)越好。通常情況下，當(dāng)輔料粒度達(dá)到一定限度后，它與混合后物料的孔隙度是成反比。生產(chǎn)和日常生活中，經(jīng)常遇到當(dāng)物料過(guò)細(xì)遇水呈“面糊”狀的現(xiàn)象。所以，粒度調(diào)節(jié)是為了尋求物料比表面積和物料空隙度的平衡，使堆肥物料保持較好的自然供氧量，以維持堆肥有機(jī)物較高的微生物分解速率。一般污泥堆肥輔料適宜的粒度范圍為3～15mm，最佳粒度范圍為5～10mm。不同的發(fā)酵或供氧方式對(duì)物料粒度要求不同，條垛式或靜態(tài)堆肥取上限，而具有曝氣或強(qiáng)制性通風(fēng)系統(tǒng)的取下限。常用的粒度調(diào)節(jié)方法有破碎法和混合法，破碎法就是將大的物料用粉碎設(shè)備進(jìn)行破碎至合適的粒度；混合法就是將高水分、過(guò)細(xì)的物料用適宜粒度的干物料進(jìn)行混合，調(diào)整至適宜的粒度。實(shí)際生產(chǎn)中一般都是將兩種方法同時(shí)使用。

在污泥堆肥調(diào)節(jié)過(guò)程中，與粒度調(diào)節(jié)密切相關(guān)的還有均勻度調(diào)節(jié)，即原料的混合均勻度。均勻度調(diào)節(jié)的好壞不僅影響到粒度調(diào)節(jié)，而且也影響到水分、C/N、C/P、pH值等調(diào)節(jié)，并最終影響到發(fā)酵效果。由于均勻度調(diào)節(jié)目前還沒(méi)有一個(gè)量化標(biāo)準(zhǔn)，只能采取目測(cè)或通過(guò)隨機(jī)取樣檢測(cè)水分、C/N、pH值等進(jìn)行判斷，而在生產(chǎn)實(shí)踐中往往被忽視。實(shí)際生產(chǎn)中，污泥堆肥物料的混合通常采用雙料斗雙螺桿混合機(jī)完成，混合均勻度能滿(mǎn)足工藝要求

3．養(yǎng)分調(diào)節(jié)

某些污泥堆肥好氧發(fā)酵除了需要進(jìn)行水分和孔隙調(diào)整外，可能還需其他的調(diào)節(jié)。如有些富纖維物質(zhì)像庭院垃圾、鋸末、秸稈粉和部分城市固體廢物與城市污泥混合進(jìn)行堆肥好氧發(fā)酵，可能缺少微生物快速增長(zhǎng)的必需營(yíng)養(yǎng)，需對(duì)初始堆肥基質(zhì)進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)調(diào)節(jié)，以保證微生物有合適的生物能量供其生長(zhǎng)繁殖?？梢哉f(shuō)，污泥堆肥中另一個(gè)易被忽視的環(huán)節(jié)就是堆肥的養(yǎng)分調(diào)節(jié)，也是導(dǎo)致堆肥產(chǎn)品質(zhì)量和應(yīng)用效果不穩(wěn)定的重要因素。目前，許多污泥堆肥設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都沒(méi)考慮過(guò)養(yǎng)分調(diào)節(jié)。其實(shí)污泥堆肥產(chǎn)品的銷(xiāo)售業(yè)績(jī)和實(shí)際應(yīng)用效果又主要是由養(yǎng)分決定的。不同的C、N、P含量可以獲得相同的C/N、C/P，但在肥料產(chǎn)品中卻形成了不同的養(yǎng)分含量。所以在項(xiàng)目和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，應(yīng)首先確定產(chǎn)品類(lèi)型，根據(jù)產(chǎn)品類(lèi)型估算出C、N、P等指標(biāo)基數(shù)，再根據(jù)現(xiàn)有物料的C、N、P的實(shí)際數(shù)，按照C/N、C/P確定值和發(fā)酵過(guò)程中C的揮發(fā)量，計(jì)算出應(yīng)補(bǔ)充的C、N、P數(shù)量。

細(xì)分析，污泥堆肥基質(zhì)需要一些無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)來(lái)保證微生物的生長(zhǎng)。在堆肥系統(tǒng)中氮的需求比其他無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物高，所以主要調(diào)節(jié)氮營(yíng)養(yǎng)。在好氧代謝過(guò)程中，微生物利用1份氮需要15～30份碳，即C/N=15～30為最好。如果C/N增加，則堆肥時(shí)間延長(zhǎng)，例如C/N為20，堆肥腐熟需要12d; C/N為78，則需要21d。含氮量低會(huì)造成“氮”營(yíng)養(yǎng)匱乏，限制微生物生長(zhǎng)繁殖，影響整個(gè)堆肥進(jìn)程。去除一部分高含碳物質(zhì)或（和）加入一些高含氮物質(zhì)可以解決高C/N的問(wèn)題。

如果C/N小于或等于15，則氮過(guò)量，不會(huì)出現(xiàn)氮匱乏的情況。堆肥文獻(xiàn)中通常認(rèn)為堆肥混合基質(zhì)的C/N必須在15～30范圍內(nèi)，其實(shí)不然；只是C/N在15～30時(shí)可避免氮營(yíng)養(yǎng)匱乏。當(dāng)C/N小于15時(shí)，過(guò)量的氮會(huì)隨氨揮發(fā)而損失，對(duì)堆肥發(fā)酵進(jìn)程并無(wú)負(fù)面影響。

應(yīng)用C/N指標(biāo)時(shí)一般假定碳源和氮源基質(zhì)都是易降解的。對(duì)于難降解的有機(jī)氮，則不管C/N多少，這部分氮都是無(wú)效的。不過(guò)，自然狀態(tài)下的基質(zhì)所含的氮絕大部分都是在蛋白質(zhì)分子中，相對(duì)易降解。另外，如果存在難降解的碳源基質(zhì)，即使是過(guò)高C/N，也不會(huì)影響堆肥進(jìn)程，因?yàn)檫@部分碳幾乎不參與微生物的分解和合成。