3.2 靜態污泥堆肥

20世紀70年代初，出現了通氣靜態污泥堆肥系統。通氣靜態堆肥工藝是由美國農業部馬里蘭州BELTSVILLE的農業研究中心開發的。1972—1973年間，該中心成功開發出了利用木屑作為膨脹材料處理消化污泥的條垛式堆肥工藝，但當把該工藝用于處理粗污泥時遇到了產生臭味的問題。通氣靜態系統就是為了解決堆肥發酵過程中產生臭味的問題開發的。該工藝稱為“靜態堆肥”工藝，有時也稱BELTSVILLE工藝。

靜態污泥堆肥工藝一經推出，便在美國得到了廣泛應用，1993年就有超過92座此類設備裝置在運行。靜態堆肥法使用管道及鼓風機向堆體供氣。當管道建造好以后，在正常的污泥堆肥過程中不需要對原料進行翻堆。如果空氣供應很充足，堆料混合均勻，堆肥腐熟周期大約為3～5周。靜態堆肥示意圖如圖3-1所示。

靜態堆肥技術是將污泥原料和堆肥輔料的均勻混合物堆放在用小木塊、碎稻草或其他透氣性能良好的物質所做成的基墊上，再通過基墊下面的通風管道強制通風的一種污泥堆肥技術。透氣性能良好的基墊包裹著通氣管，通氣管道與向堆體供氣或抽氣的鼓風機相連。根據原料的透氣性、天氣條件以及所用設備能達到的距離來進行堆體布料。布料相對高的堆體有利于冬季保存熱量，另外可能需要在堆體的表面鋪一層腐熟堆肥，使堆體保濕、絕熱、防止熱量損失、防蠅并過濾堆肥過程中產生的氨氣和其他可能在堆體內產生的臭氣。

采用靜態污泥堆肥好氧發酵工藝，應注意以下幾種情況。

3.2.1 多孔基墊的高度控制

靜態污泥堆肥技術是通過透氣性基墊包裹的通氣管把空氣傳送到堆體內，使堆肥堆體內供有氧發酵的氧氣充足，好氧微生物順利降解污泥中的有機物，使不穩的無機物逐步降解為穩定的腐殖質的一種城市污泥處理處置方法。當空氣通過管道的時候（在鼓風機的作用下主動運輸），多孔的基墊均勻分布從管道中傳過來的空氣，緩慢勻速提供給污泥堆肥堆體。如果基墊的多孔材料過多，堆肥料堆的量勢必要減少，達不到大規模處理污泥的目的。如果基墊層太少，污泥堆肥混合物堆壓后，其透氣性和分布均勻性就會大打折扣，不能保證污泥堆肥的好氧發酵順利進行。因此，采用此工藝處理城市污泥，其由木屑和稻草形成的多孔基墊厚度只為整個堆肥堆體高度的1/3～1/4。透氣基墊的長度比堆肥堆體的長度稍大一點為宜。還有一點要注意的是，這種靜態堆肥工藝的關鍵點在于木屑透氣墊層能保證污泥堆肥工程中的有氧供給，那么在處理污泥的過程中要注意墊層的透氣性良好與否，應及時更換和修復木屑透氣墊層，以確保污泥堆肥好氧發酵的腐熟效果。

3.2.2 堆體的長度控制

污泥堆肥的堆體長度在堆肥好氧發酵過程中也需要嚴格控制，它的長度受堆體中氣體輸送條件的限制，并非越長越好或越短越好。如果堆體太長，距離鼓風機最遠的堆肥位置很難得到氧氣，造成局部厭氧狀態，影響堆肥的腐熟期及腐熟效果。如果污泥堆肥的堆體太短，處理規模不足，達不到大規模使污泥減量化、無害化、穩定化的效果。還有一點需強調：為了增加污泥堆肥物料本身的透氣性，在堆肥處理之初，需要往污泥中添加硬度較大、水含量較低的固體調理劑（如稻草和碎木片）混合均勻，來維持堆體良好的通氣性結構。

3.2.3 鼓風機的控制

為了使空氣分布更為科學合理，糞便或污泥在污泥堆肥好氧發酵之前必須和有針對性的調理劑徹底混合。另外，堆肥所需的鼓風速率、鼓風機的選型以及通氣管道都由污泥處理規模及方式透過鼓風機控制系統所決定。對堆肥堆體通氣是靜態污泥堆肥的關鍵操作，直接關系到污泥堆肥的腐熟效果和腐熟期長短。關于通氣的控制方式，可由兩種不同方法來控制鼓風機，它可以連續工作或間歇工作。一般采用間歇式控風。間歇式控風也有兩種方式：一是設定定時開關程序；二是采用溫度傳感器串聯控制。定時控制的原理是采用定時器控制鼓風，是一種簡單而又廉價的方法。該方法可通過控制時間來提供足夠的空氣以滿足污泥堆肥對氧氣的需要。其缺點是，這種方法并不能保持堆肥的最佳溫度，有時溫度超過所需的限度仍不停止送風，堆肥腐熟的速度也會由于過高溫而受到限制。溫度控制法的原理是采用溫度傳感器（如熱電偶）進行實時監測，當堆體溫度達到設定溫度時，從傳感器中發出的電子信號能使控制器讓鼓風機停止工作；當堆體溫度達到設定的高溫點時，可使鼓風機啟動送風起到降溫的作用；當堆體冷卻到設定的低溫點時，系統則會關閉鼓風機。與時間控制方法相比較，溫度控制所需的鼓風機更大，氣流速率更快，因而需要更昂貴和更先進的溫度控制系統。

為了保證污泥堆肥的腐熟效果，通風速率是一個重要的工藝參數，其含義是表示每噸干固廢物每小時需要提供的風量，其計量單位是m3/（h·tds）。實踐證明，大部分堆肥所需氧氣的理論值是1.2～2.0O2/g揮發性固形物。通風速率可分為最小、平均和最高速率。最高通風速率通常是平均通風速率的4～6倍，其對間歇堆肥過程的影響大于對連續堆肥過程的影響。有觀點認為通風管的間距是整個堆肥堆體達到高溫堆肥階段的關鍵，通風速率應為9～15m3/（h·tds）。BELTSVILLE工藝通常需要提供14.2m3/（h·tds）的通風速率以保證堆肥堆體氧氣在5%～15%之間。新的設計要求通風量要達到65.8m3/（h·tds），頂峰時接近142m3/（h·tds）。高風量設計目前已經無一例外的均在使用。由此可見，良好的通風效果對污泥堆肥的快速高效腐熟多么重要。

3.2.4 靜態堆肥系統的步驟

（1）按比例把物料和調理劑混合。

（2）在永久的通氣管或臨時的多孔通氣管上覆蓋約為10cm厚的調理劑形成透氣墊層，也可稱之為堆肥床。

（3）把物料/調理劑的均勻混合物堆加到堆肥床上。

（4）當堆體高度在1.5～2.0m時，在堆體的外表覆蓋一層已過篩或未過篩的堆肥腐熟料。

（5）把鼓風（空壓）機連接到通氣管道上。

此時污泥堆肥堆體即開始好氧發酵。鼓風機可以把風吹到堆體內（強制式），也可把風吸出堆體（誘導式）。在誘導式控制模式下，鼓風機排出的廢氣可以收集起來，經過脫臭再達標排放。通氣堆的停留時間一般為21d, 21d后堆體就被拆除。這里21d的腐熟時間之確定并沒有科學依據，僅僅是人們認為大多數物料經過這么長時間后可堆肥發酵良好，停留更長時間也可。

考慮到膨脹材料體積較大，成本較高（如木屑）以及清除大型膨脹材料后可改善產品質量的情形，一般要求發酵完成后要把膨脹材料分離出并得到再利用。若采用木屑或其他可降解材料作為膨脹物，發酵過程中必然存在降解和物理性破碎，最后由于基質直徑的減少有些膨脹物會通過篩眼進入發酵料中，這樣就需要在下次發酵時添加膨脹材料以保持平衡。通常堆體下還會有一些淋出物，在誘導式通風控制模式下，吹風機風頭下必須設置一個水池，以收集沉淀物，這些淋出物和沉淀物均應達到收集和處理。