好氧堆肥发酵车间的环境控制方案

曾庆东，韦建吉，杨浩君，黄晓军（广东省现代农业装备研究所，广州　510630）



好氧堆肥发酵车间的环境控制方案

曾庆东，韦建吉，杨浩君，黄晓军
（广东省现代农业装备研究所，广州510630）

摘要：从好氧堆肥工程实例出发，综合堆肥空间二次密封、水汽液化收集、尾气收集处理、渗沥液过滤收集等方法，解决堆肥工程的二次污染问题。

关键词：好氧堆肥，二次污染，水汽液化收集，环境控制

0　引言

堆肥是有机废弃物实现无害化处置和资源化利用的重要技术手段。好氧堆肥由于符合生态学效应、经济效益好得到蓬勃发展。但有机物在堆放和堆肥过程中，由于工艺或工序的原因，会产生大量有害气体（包括NH3、H2S、SO2）或其它化合物，并随着气体散发到空中，污染周边大气，对环境影响较大。所以堆肥场往往成为二次污染源。

目前堆肥厂或建设在偏远地方，不建废气处理设施，任由臭气无序排放，造成二次环境污染；或采用常规环保处理装置，密封厂房，收集尾气，通过大型的废气处理装置处理臭气，但投资大且运行成本高，所以经常当作摆设停用；或通过调整堆肥配方、保证曝气强度等堆肥管理措施，有效减少臭气的产生，但无法达到直接排放的要求。

1　技术路线

堆肥过程由于氧化作用，产生CO2、H2O和热量。热量能使料堆升温到55℃以上，可以实现以下目的：①促进好氧菌繁殖；②高温可以杀灭有害细菌和杂草菌种，实现无害化的目的；③加热堆体内的水分转变为蒸汽挥发掉。通过好氧堆肥发酵，有机废弃物经过微生物的分解、合成作用，形成稳定的有机物质（有机肥料），达到无害化和资源化的目的。好氧堆肥过程可用如下反应式表示：

（在合成稳定有机质的过程中，不同的细菌会分解出不同的代谢物，一般好氧菌产生NH3、CO2、H2O，厌氧菌产生硫化物、胺类化合物、甲烷等）

从反应式看出，发酵过程会产生CO2和H2O。其中大部分的H2O以蒸汽状态逸出堆体，部分以渗沥液向下沉积，再经曝气系统吹入堆体，受热蒸发。由于微生物的分解作用，堆体会产生挥发性的物质如NH3、H2S和其它气体物质，这些物质受到鼓风、水汽、排风等因素影响而逸出堆体，首先污染发酵车间，进而影响堆肥厂及周边大气环境。因此，堆肥车间的环境控制系统是堆肥厂重要部分。

从发酵过程产生的物质看，除CO2和H2O外，其它都是肥料产品的有用养分，应予吸收利用。在标准状况下，气态H2O的体积为1.2 m3，是液态H2O的1 000多倍，所以去除气态H2O需要大量的排气来实现目的。也就是说，发酵过程中堆体散发大量的蒸汽需要通过大量的气流交换来带走。由于大量通风，堆体中可挥发的臭气物质与空气混合，极大地增加了废气的处理成本。如要达到环保要求，必需加大投入，加大投入必定带来运行费用高，这样一来，也许会使堆肥化处理成为亏本项目。

发酵车间环境控制方案设计，其核心工作是将堆体中的水分散发分离出来，将发酵过程中堆体散发出的大量水蒸汽转为液体状态后再行收集处理。具体就是使向上挥发的水汽通过拱顶薄膜装置收集，向下沉积的渗沥液通过集中回收利用，这样就可以最大程度地减少废气排放量，也就可大大地缩小废气处理规模。

两极化——中大型软件平台向行业化应用垂直深入，整合的功能和业务越来越丰富；中小型软件平台向轻量化应用演变，界面功能和交互操作越来越简捷。这两个看似矛盾的方向，根本上是为解决不同用户的需求，本质上都是依托先进强大的底层架构。

2　构成和工作原理

发酵车间环境控制方案设计主要由水汽收集装置、渗滤液收集装置、曝气装置、尾气处理装置构成，见图1。

1.密封厂房；2.滴水收集槽；3.薄膜拱顶；4.吸风口；5.发酵堆体；6.回风管；7.排风管；8.除尘与冷却装置；9.引风机；10.除臭装置；11.渗滤液过滤层；12.渗滤液收集管；13.底部曝气布风管；14.鼓风管；15.鼓风机图1　发酵车间环境控制方案设计示意图

2.1水汽收集装置

水汽收集装置由薄膜拱顶和滴水收集槽组成。

薄膜拱顶选用防滴型大棚用薄膜或其它材料，四周也要围闭（设卷帘门、推拉门方便翻堆机等工作设备进出），实现发酵空间全密封。

防滴膜能使靠近棚膜的空气中的水汽吸附到膜的表面，形成水膜沿拱壁向下流滴，滑落到拱顶壁侧，从而防止和消除棚内的雾气，液滴不会直接从棚膜上滴下来。

功用：①对发酵槽进行二次密封，防止尾气无序排放；②使发酵蒸发的水汽在拱顶遇冷后，凝成水滴沿拱顶内侧面流到底部，再在拱顶两边安装收集槽接走。这样大量的水分能以液体的状态收集，不以蒸汽状态随尾气排出室外，可以大量减少排风量，也减少了臭气散发量，降低了尾气处理难度。

2.2渗滤液收集装置

渗滤液收集装置由渗滤液过滤层、渗滤液收集管和外部的集液池组成。

发酵过程由于物料分解，物料内部水分会大量释出向下渗沥。一般的堆肥系统通过鼓风管道排放废液，会存在鼓风状态下水分又进入堆体的问题。堆体下部（地面以下）设渗滤液过滤层和收集系统，渗滤液收集管与曝气布风管一下一上分开，互不干扰。

渗滤液过滤层的材料可用砾石、谷壳、粗木屑等结构疏松、能贮气的材制作，好氧微生物可依附生存。

功用：①渗滤液经过富含好氧菌的过滤层后，部分养分成为过滤层微生物的营养成分，维持过滤层的活性；②吸附大量有益微生物菌的渗滤液继续发酵，可作为发酵菌液或液体肥原料处理；③水分以渗滤液形态被收集，减少了需吸热化为蒸汽的热值损耗，也减少了废气处理量；④活性过滤层含有大量的微生物，成为新料的发酵床和微生物库，新料第一时间就被大面积接种，加快发酵速度。

2.3曝气装置

曝气装置由鼓风机、鼓风管、回风管、底部曝气风管组成。

为维持堆体好氧发酵，需定时定量从堆体底部鼓入空气。通过计算堆体发酵的需气量确定鼓风机流量后，选用风量大一级的鼓风机，鼓风机入口加装回风管，可以把飘逸在堆体上部的臭气混合新鲜空气后鼓入堆体，由堆体吸收臭气成分，减少排出系统，提高肥料的养分浓度。

2.4尾气处理装置

尾气处理装置由吸风口、排风管、除尘与冷却装置、引风机、除臭装置组成。

采用以上三项措施后，大部分的水分通过蒸汽冷凝、渗滤的形式排出堆体，水分蒸发减少，排放的尾气量也大为减少。废气经除尘后进入洗涤塔或生物滤池等除臭装置，达标排放。

3　应用效果

该方案通过中试工程项目的应用表明，发酵车间排放的尾气量，约相当于常规模式的十分之一左右，同时堆肥成品氮含量约提高1.5个点左右。通过建造良好的通风模式、水分分离收集模式，营造了一个可控、标准的良好发酵环境，不但可以减少尾气处理的投资和运行成本，也提升了堆肥的品质。

簿膜拱顶对发酵堆体进行二次密封，有效控制臭气无序散发，也减少了堆体上部空间，减少了通风量，减少了尾气处理规模；从防滴膜收集的液体（含有大量的微尘）和从渗滤层收集的发酵渗沥液，混合后可制作为发酵菌液或液体肥原料，用于发酵前接种或直接做液体肥使用。

发酵渗沥液过滤层除过滤渗沥液外，渗滤层成为一个发酵微生物库，也就成为了堆肥过程的接种床，使发酵环境更加稳定，发酵过程加速（从中试过程观察，半年后发酵效果，比刚改造初期的效果变化十分明显）。

曝气装置增加回风管，一方面将部分发酵棚内的空气循环回用，通过堆体自身收集挥发性的臭气，减少尾气处理难度，增加肥料养分；另一方面也起到平衡风量的作用，新鲜空气仅通过引风系统从堆肥空间的各处泄漏点引入，可以保持堆肥空间处于微负压的状态，有效防止臭气外逸。

该方案综合利用密封发酵、生物菌床过滤渗沥液、回风曝气、生物除臭和尾气处理技术，低成本地实现堆肥生产工艺的标准化、环保化。

4　进一步的改进措施

项目建设的工程作为中试装置，堆肥空间内的机械操作（翻堆作业、布料作业、出料作业）采用遥控方式来操作，还需要操作工人经常进出发酵空间，用目力观察系统运行情况。目前已着手研发远程控制系统，现场采用视频监控、信号无线传送方式，在总控室通过电脑操作机械作业，实现现场无人化操作，把工人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，为建设生产环境可控，产品质量可控的理想厂区（主要是建设密封式的发酵车间）提供基础条件。

支持项目：2012年度省级现代农业科技提升专项（粤财农［2012］626号）

作者简介：曾庆东，高级工程师，主要从事农业废弃物资源化处理工程技术研发与推广工作。