城市生活垃圾好氧堆肥通风系统设计

我国对城市生活垃圾的处理方式有填埋、焚烧、堆肥，其中尤以填埋为主。填埋作为废物的最终处置方式是可取的，但由于我国80%以上的城市生活垃圾都是填埋处理，无疑造成这一资源的浪费。城市生活垃圾中不仅蕴涵着大量的能源物资（碳素），也有着丰富的作物所需营养物质（氮、磷、钾和微量元素）。而堆肥处理可以很好地实现城市生活垃圾的资源化、减量化、无害化，人们也越来越关注城市生活垃圾的堆肥化设计研究。

在城市生活垃圾堆肥化设计过程中，通风系统的设计是关键，良好的通风不仅能够为垃圾堆体中有机物好氧降解提供足够的氧量，而且也为微生物充分发挥活性提供适宜的温度。合理的通风方式、通风量和通风控制方法使生活垃圾整个堆肥化过程能够高效低耗地进行。

1、通风方式的选择

城市生活垃圾好氧堆肥的通风方式主要有自然通风、定期翻堆、强制通风。

自然通风亦即表面扩散供氧，是利用垃圾堆体表面与堆体内部氧的浓度差产生扩散，使氧气与物料接触从而为垃圾发酵提供氧气。经理论计算，通过表面扩散供氧，在一次发酵阶段只能保证离表层22cm内有氧气。显然此种通风方式对垃圾堆体内部供氧明显不足，堆体内部容易出现厌氧状态，堆肥过程升温与降温非常缓慢，从而会延长堆肥周期。虽然节省能源，但并不适合实际生产。

定期翻堆则是在自然通风基础上，在堆肥过程中对堆体进行翻堆，利用固体物料的翻动使空气进人固体颗粒的间隙中以达到供氧的目的。翻堆具有使堆料混合均匀、促进水分蒸发、干燥堆肥的优点。但在堆肥升温阶段堆体需氧量加大，势必要增加翻堆频率，而垃圾堆体内的氧在约30min后就被耗尽，因此必须以较高的频率对堆体进行翻堆才能满足堆体发酵所需的氧，这在实压生产中很难实现而且也难以操作。

强制通风是通过机械设备（风机）对堆体通风供氧。这种通风方式在堆肥开始阶段能充分供给堆体发酵升温所需的氧，在高温阶段则可更好地控制堆体温度使好氧菌保持活性，在后期阶段则起着去除水分、加快堆体降温作用。与前两种通风方式相比，供氧效果好，加快了堆肥的反应速率，从而缩短堆肥周期，一般一次发酵时间2d左右就可完成，在实际工程中此种通风方式应用广泛。

2、通风系统设计

在强制通风中，通风系统的设计要合理、高效，其中最重要的是通风管道设计与风机的选择。

2.1通风管道设计

通风系统设计之初，应先根据堆体形状大小和多少对通风管道进行合理布置。通常遵循的原则是：通风管道对称布置，通风管道上的通风孔分布也应均匀，从而保证对堆体各部分能均匀供氧使物料充分发酵。

整个通风系统通风量依据《城市生活垃圾堆肥处理厂技术评价指标》中静态堆肥每立方米垃圾0.05～0.20m3/min的通风量取值，完全满足堆体发酵过程中供氧及冷却所需通风量。

按照通风设计标准，通风系统中干管风速应控制为6～14m/s，支管则为2～8m/s。利用如下公式确定各干管与支管管径：

式中，q通过风管风量，m3/h；ν气体设计流速，m/s；d风管管径，mm。

2.2风机选择

风机的选择根据整个通风系统所需风量及风压确定。

其中风机额定风量由下式确定：

q额=k•q总，

式中，k通风系数，一般取1.1；q总系统通风量，m3/h；q额风机额定风量，m3/h。

风机风压要保证气流能克服通风管道阻力并到达堆体中绝大部位，因此风机风压可由下式确定：

式中，△p压力损失，pa；△py沿程阻力，pa；△pj局部阻力，pa；△pν堆体压力降，pa；k2压力系数，一般取1.1。

通风系统沿程阻力和局部阻力的计算应选择通风系统中最不利环路，即选择气流路径最长的管道计算。

式中，li最不利环路中不同管径通风管管长，m;rmi相应风管单位长度摩擦阻力，pa/m；ξi最不利环路中弯头、变径管等局部阻力系数；pdi经过弯头、变径处的气体动压，pa；h堆体高度，m。

在已知通风管道风速及风量情况下，从《全国通用通风管道计算表》直接或者利用插分法得到rmi与pdi的值；ξi值根据风管实际连接情况确定。

3、通风控制方法的确定

在好氧堆肥过程不同阶段，通风目的也会不同，因此通风控制要有针对性。

通常把好氧堆肥过程分为升温阶段、高温阶段、降温阶段。当垃圾进人堆肥车间后，就开始进人堆肥的升温阶段，此阶段嗜温性微生物比较活跃进而分解堆体中的有机物，通风主要是为微生物发酵提供氧气，当堆体温度逐渐上升至45℃，堆肥进人高温阶段；在高温阶段嗜热性微生物代替嗜温性微生物进行分解活动，堆体温度由 45℃升高到70℃以上，微生物的分解活动在此温度下就会受到限制，此时通风目的除为微生物活动提供氧外还应起着降温冷却作用；当高温持续一段时间后，随着微生物活动的减弱，温度开始下降到40℃左右，堆体需氧量大大减少，此阶段则主要应进行散热通风。

根据以上分析，在堆肥升温阶段及高温阶段应进行鼓风，通风量略大于降温阶段通风量，既达到为垃圾堆体发酵过程供氧的目的，又防止因风量过大而导致垃圾堆体难以升温；而降温阶段应进行抽风，这将有利于堆体尽快降温、排除堆体多余水分。

通风具体控制方法可分为温度反馈控制法、耗氧速率控制法及综合控制法。

温度反馈控制法是通过温度传感器反馈堆体内部温度来控制风机通断、鼓风或抽风的方法，使堆体温度在高温阶段维持在60℃以下，55℃以上5～l0d，达到无害化；在降温阶段堆体能迅速降温，完成堆肥化。

耗氧速率控制法是通过氧气传感器测定堆体内部耗氧速率来控制通风量的大小及通风时间，使堆体内部耗氧速率保持在好氧微生物活动所需氧浓度10%以上。综合控制法则是指将温度传感器和氧气传感器所测得的数据连续输人计算机，经过程序加工处理后，来反馈控制风机的通断，它可将温度反馈控制法和耗氧速率控制法有机结合起来，保持最佳的堆温和氧含量，使水分含量逐渐降低，从而获得满意的卫生学效果和合格的堆肥产品，并实现堆肥通风系统的自动化控制。

在垃圾堆肥过程中主要是微生物的好氧分解，虽然耗氧速率控制法能够对堆肥过程进行最为直接有效地控制，但并不能很好地控制堆体温度。相反温度反馈控制法则可以，并且可有效去除堆体内多余水分。综合控制法对整个堆肥系统的要求较高。

因此，在实际生产中，更多的选用温度反馈控制法。

4、应用实例

某市垃圾综合处理厂堆肥车间设计处理规模为80t/d，采用静态好氧强制通风方式，设计一次发酵周期20d。堆体大小30m×4m×2.5m，两天垃圾量作为一个堆体（垃圾容重按0.6t/m3）。

通风管道布置遵循均匀对称原则，在堆体底部中间纵向铺设通风干管，长29.5m，干管两侧对称布置长1.8m支管，相邻支管纵向间隔3m，支管周身穿孔，孔径10mm，间距50mm。

依据《城市生活垃圾堆肥处理厂技术评价指标》，每个堆体所需通风量为1800m3/h，每路支管风量为90m3/h。

采用假定流速法确定干管管径为250mm，支管管径为100mm。根据上面方法分别计算整个风系统管路阻力△p=2616.5pa，其中沿程阻力△py＝53.9pa，局部阻力△pj=62.6pa（包括风机出口压力损失），堆体压力降△pv＝2500pa.

在保证通风系统运行时风量和风压有一定余量情况下，风机依据风量为1980m3/h和风压为2883pa选择4-72no5a离心通风机。

为使整个通风系统运行合理有效，在堆肥过程中有必要采用变化的通风量。堆肥初期风机以较小风量对堆体进行鼓风，使堆体温度逐渐上引至55℃以上；接着加大通风量，使反应热与散热量持平，防止堆温高于60℃不利于微生物的活动，当堆温在55～60℃就停止通风，当堆温超过60℃时就开启风机，风机的开停由安置在堆体中的温度反馈器来控制，如此反复，持幸7～10d；后期则改为抽风方式，逐渐减少通风量，使堆温降低。

5、结束语

在堆肥通风系统设计中，堆肥一次发酵通常应选择强制通风的通风方式，缩短堆肥周期，为堆肥生产运行提供保障。出于节约能源的目的，二次发酵可选择自然通风方式，使堆肥最终干化，完成垃圾堆肥化。

堆肥是将城市垃圾转化为资源的有效方法，随着社会经济的发展，资源和环境问题会受到广泛的重视，对城市垃圾的堆肥处理有着很好的应用前景，堆肥通风系统的合理设计将保证垃圾堆肥的高效低耗。