堆肥发酵工艺流程及系统规模的计算

  堆肥发酵的目的是使废弃物中的挥发性物质降低，臭气减少，杀灭寄生虫卵和病原微生物，达到无害化目的。同时使有机物料的性质变得疏松、分散，矿化释放N、P、K等养分，便于储存和使用。

 一、堆肥发酵工艺流程

  堆肥发酵工艺流程般包括发酵、翻堆、曝气等环节。堆肥发酵过程中，通过翻抛、曝气等强制供氧方式，在发酵堆体内形成好氧发酵环境。氧的供给情况和发酵车间保温程度对堆肥的温度上升有很大影响。可根据堆肥物料的温度、水分、氧含量等参数的变化及时进行工艺控制，使堆肥温度可以上升至60~70℃。堆肥周期般为15~20天，经过个周期的堆肥，发酵后的含水率大幅度降低（般小于40%）。

 二、堆肥发酵系统构成

  发酵系统设备因堆肥类型而存在差异，条垛式堆肥设备配置简单，功能单，通过对物料的机械搅动起到翻堆曝气作用；而槽式堆肥设备相对齐，有布料系统、翻堆系统、曝气系统等。以槽式堆肥为例，其发酵系统由发酵槽、布料机、翻堆机、移行车、曝气系统等组成。

  发酵工艺为设施的核心工艺，分为次发酵和二次发酵（熟化），基本设备由发酵设施、通风设备和加水设备构成。

  1、发酵设施

  发酵设施是使原材料中所含的有机物被好氧微生物分解、稳定，同时通过水分蒸发，使体积减少的设施。有机物在发酵设施中被分解、放热，使发酵设施里的物料的温度升高，并维持定的高温时间，从而可以生产出安、卫生的堆肥产品。

  根据堆积情况、搅拌、翻堆方式的不同，处理方式有多种多样，决定处理方式时应考虑到原材料的条件、占地面积、作业性、环境条件、设备投资和运行成本等各方面因素。除此之外，还必须采用满足上述温度条件的发酵处理方式。

  发酵设施主要包括发酵槽、翻堆机（搅拌机）、布料车、移行车。其中，发酵槽单槽尺寸（L×W×H）通常为(60~100）m×（4~6）m×(1~1.2）m，槽的壁上部铺设导轨，便于布料车、翻堆机行走。翻堆机（搅拌机）的主要作用是通过机械搅动将物料搅拌均匀，促进热量和水分挥发并将物料在槽内缓慢位移，主要由行走底盘部分、搅拌齿、液压升降部分、传动部分及电控部分组成。典型翻堆机的行走速度0.6m/min、搅拌轴转速32.5r/min、工作幅宽6m、行走动力2×0.75kW、搅拌动力2×7.5kW。布料车的作用是将物料均匀地撒布在发酵槽内，由行走底盘、布料斗、传动部件等构成。典型布料车行走速度11.5m/min、车旋转速度0.036r/min、配套动力2×0.75kW、布料斗有容积6m3、工作幅宽8m、布料斗旋转角范围0°~180°。移行车的作用是用于将搅拌机及布料车从个槽移至另个槽上。般配套动力2×0.75kW、运行速度0.8m/min。

  2、通风设备

  为了使部原材料在均的好氧状态下进行发酵的同时蒸发原材料中的水分，在次发酵设施中应安装通风设备。通过通风，还可以缩短发酵天数。进行二次发酵时，虽然有机物所需的空气没有次发酵多，但是通过通风也可以促进发酵的进行。

  曝气系统其作用是向槽内发酵物料通风充氧，主要由高压风机、曝气管道组成，通风管道的口径75mm，4m宽的槽至少应铺设三条曝气管道，管道上钻有小孔，通过高压风机向槽底送风充氧。般风压300mbar、风量9.2m3/min、配套动力5.5kw。

  3、加水设备

  在次发酵和二次发酵进行好氧发酵中，可以利用有机物分解产生的发酵热来蒸发水分。在发酵过程中，原材料的水分减少到40%时，微生物就会停止发酵，此时，应该由加水设备给原材料加水，使好氧发酵继续进行。是否加水取决于发酵过程中物料的水分多少，般在堆积物的水分减少较多的次发酵的后半部和二次发酵里进行。

 三、堆肥发酵系统规模

  发酵和熟化（陈化、二次发酵）是堆肥工艺的两个阶段，两者可以选择在个车间或两个立车间内进行。由于发酵和陈化两个阶段的控制参数不尽相同，高温快速好氧堆肥工艺般要求将两个阶段分别在两个立的车间内实现，条垛式堆肥工艺则倾向于将两个阶段合并设计。

  1、车间面积计算

  高温快速好氧堆肥工艺的发酵周期为12~18天，陈化周期为15~20天，即发酵车间和陈化车间面积应满足存放发酵周期内相应体积的物料。车间内的物料堆放形式主要由翻堆设备决定，同时兼顾布料设备、出料设备和通风设备布置要求。车间面积计算步骤如下。

  1)确定发酵槽尺寸根据堆肥处理量和物料每天移动前进的距离确定槽的宽度和数量，选择相应的翻堆机。确定发酵槽宽度和数量时要结合翻堆机的实际翻堆距离、厂房跨度和其他设备布置要求进行反复试算，终确定较为合适的发酵槽的宽度、长度和数量。

  2）确定发酵槽布置根据曝气设备和曝气方式确定发酵槽间距，根据翻堆机运行净空要求确定发酵槽和柱子间距。

  3）长度、宽度和跨度布置根据布料设备和出料设备布置要求确定发酵槽进料、出料长度。综合考虑控制发酵槽布置的各个因素，确定发酵车间的长度、宽度和跨度。

  2、发酵系统规模计算

  发酵系统的大小主要由产量规模和发酵方式决定，项目目标产量确定后，则发酵方式决定系统规模。各种工艺的设计思路基本相同，下面以高温快速好氧堆肥的槽式工艺为例进行具体设计计算的说明。

  发酵系统规模可按以下步骤计算。

  1）每天处理不同原料的体积V=V₁+V₂+V₃+…+Vn式中，V₁、V₂、V₃…Vn为各种原料的体积。

  2）混合原料的校正体积Va=V×0.80

  3）系统（发酵车间）内部混合物原料体积Vb=发酵天数×Va

  4）系统（发酵车间）内因原料收缩后的实际体积Vc=收缩系数×Vb不同原料及配方，收缩系数存在差异，通常可以0.75计。

  5）单个槽（堆体）体积Vd=MLa式中，M为堆体截面积；La为堆体长度。

  6）堆体数量N=Vc/Vd

  7）系统（发酵车间)长度L_T=La+Lb式中，Lb为堆体两预留操作通道的宽度。

  8）系统（发酵车间）宽度W_T=WN+Wa+Wb式中，W为单个堆体宽度；Wa为堆体间距宽度；Wb为两侧过道宽度。

  9）系统（发酵车间）面积M_T=L_TW_T也可按下列方式进行简单推算：通常条垛式堆肥的条垛间距大约为80~100cm，场地利用率大约为60%~70%，堆体空间利用率不到20%，如果按批次发酵周期平均10天，年生产日数200天计算，结合堆体大小，每平方米年发酵产量大约为4t，即年产万吨有机肥至少需要发酵场地2500㎡；槽式堆肥的场地利用率较高，通常可以达到80%~90%，槽内空间利用率80%左右，如果按上述发酵周期和生产日数计算，每平方米年发酵产量大约为12t，即年产万吨有机肥需要发酵场地大约1000㎡，需要60m×6m×1m的发酵槽约3个。不同规模类型的发酵系统大小可依此类推。