鼓風(fēng)過(guò)程對(duì)城市污泥好氧堆肥溫度的影響

鼓風(fēng)過(guò)程對(duì)城市污泥好氧堆肥溫度的影響

堆重溫度是城市污泥氧氣沉積過(guò)程中的一個(gè)重要參數(shù)。好氧堆肥的理想溫度范圍是52～60℃,在這一溫度范圍內(nèi)持續(xù)一定時(shí)間則可殺滅病原微生物及雜草種子,有機(jī)物降解的速率較快,Bach、Mckinley等學(xué)者陸續(xù)證明了這一結(jié)論。但是,如果不加以控制,則堆體溫度最高能升至82℃,因此需要對(duì)其進(jìn)行有效地控制。堆體和外界環(huán)境進(jìn)行能量交換主要通過(guò)3種方式:傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射,但是只有很少的熱量是通過(guò)輻射和傳導(dǎo)方式散失的,無(wú)論采用負(fù)壓引風(fēng)還是正壓鼓風(fēng)工藝,大部分的熱量都將通過(guò)蒸發(fā)冷卻的方式(對(duì)流)散失,所以各種堆肥工藝的堆體溫度在很大程度上要依靠鼓風(fēng)過(guò)程來(lái)控制,鼓風(fēng)作用使得堆體中心和表面溫度差異極大。Miller、Harper等研究認(rèn)為,翻堆和鼓風(fēng)是控制堆體溫度的有效措施,如果不采取這些措施,堆體溫度很快就將達(dá)到70～80℃。鼓風(fēng)不僅是調(diào)控堆肥溫度的重要手段,而且可以調(diào)節(jié)堆體中的氧氣、水分含量,但是對(duì)于鼓風(fēng)過(guò)程影響堆肥溫度的方式和程度還鮮見(jiàn)報(bào)道。堆肥是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),對(duì)于不同混料比例、堆體的不同部位,鼓風(fēng)過(guò)程對(duì)堆溫的影響范圍和程度都會(huì)隨之變化。本研究的目的就是探討鼓風(fēng)過(guò)程對(duì)城市污泥堆肥溫度的影響,為利用鼓風(fēng)過(guò)程控制堆肥溫度提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1產(chǎn)污水、產(chǎn)污水、污染物防治供試城市污泥為北京市方莊污水廠(chǎng)的脫水污泥,該廠(chǎng)處理的主要是生活污水,污泥的含水率84.9%,揮發(fā)性有機(jī)物含量為74.3%。本試驗(yàn)采用CTB調(diào)理劑作為填充料,其含水率和飽和吸水率分別為2.70%、65.7%。1.2堆肥池的堆置將城市污泥與調(diào)理劑按照設(shè)定比例混合,然后堆置于1.6m×1.0m×1.1m的堆肥池中。堆肥池底部為布?xì)獍?通風(fēng)系統(tǒng)采用鼓風(fēng)機(jī),試驗(yàn)裝置見(jiàn)文獻(xiàn)。1.3堆溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)混料比例為1∶1和3∶2(污泥∶CTB調(diào)理劑,體積比),將堆料充分混勻后上堆。在離鼓風(fēng)口(堆體縱軸方向)的近、中、遠(yuǎn)的位置選定3個(gè)點(diǎn)(分別稱(chēng)為風(fēng)向近點(diǎn)、風(fēng)向中點(diǎn)和風(fēng)向遠(yuǎn)點(diǎn)),每個(gè)點(diǎn)0.1m、0.5m、0.7m的深度位置上各設(shè)一個(gè)溫度傳感器,測(cè)定值代表該點(diǎn)上、中、下3個(gè)層次的溫度。采用中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所環(huán)境修復(fù)研究室研制的溫度變送器以及自動(dòng)測(cè)控程序(Compsoft軟件)集成系統(tǒng)(CTB堆肥自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng))對(duì)堆溫進(jìn)行監(jiān)測(cè)。堆肥試驗(yàn)時(shí)間為4月,當(dāng)兩個(gè)處理的堆溫進(jìn)入高溫期(>55℃),4月11日12:00～13:00(此段時(shí)間氣溫變化不大,可以忽略其影響),持續(xù)鼓風(fēng)40min,每5min通過(guò)傳感器采集溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。2結(jié)果與討論2.1堆體堆體各層次的溫度變化圖1為混料比例1∶1時(shí)風(fēng)向遠(yuǎn)點(diǎn)、中點(diǎn)、近點(diǎn)堆體溫度隨鼓風(fēng)過(guò)程的變化曲線(xiàn)。風(fēng)向遠(yuǎn)點(diǎn)堆體3個(gè)層次的溫度基本上對(duì)鼓風(fēng)過(guò)程不響應(yīng),這主要是由堆肥原料的結(jié)構(gòu)和風(fēng)量決定的(圖1-a)。通過(guò)鼓風(fēng)過(guò)程對(duì)堆體溫度進(jìn)行控制時(shí),堆體的結(jié)構(gòu)和通風(fēng)量都會(huì)對(duì)堆體溫度的變化產(chǎn)生影響。根據(jù)以往的試驗(yàn)結(jié)果,當(dāng)混料比例為1∶1時(shí),堆肥物料中調(diào)理劑比例高,堆體通氣性好,鼓風(fēng)過(guò)程對(duì)于堆溫影響比較明顯。但是當(dāng)堆溫與氣溫相差不大時(shí),通氣性好的堆體(或某些部位)有可能對(duì)鼓風(fēng)作用不響應(yīng)。同時(shí),根據(jù)流體力學(xué)原理,在堆體底部的風(fēng)室中,沿著風(fēng)向設(shè)定的3個(gè)點(diǎn)中,風(fēng)向遠(yuǎn)點(diǎn)堆體的得到的風(fēng)量最多,風(fēng)向近點(diǎn)堆體得到的風(fēng)量最少,因此在同一個(gè)堆肥倉(cāng)中,好氧發(fā)酵的速度存在差異,風(fēng)向遠(yuǎn)點(diǎn)堆體物料的好氧發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行較快。在本試驗(yàn)條件下,遠(yuǎn)點(diǎn)堆體物料3個(gè)層次的溫度為21～23℃,而氣溫為20℃左右,與堆溫差別不大。鼓風(fēng)過(guò)程持續(xù)40min,除了上層堆體溫度在鼓風(fēng)開(kāi)始階段0～10min呈現(xiàn)微弱下降趨勢(shì)(下降速率為0.02℃/min)外,其他各點(diǎn)的堆溫在持續(xù)鼓風(fēng)過(guò)程中基本沒(méi)有變化。隨著鼓風(fēng)過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行,風(fēng)向中點(diǎn)堆體各層次的溫度都呈現(xiàn)下降趨勢(shì),下層、中層、上層的溫度下降幅度分別為0.63℃、2.10℃、1.53℃(圖1-b),但是這種下降趨勢(shì)在整個(gè)鼓風(fēng)過(guò)程中并不均勻。在鼓風(fēng)的0～10min段內(nèi),各層次的溫度下降速率最快,下層、中層、上層分別為0.06℃/min、0.09/min、0.07℃/min;在鼓風(fēng)的10～40min時(shí)間范圍內(nèi),下層的溫度基本沒(méi)有變化,中層、上層的溫度變化速率分別為0.04℃/min、0.03℃/min。堆體下層溫度較低,所以鼓風(fēng)過(guò)程對(duì)于下層物料的溫度影響在鼓風(fēng)開(kāi)始階段較明顯(0～10min),隨后則影響不大。在整個(gè)鼓風(fēng)過(guò)程中,中層的溫度變化最為明顯,主要是由于堆體溫度的高低和熱量平衡過(guò)程決定的。上層的溫度最高,但是上層與中層的溫差(3℃)小于中層與下層的溫差(10℃),所以上層與中層的熱量交換過(guò)程也較弱,中層對(duì)于上層的冷卻效應(yīng)弱于下層對(duì)中層的冷卻效應(yīng)。持續(xù)鼓風(fēng)40min,中層的溫度平均下降速率約為0.05℃/min,上層則為0.04℃/min。在堆溫控制過(guò)程中,這一參數(shù)對(duì)于設(shè)定風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)時(shí)間具有參考意義。風(fēng)向近點(diǎn)堆體各層的溫度變化如圖1-c。各層次溫度變化在鼓風(fēng)0～10min時(shí)間段內(nèi)最為明顯,下層、中層、上層的溫度變化速率分別為0.07℃/min、0.12℃/min、0.08℃/min;在10～40min時(shí)間范圍內(nèi),為0.01℃/min、0.03℃/min、0.02℃/min。鼓風(fēng)對(duì)中層的溫度影響最大,對(duì)下層的溫度影響最小,與中點(diǎn)的堆體溫度變化規(guī)律類(lèi)似。持續(xù)鼓風(fēng)40min時(shí),下層、中層、上層溫度的平均下降速率約為0.03℃/min、0.05℃/min,0.04℃/min。綜合上述討論,對(duì)于高調(diào)理劑比例的堆體,鼓風(fēng)過(guò)程對(duì)風(fēng)向遠(yuǎn)點(diǎn)堆體各層次的溫度影響不大。對(duì)于風(fēng)向中點(diǎn)、近點(diǎn)的堆體,鼓風(fēng)使得中層、上層的溫度下降,平均下降速率為0.05℃/min、0.04℃/min。風(fēng)向中點(diǎn)堆體的下層溫度基本不受鼓風(fēng)作用的影響,但是風(fēng)向近點(diǎn)堆體的下層溫度會(huì)隨著鼓風(fēng)過(guò)程而下降,速率約為0.03℃/min。2.2熱空氣上升和下降相對(duì)1∶1的混料比例而言,3∶2比例中調(diào)理劑含量較低。以往的試驗(yàn)結(jié)果表明,此種比例的堆體通氣性較差,堆體結(jié)構(gòu)容易變形,壓實(shí)現(xiàn)象明顯,堆體溫度較低。圖2是各層次的堆溫隨鼓風(fēng)過(guò)程的變化曲線(xiàn)。當(dāng)鼓風(fēng)過(guò)程持續(xù)進(jìn)行40min,風(fēng)向遠(yuǎn)點(diǎn)堆體的上層溫度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)(圖2-a),幅度為0.8℃。因?yàn)橹袑訙囟缺壬蠈訙囟雀?～3℃。隨著鼓風(fēng)過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行,中層熱空氣上行,導(dǎo)致上層堆溫上升。這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡,熱空氣上升帶入熱量,同時(shí)上層熱空氣排入外界帶走熱量,堆溫的上升或下降取決于這兩種過(guò)程的迭加效應(yīng)。本試驗(yàn)條件下,上層溫度上升的速率為0.022℃/min。中層溫度在40min下降幅度為1.6℃,在0～10min下降速率約為0.12℃/min,在10～40min下降速率約為0.01℃/min。下層溫度隨著鼓風(fēng)過(guò)程基本沒(méi)有變化,主要是因?yàn)橄聦訙囟容^低,與氣溫基本接近。風(fēng)向中點(diǎn)堆體的上層溫度的變化速率為0.05℃/min(圖2-b)。中層的溫度變化也呈現(xiàn)不均衡趨勢(shì),在0～10min下降速率約為0.12℃/min,在10～40min下降速率約為0.01℃/min。下層溫度對(duì)于鼓風(fēng)過(guò)程沒(méi)有響應(yīng)。風(fēng)向近點(diǎn)堆體上層、中層的溫度隨著鼓風(fēng)過(guò)程變化的趨勢(shì)和程度與遠(yuǎn)點(diǎn)、中點(diǎn)堆體類(lèi)似(圖2-c)。下層溫度變化約0.9℃,且變化速率在整個(gè)過(guò)程中較為均衡,速率約為0.025℃/min。因此,對(duì)于低調(diào)理劑比例的堆體,持續(xù)鼓風(fēng)將會(huì)使上層堆溫上升,上升速率約為0.022～0.05℃/min。在本試驗(yàn)條件下,主要是中層溫度較高引起的,但是這一現(xiàn)象是否具有普遍意義,有待深入研究。鼓風(fēng)過(guò)程將會(huì)使得中層溫度下降,在鼓風(fēng)開(kāi)始階段(0～10min),下降速率較快,約為0.12℃/min,隨后變化速率較小,約為0.01℃/min。下層因溫度較低,除了風(fēng)向近點(diǎn)堆體,其它部位的下層溫度則對(duì)鼓風(fēng)過(guò)程沒(méi)有響應(yīng)。3堆肥溫度鼓風(fēng)過(guò)程鼓風(fēng)是實(shí)現(xiàn)高溫好氧堆肥過(guò)程控制的重要手段。在城市污泥堆肥過(guò)程中,鼓風(fēng)對(duì)堆體溫度的影響與調(diào)理劑的混合比例有關(guān)。當(dāng)高調(diào)理劑的比例較高時(shí),堆體風(fēng)向遠(yuǎn)點(diǎn)各層次溫度對(duì)于鼓風(fēng)過(guò)程基本沒(méi)有響應(yīng)。風(fēng)向中點(diǎn)、近點(diǎn)堆體的中層、上層的溫度將會(huì)下降,下降幅度為0.05℃/min、0.04℃/min。風(fēng)向中點(diǎn)堆體的下層溫度基本不受鼓風(fēng)作用的影響,但是風(fēng)向近點(diǎn)堆體下層溫度會(huì)隨著鼓風(fēng)過(guò)程而下降,速率約為0.