王紹偉

（沈陽市市政工程設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

隨著科技的發(fā)展以及人們生活質(zhì)量的提高，生活垃圾組成也發(fā)生了較大變化，以廚余垃圾為代表的有機(jī)垃圾所占比例越來越大。垃圾無機(jī)組分比例逐漸下降、有機(jī)垃圾成分不斷增加，以及垃圾粒徑的變化，對生活垃圾堆肥處理工藝產(chǎn)生了重大影響，直接影響了堆肥的腐熟度性質(zhì)和堆肥產(chǎn)物的品質(zhì)。

1 南宮垃圾堆肥廠介紹

北京市南宮垃圾堆肥廠是中國及亞洲地區(qū)高度自動化、大規(guī)模、現(xiàn)代化的垃圾堆肥廠之一[1]。在城南地區(qū)，該垃圾堆肥廠聯(lián)合安定垃圾衛(wèi)生填埋場以及馬家樓轉(zhuǎn)運廠組成了完整的現(xiàn)代化、資源化、減量化、無害化的城市垃圾處理生產(chǎn)線，生活垃圾處理任務(wù)主要涵蓋了北京市宣武區(qū)全部生活垃圾以及部分豐臺區(qū)生活垃圾。

馬家樓轉(zhuǎn)運站將生活垃圾進(jìn)行破碎、篩分和磁選后，處理成15～80 mm粒徑的生活垃圾，再轉(zhuǎn)運到南宮堆肥廠進(jìn)行再次處理，主要是通過先進(jìn)的強(qiáng)制通風(fēng)隧道式發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行處理[2]，設(shè)計日處理量400噸，年處理量12.4萬噸。所生產(chǎn)的產(chǎn)品是被應(yīng)用到農(nóng)業(yè)及園林的堆肥產(chǎn)品，以0～12 mm和12～25 mm兩種粒徑為主，年產(chǎn)12 mm以下及12～25 mm堆肥4萬噸。處理生活垃圾所應(yīng)用的整套生產(chǎn)設(shè)備及工藝控制技術(shù)從德國進(jìn)口，全程采用自動化控制技術(shù)，相比于國內(nèi)同等產(chǎn)品，技術(shù)含量高、體積小，處理生活垃圾全過程均由中央控制室直接對設(shè)備及工藝過程進(jìn)行實時監(jiān)控，并完成信息采集、綜合處理等工作[3]。

2 垃圾堆肥的工藝流程

好氧隧道堆肥技術(shù)是南宮垃圾堆肥廠所應(yīng)用的堆肥工藝技術(shù)，該技術(shù)是歐洲垃圾堆肥領(lǐng)域普遍應(yīng)用的技術(shù)。該技術(shù)優(yōu)點在于高自動化運行、具有較高的環(huán)保系數(shù)、設(shè)備具有較高耐磨性，延長了設(shè)備使用壽命，且可以直接獨立地實現(xiàn)對每個隧道內(nèi)部工藝的控制。垃圾進(jìn)場必須要滿足密度為350～650 kg/m3、有機(jī)物含量占比為20%～80%以及含水率為40%～60%的要求。

（1）進(jìn)料方法：運用地磅對轉(zhuǎn)運站運來的中等粒徑垃圾進(jìn)行稱重并記錄，隨后再向受料倉內(nèi)進(jìn)行運送，運送由廠內(nèi)卸料車完成。通過在受料倉末端位置安裝一個布料滾筒，來確保輸送到中央傳送帶上的原料的均勻性，接下來就是中央傳送帶通過布料機(jī)為空隧道布料。

（2）隧道布料：隧道進(jìn)料應(yīng)用兩個可自動伸縮的布料機(jī)進(jìn)行人工控制均勻布料。垃圾發(fā)酵會受到布料均勻度和高度大小的影響，所以必須要保證自轉(zhuǎn)運站所運來的中等粒徑垃圾料高≤2.5 m。

（3）隧道發(fā)酵：發(fā)酵隧道填裝完畢后，就是控制發(fā)酵的環(huán)節(jié)。各隧道垃圾發(fā)酵過程不同，在控制發(fā)酵的過程中，需要依據(jù)不同發(fā)酵過程進(jìn)行輸入新鮮空氣、物料加濕以及合理調(diào)整循環(huán)氣體比例以實現(xiàn)對發(fā)酵原料溫度、濕度以及循環(huán)空氣中氧含量（13%體積比）等各指標(biāo)的最佳控制。

垃圾原料在隧道內(nèi)發(fā)酵時間為8天，前3～5天的發(fā)酵過程是微生物的對數(shù)增長期，工作人員要依據(jù)要求合理噴撒適量的滲濾液將垃圾中粒含水率控制在50%～60%之間，同時，還需要通過強(qiáng)制通風(fēng)措施，來滿足氧的需求并升高溫度。接下來進(jìn)入到無害化堆肥階段，通俗而言就是對植物雜草種子和病菌的滅活過程，在該階段中，工作人員需要將溫度保持在55～65 ℃狀態(tài)，以通風(fēng)量實現(xiàn)控制[4-5]。將目標(biāo)溫度設(shè)置在60 ℃，然后通過噴灑滲濾液實現(xiàn)對因蒸發(fā)引起的水份流失的補(bǔ)充。后期兩天的加工過程中，需要控制含水率低于45%，需要停止噴灑滲濾液，并通過風(fēng)干操作控制堆肥含水率。隧道廢氣排入加濕間完成加濕處理后，再被輸送到生物過濾池中。

（4）隧道出料：垃圾中粒隧道發(fā)酵8天后，通過應(yīng)用輪式裝卸機(jī)將隧道垃圾卸載到中央傳送帶上的兩個卸料斗內(nèi)，將中央大廳內(nèi)發(fā)酵后垃圾用中央傳送帶傳送至后熟化平臺，由布料機(jī)將平臺上的出料均勻堆積成2.6 m高的后熟化堆。

（5）后熟化：后熟化是垃圾發(fā)酵過程第二階段的處理操作。諸多帶有通風(fēng)孔的混凝土蓋板和風(fēng)道組成了發(fā)酵平臺。平臺上風(fēng)道通風(fēng)采用的是正壓或負(fù)壓方式，通風(fēng)閥（0%～100%）與地下的通風(fēng)管線相連構(gòu)成不同風(fēng)道，通過調(diào)節(jié)通風(fēng)閥，可以實現(xiàn)對通風(fēng)強(qiáng)度大小的控制；風(fēng)機(jī)房實現(xiàn)對通風(fēng)方式（正壓或負(fù)壓）的控制。

通風(fēng)過程中要嚴(yán)格控制發(fā)酵溫度，保證溫度在技術(shù)要求最低值以上。發(fā)酵通風(fēng)過程對堆體溫度有很好的調(diào)節(jié)控制作用，同時也將微生物分解所必需的水份蒸發(fā)掉了[6-7]，因此，10天的發(fā)酵對堆肥的加濕操作是必須的。采取負(fù)壓通風(fēng)方式時，堆體表面需要定期開展加濕操作；采取正壓通風(fēng)方式，則需要加濕操作同時調(diào)節(jié)空氣中的含水率，確保堆肥中水分含量的適中。

（6）后熟化區(qū)出料：通過輪式裝載機(jī)將后熟化后的垃圾卸載到中央傳送帶，向滾筒篩內(nèi)進(jìn)行傳送，開展篩分操作。滾筒篩設(shè)置25 mm的篩孔。篩上物后期處理操作是運送至安定垃圾衛(wèi)生填埋場填埋；篩下物后期處理操作是輸送到最終熟化Ⅰ區(qū)。

（7）最終熟化Ⅰ階段：由裝卸機(jī)將滾筒篩分后的大于25 mm的篩下物輸送到最終熟化Ⅰ區(qū)，將其堆成2.4 m高發(fā)酵堆，進(jìn)行為期16天的通風(fēng)發(fā)酵。

（8）最終熟化Ⅰ出料：由裝載機(jī)將最終熟化Ⅰ階段發(fā)酵后垃圾運送至彈跳篩和硬物料分選機(jī)進(jìn)行篩分操作，經(jīng)直徑為12 mm篩孔的彈跳篩篩分后，分選出粒徑12 mm以下的細(xì)堆肥和粒徑12～25 mm的粗堆肥，分開輸送到硬物料分選機(jī)內(nèi)，將里面含有的硬物料篩除后，實現(xiàn)對堆肥質(zhì)量的提升，最后分別傳輸?shù)阶罱K熟化Ⅱ區(qū)進(jìn)行儲存及銷售。將篩分出的硬物料運送至安定垃圾衛(wèi)生填埋場填埋[8-9]。

（9）最終熟化Ⅱ階段：無通風(fēng)儲存區(qū)是最終熟化Ⅱ階段，主要是以調(diào)節(jié)市場為目的，調(diào)節(jié)周期為70天。

3 試驗方案

本試驗從南宮堆肥廠采集新鮮原垃圾，經(jīng)過篩分粒徑、分揀垃圾組分得到不同樣品若干，放入南宮堆肥廠的發(fā)酵倉內(nèi)。待一個發(fā)酵周期（8 d）后，取出樣品，測定堆肥前和高溫發(fā)酵后，垃圾樣品的各種能反映其腐熟程度的理化指標(biāo)，分析不同組分及粒徑的樣品與實際混合垃圾的腐熟度差異，得到它們對垃圾腐熟的貢獻(xiàn)程度，為堆肥原料的分類預(yù)處理提供理論依據(jù)[10]。

（1）垃圾取樣：均勻、隨機(jī)取南宮堆肥廠入廠新鮮垃圾若干。

（2）垃圾物理成分分析：將采取的新鮮垃圾樣品，按植物性食品、動物性食品、果殼、紙類、塑料、織物、木竹、無機(jī)物的類別進(jìn)行手工分揀、稱重。

（3）垃圾粒徑分析：將采取的新鮮垃圾樣品，按15～30 mm、30～40 mm、40～50 mm、50～60 mm、60～80 mm的粒徑用篩子進(jìn)行篩分、稱重。

（4）將分類（或篩分）好的垃圾分成三部分，第一部分用于測定原垃圾的理化指標(biāo)；第二部分放入堆肥倉高溫發(fā)酵；第三部分垃圾稱重后，攤鋪在水泥地面上曬干，以便進(jìn)行含水率測定和后續(xù)測定。

按下式即可確定各成分的含量（%）：

式中：Ci——濕基某成分含量，%；

Mi——某成分重量，kg；

M——樣品總重量，kg；

將垃圾自然風(fēng)干后按下式計算含水率（%）：

式中：Wi——垃圾含水率，%；

Mf——垃圾干重，kg；

M——樣品總重量，kg。

分別測定新鮮原垃圾和經(jīng)過高溫發(fā)酵后垃圾的腐熟度指標(biāo)。測定指標(biāo)包括pH值、電導(dǎo)率EC、水溶性碳WSC、E4/E6、氨態(tài)氮NH4+-N、硝態(tài)氮NO3--N、碳氮比C/N、發(fā)芽率指數(shù)等。

4 試驗結(jié)果

（1）南宮堆肥廠所處理的生活垃圾中，食品所占比例最大，其次為紙類和塑料類，不可降解的無機(jī)物類含量較少。不同組分的含水率差別較大，但自然混合后含水率恰好符合堆肥的要求。在各種粒徑的垃圾樣品中，植物性食品占多數(shù)，塑料和玻璃、石頭等無機(jī)物主要集中在大粒徑垃圾中。不同粒徑的垃圾由于混合均勻，含水率相差不大。

（2）在堆肥過程中，不同組分及粒徑的樣品pH值均呈現(xiàn)上升趨勢。堆肥原垃圾pH值為5～7的弱酸性到中性。堆肥發(fā)酵中氨釋放量的減少，以及在有機(jī)分解中產(chǎn)生的有機(jī)酸促進(jìn)作用，使pH值升高。高溫發(fā)酵期后，各樣品的pH值在7～9的范圍內(nèi)。

（3）食品類和小粒徑樣品的EC升高較多，微生物對這些樣品的分解較快；織物、塑料以及大粒徑的垃圾幾乎不被微生物降解。

（4）植物性食品和木竹的E4/E6下降較多，表明其腐殖質(zhì)的縮合度和芳構(gòu)化程度較高，對堆肥產(chǎn)品的肥效有良性影響；小粒徑樣品的E4/E6無明顯變化，說明其還有待進(jìn)一步腐熟。

（5）在堆肥過程中，不同組分及粒徑樣品的WSC值均呈現(xiàn)下降趨勢，這是因為微生物分解了垃圾中的小分子有機(jī)質(zhì)，并開始繁殖。其中以植物性食品和紙類下降最為明顯，分解的速度最快。小粒徑樣品比大粒徑樣品分解的快。

（6）動物性食品以及大粒徑的樣品極大影響了混合垃圾中NH4+-N的下降。

（7）由于高溫發(fā)酵的時間較短，NO3--N的變化不明顯。

（8）植物性食品和木竹的C/N下降較大，其他組分樣品的C/N也有不同程度的下降。小粒徑的樣品腐熟較快，C/N下降較明顯。

5 結(jié)語

（1）植物性食品對實際工作中堆肥腐熟度的高低起到主導(dǎo)性作用，主要體現(xiàn)在EC、E4/E6、WSC值、C/N等指標(biāo)上，另外堆肥腐熟度還受到紙類和木竹類的促進(jìn)作用。高溫發(fā)酵的8天階段，以上類別原垃圾能夠?qū)崿F(xiàn)充分降解，基本達(dá)到了對高溫期間腐熟度的要求。因此在堆肥的原料中適當(dāng)增加植物性食品、紙類、木竹的比例，可以加快堆肥的腐熟速度。

（2）小粒徑垃圾明顯比大粒徑垃圾的腐熟效果好，因此在堆肥原料中增加小粒徑垃圾的比例，可以促進(jìn)堆肥的腐熟。

（3）總體上說，將高溫發(fā)酵的周期從原來的14天改為現(xiàn)在的8天，影響了堆肥的腐熟度。因此需要在現(xiàn)行的發(fā)酵周期下，尋找能夠提高堆肥腐熟度的方法。

（4）在城市生活垃圾的預(yù)處理中，如何調(diào)節(jié)垃圾成分和粒徑，使之更適宜堆肥，實現(xiàn)更加快速的堆肥化、更好的堆肥品質(zhì)，成為制約城市生活垃圾堆肥技術(shù)的關(guān)鍵。垃圾的分類處理是解決這一問題的核心，可以將不能被微生物降解的石頭、玻璃、金屬等進(jìn)行回收處置；將塑料篩除，進(jìn)行焚燒或填埋處置；合理減少不易腐熟垃圾的比例，過篩分選可以有效剔除大粒徑的原垃圾，而這些大粒徑的垃圾中包含了大量不能堆肥的物質(zhì)。這些措施可有效提高堆肥的腐熟程度。