堆肥时间短、占地面积小

郑国砥郑国砥 博士博士/副研究员副研究员中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院地理科学与资源研究所2012年年5月月12日日土地利用的主要疑虑l 病原菌传播l 化学物质l 烧苗l 病虫害、杂草控制l 恶臭生物发酵土地利用，是资源节约型处置途径生物发酵土地利用，是资源节约型处置途径传统堆肥传统堆肥机械堆肥机械堆肥条垛式静态垛式反应器式强制通风静态垛堆肥n投资、运行和维护成本低n操作难度较小n占地和堆肥期适中n产品质量好l 条垛式堆肥系统：条垛式堆肥系统：技术要求低，所需设备简单，技术要求低，所需设备简单，成本投资低，但是堆肥时间长、占地面积大成本投资低，但是堆肥时间长、占地面积大 l 发酵仓系统：发酵仓系统：较高的机械化和自动化水平，堆较高的机械化和自动化水平，堆肥时间短、占地面积小，但是需要很高投资成本肥时间短、占地面积小，但是需要很高投资成本和运行费用和运行费用 l 强制通风静态垛系统：强制通风静态垛系统：目前最为普遍采用的堆目前最为普遍采用的堆肥系统，与发酵仓系统相比，其设备投资和运行肥系统，与发酵仓系统相比，其设备投资和运行成本相对低，其堆肥时间短。美国最为普遍采用成本相对低，其堆肥时间短。美国最为普遍采用的堆肥方式，占堆肥场的堆肥方式，占堆肥场总总数数的的42.3%42.3%堆肥处理的主要工艺堆肥处理的主要工艺l 产品质量不稳定产品质量不稳定l 恶臭恶臭l 高能耗等问题高能耗等问题主要原因：缺乏良好的过程控制技主要原因：缺乏良好的过程控制技术术静态垛好氧堆肥工艺的常见问题静态垛好氧堆肥工艺的常见问题强制通风静态垛堆肥：强制通风静态垛堆肥： 上堆后控制的唯一手段：通风上堆后控制的唯一手段：通风配料配料混合混合上堆上堆发酵发酵下堆下堆 C CT TB B自自动动控控制制系系统统 温温度度传传感感器器 覆覆盖盖层层 堆堆料料层层 风风机机 填填料料层层 气气 室室 氧气传感器氧气传感器 技术路线与难点棉麻作物棉麻作物土地复垦土地复垦速生林木速生林木营养土专用复合肥生物处理(好氧高温发酵)城市污泥果树果树园林绿化园林绿化蔬菜蔬菜粮作粮作牧草牧草难点生物干化必须解决的几个关键问题必须解决的几个关键问题l过程监测与控制过程监测与控制l控制臭味气体排放控制臭味气体排放l减低油耗和运行成本减低油耗和运行成本l减小占地面积减小占地面积l无害化达标和产品出路无害化达标和产品出路堆肥几个值得关注的问题堆肥几个值得关注的问题? 初期能否升温初期能否升温? 氨气的产生氨气的产生? 施用的环境风险施用的环境风险初期的氧气供应初期的氧气供应受堆肥进程影响受堆肥进程影响重金属的担忧重金属的担忧l 堆肥过程控制策略堆肥过程控制策略简单的人工控制简单的人工控制 定时器控制定时器控制 温度温度反馈控制反馈控制 温度氧气联合反馈控制温度氧气联合反馈控制l 过程监测方法：过程监测方法：手工监测手工监测 单点温度监测单点温度监测 多点温度多点温度监测监测 氧气监测等其他监测方法发展。氧气监测等其他监测方法发展。堆肥过程控制的发展堆肥过程控制的发展l 实时监测和控制实时监测和控制l 控制模式的选择控制模式的选择l 数据的存储、查阅数据的存储、查阅l 对于异常情况实时报警对于异常情况实时报警l 过程显示：包括堆体温度、氧气状况、过程显示：包括堆体温度、氧气状况、风机状态等风机状态等l 操作帮助操作帮助 软件实现的主要功能软件实现的主要功能试试验验研研究究堆堆体体结结构构物物料料配配比比风风机机功功率率供氧策略改变途径供氧策略改变途径优优化化堆堆体体结结构构优优化化物物料料配配比比风风机机选选型型优优化化 供氧策略改变途径供氧策略改变途径氨气释放调控措施氨气释放调控措施重金属活性研究重金属活性研究堆堆体体结结构构物物料料配配比比风风机机功功率率减少减少氨气氨气释放释放工程工程措施措施措施措施总总浓浓度度各形各形态浓态浓度度形态形态分配分配变化变化供氧策略优化及污染风险控制供氧策略优化及污染风险控制供氧策略优化方案研究供氧策略优化方案研究分层堆肥试验分层堆肥试验试验结果试验结果分层堆体上下部氧气的最高浓度高于不分层堆体，浓度下降分层堆体上下部氧气的最高浓度高于不分层堆体，浓度下降速率低于不分层堆体速率低于不分层堆体结构调整对堆体升温的影响结构调整对堆体升温的影响分层堆肥满升温快，满足无害化要求分层堆肥满升温快，满足无害化要求试验结果试验结果分层的堆体上下部温度均满足分层的堆体上下部温度均满足无害化处理要求无害化处理要求试验结果试验结果不同物料配比试验不同物料配比试验试验结果试验结果堆体下部堆体下部 堆体上部堆体上部试验结果试验结果不同物料配比试验不同物料配比试验不同功率风机试验不同功率风机试验试验结果试验结果不同功率风机试验不同功率风机试验试验结果试验结果堆肥过程堆体温度变化堆肥过程堆体温度变化 试验结果试验结果堆肥过程堆肥过程VS变化变化 堆肥过程中氨气释放的调控研究堆肥过程中氨气释放的调控研究分层堆肥有效降低堆肥过程中氨气的释放浓度，采分层堆肥有效降低堆肥过程中氨气的释放浓度，采用大功率用大功率 风机氨气释放浓度增加风机氨气释放浓度增加堆肥过程中氨气释放的调控研究堆肥过程中氨气释放的调控研究试验结果试验结果堆肥过程中氨气释放的调控研究堆肥过程中氨气释放的调控研究堆体氨气释放的浓度与堆料铵态氮的浓度相关性显著堆体氨气释放的浓度与堆料铵态氮的浓度相关性显著 不改变整个堆体物料配比的情况下，采用分不改变整个堆体物料配比的情况下，采用分层堆肥，堆体下部适当减少污泥比例，上部层堆肥，堆体下部适当减少污泥比例，上部增加污泥比例，可以改善堆体供氧，获得良增加污泥比例，可以改善堆体供氧，获得良好的堆肥效果，并对氨气挥发控制明显好的堆肥效果，并对氨气挥发控制明显材料方法原料：脱水污泥原料：脱水污泥Tessier连续提取法重金属形态分级连续提取法重金属形态分级 F1可交换态；可交换态； F2碳酸盐结合态；碳酸盐结合态； F3铁锰氧化物结合态；铁锰氧化物结合态； F4硫化物及有机结合态；硫化物及有机结合态；F5残渣态残渣态堆肥对重金属活性的影响堆肥对重金属活性的影响堆肥堆肥时间时间F1F2F3F4F5119.315.911.28.1245.4319.214.311.18.0247.5618.014.711.08.2947.91018.414.811.87.6747.41516.613.910.48.3050.72016.212.910.49.0151.62615.512.610.38.9452.73215.212.710.49.7652.0堆肥过程中堆肥过程中Pb 各形态分配百分比变化各形态分配百分比变化金属金属交换态交换态碳酸盐碳酸盐结合态结合态铁锰氧铁锰氧化物结化物结合态合态硫化物硫化物及有机及有机结合态结合态残渣态残渣态Cd0.71-0.025.702.80-9.20Cr-2.38-0.91-0.40-17.721.4Cu-0.90-1.84-0.66-13.016.4Ni-0.40-6.90-8.50-6.9021.7Zn-0.61-0.017.8014.8-22.1Pb-4.10-3.20-0.801.646.60污泥堆肥后重金属形态分配增减百分比污泥堆肥后重金属形态分配增减百分比堆肥前后污泥中重金属的堆肥前后污泥中重金属的各形态间转化各形态间转化堆肥处理使重金属由有效性高的结合形态向有效性低的结合形态转化试验结果试验结果堆肥前后污泥中重金属的堆肥前后污泥中重金属的各形态间转化各形态间转化试验结果试验结果u堆肥处理可以使污泥中重金属由有效态向无堆肥处理可以使污泥中重金属由有效态向无效态转化，降低城市污泥土地利用中重金属效态转化，降低城市污泥土地利用中重金属污染风险污染风险堆体温度剖面的半变异函数图05010015020025030000.511.522.533.544.555.5间距h(m)半变异函数(h)水平方向(0)Horizontal垂直方向(90)Vertical堆体温度的空间变异性0 0. . 3 30 00 0. . 4 40 00 0. . 5 50 00 0. . 6 60 00 0. . 7 70 00 0. . 2 20 00 0. . 3 30 00 0. . 4 40 00 0. . 5 50 00 0. . 6 60 00 0. . 7 70 00 0. . 8 80 00 0. . 9 90 01 1. . 0 00 02 24 42 26 62 28 83 30 03 32 23 34 43 36 63 38 84 40 04 42 24 44 44 46 64 48 85 50 0堆肥不同部位的氧气变化过程113012021204120612081211121412161220-20246810121416182022 氧气含量（）时间（月日）中部边缘前中心中部边缘后中部边缘右中上部堆肥过程堆体湿度的剖面分布00.10.20.30.40.50.60.70.80.911.11.200.10.20.30.40.50.60.70.8 10152025303540455055606567.570堆肥过程中挥发性有机物(VOC)含量的变化0 01 10 02 20 03 30 04 40 05 50 06 60 07 70 08 80 00 03 36 69 91 12 21 15 51 18 82 21 12 24 42 27 73 30 0时间（d）挥发性有机物含量 ()2:1:13:2:13:1:21:0:1堆肥匀翻机堆肥匀翻机日照工程l过分强调污泥处理处置的资源化和经济效过分强调污泥处理处置的资源化和经济效益，并以资源化为首要目的益，并以资源化为首要目的 l过度夸大污泥作为资源的价值，使政府和过度夸大污泥作为资源的价值，使政府和企业对城市污泥处理的技术路线和产业政企业对城市污泥处理的技术路线和产业政策产生混乱策产生混乱污泥无害化和资源化的辩证关系结语结语u城市污泥是废物，但它可以转化为一种有价值的资源u在目前的现实条件下，城市污泥必须经过无害化处理或者确保环境安全和人体健康的条件下，才能进一步考虑其资源化利用问题，才能将其作为一种有机资源进行土地利用u城市污泥的处理处置可以追求资源化和经济效益，但要以无害化为首要目的 u完善国家有关污泥的法律法规、技术政策和标准的制订和完善，摆脱城市污泥资源化的羁绊郑国砥郑国砥 博士博士/副研究员副研究员单单 位：中科院地理资源所位：中科院地理资源所 环境修复中心环境修复中心地地 址：北京市朝阳区大屯路甲址：北京市朝阳区大屯路甲11号号电电 话：话：010-6488-8050邮邮 箱：箱：