2.5 原料調節與預處理

一個好的污泥堆肥系統首先考慮的就是起始物料的配比，以保證有合適的孔隙、水分、C/N以及能產生的熱值。在實踐中，通常采用的方法包括：加入有機的或無機的調理劑；加入膨脹劑，例如木屑、花生殼等；加入污泥堆肥腐熟回料；上述幾種方法的結合使用。

2.5.1 污泥堆肥輔料濕基質的水分控制

如果污泥堆肥輔料濕基質含水率達到80%以上，不能直接用于堆肥好氧發酵操作，因為物料水分得不到控制，會導致堆肥溫度降低而無法腐熟。通常，有機物料的水分含量越高，就需要越大的空間以保證充分通風。養殖糞便、廚余垃圾均屬不易碎的物料，且缺少多孔結構，另外具有可塑性，物料自重也會使料堆變得更加緊實，這樣孔隙體積會變得更少，使得堆肥發酵十分困難。

對于水含量過高的濕基質，在設計或操作時應注意：原料要進行結構調節，以獲得易碎的混合物料，如適量添加鋸末、秸稈分、花生殼等；進行能量調節，使得污泥堆肥啟動快速，保證堆肥好氧發酵中的熱動力平衡，包括添加能值高的物料或添加接種劑。另外還要考慮通暢的空氣供應系統和溫度控制系統，同時還要保護污泥堆肥混合物免受風雨侵蝕和季節影響。

1．風干

除了用回流腐熟料和調理劑進行水分調節外，還可以在堆肥前對輔料濕基質進行風干脫水，去除表面多余的水分。風干一般僅在干燥地區適用，另外風干脫水只局限于相對穩定的基質如消化污泥、牲畜糞便等。比較起來，風干是非常有效且處理成本低的結構調節方式，也是能量調節的方式之一。

2．烘干

堆肥輔料濕基質的另一種處理方法是在堆肥前對基質進行加熱烘干，也稱為“熱脫水”。烘干和風干一樣能很好地完成濕基質的水分調節，保留可生物降解的固相，除去多余的水分。另外，烘干不會受外界環境影響，運行穩定。比較起來，烘干所需設備投資與運行成本均比較高，因此，工業化污泥堆肥一般不采用烘干法來調節基質濕度。

2.5.2 污泥堆肥物料的預處理

原料預處理是污泥堆肥生產的一個重要環節，對堆肥化進程、腐熟效果以及產品質量影響極大，然而在堆肥實踐中卻往往被忽視。

2.5.2.1 預處理對堆肥的影響

由于常用的堆肥輔料要么是些沒經過任何處理的新鮮物料，水分大、雜質多，如畜禽糞便中通常混雜有大量秸稈或墊料；要么是些放置時間較長，形成了大小不一粘結塊狀的物料，如干雞糞等。即使是一致性較好的原料，原料間也存在粒度的差異。由于水分、C/N、C/P、pH值等對發酵的影響將在本書后面的章節作詳細介紹，這里重點討論物料粒度對堆肥的影響。

1．對發酵速度的影響

堆肥物料粒度過大，不僅影響水分調節的效果，而且也影響混合的均勻度，特別是一些較大團塊或纖維素含量較高的物料，如不加破碎或不破碎到一定程度，會造成微生物分解速度減慢，腐熟期延長的后果。如常見的污泥加稻秸的堆肥，如果稻草不加粉碎，即使在夏季，完全腐熟大概需要2個月左右；如將稻草切成10cm的小段后與污泥混合，完全腐熟大約不到1個月；如果將稻草磨成3mm、5mm的草粉后與污泥混合，再有針對性接種，則其完全腐熟時間只要20d。由此可見原料預處理對發酵速度的影響。

2．對發酵效果的影響

不僅原料水分、C/N、C/P以及pH值等影響堆肥好氧發酵效果，物料粒度也影響到發酵效果。污泥堆肥過程中，通常能夠觀察到一些較大的團塊沒有發酵或發酵不徹底，主要原因是團塊較大時，要么水分吸收過多，含水量過大，物料內部處于一種厭氧狀態，好氣性微生物不能繁殖或存活；要么是團塊吸水性較差，物料內部水分過低，微生物也無法生長繁殖所致。

3．對產品質量的影響

污泥堆肥過程中，如部分物料沒經發酵或發酵不徹底，會相應增加未降解有機物的比例，同時也會提高病原微生物發生的概率；如部分物料處于厭氧發酵，該部分物料在產生臭氣的同時養分損失也大，同時厭氧性病原微生物繁殖或發生的概率也高，這些對堆肥產品質量都會產生較大影響。

2.5.2.2 預處理環節

污泥堆肥輔料預處理涉及水分調節、粒度及均勻度調節、養分調節以及C/N、C/P、pH值調節等，通俗地說，就是涉及物料的破碎、物料的相互搭配以及物料的均勻混合。

1．水分調節

由于堆肥原料水分差異大，而堆肥對水分又有比較嚴格的要求，通常采取物料水分高低搭配、干濕混合的辦法進行水分調節。當主料水分較高時，應搭配較低水分含量的輔料；當主料水分含量較低時，輔料的干濕狀況對水分調節不會產生大的影響；當主輔料水分含量都高時，應首先選擇干燥輔料或部分易干燥的主料，但應以成本最低化為原則。

2．粒度及均勻度調節

堆肥輔料粒度調解時，還有一點要注意，粒度并非越細越好。通常情況下，當輔料粒度達到一定限度后，它與混合后物料的孔隙度是成反比。生產和日常生活中，經常遇到當物料過細遇水呈“面糊”狀的現象。所以，粒度調節是為了尋求物料比表面積和物料空隙度的平衡，使堆肥物料保持較好的自然供氧量，以維持堆肥有機物較高的微生物分解速率。一般污泥堆肥輔料適宜的粒度范圍為3～15mm，最佳粒度范圍為5～10mm。不同的發酵或供氧方式對物料粒度要求不同，條垛式或靜態堆肥取上限，而具有曝氣或強制性通風系統的取下限。常用的粒度調節方法有破碎法和混合法，破碎法就是將大的物料用粉碎設備進行破碎至合適的粒度；混合法就是將高水分、過細的物料用適宜粒度的干物料進行混合，調整至適宜的粒度。實際生產中一般都是將兩種方法同時使用。

在污泥堆肥調節過程中，與粒度調節密切相關的還有均勻度調節，即原料的混合均勻度。均勻度調節的好壞不僅影響到粒度調節，而且也影響到水分、C/N、C/P、pH值等調節，并最終影響到發酵效果。由于均勻度調節目前還沒有一個量化標準，只能采取目測或通過隨機取樣檢測水分、C/N、pH值等進行判斷，而在生產實踐中往往被忽視。實際生產中，污泥堆肥物料的混合通常采用雙料斗雙螺桿混合機完成，混合均勻度能滿足工藝要求

3．養分調節

某些污泥堆肥好氧發酵除了需要進行水分和孔隙調整外，可能還需其他的調節。如有些富纖維物質像庭院垃圾、鋸末、秸稈粉和部分城市固體廢物與城市污泥混合進行堆肥好氧發酵，可能缺少微生物快速增長的必需營養，需對初始堆肥基質進行營養調節，以保證微生物有合適的生物能量供其生長繁殖。可以說，污泥堆肥中另一個易被忽視的環節就是堆肥的養分調節，也是導致堆肥產品質量和應用效果不穩定的重要因素。目前，許多污泥堆肥設計和生產都沒考慮過養分調節。其實污泥堆肥產品的銷售業績和實際應用效果又主要是由養分決定的。不同的C、N、P含量可以獲得相同的C/N、C/P，但在肥料產品中卻形成了不同的養分含量。所以在項目和產品設計中，應首先確定產品類型，根據產品類型估算出C、N、P等指標基數，再根據現有物料的C、N、P的實際數，按照C/N、C/P確定值和發酵過程中C的揮發量，計算出應補充的C、N、P數量。

細分析，污泥堆肥基質需要一些無機營養來保證微生物的生長。在堆肥系統中氮的需求比其他無機營養物高，所以主要調節氮營養。在好氧代謝過程中，微生物利用1份氮需要15～30份碳，即C/N=15～30為最好。如果C/N增加，則堆肥時間延長，例如C/N為20，堆肥腐熟需要12d; C/N為78，則需要21d。含氮量低會造成“氮”營養匱乏，限制微生物生長繁殖，影響整個堆肥進程。去除一部分高含碳物質或（和）加入一些高含氮物質可以解決高C/N的問題。

如果C/N小于或等于15，則氮過量，不會出現氮匱乏的情況。堆肥文獻中通常認為堆肥混合基質的C/N必須在15～30范圍內，其實不然；只是C/N在15～30時可避免氮營養匱乏。當C/N小于15時，過量的氮會隨氨揮發而損失，對堆肥發酵進程并無負面影響。

應用C/N指標時一般假定碳源和氮源基質都是易降解的。對于難降解的有機氮，則不管C/N多少，這部分氮都是無效的。不過，自然狀態下的基質所含的氮絕大部分都是在蛋白質分子中，相對易降解。另外，如果存在難降解的碳源基質，即使是過高C/N，也不會影響堆肥進程，因為這部分碳幾乎不參與微生物的分解和合成。