2.5 原料调节与预处理

一个好的污泥堆肥系统首先考虑的就是起始物料的配比，以保证有合适的孔隙、水分、C/N以及能产生的热值。在实践中，通常采用的方法包括：加入有机的或无机的调理剂；加入膨胀剂，例如木屑、花生壳等；加入污泥堆肥腐熟回料；上述几种方法的结合使用。

2.5.1 污泥堆肥辅料湿基质的水分控制

如果污泥堆肥辅料湿基质含水率达到80%以上，不能直接用于堆肥好氧发酵操作，因为物料水分得不到控制，会导致堆肥温度降低而无法腐熟。通常，有机物料的水分含量越高，就需要越大的空间以保证充分通风。养殖粪便、厨余垃圾均属不易碎的物料，且缺少多孔结构，另外具有可塑性，物料自重也会使料堆变得更加紧实，这样孔隙体积会变得更少，使得堆肥发酵十分困难。

对于水含量过高的湿基质，在设计或操作时应注意：原料要进行结构调节，以获得易碎的混合物料，如适量添加锯末、秸秆分、花生壳等；进行能量调节，使得污泥堆肥启动快速，保证堆肥好氧发酵中的热动力平衡，包括添加能值高的物料或添加接种剂。另外还要考虑通畅的空气供应系统和温度控制系统，同时还要保护污泥堆肥混合物免受风雨侵蚀和季节影响。

1．风干

除了用回流腐熟料和调理剂进行水分调节外，还可以在堆肥前对辅料湿基质进行风干脱水，去除表面多余的水分。风干一般仅在干燥地区适用，另外风干脱水只局限于相对稳定的基质如消化污泥、牲畜粪便等。比较起来，风干是非常有效且处理成本低的结构调节方式，也是能量调节的方式之一。

2．烘干

堆肥辅料湿基质的另一种处理方法是在堆肥前对基质进行加热烘干，也称为“热脱水”。烘干和风干一样能很好地完成湿基质的水分调节，保留可生物降解的固相，除去多余的水分。另外，烘干不会受外界环境影响，运行稳定。比较起来，烘干所需设备投资与运行成本均比较高，因此，工业化污泥堆肥一般不采用烘干法来调节基质湿度。

2.5.2 污泥堆肥物料的预处理

原料预处理是污泥堆肥生产的一个重要环节，对堆肥化进程、腐熟效果以及产品质量影响极大，然而在堆肥实践中却往往被忽视。

2.5.2.1 预处理对堆肥的影响

由于常用的堆肥辅料要么是些没经过任何处理的新鲜物料，水分大、杂质多，如畜禽粪便中通常混杂有大量秸秆或垫料；要么是些放置时间较长，形成了大小不一粘结块状的物料，如干鸡粪等。即使是一致性较好的原料，原料间也存在粒度的差异。由于水分、C/N、C/P、pH值等对发酵的影响将在本书后面的章节作详细介绍，这里重点讨论物料粒度对堆肥的影响。

1．对发酵速度的影响

堆肥物料粒度过大，不仅影响水分调节的效果，而且也影响混合的均匀度，特别是一些较大团块或纤维素含量较高的物料，如不加破碎或不破碎到一定程度，会造成微生物分解速度减慢，腐熟期延长的后果。如常见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个月左右；如将稻草切成10cm的小段后与污泥混合，完全腐熟大约不到1个月；如果将稻草磨成3mm、5mm的草粉后与污泥混合，再有针对性接种，则其完全腐熟时间只要20d。由此可见原料预处理对发酵速度的影响。

2．对发酵效果的影响

不仅原料水分、C/N、C/P以及pH值等影响堆肥好氧发酵效果，物料粒度也影响到发酵效果。污泥堆肥过程中，通常能够观察到一些较大的团块没有发酵或发酵不彻底，主要原因是团块较大时，要么水分吸收过多，含水量过大，物料内部处于一种厌氧状态，好气性微生物不能繁殖或存活；要么是团块吸水性较差，物料内部水分过低，微生物也无法生长繁殖所致。

3．对产品质量的影响

污泥堆肥过程中，如部分物料没经发酵或发酵不彻底，会相应增加未降解有机物的比例，同时也会提高病原微生物发生的概率；如部分物料处于厌氧发酵，该部分物料在产生臭气的同时养分损失也大，同时厌氧性病原微生物繁殖或发生的概率也高，这些对堆肥产品质量都会产生较大影响。

2.5.2.2 预处理环节

污泥堆肥辅料预处理涉及水分调节、粒度及均匀度调节、养分调节以及C/N、C/P、pH值调节等，通俗地说，就是涉及物料的破碎、物料的相互搭配以及物料的均匀混合。

1．水分调节

由于堆肥原料水分差异大，而堆肥对水分又有比较严格的要求，通常采取物料水分高低搭配、干湿混合的办法进行水分调节。当主料水分较高时，应搭配较低水分含量的辅料；当主料水分含量较低时，辅料的干湿状况对水分调节不会产生大的影响；当主辅料水分含量都高时，应首先选择干燥辅料或部分易干燥的主料，但应以成本最低化为原则。

2．粒度及均匀度调节

堆肥辅料粒度调解时，还有一点要注意，粒度并非越细越好。通常情况下，当辅料粒度达到一定限度后，它与混合后物料的孔隙度是成反比。生产和日常生活中，经常遇到当物料过细遇水呈“面糊”状的现象。所以，粒度调节是为了寻求物料比表面积和物料空隙度的平衡，使堆肥物料保持较好的自然供氧量，以维持堆肥有机物较高的微生物分解速率。一般污泥堆肥辅料适宜的粒度范围为3～15mm，最佳粒度范围为5～10mm。不同的发酵或供氧方式对物料粒度要求不同，条垛式或静态堆肥取上限，而具有曝气或强制性通风系统的取下限。常用的粒度调节方法有破碎法和混合法，破碎法就是将大的物料用粉碎设备进行破碎至合适的粒度；混合法就是将高水分、过细的物料用适宜粒度的干物料进行混合，调整至适宜的粒度。实际生产中一般都是将两种方法同时使用。

在污泥堆肥调节过程中，与粒度调节密切相关的还有均匀度调节，即原料的混合均匀度。均匀度调节的好坏不仅影响到粒度调节，而且也影响到水分、C/N、C/P、pH值等调节，并最终影响到发酵效果。由于均匀度调节目前还没有一个量化标准，只能采取目测或通过随机取样检测水分、C/N、pH值等进行判断，而在生产实践中往往被忽视。实际生产中，污泥堆肥物料的混合通常采用双料斗双螺杆混合机完成，混合均匀度能满足工艺要求

3．养分调节

某些污泥堆肥好氧发酵除了需要进行水分和孔隙调整外，可能还需其他的调节。如有些富纤维物质像庭院垃圾、锯末、秸秆粉和部分城市固体废物与城市污泥混合进行堆肥好氧发酵，可能缺少微生物快速增长的必需营养，需对初始堆肥基质进行营养调节，以保证微生物有合适的生物能量供其生长繁殖。可以说，污泥堆肥中另一个易被忽视的环节就是堆肥的养分调节，也是导致堆肥产品质量和应用效果不稳定的重要因素。目前，许多污泥堆肥设计和生产都没考虑过养分调节。其实污泥堆肥产品的销售业绩和实际应用效果又主要是由养分决定的。不同的C、N、P含量可以获得相同的C/N、C/P，但在肥料产品中却形成了不同的养分含量。所以在项目和产品设计中，应首先确定产品类型，根据产品类型估算出C、N、P等指标基数，再根据现有物料的C、N、P的实际数，按照C/N、C/P确定值和发酵过程中C的挥发量，计算出应补充的C、N、P数量。

细分析，污泥堆肥基质需要一些无机营养来保证微生物的生长。在堆肥系统中氮的需求比其他无机营养物高，所以主要调节氮营养。在好氧代谢过程中，微生物利用1份氮需要15～30份碳，即C/N=15～30为最好。如果C/N增加，则堆肥时间延长，例如C/N为20，堆肥腐熟需要12d; C/N为78，则需要21d。含氮量低会造成“氮”营养匮乏，限制微生物生长繁殖，影响整个堆肥进程。去除一部分高含碳物质或（和）加入一些高含氮物质可以解决高C/N的问题。

如果C/N小于或等于15，则氮过量，不会出现氮匮乏的情况。堆肥文献中通常认为堆肥混合基质的C/N必须在15～30范围内，其实不然；只是C/N在15～30时可避免氮营养匮乏。当C/N小于15时，过量的氮会随氨挥发而损失，对堆肥发酵进程并无负面影响。

应用C/N指标时一般假定碳源和氮源基质都是易降解的。对于难降解的有机氮，则不管C/N多少，这部分氮都是无效的。不过，自然状态下的基质所含的氮绝大部分都是在蛋白质分子中，相对易降解。另外，如果存在难降解的碳源基质，即使是过高C/N，也不会影响堆肥进程，因为这部分碳几乎不参与微生物的分解和合成。