凱叔談堆肥的本質：熱量及能量平衡

時間：2022-05-31 09:03

來源：凱叔的胡說八道

評論（）

今天來更新凱叔“污泥堆肥十篇文章”的第二篇。這是一篇非常個人化、脫離教科書的認識和感悟。教科書上關于堆肥介紹的重點詞語有：兩周、高溫、一次發酵、二次發酵、干化、減量、發酵時間、陳化時間、腐熟、物料平衡、曝氣量、臭味等等。

相關閱讀

凱叔解惑：污泥堆肥的十個疑問

凱叔熱評：新標準禁用污泥做有機肥，污泥何去何從？

今天來更新凱叔“污泥堆肥十篇文章”的第二篇。這是一篇非常個人化、脫離教科書的認識和感悟。

教科書上關于堆肥介紹的重點詞語有：兩周、高溫、一次發酵、二次發酵、干化、減量、發酵時間、陳化時間、腐熟、物料平衡、曝氣量、臭味等等。我們會問：

為什么是14天？

為什么要充氧？

為什么曝氣的量是根據物料量計算的，為什么是個區間？

為什么不同季節的曝氣量和發酵溫度差別那么大？

為什么要選擇5次或者8次的換氣次數，或者其他換氣次數去確定除臭的量？

到底有什么東西進入到了臭氣中？

到底臭氣濃度和什么具體數據相關聯？

......

如果這樣問，能寫到明天。

而這些問題，都和三個平衡有關系：物料平衡、能量平衡、熱量平衡。（好像能量平衡和熱平衡一個概念，大家湊合著看吧）

因為知網的收費太高，我沒有搜國內關于堆肥熱量及能量平衡的最新研究。在1990年出版的《堆肥工程與堆肥工廠》一書中，重點介紹了堆肥的熱力學。雖然，我學過物理化學和化工原理，但是我依然看不懂他們在說什么，熵、焓、吉布斯自由能......到底是什么意思？

微信圖片_20220531090637.jpg

但是，我長期視而不見的這幾章內容，反而是我對堆肥技術理解的第三個層次（第一個層次是物料平衡和kgH2O/kgVSS，第二個層次是容積負荷kgVSS/m3·d）。

這來源于2020年濰坊雞糞有機肥項目的設計，一個疑問一個疑問去想的時候，你就會去假設、去分析，最后尋求驗證，所有的問題都來源于：能量和熱量平衡。包括我們之前提的kgH2O/kgVSS、kgVSS/m3·d等等，都來源于此。

如果能夠建立一個相對絕熱的反應器，我們就可以通過物料平衡、能量平衡、熱量平衡來精確的計算生物反應的放熱、干化、曝氣量、產氣量、飽和蒸汽溫度、水滴冷凝、除臭冷凝水的量、環境和排氣對堆體溫度的影響等等。

那，堆肥的真相就是以下幾個內容了：

1、假設堆肥化的確定周期內，能降解的有機質量是確定的；

2、降解有機質產生的熱量是確定的；3、熱量能夠蒸發多少水是確定的；

4、如果反應器的散熱量是可測量的，產生的熱量多少用于蒸發水分、多少用于散熱、多少用于堆體保溫是確定的；

5、在絕對密閉的反應器中，反應器的曝氣量和進氣的溫度是確定的，那用于加熱進氣所消耗的熱量是確定的；

6、從上面的1-5條，我們可以形成公式，能計算出有多少熱量用于蒸發水分、能蒸發出多少水分、水汽的溫度（濕度、飽和度、蒸汽量等等一系列數據）。所以，我們能精確的知道發酵時間、進氣溫度和干化的關系，我們也能精確的確定這兩個數據：kgH2O/kgVSS、kgVSS/m3·d。（我自豪一下哈，這兩個數據是任何教科書和文獻上沒有的，我借用了污水容積負荷的概念，把堆肥的周期和效率進行了量化）。這不就解決了為什么是14天（這只是一個代表，不是指具體的天數）？曝氣量到底應該是多少？出料能干化到什么程度？能產生多少物料等幾個問題嗎？

7、用除臭風機往外抽氣，我們就知道多少風量能帶走多少水汽，反應器內蒸汽的溫度會變多少，而且也能根據大致的生物反應推測臭氣的成分。這就解決了氣量的問題，而不用靠換氣次數來解釋。

這是一個理想化的設計，生物反應受周圍環境、調試情況、物料變化等影響會有很大差距，這個時候需要結合我們的實踐經驗，給上面的不確定參數一個K值（凱叔的K），用于調整氣溫、氣量、生物反應等幾個變量的不確定性。

如果需要得到非常科學的數據，我相信通過3年的科學研究能得出結論，如果只是想指導工程設計，我們可以通過K值來修正調整。

固廢處理的邊界條件太多、物料很難精確測量，導致經驗主義占主要，尤其是堆肥領域，隨便一堆就成肥，誰會在意到底降解了多少？到底蒸發了多少？所以，有些東西是需要項目運行經驗和理論知識結合的。

我和同事劉彬在無錫、任丘、達旗、朔州做了接近5年的運營、總結，所有的數據是從運行數據中摸索、總結確定的。你可以比著葫蘆畫瓢、可以仿制反應器、可以得到計算書，但是有那么幾個參數肯定是不知道為何而來的。這就是經歷和經驗的價值！

我相信，第三代堆肥反應器必定是生物反應與能量平衡的結合，反應器形式、翻拋形式只是一個載體而已。

我們是如何實現堆肥的三個層次認識的？在研發的過程中到底經歷了什么？哪些是與教科書格格不入的？請關注下一篇文章：《發酵滾筒研發的三次實驗》。

世界變化太快，唯一不變的是變。我是凱叔，至少在說堆肥技術的時候，沒有胡說八道。