凯叔谈堆肥的本质：热量及能量平衡

时间：2022-05-31 09:03

来源：凯叔的胡说八道

今天来更新凯叔“污泥堆肥十篇文章”的第二篇。这是一篇非常个人化、脱离教科书的认识和感悟。教科书上关于堆肥介绍的重点词语有：两周、高温、一次发酵、二次发酵、干化、减量、发酵时间、陈化时间、腐熟、物料平衡、曝气量、臭味等等。

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今天来更新凯叔“污泥堆肥十篇文章”的第二篇。这是一篇非常个人化、脱离教科书的认识和感悟。

教科书上关于堆肥介绍的重点词语有：两周、高温、一次发酵、二次发酵、干化、减量、发酵时间、陈化时间、腐熟、物料平衡、曝气量、臭味等等。我们会问：

为什么是14天？

为什么要充氧？

为什么曝气的量是根据物料量计算的，为什么是个区间？

为什么不同季节的曝气量和发酵温度差别那么大？

为什么要选择5次或者8次的换气次数，或者其他换气次数去确定除臭的量？

到底有什么东西进入到了臭气中？

到底臭气浓度和什么具体数据相关联？

......

如果这样问，能写到明天。

而这些问题，都和三个平衡有关系：物料平衡、能量平衡、热量平衡。（好像能量平衡和热平衡一个概念，大家凑合着看吧）

因为知网的收费太高，我没有搜国内关于堆肥热量及能量平衡的最新研究。在1990年出版的《堆肥工程与堆肥工厂》一书中，重点介绍了堆肥的热力学。虽然，我学过物理化学和化工原理，但是我依然看不懂他们在说什么，熵、焓、吉布斯自由能......到底是什么意思？

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但是，我长期视而不见的这几章内容，反而是我对堆肥技术理解的第三个层次（第一个层次是物料平衡和kgH2O/kgVSS，第二个层次是容积负荷kgVSS/m³·d）。

这来源于2020年潍坊鸡粪有机肥项目的设计，一个疑问一个疑问去想的时候，你就会去假设、去分析，最后寻求验证，所有的问题都来源于：能量和热量平衡。包括我们之前提的kgH2O/kgVSS、kgVSS/m³·d等等，都来源于此。

如果能够建立一个相对绝热的反应器，我们就可以通过物料平衡、能量平衡、热量平衡来精确的计算生物反应的放热、干化、曝气量、产气量、饱和蒸汽温度、水滴冷凝、除臭冷凝水的量、环境和排气对堆体温度的影响等等。

那，堆肥的真相就是以下几个内容了：

1、假设堆肥化的确定周期内，能降解的有机质量是确定的；

2、降解有机质产生的热量是确定的；3、热量能够蒸发多少水是确定的；

4、如果反应器的散热量是可测量的，产生的热量多少用于蒸发水分、多少用于散热、多少用于堆体保温是确定的；

5、在绝对密闭的反应器中，反应器的曝气量和进气的温度是确定的，那用于加热进气所消耗的热量是确定的；

6、从上面的1-5条，我们可以形成公式，能计算出有多少热量用于蒸发水分、能蒸发出多少水分、水汽的温度（湿度、饱和度、蒸汽量等等一系列数据）。所以，我们能精确的知道发酵时间、进气温度和干化的关系，我们也能精确的确定这两个数据：kgH2O/kgVSS、kgVSS/m³·d。（我自豪一下哈，这两个数据是任何教科书和文献上没有的，我借用了污水容积负荷的概念，把堆肥的周期和效率进行了量化）。这不就解决了为什么是14天（这只是一个代表，不是指具体的天数）？曝气量到底应该是多少？出料能干化到什么程度？能产生多少物料等几个问题吗？

7、用除臭风机往外抽气，我们就知道多少风量能带走多少水汽，反应器内蒸汽的温度会变多少，而且也能根据大致的生物反应推测臭气的成分。这就解决了气量的问题，而不用靠换气次数来解释。

这是一个理想化的设计，生物反应受周围环境、调试情况、物料变化等影响会有很大差距，这个时候需要结合我们的实践经验，给上面的不确定参数一个K值（凯叔的K），用于调整气温、气量、生物反应等几个变量的不确定性。

如果需要得到非常科学的数据，我相信通过3年的科学研究能得出结论，如果只是想指导工程设计，我们可以通过K值来修正调整。

固废处理的边界条件太多、物料很难精确测量，导致经验主义占主要，尤其是堆肥领域，随便一堆就成肥，谁会在意到底降解了多少？到底蒸发了多少？所以，有些东西是需要项目运行经验和理论知识结合的。

我和同事刘彬在无锡、任丘、达旗、朔州做了接近5年的运营、总结，所有的数据是从运行数据中摸索、总结确定的。你可以比着葫芦画瓢、可以仿制反应器、可以得到计算书，但是有那么几个参数肯定是不知道为何而来的。这就是经历和经验的价值！

我相信，第三代堆肥反应器必定是生物反应与能量平衡的结合，反应器形式、翻抛形式只是一个载体而已。

我们是如何实现堆肥的三个层次认识的？在研发的过程中到底经历了什么？哪些是与教科书格格不入的？请关注下一篇文章：《发酵滚筒研发的三次实验》。

世界变化太快，唯一不变的是变。我是凯叔，至少在说堆肥技术的时候，没有胡说八道。