凱叔談堆肥的本質(zhì)：熱量及能量平衡

時(shí)間：2022-05-31 09:03

來源：凱叔的胡說八道

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(gè)人化、脫離教科書的認(rèn)識(shí)和感悟。教科書上關(guān)于堆肥介紹的重點(diǎn)詞語(yǔ)有：兩周、高溫、一次發(fā)酵、二次發(fā)酵、干化、減量、發(fā)酵時(shí)間、陳化時(shí)間、腐熟、物料平衡、曝氣量、臭味等等。

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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(gè)人化、脫離教科書的認(rèn)識(shí)和感悟。

教科書上關(guān)于堆肥介紹的重點(diǎn)詞語(yǔ)有：兩周、高溫、一次發(fā)酵、二次發(fā)酵、干化、減量、發(fā)酵時(shí)間、陳化時(shí)間、腐熟、物料平衡、曝氣量、臭味等等。我們會(huì)問：

為什么是14天？

為什么要充氧？

為什么曝氣的量是根據(jù)物料量計(jì)算的，為什么是個(gè)區(qū)間？

為什么不同季節(jié)的曝氣量和發(fā)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(shù)，或者其他換氣次數(shù)去確定除臭的量？

到底有什么東西進(jìn)入到了臭氣中？

到底臭氣濃度和什么具體數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)？

......

如果這樣問，能寫到明天。

而這些問題，都和三個(gè)平衡有關(guān)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(gè)概念，大家湊合著看吧）

因?yàn)橹W(wǎng)的收費(fèi)太高，我沒有搜國(guó)內(nèi)關(guān)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(diǎn)介紹了堆肥的熱力學(xué)。雖然，我學(xué)過物理化學(xué)和化工原理，但是我依然看不懂他們?cè)谡f什么，熵、焓、吉布斯自由能......到底是什么意思？

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但是，我長(zhǎng)期視而不見的這幾章內(nèi)容，反而是我對(duì)堆肥技術(shù)理解的第三個(gè)層次（第一個(gè)層次是物料平衡和kgH2O/kgVSS，第二個(gè)層次是容積負(fù)荷kgVSS/m3·d）。

這來源于2020年濰坊雞糞有機(jī)肥項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，一個(gè)疑問一個(gè)疑問去想的時(shí)候，你就會(huì)去假設(shè)、去分析，最后尋求驗(yàn)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(gè)相對(duì)絕熱的反應(yīng)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(jì)算生物反應(yīng)的放熱、干化、曝氣量、產(chǎn)氣量、飽和蒸汽溫度、水滴冷凝、除臭冷凝水的量、環(huán)境和排氣對(duì)堆體溫度的影響等等。

那，堆肥的真相就是以下幾個(gè)內(nèi)容了：

1、假設(shè)堆肥化的確定周期內(nèi)，能降解的有機(jī)質(zhì)量是確定的；

2、降解有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生的熱量是確定的；3、熱量能夠蒸發(fā)多少水是確定的；

4、如果反應(yīng)器的散熱量是可測(cè)量的，產(chǎn)生的熱量多少用于蒸發(fā)水分、多少用于散熱、多少用于堆體保溫是確定的；

5、在絕對(duì)密閉的反應(yīng)器中，反應(yīng)器的曝氣量和進(jìn)氣的溫度是確定的，那用于加熱進(jìn)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(jì)算出有多少熱量用于蒸發(fā)水分、能蒸發(fā)出多少水分、水汽的溫度（濕度、飽和度、蒸汽量等等一系列數(shù)據(jù)）。所以，我們能精確的知道發(fā)酵時(shí)間、進(jìn)氣溫度和干化的關(guān)系，我們也能精確的確定這兩個(gè)數(shù)據(jù)：kgH2O/kgVSS、kgVSS/m3·d。（我自豪一下哈，這兩個(gè)數(shù)據(jù)是任何教科書和文獻(xiàn)上沒有的，我借用了污水容積負(fù)荷的概念，把堆肥的周期和效率進(jìn)行了量化）。這不就解決了為什么是14天（這只是一個(gè)代表，不是指具體的天數(shù)）？曝氣量到底應(yīng)該是多少？出料能干化到什么程度？能產(chǎn)生多少物料等幾個(gè)問題嗎？

7、用除臭風(fēng)機(jī)往外抽氣，我們就知道多少風(fēng)量能帶走多少水汽，反應(yīng)器內(nèi)蒸汽的溫度會(huì)變多少，而且也能根據(jù)大致的生物反應(yīng)推測(cè)臭氣的成分。這就解決了氣量的問題，而不用靠換氣次數(shù)來解釋。

這是一個(gè)理想化的設(shè)計(jì)，生物反應(yīng)受周圍環(huán)境、調(diào)試情況、物料變化等影響會(huì)有很大差距，這個(gè)時(shí)候需要結(jié)合我們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，給上面的不確定參數(shù)一個(gè)K值（凱叔的K），用于調(diào)整氣溫、氣量、生物反應(yīng)等幾個(gè)變量的不確定性。

如果需要得到非常科學(xué)的數(shù)據(jù)，我相信通過3年的科學(xué)研究能得出結(jié)論，如果只是想指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)，我們可以通過K值來修正調(diào)整。

固廢處理的邊界條件太多、物料很難精確測(cè)量，導(dǎo)致經(jīng)驗(yàn)主義占主要，尤其是堆肥領(lǐng)域，隨便一堆就成肥，誰(shuí)會(huì)在意到底降解了多少？到底蒸發(fā)了多少？所以，有些東西是需要項(xiàng)目運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和理論知識(shí)結(jié)合的。

我和同事劉彬在無(wú)錫、任丘、達(dá)旗、朔州做了接近5年的運(yùn)營(yíng)、總結(jié)，所有的數(shù)據(jù)是從運(yùn)行數(shù)據(jù)中摸索、總結(jié)確定的。你可以比著葫蘆畫瓢、可以仿制反應(yīng)器、可以得到計(jì)算書，但是有那么幾個(gè)參數(shù)肯定是不知道為何而來的。這就是經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)的價(jià)值！

我相信，第三代堆肥反應(yīng)器必定是生物反應(yīng)與能量平衡的結(jié)合，反應(yīng)器形式、翻拋形式只是一個(gè)載體而已。

我們是如何實(shí)現(xiàn)堆肥的三個(gè)層次認(rèn)識(shí)的？在研發(fā)的過程中到底經(jīng)歷了什么？哪些是與教科書格格不入的？請(qǐng)關(guān)注下一篇文章：《發(fā)酵滾筒研發(fā)的三次實(shí)驗(yàn)》。

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(shù)的時(shí)候，沒有胡說八道。