王 濤

（1.機(jī)械科學(xué)研究總院環(huán)保技術(shù)與裝備研究所，北京 100044；2.機(jī)科發(fā)展科技股份有限公司，北京 100044）

1 膜覆蓋技術(shù)的起源與發(fā)展

膜覆蓋技術(shù)（Membrane Cover Technology，可簡稱為MCT）指高溫好氧發(fā)酵過程在功能膜（半透性柔性復(fù)合膜）覆蓋的環(huán)境中進(jìn)行，控制料堆與周圍環(huán)境的物質(zhì)與能量交換，使料堆排放的污染物（臭氣、氣溶膠）濃度低于規(guī)定的限值。從本質(zhì)上講，膜覆蓋技術(shù)是一種改良的靜態(tài)條垛堆肥技術(shù)。

早期工業(yè)化堆肥系統(tǒng)很多采用靜態(tài)條垛堆肥技術(shù)，因?yàn)榇祟惣夹g(shù)具有投資節(jié)省、處理規(guī)?？烧{(diào)、平面布置靈活等特點(diǎn)，目前在美國、加拿大等地仍有大量靜態(tài)條垛式堆肥系統(tǒng)還保持運(yùn)行狀態(tài)。但由于靜態(tài)條垛堆肥系統(tǒng)也存在占地面積大、受氣候影響大、二次污染不易控制、自動(dòng)化程度低等問題，因此在大多數(shù)條件下的應(yīng)用受到了限制。

20世紀(jì)80年代，德國Baden-Baden推出了利用功能膜作為覆蓋層，將堆體與周圍空氣相對(duì)隔離進(jìn)行好氧發(fā)酵的一種靜態(tài)條垛堆肥方法。這一技術(shù)的基本原理和運(yùn)行方法與靜態(tài)條垛技術(shù)類似，最主要的創(chuàng)新之處是采用了具有防水、透氣功能的功能膜覆蓋層，在不影響對(duì)條垛通風(fēng)曝氣和去除水分的同時(shí)，可防止雨水對(duì)堆肥過程的影響，并且可極大緩解臭氣對(duì)周圍環(huán)境的影響。隨著膜覆蓋靜態(tài)條垛堆肥技術(shù)的不斷完善，后期開發(fā)了卷膜機(jī)等機(jī)械化專用設(shè)備，為此類項(xiàng)目的推廣提供了更加完善的設(shè)備條件。目前該類技術(shù)被廣泛應(yīng)用于污水處理廠脫水污泥、生活垃圾、畜禽糞便、沼渣、餐廚垃圾、園林垃圾等領(lǐng)域的有機(jī)固廢堆肥，并被用于填埋場(chǎng)改建過程中的陳腐垃圾處理和土壤修復(fù)領(lǐng)域。

2010年11月，上海朱家角脫水污泥應(yīng)急工程作為國內(nèi)第一座采用膜覆蓋工藝的污泥堆肥處理項(xiàng)目投入運(yùn)行，之后奉賢等上海周邊郊縣的污水處理廠脫水污泥處理項(xiàng)目也采用了該工藝，并且膜覆蓋技術(shù)作為主導(dǎo)工藝類型被編入上海市《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥高溫好氧發(fā)酵處理技術(shù)規(guī)程》（待發(fā)布）。2013年5月，國內(nèi)第一座園林綠化廢棄物膜覆蓋堆肥系統(tǒng)在北京投入使用。

2 膜覆蓋系統(tǒng)工藝流程

膜覆蓋技術(shù)主工藝過程與傳統(tǒng)高溫好氧發(fā)酵工藝過程類似，以脫水污泥處理為例，主要由脫水污泥和輔料的收集、儲(chǔ)存、預(yù)處理、進(jìn)料布料、一次發(fā)酵、二次發(fā)酵、出料和儲(chǔ)存等工序組成。膜覆蓋系統(tǒng)工藝流程如圖1所示，系統(tǒng)的好氧發(fā)酵核心系統(tǒng)組成見圖2。

圖1 膜覆蓋堆肥系統(tǒng)工藝流程圖

圖2 膜覆蓋系統(tǒng)好氧發(fā)酵核心系統(tǒng)組成

3 膜覆蓋系統(tǒng)核心技術(shù)

3.1 功能性覆蓋膜

功能性覆蓋膜的核心材料是ePTFE（中文名稱：膨體聚四氟乙烯），其具有極其穩(wěn)定的化學(xué)性能和很寬的溫度適用范圍，膜表面存在大量直徑為0.2～1.0μm的微孔，孔的尺寸為水珠的萬分之一以下，而比水蒸氣分子大700倍以上，水汽分子能輕易通過，而即使最小的水珠（輕霧）也不能通過薄膜。ePTFE織物具有良好的防水、透濕、防風(fēng)功能，常用于登山及御寒等戶外衣著之用。此類功能膜的應(yīng)用一般分為3-layer、2-layer、liner三類，堆肥領(lǐng)域一般采用3-layer或2-layer的復(fù)合膜。用于堆肥的功能性覆蓋膜一般應(yīng)滿足下表所列的技術(shù)指標(biāo)。

功能膜的技術(shù)指標(biāo)表

3.2 曝氣系統(tǒng)

膜覆蓋系統(tǒng)只設(shè)置曝氣系統(tǒng)而不設(shè)置引風(fēng)除臭系統(tǒng)。其曝氣系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，由鼓風(fēng)機(jī)、通風(fēng)管道和控制系統(tǒng)組成，曝氣系統(tǒng)與覆蓋膜共同形成了與周圍環(huán)境相對(duì)隔離的封閉環(huán)境，發(fā)酵物料在這個(gè)環(huán)境內(nèi)完成堆肥反應(yīng)過程。

鼓風(fēng)機(jī)采用傳統(tǒng)離心式通風(fēng)機(jī)即可，根據(jù)物料的高度選擇風(fēng)壓，風(fēng)量可根據(jù)物料來源不同按照0.5～2m3/m3堆料·h估算。

通風(fēng)管道采用穿孔管、混凝土曝氣槽或者專用預(yù)埋曝氣管（如圖3）。

圖3 專用預(yù)埋曝氣管（AEROFIX X in-floor）

控制系統(tǒng)由氧氣檢測(cè)系統(tǒng)、溫度檢測(cè)系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)控制PLC組成，通過氧氣和溫度的反饋數(shù)據(jù)控制風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)和停止。

3.3 卷膜設(shè)備

對(duì)于小型膜覆蓋堆肥系統(tǒng)，可以人工操作膜的收卷和覆蓋；大型膜覆蓋堆肥系統(tǒng)則一般需要專用卷膜設(shè)備，除可節(jié)省人工外，也有益于延長膜的使用壽命。

卷膜設(shè)備一般分為兩種，固定式（見圖2）和移動(dòng)式（如圖4所示）。

圖4 移動(dòng)式卷膜設(shè)備示意圖

4 膜覆蓋技術(shù)的適用性

膜覆蓋技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：

（1）復(fù)雜性低、易操作，系統(tǒng)可靠性高；

（2）系統(tǒng)設(shè)置靈活，甚至可以租賃運(yùn)行；

（3）模塊化，相同需求領(lǐng)域可以快速升級(jí)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)能力的快速擴(kuò)展；

（4）設(shè)計(jì)、施工、安裝周期短；

（5）不需設(shè)專門的除臭系統(tǒng)，可節(jié)省大量投資和運(yùn)行成本。

膜覆蓋技術(shù)同時(shí)存在著不足：

（1）從原理上，膜覆蓋技術(shù)仍然屬于靜態(tài)條垛技術(shù)類型，同樣避免不了靜態(tài)條垛技術(shù)的問題：停留時(shí)間長，系統(tǒng)效率低；無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化進(jìn)出料；維持物料間孔隙率需要添加大量輔料，尤其對(duì)于污泥堆肥處理過程更是這樣；

（2）功能膜材料對(duì)于臭氣的阻截作用無法達(dá)到除臭系統(tǒng)的效果，并且在一次發(fā)酵與二次發(fā)酵過程中的轉(zhuǎn)垛過程中，臭氣外溢無法控制；

（3）功能膜材料保溫性能無法與建筑物相比，尤其是堆體表層受外界氣溫影響較大，再加上沒有翻堆過程，表層物料在冬季無法實(shí)現(xiàn)有效腐熟。

通過對(duì)膜覆蓋技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與不足的分析，得到該技術(shù)的適用范圍：

（1）各領(lǐng)域小規(guī)模堆肥處理設(shè)施；

（2）季節(jié)性堆肥處理設(shè)施，如園林綠化廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥設(shè)施；

（3）大型臨時(shí)性堆肥處理設(shè)施，如存量污泥處理設(shè)施；

（4）正式、規(guī)范堆肥處理設(shè)施的備用系統(tǒng)。

5 膜覆蓋技術(shù)應(yīng)用案例

5.1 美國Westlake Farms堆肥項(xiàng)目

美國加利福尼亞州洛杉磯衛(wèi)生區(qū)（LACSD）Westlake Farms堆肥項(xiàng)目是目前規(guī)劃中世界最大的堆肥項(xiàng)目，位于Kings地區(qū)靠近Kettleman市，距離洛杉磯150多英里，總占地約200英畝（約合1200畝）。項(xiàng)目共分五期建設(shè)，總設(shè)計(jì)處理能力超過100萬噸污泥/年（其中包括50萬噸污泥/年和50萬噸園林垃圾/年）。項(xiàng)目一期工程將在2013年開始試運(yùn)行投產(chǎn)，設(shè)計(jì)處理能力為10萬噸/年。

Westlake Farms項(xiàng)目采用UTV GORE?膜覆蓋高溫好氧堆肥處理系統(tǒng)。污泥與粉碎的園林垃圾混合后，通過鏟車堆置成長50米、寬8米、高約3.5米的堆體，每堆槽鋪設(shè)2根氧氣通風(fēng)管道。在堆體表面覆蓋特制功能膜并固定，使用五點(diǎn)溫度傳感器和氧傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控堆體中的溫度和氧氣變化。在充分供氧及適宜水分條件下，經(jīng)過4周完成一次發(fā)酵。一次發(fā)酵完成后，進(jìn)行一次翻堆，經(jīng)過2周完成二次發(fā)酵。二次發(fā)酵結(jié)束后，再進(jìn)行一次翻堆，并在自然條件下，讓其腐熟2周，以便發(fā)酵更加完全。污泥和園林垃圾經(jīng)過8周的生物降解、轉(zhuǎn)化、穩(wěn)定，進(jìn)而得到優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料。發(fā)酵過程中產(chǎn)生的少量滲濾液，經(jīng)由排水系統(tǒng)收集后，用于在原料含水率較低的情況下進(jìn)行回噴。

該項(xiàng)目從2010年開始立項(xiàng)，在項(xiàng)目前期驗(yàn)證階段，當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)審查監(jiān)管部門對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了一系列的驗(yàn)證性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)表明膜覆蓋系統(tǒng)的性能與當(dāng)?shù)匚锪蠗l件相結(jié)合符合VOC排放控制的限制性規(guī)則和美國TMECC-2002堆肥產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 上海朱家角脫水污泥應(yīng)急工程

上海朱家角脫水污泥應(yīng)急工程是國內(nèi)最早采用膜覆蓋堆肥工藝的污泥處理項(xiàng)目。該項(xiàng)目位于青浦污水處理廠廠區(qū)內(nèi)部，總占地面積約6.67公頃；處理規(guī)模100噸/日；工程投資1200萬元；運(yùn)行成本150元/噸；最終處置方式為土地利用。作為上海市青浦污泥處理工程的應(yīng)急工程（見圖5），于2010年8開始建設(shè)，2010年12月底建成投入使用。

圖5 上海朱家角脫水污泥應(yīng)急工程現(xiàn)場(chǎng)（2011年9月拍攝）

6 結(jié)語

目前堆肥技術(shù)發(fā)展的主流方向是機(jī)械化堆肥，尤其是目前以SACT工藝為代表的全機(jī)械化流程為堆肥技術(shù)應(yīng)用在大型工業(yè)化集中處理指明了發(fā)展方向。但堆肥技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，機(jī)械化堆肥技術(shù)在很多情況下無法發(fā)揮其特長，膜覆蓋技術(shù)的出現(xiàn)成為機(jī)械化堆肥技術(shù)有益和必要的補(bǔ)充?？梢灶A(yù)見：兩者相結(jié)合，甚至在同一個(gè)項(xiàng)目中相互融合，應(yīng)能探索出一條適合中國國情的、普遍適用的堆肥技術(shù)發(fā)展道路。

[1]盛金良，龔瑩，宮寧，等.膜覆蓋污泥好氧堆肥通風(fēng)特性研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2013，7（2）：115-119.

[2]張永華.上海市污水處理廠污泥處理處置現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].城市道橋與防洪，2012，9：135-138.

[3]王濤.SACT污泥全機(jī)械化堆肥工藝與自動(dòng)控制系統(tǒng)[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2010，（2）：32-34.

[4]王濤.城市污泥堆肥技術(shù)機(jī)械化工業(yè)化發(fā)展趨勢(shì)與典型案例分析[J].城鎮(zhèn)水務(wù)，2013，4（1）：17-21.