热辅助好氧堆肥：污泥深度脱水与过程优化的可持续创新路径

本研究针对传统污泥处理技术周期长、效率低等瓶颈，创新性地提出热辅助好氧堆肥工艺，通过正交实验优化操作条件组合，揭示其在缩短堆肥启动时间（降低85.7%）、提升脱水效率（含水率降至21.8%）及保留有机质方面的显著优势，为市政脱水污泥资源化处理提供了理论依据和技术支撑。

　　

随着城市化进程加速，市政污水处理量持续增长，其副产物——市政脱水污泥的高含水率、高无机质含量及潜在污染风险（如病原菌和重金属）成为环境治理的难点。传统处理方式如卫生填埋易产生渗漏污染，土地利用对污泥品质要求严苛，厌氧发酵会产生大量固体残留，而焚烧则伴随飞灰危废问题。好氧堆肥虽能实现污泥无害化与资源化，但存在启动周期长、时间成本高等缺陷。在这一背景下，江苏大学环境与安全工程学院的研究团队在《Water-Energy Nexus》发表论文，提出了一种融合热力辅助与微生物协同作用的创新工艺——热辅助好氧堆肥，旨在通过多参数优化与物质-能量转化分析，突破传统堆肥效率瓶颈。

研究团队通过正交实验设计，系统评估了加热温度（30°C、40°C、50°C）、污泥与辅料比例（3:1、4:1、5:1）及翻堆频率（静态、间歇翻动、连续翻动）对堆肥效果的影响，并采用单指标极差分析与多指标综合评分法确定最优条件。实验装置集成操作单元、传感单元、后处理单元与控制系统，实时监测堆体温度、湿度及热量变化。同时，通过扫描电镜观察混合物微观结构，利用氧弹量热仪测定热值，并结合动力学模型解析水分蒸发与有机质降解规律。

3.1. 条件优化

通过正交实验发现，连续翻堆频率对水分去除的影响最为显著（极差R=32.8），而加热温度对堆体温度提升作用最大（R=19.4）。综合评分显示，最优工艺组合为加热温度50°C、污泥与辅料比例4:1、连续翻堆。在此条件下，堆肥启动时间从超过7天缩短至1天内，全程周期降至7天，较传统好氧堆肥（22天）效率提升68.18%。

3.2. 表征分析

热辅助好氧堆肥组在第2天即实现含水率降至27.5±1.7%，最终产物含水率低至21.8±2.2%，热值达19583.1±42.4 kJ/kg，显著优于传统堆肥组（29.5±2.0%）和纯热干燥组（53.3±1.3%）。电镜扫描显示，热辅助组混合物结构均匀，无结块现象，印证了热风与微生物协同作用的有效性。

3.3. 工艺过程解析

水分去除动力学模型表明，水分蒸发主要集中于操作第10–20小时，平均速率达232.0 g/h，而有机质降解主要发生于前10小时，降解率仅7%，说明该工艺能有效保留有机质。热量平衡分析显示，系统输入热量（12144.7 kJ）高于输出（10299.2 kJ），其中水分蒸发耗热占比70.8%，证实热辅助能推动堆肥正向进行。

该研究通过工艺优化与机理挖掘，明确了热辅助好氧堆肥在缩短周期、提升脱水效率及能量回收方面的优势，为有机固废资源化处理提供了创新路径。其提出的热量平衡模型与物质转化动力学，不仅深化了对堆肥过程的理论认知，也为工程化应用提供了设计依据。未来，该技术有望在污泥处理领域实现规模化推广，助力城市环境可持续发展。