有機固體廢物堆肥與厭氧發(fā)酵精編版

1、第一節(jié) 概述有機物是固體廢物污染的重要來源1、生活垃圾中50-60%是有機物，會腐爛變質(zhì)，釋放臭氣，污染環(huán)境；會孳生蚊蠅，危害健康。2、糞便、污水處理廠污泥大部分是有機物，堆放過程中會釋放污染物，污染環(huán)境。3、農(nóng)業(yè)廢棄物基本上全是有機物，傾倒水體中會釋放污染物；焚燒會污染大氣。一、生物處理定義 生物處理就是以固體廢物中的可降解有機物或其他組分為對象，利用生物對其作用，轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定產(chǎn)物、能源和其他有用物質(zhì)的一種處理技術(shù)。二、生物處理方法v好氧生物處理法 在提供游離氧的條件下，以好氧微生物為主使有機物降解、穩(wěn)定的無害化處理方法。固體廢物存在的各種有機物(相對分子質(zhì)量大、能位高)作為微生物的營養(yǎng)源，經(jīng)

2、過一種生化反應(yīng)，逐級釋放能量，最終轉(zhuǎn)化成相對分子質(zhì)量小、能位低物質(zhì)而穩(wěn)定下來，達到無害化的要求，以便利用或進一步妥善處理，使其回到自然環(huán)境中去。 v厭氧生物處理化 在沒有游離氧的情況下，以厭氧微生物為主對有機物進行降解、穩(wěn)定的一種無害化處理。在這種厭氧生物處理過程中，復(fù)雜的有機化合物被降解，轉(zhuǎn)化為簡單、穩(wěn)定的化合物，同時釋放能量。其中，大部分能量以甲烷形式出現(xiàn)，這是一種可燃氣體，可回收利用。同時，僅少量有機物被轉(zhuǎn)化、合成為新的細胞組成部分。三、主要生物處理技術(shù)v堆肥化技術(shù)v厭氧消化v廢物養(yǎng)殖蚯蚓v微生物浸出回收金屬第二節(jié) 漚肥技術(shù)一、漚肥技術(shù)原理 利用需氧性微生物的活動，快速分解有機物，并產(chǎn)生

3、大量的熱能使堆體內(nèi)的溫度不斷上升，一般可達到50-70，并維持一定時間，從而將堆料的病菌、蠕蟲卵、蠅蛆等殺死，達到無害化的目的，并進行有機物的降解。二、簡易漚肥方法v污水坑漚肥法v平地漚肥法v半坑式漚肥法 三、簡易漚肥的影響因素及其控制1、原料有機成分含量 控制有機物含量25%以上，C/N比例約為25：1。2、微生物量 為了加速漚肥的腐熟，可加入一些富含高溫纖維分解菌的騾、馬糞或幾經(jīng)腐熟的堆肥體，加入量一般為堆體的10%20%。3、含水率 含水率需根據(jù)原料質(zhì)量、性質(zhì)、季節(jié)而定，一般以30%-50%為適宜。4、pH值 漚肥過程微生物一般適于在中性和弱堿性的環(huán)境中生長繁殖。5、空氣供給 漚肥中需氧

4、菌的活動需要有良好的通風，一般在溫度上升期通風量要大些，溫度下降期應(yīng)限制通風量；冬季為保溫，通風量要小些。6、封泥泥的厚度一般以5-6cm為宜，冬季可適當加大厚度。四、簡易漚肥的無害化處理v加生石灰法v加農(nóng)藥處理法v加尿素法第三節(jié) 有機固體廢物堆肥化處理技術(shù)一、基本概念二、原料來源及質(zhì)量控制三、堆肥化原理四、堆肥化工藝五、堆肥化設(shè)備六、堆肥化過程技術(shù)參數(shù)及控制七、堆肥腐熟度及其質(zhì)量標準八、堆肥肥效與利用一、基本概念1、堆肥化定義 在人工控制的條件下，利用自然界中廣泛分布的細菌、放線菌、真菌等微生物的新陳代謝作用，在中高溫好氧條件下，把固體廢物中可降解的有機物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的過程。深褐色、質(zhì)

5、地松散、有泥土味的物質(zhì)。這種物質(zhì)的養(yǎng)料價深褐色、質(zhì)地松散、有泥土味的物質(zhì)。這種物質(zhì)的養(yǎng)料價值不高，但卻是一種極好的土壤調(diào)節(jié)劑和改良劑，其主要值不高，但卻是一種極好的土壤調(diào)節(jié)劑和改良劑，其主要成分是腐殖質(zhì)。成分是腐殖質(zhì)。根據(jù)微生物生長的環(huán)境可將堆肥化分為：v好氧堆肥化v厭氧堆肥化2、堆肥化發(fā)展過程厭氧堆肥化農(nóng)業(yè)廢棄物、落葉、雜草、糞便城市生活垃圾好氧堆肥化、機械化堆肥堆肥廠停產(chǎn)倒閉堆肥化技術(shù)又開始回升垃圾成分動植物殘余、灰渣垃圾產(chǎn)生速度快、產(chǎn)量大工業(yè)革命，工業(yè)制成品及有害物混入垃圾中填埋、焚燒等缺陷分類、分選技術(shù)發(fā)展二、原料來源及質(zhì)量控制1、原料來源生活垃圾礦業(yè)工業(yè)林業(yè)農(nóng)業(yè)來源2、質(zhì)量控制v密度

6、（容重）：密度（容重）：適于堆肥的垃圾密度為350-650kg/m3；v組分（濕質(zhì)）組分（濕質(zhì)）%：有機物20%，并按照易腐物（動物性+植物性）、灰渣（15mm稱渣礫，15mm為灰土）和廢品（紙類、布類、塑料、金屬、玻璃）分別統(tǒng)計用于堆肥化處理的城市生活垃圾組成成分。v含水率：含水率：適合堆肥的垃圾含水率為40-60%；v碳碳/氮比（氮比（C/N）：）：適合堆肥的C/N比為20：130：1；v粒度：粒度：適合堆肥的物料粒度為12-60mm，蔬菜類易腐廢物尺寸可略大一些。三、堆肥化原理 好氧堆肥是以好氧菌為主對廢物中的有機物進行吸收、氧化、分解及轉(zhuǎn)化，微生物把一部分有機物氧化成簡單的無機物，并釋

7、放出能量，把另一部分有機物轉(zhuǎn)化成為新的細胞物質(zhì)，使微生物生長繁殖，產(chǎn)生更多的生物體。1、總的反應(yīng)方程式有機SW+O2 CO2+H2O+細胞體+腐殖質(zhì)+ 雜質(zhì)+Q好氧微生物生物化學轉(zhuǎn)化2、理論方程式中 r=0.5b-nx-3(c-ny)； s=a-nw；n為降解效率(摩爾轉(zhuǎn)化率1)； CaHbNcOd和CwHxNyOz分別代表堆肥原料和 堆肥產(chǎn)物的成分。3222)()2(5 . 0NHnycOrHsCOONHnCOdrsnzONHCzyxwdcba例題 用一種成分為C31H50NO26的堆肥物料進行實驗室規(guī)模的好氧堆肥化試驗。試驗結(jié)果，每1000kg堆料在完成堆肥化后僅剩下200kg，測定產(chǎn)品成

8、分為C11H14NO4，試求每1000kg物料的化學計算理論需氧量。 解 (1)計算出堆肥物料C31H50NO26千摩爾質(zhì)量為852kg，則參加過程的有機物摩爾數(shù)=(1000/852)kmol=1.173kmol； (2)堆肥產(chǎn)品C11H14NO4的千摩爾質(zhì)量為224kg，可算出每摩爾參加過程的殘余有機物摩爾數(shù)即n=200/(1.173224)=0.76； (3)由已知條件：a=31，b=50，c=1，d=26，w=11，x=14，y=1，z=4。可以算出 r=0.550-0.7614-3(1-0.761)=19.32 S=31-0.7611=22.64 (4)所需的氧量為： W=0.5(0.

9、764+222.64+19.32-26) 1.17332kg=781.5kg3、生物化學轉(zhuǎn)化過程v馴化階段v中溫發(fā)酵階段v高溫發(fā)酵階段v腐熟化階段溫度的變化來表征有氧呼吸的強度3.1 馴化階段 堆層溫度沒有變化，溫度維持在20，生物化學作用主要表現(xiàn)為菌群替代，適者生存的微生物開始繁殖，并逐漸占主導(dǎo)地位；不適應(yīng)堆肥環(huán)境的微生物衰退死亡。3.2 中溫發(fā)酵階段 堆層溫度從室溫急劇升高到45，表明生物化學作用劇烈進行，嗜溫菌（細菌、真菌和放線菌）開始大量吞噬易降解有機質(zhì)，使其轉(zhuǎn)化生成大量有機酸（氨基酸、脂肪酸），并在熱力、壓力作用下脫水縮合，生成腐殖酸。3.3 高溫發(fā)酵階段 當肥堆溫度升到45以上時，

10、即進入高溫階段。在這階段，嗜溫性微生物受到抑制甚至死亡，嗜熱性微生物逐漸代替了嗜溫性微生物的活動，堆肥中殘留的和新形成的可溶性有機物質(zhì)繼續(xù)分解轉(zhuǎn)化，復(fù)雜的有機化合物如半纖維素、纖維素和蛋白質(zhì)等開始被強烈分解。 通常在50左右進行活動的主要是嗜熱性真菌和放線菌；溫度上升到60時，真菌幾乎完全停止活動，僅有嗜熱性放線菌與細菌在活動；溫度升到70以上時，對大多數(shù)嗜熱性微生物已不適宜，微生物大量死亡或進入休眠狀態(tài)。 與細菌的生長繁殖規(guī)律一樣，可將微生物在高溫階段生長過程細分為三個時期，即對數(shù)生長期、減速生長期和內(nèi)源呼吸期。在高溫階段微生物活性經(jīng)歷了三個時期變化后，堆積層內(nèi)開始發(fā)生與有機物分解相對應(yīng)的另

11、一過程，即腐殖質(zhì)的形成過程，堆肥物質(zhì)逐步進入穩(wěn)定化狀態(tài)。3.4 腐熟化階段 在內(nèi)源呼吸后期，只剩下部分較難分解及難分解的有機物和新形成的腐殖質(zhì)，此時微生物活性下降，發(fā)熱量減少，溫度下降。在此階段嗜溫微生物又占優(yōu)勢，對殘余較難分解的有機物作進一步分解，腐殖質(zhì)不斷增多且穩(wěn)定化，此時堆肥即進入腐熟階段。降溫后，需氧量大大減少，含水量也降低，堆肥物孔隙增大，氧擴散能力增強，此時只須自然通風。四、堆肥化工藝v野外人工堆肥固體廢物固體廢物有機固體廢物有機固體廢物預(yù)處理預(yù)處理無機物無機物攪拌機攪拌機機械發(fā)酵池機械發(fā)酵池風機風機后處理后處理后發(fā)酵后發(fā)酵貯藏貯藏出售出售工廠化機械堆肥工藝流程工廠化機械堆肥工藝流

12、程v工廠機械化堆肥預(yù)處理預(yù)處理 包括破碎、分選等，主要是除去堆肥原料中大塊和非堆包括破碎、分選等，主要是除去堆肥原料中大塊和非堆肥化物質(zhì)。但不同的堆肥原料，預(yù)處理過程有所不同。如肥化物質(zhì)。但不同的堆肥原料，預(yù)處理過程有所不同。如家家畜糞便、污泥畜糞便、污泥、城市生活垃圾。城市生活垃圾。 一般，粒徑一般，粒徑 ，有機物，有機物分解速度分解速度 ，但，但物料間的空隙率物料間的空隙率 ，通氣效果通氣效果 。 適宜的粒徑范圍是適宜的粒徑范圍是1260mm。如果堆肥物質(zhì)結(jié)構(gòu)堅固，。如果堆肥物質(zhì)結(jié)構(gòu)堅固，不易擠壓，粒徑應(yīng)小些，否則粒徑應(yīng)大些。此外，決定垃圾不易擠壓，粒徑應(yīng)小些，否則粒徑應(yīng)大些。此外，決定垃

13、圾粒徑大小時，還應(yīng)考慮它的經(jīng)濟性，因為粒度粒徑大小時，還應(yīng)考慮它的經(jīng)濟性，因為粒度 ，動力消耗，動力消耗 ，處理垃圾的費用，處理垃圾的費用 。主發(fā)酵（一次發(fā)酵）主發(fā)酵（一次發(fā)酵） 通常將通常將堆肥開始到堆肥溫度升高到開始降低堆肥開始到堆肥溫度升高到開始降低為止的階段，為止的階段，稱為主發(fā)酵階段。主發(fā)酵階段是堆肥生物化學反應(yīng)的基本階稱為主發(fā)酵階段。主發(fā)酵階段是堆肥生物化學反應(yīng)的基本階段，在發(fā)酵池內(nèi)進行。段，在發(fā)酵池內(nèi)進行。后發(fā)酵后發(fā)酵 經(jīng)過主發(fā)酵的半成品被送去后發(fā)酵。在主發(fā)酵工序尚經(jīng)過主發(fā)酵的半成品被送去后發(fā)酵。在主發(fā)酵工序尚未分解的易分解及較難分解的有機物可能全部分解變成腐植未分解的易分解及較

14、難分解的有機物可能全部分解變成腐植酸、氨基酸等比較穩(wěn)定的有機物，得到完全成熟的堆肥成品酸、氨基酸等比較穩(wěn)定的有機物，得到完全成熟的堆肥成品。一般，把物料堆積到。一般，把物料堆積到12米高度進行后發(fā)酵，此時，需要米高度進行后發(fā)酵，此時，需要防止雨水的裝設(shè)，有些場合還需進行翻堆和通風。有時即使防止雨水的裝設(shè)，有些場合還需進行翻堆和通風。有時即使不進行通風，也需要每周左右進行一次翻堆。不進行通風，也需要每周左右進行一次翻堆。后處理后處理 經(jīng)過二次發(fā)酵后的物料中，幾乎所有的有機物都經(jīng)過二次發(fā)酵后的物料中，幾乎所有的有機物都變細變細碎和變了形碎和變了形，數(shù)量也減少了。然而，在城市固體廢物發(fā)酵堆，數(shù)量也減

15、少了。然而，在城市固體廢物發(fā)酵堆肥時，在前處理工序中還沒有完全去除的塑料、玻璃、陶瓷肥時，在前處理工序中還沒有完全去除的塑料、玻璃、陶瓷、金屬、小石塊等雜物依然存在，因此，還要經(jīng)過一道分選、金屬、小石塊等雜物依然存在，因此，還要經(jīng)過一道分選工序以去除雜物，可以用回轉(zhuǎn)式振動篩、振動式回轉(zhuǎn)篩、磁工序以去除雜物，可以用回轉(zhuǎn)式振動篩、振動式回轉(zhuǎn)篩、磁選機、風選機、慣性分離機、硬度差分離機等預(yù)處理設(shè)備分選機、風選機、慣性分離機、硬度差分離機等預(yù)處理設(shè)備分離去除上述雜質(zhì)，并根據(jù)需要（如生產(chǎn)精制堆肥）進行再破離去除上述雜質(zhì)，并根據(jù)需要（如生產(chǎn)精制堆肥）進行再破碎。碎。脫臭 在堆肥化工藝過程中，每個工序系統(tǒng)有

16、臭氣產(chǎn)生，主要有氨、硫化氫、甲基硫醇、胺類等，必須進行脫臭處理。去除臭氣的方法主要有化學除臭劑除臭；水、酸、堿水溶液等吸收劑吸收法；臭氧氧化法；活性炭、沸石、熟堆肥等吸附劑吸附法等。其中，經(jīng)濟而實用的方法是堆肥氧化吸附除臭法。將源于堆肥產(chǎn)品的腐熟堆肥置入脫臭器，堆高約0.81.2m，將臭氣通入系統(tǒng)，使之與生物分解和吸附及時作用，氨、硫化氫的去除效率均可達到98以上。也可用特種土壤(如鹿沼土、白堊土等)代替堆肥，此種設(shè)備稱土壤脫臭過濾器。貯存 堆肥的供應(yīng)期多半是集中在秋天和春天(中間隔半年)。因此,一般的堆肥化工廠有必要設(shè)置至少能容納6個月產(chǎn)量的貯藏設(shè)備。堆肥成品可以在室外堆放，但此時必須有不透

17、雨水的覆蓋物。 貯存方式可直接堆存在二次發(fā)酵倉內(nèi)，或袋裝后存放。加工、造粒、包裝可在貯藏前也可在貯存后銷售前進行。要求包裝袋干燥而透氣，如果密閉和受潮會影響堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量。好氧靜態(tài)堆肥工藝 通常采用露天的靜態(tài)強制通風剁形式，或在密閉的發(fā)酵池、發(fā)酵箱、靜態(tài)發(fā)酵倉內(nèi)進行。一批原料堆積成條垛或置于發(fā)酵裝置內(nèi)后，不再添加新料和翻倒，直到堆肥腐熟后運出。 缺點：有機物和微生物分布不均勻，容易造成厭氧狀態(tài)。間歇式發(fā)酵工藝 間歇式發(fā)酵工藝是將原料一批一批地發(fā)酵，一批原料堆積之后不再添加新料，待完成發(fā)酵成為腐殖質(zhì)運出。由于該工藝的一次發(fā)酵周期只需10天左右，故可加快發(fā)酵池的周轉(zhuǎn)，建池數(shù)量可比周期30天的一次發(fā)

18、酵方式減少2/3，還由于第一次發(fā)酵后將非堆腐物排除，可使堆肥體積減少1/2，此外，因堆肥由一次發(fā)酵轉(zhuǎn)入二次發(fā)酵時，經(jīng)過機械翻倒，故加快了腐熟化進程，縮短了發(fā)酵周期。連續(xù)發(fā)酵工藝 連續(xù)發(fā)酵工藝采取連續(xù)進料和連續(xù)出料方式發(fā)酵，原料在一個專設(shè)的發(fā)酵裝置內(nèi)完成中溫和高溫發(fā)酵過程。這種系統(tǒng)除具有發(fā)酵時間短，能殺滅病源微生物外，還能防止異味，成品質(zhì)量比較高，已在美國、日本、歐洲廣為采用。計量計量板式給料機板式給料機初選（人工）初選（人工）發(fā)酵倉發(fā)酵倉出倉出倉二次發(fā)酵二次發(fā)酵垃圾入場垃圾入場磁選磁選滾筒篩滾筒篩堆肥堆肥污水糞便污水糞便計量計量廢鐵廢鐵填埋填埋回收物回收物糞便入場糞便入場武漢市城市垃圾堆肥發(fā)酵

19、系統(tǒng)武漢市城市垃圾堆肥發(fā)酵系統(tǒng) 糞便糞便輸送輸送垃圾垃圾發(fā)酵倉發(fā)酵倉熟料熟料振動篩振動篩細料細料通風通風磁選磁選農(nóng)肥農(nóng)肥粗料粗料分揀分揀利用利用浸濾液浸濾液集水井集水井沖洗水沖洗水調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)池初沉池初沉池污泥污泥曝氣池曝氣池豎流池豎流池污泥污泥回用池回用池上海市城市垃圾堆肥發(fā)酵系統(tǒng)工藝流程上海市城市垃圾堆肥發(fā)酵系統(tǒng)工藝流程 城市生活垃圾城市生活垃圾貯料池貯料池抓吊抓吊廢鐵廢鐵滾筒篩滾筒篩人工分選人工分選粗大無機物去填埋粗大無機物去填埋混合滾筒混合滾筒污污水水池池風機風機出料機出料機二次發(fā)酵二次發(fā)酵出料機出料機風機風機一次一次發(fā)酵發(fā)酵振動給料機振動給料機散裝堆肥散裝堆肥裝袋機裝袋機填埋填埋出售出

20、售滾筒篩滾筒篩杭州市垃圾堆肥廠工藝流程圖杭州市垃圾堆肥廠工藝流程圖脫臭脫臭戽斗式翻堆機戽斗式翻堆機貯槽貯槽定量給料器定量給料器一次發(fā)酵倉一次發(fā)酵倉家畜尿家畜尿回轉(zhuǎn)振動篩回轉(zhuǎn)振動篩二次發(fā)酵倉二次發(fā)酵倉雜質(zhì)雜質(zhì)污水池污水池土壤脫臭裝置土壤脫臭裝置干凈氣體干凈氣體長野縣堆肥化系統(tǒng)流程圖長野縣堆肥化系統(tǒng)流程圖手選手選錘式破碎機錘式破碎機振動傳輸帶振動傳輸帶廢紙捆包機廢紙捆包機非堆肥物收集箱非堆肥物收集箱輕質(zhì)物：紙及塑料輕質(zhì)物：紙及塑料磁選機磁選機罐頭盒罐頭盒雙螺旋混合機雙螺旋混合機空氣空氣發(fā)酵倉（發(fā)酵倉（4座）座）粉碎機（粉碎機（3臺）臺）旋風旋風分離器分離器氣體燃料氣體燃料空氣加熱器空氣加熱器旋風分

21、離器旋風分離器污泥污泥水：到下水道水：到下水道攪拌機攪拌機布料機布料機濃縮污泥槽濃縮污泥槽離心機離心機高溫空氣高溫空氣空氣空氣旋轉(zhuǎn)干燥器旋轉(zhuǎn)干燥器堆肥堆肥德克薩斯州休斯敦日處理德克薩斯州休斯敦日處理360噸垃圾堆肥廠流程噸垃圾堆肥廠流程五、堆肥化設(shè)備 計量設(shè)備計量設(shè)備進料供料設(shè)備進料供料設(shè)備預(yù)處理設(shè)備預(yù)處理設(shè)備一次發(fā)酵設(shè)備一次發(fā)酵設(shè)備二次發(fā)酵設(shè)備二次發(fā)酵設(shè)備后處理設(shè)后處理設(shè)備備產(chǎn)品精加工設(shè)備等產(chǎn)品精加工設(shè)備等計量設(shè)備：計量設(shè)備：地磅稱供料設(shè)備：供料設(shè)備：貯料倉、進料斗、起重機等。預(yù)處理設(shè)備：預(yù)處理設(shè)備：破包機、撕碎機、分選機、混合攪拌機等。發(fā)酵設(shè)備：發(fā)酵設(shè)備：一次發(fā)酵設(shè)備、二次發(fā)酵設(shè)備等。后處

22、理設(shè)備：后處理設(shè)備：篩選機、烘干造粒機、配肥、包裝機等。其它設(shè)備：其它設(shè)備：脫臭裝置、污水導(dǎo)排與處理裝置、配電與控制裝置；臥式堆肥發(fā)酵滾筒臥式堆肥發(fā)酵滾筒箱式堆肥發(fā)酵池箱式堆肥發(fā)酵池六、堆肥化過程技術(shù)參數(shù)及控制v通風作用及其控制v含水率及其控制v倉內(nèi)溫度及其控制v有機質(zhì)含量v顆粒度v碳氮比（C/N）v碳磷比vpH值1、通風作用及其控制 通風供氧是好氧堆肥化生產(chǎn)的基本條件之一，在機械堆肥生產(chǎn)系統(tǒng)里，要求至少有50的氧滲入到堆料各部分，以滿足微生物氧化分解有機物的需要。 通風的作用：（1）提供氧氣，以促進微生物的發(fā)酵過程（2）通過供氣量的控制，調(diào)節(jié)最適合的溫度（3）在維持最適溫度的條件下，加大通風

23、量可以去除水分 從理論上講，堆肥過程的需氧量取決于被氧化的碳量，但由于有機物在此過程中分解的不確定性，難以根據(jù)垃圾的含碳量變化精確確定需氧量。 堆層中氧的濃度和耗氧速率能表征微生物活動的強弱和有機物的分解程度。通風量主要決定于堆肥原料有機物含量、揮發(fā)度()，可降解系數(shù)(分解效率)等 。常用的通風方式有：自然通風供氧；向肥堆內(nèi)插入通風管(主要用在人工土法堆肥工藝)；利用斗式裝載機及各種專用翻推機橫翻堆通風；用風機強制通風供氧。后兩者是現(xiàn)代化堆肥廠主要采用方式。 強制通風控制方式：通風速率恒定的時間控制通風速率變化的時間控制溫度反饋控制通風速率變化的時間-溫度控制微電腦控制O2和CO2的控制在堆肥

24、實際運行過程中，可根據(jù)以下空氣量近似估計的方法來評價堆肥發(fā)酵情況最佳排氣O2濃度為14%17%排氣中O2分壓大于14%，則表示空氣中氧的消耗不到1/3如排氣中O2體積分數(shù)降至10%，則表示好氧發(fā)酵停止如用排氣中CO2體積分數(shù)來代替O2體積分數(shù)作為監(jiān)測參數(shù)，則最佳CO2的體積分數(shù)應(yīng)為3%6%2、含水率及其控制 微生物需要從周圍環(huán)境中不斷吸收水分以維持其生長代謝活動，微生物體內(nèi)水及流動狀態(tài)水是進行生化反應(yīng)的介質(zhì)，微生物只能攝取溶解性養(yǎng)料，水分是否適量直接影響堆肥發(fā)酵速度和腐熟程度，所以含水率是好氧堆肥化的關(guān)鍵因素之一。下圖是垃圾含水率與細菌生長和氧攝人量的關(guān)系曲線，其中微生物的生長和對氧的要求均在

25、含水率為5060時達到峰值。故在用生活垃圾制堆肥時，一般以含水率55為最佳。 通常，生活垃圾的含水率均低于此值，可添加糞便或污水污泥等進行調(diào)節(jié)。添加的調(diào)節(jié)劑與垃圾的重量比，可根據(jù)下式求出： )/()(mbcmWWWWM式中： M調(diào)節(jié)劑與垃圾的重量(濕重)比； Wm、Wc、Wb分別為混合原料含水率、垃圾含水率、調(diào)節(jié)劑含水率。3、倉內(nèi)溫度及其控制 在堆肥過程中，隨著物料中微生物活動的加劇，微生物分解有機物所釋放出來的熱量大于堆肥的熱耗時，堆肥溫度上升。因此，升溫直接反映了微生物活動的劇烈程度。 溫度決定著微生物活性大小和堆肥化進程快慢，同樣是好氧堆肥化重要工藝技術(shù)參數(shù)之一。溫度太低，不僅不利于有機

26、質(zhì)氧化分解和微生物新陳代謝，而且也達不到熱滅活（即高溫殺滅蟲卵、病原菌和寄生蟲等）的無害化要求，故一般采用好氧高溫堆肥。但是，當溫度超過70時，堆肥中的放線菌等有益細菌（存活于植物根部周圍使植物茁壯成長）將被殺滅，孢子量不活動狀態(tài)，分解速度減慢。故堆肥化適宜溫度為55-60 。4、有機質(zhì)含量 堆肥化原料中的有機質(zhì)含量高低對堆層溫度和通風量均有影響，有機物含量過低，不能提供足夠的熱能，影響嗜熱菌生長，難以維持高溫發(fā)酵過程。有機物含量大于80時，堆制過程要求大量供氧，實踐中常因供氧不足而發(fā)生部分厭氧過程。適宜的有機質(zhì)含量為20-80%。5、顆粒度 顆粒度影響堆層空隙率和透氣性。物料顆粒的平均適宜粒

27、度為12-60mm，并隨垃圾物性變化而變化，紙類（含紙板）的破碎粒度為3.8-5.0cm，材質(zhì)較硬者的粒度要求小一些（0.5-1.0cm），廚房食品垃圾為主的廢物破碎尺寸可大一些，以免破碎成漿狀影響透氣性。6、碳氮比（C/N） 微生物每利用30份碳就需要1份氮，故初始物料的碳氮比為30：1合乎堆肥需要，其最佳值在26：135：1之間。成品堆肥的適宜碳氮比為10：120：1之間。由于初始原料的碳氮比一般都高于前述最佳值，故應(yīng)加入氮肥水溶液、糞便、污泥等調(diào)節(jié)劑，使之調(diào)到30以下。當有機原料的碳氮比為已知時(可通過分析測出)，可按下式計算所需添加的氮源物質(zhì)的數(shù)量：2121NNCCK式中：K混合原料的

28、碳氮比，通常取最佳范圍值， 配合后為35：1；C1、C2、N1、N2分別為有機原料和添加物料的碳、氮含量7、碳磷比 碳和氮對營養(yǎng)微生物的繁殖是必要的。此外，磷也是非常必要的元素，磷的含量對發(fā)酵起很大的影響。有時在垃圾發(fā)酵時，添加污泥的原因之一就是污泥含有豐富的磷。堆肥適宜的C/P為75150。8、 pH值 pH值是一項能對細菌環(huán)境做出估價的參數(shù)。在堆肥的生物降解和發(fā)酵過程中，堆層pH值隨時間和溫度變化而變化，pH值是揭示堆肥化分解過程的一個極好標志。最初階段由于有機酸產(chǎn)生，pH值回降低到4.55；隨后，隨著有機酸被逐漸分解，pH值逐漸上升到8左右，一般認為pH=7.5 8.5時堆肥化效率最高。

29、七、堆肥腐熟度及其質(zhì)量標準v定義：定義：指堆肥中有機質(zhì)因氧化分解而穩(wěn)定化程度稱作堆肥腐熟度。v基本含義：基本含義： 堆肥產(chǎn)品達到穩(wěn)定化，無害化程度，即對環(huán)境不產(chǎn)生不良影響； 堆肥產(chǎn)品使用不影響農(nóng)作物的生長和土壤的耕作能力。堆肥腐熟度的檢測方法堆肥腐熟度的檢測方法1、直觀經(jīng)驗法v溫度下降至接近常溫v外觀呈茶褐色或者暗灰色v無惡臭而有土壤的霉味，不吸引蚊蠅v呈疏松團粒結(jié)構(gòu)堆肥腐熟度的檢測方法堆肥腐熟度的檢測方法2、淀粉測試法 最終堆肥成品中，淀粉應(yīng)全部消失。測定原理是根據(jù)淀粉遇碘變藍，如果碘液檢測出現(xiàn)黃色，表明堆肥已穩(wěn)定，如果呈藍色，表明堆肥未腐熟。 但當堆肥原料淀粉含量很低時，不能采用此方法判斷

30、是否腐熟。堆肥腐熟度的檢測方法堆肥腐熟度的檢測方法3、耗氧速率法 耗氧速率標志著堆肥反應(yīng)的進行程度。堆肥腐熟時，耗氧速率很低。認為當耗氧速率降為0.020.1O2mol/min時，堆肥已腐熟。耗氧速率一般采用測氧儀測定。八、堆肥肥效與利用1、垃圾堆肥肥效 垃圾堆肥產(chǎn)品中含有豐富的有機質(zhì)、氮、磷等養(yǎng)分，所以不僅可用于改善土壤，作為土壤的改良劑，而且可作為有機肥用于糧食、蔬菜、花卉、林木等方面的生產(chǎn)。垃圾堆肥主要通過三個方面來改善土壤v改善土壤結(jié)構(gòu)v增加土壤養(yǎng)分v提高土壤生物活性有機垃圾堆肥肥效影響因素v微生物：微生物通過直接和間接作用（加固氮、解磷、解鉀和根際促生作用）影響到有機肥的肥效。v有機

31、物質(zhì)：C/N比、有機物中的硫代氨基酸等。v養(yǎng)分：不同有機肥的組成，其養(yǎng)分含量和有效性不同，如含動物性廢渣、禽糞等的有機肥，其肥效高于含畜糞、秸稈高的肥效。v鈣：含鈣量高的有機肥比含鈣量低的有機肥具有更強的抗病作用，進而肥效較高。v有機肥的腐熟度：未完全腐熟的有機肥對土壤微生物的影響大，特別是對微生物量、區(qū)系、密度、拮抗菌等影響大，進而導(dǎo)致肥效降低。2、堆肥產(chǎn)品的精制混合造粒篩分低溫干燥堆肥破碎混合包裝精制農(nóng)肥混合短期發(fā)酵化肥功能微生物其他配料有機無機復(fù)合肥、營養(yǎng)基質(zhì)、生物菌肥第四節(jié) 有機固體廢物厭氧發(fā)酵技術(shù)一、基本概念二、原料來源三、厭氧發(fā)酵原理四、厭氧發(fā)酵工藝五、厭氧發(fā)酵設(shè)備六、厭氧發(fā)酵過程

32、技術(shù)參數(shù)及控制七、沼氣與沼渣的綜合利用一、基本概念固體廢物厭氧消化固體廢物厭氧消化 在人工控制厭氧條件下，利用厭氧微生物將廢物中可降解有機質(zhì)分解轉(zhuǎn)化成甲烷、二氧化碳和其它穩(wěn)定物質(zhì)的生物化學處理過程。二、原料來源堆肥原料都可以作厭氧發(fā)酵原料 三、厭氧發(fā)酵原理1、總生化反應(yīng)式熱量抗性有機物細胞物質(zhì)營養(yǎng)物有機物厭氧微生物SHHNHCOCHOH2232422、理論方程3242832483244324dNHCOdcbaCHdcbaOHdcbaCaHbOcNd3、厭氧發(fā)酵過程 有機物厭氧發(fā)酵依次分為液化、產(chǎn)酸、產(chǎn)甲烷三個階段，每一階段各有其獨特的微生物類群起作用。液化階段起作用的細菌稱為發(fā)酵細菌，包括纖維

33、素分解菌，脂肪分解菌，蛋白質(zhì)水解菌。產(chǎn)酸階段起作用的細菌是醋酸分解菌。這兩個階段起作用的細菌統(tǒng)稱為不產(chǎn)甲烷菌。產(chǎn)甲烷階段起作用的細菌是甲烷細菌。 在液化階段，發(fā)酵細菌利用胞外酶對有機物進行體外酶解，使固體物質(zhì)變成可溶于水的物質(zhì)，然后，細菌再吸收可溶于水的物質(zhì)，并將其酵解成為不同產(chǎn)物。 在產(chǎn)酸階段，產(chǎn)氫、產(chǎn)醋酸細菌把前一階段產(chǎn)生的一些中間產(chǎn)物丙酸、丁酸、乳酸，長鏈脂肪酸、醇類等進一步分解成醋酸和氫。 在產(chǎn)甲烷階段，甲烷菌利用H2/CO2醋酸以及甲醇、甲酸、甲胺等C1類化合物為基質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化成甲烷。其中，H2/CO2和醋酸是主要基質(zhì)。一般認為，甲烷的形成主要來自H2還原CO2和醋酸的分解。根據(jù)對中

34、間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成甲烷的過程所作的研究發(fā)現(xiàn)醋酸是厭氧發(fā)酵中最重要的中間產(chǎn)物。不產(chǎn)甲烷菌：不產(chǎn)甲烷菌：指厭氧消化過程中不直接參與甲烷生成反應(yīng)的微生物統(tǒng)稱，包括水解性細菌和產(chǎn)酸細菌等。其作用是： 為產(chǎn)甲烷菌提供養(yǎng)分； 為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造適宜的氧化還原條件； 為產(chǎn)甲烷菌消除部分有毒物質(zhì)； 和產(chǎn)甲烷菌一起，共同維持發(fā)酵的pH值。產(chǎn)甲烷菌：產(chǎn)甲烷菌：隸屬于原核生物。其主要生態(tài)特征有： 嚴格厭氧，對氧和氧化劑非常敏感； 宜于中性偏堿性環(huán)境條件下繁殖； 菌體倍增時間長，4-5天才系列增殖1代； 只能利用少數(shù)簡單化合物作營養(yǎng)，但卻都能利用分子氫作代謝能量； 代謝最終產(chǎn)物是CH4和CO2。四、厭氧發(fā)酵工藝 主要包括原料預(yù)

35、處理，接種物的選擇和富集，沼氣發(fā)酵裝置形狀的選擇、啟動和日常運行管理，副產(chǎn)品沼渣和沼液的處置等技術(shù)措施。1、傳統(tǒng)沼氣發(fā)酵工藝類型v按溫度分類高溫發(fā)酵：發(fā)酵溫度維持在5060之間。其特點是微生物特別活躍，有機物分解消化快，產(chǎn)氣率高【一般在2m3/（m3料液d）以上】，滯留時間短。主要適用于處理溫度較高的有機廢物。對于有特殊要求的有機物，例如殺滅人糞中寄生蟲卵和病菌，可采用該工藝。中溫發(fā)酵：發(fā)酵溫度維持在3035之間。此發(fā)酵工藝有機物消化速度較快，產(chǎn)氣率較高【一般在1m3/（m3料液d）以上】，在實際中應(yīng)用較多。常溫發(fā)酵：指在自然溫度下進行沼氣發(fā)酵。該工藝的發(fā)酵溫度不受人為控制，基本上是隨氣溫變化

36、而不斷變化，通常夏季產(chǎn)率較高，冬季產(chǎn)期率較低。這種工藝的優(yōu)點是沼氣池結(jié)構(gòu)相對簡單，造價較低。一般固體廢物處理很少采用常溫厭氧發(fā)酵。v按發(fā)酵級數(shù)分類單級發(fā)酵：混合發(fā)酵只有一個沼氣池，其沼氣發(fā)酵過程只在一個發(fā)酵池內(nèi)進行。設(shè)備簡單，但條件控制較困難。兩級和多級發(fā)酵：原料先在第一個發(fā)酵池滯留一定時間進行分解、產(chǎn)氣，然后料液從第一個發(fā)酵池進入第二個或其余的發(fā)酵池繼續(xù)發(fā)酵產(chǎn)氣。該發(fā)酵工藝滯留時間長，有機物分解徹底，但投資較高。v按投料運轉(zhuǎn)方式分類連續(xù)發(fā)酵半連續(xù)發(fā)酵批量發(fā)酵兩步發(fā)酵2、現(xiàn)代大型工業(yè)化沼氣發(fā)酵工藝流程主要特點：（1）能大量消納有機物，適用于城市垃圾和污水處理廠污泥的處理和處置（2）發(fā)酵周期比較

37、短（3）產(chǎn)生的沼氣量大、質(zhì)量高、用途廣泛。（4）整個系統(tǒng)在運行過程中不會產(chǎn)生二次污染，不會對周圍的環(huán)境造成危害（5）整個系統(tǒng)的運行完全是自動化管理五、厭氧發(fā)酵設(shè)備厭氧發(fā)酵裝置：厭氧發(fā)酵池，亦稱厭氧消化器厭氧發(fā)酵裝置：厭氧發(fā)酵池，亦稱厭氧消化器 現(xiàn)代大型工業(yè)化沼氣發(fā)酵設(shè)備現(xiàn)代大型工業(yè)化沼氣發(fā)酵設(shè)備 常用的發(fā)酵池常用的發(fā)酵池立式圓形水壓式沼氣池立式圓形水壓式沼氣池立式圓形浮罩式沼氣池立式圓形浮罩式沼氣池長方形（或方形）發(fā)酵池長方形（或方形）發(fā)酵池加料管加料管發(fā)酵間（貯氣部分）發(fā)酵間（貯氣部分）出料間液面出料間液面水壓式沼氣池工作原理示意圖水壓式沼氣池工作原理示意圖多用于我國農(nóng)村多用于我國農(nóng)村大多采

38、用地下埋設(shè)和水壓式貯氣大多采用地下埋設(shè)和水壓式貯氣發(fā)酵間為圓形，兩側(cè)帶有進出料口發(fā)酵間為圓形，兩側(cè)帶有進出料口容積：容積：6m6m3 3、8m8m3 3、10m10m3 3、12m12m3 3等等優(yōu)點：優(yōu)點：池頂有活動蓋板，便于檢修。池頂有活動蓋板，便于檢修。結(jié)構(gòu)簡單，造價低，施工方便。結(jié)構(gòu)簡單，造價低，施工方便。缺點：缺點：氣壓不穩(wěn)定，池溫低、原料氣壓不穩(wěn)定，池溫低、原料利用率低（僅利用率低（僅101020%20%）、產(chǎn)氣率低）、產(chǎn)氣率低（平均（平均5m0.15m3 3(m(m3 3d)d)）進料口進料口進料管進料管發(fā)酵間發(fā)酵間浮罩浮罩出料聯(lián)通管出料聯(lián)通管出料間出料間隔墻隔

39、墻導(dǎo)氣管導(dǎo)氣管(a)(a)頂浮罩式頂浮罩式進料管進料管發(fā)酵間發(fā)酵間出料聯(lián)通管出料聯(lián)通管出料間出料間活動蓋活動蓋輸氣管輸氣管卡具卡具排氣管排氣管水池水池導(dǎo)向柱導(dǎo)向柱進料口進料口(b)(b)側(cè)浮罩式側(cè)浮罩式浮罩式沼氣池示意圖浮罩式沼氣池示意圖 糞水溢水管糞水溢水管進料口進料口攪拌器攪拌器出料門洞出料門洞出料口出料口發(fā)酵室發(fā)酵室木板蓋木板蓋導(dǎo)氣喇叭口導(dǎo)氣喇叭口長方形發(fā)酵池長方形發(fā)酵池 （b b）古典型）古典型（a a）歐美型）歐美型（c c）蛋型）蛋型（d d）歐洲平底型）歐洲平底型常用的大型發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)類型常用的大型發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)類型六、厭氧發(fā)酵過程技術(shù)參數(shù)及控制 1、厭氧條件：確保厭氧消化系統(tǒng)厭氧條件

40、對于固體廢物厭氧消化處理來說，至關(guān)重要； 2、溫度：在35-38或50-65范圍內(nèi)為佳； 3、pH值：最佳pH值范圍是7-8； 4、營養(yǎng)素或養(yǎng)分：C/N=15-30：1、C/P=150：1、N/NH3適宜； 5、攪拌：一般情況下需要安裝攪拌設(shè)備；6、添加劑與毒害物：添加劑有硫酸鋅、磷礦粉、鋼渣、碳酸鈣、爐灰等；但超過發(fā)酵菌耐受度即成為毒害物；7、生物固體停留時間與負荷。 影響甲烷形成的因子vATP ATP是生物體能代謝的重要因子。研究表明，在甲烷菌和甲烷八疊球菌中，已檢測過的全部反應(yīng)系統(tǒng)都需要ATP，才能由各種甲烷供體形成甲烷。v輔酶Mv輔酶F420v其他載體：維生素B12及其衍生物參與了甲烷

41、形成中的甲烷轉(zhuǎn)移七、沼氣與沼渣的綜合利用一、沼氣的利用 據(jù)研究，沼氣的發(fā)熱量為37660kJ/m3，當含有CO2時，其發(fā)熱量為2092025100kJ/m3。平均1kg有機物的純沼氣量為200 300L，而1000m3的沼氣發(fā)熱量相當于600m3的天然氣。沼氣的利用v沼氣作生活燃料v沼氣作運輸工具的動力燃料v沼氣用來發(fā)電v沼氣作化工原料v沼氣孵化禽類v沼氣用于蔬菜種植，增產(chǎn)效果顯著v用沼氣貯糧防蟲二、沼液與沼渣的利用 在厭氧條件下，有機物經(jīng)過沼氣發(fā)酵后，除碳、氫組成沼氣外，其他有利于農(nóng)作物的元素氮、磷、鉀幾乎沒有損失。這種發(fā)酵余物是一種優(yōu)質(zhì)的有機肥，通常稱為沼氣肥。其中，沼液稱為沼氣水肥，沼渣

42、稱為沼氣渣肥。1、沼液利用 沼液是一種速效肥料，適于菜田或有灌溉條件的旱田作追肥使用。長期施用可促進土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，使突然疏松，增強土壤保肥保水能力，改善土壤理化性狀，使土壤有機質(zhì)、全氮、全磷及有效磷等養(yǎng)分均有不同程度的提高，因此對農(nóng)作物有明顯的增肥效果。每畝用量約為10001500kg。2、沼渣利用 沼渣含有較全面的養(yǎng)分和豐富的有機物，是一種緩速并具有改良土壤功效的優(yōu)質(zhì)肥料。連年使用渣肥，土壤中有機質(zhì)與氮磷含量比未施渣肥的土壤均有所增加，而土壤密度下降，孔隙度增加，土壤的理化性狀得到改善，保水保肥能力增強。第五節(jié) 蚯蚓處理有機固體廢物v基本原理v蚯蚓在垃圾處理中的作用v處理工藝流程v主要

43、影響因素v處理垃圾后產(chǎn)生的蚓糞和蚯蚓的主要用途v工程實例一、基本原理 利用蚯蚓和微生物共同處理廢物的過程，構(gòu)成了以蚯蚓為主導(dǎo)的蚯蚓-微生物處理系統(tǒng)。一方面，蚯蚓直接吞食廢物，經(jīng)消化后形成蚓糞顆粒，蚓糞顆粒是微生物生長的理想基質(zhì)；另一方面，經(jīng)微生物分解的有機物是蚯蚓的優(yōu)質(zhì)食物。二者相互依存，促進有機廢物分解。二、蚯蚓在垃圾處理中的作用1、蚯蚓通過沙囊和消化道，研磨和破碎有機物2、垃圾中的有機物經(jīng)消化道作用后，以顆粒狀排出，利于與其他物質(zhì)分離3、蚯蚓的活動可改善垃圾中的水氣循環(huán)4、蚯蚓自身通過同化和異化作用使有機物降解，并釋放出N、P、K等營養(yǎng)元素5、可對垃圾處理過程及其產(chǎn)品進行毒理監(jiān)察三、處理工

44、藝流程收集垃圾機械分選有機碎塊待處理料分堆蚯蚓轉(zhuǎn)化篩選蚯蚓蚓糞金屬玻璃塑料橡膠放置蚯蚓四、主要影響因素1、有機質(zhì)含量2、碳氮比3、溫度4、含水率5、pH6、投加密度7、有毒有害物質(zhì)8、蚯蚓品種1、有機質(zhì)含量 蚯蚓以垃圾中的腐爛有機質(zhì)為食，要求垃圾中有機質(zhì)含量要高，垃圾中有機質(zhì)含量小于40%，會影響蚯蚓生長繁殖。2、碳氮比 有機廢棄物中的有機質(zhì)是蚯蚓生存的主要條件,但有機質(zhì)的營養(yǎng)搭配是限制蚯蚓生長和繁殖的關(guān)鍵。過去認為主要決定于蛋白質(zhì)和脂肪的含量,實際上食料C/N才是反映蚯蚓堆肥適宜性的綜合指標。 研究表明C/N較高時蚯蚓數(shù)量增長多,繁殖快,更有利于提高蚯蚓堆肥處理效果。多年研究結(jié)果表明,當目標C/N=(2540) 1時蚯蚓堆肥處理效果最佳。3、溫度 不同種蚯蚓的生存域值范圍各不相同,一般的試驗條件將溫度控制在2025的范圍。以夏、秋季節(jié)處理效果較好,特別是深秋季節(jié),環(huán)境溫度在20左右時,特別適合蚯蚓生長繁殖,此時蚯蚓的增殖率接近80%,溫度過高或過低都對