可生化固體廢物的處理與利用

1、Solid Waste Treatment and Resources Recovery主講人：江 長(zhǎng) 勝 副教授E-mail: Tel: 68250484 (O)第十一章可生化固體廢物的處理與利用第一節(jié)概述 有機(jī)固體廢物的堆肥化自然界的許多微生物具有氧化、分解有機(jī)物的能力。利用微生物的這種能力，處理可降解的有機(jī)固體廢物，達(dá)到無(wú)害化和資源化，是有機(jī)固體廢物處理利用的一條重要途徑。堆肥化定義堆肥化（Composting）就是在控制條件下，利用自然界廣泛分布的細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物，促進(jìn)來(lái)源于生物的有機(jī)廢物發(fā)生生物穩(wěn)定作用，使可被生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的生物化學(xué)過(guò)程。堆肥化的產(chǎn)物稱

2、為堆肥。堆肥化分類按需氧程度分：好氧堆肥和厭氧堆肥按溫度分：中溫堆肥和高溫堆肥按技術(shù)分 ：露天堆肥和機(jī)械密封堆肥堆肥原料城市垃圾禽畜糞便污泥農(nóng)林廢物廚余和食品廢物Composting converts waste, leaves, kitchen scrapsand garden wastes, into a valuable product which, whenused in the garden, results in healthier plant growthwhen added to garden soil.堆肥的原則分解過(guò)程盡量充分、完善，減少臭味，避免昆蟲(chóng)繁殖；破壞垃圾中的病原

3、有機(jī)體和垃圾中的植物種子；保留氮、磷和鉀這些營(yíng)養(yǎng)物的最大含量；減少完成整個(gè)堆肥工藝所需的時(shí)間和堆肥工藝的占地面積。堆肥的效用改良土壤：使粘重土壤變輕，改變含沙少的土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤的蓄水能力，擴(kuò)大作物的根系。提供營(yíng)養(yǎng)：它向植物提供氮、磷和鉀三種元素。與化肥共同使用時(shí)，能使肥料中的磷元素變得更易被植物吸收，肥料中的氮元素的有效期也延長(zhǎng)了，從而提高了作物所吸收的營(yíng)養(yǎng)量。堆肥中含有一切植物所需要的其他微量元素。堆肥化存在的問(wèn)題目前，我國(guó)高溫堆肥從嚴(yán)格意義上可分為兩種:將垃圾破碎篩分，篩出的可腐有機(jī)物經(jīng)過(guò)生物發(fā)酵制成肥料。產(chǎn)量大，但肥料中混有大量的碎塑料和重金屬，肥料質(zhì)量明顯不高，可能對(duì)土地質(zhì)量產(chǎn)生的

4、負(fù)面影響。在前分選階段，將垃圾中煤灰分經(jīng)過(guò)粗篩去除，將粗篩分后的篩上物中的無(wú)機(jī)物和有機(jī)物盡可能分開(kāi)，有機(jī)物用來(lái)堆肥。產(chǎn)量低，但肥料質(zhì)量高。垃圾堆肥化的前景衛(wèi)生化填埋因初期投資和運(yùn)行成本較低，目前仍為許多不發(fā)達(dá)的國(guó)家和地區(qū)采用。但垃圾填埋對(duì)水環(huán)境和大氣的不利影響已完全顯現(xiàn)出來(lái)。垃圾焚燒以其減量化最大、無(wú)害化程度最高而受到人們的推崇。但是存在初期投資和運(yùn)行成本過(guò)高、焚燒尾氣的污染問(wèn)題。城市垃圾堆肥化作為垃圾處理的三種主要方法之一受到多數(shù)國(guó)家重視。第二節(jié)堆肥原理好氧堆肥厭氧堆肥堆肥微生物影響堆肥化的因素分析好氧堆肥（Aerobic Composting）原理有機(jī)廢物好氧堆肥化過(guò)程實(shí)際上就是基質(zhì)的微生

5、物發(fā)酵過(guò)程，可用下式表示： C、H、O、N、S、P O2CO2+NO2+SO42-+簡(jiǎn)單有機(jī)物+更多的微生物+熱量好氧堆肥過(guò)程的三個(gè)階段中溫階段：堆肥化過(guò)程初期，堆層呈1545的中溫，嗜溫性微生物較為活躍。高溫階段：當(dāng)堆溫升至45以上時(shí)即進(jìn)入高溫階段。在此階段，嗜溫微生物受到抑制甚至死亡，取而代之的是嗜熱微生物。降溫階段：內(nèi)源呼吸后期，剩下部分較難分解的有機(jī)物和新形成的腐殖質(zhì)。嗜溫性微生物占優(yōu)勢(shì)。厭氧堆肥（Anaerobic Composting）原理厭氧堆肥是在缺氧條件下，利用厭氧微生物進(jìn)行的一種腐敗發(fā)酵分解，其終產(chǎn)物除CO2和水外，還有氨、硫化氫、甲烷、其他有機(jī)酸等還原性終產(chǎn)物。厭氧堆肥過(guò)

6、程的兩個(gè)階段產(chǎn)酸階段：產(chǎn)酸菌將大分子有機(jī)物降解為小分子的有機(jī)酸和乙醇、丙醇等物質(zhì)，并提供部分能量因子ATP 。甲烷階段：甲烷菌把有機(jī)酸繼續(xù)分解為甲烷氣體。堆肥微生物堆肥微生物的來(lái)源：有機(jī)廢物固有的大量的微生物種群；人工加入的特殊菌種，具有活性強(qiáng)、繁殖快、分解有機(jī)物迅速等特點(diǎn)，能加速堆肥反應(yīng)的進(jìn)程，縮短堆肥反應(yīng)的時(shí)間。影響堆肥化的因素分析 化學(xué)因素：C/N比O2營(yíng)養(yǎng)平衡pH值 物理因素：溫度顆粒尺寸含水率Coarse material, such as corn stalks, small tree and shrublimbs, can also be composted. Shredding

7、 these materialsincreases the surface area that organisms can work onwhich significantly decreases the time required forcomposting.第三節(jié)堆肥工藝的分類按微生物對(duì)氧的需求分類按要求的溫度范圍分類按堆肥過(guò)程中物料運(yùn)動(dòng)形式分類按堆肥堆制方式分類按發(fā)酵歷程分類按微生物對(duì)氧的需求分類好氧堆肥：依靠專性和兼性好氧細(xì)菌的作用使有機(jī)物得以降解的生化過(guò)程。好氧堆肥具有對(duì)有機(jī)物分解速度快、降解徹底、堆肥周期短的特點(diǎn)。厭氧堆肥：依賴專性和兼性厭氧細(xì)菌的作用降解有機(jī)物的過(guò)程。厭氧堆肥工藝

8、簡(jiǎn)單，不必由外界提供能量，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低；但周期長(zhǎng)、易產(chǎn)生惡臭、且占地面積大。按要求的溫度范圍分類中溫堆肥：一般指中溫好氧堆肥，所需溫度為15-45。由于溫度不高，不能有效地殺滅病原菌。高溫堆肥：好氧堆肥所產(chǎn)生的高溫一般在50-65，極限可達(dá)80-90，能有效地殺滅病菌。高溫堆肥最適宜的溫度范圍為55-60。按堆肥過(guò)程中物料運(yùn)動(dòng)形式分類靜態(tài)堆肥堆肥物一旦堆積以后，不再添加新的有機(jī)廢物和翻倒，待其在微生物生化反應(yīng)完成之后，成為腐殖土后運(yùn)出。動(dòng)態(tài)（連續(xù)或間歇式）堆肥采用連續(xù)或間歇進(jìn)、出料的動(dòng)態(tài)機(jī)械堆肥裝置，具有堆肥周期較短（3-7d），物料混合均勻， 供氧均勻充足，機(jī)械化程度高，便于大規(guī)模機(jī)械化連續(xù)操

9、作運(yùn)行等特點(diǎn)。按堆肥堆制方式分類露天式堆肥即露天堆積。物料在開(kāi)放的場(chǎng)地上堆成條垛或條堆進(jìn)行發(fā)酵通過(guò)自然通風(fēng)、翻堆或強(qiáng)制通風(fēng)方式，以供給有機(jī)物降解所需的氧氣。裝置式堆肥也稱為封閉式堆肥或密閉型堆肥。即是將堆肥物密閉在堆肥發(fā)酵設(shè)備中，通過(guò)風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)，提供氧源或不通風(fēng)厭氧堆肥。按發(fā)酵歷程分類一次發(fā)酵：好氧堆肥的中溫與高溫兩個(gè)階段的微生物代謝過(guò)程稱為一次發(fā)酵或主發(fā)酵。一般需10-12天，以高溫階段為主。二次發(fā)酵：經(jīng)過(guò)一次發(fā)酵后，但還有一部分易降解和大量難降解的有機(jī)物存在，需將其送到后發(fā)酵倉(cāng)進(jìn)行二次發(fā)酵，也稱后發(fā)酵，使其腐熟。當(dāng)溫度穩(wěn)定在40左右時(shí)即達(dá)到腐熟，一般需20-30天。第四節(jié)好氧堆肥工藝好氧

10、堆肥的基本工藝程序前處理主發(fā)酵后發(fā)酵后處理脫臭貯存典型好氧堆肥工藝好氧靜態(tài)堆肥工藝間歇式好氧動(dòng)態(tài)堆肥工藝連續(xù)式好氧動(dòng)態(tài)堆肥前處理在以家畜糞便、污泥等為堆肥原料時(shí)，前處理的主要任務(wù)是調(diào)整水分和碳氮比，或者添加菌種和酶制劑。以城市生活垃圾為堆肥原料時(shí)，前處理包括破碎、分選、篩分等工序。通過(guò)破碎、分選和篩分可去除粗大垃圾和不能堆肥的物質(zhì)，并通過(guò)破碎可使用肥原料和含水率達(dá)到一定程度的均勻化。同時(shí)，破碎、篩分使原料的表面積增大，便于微生物繁殖，從而提高發(fā)酵速度。主發(fā)酵（一次發(fā)酵）主發(fā)酵可在露天或發(fā)酵裝置內(nèi)進(jìn)行，通過(guò)翻堆或強(qiáng)制通風(fēng)向堆積層或發(fā)酵裝置內(nèi)堆肥物料供給氧氣。發(fā)酵初期物質(zhì)的分解作用是靠嗜溫菌（30

11、-40為最適宜生長(zhǎng)溫度）進(jìn)行的， 隨著堆溫上升，最適宜溫度（45-65）的嗜熱菌取代了嗜溫菌。堆肥從中溫階段進(jìn)入高溫階段。通常，將溫度升高到開(kāi)始降低為止的階段為主發(fā)酵階段。后發(fā)酵（二次發(fā)酵）經(jīng)過(guò)主發(fā)酵的半成品堆肥被送到后發(fā)酵工序，將未分解的、易分解和較難分解的有機(jī)物進(jìn)一步分解，使之變成腐殖酸、氨基酸等比較穩(wěn)定的有機(jī)物，得到完全成熟的堆肥制品。在此階段的分解過(guò)程中，反應(yīng)速度降低，耗氧量下降，所需時(shí)間較長(zhǎng)。后處理經(jīng)過(guò)二次發(fā)酵后的物料已成為粗堆肥。然而，城市生活垃圾堆肥時(shí)，在預(yù)分選工序沒(méi)有去除的塑料、玻璃、陶瓷、金屬、小石塊等雜物依然存在。因此，還要經(jīng)過(guò)一道分選工序以去除這類雜物，并根據(jù)具體需要，如

12、生產(chǎn)精制堆肥等，則應(yīng)進(jìn)行再破碎過(guò)程。脫臭在堆肥過(guò)程中，由于堆肥物料局部或者某段時(shí)間內(nèi)的厭氧發(fā)酵會(huì)導(dǎo)致臭氣產(chǎn)生，污染工作環(huán)境。因此，必須進(jìn)行堆肥排氣的脫臭處理。去除臭氣的方法主要有化學(xué)除臭劑除臭、堿水和水溶液過(guò)濾、熟堆肥或活性炭、沸石等吸附劑過(guò)濾。貯存堆肥一般在春秋兩季使用，夏冬兩季生產(chǎn)的堆肥只能貯存，所以要建立可貯存六個(gè)月生產(chǎn)量的庫(kù)房。貯存方式可直接堆存在二次發(fā)酵倉(cāng)中或裝入袋中，這種貯存的要求是干燥而透氣的室內(nèi)環(huán)境，如果是在密閉和受潮的情況下，則會(huì)影響到制品的質(zhì)量。好氧靜態(tài)堆肥工藝城市生活垃圾好氧靜態(tài)堆肥處理技術(shù)規(guī)程（CJI/T52-93）明確給出了好氧靜態(tài)堆肥標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)高溫堆肥大多采用一次性

13、發(fā)酵方式，周期長(zhǎng)達(dá)30d以上，目前推廣的是二次性發(fā)酵方式，周期一般需20d。靜態(tài)堆肥常采用露天的靜態(tài)強(qiáng)制通風(fēng)垛形式，或在密閉的發(fā)酵池、發(fā)酵箱、靜態(tài)發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行。由于堆肥物料一直處于靜止?fàn)顟B(tài)，導(dǎo)致物料及微生物生長(zhǎng)的不均勻性，靜態(tài)強(qiáng)制通風(fēng)較困難，易造成厭氧狀態(tài)，使發(fā)酵周期延長(zhǎng)。間歇式好氧動(dòng)態(tài)堆肥工藝間歇式堆肥采用靜態(tài)一次發(fā)酵的技術(shù)路線，其發(fā)酵周期縮短，堆肥體積減少。它是將原料一批批地發(fā)酵，一般采用間歇翻堆的強(qiáng)制通風(fēng)垛或間歇進(jìn)出料的發(fā)酵倉(cāng)。間歇式發(fā)酵裝置有長(zhǎng)方形池式發(fā)酵倉(cāng)、傾斜床式發(fā)酵倉(cāng)、立式圓筒形發(fā)酵等，各配設(shè)通風(fēng)管，有的還配設(shè)攪拌或翻堆裝置。連續(xù)式好氧動(dòng)態(tài)堆肥采取連續(xù)進(jìn)料和連續(xù)出料的方式，原料在

14、一個(gè)專設(shè)的發(fā)酵裝置內(nèi)進(jìn)行一次發(fā)酵的過(guò)程。物料處于一種連續(xù)翻動(dòng)的動(dòng)態(tài)情況下，物料組分混合均勻，易于形成空隙，水分易于蒸發(fā)，因而使發(fā)酵周期縮短，可有效地殺滅病原微生物，并可防止異味的產(chǎn)生。發(fā)酵倉(cāng)混合堆肥工藝流程污泥高溫干餾裂解工藝流程污泥堆肥一般工藝流程污泥最終處置與利用略圖深槽好氧發(fā)酵干燥設(shè)備深槽好氧發(fā)酵干燥設(shè)備工作原理圖 （1）深槽好氧發(fā)酵干燥設(shè)備工作原理圖（2）深槽好氧發(fā)酵干燥設(shè)備工作情況（1）深槽好氧發(fā)酵干燥設(shè)備工作情況（2）深槽好氧發(fā)酵干燥設(shè)備工作情況（3）發(fā)酵池1.5m出料口托料架出料盤通風(fēng)孔架式發(fā)酵池（1）進(jìn)料口4.0m架式發(fā)酵池（2）托料架出料盤第五節(jié)好氧堆肥系統(tǒng) 條垛式堆肥系統(tǒng)

15、通風(fēng)靜態(tài)垛系統(tǒng) 反應(yīng)器系統(tǒng)（或發(fā)酵倉(cāng)系統(tǒng)）條垛式系統(tǒng)場(chǎng)地建堆翻堆翻堆方式翻堆次數(shù)翻堆設(shè)備優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，成本較低；翻堆使堆肥易于干燥，填充劑易于篩分和回用；長(zhǎng)時(shí)間的堆腐使產(chǎn)品的穩(wěn)定性相對(duì)較好。缺點(diǎn)：占地面積大，堆腐周期長(zhǎng)。翻堆會(huì)造成臭味的散發(fā)。運(yùn)行操作受氣候影響大。強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)垛系統(tǒng)場(chǎng)地通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備投資較低，堆腐時(shí)間相對(duì)較短，產(chǎn)品穩(wěn)定性好，能有效的殺滅病原菌及控制臭味，占地也較少。缺點(diǎn)：易受到氣候條件的影響。反應(yīng)器系統(tǒng)（發(fā)酵倉(cāng)系統(tǒng)）反應(yīng)器系統(tǒng)是將堆肥物料密閉在發(fā)酵裝置，如發(fā)酵倉(cāng)、發(fā)酵塔等內(nèi)，控制通風(fēng)和水分條件，使物料進(jìn)行生物降解和轉(zhuǎn)化。占地面積小，能進(jìn)行很好的過(guò)程控制，不受氣候條件的影響

16、，可對(duì)廢氣進(jìn)行統(tǒng)一收集處理，解決了臭味問(wèn)題。堆肥的投資和運(yùn)行費(fèi)用及維護(hù)費(fèi)用很高。由于堆肥周期較短、機(jī)械化程度高，堆肥產(chǎn)品有潛在的不穩(wěn)定性。The Pilot Facility第六節(jié)好氧堆肥過(guò)程的條件控制觀察堆肥過(guò)程進(jìn)行得是否順利，主要根據(jù)堆肥物料中有機(jī)物的變化和堆肥工藝控制參數(shù)的獲取和分析。通過(guò)堆肥過(guò)程的條件控制，可保證其運(yùn)行過(guò)程的順利進(jìn)行。一、關(guān)于堆肥中的有機(jī)物問(wèn)題堆肥原料：在高溫好氧堆肥中，有機(jī)物含量變化的最適合范圍為20-80%。目前我國(guó)城市生活垃圾的無(wú)機(jī)含量較高，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整和適當(dāng)增加堆肥原料的有機(jī)組分。堆肥過(guò)程的有機(jī)物含量變化：衡量指標(biāo)包括COD（還原性物質(zhì)）、揮發(fā)性物質(zhì)VM（或灰分）

17、、纖維素、糖類物質(zhì)等。堆肥過(guò)程的碳氮比控制實(shí)踐證明：當(dāng)碳氮比為（25-35）:1時(shí)發(fā)酵過(guò)程最快。為保證成品堆肥中一定的碳氮比（一般為10-20:1） 和在堆肥過(guò)程中有理想的分解速度，必須調(diào)整好堆肥原料的碳氮比。初始原料的碳氮比一般都高于最佳值，調(diào)整的方法是加入人糞尿、畜糞以及城市污泥等調(diào)節(jié)劑，使碳氮比調(diào)到30以下。堆肥過(guò)程的水分（含水率）控制用生活垃圾堆肥時(shí)，一般以含水率按質(zhì)量計(jì)50-60為最佳。通常，生活垃圾的含水率均低于最佳值，可添加污水、污泥、人畜尿、糞便等進(jìn)行調(diào)節(jié)。堆肥過(guò)程的溫度控制在堆肥過(guò)程中，隨著物料中微生物活動(dòng)的加劇，微生物分解有機(jī)物所釋放出的熱量大于堆肥的熱耗時(shí)，堆肥溫度就上升

18、。因此，溫升是微生物活動(dòng)劇烈程度的最好參數(shù)。通風(fēng)供氧的過(guò)程控制堆肥過(guò)程中合適的氧濃度應(yīng)大于18，最低氧濃度不能小于8。氧濃度一旦低于8，氧就成為好氧堆肥中微生物生命活動(dòng)的限制因素。堆肥過(guò)程的pH值控制適宜的pH值可使微生物有效地發(fā)揮其應(yīng)有的作用，而過(guò)高或過(guò)低的pH值都會(huì)對(duì)堆肥的效率產(chǎn)生影響。一般認(rèn)為pH值在7.58.5時(shí)，可獲得最大堆肥速率。在堆肥過(guò)程中，盡管pH值在不斷變化，但能夠通過(guò)自身得到調(diào)節(jié)。當(dāng)堆肥物料為生活垃圾時(shí)，試圖在堆肥物中添加中和劑如石灰、磷酸鹽、鉀鹽等來(lái)改變pH值是沒(méi)有必要的。發(fā)酵周期的確定發(fā)酵周期是指垃圾經(jīng)好氧發(fā)酵過(guò)程由原材料成為穩(wěn)定無(wú)害的堆肥產(chǎn)品所需要的時(shí)間。堆肥發(fā)酵周期的長(zhǎng)短是評(píng)價(jià)堆肥工藝好壞的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。堆肥產(chǎn)品要達(dá)到穩(wěn)定化, 才能認(rèn)為無(wú)害化的堆肥過(guò)程已告結(jié)束，其判定的標(biāo)準(zhǔn)就是腐熟度。第七節(jié) 堆肥的腐熟度及其測(cè)定提出腐熟度標(biāo)準(zhǔn)的意義：通過(guò)微生物的作用，堆肥的產(chǎn)品要達(dá)到穩(wěn)定化、無(wú)害化，亦即不對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。所產(chǎn)生的堆肥產(chǎn)品在使用期間，不能影響作