固體廢物的農(nóng)業(yè)利用課件

1、第三章 固體廢物的農(nóng)業(yè)利用第一節(jié) 固體廢物的堆肥化 第二節(jié) 粉煤灰的農(nóng)業(yè)利用第一節(jié) 固體廢物的堆肥化 一、堆肥化的概念及其發(fā)展歷史 二、堆肥的基本原理 一、堆肥化的概念及其發(fā)展歷史 堆肥化的概念: 堆肥化就是在人工控制下，在一定的水分、C/N比和通風(fēng)條件下通過微生物的發(fā)酵作用，將有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)榉柿系倪^程。在這種堆肥化過程中，有機(jī)物由不穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)物質(zhì)，對(duì)環(huán)境尤其土壤環(huán)境不構(gòu)成危害，而把堆肥化的產(chǎn)物稱為堆肥。 堆肥化的發(fā)展歷史: 堆肥化過程雖然是在本世紀(jì)才發(fā)展起來的科學(xué)技術(shù)，但原始的堆肥方式很早就出現(xiàn)了，在幾個(gè)世紀(jì)的歷史過程中，農(nóng)民們一直將這種辦法用于制造土壤有機(jī)肥料。 現(xiàn)代的堆肥化

2、過程就是在這種原始的堆肥方式發(fā)展而來，最早的用于混合固體原料的堆肥化方法是由印度的愛德華霍華德在1925年提出的，混合物料主要是由垃圾、人糞尿、污水污泥、樹葉或秸稈和其他一些有機(jī)物料組成。 20世紀(jì)30年代初，在丹麥出現(xiàn)了Dano(丹諾)堆肥裝置。其裝置采用臥式生物發(fā)酵筒。發(fā)酵筒在水平方向上呈傾斜放置。發(fā)酵筒直徑為2.74-3.66m，長(zhǎng)約45.72m。筒內(nèi)物料一般不裝滿。堆料從一端進(jìn)人，再從另一端排出。這種發(fā)酵裝置在70年代初最為流行。目前世界上約有150多家這樣的工廠。我國自古以來就有成熟的積肥制肥工藝。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力大幅度提高，化肥投人量不斷增大，在造成的環(huán)境污染日趨加重的同時(shí)，由于逐漸

3、喪失了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中有機(jī)肥的投入，致使土壤肥力大幅度下降。二、堆肥的基本原理 堆肥的基本原理 有機(jī)固體廢物是堆肥微生物賴以生存、繁殖的物質(zhì)條件，由于微生物生活時(shí)有的需要氧氣，有的不需要氧氣，因此，根據(jù)處理過程中起作用的微生物對(duì)氧氣要求的不同，有機(jī)廢物處理可分為好氧堆肥法 (高溫堆肥)和厭氧堆肥法兩種。前者是在通氣條件下借好氧性微生物活動(dòng)便有機(jī)物得到降解，由于好氧堆肥溫度一般在50-60，極限可達(dá)80-9O，故亦稱為高溫堆肥。后者是利用微生物發(fā)酵造肥。1.高溫堆肥（好氧）好氧堆肥是在無氧條件下，借好氧微生物（主要好厭氧菌）的作用來進(jìn)行的。一般情況下，利用堆肥溫度變化來作為堆肥過程（階段）的評(píng)價(jià)主要生

4、物化學(xué)反應(yīng):2.厭氧堆肥厭氧堆肥是在無氧條件下，借厭氧微生物（主要是厭氧菌）的作用來進(jìn)行的。主要生物化學(xué)反應(yīng):三、堆肥工藝流程堆肥工藝程序堆肥化技術(shù)采用厭氧的野外堆積法，這種方法占地大、時(shí)間長(zhǎng)?，F(xiàn)代化的堆肥生產(chǎn)一般采用好氣堆肥工藝，它通常由前處理、主發(fā)酵(一次發(fā)酵)、后發(fā)酵 (二次發(fā)酵)、后處理及貯藏等工序組成。1.前處理在以家畜糞尿、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C/N比，或者添加菌種和酶。但以城市生活垃圾為堆肥原料時(shí)，由于垃圾中含有大塊的和非堆肥物質(zhì)，因此有破碎和分選前處理工藝。通過破碎和分選，去除非堆肥物質(zhì)，調(diào)整垃圾的粒徑。 去除非堆肥物質(zhì)的理由 a如不去除，會(huì)使發(fā)酵倉

5、容積增大；b傳送裝置或翻堆攪拌裝置可能會(huì)被纖維、 繩子纏卷或被竹、金屬等絞入而影響操作；c非堆肥物質(zhì)妨礙發(fā)酵過程；d非堆肥物質(zhì)雖然也可在后處理工序去除，但干電池等物質(zhì)里所含的重金屬一旦混人堆肥原料，就不能在后處理時(shí)選出，而混到成品堆肥中。調(diào)整粒徑的理由通過破碎可使原料水分一定程度地均勻化，同時(shí)破碎使原料比表面積增大，微生物侵蝕的速度就加快，可提高發(fā)酵速度。 2.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，通過翻推或強(qiáng)制通風(fēng)向堆積層或發(fā)酵裝置內(nèi)供給氧氣。在露天堆肥或發(fā)酵裝置內(nèi)堆肥時(shí)，由于原料和土壤中存在的微生物作用而開始發(fā)酵。首先是易分解物質(zhì)分解，產(chǎn)生CO2和H2O，同時(shí)產(chǎn)生熱量，使堆

6、溫上升，這些微生物吸取有機(jī)物的碳氮營(yíng)養(yǎng)成分。在細(xì)菌自身繁殖的同時(shí)，將細(xì)胞中吸收的物質(zhì)分解而產(chǎn)生熱量。 發(fā)酵初期物質(zhì)的分解發(fā)酵作用是靠中溫菌 (3040是為量適宜生長(zhǎng)溫度)進(jìn)行的，隨著堆溫上升，最適宜溫度4565的高溫菌取代了中溫菌。在此溫度下，各種病原菌均可被殺死 (表2-2)。一般將溫度升高到開始降低為止的階段稱為主發(fā)酵階段，以生活垃圾為主體的城市垃圾及家畜糞尿好氧堆肥，主發(fā)酵期約為310d。3.后發(fā)酵經(jīng)過主發(fā)酵的半成品被送到后發(fā)酵工序，將主發(fā)酵工序尚未分解的易分解有機(jī)物和較難分解的有機(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。一般把物料堆積到12m高，

7、進(jìn)行后發(fā)酵，并要有防止雨水流人的裝置。有的場(chǎng)合還需要翻堆和通風(fēng)，通常不進(jìn)行通風(fēng)，而是每周進(jìn)行一次翻堆。 發(fā)酵時(shí)間的長(zhǎng)短，決定于堆肥的使用情況。例如，堆肥用于溫床(能夠利用堆肥的分解熱)時(shí)，可在主發(fā)酵后直接使用；對(duì)幾個(gè)月不種作物的土地，大部分可以不進(jìn)行后發(fā)酵而直接施用堆肥；對(duì)一直在種作物的土地，則需要使堆肥進(jìn)行到不能發(fā)生奪取土壤氮的程度，后發(fā)酵時(shí)間通常在2030d以上。4后處理 經(jīng)過兩次發(fā)酵后的物料中，幾乎所有的有機(jī)物都變細(xì)碎和變形，數(shù)量減少了。然而，城市生活垃圾堆肥時(shí)，在預(yù)分選工序沒有去除的塑料、玻璃、陶瓷、金屬、小石塊等物依然存在。因此，還需要經(jīng)過一道分選工序，去除雜物，并根據(jù)需要進(jìn)行再破碎

8、 (如生產(chǎn)精制堆肥)。 5脫臭 部分堆肥工藝和堆肥物在堆制過程和結(jié)束后，會(huì)產(chǎn)生臭味，必須進(jìn)行脫臭處理。去除臭氣的方法主要有化學(xué)除臭劑除臭，堿水和水溶液過濾，熟堆肥或活性炭、沸石等吸附劑過濾。在露天堆肥時(shí)，可在堆肥表面覆蓋熟堆肥，以防止臭氣逸散。較為多用的除臭裝置是堆肥過濾器，當(dāng)臭氣通過該裝置，惡臭成分被堆肥 (熟化后的)吸附，進(jìn)而被其中好氧微生物分解而脫臭，也可用特種土壤代替堆肥使用，這種過濾器叫土壤脫臭過濾器。6貯藏 堆肥一般在春秋兩季使用，在夏冬就必須積存，所以要建立貯存六個(gè)月生產(chǎn)量的設(shè)備。貯存方式可直接堆存在發(fā)酵池中或袋裝，要求干燥而透氣，閉氣和受潮會(huì)影響制品的質(zhì)量。 四、堆肥的影響因素

9、 影響堆肥的因素很多，歸納起來主要有下面幾方面。 1有機(jī)質(zhì)含量 2水分 3溫度 4碳氮比 5C/P 6pH值 1有機(jī)質(zhì)含量 對(duì)于快速高溫機(jī)械化堆肥而言，首要的是熱量和溫度間的平衡問題。有機(jī)質(zhì)含量低的物質(zhì)發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的熱將不足以維持堆肥所需要的溫度，并且產(chǎn)生的堆肥由于肥效低而影響銷路，但過高的有機(jī)物含量又將給通風(fēng)供氧帶來影響，從而產(chǎn)生厭氧和發(fā)臭。研究表明，堆肥中合適的有機(jī)物含量約為20%80%之間。 2水分 水分為微生物生長(zhǎng)所必需，在堆肥過程中，按重量計(jì)，50%60%的含水率最有利于微生物分解，水分超過70%，濕度難以上升，分解速度明顯降低。因?yàn)樗诌^多，使堆肥物質(zhì)粒子之間充滿水，有礙于通風(fēng)

10、，從而造成厭氧狀態(tài)，不利于好氧微生物生長(zhǎng)并產(chǎn)生H2S等惡臭氣體。水分低于40%不能滿足微生物生長(zhǎng)需要，有機(jī)物難以分解。 3溫度 對(duì)堆肥而言，溫度是堆肥得以順利進(jìn)行的重要因素，溫度的作用 主要是影響微生物的生長(zhǎng)，一般認(rèn)為高溫菌對(duì)有機(jī)物的降解效率高于中溫菌，現(xiàn)在的快速、高溫、好氧堆肥正是利用了這一點(diǎn)。初堆肥時(shí)，堆體溫度一般與環(huán)境溫度相一致，經(jīng)過中溫菌12d的作用，堆肥溫度便能達(dá)到高溫菌的理想溫度5065，在這樣的高溫下，一般堆肥只要56d即可達(dá)到無害化。過低的堆溫將大大延長(zhǎng)堆肥達(dá)到腐熟的時(shí)間，而過高的堆溫 (70)將對(duì)堆肥微生物產(chǎn)生有害的影響。 4碳氮比 C/N比與堆肥溫度有關(guān)，原料C/N比高，碳

11、素多，氮素養(yǎng)料相對(duì)缺乏，細(xì)菌和其他微生物的發(fā)展受到限制，有機(jī)物的分解速度就慢、發(fā)酵過程就長(zhǎng)。如果碳氮比例高，容易導(dǎo)致成品堆肥的碳氮比過高，這樣堆肥施人土壤后，將奪取土壤中的氮素，使土壤陷入“氮饑餓”狀態(tài)，會(huì)影響作物生長(zhǎng)。若碳氮比低于20:1，可供消耗的碳素少，氮素養(yǎng)料相對(duì)過剩，則氮將變成銨態(tài)氮而揮發(fā)，導(dǎo)致氮元素大量損失而降低肥效。為了保證成品堆肥中一定的碳氮比(一般為2535:1)和在堆肥過程中有理想的分解速度，必須調(diào)整好堆肥原料的碳氮比(生活垃圾碳氮比一般在24:1左右)。一般調(diào)整的方法是加人人糞尿，牲畜糞以及城市污泥等。表2-3所示的有機(jī)廢物的氮含量和碳氮比均較低，用來調(diào)整堆肥原料的碳氮比

12、能收到較理想的效果。 5C/P磷是磷酸和細(xì)胞核的重要組成元素，也是生物能ATP的重要組成成分，一般要求堆肥料的C/P在75150為宜。 6pH值pH值對(duì)微生物的生長(zhǎng)也是重要因素之一，一般微生物最適宜的pH值是中性或弱堿性，pH值太高或太低都會(huì)使堆肥處理遇到困難。pH值是一個(gè)可以對(duì)微生物環(huán)境作為估價(jià)的參數(shù)，在整個(gè)堆肥過程中，pH值隨時(shí)間和溫度的變化而變化。在堆肥初始階段，由于有機(jī)酸的生成，pH值下降(可降至5.0)，然后上升至88.5左右，如果廢物堆肥成厭氧狀態(tài)，則pH值繼續(xù)下降。此外，pH值也會(huì)影響氮的損失，因pH值在7.0時(shí)，氮以氨氣的形式逸人大氣。但在一般情況下，堆肥過程中，pH值有足夠的

13、緩沖作用，能便pH值穩(wěn)定在可以保證好氧分解的酸堿度水平。 五、堆肥的工藝參數(shù)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 1堆肥工藝參數(shù) 堆肥工藝參數(shù)包括一次發(fā)酵和二次發(fā)酵工藝參數(shù)。 (1)一次發(fā)酵主要參數(shù) 含水率：45%-60%；C/N比：25/1-35/1；溫度：55-65；周期：3-10d。 (2)二次發(fā)酵工藝參數(shù) 含水率40%；溫度40；周期30-40d 2堆肥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) (1)一次發(fā)酵終止指標(biāo) 無惡臭；容積減量25%-30%；水分去除率10%；C/N比：15/120/1。 (2)二次發(fā)酵終止指標(biāo) 堆肥充分腐熟；含水率35%；C/N比：20/1；堆肥粒度l0mm。 六、廢物堆肥化設(shè)備及實(shí)例分析 1. 廢物堆肥化設(shè)備及工藝

14、系統(tǒng) 廢物堆肥化按設(shè)備流程包括下述系統(tǒng)：進(jìn)料供料設(shè)備預(yù)處理設(shè)備一次發(fā)酵設(shè)備二次發(fā)酵設(shè)備后處理設(shè)備產(chǎn)品細(xì)加工設(shè)備。（1）供料進(jìn)料設(shè)備（2）堆肥化設(shè)備 （a）幾種發(fā)酵裝置示意圖： （b）多段豎爐式發(fā)酵塔 （c）筒倉式發(fā)酵倉 （d）水平（臥式）發(fā)酵滾筒 2. 國內(nèi)100t/d生活垃圾處理廠工藝系統(tǒng)實(shí)例 1986年，同濟(jì)大學(xué)和無錫市在垃圾好氧堆肥的中試基礎(chǔ)上共同研究，開發(fā)設(shè)計(jì)了我國第一座比較現(xiàn)代化的高溫好氧堆肥系統(tǒng)無錫100t/d生活垃圾處理實(shí)驗(yàn)廠。 無錫垃圾處理廠機(jī)械設(shè)計(jì)共分3個(gè)組成部分：受料預(yù)分選機(jī)組；發(fā)酵進(jìn)出料機(jī)組；精分選機(jī)組。幾種主要機(jī)械的設(shè)計(jì)參數(shù)如下： （1）板式布料機(jī) 鏈板：長(zhǎng)6m，寬1.

15、2m；鏈板速度：0.00250.15m/s；生產(chǎn)能力：50m3/h；功率：7.5Kw；功能：使汽車的集中來料變成均勻給料。 （2）高效復(fù)合篩分破碎機(jī) 雙層滾筒篩尺寸：142017106000（mm）；內(nèi)筒篩孔40mm，外筒篩孔13mm；篩筒轉(zhuǎn)速：518rpm范圍內(nèi)無級(jí)轉(zhuǎn)速；額定處理量：2025t/h；功率：滾動(dòng)筒7.5Kw；破碎機(jī)30Kw；功能：篩除40mm為不可堆肥物；粒徑小于40mm大于12mm可堆肥物經(jīng)立錘破碎機(jī)粉碎至12mm；細(xì)篩產(chǎn)生粒徑小于12mm粒徑可堆肥物。 （3）組合式振動(dòng)格篩（粗分選機(jī)） 功能：去除60mm的粗大物；尺寸：25001200（mm）；功率：3Kw；能力：16t/

16、h。 （4）進(jìn)料橋式小車 包括2條4.0mm橫向進(jìn)料皮帶?？偣β剩?.4Kw；功能：為一次發(fā)酵池進(jìn)料用。 （5）螺桿出料機(jī) 螺桿長(zhǎng)度：4.5m，直徑0.3m；能力：100t/6h；總功率：9Kw；功能：為一次發(fā)酵池出料用。 垃圾堆肥化處理工藝的完善，在很大程度上依賴于機(jī)械設(shè)計(jì)的正確和設(shè)備運(yùn)輸?shù)恼?。各城市的垃圾結(jié)構(gòu)差異差較大，不可能有普遍適用的機(jī)械設(shè)備。每個(gè)垃圾廠的機(jī)械設(shè)計(jì)必須依據(jù)垃圾結(jié)構(gòu)不同而進(jìn)行組合，得出比較符合工藝要求的機(jī)械設(shè)計(jì)流程。 第二節(jié) 粉煤灰的農(nóng)業(yè)利用一、粉煤灰的改土與增產(chǎn)作用二、粉煤灰肥料一、粉煤灰的改土與增產(chǎn)作用1. 粉煤灰的孔度與土壤性能的關(guān)系2. 施灰對(duì)土壤機(jī)械組成的影響

17、3. 粉煤灰對(duì)土層溫度的影響4. 粉煤灰的增產(chǎn)作用1. 粉煤灰的孔度與土壤性能的關(guān)系作物生長(zhǎng)的土壤需有一定的孔度，而適合植物根部正常呼吸作用的土壤孔度下限量是1215。低于此值，將導(dǎo)致作物減產(chǎn)。粉煤灰中的硅酸鹽礦物和炭粒具有多孔性，是土壤本身的硅酸鹽類礦物所不具備的。此外，粉煤灰粒子之間的孔度，一般也大于粘結(jié)了的土壤的孔度。粉煤灰施人土壤，除其粒子中、粒子間的孔隙外，粉煤灰同土壤粒子還可以連成無數(shù)“羊腸小道”，為植物根吸收提供新的途徑，構(gòu)成輸送營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的交通網(wǎng)絡(luò)。粉煤灰粒子內(nèi)部的孔隙則可作為氣體、水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的“儲(chǔ)存庫”。植物生長(zhǎng)過程所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，主要是通過根部從土城幣獲得，并且是以水溶

18、液的形式提供的。土壤中溶液的含量及其擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)都與土壤內(nèi)部各個(gè)粒子之間或粒子內(nèi)部孔隙的毛細(xì)管半徑有關(guān)。毛細(xì)管半徑越小，吸引溶液或水分的力越大，反之亦然。這種作用，使土壤含濕量得到調(diào)節(jié)。如果將粉煤灰施人土壤，能進(jìn)一步改善土壤的這種毛細(xì)管作用和溶液在土壤內(nèi)的擴(kuò)散情況，從而調(diào)節(jié)了土壤的含濕量，有利于植物根部加速對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和分泌物的排出，促進(jìn)植物正常生長(zhǎng)。2. 施灰對(duì)土壤機(jī)械組成的影響 粘質(zhì)土壤慘入粉煤灰，可變得疏松，粘粒減少，砂粒增加。鹽堿土摻人粉煤灰，除變得疏松外，還可起到抑堿作用。例如某鹽堿土壤，春播前容重為1.26，每畝施粉煤灰2104kg，秋后容重降到1.01,與肥沃土壤容重相近。3. 粉煤灰對(duì)土層溫度的影響 粉煤灰所具有的灰黑色利于其吸收熱量，施入土壤，一般可使上層提高溫度12。據(jù)報(bào)導(dǎo)，每畝施灰1250kg，地表溫度16，每畝施灰5103kg，地表溫度17。土層溫度提高，有利于微生物活動(dòng)、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和種子萌發(fā)。4. 粉煤灰的增產(chǎn)作用 一些試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐表明，不同土壤合理施用符合農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)的粉煤灰都有增產(chǎn)作用。一般以畝施5104kg增產(chǎn)效果較好。不過，砂質(zhì)土壤施灰，增產(chǎn)不明顯，生荒地施灰增