固體廢物處理與資源化：第六章 有機(jī)固體廢物堆肥與厭氧發(fā)酵

1、第六章 有機(jī)固體廢物堆肥與厭氧發(fā)酵 p97一、定義與分類(lèi)1.堆肥化及堆肥 堆肥化（Composting）：在氧氣充足條件下，借助好氧微生物，使有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)生物化學(xué)過(guò)程。 堆肥（compost）：堆肥化產(chǎn)物，具有一定肥效的土壤改良劑和 調(diào)節(jié)劑。2.有機(jī)固體廢物厭氧發(fā)酵 固體廢物中的有機(jī)成分在厭氧條件下，利用厭氧微生物新陳代謝的功能，轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物質(zhì)和自身的細(xì)胞物質(zhì)，從而達(dá)到消除污染、凈化環(huán)境的目的。第一節(jié) 概述（1）城市垃圾 須分選回收等預(yù)處理。（2）禽畜糞便 有機(jī)質(zhì)、N、P、K及微量元素含量豐富，C/N比較低，有臭味，需除臭。（3）污泥 城市污水處理后污泥：有機(jī)物30%50%，氮2%

2、6%，磷1%4%，鉀0.2%0.4%。（4）農(nóng)林廢物 植物秸桿：微生物的良好營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)行堆肥和沼氣發(fā)酵的理想材料。（5）泔腳和食品廢物 有機(jī)質(zhì)含量非常高，含水率也相當(dāng)高，不可堆腐惰性物質(zhì)和其它雜質(zhì)量很少，有害物質(zhì)含量甚微。二、好氧堆肥與厭氧發(fā)酵的原料第二節(jié) 好氧堆肥與厭氧發(fā)酵原理一、好氧堆肥1. 好氧堆肥原理 可溶性有機(jī)固體廢物透過(guò)微生物細(xì)胞壁和細(xì)胞膜被微生物直接吸收； 不溶的膠體有機(jī)物質(zhì)，先吸附在微生物體外，依靠微生物分泌的胞外酶分解為可溶性物質(zhì)，再滲入細(xì)胞。 微生物的分解代謝（氧化還原過(guò)程）和合成代謝（生物合成過(guò)程）。CsHtNuOvaH2O+bO2 CwHxNyOzcH2O+dH2O

3、(氣) + eH2O(液) + fCO2 + gNH3+能量 堆肥成品（CwHxNyOzcH2O）與堆肥原料（CsHtNuOvaH2O）之比為0.30.5。W=5-10X=7-17Y=1Z=2-8 C、H、O、N、S、P+O2 CO2+NH3+SO42-+PO43-+簡(jiǎn)單有機(jī)物+更多的微生物+熱量 （1）通風(fēng)供氧量 主要作用： 提供氧氣，以促進(jìn)微生物的發(fā)酵過(guò)程； 通過(guò)供氣量的控制，調(diào)節(jié)最適溫度； 在維持最適溫度的條件下，加大通風(fēng)量可以去除水分。 堆肥過(guò)程合適的氧濃度為18%。 機(jī)械化連續(xù)堆肥生產(chǎn)系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)定排氣中氧含量確定發(fā)酵倉(cāng)氧的濃度及氧吸收率，排氣中氧的適宜體積濃度為14%17%。 實(shí)際

4、堆肥系統(tǒng)供氧量為計(jì)算值的兩倍以上。 常用的通風(fēng)方式： 自然通風(fēng)供氧； 堆內(nèi)預(yù)埋管道通風(fēng)供氧； 機(jī)械翻堆供氧； 風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)供氧。、是現(xiàn)代化堆肥廠常采用的主要方式，經(jīng)常配合使用。 2.影響堆肥的因素p99通風(fēng)供氧在自然通風(fēng)條件下，垃圾堆體上面空間敞開(kāi)，下面與大氣相通，堆層內(nèi)的空氣受熱后向上蒸騰，使得堆層形成微弱的上升氣流，既保持好氧狀態(tài)，又實(shí)現(xiàn)散熱；在自然通風(fēng)散熱過(guò)慢時(shí)，應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，其風(fēng)向一般與自然通風(fēng)一致。 通過(guò)通風(fēng)量調(diào)節(jié)堆肥溫度、水份和供氧量，控制惡臭產(chǎn)生和蚊蠅滋生，消滅堆肥中各種病菌，實(shí)現(xiàn)高溫好氧發(fā)酵；翻拋機(jī)完成堆肥翻堆、破塊、松堆功能；同時(shí)配備多點(diǎn)負(fù)壓吸塵抽氣裝置，將臭氣和翻堆過(guò)程中

5、的粉塵吸走，經(jīng)生物除臭器進(jìn)行除塵、除臭處理。 機(jī)械翻堆供氧需氧量計(jì)算：“教材P99例6-1” 反應(yīng)式系數(shù) 原料與產(chǎn)物摩爾數(shù) 理論需氧量 將100kg有機(jī)廢物進(jìn)行好氧堆肥處理，假設(shè)有機(jī)物初始組成為C6H7O2(OH)35，分解后有機(jī)產(chǎn)物剩余40kg，且組成為C6H7O2(OH)32，計(jì)算好氧堆肥過(guò)程的理論需氧量。1選取計(jì)算公式并將條件代入 2確定系數(shù)n產(chǎn)物的摩爾數(shù)計(jì)算如下：原料的摩爾數(shù)計(jì)算如下：得到n1含水率與需氧量和細(xì)菌生長(zhǎng)的關(guān)系曲線 （2）含水率 最適合含水率5060。 超過(guò)50時(shí)，微生物活性開(kāi)始下降；20，活動(dòng)基本停止。 含水率過(guò)高：孔隙率降低，供氧不足； 含水率過(guò)低：微生物繁殖慢，有機(jī)物

6、分解遲緩。城市垃圾堆肥全程發(fā)酵溫度變化的典型曲線 （3）溫度 中溫菌：3040；高溫菌：5060。 堆肥最佳溫度5060，高溫菌對(duì)有機(jī)物降解效率高于中菌溫。 實(shí)際生產(chǎn)通過(guò)溫度通風(fēng)反饋系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度。（4）有機(jī)質(zhì)含量 最適合范圍2080：過(guò)低，產(chǎn)生熱量不足以維持堆肥所需溫度；過(guò)高：通風(fēng)供氧困難。（5）顆粒度 粒徑范圍1260mm：紙張、紙板最佳粒度3.85.0cm；材質(zhì)較硬的廢物0.51.0cm。（6）C/N比 有機(jī)垃圾作為堆肥原料，最佳C/N比為（2635）:1。 C/N比超過(guò)40：補(bǔ)加氮素材料調(diào)整C/N； “畜禽糞便、肉食品加工廢棄物、污泥等” 隨堆肥化過(guò)程的發(fā)展，堆體中的有機(jī)物含量逐漸降

7、低，C/N比逐步從30:1降至15:1，2/3的C以CO2形式釋放，1/3的C與N合成細(xì)胞物質(zhì)，在微生物死后被進(jìn)一步釋放。廢物類(lèi)型碳氮比人 糞610:1尿0.81牛 糞13:1禽 糞15:1馬 糞25:1生污泥11:1活性污泥6:1雜 草10:1麥秸、稻草120150:1鋸木末200600:1（7）碳磷比 適宜的C/P比為75150:1，污泥含磷高。（8） pH 堆肥的pH值為7.58.5時(shí)，堆肥速率最大。 堆肥初期，堆肥物產(chǎn)生有機(jī)酸，pH值可降至4.55.0； 隨后逐漸上升，最高可達(dá)到8.08.5； 最終堆肥產(chǎn)品pH值基本穩(wěn)定在7.5左右。 太低，加含石灰廢物； 太高：通風(fēng)或干燥處理生成有機(jī)

8、酸和二氧化碳，或與 熟化后的堆肥混合。二、厭氧發(fā)酵 特點(diǎn)： 能高效回收高含水率（60%左右）廢棄物中的能量； 工藝簡(jiǎn)單； 能使有機(jī)物穩(wěn)定減量； 高溫消化能殺死大腸桿菌和寄生蟲(chóng)卵等，應(yīng)用廣泛。1. 厭氧發(fā)酵原理厭氧消化生化過(guò)程：三段理論厭氧發(fā)酵影響因素 溫度因素 常溫發(fā)酵（自然發(fā)酵，自然溫度 ）； 中溫發(fā)酵（2838； 3035 ）； 高溫發(fā)酵（4860；5060 ）。嗜熱菌嗜溫菌嗜寒菌 C/N比和 C/P比 適宜的C/N比為（3020）:1。如C/N太高，細(xì)胞的氮含量不足，系統(tǒng)的緩沖能力低，pH值容易降低；C/N太低，氮含量過(guò)多，pH值可能上升，氨鹽容易積累，會(huì)抑制發(fā)酵進(jìn)程。可通過(guò)將貧氮原料與

9、富氮原料進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐浜蟻?lái)形成具有適宜C/N比的混合原料。 磷（以磷酸鹽的形式）的需求量大約為氮的1/5，可通過(guò)加入磷酸鹽來(lái)保證代謝速度。 混合均勻程度攪拌設(shè)備：使消化物料分布均勻；增加微生物與物料的接觸機(jī)會(huì)；使消化產(chǎn)物及時(shí)分離。攪拌方式：機(jī)械攪拌；充氣攪拌；充液攪拌。 添加劑和有毒物質(zhì) 添加過(guò)磷酸鈣，能促進(jìn)纖維素的分解，提高產(chǎn)氣量。 添加少量鉀、鈉、鈣、鎂、鋅、磷等元素都能促進(jìn)厭氧反應(yīng)的進(jìn)行。鎂、鋅、錳等二價(jià)金屬離子是酶活性中心的組成成分，其中錳、鋅離子還是水解酶的活化劑。 加入含有豐富厭氧菌的消化污泥或發(fā)酵液（接種物）等有助于厭氧發(fā)酵。 固體廢物中常見(jiàn)的毒性物質(zhì)（汞、銅、鉻、鎳、銨、鈉、氰化

10、鉀、苯酚、甲苯、重油等）對(duì)微生物有毒性或?qū)ζ渖L(zhǎng)活動(dòng)有抑制作用。 厭氧條件 氧化還原電位：-300mV左右。 消化液酸度由脂肪酸含量決定，脂肪酸含量大于20003000 mg/L 會(huì)使發(fā)酵過(guò)程受阻。 消化液堿度由氨氮含量決定，它能中和酸而使發(fā)酵液保持適宜的pH值。 水解與發(fā)酵菌及產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌對(duì)pH值的適應(yīng)范圍大致為56.5，甲烷菌對(duì)pH值的適應(yīng)范圍為6.67.5之間。在發(fā)酵系統(tǒng)中，氨與二氧化碳反應(yīng)生成的碳酸氫氨使發(fā)酵液具有一定的緩沖能力。發(fā)酵系統(tǒng)中，應(yīng)保持堿度在2000mg/L以上，使其有足夠的緩沖能力，有效防止系統(tǒng)pH值的下降。 酸堿度、pH值和發(fā)酵液的緩沖作用 生物固體停留時(shí)間（污泥齡）與

11、負(fù)荷 發(fā)酵罐的容積負(fù)荷和發(fā)酵時(shí)間一般呈反比例關(guān)系。 （3）甲烷產(chǎn)量計(jì)算1 moL 有機(jī)碳可轉(zhuǎn)化成 1 moL (CH4+CO2) 。 第三節(jié) 簡(jiǎn)易漚肥技術(shù) 將人糞尿、不能食用的爛葉子、動(dòng)物糞便、雜草、秸梗、廢物垃圾等有機(jī)廢物混合堆積、糊泥密封，在自然條件下利用微生物的發(fā)酵作用，使堆料中的有機(jī)物腐熟，達(dá)到土壤可接受的穩(wěn)定程度，成為一種含氮豐富的腐殖質(zhì)，這一過(guò)程基本不進(jìn)行或者很少進(jìn)行人為控制。這種簡(jiǎn)單的不使用機(jī)械設(shè)備的堆肥方法又稱(chēng)為簡(jiǎn)易堆肥，堆制出的產(chǎn)品稱(chēng)為漚肥。一、 簡(jiǎn)易漚肥方法（缺） 簡(jiǎn)易漚肥技術(shù)介于好氧堆肥與厭氧發(fā)酵之間（無(wú)強(qiáng)制通風(fēng)裝置），初期為好氧，主要是利用需氧性微生物的活動(dòng)，快速分解有

12、機(jī)物，并產(chǎn)生大量的熱能使堆內(nèi)的溫度不斷上升，一般可達(dá)到5070，并維持一定時(shí)間，將堆料的病菌、蠕蟲(chóng)卵、蠅蛆等殺死，達(dá)到無(wú)害化的目的；隨著有機(jī)垃圾降解的進(jìn)行，逐步轉(zhuǎn)為厭氧性微生物為主要微生物來(lái)降解有機(jī)物，在這一階段，一般分解較緩慢，產(chǎn)生的熱量少。 部分有機(jī)垃圾中含有病原體和細(xì)菌等，具體做法： 加生石灰法 加農(nóng)藥處理法 加尿素法二、簡(jiǎn)易漚肥的無(wú)害化處理第四節(jié) 有機(jī)廢物的堆肥工藝與控制一、好氧堆肥的基本工藝 基本工序：前處理、主發(fā)酵（一次發(fā)酵）、后發(fā)酵（二次發(fā)酵）、后處理、脫臭及貯存等工序組成。 底料：污泥、城市有機(jī)固體廢物、農(nóng)林廢物和庭院廢物等。調(diào)理劑兩種類(lèi)型： 結(jié)構(gòu)調(diào)理劑：無(wú)機(jī)物或有機(jī)物，減少底

13、料容重，增加底料空 隙，有利于通風(fēng)； 能源調(diào)理劑： 有機(jī)物，增加可生化降解有機(jī)物的含量，增加混 合物的能量。 1.前處理 分選：回收廢品、去除大塊垃圾和不可堆肥物（石塊、塑 料、金屬等）。 破碎：粒徑范圍1260mm；粒徑變小，物料表面積增加，便 于微生物繁殖。 篩分：粒徑不能太小，需保持一定的孔隙率和透氣性能，確 保通風(fēng)供氧均勻充分。 混合：使不同物料成分、水分等均勻分布。 水分調(diào)節(jié)：適宜范圍5060。水分太高，機(jī)械壓縮脫 水；水分太低，加糞稀或回流部分堆肥。 調(diào)節(jié)養(yǎng)分：2.主發(fā)酵 從堆肥開(kāi)始，經(jīng)升溫段、高溫段至降溫段結(jié)束的整個(gè)過(guò)程。 分解大部分有機(jī)物，滅殺蛔蟲(chóng)卵、病原菌、孢子等。 城市有機(jī)

14、固體廢物的好氧堆肥主發(fā)酵期約為412d。 需氧量大：翻堆或通風(fēng)。3.后發(fā)酵 主發(fā)酵半成品中有機(jī)物進(jìn)一步分解得到完全腐熟的堆肥成品。 后發(fā)酵時(shí)間取決于堆肥的使用情況，通常在2030d。 需氧量小，翻堆，通常不通風(fēng)。4.后處理 5.脫臭 產(chǎn)生的臭氣成分：NH3、H2S、甲硫醇、胺類(lèi)等。 脫臭方法：6.貯存 供應(yīng)期集中在春播與秋種兩季，冬、夏兩季生產(chǎn)的堆肥需要貯存，一般可貯存于二次發(fā)酵倉(cāng)或包裝袋中，應(yīng)注意干燥、通風(fēng)。 二、典型好氧堆肥工藝 城市生活垃圾好氧靜態(tài)堆肥處理技術(shù)規(guī)程（CJJ/T5293） ： 一次性發(fā)酵、二次性發(fā)酵。 二、典型好氧堆肥工藝1.好氧靜態(tài)堆肥工藝2. 間歇式好氧動(dòng)態(tài)堆肥工藝3.

15、 連續(xù)式好氧動(dòng)態(tài)堆肥 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(yùn)出。 堆肥物料一直處于靜止?fàn)顟B(tài)，物料及微生物生長(zhǎng)不均勻，物料有機(jī)質(zhì)含量高于50%時(shí)，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)。1. 好氧靜態(tài)堆肥工藝2. 間歇式好氧動(dòng)態(tài)堆肥工藝間歇翻堆的強(qiáng)制通風(fēng)垛或間歇進(jìn)出料的發(fā)酵倉(cāng)。 3. 連續(xù)式好氧動(dòng)態(tài)堆肥 連續(xù)進(jìn)料和連續(xù)出料的方式， 可有效地處理高有機(jī)質(zhì)含量的原料。 DANO臥式回轉(zhuǎn)窯垃圾堆肥系統(tǒng)1 加料斗; 2 磁選機(jī); 3 給料機(jī); 4 DANO式回轉(zhuǎn)窯發(fā)酵倉(cāng); 5 振動(dòng)篩; 6 三號(hào)皮帶運(yùn)輸機(jī); 7 玻璃選出機(jī); 8 堆肥; 9 玻璃片; 10

16、 二號(hào)皮帶運(yùn)輸機(jī); 11 驅(qū)動(dòng)裝置; 12 一號(hào)皮帶運(yùn)輸機(jī); 13 板式給料機(jī) 達(dá)諾筒垃圾堆肥肥效 含有豐富的有機(jī)質(zhì)、氮、磷等養(yǎng)分，不僅可用于改善土壤，作為土壤改良劑，還可作為有機(jī)肥用于糧食、蔬菜、花卉、林木等方面的生產(chǎn)。通過(guò)三個(gè)方面改善土壤： 改善土壤結(jié)構(gòu)：增加土壤有機(jī)質(zhì)，提高土壤的通透性能，改善 土壤的理化性質(zhì)。 增加土壤養(yǎng)分：有機(jī)物質(zhì)吸附量大，許多養(yǎng)分不易流失；有機(jī) 肥料養(yǎng)分齊全，易分解，其營(yíng)養(yǎng)元素的含量和配 比很適合作物吸收利用。 提高土壤生物活性。第六節(jié) 堆肥肥效和利用二、有機(jī)肥的農(nóng)業(yè)利用1.混合堆肥的必要性 堆肥中的N、P、K混合含量通常很少能達(dá)到3%。經(jīng)過(guò)精細(xì)分選的顆粒肥料，含有

17、一定的碎玻璃、陶瓷、金屬、廢塑料等不易腐化物質(zhì)，單獨(dú)施用于農(nóng)田，會(huì)造成地表粗糙，破壞表土性能，造成土壤污染。 化肥與堆肥具有很大程度的互補(bǔ)性，配合施用，就能達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，揚(yáng)長(zhǎng)避短。 2.有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)混肥配方發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展中國(guó)家中國(guó)氮1.370.990.66磷0.510.490.18鉀0.710.970.83 我國(guó)與國(guó)外堆肥肥效比較 南宮生活垃圾堆肥廠 第七節(jié) 厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝一、發(fā)酵設(shè)備 水壓式沼氣池（a）1 加料管；2 發(fā)酵間（貯氣部分）；3 池內(nèi)液面0-0；4 出料間液面（b）1 加料管；2 發(fā)酵間（貯氣部分）；3 池內(nèi)料液液面A-A；4 出料間液面B-B（c）1 加料管；2 發(fā)酵間（貯氣

18、部分）；3 池內(nèi)料液液面A-A； 4 出料間液面B-B；5 導(dǎo)氣管；6 沼氣輸氣管；7 控制閥二、發(fā)酵工藝1. 傳統(tǒng)沼氣發(fā)酵工藝類(lèi)型（1）按溫度分類(lèi)：高溫發(fā)酵、中溫發(fā)酵、常溫發(fā)酵。（2）按發(fā)酵級(jí)數(shù)分類(lèi)：?jiǎn)渭?jí)、兩級(jí)和多級(jí)發(fā)酵。 （發(fā)酵工藝系統(tǒng)中相互連通的沼氣池的數(shù)量）（3）按投料方式分類(lèi)：連續(xù)發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵、批量發(fā)酵、 兩步發(fā)酵（水解產(chǎn)酸池和產(chǎn)甲烷池） 。 常溫發(fā)酵農(nóng)村沼氣池工藝流程 Q2. 現(xiàn)代大型工業(yè)化沼氣發(fā)酵工藝流程1 有機(jī)廢物； 2 進(jìn)料； 3 進(jìn)料口； 4 分選； 5 料槽； 6 廢物； 7 破碎機(jī)；8 天然氣供應(yīng)站； 9 加氣站； 10 內(nèi)消耗； 11 電網(wǎng)； 12 沼氣罐；13 主變電站； 14 臨時(shí)儲(chǔ)存?zhèn)}； 15 氣體處理站； 16 熱交換； 17 發(fā)電；18 區(qū)域供熱系統(tǒng)； 19 熱儲(chǔ)存罐； 20 發(fā)酵熱； 21 發(fā)酵倉(cāng)； 22 熱交換；23 廢液肥料脫水； 24 堆肥產(chǎn)品； 25 堆肥精制車(chē)間； 26 脫水。特點(diǎn) 消納大量有機(jī)廢物，適用城市垃圾和污水處理廠污泥。 發(fā)酵周期比較短。 產(chǎn)沼氣量大，質(zhì)量高，用途廣泛。 堆肥產(chǎn)品肥效高，市場(chǎng)潛力大。 運(yùn)行過(guò)程