固體廢物的農(nóng)業(yè)利用課件

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比和通風條件下通過微生物的發(fā)酵作用，將有機物轉(zhuǎn)變?yōu)榉柿系倪^程。在這種堆肥化過程中，有機物由不穩(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。

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，由于逐漸喪失了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中有機肥的投入，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氧氣要求的不同，有機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便有機物得到降解，由于好氧堆肥溫度一般在50-60℃，極限可達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）的作用來進行的。主要生物化學反應(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）的作用來進行的。主要生物化學反應(yīng):1.前處理在以家畜糞尿、污泥等為堆肥原料時，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，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，會使發(fā)酵倉容積增大；b．傳送裝置或翻堆攪拌裝置可能會被纖維、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。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物和較難分解的有機物進一步分解，使之變成腐殖酸、氨基酸等比較穩(wěn)定的有機物，得到完全成熟的堆肥制品。一般把物料堆積到1~2m高，進行后發(fā)酵，并要有防止雨水流人的裝置。有的場合還需要翻堆和通風，通常不進行通風，而是每周進行一次翻堆。發(fā)酵時間的長短，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，可在主發(fā)酵后直接使用；對幾個月不種作物的土地，大部分可以不進行后發(fā)酵而直接施用堆肥；對一直在種作物的土地，則需要使堆肥進行到不能發(fā)生奪取土壤氮的程度，后發(fā)酵時間通常在20~30d以上。4．后處理

經(jīng)過兩次發(fā)酵后的物料中，幾乎所有的有機物都變細碎和變形，數(shù)量減少了。然而，城市生活垃圾堆肥時，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)需要進行再破碎(如生產(chǎn)精制堆肥)。

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，閉氣和受潮會影響制品的質(zhì)量。四、堆肥的影響因素影響堆肥的因素很多，歸納起來主要有下面幾方面。1．有機質(zhì)含量2．水分3．溫度4．碳氮比5．C/P6．pH值1．有機質(zhì)含量對于快速高溫機械化堆肥而言，首要的是熱量和溫度間的平衡問題。有機質(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，但過高的有機物含量又將給通風供氧帶來影響，從而產(chǎn)生厭氧和發(fā)臭。研究表明，堆肥中合適的有機物含量約為20%~80%之間。3．溫度對堆肥而言，溫度是堆肥得以順利進行的重要因素，溫度的作用主要是影響微生物的生長，一般認為高溫菌對有機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。初堆肥時，堆體溫度一般與環(huán)境溫度相一致，經(jīng)過中溫菌1~2d的作用，堆肥溫度便能達到高溫菌的理想溫度50~65℃，在這樣的高溫下，一般堆肥只要5~6d即可達到無害化。過低的堆溫將大大延長堆肥達到腐熟的時間，而過高的堆溫(>70℃)將對堆肥微生物產(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，碳素多，氮素養(yǎng)料相對缺乏，細菌和其他微生物的發(fā)展受到限制，有機物的分解速度就慢、發(fā)酵過程就長。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)，會影響作物生長。若碳氮比低于20:1，可供消耗的碳素少，氮素養(yǎng)料相對過剩，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25~35:1)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能收到較理想的效果。6．pH值pH值對微生物的生長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值太高或太低都會使堆肥處理遇到困難。pH值是一個可以對微生物環(huán)境作為估價的參數(shù)，在整個堆肥過程中，pH值隨時間和溫度的變化而變化。在堆肥初始階段，由于有機酸的生成，pH值下降(可降至5.0)，然后上升至8~8.5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值也會影響氮的損失，因pH值在7.0時，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)量標準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<30-40d2．堆肥質(zhì)量標準(1)一次發(fā)酵終止指標無惡臭；容積減量25%-30%；水分去除率10%；C/N比：15/1~20/1。(2)二次發(fā)酵終止指標堆肥充分腐熟；含水率<35%；C/N比：<20/1；堆肥粒度<l0mm。六、廢物堆肥化設(shè)備及實例分析

1.廢物堆肥化設(shè)備及工藝系統(tǒng)廢物堆肥化按設(shè)備流程包括下述系統(tǒng)：進料供料設(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)品細加工設(shè)備。（1）供料進料設(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)實例1986年，同濟大學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生活垃圾處理實驗廠。無錫垃圾處理廠機械設(shè)計共分3個組成部分：①受料預(yù)分選機組；②發(fā)酵進出料機組；③精分選機組。幾種主要機械的設(shè)計參數(shù)如下：（1）板式布料機鏈板：長6m，寬1.2m；鏈板速度：0.0025~0.15m/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)合篩分破碎機雙層滾筒篩尺寸：Φ1420×Φ1710×6000（mm）；內(nèi)筒篩孔Φ40mm，外筒篩孔Φ13mm；篩筒轉(zhuǎn)速：5~18rpm范圍內(nèi)無級轉(zhuǎn)速；額定處理量：20~25t/h；功率：滾動筒7.5Kw；破碎機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)立錘破碎機粉碎至＜12mm；細篩產(chǎn)生粒徑小于12mm粒徑可堆肥物。

（3）組合式振動格篩（粗分選機）功能：去除＞60mm的粗大物；尺寸：2500×1200（mm）；功率：3Kw；能力：16t/h。（4）進料橋式小車包括2條4.0mm橫向進料皮帶。總功率：7.4Kw；功能：為一次發(fā)酵池進料用。（5）螺桿出料機螺桿長度：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械設(shè)計的正確和設(shè)備運輸?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械設(shè)備。每個垃圾廠的機械設(shè)計必須依據(jù)垃圾結(jié)構(gòu)不同而進行組合，得出比較符合工藝要求的機械設(shè)計流程。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.施灰對土壤機械組成的影響3.粉煤灰對土層溫度的影響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12～15％。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、水分和營養(yǎng)物質(zhì)的“儲存庫”。植物生長過程所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，主要是通過根部從土城幣獲得，并且是以水溶液的形式提供的。土壤中溶液的含量及其擴散運動都與土壤內(nèi)部各個粒子之間或粒子內(nèi)部孔隙的毛細管半徑有關(guān)。毛細管半徑越小，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，能進一步改善土壤的這種毛細管作用和溶液在土壤內(nèi)的擴散情況，從而調(diào)節(jié)了土壤的含濕量，有利于植物根部加速對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和分泌物的排出，促進植物正常生長。2.施灰對土壤機械組成的影響

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2×104kg，秋后容重降到1.01,與肥沃土壤容重相近。3.粉煤灰對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1~2℃。據(jù)報導(dǎo)，每畝施灰1250kg，地表溫度16℃，每畝施灰5×103kg，地表溫度17℃。土層溫度提高，有利于微生物活動、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和種子萌發(fā)。4.粉煤灰的增產(chǎn)作用一些試驗和生產(chǎn)實踐表明，不同土壤合理施用符合農(nóng)用標準的粉煤灰都有增產(chǎn)作用。一般以畝施5×104kg增產(chǎn)效果較好。不過，砂質(zhì)土壤施灰，增產(chǎn)不明顯，生荒地施灰增產(chǎn)明顯，粘土地增產(chǎn)最明顯。作物品種不同，增產(chǎn)效果不同：蔬菜增產(chǎn)效果最好，糧食作物增產(chǎn)比較好，其他經(jīng)濟作物也有增產(chǎn)作用，但不十分穩(wěn)定。二、粉煤灰肥料1．粉煤灰硅鉀肥2．粉煤硅鈣鉀肥3．粉煤灰磁化肥4．粉煤灰磷肥1.粉煤灰硅鉀肥以粉煤灰作硅源，配加一定比例的氫氧化鉀，在700～800℃鍛燒，可制備粉煤灰硅鉀肥（K2SiO3）。此種肥料，含有作物生長所需的硅和鉀元素。K2SiO3是一種構(gòu)溶性物質(zhì)，只能溶于20％的枸溶性酸中。植物根部恰恰能分泌出枸溶酸，可以使K2SiO3溶解供植物在較長時間內(nèi)均衡地吸收，因而吸收率比較高。2.粉煤硅鈣鉀肥利用電廠旋風爐，在煤粉中摻入一部分鉀鹽，可以一步生產(chǎn)出適于水稻生長需要的粉煤灰硅鈣鉀肥。此種肥料能明顯地增強水稻抗病、抗旱、抗倒伏性能，有利于提高稻谷品質(zhì)，縮短成熟期，增產(chǎn)效果一般為10％左右。3.粉煤灰磁化肥