现代固体废物处理处置技术 5 堆肥

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50℃左右主要是嗜热性真菌和放线菌; 60℃时,几乎仅为嗜热性放线菌和细菌在活动; 70℃以上大多数嗜热性微生物不适应,大批死亡、休眠。
大多数微生物在45~65℃范围内最活跃,所以最 佳温度一般为55℃,最易分解有机物,病原菌和 寄生虫大多数可被杀死。
4.2生物 微生物活性示意图 处理技 术 对数增长期 减速增长期


③ ④
4.2生物 5.2.2 固体有机废物的堆肥处理 处理技 术 厌氧堆肥 在无氧条件下,借厌氧微生物的作用,将有机废弃物(包 括城市垃圾、人畜粪便、植物秸秆、污水处理厂的剩余污泥等) 进行厌氧发酵,制成有机肥料,使固体废弃物无害化的过程。
特点: 1)堆臵方式与好氧堆肥法相同 2)堆内不设通气系统,堆温低,腐熟及无害 化所需时间较长 3)简便、省工 4)封堆后1个月左右翻堆1次

废物经过堆肥化处理,制得的成品叫做堆肥(Compost )。它是一
类棕色的、泥炭般的腐殖质含量很高的疏松物质,故也称为“腐 殖土”。
4.2生物 处理技 术
分类:根据堆肥化过程中氧气的供应情况可以把堆肥化过 程分成两种。 1、好氧堆肥(高温堆肥):在通气条件好,氧气充足的 条件下通过好氧微生物的代谢活动降解有机物。
堆肥的过程控制
4.2生物 处理技 2、堆肥过程的C/N比控制 术 作用:保证成品堆肥中一定的碳氮比(一般为10~20:1)和堆肥 中使分解速度有序地进行。 (1)适宜的C/N比范围:25~35:1时发酵过程最快。过低(< 20:1),微生物的繁殖会因能量不足受到抑制,导致分解缓慢 且不彻底;另外,由于可供消耗的碳素少,氮素相对过剩, 将变成氨气挥发,降低肥效。过高(>40:1),则堆肥施入土壤 后,将会发生夺取土壤中氮素的现象,产生“氮饥饿”状态, 对作物生长产生不良影响。 C1 C2 (2)堆肥原料C/N比调整的方法: K N1 N 2 (3)堆肥中全氮、全碳的测定方法 全氮的测定用凯氏法,全碳用重铬酸钾法。
合成 细胞物质 (微生物繁殖) 腐殖物 + 质
4.2生物 5.2.1 处理技 术
好氧堆肥原理
堆肥有机物 (含C、H、O、N 、S 、P), 氧,微生物
(同化作用)
供生物合成用
氧化 (异化作用)
CO2,H2O, NH3 ,PO42-, SO42-
+ 能量
随水或气 体排入环境
释放能量 转化为热
4.2生物 (1)中温阶段(产热或起始阶段)
①有机物的氧化

4.2生物 好氧堆肥化反应机理 处理技 术
不含氮的有机物(CxHyOz) CxHyOz +(x+1/2y-1/2z)O2 →xCO2+1/2yH2O+能量 含氮的有机物(CsHtNuOv•aH2O) CsHtNuOv•aH2O+bO2 →CwHxNyOz•cH2O(堆 肥)+dH2O(气)+eH2O(液)+f CO2+gNH3+能量
特点:一般在55~60℃时比较好,有时可高达80~90℃, 堆制周期短,也称为高温堆肥或高温快速堆肥 。
2、厌氧堆肥:是在氧气不足的条件下借助厌氧微生物发 酵堆肥。 特点:堆制温度低,工艺较简单,成品堆肥中氮素保留比 较多,但堆制周期过长,需3~12个月,异味浓烈,分 解不够充分。
1、好氧堆肥过程 堆肥有机物分解过程图
4.2生物 特点:高温堆肥(一般在50-60℃,极限可达80-90℃)
处理技 术
堆制
1-2d
升温
Fra Baidu bibliotek
50-60℃
高温
降温
30-40 ℃
腐熟
中温菌
嗜热菌
中温菌
寄生虫和病原菌被杀死
一次发酵
二次发酵
4.2生物 5.3.2 处理技 术
影响堆肥化的因素
C1 C2 K N1 N 2
(1)化学因素
①C/N和C/P比:初始物料的C/N比在30:1 较好,最佳为25:1~35:1; C/P 比在75~150为宜。为保证成品肥料中的C/N比为10~20:1,初始原 料的一般C/N比都高于最佳值,多为35:1。 ②氧浓度:适宜的氧浓度为18%,最低不应小于8%。


由于氧化分解减量化所以堆肥成品 (CwHxNyOz•cH2O)与堆肥原料(CsHtNuOv•aH2O ) 之比为0.3~0.5。通常可取如下数值范围: w=5~10, x=7~17, y=1 ,z=2~8。
②细胞质的合成(包括有机物的氧化以NH3为氮源)。 n(CxHyOz)+NH3+(nx+ny/4-nz/2-5x)O2 → C5H7NO2(细 胞质)+(nx-5) CO2+1/2(ny-4)H2O+能量 ③细胞质的氧化 C5H7NO2(细胞质)+5O2 → 5CO2+2H2O+ NH3+能量
4.2生物 处理技 术 生物转化技术就是利用微生物的分解、转化将固体废物中
5.固体废物堆肥
易于生物降解的有机组分转化为腐殖肥料、沼气或其他化学转化
品,从而达到固体废物无害化的一种处理方法。 (一)堆肥化的定义与分类

堆肥化(Composting)是在控制条件下,使来源于生物的有机废物
发生生物稳定作用(Biostablization)的过程。具体讲就是依靠自然 界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物,在一定的人工条件 下,有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的 生物化学过程,其实质是一种发酵过程。

4.2生物 处理技 4、堆肥过程的水分(含水率)控制 术
(1)堆肥中水分的作用:溶解有机物,参与微生 物的新陈代谢;调解堆肥温度。 (2)水分的调整方法:最佳含水率为50~60%(按质 量计)。水分过多,易造成厌氧状态,并会产生渗 滤液的处理问题。水分低于40%时,微生物活性 降低,堆肥温度随之下降。条垛式系统和反应器 系统, ≤ 65%;强制通风静态垛系统, ≤ 60%。 所有系统水分均应≥ 40%。 水分较低时,可加水或含水率高的添加剂;过高时, 则可摊开晾干或添加松散吸水物。 (3)测定水分的方法 105℃±5℃下,2~6h,测定物料的失重。
4.2生物 处理技 3、堆肥过程的pH值控制 术

一般pH值在7.5~8.5时,可获得最大堆肥速率。最终 的堆肥产品pH值基本在7.5左右。 可通过添加中和剂如石灰、磷酸盐、钾盐等来改变 pH值。但通常堆肥可通过自身调节,如无特殊情况, 一般不必调整pH值。若pH值降低,可通过逐步增强 通风来补救。
4.2生物 堆肥处理的优点 处理技 术 ③
杀灭有害生物

堆肥过程释放大量热能,堆温较高。据测
定,60~70℃维持3d,可使脊髓灰质炎病
毒、病原细菌和蛔虫卵失活。

堆温50~60℃,持续6~7d,即可杀灭病原 和虫卵。

堆肥是植物良好的肥料和土壤改良剂
4.2生物 处理技 术
堆肥处理存在的问题
堆肥质量不易稳定; 原料来源不同、随季节变化,给标 准化处理带来困难; 物料温度不均匀; 受社会、文化、经济因素的影响;
处理技 术
堆制初期,15~45℃,嗜温性微生物利用堆 肥中可溶性有机物进行旺盛繁殖。温度不断 上升,此阶段以中温、需氧型微生物为主, 一些无芽孢细菌,真菌和放线菌。在目前的 堆肥化设备中,此阶段一般在12小时以内。
4.2生物 (2)高温阶段
处理技 术
45℃以上,嗜热性微生物为主,复杂的有机物如 半纤维素、纤维素和蛋白质等开始被强烈分解。
4.2生物 处理技 术
4.2生物 处理技 堆肥微生物 术 (1)来源和作用:有机废物里面固有的;人工加入的特殊菌种。 在一定条件下对某些有机物废物具有较强的分解能力,活性 强、繁殖快、分解力强,能加速反应进程,缩短反应时间。
(2)种类:①细菌:形体最小、数量最多,分解大部分的有机物 并产生热量;②放线菌:分解纤维素、木质素、角质素和蛋 白质等复杂有机物,散发泥土气息,如树皮报纸等硬物;③ 真菌:在堆肥后期与细菌竞争食物,更耐低温,部分真菌需 氮比细菌低,能够分解木质素,细菌则不能;④微型生物: 如轮虫、线虫、跳虫、潮虫、甲虫和蚯蚓,在堆肥中移动和 吞食,消纳部分有机废物,增大表面积,并促进微生物的生 命活动。
4.2生物 5.3 处理技 一、好氧堆肥 术
好氧堆肥处理技术
通气条件下借好氧性微生物活动使有机物降解, 从而使固体废弃物无害化、资源化。
特点:高温堆肥(一般在50-60℃,极限可达80-90℃)
4.2生物 处理技 术
堆肥的基本工序
1、前处理 以城市生活垃圾为堆肥原料时,包括破碎、分选、筛 分等工序 ;以家畜粪便、污泥等为堆肥原料时,主 要任务是调整水分和碳氮比,或者添加菌种和酶制剂, 以促进发酵过程正常或快速进行。 降低水分、增加透气性、调整碳氮比的主要方法是 添加有机调理剂和膨胀剂。 2、主发酵(一次发酵) 将堆肥化物料温度升高到开始降低为止的阶段,称为主 发酵阶段(或主发酵期)。堆肥过程的中温阶段和高 温阶段,时间约4~12天。
4.2生物 处理技 术

理论需氧量的计算
可以根据废物氧化反应式简单计算理论通气量
已知合流污水污泥的化学成分C10H19O3N,其完 全氧化的计量化学方程为 C10H19O3N + 12.5O2 = 10CO2 + 8H2O + 4NH3 (201) (400)
4.2生物 处理技 3、后发酵(二次发酵) 术
将主发酵尚未分解的易分解和较难分解的有机物进一步 分解,使之变成腐殖酸、氨基酸等较稳定的有机物,得 到完全成熟的堆肥制品。也称为熟化阶段,堆肥过程的 腐熟阶段,发酵时间通常在20~30天以上。 4、后处理 分选以去除杂物,并根据需要再破碎。 5、脱臭 化学除臭剂除臭、碱水和水溶液过滤、熟堆肥或活性炭、 沸石等吸附剂过滤。例:土壤过滤器。 6、贮存 堆肥一般在春秋两季使用,夏冬两季生产的堆肥只能贮 存,所以要建立可贮存6个月生产量的库房。贮存方式 可直接堆存在二次发酵仓中或袋装,要求干燥而透气。
③营养元素:足够的K和微量元素对于微生物的新陈代谢是必须的,一 般它们不是限制条件。 ④ pH值:堆肥微生物最佳的pH=5.5~8.5。 (2)物理因素
①温度:一般认为最佳温度在50~65℃之间。
②颗粒尺寸:适宜的粒径范围是12~60mm。 ③含水率:堆肥原料的最佳含水率通常是在50%~60%。
4.2生物 处理技 术 1、关于堆肥中的有机物问题 (1)有机物含量:最适为20%~80%,过低产热不足,过高则 供氧不足。 (2)调整堆肥原料的有机物组分的方法 ①对堆肥原料进行预处理,将有机物含量提高至50%以上 (含污泥的堆料的挥发性固体含量应大于50%)。 ②发酵前在堆肥原料中掺入一定比例的稀粪、城市污水、污 泥、畜粪等。城市垃圾→粪稀,农业秸秆→畜禽,城市污 泥→草炭或锯末。 ③城市生活垃圾和污泥混合堆肥。通常污泥作调理剂,一般 原污泥中含有较高的挥发性物质(指单位干重固体在马福 炉中550℃灼烧损失的部分),直接堆肥较好。
4.2生物 处理技 5、通风的过程控制 术
(1)通风的作用:供氧;调温;去水分。
(2)通风供氧方式:自然扩散;翻堆;强制通风;翻 堆和强制通风结合的方式;被动通风 (3)控制方式:①理论方式:时间控制;温度反馈控 制(静态垛60 ℃);O2和CO2含量反馈控制(反应器堆 料O2体积分数为15%~20% )。②实际运行时的评价 方法:排气中O2和CO2含量控制。最佳排气O2浓度为 14%~17% ; CO2的体积浓度应为3%~6% 。
内源呼吸期
1.微生物活性 2.O2利用率
时间 微生物在高温阶段的生长过程细分为:对数生长期、减 速生长期和内源呼吸期。此后,堆积层内开始发生腐殖 质的形成过程。
4.2生物 (3)降温阶段(腐熟阶段) 处理技 术
在内源呼吸后期,只剩下部分较难分解的 有机物和新形成的腐殖质,此时微生物的活性 下降,发热量减少,温度下降。嗜温性微生物 又占优势,腐殖质不断增多且稳定化,堆肥进 入腐熟阶段,需氧量和含水量降低。 降温后,需氧量大大减少,含水率也降低。 堆肥物孔隙增大,氧扩散能力增强,此时只须 自然通风,最终使堆肥稳定,完成堆肥过程。
4.2生物 堆肥处理的优点 处理技 术
① 有机废物分解并达到稳定化
易腐败的有机废物和有毒废物被转化为比较稳
定的物质,体积大大缩小(40%~60%干有机质 被分解) ,便于处置和运输。有毒化学品(如农 药) 形成腐殖质,消除毒性。
② 干化作用
人粪尿、动物粪便和污泥含水达80%~95%,
经过堆制处理,大大降低其含水率。
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