固体废物处理与处置(好氧堆肥)

也较少；受寒冷气候的影响较小。
3、反应器系统

反应器堆肥系统是使堆肥物料在部分或全部密闭 的反应器即发酵装臵(如发酵仓、发酵塔等)内， 控制通风和水分条件，使物料进行生物降解和转 化。 特点：在一个或几个容器内进行，机械化和自动 化程度较高。


堆肥基本步骤与其他两类系统相同。
（1）主要类型
①立式发酵塔：由多层平面构成。进料口在反应器的上部，物 料先进入第一层，然后一层层被向下推移。在各层之间可以 有不同的时间停留，通过搅拌使堆料均匀，最后堆料进入最 底层，从出料口运走。整个堆腐过程中进料和出料是连续的。 通气管道位于反应器的下部，由许多支管组成，外连鼓风机。 在反应器的上部设有一废气口，产生的臭气可以统一收集处 理。
5、影响堆肥化的因素
（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%。 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
第五章 固体废物的生物处理
固体废物的生物处理是指直接或间接利用生物体 的机能，对固体废物的某些组成进行转化以降低或消
除污染物产生的生产工艺，或者能够高效净化环境污
染，同时又生产有用物质的工程技术。
第一节 固体废物的好氧堆肥处理
（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
按原料发酵所处状态分为静态发酵法和动态发酵法。

常见的堆肥系统有条垛式、强制通风静态垛系统 和反应器系统。
1、条垛式系统 将堆肥物料以条垛式条堆状堆臵，在好氧条件下进行发
酵。垛的断面可以是梯形、不规则四边形或三角形。条垛
式堆肥的特点是通过定期翻堆来实现堆体中的有氧状态。 条垛式堆肥一次发酵周期为1～3个月。该堆肥过程由预处
可被杀死。
微 生 物 活 性 示 意 图
0
对数增长期
减速增长期
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。
（3）腐熟阶段 （降温阶段）

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。
（3）堆肥物料的特性
① 形状：物料呈粒状，松散状；
②尺寸：应均匀，一般为1.25cm左右； ③含水率：物料含水率应控制在55%左右，以避免物料 空隙容积减少甚至压实。 （4）优缺点 设备投资相对较低；与条跺式堆肥系统相比，温度及通风 条件得到更好的控制；堆腐时间相对较短，一般为2~3周； 产品稳定性好，能更有效的杀灭病原菌及控制臭味；占地


②细胞物质的合成 （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细胞物质的氧化 C5H7NO2(细胞质)+5O2 → 5CO2+2H2O+ NH3+能量
3、堆肥无害化的机理——热灭活理论

好氧堆肥化能提供杀灭病原体所需要的热量，（病原体）细 胞的热死主要是由于酶的热灭活所致。其依据的理论主要是 热灭活理论。
热灭活有关理论指出： (1)温度超过一定范围时，酶的活性将明显降低，大部分将呈变 性（灭活）型。细胞会失去功能而死亡。 (2)热灭活作用是温度与时间两者的函数，即经历高温短时间或 者低温长时间同样有效，如下表所示。
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。

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”。
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。
3、后发酵（二次发酵） 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。
（1）潜伏阶段

指堆肥开始微生物适应新环境的过程，也即驯化 过程。
（2）中温阶段（产热或起始阶段）

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，如一些无芽孢细菌， 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。
（四）堆肥系统及主要技术环节

不同堆肥技术的主要区别在于维持堆体物料均匀 及通气条件所使用的技术手段的不同。堆肥化系 统有多种分类方法。
按堆制方式可分为间歇堆积法和连续堆积法； 按需氧程度分为有好氧堆肥和厌氧堆肥； 按温度分为有中温堆肥和高温堆肥；

按技术分为有露天堆肥（野积式堆肥）和机械密封堆肥（工 厂化机械堆肥） ；
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%。
（三） 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。
（2）反应器系统的优缺点 优点：设备占地面积小；能进行很好的过程控制； 堆肥过程不受气候条件的影响；可对废气进行统一 收集处理，防止环境的二次污染；可对热量进行回 收利用。

缺点：堆肥的投资和运行、维护费用很高；堆肥周 期较短，堆肥产品会有潜在的不稳定性，堆肥的后 熟期相对延长；由于机械化程度高，一旦设备出现 问题，堆肥过程即受影响。
(3)在低温下，灭活是可逆的；而在高温下，则是不可逆的。 实际因素会限制热灭活效率，所以实际操作时，堆肥无害化 温度—时间条件要比理论上更高一些。即在较高的温度维持 较长时间，才能达到无害化要求。
Hale Waihona Puke 4、堆肥微生物(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。
理、建堆、翻堆和储存4个工序组成。

优缺点
干燥，填充剂易于筛分和回用；产品的稳定性相对较 好。
优点：所需设备简单，投资相对较低；翻堆使堆肥易于
缺点：占地面积大；堆腐周期长；需要大量的翻堆机械
和人力；需要更频繁的监测，才能保证通气和温度要 求；翻堆会造成臭味的散发，影响周围环境；运行操 作受气候影响大，雨季会破坏堆体结构，冬季则使堆 体热量大量散失、温度降低。
2、强制通风静态垛系统
（1）在条垛式堆肥系统上增加通风系统，就成为强制通风 静态垛系统。它能更有效地确保高温和病原菌灭活。 （2）场地：场地的表面应结实、能迅速排走积水和渗滤液。
（3）通风系统：包括鼓风机和通风管路。
①通风管路：固定式通风系统的管路放于水泥沟槽中或平铺在
水泥地面上，上铺木屑、刨花等空隙率较大的填充料，以便 均匀布气；或完全靠水泥沟槽充当通风管路。移动式通风系
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。
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，但堆制周期较长，需3～12个月，异味浓烈，分 解不够充分。
常 见 的 立 式 发 酵 塔 结 构 示 意 图
②包裹仓式 混匀的物料从发酵仓顶部进入并充满反应器，占据整个发酵仓。 具有分支管路的通气管道在发酵仓底部，废气由反应器上部的 废气管道排出，出口略低于混合物的上表面，通过抽气的方式 把废气收集处理。进料和出料可以是间歇的或连续式的。产品 由反应器的下部出口运走，物料在反应器的移动以推流式方式 进行。