第51章堆肥

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堆肥化技术的发展历史
✓1920年，英国人A. Howard首先在印度提出了堆肥化 技术，1925年，Bangalore改进后，称为Bangalore法
✓1933年，丹麦的Dano法，标志着连续性机械化堆肥 工艺的开端。
✓元代《农书》：粪屋之中，凿为深池，筑以砖壁，勿 使渗漏，凡扫除之土，燃烧之灰，簸扬之糠秕，断蒿 落叶，积而焚之，沃以粪汁，积之即久，不觉甚多， 凡欲播种，筛去瓦石，取其细者，和匀种子，疏把撮 之，待其苗长，又撒以壅之，何患收成不倍厚也哉
✓植物毒性指标
种子发芽率大于80~85%
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堆肥化产品的质量要求和标准
➢ CJ/T3059-1996《城市生活垃圾堆肥处理厂技术 评价指标》，质量标准：
✓粒 度：农用堆肥产品粒度不大于12mm，山林果园用 堆肥产品粒度不大于50mm
✓含水率：≦35% ✓pH 值：6.5-8.5. ✓全氮 (以N计：≧0.5% ✓全磷 (以P2O5计)：≧0.3% ✓全钾 (以K2O计)： ≧ 1.0% ✓有机质(以全C计)： ≧10%
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✓ 筒仓式堆肥发酵仓
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家庭用堆肥发酵装置
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典型城市垃圾堆肥工艺
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5.4 堆肥腐熟度及产品质量
堆肥腐熟度的评价方法
➢ 腐熟度
✓欧洲国家的堆肥化定义：在有控制的条件下，微生物 对固体、半固体的有机废物进行好氧的中温或高温分 解，并产生稳定腐殖质的过程。
➢ 堆肥(compost)
利用微生物对有机垃圾进
行分解腐熟而形成的肥料
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堆肥化的原料
➢ 城市生活垃圾 ➢ 污泥：主要是生活污水及部分工业废水的水处理
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5.2.3 堆肥化过程的影响因素
有机质含量及营养比
➢有机质含量 适宜含量为20~70%，最佳含量在 40~60%
➢C/N比 25~35：1 ➢C/P比 75~150
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5.2.3 堆肥化过程的影响因素
设施排放的污泥 ➢ 禽畜粪便 ➢ 泔脚和食品废物 ➢ 农林废物
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堆肥化垃圾处理技术的意义
➢ 可以实现垃圾处理的资源化，减少垃圾对环境的 污染
➢ 可以将固体废物中的有用组分回用自然循环系统
➢ 可以将固体废物中的有机固体转换成有用的物质 和能源
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➢ 好氧堆肥原理
✓首先是垃圾中的可溶性物质透过微生物的细胞壁和细 胞膜被微生物直接吸收；
✓其次不溶的胶体有机质先被吸附在微生物体外，然后 依靠微生物分泌的胞外酶分解为可溶性物质，再渗入 细胞。
✓有机物质主要通过分解代谢和合成代谢而被降解
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(3)反应器发酵系统
✓多层立式堆肥发酵塔
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✓ 卧式堆肥发酵滚筒（DANO式）
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好氧堆肥基本工序 典型好氧堆肥工艺 好氧堆肥系统及装置
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5.3.1 好氧堆肥基本工序
堆肥基本工艺
➢ 基本工序：前处理、主发酵(一次发酵)、后发酵(二次发 酵)、后处理及贮藏等
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➢前处理：主要调整水分 、营养比、破碎、分选 、筛分等
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✓化学指标
pH值，中性偏碱性
氮试验法 研究表明，完全腐熟的堆肥含有硝酸氮和少 量氨氮，未腐熟的堆肥则只含氨氮而不含硝酸氮。根据这一 特性，可利用特定的显色反应来测试堆肥样品中是否含有氨 氮和亚硝酸氮，从而判定堆肥是否腐熟及腐熟度程度。
C/N比 随着堆肥化过程，C/N逐渐下降，当降到(10~15):1 时，可认为堆肥达到腐熟
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➢ 主发酵：可以露天或发酵装置内进行，通过翻堆或 强制通风向堆积层或发酵装置内堆肥物料供给氧气 。物料内的有机物中大部 分在此阶段内被降解。
以生活垃圾为主体的城市垃圾和家畜粪尿好氧堆肥 ，主发酵期约4~12d。
➢ 后发酵：主要对主发酵时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 酸等比较稳定的有机物，得到完全成熟的堆肥制品 。主发酵时间通常在20~30d，其长短根据堆肥的 使用情况。
腐殖酸含量
在堆肥化过程中，腐殖酸的含量上升，当
达到稳定时可以认为堆肥达到腐熟
有机质变化指标：包括COD、BOD、VS等，它们均随堆肥 的进行而逐渐下降；通常认为腐熟的堆肥检测不出淀粉
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✓生物学指标
比耗氧速率 耗氧速率反映了微生物的活动强度。当耗氧 速率下降至0.5g-O2/(gVS·h)时堆肥达到腐熟，或CO2释放速 率＜2mg/g原料时堆肥达到腐熟
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5.2 堆肥化的原理及影响因素与控制
堆肥化原理 堆肥化过程 堆肥化过程的影响因素
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5.2.1 堆肥化的原理
好氧堆肥的原理
➢好氧堆肥是在通气良好 、氧气充足的条件下借 助好氧微生物的生命活动降解有机物，通常好氧 堆肥堆温高，一般在55~60℃，极限温度可达 80~90℃，所以也称高温堆肥。
➢总的氧化分解过程
Cx H y NuOv aH2O bO2 CwH x N yOz cH2O dH2O(g) eH2O(l) gNH3 fCO2 能量
✓纤维素降解为例
(C6 H12O6 )n 纤 维 素酶 nC6 H12O6 (葡萄糖）
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➢ 后处理 主要用于去除堆肥中的塑料、玻璃、 小石块等。
➢ 脱臭
堆肥过程中会产生臭气，需要对这些臭
气进行处理。
➢ 贮存 要求在干燥而透气的条件下贮存
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5.3.2 典型好氧堆肥工艺及设备
堆肥化的分类
➢ 按堆肥化方式分类：间歇堆积法和连续堆积法 ➢ 按原料发酵所处的状态分：静态发酵法和动态发
酵法 ➢ 按堆肥化过程的需氧程度分：好氧堆肥和厌氧堆
肥
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常见好氧堆肥发酵工艺
➢ 好氧静态堆肥工艺
✓采用静态通风垛形式，批次发酵，中间不添加新料和 翻倒
➢ 间歇式好氧动态堆肥工艺
堆肥温度(静态堆肥工艺)：>55 ℃ 持续5天以上 蛔虫卵死亡率：95%-100% 粪大肠菌值：10-1~10-2
固废污染控制工程
教师：盛广宏 E-mail:sheng_gh@163.com
第5章固体废物的堆肥化处理技术
1
堆肥化的概念
2
堆肥化的原理及影响因素
3
堆肥化工艺及设备
4
堆肥腐熟度及产品质量
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5.1堆肥化的概念
堆肥化
➢堆肥化（composting) 在人工控制条件下， 利用自然界中广泛存在的微生物，有控制地促进 固体废物中可生物降解的有机物向稳定的腐殖质 转化的微生物学过程
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➢ 垃圾堆肥分解过程可以表示如下：
✓有机物的氧化
不含氮有机物（CxHyOz）的氧化
Cx H yOz
(x
1 2
y
1 2
z)O2
xCO2
1 2
yH 2O
能量
含氮有机物（CsHtNuOv·aH2O）的氧化
Cs Ht NuOv aH2O bO2 CwHx N yOz cH2O(堆肥)＋dH2O(气) eH2O(水) ＋f CO2＋gNH3＋能量
通风量
➢ 通风目的：1)供氧；2)调节温度；3)散除水分
✓ 适宜的通风量一般取0.6~1.8m3/(d·kg挥发性固体)
✓ 或堆肥过程中适宜的氧浓度为10～18%，最低不 应小于8%
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➢ 通风方法与控制
✓①自然通风供氧 ✓②向肥堆内插入通风管(主要用在人工土法堆肥工艺) ✓③利用斗式装载机及各种专用翻推机横翻堆通风 ✓④用风机强制通风供氧。
✓调理剂 是指加进堆肥化物料中干的有机物，借以 减少单位体积的质量并增加与空气 的接触面积，以 利于好氧发酵，也可以增加物料中有机物数量
✓膨胀剂 是指有机的或无机的三维固体颗粒，当它 加入湿堆肥化物料中时，能有足够的尺寸保证物料与 空气的充分接触，并能依靠粒子间接触起到支撑作用
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✓ 重金属含量
总镉 (以 Cd计) ≦ 3mg/kg 总汞 ( 以 Hg 计) ≦ 5mg/kg 总铅 ( 以 Pb 计) ≦ 100mg/kg 总铬 ( 以 Cr计) ≦ 300mg/kg 总砷 ( 以 As 计) ≦ 30mg/kg
✓ 无害化卫生指标
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➢ 降温熟化阶段 在微生物进入内源呼吸的后期， 即进入降温阶段，此阶段仅剩下部分较难分解的有 机物和新形成的腐殖质。微生物活性下降，堆体温 度下降。嗜温性微生物占优势，对残余的难分解的 有机质进一步进行分解，腐殖质的量增加。氨氮组 分氧化成硝酸盐。
指堆肥化中的有机质经过矿化、腐
殖化过程最后达到稳定的程度
✓堆肥的产品达到稳定化、无害化
✓堆肥产品的使用不影响作物的成长和土壤耕作能力
➢ 腐熟度评价指标
✓物理学指标
色度 成熟的堆肥应呈棕色或暗灰色
气味：无臭味，检测不到低分子脂肪酸，具有潮湿泥土的气 息
温度：与环境温度一致
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✓原料分批发酵，间歇翻堆或间歇进出料
➢ 连续式好氧动态堆肥
✓连续进料和连续出料
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(1) 条垛式发酵设备 露天或棚架下堆放。
将物料铺开排成行，在
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(2)箱式堆肥发酵池
✓细胞质的合成（包括有机物的氧化，并以NH3作氮源）
n(Cx H
yOz
)
NH 3
(nx
ny 4
nz 2
5x)O2
C5H7 NO2 (细胞质)
(nx
5)CO2
1 2
(ny
4)H 2O
能量
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✓细胞质的氧化
C5 H 7 NO2 (细胞质) 5O2 5CO2 2H 2O NH 3 能量
5.2.2 堆肥化过程
好氧堆肥过程
根据温度的变化，分为四个阶段
➢潜伏阶段（亦称驯化阶段） 生物适应新环境的过程。
指堆肥化开始时微
➢中温阶段 也称产热阶段，主要是指堆肥过程初期， 堆体基本处于15~45 ℃，这一阶段主要是分解一些易分 解的有机质，微生物以中温好氧菌为主，常见的有丝状 真菌、细菌
➢高温阶段 当堆体温度超过45 ℃时即进入高温阶段， 此阶段主要进行的是难降解的半纤维素、纤维素等的降 解，同时形成腐殖质。一般控制温度在45~80 ℃。细菌、 寄生虫等主要是在这个阶段被杀死
颗粒度
直接影响堆体的供氧量，适宜的颗粒度与物料性质 有关 ，一般以15~75mm为宜。
微生物的多样性与优势菌群的数量
✓ 提高堆肥初期微生物的群体，增强微生物的降解活性 ✓ 缩短达到高温期的时间 ✓ 拌种分解有机物质能力强的微生物
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5.3 堆肥工艺及设备
含水率
➢适宜的含水率40~60%，与垃圾的物理组成有关
温度
✓温度控制与堆肥时间有关，一般控制在高温阶段时的 温度为55~60 ℃为宜，且＞55°C的时间不少于3天 ，以保证能够杀灭绝大部分的病原菌
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pH值
适宜的pH值是中性偏碱性，一般认为pH值在7.5~8.5时 ，可获得最大堆肥速率。