第四章处理与处置-堆肥

第四章处理与处置

第一节堆肥

一．概述

1.定义

指利用自然界中广泛存在的微生物，通过人为的调节和控制，促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。其产物为堆肥。有时候把堆肥化和堆肥不加区分。

微生物通过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，同时释放出可供微生物生长活动所需的能量，而另一部分有机物则被合成新的细胞质，使微生物不断生长繁殖，产生出更多生物体的过程。

它具有发酵周期短、无害化程度高、卫生条件好和易于机械化操作等特点，好氧堆肥法在国内外得到广泛应用

2.发展历史

1）古老的技术，几个世纪以前，我国和其它一些国家的农村，利用落叶稻草动物粪便，堆积到一起进行发酵，生产肥料；

2）现代堆肥：1925年，英国人在印度，发明了“印多尔法”，是将落叶垃圾人畜粪便，堆成1.5m的土堆，月翻堆1-2次，6个月腐熟。因为翻堆周期长，大部分属于厌氧反应，后来增加了翻堆的次数，效率提高；

之后，丹麦发明了达诺法，美国发明了机械化堆肥，主要是多段竖炉发酵仓，并且接种，使这项技术在上个世纪60年代达到顶峰；

3）70年代，化肥工业的产生，其速效、方便、廉价对堆肥产生冲击，同时，由于堆肥原料中不可分解的成分较多，导致其产品质量差，效率低而倒闭；4）80-90年代，化肥的副作用开始显现，土壤板结、地力下降。而且垃圾填埋占用大量土地，焚烧污染大气，所以开始考虑用堆肥方式处理垃圾，又迎来了一个高峰；

5）人们对食品安全的重视，导致堆肥应用受限；

6）现在：堆肥有条件的使用；比如德国把堆肥当成一种垃圾干燥技术；堆肥也可以作为餐厨垃圾处理的候选技术；

3. 堆肥的产品

堆肥技术的出现，一开始并不是为了处理废物，而是为了获得产品，即堆肥的产物。它具备一些优势：

1）土壤改良剂：堆肥的产物，含有大量的腐殖质，它可以促使土壤形成团粒结

构，使土质松软，孔隙度提高，从而提高土壤的保水、透气性，并且有利于植物根系的发育和养分的吸收；

2）肥力：本身就具备一定的肥力，另外，还具有保肥的作用。还可以改善磷肥的状态（PO43-可以与土壤中的Al2O3反应而失去活力，加入堆肥后，腐殖质可以与Al2O3作用，而是PO43-呈可溶状态）；

3）对重金属有一定的固定作用：腐殖质的螯合作用

4）肥力缓慢释放，不容易烧苗

5）含有大量的微生物

6）肥效低、体积大、运输成本高和施用劳动量大，见效慢。

4.分类

根据对氧气的需求，分为好氧和厌氧

根据温度的不同，分为中温和高温

根据操作方式分，露天堆肥和机械堆肥

二．好氧堆肥

1.原理

堆肥是在有氧条件下，好氧细菌对废物进行吸收、氧化、分解。微生物通过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，同时释放出可供微生物生长活动所需的能量，而另一部分有机物则被合成新的细胞质，使微生物不断生长繁忙殖，产生出更多的生物体的过程。在有机物生化降解的同时，伴有热量产生，因堆肥工艺中该热能不会全部散发到环境中，就必然造成堆肥物料的温度升高，这样就会使一些不耐高温的微生物死亡，耐高温的细菌快速繁殖。生态动力学表明，好氧分解中发挥主要作用的是菌体硕大、性能活泼的嗜热细菌群。该菌群在大量氧分子存在下将有机物氧化分解，同时释放出大量的能量。据此好氧堆肥过程应伴随着两次升温，将其分成三个阶段：起始阶段、高温阶段和熟化阶段。

发生的反应：

1）不含氮有机物的氧化

2）含氮有机物的氧化

3）生物质的合成

4）生物质的氧化

总的氧化分解过程：

起始阶段：有人把起始阶段分为潜伏阶段和中温增长阶段；其中潜伏阶段是指堆肥开始后微生物适应新环境的过程，即驯化阶段；而中温增长阶段是指不耐高温的细菌分解有机物中易降解的碳水化合物、脂肪等，同时放出热量使温度上升，温度可达15~40℃，从而进入下一个阶段；

高温阶段：当温度升高到45℃以上后，第一阶段的中温微生物由于温度的变化受到抑制或者死亡，高温菌取代中温菌并且迅速繁殖，在有氧条件下，大部分较难降解的蛋白质、纤维等继续被氧化分解，同时放出大量热能，使温度上升至60~70℃。一般来说，温度超过70℃后，微生物不适应，而活性下降。当有机物基本降解完，嗜热菌因缺乏养料而停止生长，产热随之停止。堆肥的温度逐渐下降，当温度稳定在40℃，堆肥基本达到稳定，形成腐植质。

熟化阶段：冷却后的堆肥，一些新的微生物，中温菌，借助残余有机物（包括死后的细菌残体）而生长，将堆肥过程最终完成。

2.影响因素

好氧堆肥的关键，就是控制好堆肥过程的各个影响因素，促使微生物降解的过程能快速顺利进行，一般来说好氧堆肥要求控制的参数有：

1）供氧量

供氧的目的是为微生物提供好氧生命活动所必须的氧气，一个好的堆肥系统应该保证三点：

充足的氧气

氧气能够均匀的分布于物料中，这取决于设备的构造

考虑通风和干化的关系：通风和高温会使系统中的水分流失，以气态形式流

失，而是物料干燥。一般堆肥成品与堆肥原料的比值为0.3-0.5，这并不完全是有机质氧化的结果，也包含了水分的流失。

所需要的氧气量用于三个方面：第一氧化，第二干燥，第三降温

先看氧化所需的氧气量V1

2+222()32

ny s r c CaHbOcNd O nCwHxOyNz sCO rH O d nz NH ++-→+++- O2的系数是以O 物料衡算得来

r=0.5（b-nx-3(d-nz)）以H 物料衡算得来

s=a-nw 以C 物料衡算得来

其中n 是降解效率，小于1，或称摩尔转化率。

例题：

原料1000kg ，分子式【C 6H 7O 2(OH)3】5

产物400kg ，分子式【C 6H 7O 2(OH)3】2

求V1

解：

先求n 反应前摩尔数 ：

1000 1.2330125012516mol =⨯+⨯+⨯ 反应后摩尔数：

400 1.2312122011016

mol =⨯+⨯+⨯ 所以n=1

确定a,b,c,d,w,x,y,z 并且计算r,s

a=30,b=50,c=25 d=0

w=12,x=20,y=10,z=0

求r=0.5（b-nx-3(d-nz)）=15 （当d=0 式中(d-nz)=0） 有了r ，可以求O 2的系数 得到18

所以O 2量=1.23mol ×18×32=708kg

这就是氧化所需的理论氧气量，折算成空气量即可。在实际工作中，可以按照此值的2-3倍近似计算所需空气量即可。不过，如果在堆肥过程中，考虑