固体废物处理与处置(好氧堆肥)

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%。
C1 C2 K N1 N 2
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
（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
统主要由简单的管道直接放在地面上构成，成本低，设计灵
活，易于调整。 ②通风方式：正压鼓风机或负压抽气，也可用二者组成的混合 通风。 ③通风的控制方式：一般常用温度或时间控制。在堆体中安装
温度反馈系统，堆体内部温度超过60℃时，鼓风机自动开始
工作，排出堆料热量和水蒸汽，使堆体冷却下来。也可每隔 15min~20min(具体时间根据实际情况确定)通风供氧。
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、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。
理、建堆、翻堆和储存4个工序组成。主要技术环节有以
下几点：
（1）场地
①空间：应足够大。
②场地表面：必须坚固和有坡度。当采用坚硬的 材料(如道路沥青和混凝土)时，场地表面坡度 不小于1%；当采用不够坚硬的材料(如砾石和炉 渣)时，其坡度应不小于2%。 ③渗滤液收集和排除系统：至少包括排水沟和贮 水池。面积大于20,000m2的场地或雨量多的地 区都必须建贮水池，用以收集堆肥渗滤液和雨 水。 ④其它设施：屋顶、挡风墙。
（4）优缺点
优点：所需设备简单，投资相对较低；翻堆使堆肥易于 干燥，填充剂易于筛分和回用；产品的稳定性相对较 好。 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。
(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
（1）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， 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。
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”。
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 。
Hale Waihona Puke 系统开放式 系统反应器 系统
供气方式或 反应器床层、 反应器类型 形状或固体流态 自然通风式 搅拌固体床 （条垛式） 强制通风式 强制通风静态垛式 静态固体床 自然通风式 多床式 搅拌固体床 多层式 垂直固体流 气固逆流式 筒仓式反应器 气固错流式 分散流式 滚动固体床 蜂窝式 （转筒或转鼓） 完全混合式 水平和倾斜固体流 圆形 搅拌固体床 （搅拌箱或开放槽） 长方形 推进式 静态固体床（管状） 输送带式 静止式（堆肥箱）
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。
（二）好氧堆肥原理
1、好氧堆肥过程
堆肥有机物分解过程图
合成 细胞物质 (微生物繁殖) 腐殖物 + 质
堆肥有机物 (含C、H、O、N 、S 、P)， 氧，微生物

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。

第五章 固体废物的生物处理
环境科学与工程系 3教124 2012年2月
固体废物的生物处臵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建立降低
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
2、好氧堆肥化反应机理
①有机物的氧化

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
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。
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%。
（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。 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。


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
（2）高温阶段
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。
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。
3、堆肥无害化的机理——热灭活理论