固体废物处理与处置 固体废物的生物处理

业残渣（菌体及废原料）
畜牧业固体废 主要指禽畜粪便
物
农林业固体废 主要是农作物秸秆、壳、蔗渣、棉杆、棉壳、向日葵壳、
物
玉米芯、油茶壳等
水产业固体废 主要指海藻、鱼、虾、蟹类加工后的废物
物
泥炭类
包括褐煤和泥炭
8.1.1 堆肥的概念
堆肥（composting）的基本概念包括两方面的含义，即堆 肥化和堆肥产物。 堆肥化是在控制条件下，在不同阶段，通过不同微生物群 落的交替作用，使有机废物逐步实现生物降解，最终形成 稳定的、对环境无害的类腐殖质复合物的过程。
8.1.1 堆肥的概念
堆肥的作用包括： ①使土质松软，多孔隙易耕作，增加保水性、透气性及渗 水性，改善土壤的物理性状； ②增加土壤有机质，提高带负电荷的腐殖质含量，促进阳 离子养分的吸附，提高土壤保肥能力； ③堆肥腐殖质中某些组分具有螯合能力，能抑制对作物生 长不利的活性铝与磷酸结合；
8.1.1 堆肥的概念
因此，堆肥过程既是微生物生长、死亡过程，也是堆肥物 料温度上升和下降的动态过程。
8.1.2 堆肥的原理
⑵厌氧堆肥原理 厌氧堆肥是在缺氧条件下利用厌氧微生物进行的一种腐败 发酵分解。 第一阶段是产酸阶段，以乳酸菌分解有机物为例：
第二阶段为产甲烷阶段。甲烷菌把有机酸继续分解为甲烷 气体。
8.1.3 堆肥过程影响因素
②高温阶段 堆层温度上升至45℃以上，进入高温阶段。此时，嗜温菌 活性受到抑制，甚至死亡，而嗜热菌逐渐替代嗜温菌，并 迅速繁殖。
对数增长期
减速增长期
内源呼吸期 a
b
0
时间
图8.2 微生物活性示意图
a－微生物活性曲线；b－O2利用率
8.1.2 堆肥的原理
③熟化阶段 冷却后的堆肥中，新的嗜温菌再占有优势，借助残余有机 物（包括死掉的细菌残体）而生长，堆肥进入腐熟阶段， 堆肥过程最终完成。
（8-2）
8.1.2 堆肥的原理
②细胞质的合成（包括有机物的氧化，并以NH3做氮源）
n Cx HyOf
NH3
nx
ny 4
nz 2
5x
O2
C5H7 NO2
细胞质
+
nx
5
CO2
1 2
ny
4
H
2O
能量
（8-3）
③细胞质的氧化
C5H7NO2 细胞质+5O2 5CO2 2H2O NH3 能量 （8-4）
④堆肥是缓效性肥料，不对农作物产生损害； ⑤堆肥的腐殖质成分能够促进植物根系的伸长和增长； ⑥将富含微生物的堆肥施于土壤之中可增加土壤中微生物 数量，改善作物根系微生物条件，促进作物生长和对养分 的吸收。
8.1.2 堆肥的原理
⑴好氧堆肥原理 现代化堆肥工艺，特别是城市生活垃圾堆肥工艺，大都是 好氧堆肥。
⒈ 有机物含量 ①对生活垃圾进行预处理，通过破碎、筛分等工艺去掉原 料中的部分无机成分，使城市垃圾中有机物含量提高到50% 以上。 ②堆肥前可向垃圾原料中掺入一定比例的稀粪、城市污水、 畜粪等。在这些掺进物中，以掺稀粪者为最多，最主要的 理由是既可增加堆肥原料中的有机物含量，又可调节原料 的含水率，同时又解决了现代城市粪便处理或下水污泥处 理的出路问题。
可溶性小分子 （糖类、淀粉等）
CO2、H2O O2
底物大分子 （蛋白质、纤维等）
胞外酶
呼吸作用
细胞
百度文库
CO2、H2O、NH3
CO2
O2
内源呼吸
H2O
NH4HCO3
合成 作用
可溶性小分子
（氨基酸、糖类等）
NH3、O2
NO3-
图8.1 堆肥反应过程原理示意图
8.1.2 堆肥的原理
此过程原理可用反应式分别表示：
第八章 固体废物的生物处理
1 好氧生物降解制堆肥 2 厌氧发酵制沼气
8.1 好氧生物降解制堆肥
8.1.1 堆肥的概念 8.1.2 堆肥的原理 8.1.3 堆肥过程影响因素 8.1.4 堆肥工艺分类 8.1.5 堆肥的基本程序 8.1.6 堆肥发酵装置 8.1.7 堆肥质量
8.1 好氧生物降解制堆肥
8.1.2 堆肥的原理
堆肥过程中主要经历两次升温，将其分为三个阶段：起始 阶段、高温阶段和熟化阶段。每一阶段各有其独特的微生 物类群。 ①起始阶段 堆制初期，堆层呈中温（15～45℃），故也称为中温阶段。 此时，嗜温菌活跃，并利用可溶性小分子物质（糖类、淀 粉等）不断增殖。
8.1.2 堆肥的原理
K C1 C2 (8-5) N1 N2
8.1.3 堆肥过程影响因素
⒌ 温度 温度是影响堆肥中微生物种类和数量的最重要因素，实质 是影响微生物的生长。
表8.2 微生物最佳生长温度范围
微生物
温度范围/℃
嗜冷微生物
0～25
嗜温微生物
25～45
嗜热微生物
＞45
8.1.3 堆肥过程影响因素
⒍ pH
8.1.3 堆肥过程影响因素
⒉ 供氧量 对于好氧堆肥，氧气是微生物生存的必需条件，供氧不足 会造成大量微生物死亡，使分解速度减慢，如果提供冷空 气量过大又会使温度降低，不利于嗜热菌的活动。 ⒊ 含水率 在堆肥工艺中，堆肥原料的含水率对发酵过程影响很大， 水的主要作用为：一是溶解有机物，参与微生物的代谢活 动，二是可以调节堆肥温度，当温度过高时，可以通过水 分的蒸发，带走一部分热量。
①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
（8-1）
含氮有机物（CsHtNuOv·aH2O）的氧化
Cs Ht NuOv gaH2O bO2 Cw Hx NyOz gcH2O 堆肥 +dH2O 气 eH2O 水 +fCO2 gNH3 能量
现如今堆肥发酵已实现机械化和自动化，并且已发展到以 城市生活垃圾、污水处理厂的污泥、人畜粪便、农业废物 及食品工业废物等为原料。
表8.1 常见可生物降解处理的固体废物种类和来源
固体废物种类 主要来源
城市固体废物 主要有污水处理厂剩余污泥和有机生活垃圾
工业固体废物 主要包括含纤维素类固体废物、高浓度有机废水、发酵工
8.1.3 堆肥过程影响因素
⒋ 碳氮比（C/N） 在微生物所需营养物中，以碳、氮最多。碳主要为微生物 生命活动提供能源，氮则用于合成细胞原生质。 由于初始原料的碳氮比一般都高于前述最佳值，故应加入 氮肥水溶液、粪便、污泥等调节剂，使之调到30以下。当 有机原料的碳氮比为已知时（可通过分析测出），可按下 式计算所需添加的氮源物质的数量：