有机固体废物堆肥化及厌氧发酵概要

第三节 好氧堆肥基本工艺
一、堆肥分类 1、按温度范围： 中温堆肥：15~45℃，不能有效杀灭病原菌，目前较少采用。 高温堆肥:一般在50~65℃，极限可达80~90℃，杀灭病菌，减少臭气产生，采用较多。
2、按堆肥中物料运动形式
间歇式堆肥：一批一批地堆制
连续式堆肥：机械连续进料、出料，周期短（3~7d），杀灭病原微生物，防异味，成品质量 高等特点。
3、固体废物生物转换技术的应用
堆肥化 沼气化 其他生物转换技术
二、堆肥化基本概念
1、堆肥化定义、作用与用途 堆肥化（Composting）：就是在控制条件下，利用自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌
等微生物，使可被生物降解的有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。
这个定义强调： 作为堆肥化的原料是可生物降解的固体废物； 堆肥过程是在人工控制条件下进行，不同于卫生填埋、废物的自然腐烂与腐化； 堆肥化的实质是生物化学过程，堆肥产品对环境无害，即废物达到相对稳定。
好氧堆肥的特点
具有对有机物分解速度快、 降解彻底、 堆肥周期短的特点。 使堆肥达到无害化。 好氧堆肥的环境条件好，不会产生难闻臭气。 但由于好氧堆肥必须维持一定的氧浓度，因此运转费用较高。
堆肥的原料
我国颁布《城市生活垃圾堆肥处理厂技术评价指标》【CJ/T3059-1996】中规定： 密度：350～650kg/m3 组成成分（湿重％）：有机物含量不少于20％ 含水率：40～60％ 碳氮比：20：1～30：1
贮存方式：可直接堆存在二次发酵仓中，或装入袋中。 贮存的要求：是干燥而透气的室内环境。
第四节 发酵工艺和装置
立式堆肥发酵塔 筒仓式堆肥发酵仓 卧式堆肥发酵滚筒 箱式堆肥发酵池 堆集式
1、立 式 堆 肥 发 酵 塔
驱动装置 池体
进料口 观察窗
（1）立式多层圆筒式 呈多层圆筒形，密闭结构 强制通风 温度从上到下逐渐升高 一次发酵时间：3~7天
名称 沙门氏伤寒菌 沙门氏菌属 志贺氏杆菌
大肠杆菌 阿米巴属 无钩涤虫 美洲钩虫 流产布鲁士菌 化脓性细球菌 酿浓链球菌 结核分枝杆菌 牛结核杆菌
表8-1 几种常见病菌与寄生虫的死亡温度
死亡情况 46℃以上不生长；55~60℃，30分钟内死亡 56℃，1小时内死亡；60℃，15~20分钟死亡
55℃，1小时内死亡 55℃，1小时内死亡；60℃，15~20分钟内死亡
臭及贮存等工序组成。
1、前处理
以城市生活垃圾为堆肥原料时，前处理通常包括破碎、分选、筛分等工序。除去杂物，调整 含水率，增大表面积。
在以家畜粪便、污泥等为堆肥原料时，前处理的主要任务是调整水分和碳氮比，或者添加菌 种和酶制剂。
2、主发酵（一次发酵）
在发酵仓内进行，通过翻堆搅拌或强制通风供氧。 中温阶段→高温阶段，嗜温菌→嗜热菌。 大部分有机物被降解，病原菌被杀灭，堆层温度开始下降。 通常，将温度升高到开始降低为止的阶段为主发酵阶段。 以生活垃圾为主体的城市垃圾好氧堆肥化的主发酵期约为10～12d。
一、好氧堆肥原理
有机物
微生物
（C、H、O、N、P、S
）
氧气
合成 同化作用
分解 异化作用
细胞物质 （微生物繁殖）
CO2,H2O,NH3,PO43-, SO42-
＋ 能量
排入环境 有机物的好氧堆肥分解
释放、转化为热
1、有机物的氧化
不含氮有机物：
CsHtN含C uO氮x vH ∙有aH机2y OO 物+bzO 2 →(C1 w HxN2 y yO z·c2 Hz2O)+O 2 xC 22 y O H 2 O 能量
微生物的种类（好氧、厌氧、兼氧）
细菌
原核细胞类型
蓝绿藻
微生物
霉菌
真菌
酵母菌
真核细胞类型 藻类
原生生物
生物处理方法
好氧生物处理 有游离氧存在 好氧微生物为主使有机物降解、稳定 有机物为微生物的营养源，释放能量，转化为小分子量、能位低的物质稳定下来。
厌氧生物处理 没有游离氧条件下 厌氧微生物 大部分能量以甲烷形式出现 少量有机物转化合成为新的细胞组成部分。
堆肥化的产物称为堆肥（compost）
它是一种深褐色、质地疏松、有泥土气味的物质，类似于腐殖质土壤，故也称为“腐殖土”。 是一种具有一定肥效的土壤改良剂和调节剂。
堆肥的作用
使土质松软，多孔隙，易耕作，增加保水性、透气性及渗水性，改善土壤的物理性能。 阳离子交换容量大，N、K、NH4+以阳离子形式存在 腐殖质中某种成分有鳌合作用，降低重金属的危害 蛋白质氮的形式，缓效肥料 增加土壤中微生物，是昼夜有效的废料 是CO2的供给源
无害化卫生要求： ➢ 堆肥温度（静态堆肥工艺）：＞55℃持续5d以上 ➢ 蛔虫卵死亡率：95％～100％ ➢ 粪大肠菌值：10-1～10-2
第二节 堆肥化原理
根据堆制过程的需氧程度，可以把堆肥化分成： 好氧堆肥：通常好氧堆肥堆温高，一般在55℃～60℃，极限可达80～90℃，堆制周期 短，所以也称为高温快速堆肥 厌氧堆肥：通气条件差、氧气不足的条件下借助厌氧微生物的发酵堆肥。周期长，3～ 12个月。
3、后发酵（二次发酵）
将主发酵尚未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。
通常，把物料堆积到1～2m高的堆层，通过自然通风和间歇性翻堆，进行后发酵，并应防止 雨水流入。
时间较长，通常在20～30d。
4、后处理
经二次发酵，变细碎和变形，数量也有所减少（体积减少到50-70％），已成为粗堆肥。 分选工序去除杂物，并根据需要，如生产精制堆肥等，则应进行再破碎过程。 也可在散装堆肥中加入N、P、K添加剂生产复合肥，做成袋装产品。 有时还需要固化造粒以利贮存。
一、生物处理基本概念
1、生物转化技术及其意义 生物转化技术：借助微生物的新陈代谢作用，对固体废物进行生物处理，实现固体废物（主
要是有机固体废物）的稳定化、无害化和资源化的技术
生物转换技术的意义
对固体废物进行处理消纳，实现稳定化、无害化。避免或减轻垃圾堆积，影响市容及垃圾自然腐败， 散发臭气，传播疾病。
进料 散刮装置 排出装置
筒仓式静态发酵仓
原料供给口
（2）筒仓式动态发酵仓
单层圆筒型，堆积高度为1.5～2米，螺旋推 进器在仓内旋转，自外围投入的原料受到重 复切断后，又接着输送到槽的中心部位的排 出口排出
一次发酵时间：5~7天
排出口
空气吹出口
筒仓式动态发酵仓
筒 仓 式 堆 肥 发 酵 仓：优点、缺点
立式多层移动床式发酵塔 占地面积小； 除臭设备体积小 物料容易压实，通气性能差； 床的移动机构复杂； 多层结构,装置很高。
2、筒 仓 式 堆 肥 发 酵 仓
（1）筒仓式静态发酵仓 呈单层圆筒形，堆积高度4～5米。堆肥物由仓顶
经布料机进入仓内，顺序向下移动，由仓底的螺 杆出料机出料。 一次发酵时间：10~12天
68℃死亡 71℃，5分钟内死亡 45℃，50分钟内死亡 61℃，3分钟内死亡 50℃，10分钟内死亡 54℃，10分钟内死亡 66℃，15~20分钟内死亡，有时在67℃死亡 55℃，45分钟内死亡
降温阶段（腐熟阶段）
微生物活性下降，发热量减少，温度下降40℃左右，嗜温性微生物又占优势。 内源呼吸后期，剩下较难分解有机物。 腐殖质不断增多且稳定化，堆肥进入腐熟阶段，需氧量大大减少，含水率也降低。
立式多层圆筒式发酵塔 占地面积小；
优点 除臭设备体积小。
堆积低，容积有效利用率低； 装置运行所需的动力大； 在堆肥过程中物料容易呈压实块状化，通
气性能差； 多层结构，整个装置很高.
立式多层板闭合门式发酵塔 占地面积小； 除臭设备体积小。
物料在输送过程中是利用自由下落而进行 重复切断的，没有破碎作用，通气性能差；
5、脱臭
堆肥过程中，物料局部或某段时间内的厌氧会导致氨、硫化氢、甲基硫醇、胺类等臭气产生。 去除臭气的方法：化学除臭剂除臭；水、酸、碱溶液吸收法；熟堆肥、活性炭或沸石等吸附
剂吸附法；臭氧氧化法；土壤脱臭过滤器
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。
筒仓式静态发酵仓 占地面积小； 发酵仓利用率高。
堆积高，呈压实状； 通风阻力大，动力消耗大； 产品难以均质化。
筒仓式动态发酵仓 排出口的高度和原料的滞留时间均可调节
原料滞留时间不均匀，产品呈不均质状； 易呈块状，通气性能差； 不易密闭。
3、按堆肥堆制方式 露天式堆肥：条垛式 装置式堆肥：机械化程度高，堆肥时间短，占地面积小，环境条件好，堆肥质量可控可调
二、好氧堆肥工艺
传统采用厌氧露天堆积法，占地大，时间长。现代化的堆肥生产一般采用好氧堆肥工艺。 堆肥的基本工序通常都由前处理、主发酵（一次发酵）、后发酵（二次发酵）、后处理、脱
有机固体废物堆肥化及厌氧 发酵概要
教学目的
掌握有机废物堆肥化的概念 掌握好氧堆肥化的原理和流程 掌握堆肥化的影响因素 掌握腐熟度的定义及判定方法 掌握堆肥施于农田的效果 了解堆肥的工艺参数和质量标准 了解废物堆肥化设备
第一节 概述
是一种常用的生物转换技术 是稳定化、无害化、资源化的重要方式
堆肥的产品质量及卫生要求
堆肥产品质量（以干基计）： ➢ 粒度 农用≤12mm，山林果园≤50mm ➢ 含水率 ≤35％ ➢ pH 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C计） ≥10％ ➢ 重金属含量 Cd、Hg、Pb、Cr、As
进气管
犁 风机 出料口
立式多层圆筒式堆肥发酵塔
下料门
发酵小池
（2）立式多层闭合门式 呈多层条形，每层堆高不超过1米。在每一层床
都有闭合门，在反复切断输送的同时，利用打 开闭合门来顺序向下输送原料。 一次发酵时间：5~10天
风机
旋转臂
驱动装置
风机
立式多层板闭合门式堆肥发酵塔
立 式 堆 肥 发 酵 塔：优点、缺点
二、好氧堆肥过程
中温阶段 高温阶段 降温阶段
中温阶段
初期，堆层呈中温（15～45℃），嗜温性微生物活跃，温度不断上升。 嗜温性微生物包括：
细菌：以水溶性糖类为食 真菌和放线菌：可分解纤维素和半纤维素物质
高温阶段
堆温升至45℃以上，嗜热微生物活跃； 可溶性有机物质继续分解，复杂有机物如半纤维素、纤维素和蛋白质也开始被强烈分解。 温度升到70℃以上时，大多数嗜热性微生物已不适应，死亡或进入休眠。
必须配备原料供给装置； 多层结构，装置很高。
（3）立式多层桨叶刮板式 呈多层圆筒形，每层堆高1~1.5米。利用
各段内旋转的刮板同时进行原料的反复切 断及输送。原料落在与刮板相反方向的叶 片上，按顺序向下输送。 一次发酵时间：3~7天
立式多层桨叶刮板式堆肥发酵塔
刮落装置 排气管
进料
（4）立式多层移动床式
dH2O(气)+eH2O(液)+fCO2+gNH3+热量
堆肥
2、细胞质的合成
n (C xH y O z) N3 H (n x n 4 y n 2 z 5 x)O 2
C 5H 7N2 O (n x 5)C2 O n2 y 4H 2 O 能
细胞质
3、细胞质的氧化 C5H7NO2+5O2→5CO2+2H2O+NH3+能量
促进自然界物质循环与人类社会物质循环，可以把固体废物的适当组分重新纳入自然循环。例如堆 肥用以施肥、改造土壤，可回归农田系统中去。
可以将大量有机固体废物转换成有用的物质和能源。例如产沼气、生产葡萄糖、微生物蛋白质等
2、生物转换理论基础
微生物的新陈代谢作用 物质分解及提供能量的代谢即分解代谢 消耗能量合成生物体的代谢即合成代谢。
活动板 可动驱动装置
该装置呈多层条形，每层堆高为2.5米。各层床 构成整体的移动床。由水平运动将原料推出，顺 序输送到下层。
一次发酵时间：8~10天
排料
出料机
风机
立式多层移动床式堆肥发酵塔
立 式 堆 肥 发 酵 塔： 优点、缺点
立式多层桨叶刮板式发酵塔 利用旋转刮板重复切断，无压实块状化； 通气阻力及动力消耗小； 占地面积小； 除臭设备体积小。 多层结构，装置很高。