有机固体废物堆肥与厌氧发酵

3、生物化学转化过程 驯化阶段 中温发酵阶段 高温发酵阶段 腐熟化阶段
温度的变化来表征有氧 呼吸的强度
3.1 驯化阶段
堆层温度没有变化，温度维持在20℃，生物化 学作用主要表现为菌群替代，适者生存的微生物开 始繁殖，并逐渐占主导地位；不适应堆肥环境的微 生物衰退死亡。
3.2 中温发酵阶段
堆层温度从室温急剧升高到45℃，表明生物化 学作用剧烈进行，嗜温菌（细菌、真菌和放线菌） 开始大量吞噬易降解有机质，使其转化生成大量有 机酸（氨基酸、脂肪酸），并在热力、压力作用下 脱水缩合，生成腐殖酸。
1、总的反应方程式
好氧微生物 生物化学转化
有机SW+O2 杂质+Q +Q
CO2+H2O+细胞体+腐殖质+
2、理论方程
C a H b N c Od + 0.5(nz + 2 s + r − d )O2 → nC w H x N y O z + sCO 2 + rH 2 O + (c − ny ) NH 3
式中 r=0.5[b-nx-3(c-ny)]； s=a-nw；n为降解效率(摩尔转化率<1)； CaHbNcOd和CwHxNyOz分别代表堆肥原料和 堆肥产物的成分。
例题 用一种成分为C31H50NO26的堆肥物料进 行实验室规模的好氧堆肥化试验。试验结果， 每1000kg堆料在完成堆肥化后仅剩下200kg， 测定产品成分为C11H14NO4，试求每1000kg 物料的化学计算理论需氧量。
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经过二次发酵后的物料中，几乎所有的有机物都变细 经过二次发酵后的物料中，几乎所有的有机物都变细 碎和变了形，数量也减少了。然而， 碎和变了形，数量也减少了。然而，在城市固体废物发酵堆 肥时，在前处理工序中还没有完全去除的塑料、玻璃、 肥时，在前处理工序中还没有完全去除的塑料、玻璃、陶瓷 金属、小石块等杂物依然存在，因此， 、金属、小石块等杂物依然存在，因此，还要经过一道分选 工序以去除杂物，可以用回转式振动筛、振动式回转筛、 工序以去除杂物，可以用回转式振动筛、振动式回转筛、磁 选机、风选机、惯性分离机、 选机、风选机、惯性分离机、硬度差分离机等预处理设备分 离去除上述杂质，并根据需要（如生产精制堆肥）进行再破 离去除上述杂质，并根据需要（如生产精制堆肥） 碎。
经过主发酵的半成品被送去后发酵。 经过主发酵的半成品被送去后发酵。在主发酵工序尚 未分解的易分解及较难分解的有机物可能全部分解变成腐植 酸、氨基酸等比较稳定的有机物，得到完全成熟的堆肥成品 氨基酸等比较稳定的有机物， 米高度进行后发酵， 。一般，把物料堆积到1～2米高度进行后发酵，此时，需要 一般，把物料堆积到 ～ 米高度进行后发酵 此时， 防止雨水的装设，有些场合还需进行翻堆和通风。 防止雨水的装设，有些场合还需进行翻堆和通风。有时即使 不进行通风，也需要每周左右进行一次翻堆。 不进行通风，也需要每周左右进行一次翻堆。
深褐色、质地松散、有泥土味的物质。 深褐色、质地松散、有泥土味的物质。这种物质的养料价 值不高，但却是一种极好的土壤调节剂和改良剂， 值不高，但却是一种极好的土壤调节剂和改良剂，其主要 成分是腐殖质。 成分是腐殖质。
根据微生物生长的环境可将堆肥化分为： 好氧堆肥化 厌氧堆肥化
2、堆肥化发展过程
一、生物处理定义
生物处理就是以固体废物中的可降解有机物 或其他组分为对象，利用生物对其作用，转化为 稳定产物、能源和其他有用物质的一种处理技术。
二、生物处理方法
好氧生物处理法 在提供游离氧的条件下，以好氧微生物为主使 有机物降解、稳定的无害化处理方法。固体废物存 在的各种有机物(相对分子质量大、能位高)作为微 生物的营养源，经过一种生化反应，逐级释放能量， 最终转化成相对分子质量小、能位低物质而稳定下 来，达到无害化的要求，以便利用或进一步妥善处 理，使其回到自然环境中去。
二、简易沤肥方法 污水坑沤肥法 平地沤肥法 半坑式沤肥法
三、简易沤肥的影响因素及其控制
1、原料有机成分含量 控制有机物含量25%以上，C/N比例约为25：1。 2、微生物量 为了加速沤肥的腐熟，可加入一些富含高温纤维分 解菌的骡、马粪或几经腐熟的堆肥体，加入量一般 为堆体的10%～20%。
3、含水率 含水率需根据原料质量、性质、季节而定，一 般以30%--50%为适宜。 4、pH值 沤肥过程微生物一般适于在中性和弱碱性的环境 中生长繁殖。 5、空气供给 沤肥中需氧菌的活动需要有良好的通风，一般在 温度上升期通风量要大些，温度下降期应限制通风 量；冬季为保温，通风量要小些。 6、封泥 泥的厚度一般以5-6cm为宜，冬季可适当加大厚度。
固体废物生物 处理
第一节 概述
有机物是固体废物污染的重要来源 1、生活垃圾中50-60%是有机物，会腐烂变质，释放 臭气，污染环境；会孳生蚊蝇，危害健康。 2、粪便、污水处理厂污泥大部分是有机物，堆放过 程中会释放污染物，污染环境。 3、农业废弃物基本上全是有机物，倾倒水体中会释 放污染物；焚烧会污染大气。
四、简易沤肥的无害化处理 加生石灰法 加农药处理法 加尿素法
第三节 有机固体废物堆肥化处理技术
一、基本概念 二、原料来源及质量控制 三、堆肥化原理 四、堆肥化工艺 五、堆肥化设备 六、堆肥化过程技术参数及控制 七、堆肥腐熟度及其质量标准 八、堆肥肥效与利用
一、基本概念
1、堆肥化定义 在人工控制的条件下，利用自然界中广泛分布 的细菌、放线菌、真菌等微生物的新陈代谢作用， 在中高温好氧条件下，把固体废物中可降解的有机 物转化为稳定的腐殖质的过程。
脱臭
在堆肥化工艺过程中，每个工序系统有臭气产 生，主要有氨、硫化氢、甲基硫醇、胺类等，必须 进行脱臭处理。去除臭气的方法主要有化学除臭剂 除臭；水、酸、碱水溶液等吸收剂吸收法；臭氧氧 化法；活性炭、沸石、熟堆肥等吸附剂吸附法等。 其中，经济而实用的方法是堆肥氧化吸附除臭法。
将源于堆肥产品的腐熟堆肥置入脱臭器，堆高约0.8～ 1.2m，将臭气通入系统，使之与生物分解和吸附及 时作用，氨、硫化氢的去除效率均可达到98％以上。 也可用特种土壤(如鹿沼土、白垩土等)代替堆肥， 此种设备称土壤脱臭过滤器。
含水率： 含水率：适合堆肥的垃圾含水率为40-60%； 氮比（ ）：适合堆肥的C/N比为20：1~30： 碳/氮比（C/N）： 氮比 ）： 1； 粒度： 粒度：适合堆肥的物料粒度为12-60mm，蔬菜类易 腐废物尺寸可略大一些。
三、堆肥化原理
好氧堆肥是以好氧菌为主对废物中的有机物进 行吸收、氧化、分解及转化，微生物把一部分有机 物氧化成简单的无机物，并释放出能量，把另一部 分有机物转化成为新的细胞物质，使微生物生长繁 殖，产生更多的生物体。
主发酵（一次发酵） 主发酵（一次发酵）
通常将堆肥开始到堆肥温度升高到开始降低为止的阶段， 通常将堆肥开始到堆肥温度升高到开始降低为止的阶段， 堆肥开始到堆肥温度升高到开始降低为止的阶段 称为主发酵阶段。 称为主发酵阶段。主发酵阶段是堆肥生物化学反应的基本阶 段，在发酵池内进行。 在发酵池内进行。
后发酵
厌氧生物处理化 在没有游离氧的情况下，以厌氧微生物为主对 有机物进行降解、稳定的一种无害化处理。在这种 厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解， 转化为简单、稳定的化合物，同时释放能量。其中， 大部分能量以甲烷形式出现，这是一种可燃气体， 可回收利用。同时，仅少量有机物被转化、合成为 新的细胞组成部分。
解 (1)计算出堆肥物料C31H50NO26千摩尔质量为852kg，则参 加过程的有机物摩尔数=(1000/852)kmol=1.173kmol； (2)堆肥产品C11H14NO4的千摩尔质量为224kg，可算出每摩 尔参加过程的残余有机物摩尔数即n=200/(1.173×224)=0.76； (3)由已知条件：a=31，b=50，c=1，d=26，w=11，x=14， y=1，z=4。可以算出 r=0.5[50-0.76×14-3(1-0.76×1)]=19.32 S=31-0.76×11=22.64 (4)所需的氧量为： W=[0.5(0.76×4+2×22.64+19.32-26) ×1.173×32]kg=781.5kg
贮存
堆肥的供应期多半是集中在秋天和春天(中间隔 半年)。因此,一般的堆肥化工厂有必要设置至少能 容纳6个月产量的贮藏设备。堆肥成品可以在室外 堆放，但此时必须有不透雨水的覆盖物。 贮存方式可直接堆存在二次发酵仓内，或袋装 后存放。加工、造粒、包装可在贮藏前也可在贮存 后销售前进行。要求包装袋干燥而透气，如果密闭 和受潮会影响堆肥产品的质量。
3.3 高温发酵阶段
当肥堆温度升到45℃以上时，即进入高温阶段。 在这阶段，嗜温性微生物受到抑制甚至死亡，嗜热 性微生物逐渐代替了嗜温性微生物的活动，堆肥中 残留的和新形成的可溶性有机物质继续分解转化， 复杂的有机化合物如半纤维素、纤维素和蛋白质等 开始被强烈分解。
通常在50℃左右进行活动的主要是嗜热性真 菌和放线菌；温度上升到60℃时，真菌几乎完全停 止活动，仅有嗜热性放线菌与细菌在活动；温度升 到70℃以上时，对大多数嗜热性微生物已不适宜， 微生物大量死亡或进入休眠状态。
与细菌的生长繁殖规律一样，可将微生物在高 温阶段生长过程细分为三个时期，即对数生长期、 减速生长期和内源呼吸期。在高温阶段微生物活性 经历了三个时期变化后，堆积层内开始发生与有机 物分解相对应的另一过程，即腐殖质的形成过程， 堆肥物质逐步进入稳定化状态。
3.4 腐熟化阶段
在内源呼吸后期，只剩下部分较难分解及难分 解的有机物和新形成的腐殖质，此时微生物活性下 降，发热量减少，温度下降。在此阶段嗜温微生物 又占优势，对残余较难分解的有机物作进一步分解， 腐殖质不断增多且稳定化，此时堆肥即进入腐熟阶 段。降温后，需氧量大大减少，含水量也降低，堆 肥物孔隙增大，氧扩散能力增强，此时只须自然通 风。
厌氧堆肥化 农业废弃物、落叶、杂草、粪便
城市生活垃圾
垃圾成分动植物残余、灰渣
好氧堆肥化、机械化堆肥
垃圾产生速度快、产量大 工业革命，工业制成品及有 害物混入垃圾中 填埋、焚烧等缺陷 分类、分选技术发展
堆肥厂停产倒闭
堆肥化技术又开始回升
二、原料来源及质量控制 1、原料来源
农业
生活垃圾 来源
林业
矿业
工业
四、堆肥化工艺
野外人工堆肥
工厂机械化堆肥
固体废物 有机固体废物
搅拌机 后发酵 后处理 贮藏 出售 机械发酵池 风机
预处理 无机物
工厂化机械堆肥工艺流程
预处理
包括破碎、分选等， 包括破碎、分选等，主要是除去堆肥原料中大块和非堆 肥化物质。但不同的堆肥原料，预处理过程有所不同。 肥化物质。但不同的堆肥原料，预处理过程有所不同。如家 畜粪便、污泥、城市生活垃圾。 畜粪便、污泥、城市生活垃圾。 一般，粒径↓ 有机物分解速度 分解速度↑ 物料间的空隙率↓ 一般，粒径↓，有机物分解速度↑，但物料间的空隙率↓ ， 通气效果↓ 通气效果↓。 适宜的粒径范围是12～ 适宜的粒径范围是 ～60mm。如果堆肥物质结构坚固， 。如果堆肥物质结构坚固， 不易挤压，粒径应小些，否则粒径应大些。此外， 不易挤压，粒径应小些，否则粒径应大些。此外，决定垃圾 粒径大小时，还应考虑它的经济性，因为粒度↓ 粒径大小时，还应考虑它的经济性，因为粒度↓，动力消耗 处理垃圾的费用↑ ↑，处理垃圾的费用↑。
三、主要生物处理技术
堆肥化技术 厌氧消化 废物养殖蚯蚓 微生物浸出回收金属
第二节 沤肥技术
一、沤肥技术原理 利用需氧性微生物的活动，快速分解有机物，并 产生大量的热能使堆体内的温度不断上升，一般可 达到50--70℃，并维持一定时间，从而将堆料的病 菌、蠕虫卵、蝇蛆等杀死，达到无害化的目的，并 进行有机物的降解。
2、质量控制
密度（容重）：适于堆肥的垃圾密度为350密度（容重）： ）： 650kg/m3； 组分（湿质）%：有机物≥20%，并按照易腐物（动 组分（湿质） ： 物性+植物性）、灰渣（≥15mm称渣砾，＜15mm 为灰土）和废品（纸类、布类、塑料、金属、玻璃） 分别统计用于堆肥化处理的城市生活垃圾组成成分。