02 固体废物处理与管理技术_好氧堆肥技术介绍

r = 0.5×[50 – 0.76×14 – 3×(1-0.76×1)] = 19.32 s = 31- 0.76×11 = 22.64
C31H50O26N + 20.82OΒιβλιοθήκη Baidu →0.76C11H14O4N + 22.64CO2 + 19.32H2O +0.24NH3
2.2 好氧堆肥化的影响因素：供氧量计算
2.1 好氧堆肥化基本原理：主要微生物 好氧堆肥过程2
过程 分解物质 温度变化
潜伏阶段 易分解有机 物（水溶性 糖类、纤维 素/半纤维 素） 复杂有机物 （蛋白质、 脂肪、纤维 素/半纤维 素）
难分解有机 物
微生物相
微生物驯化过程：微生物适应新环境
中温阶段
20→45℃
嗜温微生物 1.细菌：水溶性糖类 2.放线菌，真菌：纤维素，半纤维素
2.2 好氧堆肥化的影响因素：有机物分解与水分蒸发 堆肥过程中，原料中BVS（生物分解性有机物）的生化分 解产生热能，用于原料的水分蒸发。各种原料干物质1kg分解 产生的热能。
2.2 好氧堆肥化的影响因素：有机物分解与水分蒸发
1kg水蒸发，理论需要热量为600kcal/kg，但考 虑堆肥处理的热效率，各种堆肥设施的水分蒸发热 量：
CO2,H2O,NH3, PO43-,S2转入环境
+
能量
释放、转化为热 （蒸 发水分，杀死病原菌等）
微生物死亡
2.1 好氧堆肥化基本原理：有机物分解
2.1 好氧堆肥化基本原理：有机物分解
不同有机成分和有机物的化学组成
有机成分
碳水化合物
化学组成
(C6H10O5)n C16H24O5N4 C50H90O6 C22H39O10N C10H19O3N C64H104O37N
（产品中VS）
*：a,b,c,d与w,x,y,z可以通过化学分析测量。n可以通过计算求出
式中：r ＝0.5×[b-nx-3(d-nz)] s = a - nw
2.2 好氧堆肥化的影响因素：供氧量 好氧堆肥化中理论需氧总量计算 【计算题】：用一种成分为C31H50O26N的堆 肥物料进行好氧堆肥，每1,000kg堆料在完成 堆肥化后仅剩下200kg（堆肥有机物），测 定产品成分为C11H14O4N，试求每1,000kg物 料的理论需氧量（用kg表示）。
200 kg 1000 g / kg ( ) 224 g / mole 产物 0.76mole 产物 / mole 反应物 1174 mole 反应物
②-2：计算n：堆肥产物摩尔收率：
n=0.76
2.2 好氧堆肥化的影响因素：供氧量计算
③：计算未知其它系数s , r,完成反应方程式 式中：r ＝0.5×[b-nx-3(d-nz)] s = a - nw
Ca H bOc N d ny 2s r c O 2
2
nC w H x Oy N z sCO2 rH 2O (d nz) NH 3
堆肥产品 （有机物：VS） 分解产物
堆肥原料 （有机物：VS）
堆肥原料分子式：CaHbOcNd
（原料中VS）
堆肥（腐殖质）分子式：CwHxOyNz
2.2 好氧堆肥化的影响因素:含水率
好氧堆肥影响因素2:含水率
堆肥过程中，随着有机物分解产生热能，促进水 分蒸发，含水率逐渐下降。 在腐熟阶段，堆体水分应当减少到30%，以形成 稳定的堆肥产品。 含水率低原料：添加污水、污泥、人粪尿、粪便 等； 含水率过高原料，将垃圾摊开搅拌，促进水分蒸 发，或加入稻草、谷壳、干叶、木屑和堆肥产品等 吸水。
C/N
3.42 18.86 8.57 54.8 84.8
有机成分
木片 绿草 垃圾
食品废弃物
化学组成
C299H420O186N C23H38O17N C16H27O8N C18H26O10N
C266H434O210N
C/N
256 19.7 13.7 15.4 228 23.1
蛋白质 脂肪 初沉污泥 混合污泥 生活垃圾
自然通风
翻堆通风
浅色：没有堆肥成分 深色：堆肥化部分
强制通风（强）
强制通风（弱）
接触空气少
2.2 好氧堆肥化的影响因素：通风形式
自然通风：自然扩散（一次发酵仅能扩散20cm 厚，二次发酵扩散1.5m，故只能用于二次发酵）； 机械通风： 翻堆（条垛堆肥常用）； 用人工或机械方法进行堆肥物料的翻转和重堆。
堆肥处理技术意义：

固体废弃物资源化与减量化 促进农业生产，改善土壤结构
堆肥产物：有机肥料
2.1 好氧堆肥化基本原理：概念
好氧堆肥原理
2.1 好氧堆肥化基本原理：生化原理 好氧堆肥：生化原理
微生物增殖
同化作用
细胞物质 (微生物繁殖)
堆肥有机物(含C，H，O， N，P，S)、氧和微生物
异化作用 有机物分解
5 堆肥设备 四类，15个 4 堆肥工艺 四类 3 影响因素 六个阶段及内容 2 堆肥过程 六个主要因素 1 基本原理 堆肥过程四阶段，物质、温度、微生物相变化
堆肥过程中同化、异化作用反应式。物质变化、能量释放与获取
6 评价指标
2.1 好氧堆肥化基本原理：概念
好氧堆肥原理 好氧微生物在与空气充分接触的条件下，使 固体废弃物中可生物降解性有机物发生一系列 生物分解反应并且放出热量，最终使有机物转 化为简单而稳定的腐殖质，同时产生二氧化碳 和水分等无机物的过程。堆肥过程中产生的热 能促进水分蒸发与杀死病原菌寄生虫虫卵，并 且使杂草种子失活。
【解答】：利用好氧堆肥反应方程式求解：
Ca HbOc Nd
堆肥原料
ny 2s r c O
2
2 nCwH xO y N z sCO 2 rH2O (d nz ) NH3
堆肥产品
a = 31, b = 50, c = 26, d = 1
w = 11, x = 14, y = 4, z = 1
④-2：计算反应物的耗氧量（kg）
1174mole-反应物× 666.24 g-O2/mole-反应物 = 782,165 g-O2 = 782 kg-O2
2.2 好氧堆肥化的影响因素：供氧通风
堆肥层内合适的氧含量：5% -15% 堆肥通风方式： 1） 自然通风（氧浓度梯度） 2） 机械通风（搅拌/翻堆） 3) 强制通风（正压鼓风/负压抽风） 4) 被动通风
蒸发水量：0.75kg
残留水量：0.25kg
75%干物 25%水 稻谷壳:1kg 90% 0.75kg-TS×0.9=0.675kg
残留TS量2：
堆肥后含水率：
好氧堆肥影响因素2:含水率
水分作用在于：溶解有机物，参与微生物的新陈 代谢；水分蒸发时散热以调节温度。 原料含水率50-60%为佳。水分过多，降低游离孔 隙率，影响空气扩散， 易造成厌氧状态，同时 产生渗滤液处理问题； 水分低于40%，微生物 活性降低，堆肥温度随 之下降。 自由水：组织水/结合水
能源与环境学院
研究生课程
2016年04月18日
固体废物处理与管理技术
- 好氧堆肥处理技术 ( Solid Waste Traetment and Management )
能源与环境学院-环境系 洪锋 Email: hong4796@seu.edu.cn
二、有机废物好氧堆肥化处理
好氧堆肥处理内容
好氧堆肥演示
④：计算耗氧量（kg）
C31H50O26N + 20.82O2 →0.76C11H14O4N + 22.64CO2 + 19.32H2O +0.24NH3
④-1：计算单位反应物的耗氧量（kg） 20.82mole-O2/mole-反应物×32g-O2/mole-O2 = 666.24 g-O2/mole-反应物
2.2 好氧堆肥化的影响因素：有机物分解与水分蒸发
有机物分解产热，原料的水分蒸发
猪粪:1kg 60%
75%水
25%干物 混合原料： 50%含水率
残留TS量1：
0.25kg-TS×0.6=0.15kg
产热合计：675kcal
堆肥设施 水分蒸发潜热 （900kcal/kg-水）
40%分解： 产热1：0.25kg-TS×4,500kcal/kg-TS×0.4 =450kcal 产热2：0.75kg-TS×3,000kcal/kg-TS×0.1 =225kcal 10%分解：
2.2 好氧堆肥化的影响因素
被动通风 由于热空气上升引起所谓“烟囱”效应而使 空气通过堆体的方式。堆体底部辅以孔眼朝上的穿 孔管，或用空心竹竿竖直掺入堆体，当堆体中的热 空气上升时，其所形成的抽吸作用能使外部空气进 入堆体内，达到自然的通风效果。 优点：费用少； 缺点：无法控制通风量
2.2 好氧堆肥化的影响因素:含水率
禽畜业
食品加工业
农林业
日常生活
造纸行业
渔业
园林树枝
原料· 调理剂
原料 原料· 调理剂 原料
伐木废材
原料· 调理剂
原料 原料 原料
绿化业
割草 落叶 化的废弃物
建筑业
刨木废材 废木材 木炭废材
2.2 好氧堆肥化的影响因素
主 要 影 响 因 素
供氧通风
颗粒度
含水率
堆肥化效 果
C/N和C/P
温度/有机物含量
堆肥原料：污泥+树皮； 堆肥形式：条垛式（静态堆肥/批次式堆肥）
2.1 好氧堆肥化基本原理：原料
好氧堆肥的原料
行业 种类 牛粪 猪粪 鸡粪 马粪 家禽尸体 肉类加工厂污泥 稻谷壳 秸秆（稻、麦） 果林树枝 菌床废物 伐木废物 树皮 鱼内藏 鱼骨头 贝壳残渣 海藻残渣 利用形态 原料 原料 原料 原料 原料 原料 原料· 调理剂 原料· 调理剂 原料· 调理剂 原料 原料· 调理剂 原料· 调理剂 原料 原料 原料 原料 行业 种类 水草 厨芋垃圾 蔬菜加工废物 豆腐渣 咖啡残渣 茶叶渣 果汁废渣 啤酒废渣 罐头加工废渣 食品加工污泥 厨芋垃圾等 屎尿污泥 下水污泥 树皮 造纸污泥 木屑 利用形态 原料 原料 原料 原料 原料· 调理剂 原料 原料 原料 原料 原料 原料 原料 原料 原料· 调理剂 原料 原料
求解n, s, r
求解摩尔原料耗氧量
2.2 好氧堆肥化的影响因素:供氧量计算
①：计算堆肥原料（反应物）的摩尔数： ①-1：计算堆肥原料：C31H50O26N的摩尔质量：
31×12 + 50 ×1+ 26×16 + 1×14 = 852 g/mole-堆肥原料
①-2：计算题目中参与堆肥过程的堆肥原料的摩尔数：
高温阶段
45→70 →45 ℃
嗜热微生物 1. 45 →50 ℃ ：嗜热放线菌，真菌 2. 50 →60 ℃ ：嗜热放线菌，细菌 3. 60 →70 ℃ ：少量耐热性微生物，其它微生物大量 死亡
嗜温微生物
腐熟阶段
45→20℃
2.1 好氧堆肥化基本原理：菌相变化
高温 （嗜热） 微生物 中温 （嗜温） 微生物 中温 （嗜温） 微生物
1000 k g 1000 g / k g 1174 mole 堆肥原料 852 g / mole
②：计算堆肥产物摩尔收率（mole-产物/mole-原料）：n ②-1：计算堆肥产品：C11H14O4N的摩尔质量：
11×12 + 14 ×1+ 4×16 + 1×14 = 224 g/mole-堆肥产物
pH
2.2 好氧堆肥化的影响因素：供氧通风
供氧通风作用：
有机物降解+微生物生长
水分蒸发 调节堆肥层温度 堆肥通风决定因素： 1） 堆肥阶段（一次发酵/二次发酵） 2） 原料类型（易发酵物质/难发酵物质）
3) 原料粒径
4) 原料含水率
2.2 好氧堆肥化的影响因素：供氧通风
理论供氧量的计算方法：有机物分解反应化学式
混合废纸 庭院废弃 物
C27H38O16N
C99H148O59N
2.1 好氧堆肥化基本原理：堆肥温度变化 好氧堆肥的温度变化过程
嗜热性微生物、细菌；残留可溶性物质，纤 维素、半纤维素、蛋白质，温度↗45~70℃
嗜温性微生物、多为难分解物 质，温度↘
适应新 环境
嗜温性细菌、酵母菌、放线菌分解最易分解的 可溶性物质，淀粉、糖类增多，温度↗45℃
堆肥外层 堆肥内层
翻堆
2.2 好氧堆肥化的影响因素
强制通风（正压鼓风、负压抽风、混合通风，强 制通风静态垛系统和发酵仓系统常用）；翻堆与强 制通风结合；被动通风（热空气上升引起的烟囱效 应而使空气通过堆体，条垛堆肥系统常用）。
正压鼓风
负压鼓风
2.2 好氧堆肥化的影响因素
强制通风自动控制系统： 温度反馈系统 O2与CO2浓度反馈系统 速率恒定-时间控制 速率变化-时间控制