1、Treatment and Disposal of solid waste第第8 8章章 固体废物的生物处理固体废物的生物处理 固体废物生物处理技术的实质是生物转化技术，它是指人类通过各种手段，利用微生物所具有的巨大的氧化分解有机物并使之转化为无机物的生物能，实现可生化降解固体有机物的稳定化、资源化和减量化。 【固体废物生物处理固体废物生物处理】【堆肥化堆肥化(composing)】 四层含义：四层含义： 原料是来自生物固体有机物原料是来自生物固体有机物（Bio-mass）；）； 过程为人工控制而非自然腐化；过程为人工控制而非自然腐化； 作用的实质是生物化学过程；作用的实质是生物化学过程； 产
2、物是稳定的腐殖质。产物是稳定的腐殖质。 在人工控制的条件下，依靠自然界中广泛分布的细菌、放线菌。真菌等微生物，人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的微生物学过程。 堆肥化产物即为堆肥，即：人工腐殖质 有机固体废物经过堆肥化处理得到的成品，主要由疏松多孔的高含量腐殖质组成。 堆肥中的腐殖质可改善土壤的物理、化学和生物特性，增进化肥肥效，保持土壤环境适于农作物的良好状态。 【堆肥（堆肥（compost）】Fig:美國佛羅里達州的堆肥 【堆肥的作用堆肥的作用】 改善土壤物理性状：使土质松软、多孔隙；增加 保水性、透气性及渗水性 提高土壤肥力：增加有机质，提高带负电荷的腐 殖质含量 其中含有
3、的某些组分能通过螯合作用抑制对生物 生不利的活性铝与磷酸结合。 增加土壤中微生物的数量，改善作物根系微生物 条件，促进作物生长和对养分的吸收。腐殖质成 分促进植物根系的伸长和增长G意义：意义： 对固体废物进行消纳处理，实现可降解有机固废的三化；促进人类社会与自然界物质循环，改良土壤，保护农田；回收沼气、生产堆肥，合成微生物蛋白质和葡萄糖等。J前景：前景： 城市生活垃圾、淤泥、人畜粪便和农业秸杆等固体废物中含有丰富的生物固体有机物，来源广泛，数量庞大，在当前世界性自然资源和能源严重短缺情况下，开发固体废物生物处理技术，回收和利用固体废物中所蕴含的大量有用物质及能源意义深远，前景广阔。好氧堆肥（高
4、温堆肥）好氧堆肥（高温堆肥）： 在通风条件下和有游离氧存在情况下，依靠好氧微生物（即好氧细菌）的分解发酵过程。 厌氧堆肥：沼气发酵或甲烷发酵厌氧堆肥：沼气发酵或甲烷发酵 有机物在无氧条件下经厌氧菌分解转化为甲烷的过程。一般在一般在5560时比较好，有时可高达时比较好，有时可高达8090，堆制周期短，也称为高温堆肥或高温快速堆肥堆制周期短，也称为高温堆肥或高温快速堆肥 。堆制温度低，工艺较简单，成品堆肥中氮素保留比较多，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，需但堆制周期过长，需312个月，异味浓烈，分解不够充个月，异味浓烈，分解不够充分。分。f 原料来源：原料来源：
5、可用作堆肥化处理的废物种类很多，来源广泛如:城市生活垃圾、农业秸杆、锯末、树皮、污泥及厌氧发酵残渣等。目前，我国堆肥化原料主要是两类： 生活垃圾+粪便或生活垃圾+生活污泥农业秸杆+粪便第一节第一节 固体废物的好氧堆肥处理固体废物的好氧堆肥处理 合成合成(同化作用同化作用)氧化氧化堆肥有机物堆肥有机物(含含C、H、O、N 、S 、P)，氧，微生物，氧，微生物细胞物质细胞物质(微生物繁殖微生物繁殖)CO2，H2O，NH3 ，PO42-，SO42-能量能量随水或气随水或气体排入环境体排入环境释放能量释放能量转化为热转化为热供生物合成用供生物合成用(异化作用异化作用)+腐殖物质腐殖物质+Fig: 好氧
6、堆肥作用原理好氧堆肥作用原理（一）基本原理（一）基本原理Fig: 堆肥过程中温度的变化（二）从废物堆积到腐熟的好氧微生物生化过程（二）从废物堆积到腐熟的好氧微生物生化过程通常都是根据堆层温度变化为主要标志，分下列若干段：微微生生物物活活性性示示意意图图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。和内源呼吸期。此后，堆积层内开始发生腐殖质的形成过程。0 0时间时间对数增长期对数增长期减速增长期减速增长期内源呼吸期内源呼吸期1.微生物活性微生物活性2.O2利用率利用率作用：作
7、用：维持好氧微生物的生物活性； 带走水蒸气，干化物料； 调节发酵仓内堆层的温度等。通风方式：通风方式：自然通风、堆层内置通风管、机械翻堆 通风、强制通风等控制方法：控制方法：利用需氧量与堆肥物料水分和堆层温度 密切相关性；通常用堆层温度变化堆层温度变化来控 制通风量；氧浓度氧浓度：8%18% （三）好氧堆肥化过程技术参数及控制（三）好氧堆肥化过程技术参数及控制1、供氧量、供氧量 堆肥原料中的水分既可参与维持微生物生长代谢活动又可调节堆肥温度，因此是基本条件之一。 堆肥最适宜的含水率范围是50-60%（质量分数），以55%为最佳，此时微生物分解速率最快。 当含水率20%，微生物活动基本停止；70
8、%时，水分将充满物粒间隙，堆层内空气量降低，由好氧状态向厌氧转化，温度剧降，并产生恶臭气体。高含水率原料可机械压缩脱水或加入稻草、木屑等吸水物；低含水率原料可添加污水、污泥等。2. 含水率及其控制含水率及其控制 温度决定着微生物活性大小和堆肥化进程快慢，温度太低，不仅不利于有机质氧化分解和微生物新陈代谢，而且也达不到热灭活（即高温杀灭虫卵、病原菌和寄生虫等）的无害化要求，故一般采用好氧高温堆肥。但是，当温度超过70时，堆肥中的放线菌等有益细菌（存活于植物根部周围使植物茁壮成长）将被杀灭，孢子量不活动状态，分解速度减慢。故堆肥化适宜温度为故堆肥化适宜温度为55-60 。 3. 仓内温度及其控制仓
9、内温度及其控制4.有机质含量有机质含量： 堆肥化原料中的有机质含量高低对堆层温度和通风量均有影响，有机质含量太低，分解所产生的热量不足以维持堆肥化所需热灭活温度，且影响堆肥成品质量；有机质含量太高则给通风供养带来困难，易出现厌氧状态。适宜的有机质含量为20-80%。5.颗粒度颗粒度: 颗粒度影响堆层空隙率和透气性。物料颗粒的平均适宜粒度为12-60mm，并随垃圾物性变化而变化：材质较硬者的粒度要求小一些；厨房食品垃圾为主的废物破碎尺寸可大一些，以免破碎成浆状影响透气性。 在堆肥过程中，大部分碳源被微生物代谢分解成CO2排入大气，少部分碳成细胞膜。而氮则主要消耗在细胞原生质合成并留于系统中。因此
10、，对于微生物营养需求而言，C/N比是影响微生物生长活性的最主要营养因素。微生物体本身的C/N 4-30（干重比），用作营养的C/N比最好在此范围内（C/N比10左右，有机物被微生物分解速率最大）。C/N太低，多余的氮将以氨的形式逸散并污染环境；C/N比太高，微生物繁殖受到氮源限制而使有机质分解不完全，影响最终的分解效率或降解效率（n值）。 5. 碳氮比（碳氮比（C/N比）比）6.碳磷比（碳磷比（C/P比）比） 磷也是微生物繁殖和新陈代谢所必需的，对有机物发酵影响很大，堆肥化原料适宜的C/P比为75-150。7.pH值值 堆肥化过程中堆层pH值随时间和温度变化而变化，pH值是揭示堆肥化分解过程的
11、一个极好标志。最初阶段由于有机酸产生，pH值可降低到6以下；随后，随着有机酸被逐渐分解，pH值逐渐上升到8左右，一般认为pH=7.5-8.5时堆肥化效率最高。 1、堆肥基本程序、堆肥基本程序（四）堆肥化工艺程序（四）堆肥化工艺程序前处理前处理主发酵主发酵后发酵后发酵后处理后处理贮存贮存脱臭脱臭A A、前处理：、前处理： 以城市生活垃圾为堆肥原料时,包括破碎（12-60mm保证孔隙率和供氧）、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（物料中干物质
12、：木屑、稻壳）和膨胀（有机无机三维固体颗粒剂：小块岩石、花生壳）。前处理前处理主发酵主发酵后发酵后发酵后处理后处理贮存贮存脱臭脱臭堆肥基本程序堆肥基本程序B B、主发酵（一次发酵）、主发酵（一次发酵）： 在发酵仓内进行，靠强制通风或翻堆搅拌来供给氧气 将堆肥化物料温度升高（取决于氧的供应与保温的良好程度）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412天。前处理前处理主发酵主发酵后发酵后发酵后处理后处理贮存贮存脱臭脱臭C、后发酵（二次发酵）：、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
13、的有机物，得到完全成熟的堆肥制品。（可把物料堆积到1-2m 高，敞开式专设仓后发酵，需防雨水和翻堆通风）也称为熟化阶段，堆肥过程的腐熟阶段，发酵时间通常在2030天以上，不进行后发酵的堆肥使用价值低。前处理前处理主发酵主发酵后发酵后发酵后处理后处理贮存贮存脱臭脱臭D、后处理、后处理： 分选（风选、磁选、回转筛etc ）以去除前处理工序中杂物（塑料、玻璃、金属etc），并根据需要再破碎。实际工艺根据需要来组合（打包装袋、压实选粒、固化造粒etc）E、脱臭、脱臭： 化学除臭剂除臭（氨、H2S、硫醇、胺类）、酸、碱水和水溶液过滤、熟堆肥（经济实用，98%氨、H2S ）或活性炭、沸石等吸附剂过滤。例：
14、土壤过滤器（白垩土） 前处理前处理主发酵主发酵后发酵后发酵后处理后处理贮存贮存脱臭脱臭F、贮存、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，要求干燥而透气或室外堆放。（需设不透雨覆盖物）。前处理前处理主发酵主发酵后发酵后发酵后处理后处理贮存贮存脱臭脱臭进料供料设备进料供料设备预处理设备预处理设备一次发酵设备一次发酵设备二次发酵二次发酵设备设备后处理设备后处理设备产品精加工设备产品精加工设备等。供料设备供料设备：地磅称、贮料仓、进料斗、起重机等。预处理设备预处理设备：破包机、撕碎机、分选机、混合搅拌机等。
15、发酵设备发酵设备：一次发酵设备、二次发酵设备等。后处理设备后处理设备：筛选机、烘干造粒机、配肥、包装机等。其它设备其它设备：脱臭装置、污水导排与处理装置、配电与控制装置；2、堆肥设备、堆肥设备3、堆肥发酵工艺与装置、堆肥发酵工艺与装置（1 1）间歇发酵工艺）间歇发酵工艺 原料一批批发酵，完成发酵成为腐殖质运出。周期10天左右，可加快发酵池的周转，建池数量比周期30天的一次发酵少2/3，堆肥体积少1/2。装置：长方形池式发酵仓、倾斜床式发酵仓。立式圆筒形 发酵仓（2 2）连续发酵工艺）连续发酵工艺 连续进料和连续出料式发酵，原料在一个专设的发酵装置内完成中温和高温发酵过程。发酵短，防止异味，成品
16、质量高。发达国家广为采用。装置：立式和卧式（丹诺发酵器、桨叶式发酵塔）3、堆肥发酵工艺与装置、堆肥发酵工艺与装置常见的立式发酵塔常见的立式发酵塔结构示意图结构示意图包裹仓式：包裹仓式：进料和出料可以是间歇的或连续式的。进料和出料可以是间歇的或连续式的。腐熟度腐熟度：指堆肥中有机质经过矿化、腐殖化过程最后达到分解 而稳定化程度称作堆肥腐熟度。基本含义：基本含义：堆肥产品达到稳定化、无害化程度，即对环境不产生不良影响； 堆肥产品使用不影响农作物的生长和土壤的耕作能力。（五）堆肥腐熟度及其质量控制（五）堆肥腐熟度及其质量控制 堆肥的腐熟度评价指标及标准：堆肥的腐熟度评价指标及标准： 直观（物理学）指标：气味、粒度、色度标准：无激烈分解、低温、茶褐色或黑色，无恶臭，手感松软易碎，无明显纤维素和木质结构等；化学指标：pH、有机质变化标准（COD、BOD、VS）、 碳氮比（降至1020:1可认为达到腐熟）、氮 化合物、腐植酸（腐熟化后含量上升）等工艺参数标准：包括堆层温度，水分物料平衡，耗氧速率等。
