1、 Composting Technologies for Municipal Solid Wastes第一节第一节 堆肥化的概念堆肥化的概念一.堆肥化及堆肥的概念1.1.堆肥化堆肥化(Composting)(Composting)堆肥化是依靠自然界中广泛存在的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为可控制地促进可生物降解的固体有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程称为堆肥化。2.2.堆肥堆肥(Compost)(Compost)堆肥化的产物称为堆肥，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“腐殖土”；是一种具有一定肥效的土壤改良剂和调节剂。二.堆肥的作用1.改善土壤的物理性能2
2、.有助于保持土壤养分，提高保肥能力 3.能够抑制活性铝和磷酸盐结合的有害作用;使稳定状态变为易分解状态；能够促进有机物的分解，促进氮肥和其它养分的供应；对作物有害的铜、氯、镉等重金属也可与腐殖质反应而降低其危害程度，有利于植物生长。4.腐殖质有缓冲作用 5.堆肥是缓效性肥料 6.腐殖化的有机物具有调节植物生长的作用，有助于根系的发育和伸长，有利于扩大根部范围。7.将富有微生物的堆肥施于土壤中可增加土壤中的微生物量，微生物分泌的各种有效成分能直接或间接地被植物根系吸收，而起到有益作用。三.堆肥的原料 生活垃圾、有机污泥、人和禽畜粪便及农林废物等都含有堆肥微生物所需要的各种基质碳水化合物、脂类、蛋
3、白质等，因而是常用的堆肥原料。我国实施的城市生活垃圾堆肥处理厂技术评价指标（CJ/T3059-1996）规定适合于堆肥化的垃圾密度一般为350650kg/m3；有机物的含量不低于20%；含水率为4060%；碳氮比（C/N）为20:130:1。四.堆肥的质量及卫生要求1.堆肥的质量要求（1）粒度，农田用堆肥粒度小于12mm，果园用堆肥粒度小于50mm；（2）含水率，35%；（3）pH，6.58.5；（4）总氮0.5%；（5）总磷0.3%；（6）总钾1.0%；（7）有机质10%；（8）重金属，总镉3mg/kg；总汞5mg/kg；总铅100mg/kg；总铬300mg/kg；总砷30mg/kg。2.堆
4、肥的无害化卫生要求（1）堆肥温度（静态堆肥工艺），55持续5d以上；（2）蛔虫卵死亡率，95%100%；（3）粪大肠菌，10-110-2。第二节第二节 好氧堆肥化好氧堆肥化一.好氧堆肥化的原理 好氧堆肥化是在有氧的条件下，依靠好氧微生物的作用而进行的。在堆肥化过程中，有机废物中的可溶性有机物透过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物直接吸收，而不溶的胶体有机物质，则先被吸附在微生物体外，依靠微生物分泌的胞外酶分解为可溶性物质后再渗入细胞。微生物通过自身的生命活动，进行分解代谢和合成代谢，把吸收的部分有机物氧化成简单的无机物，并释放出生物生长、活动所需的能量；同时，把另一部分有机物转化、合成为新的细胞物
5、质，使微生物生长繁殖，从而产生更多的生物体。如图所示：堆肥有机物（含C、N、O、H、P、S）、氧气、微生物细胞物质（微生物繁殖）CO2、H2O、NH3、PO43-、SO42-能 量释放转换为热量排入环境同化作用异化作用氧化+合成二.好氧堆肥化的类型 1.1.条垛式堆肥化条垛式堆肥化2.2.好氧静态堆肥化好氧静态堆肥化 3.3.发酵仓堆肥化（反应器系统）发酵仓堆肥化（反应器系统）三.好氧堆肥化过程 1.1.中温阶段（亦称产热阶段）中温阶段（亦称产热阶段）在堆肥化的初期阶段，堆层基本处于中温（1545）状态，细菌、真菌和放线菌等嗜温性微生物较为活跃，它们利用堆肥中的糖类、淀粉类等可溶性有机物进行生
6、长繁殖。它们在转换和利用化学能的过程中，将一部分化学能转变为热能，使堆料的温度不断上升。适合于中温阶段的微生物种类较多，主要以中温、需氧型为主，通常是一些无芽孢细菌。2.2.高温阶段高温阶段 当堆料温度达到45以上时，即进入高温阶段。在这个阶段，嗜温性微生物受到抑制甚至死亡，嗜热性微生物逐渐代替嗜温性微生物继续分解转化堆肥中残留的和新形成的可溶性有机物质；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。在高温阶段，不同的嗜热性微生物的最适宜温度是不同的，在温度上升的过程中，嗜热性微生物种群是互相接替的。通常在50左右活动的微生物主要是嗜热性真菌和放线菌；当温度上升到60时，真菌几
7、乎完全停止活动，仅有嗜热性放线菌等在活动；当温度升到70以上时，对大多数嗜热性微生物已不适宜，大量死亡或进入休眠状态。3.3.降温阶段降温阶段 降温阶段又称腐熟阶段。在内源呼吸后期，堆肥中只剩下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，温度开始下降。在此阶段嗜温性微生物又占优势，对残余较难分解的有机物作进一步分解，腐殖质不断增多且达到稳定化，堆肥化进入腐熟阶段。降温后，需氧量大大减少，含水率也降低，堆肥物的孔隙增大，氧扩散能力增强，这时只需自然通风。四.好氧堆肥化工艺1.1.原料预处理原料预处理 主要包括原料的分选、破碎、筛分、含水率和碳氮比的调整，以及添加菌种
8、和酶 2.2.原料主发酵原料主发酵 是微生物进行有机物分解，实现垃圾无害化的初级阶段 3.3.原料后发酵原料后发酵 是进行垃圾无害化处理后的进一步腐熟阶段，称为熟堆肥化阶段 4.4.后处理后处理 后处理包括去除杂质和进行必要的破碎处理 5.5.脱臭脱臭 6.6.贮藏贮藏五.影响好氧堆肥的因素1 1通风供氧通风供氧 通风是满足微生物氧化分解有机物需要的主要方式。通风量主要取决于有机物含量、挥发度、可降解系数等，还与微生物活动的强烈程度、有机物的分解速度以及堆肥化物料的粒度密切相关。2.2.含水率含水率 微生物在生长繁殖和分解有机物的过程中需要一定量的水分溶解有机物以利于微生物的摄取，同时水分的蒸
9、发可以调节物料之间的温度。微生物的生长和对氧的要求均在含水率为5060%时达到峰值，过高的水分会充满物料颗粒间的空隙，使空气含量大大减少，堆肥由好氧状态转为厌氧状态，温度难以升高，而且营养物质容易被淋溶流失；水分太低则不利于微生物的生长需要，有机物也难以分解，当水分低于12%时，微生物的生长繁殖就会停止。3.3.有机质和营养物的含量有机质和营养物的含量 堆肥原料中适宜的有机质含量为2080%。有机质含量过低，不能提供足够的热能，影响嗜热菌的繁殖，难以维持高温发酵过程，从而影响发酵产品的质量；有机质含量过高，会造成通风困难，供氧不足，导致局部出现厌氧发酵过程。微生物生长繁殖所需的大量营养物主要有
10、碳、磷、钾；需要的微量元素有钙、铜、锰、镁等。4.4.温度温度 一般来说，温度过低不利于堆肥化过程的进行，反应速度慢，堆肥达不到无害化的要求；嗜热菌生长繁殖的最适宜温度为5060，此时堆肥最有效，反应速度快，并且还可以杀灭虫卵、病原菌、寄生虫等，堆肥达到无害化要求，因此一般采用高温堆肥；但温度过高也不利，温度超过70时，放线菌等有益细菌被杀死。5.pH5.pH 适宜的pH可以使微生物有效地发挥作用，pH太高或太低都会影响堆肥化效率，一般认为pH在7.58.5之间。在好氧堆肥化初期，pH一般可下降到56，然后又上升，发酵完成前可达到8.59.0，最终产品达到7.08.0。6.6.碳氮比（碳氮比（
11、C/NC/N）堆肥化过程中，碳作为微生物的能源在代谢过程中大部分被氧化成CO2释放，少部分被微生物吸收变为细胞膜；氮主要用于原生质的合成。C/N小，分解快，堆肥周期短；C/N大，降解速度较慢，堆肥化周期长，所以氮素养料的不足会使微生物生命活动减弱。7.7.碳磷比（碳磷比（C/PC/P）磷也是影响微生物生长繁殖的重要的因素之一。一般堆肥化的C/P宜调节在75150。8.8.颗粒度颗粒度 堆肥化所需的氧气是通过堆肥原料颗粒之间的空隙供给，而空隙率及空隙的大小主要取决于颗粒的大小及结构强度。但颗粒的粒径不能太小，以保持一定程度的空隙率和透气性，便于通风供氧，粒径一般以1260mm为宜。六.堆肥的腐熟
12、度 堆肥的腐熟度是国际上公认的评价堆肥产品稳定程度的一个参数，它包括两层含义：一是堆肥产品要达到稳定化、无害化，不对环境产生不良影响；二是堆肥产品在使用期间，不能对作物的生长和土壤的耕作能力产生影响。第三节 厌氧堆肥化一.厌氧堆肥化过程 厌氧堆肥化是在无氧条件下，利用厌氧微生物的生物转化作用将废物中可生物降解的有机物分解为稳定的无毒无害的物质，并同时获得沼气的处理方法。在厌氧堆肥化的发酵初期，产酸菌将有机物分解为有机酸、醇、CO2、NH3、H2S等，使有机酸大量积累，pH下降；在发酵后期，由于产生的氨的中和作用，pH逐渐上升，产甲烷菌开始将产生的有机酸和醇等分解，产生甲烷和CO2。随着产甲烷菌
13、的繁殖，有机酸被迅速分解，pH 迅速上升。整个厌氧发酵可分成三个阶段，即液化阶段、产酸阶段和产甲烷阶段（如图）。有机质（碳水化合物、蛋白质、脂肪）发酵性细菌糖类氨基酸脂肪酸、甘油产氢产乙酸菌挥发酚、醇类、中性化合物、H2、CO2等产甲烷细菌CH4、H2、N2、CO2、CO、H2S等液化阶段产酸阶段产甲烷阶段二.厌氧堆肥化过程中有机物的分解代谢（一）碳水化合物的分解代谢（一）碳水化合物的分解代谢1纤维素的分解代谢 纤维素酶把纤维素水解成葡萄糖，反应式为：（C6H10O5）（纤维素）nH2O nC6H12O6（葡萄糖）葡萄糖在细菌的作用下继续分解成丁酸、乙酸，最后生成甲烷和二氧化碳等气体。总的产气
14、过程可表达如下：C6H12O63CH43CO22糖类的分解代谢 先由多糖分解为单糖，然后是葡萄糖的分解过程。（二）类脂化合物的分解代谢（二）类脂化合物的分解代谢 类脂化合物的主要水解产物是脂肪酸和甘油。然后甘油转变为磷酸甘油脂，进而生成丙酮。在产甲烷菌的作用下丙酮被分解为乙酸，然后分解为甲烷和二氧化碳。（三）蛋白质类化合物的分解代谢（三）蛋白质类化合物的分解代谢 蛋白质类化合先水解为多肽和氨基酸，其中部分氨基酸继续水解为硫醇、胺、苯酚、硫化氢和氮；另一部分分解为有机酸、醇等其它化合物，最后生成甲烷和二氧化碳。三.厌氧堆肥化分类及工艺类型 按照堆肥化温度，将厌氧堆肥化工艺分为常温堆肥化、中温堆肥
15、化和高温堆肥化。按照堆肥化方式的不同，可将厌氧堆肥化工艺分为两相堆肥化和混合堆肥化。四.影响厌氧堆肥化的因素1 1厌氧环境厌氧环境2 2温度温度 3 3pHpH4.4.搅拌搅拌5 5营养物营养物6 6添加剂添加剂7 7有毒物质有毒物质思考与练习思考与练习1 1名词解释名词解释堆肥化 堆肥 堆肥的腐熟度2 2简答题简答题（1 1）简述堆肥的主要作用。）简述堆肥的主要作用。（2 2）简述堆肥化原料的基本要求。）简述堆肥化原料的基本要求。（3 3）简述好氧堆肥化的原理。）简述好氧堆肥化的原理。（4 4）简述厌氧堆肥化的过程。）简述厌氧堆肥化的过程。（5 5）简述影响厌氧堆肥化过程的因素。）简述影响厌氧堆肥化过程的因素。3 3论述题论述题（1 1）试述好氧堆肥化过程及其微生物作用。）试述好氧堆肥化过程及其微生物作用。（2 2）试述影响好氧堆肥化的因素。）试述影响好氧堆肥化的因素。造成我国城市固体废物环境污造成我国城市固体废物环境污染问题的原因是什么？你对解决这染问题的原因是什么？你对解决这些问题有什么建议？些问题有什么建议？
