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1、Solid Waste Treatment and Resources Recovery 主讲人：江 长 胜 副教授 E-mail: jiangcs Tel: 68250484 (O) 第十一章 可生化固体废物的处理与利用 第一节概述 有机固体废物的堆肥化 自然界的许多微生物具有氧化、分解有 机物的能力。利用微生物的这种能力，处 理可降解的有机固体废物，达到无害化和 资源化，是有机固体废物处理利用的一条 重要途径。 堆肥化定义 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，促进来源于生物的有 机废物发生生物稳定作用，使可被生物降 解的有机物
2、转化为稳定的腐殖质的生物化 学过程。 堆肥化的产物称为堆肥。 堆肥化分类 按需氧程度分：好氧堆肥和厌氧堆肥 按温度分：中温堆肥和高温堆肥 按技术分 ：露天堆肥和机械密封堆肥 堆肥原料 城市垃圾 禽畜粪便 污泥 农林废物 厨余和食品废物 Composting converts waste, leaves, kitchen scraps and garden wastes, into a valuable product which, when used in the garden, results in healthier plant growth when added to garden so
3、il. 堆肥的原则 分解过程尽量充分、完善，减少臭味，避 免昆虫繁殖； 破坏垃圾中的病原有机体和垃圾中的植物 种子； 保留氮、磷和钾这 些营养物的最大含量； 减少完成整个堆肥工艺所需的时间 和堆肥 工艺的占地面积。 堆肥的效用 改良土壤：使粘重土壤变轻，改变含沙少的土壤 结构，提高土壤的蓄水能力，扩大作物的根系。 提供营养：它向植物提供氮、磷和钾三种元素。 与化肥共同使用时，能使肥料中的磷元素变得更 易被植物吸收，肥料中的氮元素的有效期也延长 了，从而提高了作物所吸收的营养量。堆肥中含 有一切植物所需要的其他微量元素。 堆肥化存在的问题 目前，我国高温堆肥从严格意义上可分为两种: 将垃圾破碎筛
4、分，筛出的可腐有机物经过生物发 酵制成肥料。产量大，但肥料中混有大量的碎塑 料和重金属，肥料质量明显不高，可能对土地质 量产生的负面影响。 在前分选阶段，将垃圾中煤灰分经过粗筛去除， 将粗筛分后的筛上物中的无机物和有机物尽可能 分开，有机物用来堆肥。产量低，但肥料质量 高。 垃圾堆肥化的前景 卫生化填埋因初期投资和运行成本较低，目前仍 为许多不发达的国家和地区采用。但垃圾填埋对 水环境和大气的不利影响已完全显现出来。 垃圾焚烧以其减量化最大、无害化程度最高而受 到人们的推崇。但是存在初期投资和运行成本过 高、焚烧尾气的污染问题。 城市垃圾堆肥化作为垃圾处理的三种主要方法之 一受到多数国家重视。
5、 第二节堆肥原理 好氧堆肥 厌氧堆肥 堆肥微生物 影响堆肥化的因素分析 好氧堆肥（Aerobic Composting）原理 有机废物好氧堆肥化过程实际 上就是基质 的微生物发酵过程，可用下式表示： C、H、O、N、S、P O2 CO2+NO2+SO42-+简单 有机物+更多的微生 物+热量 好氧堆肥过程的三个阶段 中温阶段：堆肥化过程初期，堆层呈1545的 中温，嗜温性微生物较为活跃。 高温阶段：当堆温升至45以上时即进入高温阶 段。在此阶段，嗜温微生物受到抑制甚至死亡， 取而代之的是嗜热微生物。 降温阶段：内源呼吸后期，剩下部分较难分解的 有机物和新形成的腐殖质。嗜温性微生物占优 势。 厌
6、氧堆肥（Anaerobic Composting）原理 厌氧堆肥是在缺氧条件下，利用厌氧微 生物进行的一种腐败发 酵分解，其终产 物 除CO2和水外，还有氨、硫化氢、甲烷、其 他有机酸等还原性终产 物。 厌氧堆肥过程的两个阶段 产酸阶段：产酸菌将大分子有机物降解为 小分子的有机酸和乙醇、丙醇等物质，并 提供部分能量因子ATP 。 甲烷阶 段：甲烷菌把有机酸继续 分解为甲 烷气体。 堆肥微生物 堆肥微生物的来源： 有机废物固有的大量的微生物种群； 人工加入的特殊菌种，具有活性强、繁殖 快、分解有机物迅速等特点，能加速堆肥 反应的进程，缩短堆肥反应的时间 。 影响堆肥化的因素分析 化学因素： C/
7、N比 O2 营养平衡 pH值 物理因素： 温度 颗粒尺寸 含水率 Coarse material, such as corn stalks, small tree and shrub limbs, can also be composted. Shredding these materials increases the surface area that organisms can work on which significantly decreases the time required for composting. 第三节堆肥工艺的分类 按微生物对氧的需求分类 按要求的温度范围分类
8、按堆肥过程中物料运动形式分类 按堆肥堆制方式分类 按发酵历程分类 按微生物对氧的需求分类 好氧堆肥：依靠专性和兼性好氧细菌的作用使有 机物得以降解的生化过程。好氧堆肥具有对有机 物分解速度快、降解彻底、堆肥周期短的特点。 厌氧堆肥：依赖专性和兼性厌氧细菌的作用降解 有机物的过程。厌氧堆肥工艺简单 ，不必由外界 提供能量，运转费用低；但周期长、易产生恶 臭、且占地面积大。 按要求的温度范围分类 中温堆肥：一般指中温好氧堆肥，所需温 度为15-45。由于温度不高，不能有效 地杀灭 病原菌。 高温堆肥：好氧堆肥所产生的高温一般在 50-65，极限可达80-90，能有效地杀 灭病菌。高温堆肥最适宜的温
9、度范围为 55-60。 按堆肥过程中物料运动形式分类 静态堆肥 堆肥物一旦堆积以后，不再添加新的有机废物和翻倒， 待其在微生物生化反应完成之后，成为腐殖土后运出。 动态（连续或间歇式）堆肥 采用连续或间歇进、出料的动态机械堆肥装置，具有堆 肥周期较短（3-7d），物料混合均匀， 供氧均匀充足，机 械化程度高，便于大规模机械化连续操作运行等特点。 按堆肥堆制方式分类 露天式堆肥 即露天堆积。物料在开放的场地上堆成条垛 或条堆进行发酵通过自然通风、翻堆或强制通 风方式，以供给有机物降解所需的氧气。 装置式堆肥 也称为封闭式堆肥或密闭型堆肥。即是将堆 肥物密闭在堆肥发酵设备中，通过风机强制通 风，提
10、供氧源或不通风厌氧堆肥。 按发酵历程分类 一次发酵：好氧堆肥的中温与高温两个阶段的微 生物代谢过程称为一次发酵或主发酵。一般需10- 12天，以高温阶段为主。 二次发酵：经过一次发酵后，但还有一部分易降 解和大量难降解的有机物存在，需将其送到后发 酵仓进行二次发酵，也称后发酵，使其腐熟。当 温度稳定在40左右时即达到腐熟，一般需20-30 天。 第四节好氧堆肥工艺 好氧堆肥的基本工艺程序 前处理 主发酵 后发酵 后处理 脱臭 贮存 典型好氧堆肥工艺 好氧静态堆肥工艺 间歇式好氧动态堆肥工艺 连续式好氧动态堆肥 前处理 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
11、添加菌种和 酶制剂。 以城市生活垃圾为堆肥原料时，前处理包括破 碎、分选、筛分等工序。通过破碎、分选和筛分 可去除粗大垃圾和不能堆肥的物质，并通过破碎 可使用肥原料和含水率达到一定程度的均匀化。 同时，破碎、筛分使原料的表面积增大，便于微 生物繁殖，从而提高发酵速度。 主发酵（一次发酵） 主发酵可在露天或发酵装置内进行，通过翻堆或 强制通风向堆积层或发酵装置内堆肥物料供给氧 气。 发酵初期物质的分解作用是靠嗜温菌（30-40为 最适宜生长温度）进行的， 随着堆温上升，最适 宜温度（45-65）的嗜热菌取代了嗜温菌。堆肥 从中温阶段进入高温阶段。通常，将温度升高到 开始降低为止的阶段为主发酵阶段
12、。 后发酵（二次发酵） 经过主发酵的半成品堆肥被送到后发酵工序， 将未分解的、易分解和较难分解的有机物进一 步分解，使之变成腐殖酸、氨基酸等比较稳定 的有机物，得到完全成熟的堆肥制品。 在此阶段的分解过程中，反应速度降低，耗氧 量下降，所需时间较长 。 后处理 经过二次发酵后的物料已成为粗堆肥。然而， 城市生活垃圾堆肥时，在预分选工序没有去除的 塑料、玻璃、陶瓷、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这类杂 物，并根据具体需要，如生产精制堆肥等，则应 进行再破碎过程。 脱臭 在堆肥过程中，由于堆肥物料局部或者某段时 间内的厌氧发酵会导致臭气产生，污染工作环 境。因此，必
13、须进行堆肥排气的脱臭处理。去除 臭气的方法主要有化学除臭剂除臭、碱水和水溶 液过滤、熟堆肥或活性炭、沸石等吸附剂过滤 。 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，所以要建立可贮存六个月生产量的 库房。贮存方式可直接堆存在二次发酵仓中或装 入袋中，这种贮存的要求是干燥而透气的室内环 境，如果是在密闭和受潮的情况下，则会影响到 制品的质量。 好氧静态堆肥工艺 城市生活垃圾好氧静态堆肥处理技术规程 （CJI/T52-93）明确给出了好氧静态堆肥标准。 我国高温堆肥大多采用一次性发酵方式，周期长 达30d以上，目前推广的是二次性发酵方式，周期 一般需20d。 静态堆肥常采用露天的静
14、态强制通风垛形式，或 在密闭的发酵池、发酵箱、静态发酵仓内进行。 由于堆肥物料一直处于静止状态，导致物料及微 生物生长的不均匀性，静态强制通风较困难，易 造成厌氧状态，使发酵周期延长。 间歇式好氧动态 堆肥工艺 间歇式堆肥采用静态一次发酵的技术路线，其发 酵周期缩短，堆肥体积减少。 它是将原料一批批地发酵，一般采用间歇翻堆的 强制通风垛或间歇进出料的发酵仓。 间歇式发酵装置有长方形池式发酵仓、倾斜床式 发酵仓、立式圆筒形发酵等，各配设通风管，有 的还配设搅拌或翻堆装置。 连续 式好氧动态 堆肥 采取连续进 料和连续出料的方式，原料在一个专 设的发酵装置内进行一次发酵的过程。 物料处于一种连续翻
15、动的动态情况下，物料组分 混合均匀，易于形成空隙，水分易于蒸发，因而 使发酵周期缩短，可有效地杀灭病原微生物，并 可防止异味的产生。 发酵仓 混合堆肥工艺流程 污泥高温干馏裂解工艺流程 污泥堆肥一般工艺流程 污泥最终处 置与利用略图 深槽好氧发酵干燥设备 深槽好氧发酵干燥设备 工作原理图 （1） 深槽好氧发酵干燥设备 工作原理图（2） 深槽好氧发酵干燥设备 工作情况（1） 深槽好氧发酵干燥设备 工作情况（2） 深槽好氧发酵干燥设备 工作情况（3） 发酵池 1.5m 出料口 托料架 出料盘 通风孔 架式发酵池（1） 进料口 4.0m 架式发酵池（2） 托料架 出料盘 第五节好氧堆肥系统 条垛式堆
16、肥系统 通风静态垛 系统 反应器系统（或发酵仓系统） 条垛式系统 场地 建堆 翻堆 翻堆方式 翻堆次数 翻堆设备 优点：设备简单 ，成本较 低；翻堆使堆肥易于干 燥，填充剂易于筛分和回 用；长时间 的堆腐使产品 的稳定性相对较好。 缺点：占地面积大，堆腐 周期长。翻堆会造成臭味 的散发。运行操作受气候 影响大。 强制通风静态垛 系统 场地 通风系统 优点：设备投资较低，堆 腐时间相对较短，产品稳 定性好，能有效的杀灭病 原菌及控制臭味，占地也 较少。 缺点：易受到气候条件的 影响。 反应器系统（发酵仓系统） 反应器系统是将堆肥物料密闭在发酵装 置，如发酵仓、发酵塔等内，控制通风和水 分条件，使物料进行生物降解和转化。 占地面积小，能进行很好的过程控制，不受气候条件的 影响，可对废气进行统一收集处理，解决了臭味问题。 堆肥的投资和运行费用及维
