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1、好氧堆肥 一 好氧堆肥 1 好氧堆肥的概念及原理 好氧堆肥原理 有氧条件下 利用堆料中好氧微生物的生命代 谢作用 氧化 还原 合成等过程对有机固体废弃物 本研究主要是 人体排泄物 粪便 进行生物降解和生物合成 其工艺主要流程可分 为 前处理 主发酵 后发酵 后处理和贮存5 个步骤 好氧堆肥有 有机物降解速率快且彻底 腐熟时间短 无害化程度高 无中间产物 和臭味 环境条件好和堆肥产品肥效高等优点 因此在城市生活垃圾 处理中多优先选用好氧堆肥处理 2 好氧堆肥发酵过程图 细胞物质 微生物生长 腐殖质 堆肥有机物 氧气 微生物 二氧化碳 水 氨气 硫酸根离 子 磷酸根离子 能量 排入环境 释放能量转
2、化为热 3 好氧堆肥系统 根据各自的技术特点以及研究目的 方向和手段不同将好氧 堆肥分为通气静态条形堆式 条形堆式和反应器式堆肥三类 目前在 国内外普遍应用的是反应器式堆肥方式 因为该堆肥方式具有堆肥周 合成 氧化 期短 不受时间和空间限制等特点 容易实现工业化生产 环保效益 较好 有较大的推广应用价值 4 好氧堆肥的影响因素及控制 好氧堆肥技术是将有机废物资源化和无害化的重要手段 并且 得到广泛的应用 但是好氧堆肥是一个复杂的过程 在堆肥过程中受 到诸多因素的影响 这些因素制约着反应条件 从而决定了微生物的 活性 最终影响堆肥的速度与质量 影响堆肥过程的因素很多 其中 主要因素有温度 颗粒度
3、 pH C N 含水率 有机质含量 氧含量 等 好氧堆肥中微生物的活性和有机物的降解率可以通过调控这些因 素得到改变 从而达到优化堆肥的目的 1 温度 堆肥化过程中 堆料中微生物的活性受到温度重要影响 根据 堆体温度的不同将堆肥分为高温堆肥 中温堆肥和自然堆肥 其实中 温堆肥温度和自然堆肥温度比较接近 温度不宜过高 温度过高会过 度消耗有机质 导致堆肥产品质量过低 甚至失去肥效 堆体温度应 控制 55 60 时 即高温堆肥 比较好 不宜超过60 一般来讲高 温堆肥比中温堆肥的效果要好一些 但也有许多堆肥综合能耗 实际 可操作控制反应条件等其他因素选择中温堆肥 用远低于高温堆肥所 需能量达到的堆
4、肥效果略低于高温堆肥 2 通风 通风在好样堆肥过程中的作用有供氧 去除多余水分 散热及 调节堆体温度 除此之外还可以控制堆体的温度和氧含量 因此通风 被认为是堆肥系统中最重要的因素 合理的通风不仅可以提高堆肥产 品质量 而且可以节省能耗 过高过低的通风速率都会对好氧堆肥过 程造成不利影响 通风速率过低会造供氧不足而导致成堆体局部厌 氧 生成 CO CH4 等有害气体并产生异臭味给周边环境带来危害 反之 过高的通风速率不仅造成通风损失过大 不利于维持堆体温度 而且会造成大量的氮素损失 减低堆肥产品的肥效 增加堆肥能耗 试验表明增大堆料孔隙率有利于提高通风供氧 3 C N 比 C N 比也是影响堆
5、肥过程的一个重要因素C N 比过高过低都会 影响堆体中微生物对有机质的降解作用 C N 比过高不利于堆肥过程 中微生物的生长 C N 比过低 则堆肥产品会影响农作物生长 还会 造成氮素损失加重 研究表明 一般在20 1 到 30 1 之间比较适宜 城市垃圾作为堆肥原料时 最佳的C N为 26 35 1 4 pH 值 pH 值是一个可以对微生物环境作为估价的参数 一般微生物 最适宜的 pH 值为中性或弱碱性 适宜的pH 值可使微生物高效的发 挥作用 但 pH值太高或太低都会使堆肥处理遇到困难 研究表明 pH 值在 6 9 之间时堆肥化得以顺利高效的进行 同样当堆料的pH 值不 在此范围时 可添加
6、其他物料予以调节 如当pH 时 可添加石灰 pH值在堆肥化过程中随着时间和温度的变化而变化 5 水分 水分为微生物进行生命活动所必需的条件 无论什么堆肥系 统 含水率均应不小于40 不大于 70 最佳含水率应为50 60 含水率过低 微生物的代谢速率会降低 进而降解堆料的速率也降低 水分过高 则堵塞堆料中的空隙 影响通风 导致厌氧发酵 减慢有 机物的降解速度 延长堆肥时间 显而易见 水分对堆肥过程的影响 也是不可忽视的 5 堆肥腐熟的概念及判定 堆肥腐熟是指经微生物作用后 堆料中的有机物腐化分解成为 成分稳定 不再变化 而且堆肥产品施用于土壤后能改善土壤理化性 质 增加农作物产量 直观的判定标
7、准 不再进行激烈的分解 如成 品的温度较低 感 呈茶褐色或黑色 视 不产生恶臭 嗅 手 感松软而碎 为制定堆肥质量及评价装置的性能 必须有科学定量的 判定标准 常见标准主要有物理 化学和工艺参数标准 1 物理参数评价指标 堆肥后期温度自然降低 不会再发出异臭 味 而是发出令人愉快的泥土味 不会吸引蚊蝇 由于真菌的生长 堆肥内出现白色或灰白色菌丝 堆肥产品呈现均匀疏松的团粒结构 腐熟的堆料应为褐色或黑褐色 堆体体积比刚堆时缩小2 3 1 2 物 理方法只是从感官上对堆料做出初步判断 难以进行定量分析 2 化学参数评价指标 作为腐熟度的判定标准的化学参数主要有 pH值 COD Vs C N 等 p
8、H值 pH值随堆肥化的进行而变化 可作为评价腐熟程度的一个 指标 发酵初期pH 腐熟的堆肥pH 8 9 腐殖化系数 为30 左右 化学需氧量 COD 腐熟后 COD降低85 可信度良好 C N 未腐熟 35 50 l 腐熟后 10 20 1 3 用工艺参数作为堆肥腐熟度判定标准 温度 在堆肥化过程中 堆料的温度会经历升温 高温到降温三个 阶段 温度升高是因有机物分解释放能量所致 故可通过检测堆肥工 艺过程的温度变化 来判断有机物降解及稳定化 或腐熟 情况 耗氧速率 堆肥化过程中 好氧微生物分解有机物时消耗氧并产生 CO2 O2的消耗或的 CO2产生速率反映了有机物的分解程度和堆化的 进行程度
9、因此 用好氧速率或CO2 的生成速率可判断堆肥的腐熟 程度 4 种子发芽指数 GI 在众多评价堆肥腐熟程度的指标中 种子发芽指数是不受堆肥 原料和操作方式影响的唯一指标 现有研究认为植物毒性与堆肥初期 堆料的降解过程有关 完全消除这种植物毒性需要一定的时间 我们 把所需这段时间称为腐熟期 通过观察加入堆肥产品后的植物种子芽 情况 便能迅速准确测定堆肥产品里抑制植物生长物质的降解情况 因而 种子发芽指数是目前应用最广泛的评价堆肥腐熟程度的指标 Zucconi等报道 发芽指数大于 50 就可以认为堆肥腐熟 Tiquia 等认 为 当 GI 达到 80 以上时 堆肥中对植物产生抑制作用的物质己经 完
10、全消失 6 好氧堆肥与生态卫生厕所 好氧堆肥是有氧条件下 利用堆料中好氧微生物的生命代谢作用 合 成 分 在好氧的条件下堆肥时有机物降解速率快且彻底 腐熟时间 短 无害化程度高 无中间产物和臭味 环境条件好以及堆肥产品肥 效高 近年来 不同专业领域的研究人员从好氧堆肥处理的病原微 生物灭活及其健康安全风险评价 好氧堆肥的有机物生化降解机理 好氧堆肥动力学和好氧堆肥处理过程相关微生物群落及其演替特点 等方面对好氧堆肥做了许多新的深度研究 使得好氧堆肥技术能得到 更加成熟 安全的应用 其在生态厕所方面的应用就是一个典范 生态厕所是以减少水消耗为特点 达到污染物自净和资源循环使用 实现粪便的无害化和
11、资源化处理 达到零排放 在使用和运行过程中 不产生对环境有害物质 不会造成环境污染 生态厕所的特征是以生 态原理为指导 符合可持续发展基本原理 并能经济运行 好氧堆肥 在粪便处理中的应用生态厕所的研究 主要是在免水冲厕所 已成为 近几年国内外研究的热点之一 并已取得不少成果 免水冲卫生厕 所的核心是安装了一个生化反应器 其本质是一种好氧堆肥反应器 反应器中有可定期补充的生物填料 与传统的厕所相比 它既不浪费 水资源 也不需要下水道系统 同时产物还可用作有机肥 由于锯末 抗磨损和难降解 生态厕所可以长期使用 甚至一年以上才更换一次 好氧堆肥技术在生态厕所中的应用还有能有效保持氮磷营养元素不 被分
12、解流失 保持了堆肥产品的肥效和使用价值 能有效灭活粪便中 粪大肠杆菌等病原微生物 安全 卫生 无健康风险 通过外部控制 生态卫生设备可根据具体需要 保证反应器内温度均一 维持在 50 60 之间 达到所需要的堆肥条件 缩短堆肥化的时间 由于具 有节水 源头控制人粪便污染 灭菌和扩大厕所应用范围提高生活水 平等优点 生态卫生设备正日益受到人们的青睐和逐步推广 这必将 引起厕所的一场革命 给环境也将带来重大而深远的影响 正是由于生态卫生厕所具有如此多的优点 使得其在在一些国 家和地区的风景园林 旅游景点 会展集会场所 城市公厕 地震 灾害应急场所 甚至家庭厕所等都让商品化的生态厕所发挥了重要作 用 生态厕所也还存在诸多问题 如理论研究还不够深入和完善 对 重金属的累积效果 排气以及臭味污染控制 微污染物如抗生素和激 素以及农药等处理效果 顽固病原微生物等的灭活效果的研究 尤其 是氮损失及其堆肥过程氮元素迁移转化过程及其形态变化等的研究 还不够深入 有待进一步加强 另外 粪尿中含有大量的有机物 恶 臭及致病微生物 如何通过环境工程等手段 使这些污染物得到妥善 处理 最终将粪便无害化 排入周围环境 完全不对环境造成破坏这 些都需要我们进一步完善
