{环境管理}固废污染控制工程10章好氧堆肥

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1、固体废物处理与处置,华中科技大学环境科学与工程学院,廖 利 建设部资源与环境专家委员会委员 建设部城镇环境卫生标准技术咨询专家 建设部市政公用行业与风景名胜区专家委员会专家组专家 中国环境保护产业协会城市垃圾处理专家委员会专家 中国环境卫生协会常务理事,固体废物处理与处置,固体废物处理与处置,第一章 绪论 第二章 固体废物特性分析 第三章 城市垃圾收集运输设施 第四章 固体废物压实破碎分选 第五章 固体废物焚烧处理 第六章 固体废物热解处理 第七章 固体废物堆肥处理 第八章 固体废物生物制气 第九章 固体废物填埋处置 第十章 固体废物处理技术的工程应用,华中科技大学环境科学与工程学院,第七章

2、固体废物堆肥处理,第一节 固体废物堆肥概述 第二节 好氧堆肥基本原理 第三节 堆肥过程的影响因素 第四节 好氧堆肥工艺参数计算 第五节 好氧堆肥工艺参数控制 第六节 堆肥腐熟度评价及产品应用 第七节 好氧堆肥技术设备的类型 第八节 好氧堆肥工艺流程应用实例,华中科技大学环境科学与工程学院,堆肥的定义,华中科技大学环境科学与工程学院,固体废物堆肥处理，就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地、可控制的促进固体废物中的生物质向稳定的腐殖质转化的微生物学过程。 堆肥的产物称作堆肥。它属于腐殖质含量很高的疏松物质，故也称为腐殖土。固体废物经过堆肥，体积一般只有原体积的50%70%。

3、固体废物进行堆肥化处理，其中的有机可腐物转化为有机营养土，一方面有效地解决了可生物降解城市固体废物的出路问题；另一方面也为农业生产提供了适用的腐殖土，从而维持了自然界的良性物质循环。,堆肥工艺的分类,按堆肥微生物的需氧性可以分为好氧堆肥和厌氧堆肥。好氧堆肥分解速度快、堆肥周期短；垃圾体堆温高，从而达到无害化处理的目的。厌氧堆肥近年来已经发展为生物制气。 按堆肥物料运动形式可以分为静态堆肥；连续式动态堆肥；间歇式动态堆肥。 按堆肥的堆制方式可以分为露天堆积式堆肥和密闭装置式堆肥。许多堆肥工艺在主发酵阶段采用密闭装置式堆肥工艺，而在次发酵阶段采用露天堆积式堆肥工艺。 按堆肥温度的不同，可分为高温堆

4、肥和中温堆肥。 按机械化程度可分为人工堆肥、机械化堆肥和半机械化堆肥。,华中科技大学环境科学与工程学院,固体废物堆肥化发展历史,1920年，英国人A.Howard首先在印度提出了当时称为“印多尔法”的堆肥化技术。该法是将垃圾、秸秆、落叶、杂草和人畜粪便等交替堆置4-6个月，在此期间多次翻垛以促进好氧发酵。 1930年，立式多段式发酵塔在美国取得专利。 1993年，达若滚筒在丹麦出现，标志着连续性机械化堆肥工艺的开端。 到20世纪70年代初期，日本许多堆肥厂停产倒闭。其原因是工业化的高速发展将大量的有毒化学物质和高分子有机物带入城市垃圾中，严重影响了堆肥化产品的质量。 美国的堆肥化产品也由于销路

5、不广而发展缓慢。,华中科技大学环境科学与工程学院,固体废物堆肥化现状,德国：1996年堆肥装置为383套，年处理能力为450万吨。 奥地利：1994年垃圾堆肥设施300座，每年可处理生物质垃圾37750吨。 日本：要求年生产50吨生物质废弃物的生产者，必须将其转化为饲料或回收利用，在乡村推广好氧发酵堆肥化系统，在大城市则采取厌氧性发酵处理系统。 新西兰：2010年前将禁止有机废弃物以填埋方式处理，也不采用焚化处理，推动堆肥化和再利用技术。 韩国：2005年开始禁止以填埋方式处理生物质废弃物，初期目标生物处理所占比例为10%，最终目标达到30%。,华中科技大学环境科学与工程学院,固体废物堆肥化现

6、状,美、英、日等国家认为堆肥发展前途不大，其主要原因：这些国家农田多采用秸杆还田种植，土壤基本上不缺有机质；这些国家的固体废物构成中可燃有机物比例大、热值高，焚烧更为有利；堆肥中含有不少重金属、玻璃渣、塑料皮等，对农作物不利的。 我国好氧堆肥正处于停滞甚至萎缩时期。目前，将好氧堆肥定位为一种垃圾减量化和稳定化方式。通过好氧堆肥，易腐有机质被降解，60%左右的水分蒸发，垃圾重量减少70%，减容率可达30%。根据原有含水率的不同，热值可提高0.52.5倍。有利于降低焚烧成本，提高发电效率。,华中科技大学环境科学与工程学院,第七章 固体废物堆肥处理,第一节 固体废物堆肥概述 第二节 好氧堆肥基本原理

7、 第三节 堆肥过程的影响因素 第四节 好氧堆肥工艺参数计算 第五节 好氧堆肥工艺参数控制 第六节 堆肥腐熟度评价及产品应用 第七节 好氧堆肥技术设备的类型 第八节 好氧堆肥工艺流程应用实例,华中科技大学环境科学与工程学院,好氧堆肥的基本原理,华中科技大学环境科学与工程学院,好氧堆肥是依靠专性好氧细菌和兼性好氧细菌的作用降解有机物的生化过程，是通过机械的翻转搅动或通风机强制通风，保证物料充分地、均匀地与空气接触，从而使堆肥物料在较理想的状态下快速发酵的堆肥方式。,好氧堆肥的三个阶段,华中科技大学环境科学与工程学院,中温阶段：堆肥初期，堆体基本呈中温，嗜温性微生物较为活跃，并利用堆肥中可溶性有机物

8、旺盛繁殖。它们在转换和利用化学能的过程中，有一部分变成热能，由于堆料有良好的保温作用，温度不断上升。 高温阶段：当肥堆温度升到45以上时，即进入高温阶段。在这阶段，嗜温性微生物受到抑制甚至死亡，嗜热性微生物逐渐代替了嗜温性微生物的活动，堆肥中残留的和新形成的可溶性有机物质继续分解转化，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 腐熟阶段：当堆肥物料剩下部分较难分解有机物和新形成的腐殖质时，微生物活性变低，发热量减少，温度下降。嗜温微生物又占优势，对残余有机物作进一步分解，腐殖质不断增多且稳定化，堆肥进入腐熟阶段。,不同阶段中的微生物生长特性,华中科技大学环境科学与工程学院,中温

9、阶段：微生物以中温、需氧型为主，通常是一些无芽胞细菌。适合于中温阶段的微生物种类极多，其中最主要是细菌、真菌和放线菌。细菌特别适应水溶性单糖类，放线菌和真菌对于分解纤维素和半纤维素物质具有特殊功能。 高温阶段：通常，在50左右进行活动的主要是嗜热性真菌和放线菌；温度上升到60时，真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热性放线菌与细菌在活动；温度升到70以上时，对大多数嗜热性微生物已不适宜，微生物大量死亡或进入休眠状态。 腐熟阶段：由于硝化细菌生长缓慢，且只有在40以下才活动，所以硝化反应通常是在有机物分解完成后才开始进行。氮在转化为硝酸盐以后才容易被植物吸收，因此腐熟阶段对于生产优质堆肥是一个很重要的过

10、程。,堆肥的无害化过程,华中科技大学环境科学与工程学院,堆肥的无害化过程，实际就是热灭活过程。热灭活是灭菌消毒方法之一。其原理是利用热量提高体系温度，改变酶的活性，使大部分酶由活性型变为变性型（灭活型）。且这种变化不可逆，从而使各种病原菌细胞被灭杀。 没有酶的正常活动，细胞会因失去功能而死亡。只有很少数酶能长时间的耐热，可以说热灭活作用对微生物是非常有效的。 热灭活有一种温度+时间效应关系。热灭活作用是温度与时间两者的函数，即经历高温短时间或者低温长时间是同样有效的。,几种常见病菌与寄生虫的死亡温度与时间,华中科技大学环境科学与工程学院,第七章 固体废物堆肥处理,第一节 固体废物堆肥概述 第二

11、节 好氧堆肥基本原理 第三节 堆肥过程的影响因素 第四节 好氧堆肥工艺参数计算 第五节 好氧堆肥工艺参数控制 第六节 堆肥腐熟度评价及产品应用 第七节 好氧堆肥技术设备的类型 第八节 好氧堆肥工艺流程应用实例,华中科技大学环境科学与工程学院,影响好氧堆肥过程的因素,华中科技大学环境科学与工程学院,堆肥物料粒度：堆肥物料的颗粒度影响其密度、内部摩擦力和流动性。足够小的粒度可以提高堆肥物料与微生物及空气的接触面积，加快生物化学反应速率。 生物质含量：生物质含量影响堆肥温度和通风供氧要求。最适合的生物质含量在20%80%之间。生物质含量低于20%时，不能提供足够的热能，影响嗜热菌增殖，难以维持高温发

12、酵过程；生物质含量大于80%时，堆肥过程要求大量供氧，会由于供氧不足而发生局部厌氧过程，产生臭气。 微量元素含量：堆肥过程中，微生物所需的营养元素有碳、磷、钾，所需要的微量元素有钙、铜、锰、镁等元素。堆肥原料中存在大量的微生物不可利用的营养物质，这些物质难以被生物降解。,好氧堆肥的工艺条件,华中科技大学环境科学与工程学院,好氧堆肥过程的关键是如何更好地满足微生物生长和繁殖所必需的条件。,物料的生物质含量 堆体的供氧条件 物料的含水率 物料的碳氮比 物料的碳磷比 物料的酸碱度,可降解有机质含量,可降解有机质含量过低，产生的热不足以维持堆肥物料堆体的温度；堆肥产品肥效低。 可降解有机物含量过高，不

13、利于堆肥物料堆体的供氧；会产生臭气和厌氧。 堆肥中最适合的可降解有机物含量在20%-80%之间。 一般用挥发分的干基百分比含量来量化堆肥物料的可降解有机质含量,华中科技大学环境科学与工程学院,堆肥物料供氧条件,华中科技大学环境科学与工程学院,氧气供应是通过堆肥物料之间的孔隙渗透来实现的。能否充分供氧，取决于空隙率。 为保证适当的空隙率，物料应具有合适的粒径。如堆肥物料含水率高，合适粒径为3850mm；如好氧堆肥物料结构强度好，则合适的粒径为510mm。 易腐有机质含量高，粒径太小时，会产生浆状物质。浆状物质会占据供氧通道，降低物料结构强度，导致物料坍塌，影响堆肥物料的供氧。,堆肥物料的含水率,

14、华中科技大学环境科学与工程学院,堆肥初期，较理想含水率一般为5560%。随着堆肥过程的进行，堆肥物料的含水率将逐渐降低。 对于纸含量高的固体废物，含水率应在5560%的范围内；如木屑、谷壳、稻草、干叶等含量高时，则含水率可达85%。 好氧堆肥正常进行的含水率下限为4050%，当含水率降到20%以下时，生物活性就基本停止。,堆肥物料的碳氮比,华中科技大学环境科学与工程学院,微生物的生长速度与堆肥物料的碳氮比（C/N）有关。微生物自身碳氮比为430，作营养基的有机物的碳氮比最好处于该范围中。 碳氮比为1025时，有机物的降解速度最大。 物料发酵后，碳氮比将会减少614%，有时可达27%。如果堆肥成

15、品的碳氮比值过高，容易引起土地的氮饥饿。因此，成品堆肥碳氮比值为1020。 堆肥物料最佳碳氮比值应为2035。,几种物料的碳氮比值,华中科技大学环境科学与工程学院,碳磷比,除碳氮比外，磷对微生物的生长也有很大影响。 有时，在固体废物中添加污泥进行混合好氧堆肥，就是利用污泥中丰富的磷来调整好氧堆肥原料的碳磷比（C/P）。 好氧堆肥原料适宜的碳磷比为75150。,华中科技大学环境科学与工程学院,酸碱度,华中科技大学环境科学与工程学院,理论上，PH值对城市垃圾堆肥过程没有影响。而且PH值在堆肥过程中波动，本身就是由于堆肥物料降解的结果。 在好氧堆肥初期，由于酸性细菌的作用，PH值降到5.56.0，使

16、好氧堆肥物料呈酸性；随后，由于以酸性物为养料细菌的生长和繁殖，导致PH值上升，好氧堆肥过程结束后，物料的PH值上升到8.59.0。,第七章 固体废物堆肥处理,第一节 固体废物堆肥概述 第二节 好氧堆肥基本原理 第三节 堆肥过程的影响因素 第四节 好氧堆肥工艺参数计算 第五节 好氧堆肥工艺参数控制 第六节 堆肥腐熟度评价及产品应用 第七节 好氧堆肥技术设备的类型 第八节 好氧堆肥工艺流程应用实例,华中科技大学环境科学与工程学院,堆肥原料的特性参数 含水率 挥发份 碳氮比 堆肥过程的控制参数 通风量 翻堆次数,好氧堆肥过程中可控制参数,华中科技大学环境科学与工程学院,堆肥物料应用基质量平衡公式,混合堆肥物料的总湿重 堆肥原料的湿重 回流堆肥的湿重 添加物料的湿重,华中科技大学环境科学与工程学院,堆肥物料干基质量平衡公式,混合堆肥物料含固率 % 堆肥原料的含固率 % 回流堆肥的含固率 % 添加物料的含固率 %,华中科技大学环境科学与工程学院,堆肥物料挥发分质量平衡公式,堆肥物