有机固体废物生物处理--堆肥幻灯片

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1、第八章 有机固体废物生物处理-堆肥,内容提要,一、概述 二、固体废物堆肥化技术 三、固体废物厌氧发酵技术,定义,固体废物生物处理技术： 人类通过各种手段，利用微生物氧化分解作用，将固体废物中易于生物降解的有机组分转化为腐殖肥料、沼气或其他物质，从而实现固体废物的稳定化、资源化和减量化的处理方法。,一、概述,意义,实现可降解有机固废的三化； 促进物质循环，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。,微生物的分类及其新陈代谢,根据微生物新陈代谢过程需氧与否，可分为三类： 好氧微生物：新陈代谢时需要氧气的微生物； 厌氧微生物：新陈代谢时不需要氧气，即在无氧环境中才能生长生

2、活的微生物； 兼氧微生物：在有氧气或无氧气环境中都能生存并进行代谢作用的微生物。,固体废物生物处理的分类,根据固体废物处理过程中起主导作用的微生物种类和产物特点，固体废物生物处理可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。,好氧生物处理法： 在供氧条件下，利用好氧微生物新陈代谢，使固体有机物降解、转化成相对低能位、低分子量物质而稳定下来，同时放出热量。 减量化和无害化效果明显。,厌氧生物处理法： 在没有游离氧情况下，利用厌氧微生物新陈代谢作用使固体有机质降解、转化成简单、稳定的化合物，同时放出能量(其中大部分能量以CH4的形式出现),仅少部分有机物转化成新的细胞质组分。 减量化和资源化效果明显。,二、固

3、体废物堆肥化技术,概述 好氧堆肥技术 厌氧堆肥技术 堆肥化过程的污染防治 气体有机废物的微生物处理,堆肥化概念,国内：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。 欧、美：在有控制的条件下，微生物对固体、半固体有机物的好氧中温或高温分解，并产生稳定的腐殖质的过程（区别于简易好氧或厌氧堆肥）。,概述,堆肥化包含四层含义,堆肥化的原料是来自生物的固体有机物； 堆肥化过程是在人工控制条件下进行； 作用的主体是微生物，作用的过程是生物化学过程； 产物是稳定的腐殖质。,堆肥概念： 堆肥（compost）是有机固体废物经过堆肥化处理得到的

4、成品（或产品），是一种深褐色、质地松散、有泥土味的物质，其主要成分是腐殖质。,堆肥及其功用,堆肥的农业效用,（一）增加土壤有机质，提高土壤生物活性。 （二）改善土壤结构 （三）提高土壤肥力 （四）促进植物生长和增产的效用,堆肥原料来源,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。 我国堆肥化原料主要是三类： 生活垃圾+粪便 生活垃圾+污泥 农业秸杆+粪便,堆肥化工艺分类,厌氧堆肥好氧堆肥（需氧程度） 中温堆肥高温堆肥（按温度范围） 露天堆肥机械密封堆肥（按堆制方式） 静态堆肥动态堆肥（按物料运动形式）,厌氧堆肥,厌氧堆肥是依赖专性和兼性

5、厌氧细菌的作用降解有机物的过程。 优点：工艺简单；通过堆肥自然发酵分解有机物，不必由外界提供能量，因而运转费用低。 缺点：具有周期长(一般需3-6 个月)、易产生恶臭、占地面积大等缺点，厌氧堆肥不适合大面积推广应用。,堆肥化工艺分类,好氧堆肥,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过程。目前普遍采用的堆肥工艺。 优点：具有对有机物分解速度快、降解彻底；堆肥周期短（一般一次发酵时间4-12d、二次发酵在10-30d）；堆肥温度高，可以灭活病原体，环境卫生条件好，很少产生难闻的臭气。 缺点：需氧量大，运转费用较高。,堆肥化工艺分类,中温堆肥 一般指中温好氧堆肥，所需温度15-45。

6、由于温度不高，不能有效地杀灭病原菌，因此，目前中温堆肥较少采用。 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 ，能有效杀灭病菌，因此高温堆肥已为各国公认，采用较多。,堆肥化工艺分类,露天式堆肥,露天式堆肥即露大堆积,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氧气。 优点：堆肥所需设备简单，成本投资较低。 缺点：发酵周期长，占地面积大，受气候的影响大，有恶臭，环境卫生条件较差。仅适宜在农村或偏远的郊区应用。,堆肥化工艺分类,装置式堆肥,装置式堆肥也称为封闭式堆肥或密闭型堆肥，是将堆肥物料密闭在堆肥发酵设备如发酵塔、发酵简、发酵仓等中，

7、通过风机强制通风，提供氧源，或不通风厌氧堆肥。 优点：装置式堆肥的机械化程度高，堆肥时间短，占地面积小，环境条件好，堆肥质量可控可调等优点。适用于大规模工业化生产。,堆肥化工艺分类,静态堆肥,静态堆肥是把收集的新鲜有机废物一批一批地堆制。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全，成为腐殖土后运出。 适合于中、小城市厨余垃圾、污泥的处理。,堆肥化工艺分类,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。 优点：堆肥周期短(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。因此，动态堆肥适用于大中城市固体有机废物

8、的处理。 缺点：要求高度机械化，设计复杂、施工技术和操作高度熟练；一次性投资和运转成本较高。 目前，动态堆肥工艺主要是在发达国家得到普遍的应用。,堆肥化工艺分类,好氧堆肥技术,一、好氧堆肥原理 二、好氧堆肥化过程技术参数及控制 三、好氧堆肥化工艺流程（堆肥程序） 四、堆肥系统及主要技术环节 五、堆肥腐熟度及其指标 六、主要好氧堆肥工艺及设备,有机物的好氧堆肥分解,在通风条件下，好氧微生物对废物进行吸收、氧化、分解，将一部分吸收有机物氧化为简单无机物，同时释放能量，而另一部分有机物被合成新的细胞质，使微生物不断繁殖。,基本原理,堆肥化过程,通常都是根据堆层温度变化为主要标志，将堆肥化过程分为三个

9、阶段： 中温阶段，又称起始阶段：不耐高温的细菌分解易降解的葡萄糖、脂肪等可溶物，同时放出热量使温度上升。 高温阶段：当堆肥温度上升到45以上时，即进入高温阶段。耐高温菌迅速繁殖，在供氧条件下，大部分难降解有机物（蛋白质、纤维）继续被氧化分解，同时释放大量热能。 熟化阶段：在内源呼吸后期，只剩下部分难分解的有机物，此时微生物活性下降，发热量减少，温度下降，堆肥冷却，新的微生物借助残余有机物生长。,好氧堆肥技术,(1)来源：有机废物里面固有的；人工加入的特殊菌种。 (2)种类： 细菌：形体最小、数量最多，分解大部分的有机物并产生热量； 放线菌：分解纤维素、木质素、角质素和蛋白质等复杂有机物，散发泥

10、土气息，如树皮报纸等硬物； 真菌：在堆肥后期与细菌竞争食物，更耐低温，部分真菌需氮比细菌低，能够分解木质素，细菌则不能； 微型生物：如轮虫、线虫和蚯蚓等，在堆肥中移动和吞食，消纳部分有机废物，增大表面积，促进微生物的生命活动。,堆肥微生物,好氧堆肥技术,好氧堆肥技术,好氧堆肥化过程技术参数及控制,供氧量及其控制 含水率及其控制 仓内温度及其控制 碳氮比（C/N）及其控制,碳磷比及其控制 pH值及其控制 颗粒度 有机质含量,好氧堆肥技术,供氧量及其控制,供氧方法： 采用通风方式供氧，主要有自然通风、堆层内置通风管、机械翻堆通风、强制通风等。 通风作用： 维持好氧微生物的生物活性； 带走水蒸气，干

11、化物料； 调节发酵仓内堆层的温度等。,通气量不足，堆体处于厌氧状态； 通气量过大，散失热量和水分快，导致温度下降和水分缺乏。 一般氧浓度控制在18%左右。,好氧堆肥技术,含水率及其控制,水的作用： 一是溶解有机物，参与微生物新陈代谢。微生物只能摄取溶解性养料，微生物体内的水（80%）和流动状态的水是微生物生化反应的介质。 二是调节堆肥温度，主要是通过水分蒸发来调节。 含水量过低影响微生物繁殖，降低分解反应速度 ；含水量过高导致供氧不足而变成厌氧状态。,好氧堆肥技术,有资料显示，当物料中含水率12%时，微生物将停止繁殖；当含水率65%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

12、，温度剧降，并产生恶臭气体。 含水率也是好氧堆肥化关键工艺条件之一，并对通风等其它工艺技术参数产生影响。 含水率调节:脱水预处理，掺加调理剂（干调理剂锯末、湿调理剂污泥或粪便等）,好氧堆肥技术,好氧堆肥技术,仓内温度及其调制,温度决定着微生物活性大小和堆肥化进程快慢，同样是好氧堆肥化重要工艺技术参数之一。 温度太低，不利于有机质氧化分解和微生物新陈代谢，也达不到高温杀灭虫卵、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。 温度超过70时，堆肥中的放线菌等有益细菌将被杀灭，分解速度减慢。 堆肥化适宜温度为55-60 ，由温度-通风反馈系统来实现堆层温度的自动控制。,好氧堆肥技术,碳氮比（

13、C/N）及其调节控制,就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。 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。 综合考虑堆肥过程,适宜的C/N是25-30。一般通过配备不同比例的物料来进行调节。,好氧堆肥技术,好氧堆肥技术,碳磷比及其调控,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。 往往是通过在发酵过程中添加富含磷的污泥来调节堆肥原料的碳磷比。,好氧堆肥技术,pH值及其调控,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

14、过程的一个极好标志。最初阶段由于有机酸产生，pH值会降低到6.0以下；随着有机酸被逐渐分解，pH值逐渐上升到8.5左右， 一般认为pH=7.5-8.5时堆肥化效率最高,好氧堆肥技术,颗粒度,颗粒度影响堆层空隙率、透气性以及微生物、酶的活力。 颗粒度降低，表面积增大，将有效促进微生物的活动并加快堆肥速度; 颗粒过细，又会阻碍堆层中空气的流动，反过来则会减缓微生物的生存活性，速率减慢。,物料平均适宜粒度并随垃圾物性变化而变化。 纸类（含纸板）的破碎粒度为3.8-5.0cm； 材质较硬者的粒度要求小一些（0.5-1.0cm）； 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。,好氧

15、堆肥技术,好氧堆肥技术,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%。,好氧堆肥技术,好氧堆肥化工艺流程（程序）,前处理,主发酵,后发酵,后处理,贮存,前处理,不同的堆肥原料，所采用的前处理方式往往不同。 以家畜粪便、污泥等为堆肥原料时前处理措施是调整水分和碳氮比，或者添加菌种和酶制剂； 以城市生活垃圾为堆肥原料时，前处理往往包括破碎、分选等工序。考虑到增加物料表面积的同时，还必须保持一定的空隙率，以便于

16、通风供氧。一般情况下，适宜的粒径范围是12-60mm。,主发酵(一次发酵),理论基础：是由温度升高（经中温、高温）到开始降低为止的发酵过程。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肥物料供给氧气，物料在微生物的作用下开始发酵。 堆温上升的热量来源有两个方面：一方面是细胞外易分解物质氧化分解，产生的热量；另一方面是微生物细胞内吸收的物质和氧化分解而产生热量。,参与的微生物：发酵初期是靠嗜温菌分解作用进行；随着堆温上升，嗜热菌取代了嗜温菌，堆肥从中温阶段进入高温阶段；到易分解的有机物基本降解完，堆层温度开始下降。 所需时间：以生活垃圾为主体的城市垃圾和家畜粪尿好氧堆肥，主发酵期约4-12d 。,后发酵(二次发酵),目的：将经主发酵后，其中未分解的少量有机物进一步分解，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。 工艺要点： 需氧量和通风方式：耗氧量下降，通过自然通风和间歇翻堆。 所需时间：因反应速度降低，所需时间较长。一般取决于堆肥的使用情况。如果是近期使用，后发酵时间通常在