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1、2021年 秋 季学期讨论生课程考核（读书报告、讨论报告）考核科目: 污 泥 好 氧 发 酵 过 程 复 合 控 制 技术同学所在院（系） : 市 政 环 境 工 程 学 院学学生 所生在 学姓科:名:市邢政佳工程学号:1 5B 92 70 01学生类别:博士研究生考核结果阅 卷 人Word 文档第1页（共7页）固体废物堆肥过程中的安全掌握问题及计策摘要：有机固体废弃物的处理长期以来始终受到重视，由于其含有大量的重金属及在物质 玻璃、塑料、金属等 ，不能直接利用， 而新奇的有机质假如施人土壤， 在被土壤微生物分解的同时， 会生成一些对植物正常生长有抑制作用的中间代产物；因此有机固体废弃物的堆肥
2、化处理得到普遍采纳，但是堆肥后的产物性质是否稳固；以及是否达此，堆肥安全性始终是阻碍堆肥应用的关键问题；本文就堆 肥安全性掌握做出如下概括说明；关键词： 固体废物；堆肥；安全掌握；腐熟度；重金属1. 堆肥的原理1.1 堆肥的基本原理堆肥化（ composting ）是在微生物作用下通过高温发酵使有机物矿质化、腐殖化和无害化而变成腐熟肥料的过程，在微生物分解有机物的过程中，不但生成大量可被植物吸取利用的有效态氮、磷、钾化合物，而且又合成新的高分子有机物 腐殖质，它是构成土壤肥力的重要活性物质；在堆肥过程中， 生活垃圾中的溶解性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜而被微生物所吸取， 固体的和胶体的有
3、机物先附着在微生物体外，由生物所分泌的胞外酶分解为溶解性物质，再渗入细胞；微生物通过自身的生命代活动，进行分解代（氧化仍原过程）和合成代（生物合成过程） 把一部分被吸取的有机物氧化成简洁的无机物，并放诞生物生长活动所需的能量， 把另一部分有机物转化合成新的细胞物质，使微生物生长繁衍， 产生更多的生物体；可以用图 1.1简要的说明这种过程：图1.1 有机物的好氧堆肥分解以下方程式反映了堆肥中有机物的氧化和合成1,2,31 有机物的氧化不含氮的有机物（CxHyOz ）CxHyOz+ （ x+1/2y-1/2z ） O2=xCO 2+1/2yH 2O+能量含氮有机物（ CsHtNuOv aH 2O）
4、CsHtNuOv aH2O+bO 2 =CwHxNyOz cH2O（堆肥） +dH 2O 气+cH 2O（水）1.2 堆肥的微生物变化过程城市生活垃圾堆肥的过程是一个生物化学反应的过程，不论是好氧堆肥， 仍是厌氧堆肥，起主导作用的有机物质分解成为肥料、二氧化碳、水及氨气等，并释放能量；相宜于高温好氧堆肥的微生物种类许多，主要有细菌、真菌和放线菌，有时仍有酵母和原虫参与；这些微生物来自混入垃圾的土壤、食品废物或其它有机废弃物；城市生活垃圾中一般细菌数量在1014-1016个 /千克，其中，总大肠菌和粪性大肠菌分别占10%和1%；1好氧堆肥化从废物积累到腐熟的微生物生化过程比较复杂，但大致可分为以
5、下三个阶段.(1) 中温阶段（亦称产热阶段）堆肥初期， 堆肥基本呈中温， 嗜温性细菌较为活跃， 并利用堆肥中可溶性有机物旺盛繁衍；它们在转化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；此阶段微生物以中温、需氧型为主，通常是一些无芽孢细菌；适合于中温阶段的微生物种类极多， 其中最主要的是细菌； 细菌特殊适应水溶性单糖类，放线菌和真菌对于分解纤维素和半纤维素具有特殊功能；(2) 高温阶段当堆肥温度上升到 45以上时， 即进入堆肥过程的其次阶段高温阶段； 此时， 嗜温性微生物受到抑制甚至死亡，取而代之的是一系列嗜热性微生物（真菌、放线菌等） ；堆肥中残留的和新形成
6、的可溶性有机物连续分解转化， 复杂的和一些难分解的有机化合物如半纤维素、纤维素、蛋白质等也开头被逐步分解，腐殖质开头形成，堆肥物质进入稳固状态；高温阶段， 各种嗜热性微生物的类群和种类是相互接替的， 一般在 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， 仅有嗜热性放线菌和细菌在活动； 温度上升到 70以上时， 对大多数嗜热性微生物已不相宜， 微生物大量死亡或进入休眠状态，除一些孢子外，全部的病原微生物都会在几小时死亡，其它种子也被破坏；与细菌的生长繁衍规律一样，依据微生物的活性，可将其在高温阶段的生长过程分为三个时期：对数增长期：这一时期，嗜热性微
7、生物处于对数增长期，养分过剩，其活性增长速度与有机物浓度无关，仅与温度及供氧量有关；减速增长期： 在易分解和部分较难分解有机物不断消耗和新细胞不断合成后，堆肥中有机物含量急剧下降，直至有机物不再过剩， 且成为微生物进一步生长的限制因素，嗜热性微生物便从对数增长期过度到减速增长期；此时， 微生物增长速度将直接与剩下的养分物浓度成正比；源呼吸期： 此时连续通入空气， 微生物仍不断地进行代活动，但因堆肥中易分解和部分较易分解有机物几乎耗尽，微生物的代进入源呼吸期，虽然在有机物充分时源呼吸也存在，但细胞的合成远大于消耗，故其表现不明显， 而在源呼吸期就不然， 由于此时微生物已不能从其四周环境中获得足够
8、的能量以维护其生命，于是开头显著地代自身细胞的养分物质，随后， 微生物在维护其生命中逐步死亡，细胞部分酶开头分解细胞壁某些部分，养分物质便离开细胞本体向外扩散， 以供应应活着的微生物较多养分，此时，细胞的生长虽没有完全停止， 但被细胞的分解率所超越，致使微生物数量削减，由于此时能量水平低，耗氧削减，故通气量亦可削减； 在高温阶段微生物活性经受了三个时期变化后，积累层就开头进展与有机质分解相互对立的另一过程，即腐殖质的形成过程，堆肥物质逐步进入稳固状态；(3) 腐熟阶段经过高温阶段，在源呼吸后期，堆肥中有机物基本降解完，只剩下部分较难分解及难分解的有机物和新形成的腐殖质，嗜热微生物由于缺乏适当的
9、养分物质而停止生长，即其生物活性下降， 发热量削减； 堆肥温度会由于散热而逐步下降，堆肥过程进入第三阶段腐熟 阶段；在此阶段，中温微生物又开头活跃起来，重新成为优势菌种，对残余较难分解的有机物作进一步分解，腐殖质不断增多，且稳固化；当温度下降并稳固在40左右时，堆肥基本达到稳固；堆肥进入腐熟阶段，降温后，需氧量大大削减，含水量也降低，物料孔隙率增大，氧扩散才能强，此时只需自然通风；2. 污泥堆肥土地利用所面临的安全性问题污泥堆肥古有肯定量的重金属和盐分，施人土壤后， 将引起土壤重金属和盐分含量增加， 直接危害植物生长或成为潜在的威逼；土壤中累积过多的重金属重金属进入食物链或地下 水仍能造成新的
10、环境问题；污泥中重金属主要有铜、锌、铅、铬、镉、镶、汞及砷 危害性上归为重金属 等；由于污泥的来源和产生的时间不同，重金属含量变化很大；依据美国科学院资料， 美国东部 6个州 150个污水厂污泥重金属含量差异极大相差最大的汞含量相差21200倍，其它重金属含量差异也有78至4130 倍之多；为削减重金属可能带来的危害，建议采纳以下措施： 1 加入适量的调理剂和膨胀剂，降低枵泥堆肥中的重金属含量；2污泥堆肥中加入改良剂 如石灰等 ，降低重金属的迁移性及生物有效性；3 挑选种植对重金属不敏锐的植物； 4重金属含量过高的污泥堆肥应禁止农田特殊是蔬菜地使用以防止重金属进入食物链这类污泥应挑选用于林地和
11、园林绿化；5防止连续大量使用重金属含量高的 污泥堆肥， 造成土壤中重金属积存； 为确保农用污泥使用的安全性，一些国家制定农用污泥重金属含量限制标准，不同国家标准差异很大 表1 ；表1 一些国家农用污泥重金属含量标准（mg/kg ）国家GuZnPbCdNiCrAsHgMo中国15001000100020200100015美国（20t/hm2a ）1104303104620013303599美国（非农地）33008600160038099031003630230芬兰30005000120030500100025瑞典30003001550010008日本5502欧盟15003000100040400
12、3. 堆肥安全掌握指标3.1 腐熟度3.1.1 腐熟度的意义腐熟度指标（ maturity indices ）是国际上公认的衡量堆肥反应进行程度的一个概念性参数，即判定堆肥过程已经完成的标准是腐熟度4 ；腐熟度作为衡量堆肥产品的质量指标早就被提出；堆肥产品腐熟的基本含义包括：通过微生物的作用，堆肥的产品要达到稳固化、无害化及不对环境产生不良影响；堆肥产品的使用不影响作物的生长和土壤的耕作才能；由此看出，腐熟度是对固体废物堆肥安全掌握的重要指标判定堆肥腐熟度的指标一般可分为三类： 物理学指标、 化学指标和生物学指标； 物理学指标易于检测， 常用于描述堆肥过程所处的状态； 化学指标得到了广泛讨论和
13、应用； 堆肥化是微生物对有机物的分解过程，可采纳生物学指标进行评判；此外仍有光谱分析法等；3.1.2 腐熟度的检测指标3.1.2.1 物理学指标包括温度，气味，色度，残余浊度，光学特点，热重分析等参数；但是物理学指标难于定量表征堆肥过程中堆料成分的变化，也就不易定量说明堆肥的腐熟程度；Sela 等5 用城市垃圾进行堆肥试验，将不同腐熟度的堆肥按比例与某些结构上有缺陷的土壤混合，在温度30下好氧培育一段时间，分析堆肥对土壤结构的影响以评判堆肥的腐熟度；结果发觉， 堆肥时间为 714 天的堆肥产物在改进土壤残余浊度和水电导率方面具有最相宜的影响； 同时混合物中多糖的成分也达最高；但该讨论只是初步的
14、试验，需与植物毒性试验和化学指标结合进行综合讨论；Rajbanshi 等6 以树叶为原料进行堆肥试验，发觉堆肥的丙酮萃取物在665nm的吸光度随堆肥的时间呈下降趋势；对不同时间堆肥的水萃取物在波长280nm 、465nm 和 665nm的光学性质讨论说明，由于个别有机成分的少量存在，抑制了对短波280nm、465nm 的吸取， 而对波长 665nm的可见光影响较小； 通过检测堆肥在 E665 nm（ E665 nm表示堆肥萃取物在波长665 nm 的吸光度）的变化可反映堆肥腐熟度，腐熟堆肥E665 应小于 0.008；3.1.2.2 化学指标常通过分析堆肥过程中堆料的化学成分或性质的变化来评判堆肥腐熟度；如有机质或全碳，易降解有机质，碳氮比，PH等；在堆肥过程中，最易降解的有机质可能被微生物用作能源而最终消逝，所以一些讨论者认为它们是最有用的参数7 ；淀粉和可溶性糖：堆肥原料中一般含有3 类碳水化合物，即：糖、淀粉和纤维素；在堆肥过程中，糖第一消逝，接着是淀粉，最终才是纤维素；淀粉和可溶性糖是堆肥原料中典型的易降
