第7章堆肥1.ppt

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1、l第一节 基础概述l第二节 堆肥的基本原理、工艺及分类（实例）l第三节 影响固体废物堆肥化的主要因素l第四节 堆肥工艺及腐熟度检测l第五节 厌氧发酵概述l第六节 发酵工艺及其影响因素l第七节 发酵装置l固体废物生物转换技术是对固体废物进行稳定化、无害化处理的重要方式之一，也是实现固体废物资源化、能源化的系统技术之一。l原始森林经过漫长的岁月仍保持着繁荣茂盛，这是动物和植物的遗体、排泄物被微生物分解为腐植质，形成植物生长发育必需的食物链进行着物质循环的结果。这也是保持生态系统相对稳定的基础。在自然界到处都存在这种物质循环，即便在与人们息息相关的农田里也重复着这种物质循环现象。l在自然界中存在着大

2、量依靠有机物生活的微生物，它们有氧化分解有机物并将其转化为无机物的巨大功能（生物能）。而且具有分布广，繁殖快，容易发生变异等特性。正是这些微生物（分解者），作为生态系统组成的重要环节，不断进行着有机物的分解与无机化（矿化），促进了上述循环的正常进行。l另一方面，人们生产和生活过程中不断产生各种各样的固体废物，对整个社会而言就是生产消费废物的一个不断的循环系统。l人类通过各种手段，借助于上述微生物的生物能，对固体废物进行生物处理，实现固体废物（主要是有机固体废物）的的技术就统称为。l这种生物转换技术应用的重要意义在于：对城市固体废物进行处理消纳，实现稳定化、无害化，可以避免或者减轻城市垃圾的大量

3、堆积，影响市容及城市垃圾自然腐败，散发臭气，传播疾病，从而对环境造成的恶劣影响。可促进上述自然界物质循环与人类社会化物质循环的统一，可以把固体废物中的适用组分尽快地重新纳入自然循环（例如生产堆肥用以施肥、改造土壤，可回归农田生态系统中去）；可以将大量有机固体废物通过各种工艺转换成有用的物质和能源（例如产生沼气、生产葡萄糖、微生物蛋白质等）。l微生物同所有生物一样，在生命活动过程中从周围环境吸取养料，并在体内不断进行物质转化和交换作用，这种过程称之为新陈代谢，简称代谢。代谢作用大体上分二大类：物质分解及提供能量的代谢称为分解代谢；消耗能量合成生物体的代谢，称为合成代谢，两种代谢是不可分割，互为依

4、存的。l在固体废物生物处理过程中，有各种微生物与发挥作用。微生物种类繁多，大致可以作如下分类：l对于所有微生物来说，凡是生活时需要氧气的都可以称为，只有在无氧环境中才能生长的称为，在无氧和有氧的环境中都能生活的统称为。真核细胞类型原生动物藻类直菌蓝绿藻酵母菌霉菌细菌原核细胞类型微生物l根据在处理过程中起作用的微生物对氧气要求的不同，生物处理可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两类。l这是一种在提供游离氧的条件下，以好氧微生物为主使有机物降解、稳定的无害化处理方法。固体废物中存在的各种有机物（分子量大、能位高）作为微生物的营养源，经过一种生化反应，逐级释放能量，最终转化成分子量小，能位低物质而稳定下

5、来，达到无害化的要求，以便利用或进一步妥善处理，使其回到自然环境中去。l这是在没有游离氧的情况下，以厌氧微生物为主对有机物进行降解、稳定的一种无害化处理。在这种厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解、转化为简单、稳定的化合物，同时释放能量。其中，大部分能量以CH4形式出现，这是一种可燃气体，可回收利用。同时，仅少量有机物被转化、合成为新的细胞组成部分。l随着生产力发展和科技进步，堆肥化技术已得到不断改进。一方面，人工堆肥是有机肥，对改善土壤性能与提高肥力维持农作物长期的优质高产方面都是有益的，是农业、林业生产需要的。另一方面，各国有机固体废物数量逐年增加，需要对其处理的卫生要求也日益严格，

6、从节省资源与能源角度出发，有必要把实现有机固体废物资源化作为固体废物无害化处理、处置的重要手段，有机固体废物的堆肥化能同时满足上述两方面要求，所以得到各国应有的重视。l有机固体废物沼气化是另一种成熟的生物转换技术。沼气亦称生物气，是有机物质在隔绝空气和保持一定的水分、温度、酸碱度条件下，经过多种微生物的发酵分解作用产生的以甲烷为主的气体混合物。污泥厌氧消化过程产生的消化气体。城市固体废物填埋场生物降解过程中产生的生物气以及广大农村用农业废物厌氧发酵收集的气体都是沼气。因此，沼气化技术应用面十分广泛。l沼气是一种比较清洁且热值较高的气体燃料，固体废物的沼气化对节约能源、增加有机肥料、改善环境卫生

7、都有重要作用，因而是一种经济而理想的生物转换技术。l（1）依靠自然界广泛分布的细菌、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植质生化转化的微生物学过程叫做堆肥化。堆肥化的产物称作堆肥。l（2）使用堆肥后，能够增加土壤中稳定的腐植质，形成土壤的团粒结构，并有一系列作用：使土质松软，多孔隙易耕作，增加保水性、透气性及渗水性，改善土壤的物理性能；肥料成分中氮、钾、铵等都以阳离子形态存在。由于腐植质带阴电荷，吸附阳离子，有助于粘土保住阳离子，即保住养分提高保肥能力。腐植质阳离子交换容量是普通粘土的几倍到几十倍；腐植质有螯合作用和缓冲作用。对于作物有害的铜、铝、镉等重金属可与腐植质发

8、生螯合反应而降低其危害程度，有利于植物生长。当土壤中腐植质多时，即使肥料施得过多或过少，也不易受到损害；即使气象条件恶化也可减轻其影响；即使其他条件稍微恶化，也能减少冲击和缓和影响。例如水分不足时，可防止植物枯萎，起到似类于缓冲器的作用。堆肥是缓效性肥料。腐植化的有机物具有调节植物生长的作用，也有助于根系发育和伸长；将富有微生物的堆肥施于土中可增加土壤中微生物数量。微生物分泌的各种有效成分能直接或间接地被植物根吸收而起到有益作用，故堆肥是昼夜均有效的肥料。堆肥是CO2的供给源。如与外界空气隔绝的密封罩内CO2气浓度低，当大量施用堆肥后，罩内较高的温度可促使堆肥分解放出CO2。总之，腐植质能改善

9、土壤物理的，化学的，生物的性质，使土壤环境保持适于农作物生长的良好状态。腐植质又有增进化肥肥效的作用。l堆肥的用途很广，既可以用作农田、绿地果园、葡萄园、菜园、苗圃、畜牧场、庭院绿化、风景区绿化、农业等的种植肥料，也可以作蘑菇盖面、过滤材料、隔音板及制作纤维板等。l堆肥用途一览表用 途肥料等级施肥频率施 肥 期施 用 法施 用 量谷物种植初级堆肥或 成品堆肥24a/次秋天或春天施入土壤表面40100 t/ha牧 场细粒的初级 堆肥或成品堆肥24a/次全年均可施入浅层表土2060 t/ha果树种植初级堆肥或3a/次除收获季节施入土壤表面100200 t/ha成品堆肥外均可葡萄种植腐植质供给初级堆

10、肥或23a/次葡萄收获后施入浅层表土100250成品堆肥和返青前t/ha保护地力初级堆肥2a/次葡萄收获后均匀地撒于200300和返表前表面t/ha蔬菜种植初级堆肥或24a/次除收获季节浅表层60100特殊堆肥外均可t/ha温 室成品堆肥或24a/次除收获季节浅层1015特殊堆肥外均可t/ha蘑菇培植成品堆肥45 次/a全年均可70%堆肥低于 20%黑泥炭和 5%石灰、5%粘土中（体积百分比）4050 kg/次苗 圃成品堆肥或 特殊堆肥2a/次全年均可表 层3040l堆肥的原料很广泛，有城市生活垃圾，由纸浆厂、食品厂等排水处理设施排出的污泥及下水污泥，粪尿消化污泥、家畜粪尿、树皮、锯末、糠壳、

11、秸杆等等。在我国堆肥主要原料是生活垃圾与粪便的混合物。也有的是城市垃圾与生活污水污泥的混合物。l城市生活垃圾是最主要的原料，但其中可堆肥物数量，碳氮比，水分等等常常不能满足要求，需要进行适当的预处理。配入粪便或某些污泥可以有效地调整碳氮比和水分，并能得到氮、磷、钾含量较高的有机肥。此外不少农业废物也是堆肥的重要原料。l我国实施的城镇建设业标准，CJ/T30591996“城市生活垃圾堆肥处理厂技术评价指标”中规定，堆肥原料特性有：密度：适用于堆肥的垃圾密度一般为350650kg/m3；组成成分（湿重）%：堆肥原料必须按分类统计各组成成分，其中有机物含量不少于20%；含水率：适合堆肥的垃圾含水率为

12、40%60%；碳氮化（C/N）：适合堆肥的垃圾碳氮比为20：130：1。易腐物灰渣，mm废品成分动物性植物性渣砾15灰土55持续5d以上。蛔虫卵死亡率：95%100%；粪大肠菌值：101102；l自然界中有很多微生物具有氧化、分解有机物的能力，而城市有机废物则是堆肥化微生物赖以生存，繁殖的物质条件。根据生物处理过程中起作用的微生物对氧气要求不同，可以把固体废物堆肥分为好氧堆肥化和厌氧堆肥化。前者是在通风条件下，有游离氧存在时进行的分解 发 酵 过 程，由 于 堆 肥 堆 温 高，一 般 在5565，有时高达80，故亦称高温堆肥化。后者是利用厌氧微生物发酵造肥。l由于好氧堆肥化具有发酵周期短，无

13、害化程度高，卫生条件好，易于机械化操作等特点，故国内外用垃圾、污泥、人畜粪尿等有机废物制造堆肥的工厂，绝大多数都采用好氧堆肥化。l好氧堆肥化是在有氧条件下，依靠好氧微生物（主要是好氧细菌）的作用来进行的。在堆肥化过程中，有机废物中的可容性有机物质可透过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物直接吸收，而不溶的胶体有机物质，先被吸附在微生物体外，依靠微生物分泌的胞外酶分解为可溶性物质，再渗入细胞。l微生物通过自身的生命代谢活动，进行分解代谢（氧化还原过程）和合成代谢（生物合成过程），把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并放出生物生长、活动所需要的能量，把另一部分有机物转化合成新的细胞物质，使微生物生

14、长繁殖，产生更多的生物体。可用下图简要地说明这种过程。l可用下列关系式反映堆肥化过程中有机物氧化分解关系。lCSHtNUOVaH2O+bO2CWHXNYOZCH2O+dH2O(气)+eH2O(液)+fCO2+gNH3+能量l由于堆温较高，部分水以蒸气形式排出。l堆肥成品CWHXNYOZCH2O与堆肥原料CSHtNUOVaH2O之比为0.30.5（这是氧化分解减量化的结果）。通常可取如下数值范围：w=510,x=717,y=1,z=28。l好氧堆肥化从废物堆积到腐熟的微生物生化过程比较复杂，但大致可分为三个阶段：（亦称产热阶段）。堆肥初期，堆层基本呈中温，嗜温性微生物较为活跃并利用堆肥中可溶性有

15、机物旺盛繁殖。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。此阶段微生物以中温、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；当肥堆温度升到45以上时，即进入。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。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

16、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，l与细菌的生长繁殖规律一样，可将微生物在高温阶段生长过程细分为三个时期，即对数生长期，减速生长期和内源呼吸期。在高温阶段微生物活性经历了三个时期变化后，堆积层内开始发生与有机物分解相对应的另一过程，即腐植质的形成过程，堆肥物质逐步进入稳定化状态；在内源呼吸后期，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，此时微生物活性下降，发热量减少，温度下降。在此阶段嗜温微生物又占优势，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定化，此时堆肥即进入腐熟阶段。降温后，需氧量大大减少，含水量也降低，堆肥物孔隙增大，氧扩散能力增强，此时只须自然通风。l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。一般设计认为杀灭蛔虫卵的条件也可杀灭原生动物，孢子等，故可以把蛔虫卵作为灭菌程度的指标生物（它的耐热性能与其他肠道病原体大致相当）。消灭的时间温度温度的时间温度微 菌温度时间(min)温度时间(min)志贺氏（杆菌）内阿米巴溶组织的孢子绦虫微球菌属化