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1、固体废物处理与资源化,环境工程专业必修课程,Treatment and Disposal of Solid Waste,固体废物处理与资源化,环境工程专业必修课程,Treatment and Disposal of Solid Waste,第7章有机废物的堆肥化处理技术,本章内容,学习内容：主要介绍固体废物好氧分解的原理、影响因素、工艺方法及设备。好氧堆肥原理堆肥化工艺与堆肥影响因素 堆肥方法与设备 堆肥腐熟度及堆肥质量评价学习要求：通过学习要求掌握利用微生物好氧堆肥处理有机固体废物的基本知识及实际操作技术。,生物,设备,工艺,控制,接种剂,第一节 堆肥化的基本概念与发展过程,什么是堆肥化,堆
2、肥化利用自然界中广泛存在的微生物，有控制地促进固体废物中可降解有机物转化稳定的腐殖质转化的生物化学过程。,Bokashi compostingBokashi composting uses anaerobicoranaerobicinoculation to produce the compost. Once astarter cultureis made, it can be used to extend the culture indefinitely, likeyogurtculture. Since the popular introduction ofeffective microo
3、rganisms(EM), bokashi is commonly made with onlymolasses, water, EM, andwheat bran.,Inside of aw:Bokashi compostingbin. Food scraps are layered with the Bokashi bran which helps the food scraps ferment inside the air-tight bin.,什么是堆肥化,堆肥堆肥化的最终产物称为堆肥，也把堆肥化简单地称为堆肥。Compost(/kmpst/or/kmpost/) isorganic
4、matterthat has beendecomposedandrecycledas afertilizerandsoil amendment. Compost is a key ingredient inorganic farming. At the simplest level, the process of composting simply requires making a heap of wetted organic matter (leaves, food waste) and waiting for the materials to break down intohumusaf
5、ter a period of weeks or months.,堆肥终产物,高温堆肥产生的热量与蒸汽,一、好氧堆肥原理,微生物群落在营养、水分和通风条件合适的情况下，将垃圾中的有机物分解转化为二氧化碳、水、无机物和生物体细胞物质，同时释放能量，并将固体废物改良成稳定的腐殖质。,好氧堆肥发酵过程,好氧堆肥是在有氧条件下，好氧微生物通过自身的分解代谢和合成代谢过程，将一部分有机物分解氧化成简单的无机物，从中获得微生物新陈代谢所需要的能量，同时将一部分的有机物转化合成新的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多的生物体的过程 。上述过程包括氧化和合成两个过程。,好氧堆肥的基本反应,理论需氧量的计算:,
6、理论需氧量的计算:CaHbOcNd0.5(ny+2s+r-c)O2 nCwHxOyNzsCO2rH2O(d-nz)NH3式中，r=0.5b-nx-3(d-nz)；s=a-nw；n为降解效率。实例（P183 例7-1）用一种成分为 C6H7O2(OH)35的堆肥物料进行实验室规模的好氧堆肥化试验。试验结果是每1000 kg堆料在完成堆肥化后剩余400 kg，经测定产品成分为C6H7O2(OH)32 ，试求每1000 kg物料的理论需氧量。,二、好氧微生物,不同细菌的生长温度范围,好氧堆肥的三个阶段,好氧堆肥的微生物学过程可大致分为三个阶段，每个阶段都有其独特的微生物类群：1）产热阶段（中温阶段，
7、升温阶段）2）高温阶段3）降温阶段,嗜温菌和嗜热菌活动的温度范围,好氧堆肥的三个阶段,潜伏阶段,适应新环境,中温增长阶段,嗜温性细菌，芽孢菌、芽孢菌分解最易分解的可溶性物质，淀粉、糖类增多，温度45,高温阶段,嗜热性微生物、细菌，残留可溶性物质，纤维素、木质素，蛋白质逐步分解，温度4570,降温阶段,嗜温性微生物、多为难分解物质温度,产热阶段,第二节 堆肥化工艺,一、堆肥的基本工艺流程,一个完整的现代好氧堆肥化工艺通常由前处理、主发酵、后发酵、后处理、脱臭和储存6道工序组成。主发酵和后发酵是最为重要的，是堆肥过程的关键。,一、堆肥的基本工艺流程,主发酵与后发酵,主发酵,后发酵,升温段,高温段,
8、降温段,乡村简易堆肥法（一次发酵方式）,乡村堆肥的目的是利用其农业废弃物制备优质有机肥源。堆肥材料可分成三类。第一类是禾谷类的秸秆及其根茬、杂草和落叶等，它们是堆肥的主体。其特点是含氮较少，C/N比宽，木质素含量较高，不易分解 。第二类是促进分解的材料包括调节C/N比和酸度的材料。前者指含氮较多的物质，如人、畜粪尿、新鲜豆科绿肥和化学氮肥，后者指石灰。在农村进行简易高温堆肥时，还加入适量的骡、马粪或其培养液，以接种高温纤维分解菌。第三类是吸附能力强的材料，如泥土和泥炭等。堆制前酌情进行预处理。如粗大的玉米秆等应切碎至10 15cm；垃圾要进行分选，去除不可堆肥物；老熟的野草切短后用石灰水浸泡或
9、堆积；含水过多的杂草需晒一下除去部分水分。,乡村简易堆肥法（一次发酵方式）,材料的配方因地而异，一般高温堆肥的配方为：植物性秸秆100份，人、畜粪尿10-20份，石灰或草木灰2-5份，水100-200份，骡、马粪适量。,堆制技术一般堆宽和堆高各2.0m，长度视材料而定。堆前夯实地面，铺9-10cm厚的干细土或泥炭，以吸收肥液。开始先铺第一类材料，厚约20cm，然后加适量水和第二类材料，如此反复，堆积至所需高度，上用泥肥封顶。加堆积物的原则：第一类材料的厚度，由下而上逐层变薄；第二类材料的用量，由下而上逐层增多，以利腐熟均匀。,堆肥工艺实例,第三节 好氧堆肥化影响因素,1 粒度（孔隙度）,颗粒尺
10、寸亦即颗粒度的大小对通风供氧有重要影响，对堆肥原料颗粒尺寸有一定的要求。堆肥物料颗粒的平均适宜粒度为25-75mm 。厨房食品垃圾的粒度尺寸要求大一些，以免碎成浆状物料，妨碍好氧发酵。,2 C/N比,碳和氮是微生物生命活动和细胞合成的重要能源和原料，而微生物对有机物的降解和转化是堆肥化的关键，因此必须控制堆肥原料的C/N比，确保微生物降解和转化顺利、高效。微生物生长需要碳源，蛋白质合成需要氮源，微生物合成1份蛋白质大约需要30份碳，对于堆肥来讲，C/N比为3035起来是理想的。若C/N 比过高，微生物增殖时由于氮不足，生长受到限制，有机物降解速度变得缓慢，堆肥时间变长；若C/N 比过低，则堆肥
11、过程产生NH3，不仅影响环境而且造成肥效成分氮的损失，影响农作物生长。,3 含水率,水分的作用在于(1)为微生物新陈代谢提供水分；(2)能过水分蒸发带走热量，调节堆肥温度一般要求堆肥含水率为50%-70%。水分超过65%，易造成厌氧状态，减缓降解速率，产生H2S恶臭气体；水分低于40%，微生物活性降低，有机物难以分解；水分低于12%，微生物停止繁殖。,4 混合与接种,有机物是微生物赖以生存和繁殖的重要因素，堆肥反应的特性是它需要一个合适的有机质范围。适合堆肥的有机物含量范围为 20-80。当有机物含量低于 20时堆肥过程产生的热量不足以提高堆层的温度而达到堆肥的无害化，也不利于堆体中高温分解微
12、生物的繁殖，无法提高堆体中微生物的活性，最后导致堆肥工艺的失败。当堆体有机物含量高于 80时由于高含量的有机物在堆肥过程中对氧气的需求量很大，而实际供气量难以达到要求，往往使堆体中达不到好氧状态而产生恶臭，也不能使好氧堆肥顺利进行。,5 通风供氧量,堆肥过程是一个生化过程，堆体是一个具有气、液、固三相的复杂多相体，堆料在堆肥过程中对空气的需求量是不断变化的。通风是好氧堆肥成功的重要因素，其作用在于：堆肥初期的升温阶段，在满足生物需氧条件下，尽量使散热达到最低；堆肥中期的恒温阶段（高温阶段），通风量的控制是以散热为主，以维持堆体的温度恒定；堆肥后期的降温阶段，为了还使物料进一步发酵，就必须减少通
13、风量，甚至不再进行通风。堆肥结束时，可通过通风去除堆肥成品的水分，即用于干燥堆肥。通风量主要取决于：堆肥原料中有机物含量、有机物中可降解成分的比例、可降解系数等,6 温度,堆肥化是一个放热过程，若不加控制，温度过高会过度消耗有机质，降低堆肥产品质量，温度过低也不利于堆肥化过程，发酵时间延长。堆肥化温度控制的另一目的是杀灭堆料中的病原菌、寄生虫卵和杂草种子，堆肥化过程若能维持在 60以上一昼夜时间，即可达到无害化目的。堆肥化过程常采用调节通气量大小的办法控制温度。,温度是堆肥化过程重要的操作控制参数，是堆肥系统微生物活性的反映，温度的作用主要是影响微长物的生长。,堆肥温度与CO2生成速率关系,7
14、 pH,堆肥原料一般情况下呈中性，堆肥化时一般不需要调整。即使发酵过程中 pH 值发生变化，例如条垛系统 23d 内 pH 值会下降到 5 左右，但随着发酵的进行，pH 值会重新上升，堆料熟化时 pH 值达到 78。堆肥过程中 pH 值的变化，与微生物的代谢活动有关，微生物自身可以进行调整。不论堆肥的原料如何，堆肥结束时的 pH 值几乎都在 78 之间，因此也可以用 pH 值作为堆肥熟化与否的控制指标。,6.5,8.5,第四节 堆肥方法与设备,一、堆肥方法与设备分类,传统分类法：露天堆肥法、半快速堆肥和快速堆肥法等；国外比较新的分类方法是：“非反应器型”（静态）堆肥和“反应器型”（动态）堆肥两
15、大类。静态堆肥 投资成本较低，但占地面积大，周期长，受天气条件影响严重。动态堆肥 发酵周期短，受天气条件影响小，无害化程度高，但设备投资大，技术较复杂。,堆肥系统的分类及其对比,各种堆肥系统的主要区别在于维持堆料及通气条件所用技术手段的差异，因此就出现了不同的分类方法。有人将堆肥系统分成干预堆肥系统和非干预堆肥系统，或称为静态堆肥系统和动态堆肥系统。一般来讲，应用反应器的系统通常被叫做“机械的”、“封闭的”或“容器的”系统，而不用反应器的系统被称为“开放”系统。堆肥系统也可依据反应器类型、物料流动特点，反应器条件以及空气供应方式来分类。下表基本包括了大部分历史上和目前沿用的堆肥系统。,根据堆肥
16、技术的复杂程度以及使用情况，主要有三大类堆肥系统：条垛式、静态垛式和反应器系统。条垛堆肥主要通过人工或机械定期翻堆配合自然通风来维持堆体中的有氧状态；与条垛堆肥相比，静态堆肥在堆肥过程中不进行物料的翻堆，能更有效地确保堆体达到高温和病原菌灭活，堆肥周期缩短；反应器堆肥则在一个或几个容器中进行，通气和水分条件得到了更好的控制。,二、非反应器型堆肥方法与设备,1、静态条堆法按比例把物料和调理剂剂混合；把永久的通气管或临时的多孔通气管上覆盖约为10cm厚的调理剂，形成堆肥床；,把物料/调理剂的混合物加到堆肥床上；在堆体的外表覆盖一层已过筛或未过筛的腐熟堆肥；把鼓风（空压）机连接到通气管道上。,二、非
17、反应器型堆肥方法与设备,2、翻堆式条堆法,利用翻堆机对物料进行翻转搅动，属自然通风供氧。料堆高度在24m , 宽度在36m ，长度可达120m。一般每周搅拌13 次，6 个月腐熟。易受气候环境的影响、占地面积大、堆肥时间长、效率低，且会产生臭气。,CT670 翻堆机,使用 CT670，让堆肥更加高效。此拖挂式翻堆机使用威猛 (Vermeer) 获专利的提升面技术将物料举起并翻倒，然后再翻过来放到草槽上让其完全风干，以便缩短其分解周期。只需两轮，CT670 就能将宽度高达 3.7 米、高度高达 1.8 米的堆肥草槽完全风干，每小时能处理多达 1,529 立方米的物料。,改善您的堆肥工作 - 获专
18、利的提升面技术能在第一轮就将 1.8 米宽的堆肥草槽完全翻动。堆建更好的草槽 - 机器卸料时，四个金属叶片能将物料从提升面上引入形状整齐的草槽中。遥控 - 使用带系绳的遥控器让您能坐在拖车上对 CT670 进行控制。咨询威猛 (Vermeer) 经销商获取全面的服务和原装威猛 (Vermeer) 备件。,开放条垛式堆肥场景,开放条垛式堆肥场景,三、反应器型堆肥方法与设备,搅拌式翻堆发酵池由长条形发酵池和搅拌翻堆机组成。主要特点是采用定期翻堆，使物料均匀，并提供充足氧气，有时还考虑强制通气（常采用抽气方式进行）。翻堆作业通常采用翻堆机械进行，也有一些堆肥机械融粉碎、翻堆、测温测氧于一体。易产生压
19、实结块现象，通气性能不好，气味问题较严重。,三、反应器型堆肥方法与设备,2. 搅拌式翻堆发酵池该发酵池属水平固定类型，通过安装在槽两边的翻堆机对垃圾进行搅拌，为的是使垃圾水分均匀和均匀接触空气，使堆肥物料迅速分解防止臭气的产生。链板环状相连组成翻堆机，在各链板上安装附加挡板形成戽斗式刮刀，以此来搅拌和掏送物料。发酵时间为710d，翻堆次数为一天一次。,三、反应器型堆肥方法与设备,3. 立式堆肥发酵塔全塔水平分5-8 层，每层上物料可被搅拌器耙成垄沟形，可增加表面积。塔内温度分布为上层到下层逐渐升高。一般发酵周期为58d 。添加特殊菌种可使堆肥发酵时间缩短到25d 。,三、反应器型堆肥方法与设备
20、,3. 多层发酵塔多层移动床式发酵塔除通过旋转搅拌耙子搅拌、输送物料外，利用物料自身重力向下散落，实现物料的混合和获得氧气。,三、反应器型堆肥方法与设备,4. 达诺式发酵滚筒反应器（发酵槽）堆肥系统在发达国家使用较普遍，美国 1993 年普查，在321 个堆肥厂中发酵仓系统占 30.1%。法国目前有 70 多个堆肥厂，多数都半机械化操作，其中采用最普遍的是滚筒式发酵系统卧式堆肥发酵滚筒的工艺参数滚筒直径2.5-4.5m,长度20-40m,旋转速度0.2-3r/min,常温24连续运行,通风量为0.1m3/(m3min)，1次发酵时间：36-48h,全程发酵时间：2-5d,滚筒填充率（筒内废物量
21、/筒容量）80%,工作过程滚筒以一定的速度转动，物料被反复抄起、升高、跌落，使物料的温度、水分均匀化，同时获得氧气，以完成物料的发酵处理。筒体斜置，当沿旋转方向提升的物料靠自重下落时，逐渐向筒体出口一端移动，并最终从滚筒内排出。,北京排水集团庞各庄污泥堆肥升级改造工程（图）,项目名称：北京排水集团庞各庄污泥堆肥升级改造工程工程公司：万若（北京）环境工程技术有限公司建设性质：改造 建设地点：北京-大兴区建设规模：130吨/天 项目完成时间：2009年9月30日污泥处理处置方式：好氧发酵（堆肥） 发酵温度：50-72,第五节 堆肥腐熟度及堆肥质量评价,一、堆肥腐熟度评价的指标,堆肥化的目的是要达到
22、无害化、稳定化和资源化的要求，生产出符合标准的堆肥产品。有机废物通过高温好氧堆肥处理，使堆肥原料中的不稳定有机物经过一段时间的生物氧化和腐熟，形成性质稳定、对农作物无害、可作为土壤改良剂的堆肥产品。未腐熟的堆肥如果应用于土壤系统，由于其中的有机质没有达到足够稳定，对农作物生长产生一些不利影响，如阻碍农作物对氮的吸收、在植物根区形成厌氧条件及增加土壤中某些重金属离子的溶解性、其可能含有的植物毒性物质也会影响植物的正常生长。为了避免这些负面效应，检测并保证堆肥的腐熟度是很基本的问题。腐熟度：指堆肥中的有机质经过矿化、腐殖化过程最后达到稳定的程度。堆肥产品要达到稳定化、无害化，也不对环境产生不良影响
23、；堆肥产品的使用不影响作物的生长和土壤耕作能力。,一、堆肥腐熟度评价的指标,一、堆肥腐熟度评价的指标,二、堆肥产品质量及卫生要求,华盛顿州(State of Washington, US)的堆肥分级系统A级堆肥没有使用限制，可以用在食物链和中级耕作物以及所有其他用途上。B级堆肥不能用在食物链和中级耕作物上，但可以用在果园、葡萄栽培、绿化等上。,二、堆肥产品质量及卫生要求,本标准适用于以畜禽粪便、动植物残体等富含有机质的副产品资源为主要原料经发酵腐熟后制成的有机肥料。不适用于绿肥、农家肥和其他农民自积自造的有机粪肥。,课后练习,计算题1为了使好氧堆肥原料的C/N值达到25，现将C/N值为200的木屑和将C/N比值为6.3的污泥进行混合，试确定二者的混合比。已知污泥的含水率为80%，木屑的含水率为15%，污泥的含N量为5.6%，木屑的含N量为0.1%，确定混合废物的比例，以使C/N达到适宜范围。计算题2用一种成分为 C31H50NO26的垃圾进行好氧堆肥化小试试验。结果是每1000 kg堆料在完成堆肥化后剩余200 kg，经测定产品成分为C11H14NO4，试求每1000 kg物料的理论需氧量。,本章完,
