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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活的微生物；
2、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、固体废物堆肥化技
3、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成品（或产品）
4、，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厌氧细菌的作用降解有机物
5、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。由于温度不高，不能有效地杀灭病原
6、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，通过风机强制通风，提供氧源，或不通风厌
7、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的处理。缺点：要求高度机械化，设计复杂、施工
8、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
9、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，
10、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
11、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，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
12、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（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
13、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,H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.
14、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
15、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
16、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
17、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20-30d。,后处理,目的： 经过外选工序进一步去除前处理过程没有去除的塑料、玻璃等杂物，并根据需要进行必要的破碎处理（如生产精制堆肥）。主要设备： 分选机（磁选机、振动筛等）和破碎机。,贮存,堆肥一般在春秋两季使用，夏冬两季生产的堆肥只能贮存，所以要建立可贮存6个月生产量的库房。 贮存方式可直接堆存在二次发酵仓内或袋装贮存。,好氧堆肥系统及主要技术环节,不同堆肥技术的主要区别在于维持堆体物料均匀及通气条件所使用的技术
18、手段的不同。这里主要介绍常用的条垛式、强制通风静态垛系统和重要的反应器系统的主要技术环节。,条垛式,技术特点：通过定期翻堆来实现堆体中的有氧状态；一次发酵周期为13个月；垛的断面可以是梯形、不规则四边形或三角形。工序组成：预处理、建堆、翻堆和储存。,条垛式优缺点,优点：所需设备简单，投资相对较低；翻堆使堆肥易于干燥，填充剂易于筛分和回用；产品的稳定性相对较好。缺点：占地面积大；堆腐周期长；需要大量的翻堆机械和人力；需要更频繁的监测，才能保证通气和温度要求；翻堆会造成臭味的散发，影响周围环境；运行操作受气候影响大，雨季会破坏堆体结构，冬季则使堆体热量大量散失、温度降低。,强制通风静态垛系统,在条
19、垛式堆肥系统上增加通风系统，就成为强制通风静态垛系统。它能更有效地确保高温和病原菌灭活。 场地：场地的表面应结实、能迅速排走积水和渗滤液。,强制通风静态垛优缺点,设备投资相对较低；与条跺式堆肥系统相比，温度及通风条件得到更好的控制；堆腐时间相对较短，一般为23周；产品稳定性好，能更有效的杀灭病原菌及控制臭味；占地也较少；受寒冷气候的影响较小。,反应器堆肥系统是使堆肥物料在部分或全部密闭的反应器即发酵装置(如发酵仓、发酵塔等)内，控制通风和水分条件，使物料进行生物降解和转化，也称发酵仓系统。特点：在一个或几个容器内进行，机械化和自动化程度较高。堆肥基本步骤与其他两类系统相同。,反应器系统,优点：
20、设备占地面积小；能进行很好的过程控制；堆肥过程不受气候条件的影响；可对废气进行统一收集处理，防止环境的二次污染；可对热量进行回收利用。缺点：堆肥的投资和运行、维护费用很高；堆肥周期较短，堆肥产品会有潜在的不稳定性，堆肥的后熟期相对延长；由于机械化程度高，一旦设备出现问题，堆肥过程即受影响。,反应器系统的优缺点,堆肥腐熟度及其指标,基本含义：堆肥产品达到稳定化，无害化程度，对环境不产生不良影响；堆肥产品使用不影响农作物的生长和土壤的耕作能力。,定义：堆肥中有机质因氧化分解而稳定化程度.,堆肥腐熟度判断标准,直观标准：无激烈分解、低温、茶褐色或黑色，无恶臭，手感松软易碎，无明显纤维素和木质结构等。
21、化学标准：堆肥中的COD、淀粉和纤维素、碳氮比、碱性基本交换量、硝酸氨等。工艺参数标准：包括堆层温度，水分物料平衡，耗氧速率等。,立式堆肥发酵塔卧式堆肥发酵滚筒箱式堆肥发酵池,堆肥发酵装置,主要好氧堆肥设备及工艺,立式堆肥发酵塔:包括立式多层圆筒式、立式多层桨叶刮板式、立式多层移动床式等类型。发酵时间：3-10天完成一次发酵通气方法：风机除臭类型：密闭型优点：占地面积小，除臭设备体积小。缺点：多层结构，整个装置很高，操作不便；物料因自身重力易压实呈块状化，通气阻力大，通气性能差。,立式堆肥发酵塔,卧式堆肥发酵滚筒,卧式堆肥发酵滚筒,卧式堆肥发酵滚筒:包括卧式旋转发酵池和卧式刮板发酵池发酵时间：
22、2-8天完成一次发酵通气方法：逆向流（即从筒的原料排出口进入，从进料口排出）或底部另设管路通气。除臭类型：半敞开或敞开式优点：通气阻力小，通气性能好，动力消耗小。缺点：占地面积大，环境条件差。,箱式堆肥发酵池,箱式堆肥发酵池,发酵时间：8-12天完成一次发酵通气方法：利用发酵池底部管路通气除臭类型：敞开式优点：通气阻力小，通气性能好，动力消耗小，缺点：占地面积大，环境条件差。,生活垃圾动态堆肥成套设备,用菌剂48小时完成发酵，可再利用的塑料、金属、玻璃等废旧物资被回收。腐殖质土从混合各类杂质的粗堆肥中分离出来，破碎后与元素N、P、K、稀有元素制成有机无机复混肥。可广泛用于绿色蔬菜、水果等农作物
23、。日处理量：100-400吨日,无锡市鸣放生化设备制造有限公司,垃圾受料坑,磁选,双层滚筒筛,手选磁选,粗分选机（振动格筛）,破碎机,一次发酵池（进行水分、C/N等调控）,二次发酵,粪池,腐熟堆肥,引风、除臭,填埋焚烧,过大和过小的无机固废,回收金属,大于40mm,12-40 mm,小于12mm,污泥泵,厌氧堆肥技术,一、背景与意义二、厌氧堆肥原理三、厌氧堆肥的优点四、垃圾厌氧堆肥工艺分类,背景与意义,采用常规的好氧堆肥法处理高含量有机质固体废物，需要提供大量氧气，在设备和能耗方面要求过高，近年来，国外在传统的厌氧堆肥的基础上，借鉴河泥厌氧消化的经验，发展起垃圾厌氧堆肥技术，即加快了有机质的降
24、解速度，又可回收利用厌氧处理过程中产生的沼气，较好地实现了无害化处理和资源化利用。,厌氧堆肥技术,厌氧堆肥原理,厌氧堆肥是在缺氧条件下，主要由厌氧类和兼性厌氧类微生物分解易腐有机物。垃圾厌氧堆肥工艺中从城市污水处理厂对污泥的厌氧消化处理技木发展而来的。从实质仍是厌氧发酵或厌氧消化。它是将垃圾的厌氧处理过程放置在可加温和搅拌的密封反应器 (消化池)内完成，从而有效地缩短发酵周期，并可保证垃圾渗滤液和还原性气体不泄漏于环境中。,厌氧堆肥技术,厌氧堆肥的优点,腐熟过程平缓，堆肥接近常温，有利于肥效的保存。厌氧发酵是在可加温和搅拌的密封容器中进行，杜绝了垃圾渗滤液的流出和恶臭气体的散发而导致的环境污染
25、。产生的沼气便于集中回收和综合利用。,厌氧堆肥技术,堆肥化过程的污染防治,在固体废物堆肥系统中会产生臭气、污水、粉尘、振动和噪声等污染危害。,粉尘 主要来源破碎过程，可在破碎设备中配备收尘装置，最好维持排气中的粉尘浓度小于0.1g/m3。 振动 一般的防振措施是在设备和机座间安装防振装置；制造足够大的机座；在机座和构筑物基础间留伸缩缝。,废水此处所指的废水主要来源于废物坑及类似设施废水和来源于附属建筑物生活污水。因其产生量少，最好在设施内建造贮存池以暂时贮存废水，然后外送。 脱臭化学除脱臭剂除臭、碱水和水溶液过滤；熟堆肥或活性炭、沸石等吸附剂过滤；也可用特种土壤代替熟堆肥使用（称为土壤脱臭过滤器）。,针对有机堆肥臭气去除的生物滤池,堆肥好氧发酵除臭法与生物除臭器配套工艺图,翻抛机,负压吸尘除臭,基本原理,液相或固相介质,二氧化碳、水等,气体有机物,微生物降解,吸附,气体有机废物的微生物处理,悬浮生长系统附着生长系统,乙醇、硫醇酚、脂肪酸乙醛、酮、氨和胺,生物净气塔,生物滤池（生物过滤箱）,废气生物净气装置,
