微生物在堆肥处理有机固体废弃物中的理论研究--毕业论文.docx

微生物在堆肥处理有机固体废弃物中的理论研究摘要;探究微生物在固体废弃物处理中的应用最为主要的是考察微生物在处理有机固体废弃物中的应用,而微生物处理固体有机污染物的途径主要是通过生物降解,其中一种工艺就是堆肥。本文分别介绍了几个关于堆肥处理的相关知识，一、固体有机污染物处理方式的讨论，通过对固体有机污染物的讨论引出堆肥的处理方法。二、堆肥的影响因素试验研究，主要通过不同的试验环境研究具体的堆肥影响因素。三、微生物堆肥的实际应用及其有具有的商业价值。四、微生物堆肥排放的气体对环境的影响，微生物堆肥会产生生化反应，产生大量有害气体会对环境造成影响。通过这篇文章会让读者知道微生物通过堆肥处理固体有机污染物的具体细节。0引言要想追求经济上的发展就会带来一些问题，无论是第二次工业革命还是祖国的改革开放都带来了一些烦恼，城市固体废弃物产量逐年增加已经成为一个不争的事实。不管是在城市的繁华商业区还是在有待开发的郊区，各种类型、品类复杂的固体废弃物随处可见大量的城市固体废弃物堆积，不仅恶化了原本脆弱的城市生产环境和生活环境，给市容市貌的美化带来了负能量；同时，也为经济建设的持续定增长带来了隐患。对现有的城市固体废弃物进行分类分析，采取科学有效的处理，并力争实现资源的重复再利用，对于实现资源节约和环境友好具有重要的意义。对城市固体废弃物进行科学合理有效的开发利用，不仅有助于减轻资源和环境压力，同时，还可以带来巨大的经济效益和社会效益。目前，国内外处理固废的方法很多，但由于传统方法的种种缺陷，大多数研究人员都力图寻找一种绿色环保的方法以去除垃圾中的有害化学成分，同时解决农业中由于大量使用化肥，对环境造成严重破坏的问题。基于这种情况，微生物处理固体有机污染物成为一种极具潜力的方法，在无害化处理垃圾的同时生产出无污染肥料以取代化学肥料。1、固体污染物的处理方法1.1固体污染物的分类 1.1.1固体生活废弃物自改革开放以来城镇化是现代化国家发展进程中必然经历的过程。城市生活中便捷的衣、食、住、行各项服务、优厚的教育和医疗卫生条件，吸引着广大农村居民不断向城市转移城市规模不断膨胀，城镇人口不断增加，由此产生的固体生活废弃物也随之不断增加据相关部门统计，目前我国城镇居民每人年均产生生活废弃物约450kg，全国每年固体生活废弃物产生量以亿吨计，并以年均8的速度递增。固体生活废弃物主要包括居民在日常生活中产生的瓜果皮屑、塑料制品、厨房废弃物、生活设施淘汰替换等形成的废弃物上。由于环保设备储备不足和环保意识的缺失，目前，还难以有效做到对生活垃圾的分类处理和丢弃，城市生活垃圾随处可见，对城市环境造成了严重的污染。1.1.2固体工业废弃物工业生产中各种自然资源耗用后形成的堆积物，主要包括粉煤灰、炉渣、煤矸石、炉渣等，还包括有其他一些危险废物、放射性废物和其他废物等被称为固体工业废弃物，工业废弃物的产生是工业发展进程中不可避免的副产品，但同时应对固体工业废弃物有一个清醒的认识工业废弃物绝不是城市发展与市容美化的包袱，相反，它更应被看做是一种放错了位置的资源工业废弃物只是受当前科技水平、机械设备和利用方式等方面限制，而暂时失去了价值只要利用合理，开发得当，固体工业废弃物蕴含的巨大的经济利益和商业效益，值得城市管理者和相关项目发人员投入资金和资源。工业固体废弃物产生较多的城市主要集中在矿产资源丰富的中西部省份，这些城市普遍处于粗放型的资源经济转型时期，一段时期内，经济增长还得依靠当地的矿产资源开发。同时可以看出，这些城市的工业废弃物产量巨大，给城市环境治理形成了巨大的压力。1.1.3建筑固体废弃物建筑废物同工业废弃物一样，是暂时失去使用价值的宝贵资源一。建筑废弃物的产生主要是由于城镇化进程中一些建筑新建、旧有建筑拆除或废弃造成的建筑废弃物主要包括废弃钢筋、混凝土、弃土、弃料及在装饰装修中产生的其它建筑废材等。经过多年的相关技术研究和论证，多种建筑废弃物均在工程实践中得到了回收再利用，如利用破碎土、弃土等对不良路基进行置换、填埋，修筑路基，修建人工景观林和地下停车场等以提高土地利用空间，改善局部生活环境，天津市更是利用建筑废弃物修建了景色宜人的堆山造景公园，开创了建筑废弃物再利用的新局面。1.1.4固体医疗废弃物我国固体医疗废弃物产量也正呈逐年上升的趋势。固体医疗废弃物不同于一般的固体废弃物。虽然大部分固体医疗废弃物已经得到安全无害化处理，但仍不能保证依旧有一部分生命力顽强，对居民健康安全形成隐患的医疗废弃物流向老百姓的日常生活空间。这些医疗废弃物可能携带各种病毒、病菌或寄生虫卵等，一旦污染，往往只能在发病时才能被发现。因此，对固体医疗废弃物采用更加科学严格的标准进行减量无害化处理，意义重大。1.2固体废弃物处理模式1.2.1填埋填埋主要面向无利用价值的固体废弃物，主要包括城市生活固体废弃物、医疗废弃物和部分建筑废物、工业废物。填埋由传统的废物堆放和填地技术发展而来废弃物填埋最重要的工艺和难点就是如何利用工程手段，采取有效的技术措施，防止渗滤液及有害气体对周边水体、大气和土壤环境的污染，以达到对公共卫生安全及环境的无害化处理。城市废弃物卫生填埋场的规划选址是废弃物填埋的重要内容项目建设前，应首先对城市固体废弃物的数量和种类做出详细准确的评估和测算，以验证填埋场的建设规模是否可以满足填埋需要，是否造了土地资源浪费，是否对局部环境造成不良影响或多大的不良影响填埋场的选址应符合城市建设的总体规划要求，并与当地的大气污染防治、水污染防治和自然环境保护和开发相一致，应布置在当地夏季主导风向的下风向，并距离居民生活点、工业设施、军用设施至少500m以上。应严格禁止在自然保护区、风景名胜区、生活饮用水源地和其他需要保护的特殊需要新建固体废弃物填埋场。应选择地基承载力满足规划和设计要求的场地进行施工，以避免地基不均匀沉降而导致渗滤液泄露而污染地下水或大气环境。防渗是固体废弃物填埋场设计和施工质量的重要衡量标准之一，防渗处理的主要目的是防止固体废弃物经堆埋发酵、微生物作用产生的渗滤液和气体透过填埋场四壁和固体废弃物而对周边土壤和地下水形成二次污染，同时，还要防止外来水体，包括地下水、地表水和降水等渗入填埋场，增大渗滤液的产量，从而对填埋场的抗渗能力造成更大的压力。防渗方式和防渗材料的选择应严格按规划和设计要求布置选用，应选择施工资质满足要求，有相关工程建设经验的施工单位和队伍从事填埋场的施工，以确保工程施工质量。1.2.2焚烧从19世纪80年代开始，部分欧洲国家就已经新建了世界上最早的固体废弃物焚烧厂，但由于早期固体废弃物热值不高，焚烧设备简陋，焚烧时产生的二嗯英等有毒有害气体得不到有效处理，由此引发的大气污染严重，因此，该方法一度被废弃经过20世纪以来焚烧技术的不断改进、焚烧步骤的不断细化、焚烧设备的不断完善以及固体废弃物成分的不断变化，焚烧作为一种可行的固体废弃物处理方法，重新引起人们的重视。随着固体废弃物产量的不断增加，有限的土地容量已不能满足日益增长的固体废弃物填埋需要，因此，对固体废弃物进行焚烧，以使固体废弃物有效地减容减量，在土地资源日益稀缺紧张的今天。显得弥足珍贵。据统计，通过焚烧可使固体废弃物减容减量达85以上，是处理固体废弃物最彻底的一种方式。固体废弃物在焚烧炉内燃烧分为干燥、热分解和燃烧三个阶段。干燥就是利用燃烧产生的热能使水分汽化并排出生成的水蒸气的过程。固体废弃物的含水率越低，干燥时间越短，越容易燃烧，反之，则影响废弃物燃烧热分解是指有机可燃物在高温下分解或聚合的过程使热分解能在较短的时间内彻底完成，是保证固体废弃物燃烧完全的基础固体废弃物焚烧是气相燃烧和非均相燃烧的混合过程，经过燃烧产生许多不同种类的气、固态可燃物，达到对固体废弃物的安全、减量和无害化处理。我国的城市固体废弃物焚烧行业起步较晚，但时间紧迫，任务艰巨。我国的固体废弃物种类繁杂，极少经过预先分捡，热值较低、含水率较高且变化较大，对垃圾焚烧厂的立项规划和后期运行产生了一定的影响同时，大规模的引入焚烧设备需用大量的资金投入，处理效果有待商榷。因此，推进我国城市固体废弃物焚烧技术的主要途径应是在学习、借鉴国外先进经验和技术的基础上，根据我国城市垃圾的特点、现有的经济实力，开发符合我国国情的、有中国特色的科学、经济、实用、有效的废弃物焚烧处理技术和装置。只有这样，才能适应我国当前城市固体废弃物处理的需要，也才是我国发展和应用垃圾焚烧技术的根本。1.2.3堆肥堆肥的主要原理就是利用自然界的微生物或人工合成的微生物菌剂在合适的环境温湿度、PH等条件下，人为促进可生物降解的有机物向小分子物质和腐殖质物质转化的过程。城市固体废弃物中不仅富含丰富的有机质和其他植物生长所必须的营养物质。同时固体废弃物中还含有大量的病菌，重金属离子或他污染物质。对固体废弃物进行妥善的堆肥处理，可有效实现对固体废弃物的资源回收再利用。堆肥技术起步很早，但发展缓慢，一方面是由于工业化的高速发展，大量的有毒物质和高分子塑料材料充斥在固体废弃物垃圾中，严重的影响了降解的速度和难度，限制了堆肥制品的质量，堆肥制品易产生明显的臭味，与现代农业的要求仍有一定的差距；另一方面，堆肥对固体废弃物的减量化处理效果并不明显，经堆肥处理的固体废弃物仍需占用大量的交通资源运输至垃圾填埋场，占用大量的土地资源以进行掩埋。不同城市的垃圾种类和成分各有不同，变化很大。北京、上海、大庆的城市固体废弃物更适用于堆肥，而对福州、武汉和哈尔冰的固体废弃物堆肥则存在一定的难度，堆肥质量也难以保证。针对城市固体废弃物堆肥处理存在的问题，各科研院所和相关机构开展了相应的技术和设备开发利用。对固体废弃物处理前进行破碎和分选，为高品质的堆肥产品生产提供了可能。同时，应利用城市固体废弃物大力推广生物发酵法的生物复合肥技术，缩短发酵时间，提高生物堆肥产品质量，力争实现废弃物的减量和工业化堆肥制品的双丰收，政府部门也应提供优惠的税收政策和技术扶持，鼓励和提倡使用堆肥产品，积极帮助扩大市场。1.3堆肥工艺处理有机固体废弃物1.3.1堆肥化的基本原理介绍堆肥化是将要堆腐的有机物料与填充料按一定的比倒混合，在合适的水份、通气条件下。使徽生物繁殖并障解有机质，从而产生高温，杀死其中的病原曹及杂草种子，使有机物达到稳定化。根据处理过程中起作用的徽生物对氧气的不同要求。可以把有机废弃物堆肥处理分为好氧堆肥和厌氧堆肥。好氧堆肥堆体温度高，一般在5065，故亦称为高温堆肥。由于高温堆肥可以最大限度地杀灭病原菌，同时对有机质的降解逢度快，目前，大多都采用高温好氧堆肥。同堆肥技术的主要区男4在于维持堆体物料均匀及通气条件所使用的技术手段。这些技术可以简单到把混匀的堆料堆成条垛式，然后定期翻堆倒垛以提供好氧条件，或者复杂到把堆料放入发酵仓中。用机械设备对物料进行连续的混匀。通过通气设备进行连续的通气。堆肥系统的分类大同小异，根据技术的复杂程度，一般分为三类：条垛式、通气静态垛式、发酵仓式系统。1.3.2堆肥系统介绍1.3.2.1条垛式堆肥系统在堆肥系统中存在着技术水平等级之分。条垛式是堆肥系统中最简单的一种。这是一种最古老的堆肥系统。即将堆肥物料以条垛状堆置，垛的断面可以是梯形、不规则四边形或三角形。条垛式的堆肥特点是通过定期翻堆来实现堆体中的有氧状态。翻堆可以采用人工方式或特有的机械设备。最普遗的条垛形状是35米宽，23米高的梯形条垛。最佳的尺寸根据气候条件、翻堆使用的设备、堆肥原料的性质而定。不管是为了便于操作和维持堆体形状，还是为了周围环境和渗漏问题，条垛式堆肥都应堆在沥青、水泥或者其它坚固的地面上。堆的频率受许多条件限棚。首先，翻堆的目的是提供堆体中徽生物群的氯气需求。因此，翻堆的频率在堆肥初期应显著高于堆肥的后期。其他因素如：腐熟程度、翻堆设备类型、能力、防止臭味的发生、占地空间的话求及各种经济因素的变化。条垛式堆肥一次发酵周期为13个月。垛式系统的优缺点是管技术水平低，条垛式系统也有许多优点：1所需设备简单，成本投资相对较低；2翻堆会加快水分的散失，堆肥易于干燥；3填充剂易于筛分和回用；4因为堆腐时间相对较长，产品的稳定性相对较好。条垛式系统的缺点也很明显：1条垛式系统占地面积大(堆体本身占地面积大，又加之堆腐周期长)；2需要翻动堆体进行通气，因此，要有大量的翻堆机械及人力；3相对于其他堆肥系统而言。条垛式堆肥系统需要更频繁地监测，才能确保足够的通气量和温万方数据4翻堆会造成臭睐的散失特别是当堆腐生污泥或未经稳定化的污泥时情况更为严重。这会造成与公众的关系问题；5条垛式在不利的气候条件下不能进行操作，雨季会破坏堆体结构，冬季会造成堆体热量大量散失，温度降低。这些问题可以通过加盖橱顶来解决，但这会提高投资成本；6为了保证良好的通气条件。条垛式系统所需要的填充荆比例相对较大。条垛式系统一直被广泛采用。美国1993年普查，条垛式系统占321个堆肥项目的2151993年加拿大普查全国121个运行的堆肥厂中，其中90个是条垛式系统。条垛式系统在美国和加拿大等国使用比例较高，因这些国家有足够的土地面积。1.3.2.2通气静态垛堆肥系统相对于条垛式系统，能更有效地确保达到高温、提供进行病原菌灭活的堆肥系统称为BehsMlle(BARC)通气快速堆肥法。通气静态垛系统就是根据BARC法发展起来的。通气静态垛与条垛式系统的不同之处：1堆肥过程中不进行物料的翻堆。通过鼓风机通风使堆体保持好氧状态。在静态垛堆肥中，通气系统包括一系列管路，这些管路位于堆体下部与鼓风机连接。在这些管路上铺一层木屑或者其他填充料。可以使通气达到均匀，然后在这层填充料上堆放堆肥物料构成堆体在最外层覆盖上过筛或未过筛的堆肥产品进行隔热保温。整个堆应在沥青或水泥地面上进行，以防止渗滤液对土壤的污染或对地面的腐蚀。通气静态垛堆肥技术中，关键的是通气系统，包括鼓风机和通气管路。通气管路可以是固定式的，也可以是移动式的；管路材料可以是可重复使用的，也可以是可降解的。在固定式通气系统中，通气管路放入水泥沟槽中或者平铺在水泥地面上，上铺术屑等填充料形成多空气流通路径的效果。还有一些固定式通气系统完全靠水泥沟槽充当通气管路。水泥沟槽必须能支撑住上面堆料的压力。移动式通气系统主要由简单的譬道直接放在地面上构成。移动式系统的优点是：成本低。设计灵活，易于调整。它比届定式系统使用得更普遍。气静态垛系统的优缺点是通气静态蟓系统有许多优点：1设备的投资相对较低；2相对于条垛式系统，温度及通气条件得到更好地控制；产品稳定性好。能更有效地杀灭病原菌及控制臭味；3由于条件控制较好，通气静；蠡垛系统堆腐时间相对较短，一般为23周；4由于堆庸期相对较短、填充料的用量少，因此占地也相对较步。但是通气静态垛系统的缺点也较明显：堆肥易受气候条件的影响。例如：霜天会破坏堆体的结构。这个问题可以通过加盖橱顶来解决，但同时也会增加投资。与条垛式系统不同之处在于。在足够大体积、合适的堆腐条件下，通气静态垛系统受寒冷气候的影响较小。1.3.2.3发酵仓系统发酵仓系统是使物料在部分或全部封闭的容器内，控制通气和水分条件，使物料进行生物降解和转化。发酵仓系统与其它两类系统的根本区别是该系统是在一个或几个容器内进行，是高程的度机械化和自动化。堆肥基本步骤与其它两类系统相同。堆肥的整个工艺包括通风、温度控制、水分控制、无害化控制、堆肥的腐熟等几个方面。作为发酵仓系统，不仅应尽可能地满足工艺的要求，而且要实现机械化大生产。作为动态发酵工艺，堆肥设备必须具有改善、促进微生物新陈代谢豹功能。例如翻堆、曩气、搅拌、混合，避风系统控翻水分、温度，在发酵的过程中自动解决物科移动及出料问题，最终达到缩短发酵周期、提高发酵速率、提高生产效率、实现机械化大生产。酵仓系统可以分为几类。系统按物辩的流向捌分，可分为：水平流向反应器，竖直流向反应器。竖直流向反应器包括：搅动固定床式、包裹仓式；水平流向反应器包括：旋转仓式。搅动仓式。美国国家环保局把发酵仓系统分为：推漉式和动态混和式。在推窥式系统中，系统操作是根据入口进料，出口出料的原剐进行的，每个物料囊粒在堆肥发酵仓的停留时间相同。在动态混和式系统中。堆肥物料在堆肥过程中用机械不停蟪搅动混匀。这两类系统又可根据不同的发醇仓的形状进一步划分，推流式系统分为：霸筒形反应器。长方形反应器，沟糟式反应器；动态混和式分为：长方形发酵塔，环形发酵塔。堆肥化技术的发展到目前为止已经较为成熟。但是由于堆腐原料、技术条件、经济条件及土地面积等各方面因素的差别，不同国家、不同城市对堆肥技术的选择侧重不同。1.4堆肥中的微生物作用1.4.1堆肥中的微生物生态学过程文献指出，堆肥初期，是微生物旺盛繁殖并释放出热能来不断提高堆肥温度的发热阶段。在这一阶段中，堆肥物质的变化情况是在好氧条件下，那些容易被微生物分解的有机物质，如蛋白质，淀粉类物质，简单的糖类等迅速分解，产生大量热量。在这一阶段中分解这些有机物的微生物以中温好气种类为主，常见的有细菌和丝状真菌。当堆肥的温度超过50以后，进入高温阶段，这一阶段中，除少部分残留下来的和新形成的水溶性有机物继续分解转化外，复杂的有机物，如半纤维素，纤维素等开始得到有效的分解，同时开始腐殖质的形成过程，出现了能溶解于弱碱的黑色物质。这一阶段中以高温微生物最为活跃，常见的有好热真菌和放线菌，如Thermomyces，Athermofuscus，Athermooidiosporus等，这两类菌中，放线菌占优势。当温度上升到60以上时，好热丝状真菌几乎全部停止了活动，好热放线菌和芽孢杆菌的活动占优势。很多的好热微生物，包括细菌，放线菌和丝状真菌，是分解纤维素和果胶类物质能力很强的微生物，因此，在高温阶段，纤维素、果胶类物质等旺盛分解，同时产生腐殖质。温度上升到70以上，大多数的好热性微生物也不适宜了，微生物大量死亡或进入休眠状态。这时，由于初死亡的微生物所含有的各种酶的作用，有机物质的腐解作用仍能进行一段时间。但这种作用很快就衰退了，温度开始下降，当下降到适当温度时，处于休眠的好热微生物又恢复了它们的生命活动，堆肥的温度又会再次上升。1.4.2好氧堆肥系统中的微生物多样性和优势菌群微生物吸收利用有机物的能力取决于它们产生的可以分解底物的酶的活性，堆肥底物越复杂，所需要的酶系统就越多。不同的微生物分泌的酶种类不同，一般地，好氧堆肥中，有机底物的降解是细菌、放线菌和真菌等多种微生物共同作用的结果。在好氧堆肥系统中，存在着大量的细菌。细菌凭借大的比表面积，可以快速将可溶性底物吸收到细胞中。所以在堆肥过程中，细菌在数量上通常要比体积更大的微牛物(如真菌)多得多。在不同的堆肥环境中分离的细菌在分类学上具有多样性，其中包括假单胞菌属(pseudomonas)、克雷伯氏菌属(klebsiella)以及芽孢杆菌属(bacillus)的细菌。例如芽孢杆菌，能够生成很厚的芽孢以抵抗高温、辐射和化学腐蚀。因此芽孢杆菌属(bacillus)的一些种，例如枯草芽孢杆菌(Bsubtilis)，地衣芽孢杆菌(B1icheniformis)和环状芽孢杆菌(Bcirculans)成为了堆肥高温阶段中的代表性细菌，或是优势菌。嗜温细菌是堆肥系统中最主要的微生物，Abdennaceur等人的研究表明，在堆肥过程的初始阶段，嗜温细菌最为活跃，其数量为8510858109个g干物料(WDW)之间，随着垛温达到最高温度，其种群数量达到最低；在降温阶段，嗜温细菌的数量又有所回升。BeffaT等人曾经在堆肥过程中的高温期筛选出嗜热菌属，这些细菌能够在65以上，甚至高达82的垛温下生长。放线菌是具有多细胞菌丝的细菌，因此它更像是真菌。放线菌可以分解一些纤维素，并溶解木质素。同时，它们比真菌能够忍耐更高的温度和pH值。所以，尽管放线菌降解纤维素和木质素的能力并没有真菌强，但是它们在堆肥过程中的高温期却是分解木质纤维素的优势菌群。在条件恶劣的情况下，放线菌则以孢子的形式存活。研究表明，诺卡氏菌、链霉菌、高温放线菌和单孢子菌等都是在堆肥中占优势的嗜热性放线菌，它们不仅出现在堆肥过程中的高温阶段，同样也在降温阶段和熟化阶段出现。真菌，尤其是白腐真菌可以利用堆肥底物中所有的木质纤维素，由此，真菌的存在对于堆肥物的腐熟和稳定具有重要的意义。嗜温性真菌地霉菌和嗜热性真菌烟曲霉是堆肥生料中的优势种群，其他一些真菌，如担子菌、子囊菌、橙色嗜热子囊菌也具有较强的分解木质纤维素的能力。但随着温度的升高，真菌的菌落数开始减少，在64时，所有的嗜热性真菌几乎全部消失。当温度下降到60以下时，嗜温性真菌和嗜热性真菌又都会重新出现在堆肥中。研究显示，温度是影响真菌生长的最重要因素之一，绝大部分的真菌是嗜温性菌，可以在537的环境中生存，其最适温度为2530。其他影响真菌生长的重要因素包括：碳源、氮源和pH值。通常较低的氮浓度是真菌降解木质素的前提条件。但有时低氮浓度却会成为木质素分解的一个限制因素。大多数真菌喜欢酸性环境，但实事上它们又都能在很广的pH值范围内生存。另外，在有关清洁堆肥的研究中，有机废物中存在的大量各种各样的致病菌，尤其是致病性真菌受到了最多的关注。堆肥高温阶段的高温对绝大多数致病菌的生长会产生抑制作用。尽管真菌芽孢能够抵御恶劣条件而长时间生活在土壤中，但是它们却不能抵抗堆肥高温期的高温而被杀死。Abdennaceur等人的实验显示，酵母和丝状真菌的数量在堆肥进入高温期时开始下降，在高温期末端则显著降低。堆肥降温阶段的二次污染仍不容忽视。白腐真菌是最有效的木质素降解微生物，其中黄孢原毛平革菌可能是研究最为深入、最具有代表性的微生物。其他的白腐真菌，如彩绒革盖菌(coriolusversicolor)，其不仅具有降解纤维素的能力，同时也表现出更强的降解木质素的能力。白腐真菌降解木质素所依靠的是木质素酶，MJLopez等人发现，在白腐真菌对木质纤维素进行生物转化过程中，通气速率对于木质素酶的生成是一个非常重要的影响因素。1.4.3固体废弃物微生物接种剂的研制和应用对于好氧堆肥来说，如果堆制底物的碳氮比过高，通过添加氮素化合物降低碳氮比，以满足微生物对氮素的需求，从而加速堆制物的分解。此外，由于城市污泥、园林废物中底物多为难降解的木质素，此时，有必要使用相应的商业微生物接种剂。对部分碳氮比极高的堆制物，如废木料、锯屑、废纸等，在缺乏分解此类废物的土著微生物时，也应接种专性高效微生物。近年来，微生物学家已经开始从自然界中分离得到有益微生物，接种于有机堆肥中，强化其中的物质转化和能茸传递过程，并已收到良好的处理效果。我国有些地方也采用在生活废弃物中添加特定的有效微生物(如固氮细菌、磷细菌和硅酸盐细菌等)的方法，制成有机微生物复合肥，并已在农作物田间试验中显示出良好的增产效果。早在19361938年我国学者彭家元和陈禹平就从堆肥中分离筛选出好热性纤维素分解细菌，并扩大培养后制成菌剂，作为堆肥的接种剂应用。前东北农业科学研究所从厩肥、马粪中分离出来称之为札礼菌的好热性纤维素分解菌，将这种SLSL菌进行培养，制成菌剂接入到堆肥原料后，可加速堆肥的腐熟。中国环境科学研究院的席北斗等筛选出用于堆肥处理的高效复合微生物菌群，实验表明，高效复合微生物菌群可以加速生活垃圾和污泥的降解，堆肥时问缩短18d，同时成品堆肥中含有大量具有生物活性的微生物。席北斗等人还从堆肥、马粪、果园土、污泥等原料筛选出活性较高的纤维素分解菌，随后采用紫外线诱变技术培养出优良菌株，并与EM菌混合后进行对比试验，结果显示，混合菌种可以提高有益微生物群体数日和质量，使微生物群落之间相互协同，形成复杂而稳定的生态系统，从而增强微生物的降解活性，使堆肥温度迅速升高并维持较长的时间。在垃圾堆肥过程中常常伴有恶臭，造成大气污染，针对这一问题，武汉市环境卫生科学研究所进行了垃圾快速无臭化发酵菌的筛选工作及中试研究，取得了初步的进展，分离获得37株脱臭效果较好的发酵菌株，其中常温菌17株，高温菌20株。实验结果表明，接种脱臭菌的垃圾与对照相比，恶臭有明显下降，且接种量越大，差异越明显。2、堆肥的影响因素研究2.1 C N 对高温堆肥发酵效果的研究近年来 ，畜禽养殖业发展迅速 ，其发展具有规模化、集约化经营的特点。 养殖业在为人民生活水平的提高做出巨大贡献的同时，也造成了严重的环境污染 ，阻碍了畜禽养殖业持续稳定的发展。据初步统计，一个饲养 10万只鸡的工厂化养鸡场，每天产鸡粪可达10t，年产鸡粪达3600多t。据国家环境保护总局调查显示，1999年我国畜禽粪便的产出量约为19亿t，仅 COD（化学需氧量）一项就达7118 万t，已远远超过工业和生活污水污染物的COD 总和。由于环境法规不健全和资金短缺 ，大多数畜禽养殖场对粪便没有进行处理 ，这样畜禽粪便的污染越来越加大了对城镇的压力，畜禽粪便对环境的危害 ，经成为不可忽视的生态和环境保护的重要问题。另一方面 ，畜禽粪便含丰富的有机质及含有较高的氮 、磷 、钾及微量元素 ，其氮 、磷 、钾总贮量约为 0.63 亿 t，相当于0.49亿t尿素，1.19亿t过磷酸钙和0.34 亿t氯化钾，因此畜禽粪便是一种可以通过生物降解利用的宝贵的生物肥料资源。畜禽粪便富含病原菌 、杂草种子以及有臭味，因此不能直接应用到农业生产中，如鸡粪较热，易“烧”苗，而牛粪较安全，但牛粪中混有杂草种子，会造成农田杂草发生。由此可见 ，畜禽粪便不仅严重地污染了生态环境,而且造成了资源的极大浪费。目前处理畜禽粪便和秸秆的方法较多，但利用畜禽粪便和农作物秸秆进行高温堆肥是处理畜禽粪便的主要途径，它具有运行费用低，见效快，二次污染小等优点。由于高温堆肥的产品为有机肥料，施入土壤可提高土壤肥力和提高农产品质量,充分满足了绿色食品生产对肥料的需求。因此,采用高温堆肥法处理固体废弃物，不仅具有经济效益 、社会效益和环境效益,而且对经济的可持续性发展具有深远的意义。CN 比是堆肥发酵的关键性条件，一般认为CN在20至30发酵效果较好 ，并且有些学者针对不同畜禽粪便提出了适宜的CN 比，但在北方高寒地区针对鸡粪稻草堆肥的适宜CN 比条件却鲜有论及。堆制期间 ，每天测定堆肥温度 2 次（9；00 ，16；00）,同时测定环境温度。分别在 0、3、7、14、21、28、35、42 定时取样 ，采样点位于堆肥表层下 30cm 处 ，分前 、后 、左 、右 、中五点采样 ，每次采样1kg ，其中鲜样 200g 用于水浸提液的提取与测定 ，其余风干粉碎后 ，过 1mm 筛贮存备用。在各处理中随着 CN 比的增加 ，高温期的持续时间 、最高温度大于55 的时间，也呈下降的趋势 ，而降温期持续时间则呈增加的趋势。但各处理到达稳定的时间都在30天左右。除T45外 ，各处理在堆后第 2 天就到达55 以上,进入高温期 ，但是降温期持续时间短 ，这说明鸡粪堆肥中易降解物质较多，分解速度比较快；同时也说明CN 比在20 40的范围内 ，适合微生物生长繁殖，从而快速分解堆料，产生大量的热量 ，使堆体温度升高 。 各处理进入稳定期时间较为一致，大约 30 天左右。除 T45外 ，各处理堆肥温度在15天以内都升至 55 并持续 3 天以上,达到高温快速堆肥发酵的卫生标准 。对于堆肥系统而言,温度是影响微生物活动和堆肥工艺过程的重要因素，是堆肥状态的表观体现，堆温的高低决定堆肥速度的快慢。一般认为堆体温度应控制在45至60 ，但在 55 60 时为佳 ，这样的高温保持3天以上，是杀灭堆肥中的致病微生物和寄生虫卵，实现堆肥无害化的重要条件。不宜超过60 ，否则就会对微生物的生长活动产生抑制作用。过高的温度也会过度消耗有机质而降低堆肥品质。本试验研究中，除T45外，其余各处理都符合升温、高温、降温的变化规律，大于55以上时间为515天，符合堆肥无害化的卫生标准。说明对于鸡粪稻草堆肥体系中，适于堆肥无害化的 CN 比范围为20 40，这与Pioncelot（1974）研究的结果基本一致。堆肥初始 CN 在2035范围内，含水率在65 条件下，均能成功进行高温堆肥。堆肥产品不仅符合卫生标准和腐熟标准，而且总腐殖酸含量较高。堆肥发酵的初始最佳 CN 为30。2.2翻堆频率对堆肥减量化、腐殖化和稳定化的影响试验以秸秆餐厨垃圾为堆料基质，选取不同翻堆频率作为试验因素（选取 2、4和6作为翻堆频率的3个不同水平，分别编号为1、2和3 设计出 3种不同堆肥工艺。除翻堆频率不同外，其他堆肥工艺参数均相同。将预处理好的芦苇和餐厨垃圾按21 的比例（质量以干重计）投加到容积为 200的PVC的堆肥反应装置中（每个翻堆频率 3个重复），此后调节含水率到 55 60，并将堆料均匀混合。堆肥反应启动后，按照各个堆肥工艺要求的翻堆频率进行人工翻堆补充氧气并进一步混合物料。期间分别于0、23、45和62进行采样。本试验堆肥装置主体部分是200的PVC 材质的塑料水桶，桶底铺有一层高约10CM的大块碎石头,并在底部留有个直径2.5CM的圆孔并接上塑料水管，这样可有利于堆肥过程中水分调节和渗滤液的排出，并可使底部堆料有效参与堆肥反应。桶体中间处留有一小孔用于堆体温度的测定。采用人工翻堆的方式来补充堆料所需的氧气，满足堆料需氧、降温、降低含水率的要求。堆肥样品活性微生物量采用三磷酸腺苷法（ATP）测定本研究中采用苯扎溴铵（BAB）提取液提取，结合生物发光仪提取土壤样品中的ATP。将新鲜堆肥样品按质量比150放入灭菌水中，加入适量玻璃珠，放入摇床震荡。震荡45in后，按110 吸取分散液。快速加入0.05 BAB溶液，震荡数秒。用定量滤纸过滤，吸取滤液100L放入已加入100荧光素酶的过滤比色杯中，并将杯中溶液吸、排2 3次使溶液混匀，进行ATP测定，将读取的荧光值折算成 ATP量，并以ATP含量表示活性微生物量。堆肥样品葡糖苷酶活性测定：以对硝基苯葡糖苷为底物，称取新鲜堆肥样1，在37条件下恒温培养1，400nm下比色法测定反应生成的产物对硝基苯酚的量（mgPND（Kg）。堆肥样品脱氢酶活性采用氯化三苯四氯唑（TTC）比色测定，酶促反应底物TTC受氢后生成红色的三苯基甲苯（TPF）在37 条件下恒温培养24,于492n 进行比色，酶活性以 TTC的还原产物TPF的生成量表示。腐殖质是一类结构复杂的含碳有机物物质，其品质直接决定着堆肥的品质和稳定性。稳定程度不同的腐殖质缓慢释放CO2的程度也不同。有很多指标都可以反映堆肥的品质，比如E4E6和HI指数等。S是腐殖类物质的主要成分,堆肥产物的品质主要依赖HS的稳定性.HS的主要成分是HA和FA,FA是相对较易分解的小分子有机物,HA是相对稳定的结构复杂的大分子有机物，因此堆肥产物的品质也可以通过FA和HA 在TC中所占的比值来体现。本试验选取HACTC，FACTC和HAFA指数作为堆肥品质的指标。0时，新鲜的堆肥样FA占比较高HA占比较低。 随着堆肥过程的进行，3种堆肥工艺中的HACTC值在堆肥前45后增加缓慢，而在后17有大幅度的增加，最终达到一个稳定的水平。而3种堆肥工艺中的FACTC值在堆肥前23有所增加,后39在某水平上下波动,最后也达到一个稳定水平。最终堆肥产物HA所占比例较高而FA较低。这是由于在堆肥过程中,有机物料在初期迅速被分解形成大量的类富里酸物质。这些物质分子量相对较小、结构简单、较易被微生物分解,因此这些形成的类富里酸物质又被进一步矿化分解为CO2或进一步缩合成为结构复杂的稳定的胡敏酸，因此在堆肥后期FA无显著增加,而胡敏酸的含量快速上升，最终达到稳定。研究认为,HAFA 指数达到1.6可以证明堆肥基本腐熟。随着堆肥过程的进行,3种堆肥工艺的HAFA 指数从初始值0.58增加到最后的2.53.1不等,总体呈初始值较低后逐渐上升趋势。HAFA指数均超过1.6,表明3种堆肥工艺的腐殖质都已较稳定,而4的翻堆频率工艺HAFA指数值最高，其腐殖质稳定化程度也最高。较高的翻堆频率能有效的减量化，而且矿化过程较弱，能产生较多的腐殖质，腐殖质品质也较稳定（4最稳定）,因此还田后能在土壤中较稳定的存在，避免被土壤微生物快速分解为CO2 而释放出来。有机物的堆肥是多种微生物在适宜的条件下对复杂的堆肥原料中有机物进行生物降解、稳定化的过程，它是一个复杂的物理和生物化学过程。翻堆频率可以通过影响环境温度、湿度、含氧量影响微生物性能进而影响堆肥进程。翻堆频率较低时，含氧量低，温度高，不利于异养微生物生长。但是，高温可促进嗜热微生物生长，可能促进纤维类含碳物质矿化，使更多的有机碳分解。而翻堆频率较高时，含氧量高，温度较低，有利于大部分微生物生长，但不利于嗜热微生物的对纤维类物质的降解。另外，有文献报到，与HS产量相关的脱氢酶，适应较低温度，在自然环境下活性较高因此,当翻堆频率较高时，脱氢酶活性较高，进而产生更多的HS,与本试验结果一致。一般而言，含氧量高、温度高都会促进嗜热微生物的生长，进而降解纤维类物质。然而,本试验结果中,较低翻堆频率时纤维类物质降解较快，说明在降解木质素和纤维素时，温度对嗜热微生物的影响力大于氧含量。这可能是因为无论是2、4还是6的翻堆频率，对于嗜热微生物而言，氧含量都达到其所需水平，故氧含量不成为一个限制因素。根据上述实验结果和讨论，可得出以下几点结论：一、较高的翻堆频率有利于物料减量化和腐殖化，但不利于碳减量，因此堆肥过程中释放CO2较少，产生腐殖质类物质较多，是一种较低碳的堆肥工艺。二、HAFA指数值和 HACTC、FACTC值表明，无论翻堆频率是2、4还是6堆肥 62后都达到了较高的腐熟和稳定程度，适合还田作为土壤改良剂，翻堆频率为4d的堆肥产品最稳定。三、不同的翻堆频率，活性微生物量和脱氢酶活性有所差异，进而影响腐殖化和矿化过程。 不同的翻堆频率导致堆肥环境温度和氧含量有所差异，进而影响活性微生物量和脱氢酶活性。2.3有机固体废弃物堆肥的物质变化及腐熟度评价2.3.1有机固体废弃物堆肥稳定度的评价 一、温度。温度的变化反映了堆肥过程中微生物活性的变化，这种变化与堆肥中可被氧化分解有机质的含量呈正相关。无论何种物料的堆肥，其温度通常在开始的从环境温度迅速上升至60至70度的高温，并在这一水平持续一段时间后逐渐下降当其趋近于环境温度时，表明有机质的分解接近完全，堆肥可被认为已达稳定。 二、颜色及气味。参考文献指出成熟堆肥的颜色呈褐色或黑色，并带有湿润的泥土气味等还指出堆肥的泥土气味是由土臭味素和甲基异冰片两种物质引起，它们是真菌和放线菌的副产物他还认为，堆肥中存在这些物质时，表明堆肥已达稳定。 三、呼吸作用。新鲜堆肥中，由于微生物活动对有机物质的氧化分解作用而产生大量的但随着堆肥的进行，可供利用的有机质减少，微生物活动减缓，放出的也因此而减少不论何种物料，当堆肥中每1t有机质能降解放出的有机质小于 20031 时，表明堆肥已达稳定总结了堆肥呼吸过程的数据后则提出，当堆肥中每有机质能降解放出的有机质小于 20031 时，达到相对稳定，在小于 +0031 时达到腐熟。对于好氧堆肥来说，不成熟的堆肥中有机物质的强烈分解需要大量的，而腐熟堆肥的耗氧速率比堆肥初期明显下降，其大小可表明堆肥的稳定程度指出，当堆肥中每降解有机质 的消耗量小于100mg时，认为堆肥已达稳定四、NO3-含量。含量的增加也可以作为堆肥稳定度的一个评价指标因为在堆肥的高温阶段，由于高温环境强烈抑制了硝化细菌的生长活动，所以在高温阶段的含量极低，接近于零，之后，随着温度的下降，硝化细菌快速繁殖生长，一部分 NO3-被转化为NO3-N而使其含量迅速提高可以认为，当堆肥中出现或其含量开始升高时，表明堆肥已经过强烈的高温分解过程，已达稳定。五、安全性测试。 新鲜的有机固体废弃物中含有大量致病微生物，如大肠杆菌、病毒及寄生虫等，直接影响堆肥的安全性但这些致病微生物对温度非常敏感，当堆肥的温度高于 22C，并保持4D以上时，可杀死大多数病原菌猪粪的堆肥化处理时发现，堆肥开始时，堆肥中大肠杆菌的数量为6.65，经过高温阶段后，堆肥中已经检测不出大肠杆菌的存在所以可以认为，当堆肥中检测不出大肠杆菌时，可认为堆肥已达稳定提出，堆肥干样中含有小于50个沙门氏菌和个病毒嗜菌斑，表明堆肥已达稳定，其施用不会对人体健康和周围环境造成危害。2.3.2有机固体废弃物堆肥腐熟度的评价 一、化学指标。阳离子交换量等对污泥好氧堆肥的研究发现，随着腐殖化过程的进行而逐渐增加等对城市垃圾堆肥的研究中也有同样的发现，还发现， 比之间有显著的负相关性，并提出当（有机质）时，表明堆肥已达腐熟但等研究城市垃圾、污泥、葡萄渣、泥炭等不同物料的堆肥时发现，由于物料的不同，腐熟堆肥的值变化范围很大，而且对某些堆肥原料，初始值就大于（有机质），等在研究污泥、猪粪、城市垃圾等多种不同物料的堆肥时也有同样的发现因此，的适用性还需要进行更广泛的研究等研究了多种不同物料的堆肥时还发现，所有堆肥的溶性有机碳）的比值均在之间等也发现，城市垃圾堆肥的（水溶性有机碳）值在左右因此可以认为，当（水溶性有机碳）的比值大于时，表示堆肥已达腐熟。二、水溶性含氮化合物、碳氮比、有机酸短链脂肪酸广泛存在于未腐熟堆肥中，其存在对种子发芽和植物生长有不良影响，且含量大小与其植物毒性有关等对猪粪堆肥的研究中发现，低分子量脂肪酸的含量随堆肥时间而减少等检出未腐熟堆肥中含有氨基酸、挥发性脂肪酸和其它低分子有机酸，其中乙酸含量最高，占发现，新鲜城市垃圾堆肥中含有大量的乙酸、丙酸、二异丁基甲酸、丁酸、异戊酸等短链脂肪酸，对植物有毒害作用，其中乙酸浓度最高，经过堆肥后，乙酸浓度有显著下降等也发现，新鲜污泥中甲酸、乙酸、丙酸和丁酸含量分别为某值，而成熟堆肥中已经检测不出来，他还发现，当乙酸浓度超过时，种子发芽率受到强烈抑制，但未提出堆肥腐熟度评价的有机酸含量标准。在有机固体废弃物堆肥的高温分解阶段，不稳定的有机质强烈分解并趋于稳定另外，大部分病原菌也在高温环境中被杀死，这些变化都与堆肥的温度有关因而，温度被认为是堆肥稳定度的指标，当其趋于环境温度时，表明堆肥达稳定通过植物毒性试验进行腐熟度的评价是一种最为可靠的生物测试方法，它受堆肥产品各方面性质的影响，是一个综合性的指标而且，堆肥产品最终必将用于植物生长中去因此，种子发芽试验被认为是评价堆肥腐熟度最具说服力的方法但不同植物种类对植物毒性的承受能力和适应性存在很大差异因而，结合当地的具体植物种类进行相应的种子发芽试验更为可靠种子发芽系数不受堆肥物料的影响，而且操作和测定非常简便，可作为堆肥腐熟度评价的推荐指标有研究表明，完全腐熟的堆肥浸提液可促进种子的发芽，但目前的研究大多集中在堆肥产品对种子发芽的抑制作用上，对于其促进作用的研究则很少，其物质的分离、鉴定、浓度的变化以及其与堆肥腐熟度的关系等，可作为一个新的研究内容由于种子发芽系数的测定时间较长，一般需要或更长的时间，因而有必要利用多个化学指标对堆肥腐熟度进行快速合理的评价。3、堆肥的实际应用与商业价值3.1大型好氧发酵堆肥设施在禽畜粪便处理中的应用畜禽粪便历史上是农田使用的优质肥料。近年来，随人们对有机农业的要求和对长期使用化肥危害的认识以及化肥的不断提价，畜禽粪便又开始被使用。但未经高温发酵处理的畜禽粪便，含有大量病原菌和杂草种子，直接施入土壤，对农作物危害很大。畜禽粪便由于脏、臭、体积庞大等问题，使用前带来了严重的环境污染特别是大气、水环境的污染。畜禽粪便作为有机肥直接施用，其最大的障碍是含水量高、恶臭，此外，氨气的大量挥发，造成肥效降低，未经发酵腐熟的生粪中病原微生物与杂草种子还对环境造成污染。所以，对其进行无害化、资源化处理迫在眉睫。在禽畜粪便好氧堆肥发酵处理方面，对物料的堆积一：要有以下几种方式：槽式堆肥、条跺式堆肥和开放式堆肥。槽式堆肥是物料的两侧各有堵墙，把混合好的物料从槽的一端投入，通过翻抛使物料产生位移，从槽的另一端取出；条跺式堆肥是把混合好的物料堆积成三角形的条状，物料两侧没有墙壁，大多露天堆放；开放式堆肥发酵设施是专利产品，无论从设施结构还是设备运行方面，都有其鲜明的特点，以重点介绍一下开放式堆肥发酵设施在禽青粪便处理中的应用。 开放式发酵堆肥设施是相对于两个墙的栉式发酵设施而言的，从设施的结构上看，发酵槽只有一面墙壁，翻抛机侧在墙上行走，另侧在地面行走，地面侧完全开放，没有了墙的限制，可以从任意位置投料取利。设备的跨度从6米到12米，根据客户处理量的需要，选择不同的设备型号汞1相应的处理设施大小。右图为物料堆积图，物料的堆积高度能达到1 9米，堆积跨度最大能够达到ll5米，堆积截面2,0l积能达到21.85平方米，以100米MI长的发酵处理车间为例，发酵槽可一容纳85立方物料。对于大副养殖6M12M向企业而言，禽畜粪便量非常大，这种人容量的堆积方式，人大节约了占地面积。开放式发酵堆肥设施由于侧完全开放，所以可以用自卸车或铲车直接投料，而不需要埘物料进行提前预混处理。翻抛。投料后如果发现水分调整不台适，可以随时添加辅料进行调整。槽式堆肥设施由于两侧都有墙壁，必须从一端投料，通过搅拌产生的位移，从槽的另一端出料。投料前必须进行预混料处理。螂果物料没有预混好而直接投入发酵槽，会影响发酵效率。开放式堆肥设施由于可以随时投料取料，所以仅在需要翻抛的时候进行翻抛即可。而槽式堆肥设施如果不进行翻抛，物料不能产生位移，无法投料和取料，每灭进行翻抛，不仅耗电、增加设备磨损，还会影响发酵温度，降低发酵效率。我们看到开放式发酵堆肥设施的送风管为横向铺设，这与传统的槽式发酵设施的纵向铺设有所不同。因为地面一侧完全开放，所以，某一送风管一旦被堵，非常容易清理。如果那段被堵，用铲车把物料堆到两侧，然后用钩子把堵塞的地方清理下，重新投入物料，进行发酵处理即可(右下图所示)。而两面墙的槽式结构(右图)，风管为纵向铺设，一旦被堵，由于有墒的限制，很难单独清理某处，需要把整槽的物料全部取出才好清理，耗费大量人力物力。所以说，开放式堆肥设施的送风系统最大发挥送风效果，减少了劳动量。对于北方寒冷的冬季，很多堆肥设施由于堆积高度不够，堆体较小，冬季发酵停止的状况时有发生。开放式堆肥设施，由于堆体比较大，堆积高度能达到1.9米，寒冷的冬季依然正常发酵。下圈是冬季在北海道占冠村拍的照片(牛粪堆肥)，外界气温零下20多度，堆体表面结了一层霜，但堆体内部依然达到70度以上。堆肥发酵过程不同阶段的介绍开始发酵。将禽畜粪便直接投入到发酵槽，由于是开放式堆肥设施，可以直接用自卸车或铲车向发酵槽投料，不需要提前预混。根据养殖方式的不同，粪便的含水量有较大差别。如果是水冲粪便的方式，粪污含水量较高的粪便，需要进行脱水预处理。脱水后的粪便固态物质含水