可生化固体废物的处理与利用

1、Solid Waste Treatment and Resources Recovery主讲人：江 长 胜 副教授E-mail: Tel: 68250484 (O)第十一章可生化固体废物的处理与利用第一节概述 有机固体废物的堆肥化自然界的许多微生物具有氧化、分解有机物的能力。利用微生物的这种能力，处理可降解的有机固体废物，达到无害化和资源化，是有机固体废物处理利用的一条重要途径。堆肥化定义堆肥化（Composting）就是在控制条件下，利用自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，促进来源于生物的有机废物发生生物稳定作用，使可被生物降解的有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。堆肥化的产物称

2、为堆肥。堆肥化分类按需氧程度分：好氧堆肥和厌氧堆肥按温度分：中温堆肥和高温堆肥按技术分 ：露天堆肥和机械密封堆肥堆肥原料城市垃圾禽畜粪便污泥农林废物厨余和食品废物Composting converts waste, leaves, kitchen scrapsand garden wastes, into a valuable product which, whenused in the garden, results in healthier plant growthwhen added to garden soil.堆肥的原则分解过程尽量充分、完善，减少臭味，避免昆虫繁殖；破坏垃圾中的病原

3、有机体和垃圾中的植物种子；保留氮、磷和钾这些营养物的最大含量；减少完成整个堆肥工艺所需的时间和堆肥工艺的占地面积。堆肥的效用改良土壤：使粘重土壤变轻，改变含沙少的土壤结构，提高土壤的蓄水能力，扩大作物的根系。提供营养：它向植物提供氮、磷和钾三种元素。与化肥共同使用时，能使肥料中的磷元素变得更易被植物吸收，肥料中的氮元素的有效期也延长了，从而提高了作物所吸收的营养量。堆肥中含有一切植物所需要的其他微量元素。堆肥化存在的问题目前，我国高温堆肥从严格意义上可分为两种:将垃圾破碎筛分，筛出的可腐有机物经过生物发酵制成肥料。产量大，但肥料中混有大量的碎塑料和重金属，肥料质量明显不高，可能对土地质量产生的

4、负面影响。在前分选阶段，将垃圾中煤灰分经过粗筛去除，将粗筛分后的筛上物中的无机物和有机物尽可能分开，有机物用来堆肥。产量低，但肥料质量高。垃圾堆肥化的前景卫生化填埋因初期投资和运行成本较低，目前仍为许多不发达的国家和地区采用。但垃圾填埋对水环境和大气的不利影响已完全显现出来。垃圾焚烧以其减量化最大、无害化程度最高而受到人们的推崇。但是存在初期投资和运行成本过高、焚烧尾气的污染问题。城市垃圾堆肥化作为垃圾处理的三种主要方法之一受到多数国家重视。第二节堆肥原理好氧堆肥厌氧堆肥堆肥微生物影响堆肥化的因素分析好氧堆肥（Aerobic Composting）原理有机废物好氧堆肥化过程实际上就是基质的微生

5、物发酵过程，可用下式表示： C、H、O、N、S、P O2CO2+NO2+SO42-+简单有机物+更多的微生物+热量好氧堆肥过程的三个阶段中温阶段：堆肥化过程初期，堆层呈1545的中温，嗜温性微生物较为活跃。高温阶段：当堆温升至45以上时即进入高温阶段。在此阶段，嗜温微生物受到抑制甚至死亡，取而代之的是嗜热微生物。降温阶段：内源呼吸后期，剩下部分较难分解的有机物和新形成的腐殖质。嗜温性微生物占优势。厌氧堆肥（Anaerobic Composting）原理厌氧堆肥是在缺氧条件下，利用厌氧微生物进行的一种腐败发酵分解，其终产物除CO2和水外，还有氨、硫化氢、甲烷、其他有机酸等还原性终产物。厌氧堆肥过

6、程的两个阶段产酸阶段：产酸菌将大分子有机物降解为小分子的有机酸和乙醇、丙醇等物质，并提供部分能量因子ATP 。甲烷阶段：甲烷菌把有机酸继续分解为甲烷气体。堆肥微生物堆肥微生物的来源：有机废物固有的大量的微生物种群；人工加入的特殊菌种，具有活性强、繁殖快、分解有机物迅速等特点，能加速堆肥反应的进程，缩短堆肥反应的时间。影响堆肥化的因素分析 化学因素：C/N比O2营养平衡pH值 物理因素：温度颗粒尺寸含水率Coarse material, such as corn stalks, small tree and shrublimbs, can also be composted. Shredding

7、 these materialsincreases the surface area that organisms can work onwhich significantly decreases the time required forcomposting.第三节堆肥工艺的分类按微生物对氧的需求分类按要求的温度范围分类按堆肥过程中物料运动形式分类按堆肥堆制方式分类按发酵历程分类按微生物对氧的需求分类好氧堆肥：依靠专性和兼性好氧细菌的作用使有机物得以降解的生化过程。好氧堆肥具有对有机物分解速度快、降解彻底、堆肥周期短的特点。厌氧堆肥：依赖专性和兼性厌氧细菌的作用降解有机物的过程。厌氧堆肥工艺

8、简单，不必由外界提供能量，运转费用低；但周期长、易产生恶臭、且占地面积大。按要求的温度范围分类中温堆肥：一般指中温好氧堆肥，所需温度为15-45。由于温度不高，不能有效地杀灭病原菌。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，能有效地杀灭病菌。高温堆肥最适宜的温度范围为55-60。按堆肥过程中物料运动形式分类静态堆肥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成之后，成为腐殖土后运出。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，具有堆肥周期较短（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

9、作运行等特点。按堆肥堆制方式分类露天式堆肥即露天堆积。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，以供给有机物降解所需的氧气。装置式堆肥也称为封闭式堆肥或密闭型堆肥。即是将堆肥物密闭在堆肥发酵设备中，通过风机强制通风，提供氧源或不通风厌氧堆肥。按发酵历程分类一次发酵：好氧堆肥的中温与高温两个阶段的微生物代谢过程称为一次发酵或主发酵。一般需10-12天，以高温阶段为主。二次发酵：经过一次发酵后，但还有一部分易降解和大量难降解的有机物存在，需将其送到后发酵仓进行二次发酵，也称后发酵，使其腐熟。当温度稳定在40左右时即达到腐熟，一般需20-30天。第四节好氧堆肥工艺好氧

10、堆肥的基本工艺程序前处理主发酵后发酵后处理脱臭贮存典型好氧堆肥工艺好氧静态堆肥工艺间歇式好氧动态堆肥工艺连续式好氧动态堆肥前处理在以家畜粪便、污泥等为堆肥原料时，前处理的主要任务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，前处理包括破碎、分选、筛分等工序。通过破碎、分选和筛分可去除粗大垃圾和不能堆肥的物质，并通过破碎可使用肥原料和含水率达到一定程度的均匀化。同时，破碎、筛分使原料的表面积增大，便于微生物繁殖，从而提高发酵速度。主发酵（一次发酵）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积层或发酵装置内堆肥物料供给氧气。发酵初期物质的分解作用是靠嗜温菌（30

11、-40为最适宜生长温度）进行的， 随着堆温上升，最适宜温度（45-65）的嗜热菌取代了嗜温菌。堆肥从中温阶段进入高温阶段。通常，将温度升高到开始降低为止的阶段为主发酵阶段。后发酵（二次发酵）经过主发酵的半成品堆肥被送到后发酵工序，将未分解的、易分解和较难分解的有机物进一步分解，使之变成腐殖酸、氨基酸等比较稳定的有机物，得到完全成熟的堆肥制品。在此阶段的分解过程中，反应速度降低，耗氧量下降，所需时间较长。后处理经过二次发酵后的物料已成为粗堆肥。然而，城市生活垃圾堆肥时，在预分选工序没有去除的塑料、玻璃、陶瓷、金属、小石块等杂物依然存在。因此，还要经过一道分选工序以去除这类杂物，并根据具体需要，如

12、生产精制堆肥等，则应进行再破碎过程。脱臭在堆肥过程中，由于堆肥物料局部或者某段时间内的厌氧发酵会导致臭气产生，污染工作环境。因此，必须进行堆肥排气的脱臭处理。去除臭气的方法主要有化学除臭剂除臭、碱水和水溶液过滤、熟堆肥或活性炭、沸石等吸附剂过滤。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，所以要建立可贮存六个月生产量的库房。贮存方式可直接堆存在二次发酵仓中或装入袋中，这种贮存的要求是干燥而透气的室内环境，如果是在密闭和受潮的情况下，则会影响到制品的质量。好氧静态堆肥工艺城市生活垃圾好氧静态堆肥处理技术规程（CJI/T52-93）明确给出了好氧静态堆肥标准。我国高温堆肥大多采用一次性

13、发酵方式，周期长达30d以上，目前推广的是二次性发酵方式，周期一般需20d。静态堆肥常采用露天的静态强制通风垛形式，或在密闭的发酵池、发酵箱、静态发酵仓内进行。由于堆肥物料一直处于静止状态，导致物料及微生物生长的不均匀性，静态强制通风较困难，易造成厌氧状态，使发酵周期延长。间歇式好氧动态堆肥工艺间歇式堆肥采用静态一次发酵的技术路线，其发酵周期缩短，堆肥体积减少。它是将原料一批批地发酵，一般采用间歇翻堆的强制通风垛或间歇进出料的发酵仓。间歇式发酵装置有长方形池式发酵仓、倾斜床式发酵仓、立式圆筒形发酵等，各配设通风管，有的还配设搅拌或翻堆装置。连续式好氧动态堆肥采取连续进料和连续出料的方式，原料在

14、一个专设的发酵装置内进行一次发酵的过程。物料处于一种连续翻动的动态情况下，物料组分混合均匀，易于形成空隙，水分易于蒸发，因而使发酵周期缩短，可有效地杀灭病原微生物，并可防止异味的产生。发酵仓混合堆肥工艺流程污泥高温干馏裂解工艺流程污泥堆肥一般工艺流程污泥最终处置与利用略图深槽好氧发酵干燥设备深槽好氧发酵干燥设备工作原理图 （1）深槽好氧发酵干燥设备工作原理图（2）深槽好氧发酵干燥设备工作情况（1）深槽好氧发酵干燥设备工作情况（2）深槽好氧发酵干燥设备工作情况（3）发酵池1.5m出料口托料架出料盘通风孔架式发酵池（1）进料口4.0m架式发酵池（2）托料架出料盘第五节好氧堆肥系统 条垛式堆肥系统

15、通风静态垛系统 反应器系统（或发酵仓系统）条垛式系统场地建堆翻堆翻堆方式翻堆次数翻堆设备优点：设备简单，成本较低；翻堆使堆肥易于干燥，填充剂易于筛分和回用；长时间的堆腐使产品的稳定性相对较好。缺点：占地面积大，堆腐周期长。翻堆会造成臭味的散发。运行操作受气候影响大。强制通风静态垛系统场地通风系统优点：设备投资较低，堆腐时间相对较短，产品稳定性好，能有效的杀灭病原菌及控制臭味，占地也较少。缺点：易受到气候条件的影响。反应器系统（发酵仓系统）反应器系统是将堆肥物料密闭在发酵装置，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。占地面积小，能进行很好的过程控制，不受气候条件的影响

16、，可对废气进行统一收集处理，解决了臭味问题。堆肥的投资和运行费用及维护费用很高。由于堆肥周期较短、机械化程度高，堆肥产品有潜在的不稳定性。The Pilot Facility第六节好氧堆肥过程的条件控制观察堆肥过程进行得是否顺利，主要根据堆肥物料中有机物的变化和堆肥工艺控制参数的获取和分析。通过堆肥过程的条件控制，可保证其运行过程的顺利进行。一、关于堆肥中的有机物问题堆肥原料：在高温好氧堆肥中，有机物含量变化的最适合范围为20-80%。目前我国城市生活垃圾的无机含量较高，应适当调整和适当增加堆肥原料的有机组分。堆肥过程的有机物含量变化：衡量指标包括COD（还原性物质）、挥发性物质VM（或灰分）

17、、纤维素、糖类物质等。堆肥过程的碳氮比控制实践证明：当碳氮比为（25-35）:1时发酵过程最快。为保证成品堆肥中一定的碳氮比（一般为10-20:1） 和在堆肥过程中有理想的分解速度，必须调整好堆肥原料的碳氮比。初始原料的碳氮比一般都高于最佳值，调整的方法是加入人粪尿、畜粪以及城市污泥等调节剂，使碳氮比调到30以下。堆肥过程的水分（含水率）控制用生活垃圾堆肥时，一般以含水率按质量计50-60为最佳。通常，生活垃圾的含水率均低于最佳值，可添加污水、污泥、人畜尿、粪便等进行调节。堆肥过程的温度控制在堆肥过程中，随着物料中微生物活动的加剧，微生物分解有机物所释放出的热量大于堆肥的热耗时，堆肥温度就上升

18、。因此，温升是微生物活动剧烈程度的最好参数。通风供氧的过程控制堆肥过程中合适的氧浓度应大于18，最低氧浓度不能小于8。氧浓度一旦低于8，氧就成为好氧堆肥中微生物生命活动的限制因素。堆肥过程的pH值控制适宜的pH值可使微生物有效地发挥其应有的作用，而过高或过低的pH值都会对堆肥的效率产生影响。一般认为pH值在7.58.5时，可获得最大堆肥速率。在堆肥过程中，尽管pH值在不断变化，但能够通过自身得到调节。当堆肥物料为生活垃圾时，试图在堆肥物中添加中和剂如石灰、磷酸盐、钾盐等来改变pH值是没有必要的。发酵周期的确定发酵周期是指垃圾经好氧发酵过程由原材料成为稳定无害的堆肥产品所需要的时间。堆肥发酵周期的长短是评价堆肥工艺好坏的一个重要标准。堆肥产品要达到稳定化, 才能认为无害化的堆肥过程已告结束，其判定的标准就是腐熟度。第七节 堆肥的腐熟度及其测定提出腐熟度标准的意义：通过微生物的作用，堆肥的产品要达到稳定化、无害化，亦即不对环境产生不良影响。所产生的堆肥产品在使用期间，不能影响作