固体废物污染控制工程固体废物的堆肥化处理技术

关于固体废物污染控制工程固体废物的堆肥化处理技术第一页，共一百一十五页，2022年，8月28日内容一、概述二、堆肥化的基本原理三、好氧堆肥化的基本工艺过程四、堆肥化处理过程的几种组合形式五、影响固体废物堆肥化的主要因素六、堆肥化设备及工艺系统七、堆肥腐熟度的评价指标第二页，共一百一十五页，2022年，8月28日一、概述1.定义堆肥化是在人工控制下，在一定的水分、C/N比和通风条件下，通过微生物的发酵作用，将有机物转变为肥料的过程。更科学一点讲：堆肥化是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地将促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质生化转化的微生物过程。堆肥化的产物称为堆肥。有机固体废物的堆肥化技术是进行稳定化、无害化处理的重要方式之一，也是实现固体废物资源化、能源化的技术之一。第三页，共一百一十五页，2022年，8月28日2.固体废物堆肥化的意义对城市固体废物（MSW）进行处理消纳，实现稳定化、无害化，可以避免或减轻垃圾大面积堆积，影响市容及城市垃圾自然腐败、散发臭气、传播疾病，从而对人体和环境造成危害；可以将固体废物中的适用组份尽快地纳入自然循环（如堆肥可回归农田生态系统中）系统，促进自然界物质循环与人类社会化物质循环的统一；可以将大量有机固体废物通过某种工艺转换成有用的物质和能源（如产生沼气、生产葡萄糖、微生物蛋白质等）。堆肥化可减重、减容均为50%。第四页，共一百一十五页，2022年，8月28日2.固体废物堆肥化的意义由于城市固体废物和农业废物数量巨大，其中可生物转换利用的成分多，在当前世界上普遍存在自然资源短缺及能源紧张的情况下，堆肥化回收和利用技术的开发具有深远的意义。农业生物质资源（秸杆、稻壳、甘蔗渣、花生壳等）年产6亿吨左右。第五页，共一百一十五页，2022年，8月28日3.堆肥的作用堆肥是一种人工腐殖质，堆肥施用后，可增加土壤中稳定的腐殖质，形成土壤的团粒结构，其作用如下：1）改善土壤的物理性能：使土壤松软、多孔隙、易耕作，增加保水性、透气性和渗水性，进而改善土壤的物理性能；2）保肥作用：肥料成分中的氮、钾、铵等都是以阳离子形态存在，而腐殖质带负电荷，可以吸附阳离子。即堆肥可以有助于土壤保住养分，提高保肥能力；第六页，共一百一十五页，2022年，8月28日

3）螯合作用：腐殖质中某种成分有螯合作用。它能和土壤中含量较多的活性Al结合，使其变成非活性物质，抑制活性铝和磷酸结合造成的危害。同样对作物有害的铜、铝、镉等重金属也可与腐殖质反应降低其危害性；4）缓冲作用：腐殖质具有缓冲作用。其它条件恶化时，能起到减少冲击、缓和影响的作用，如水分不足时，可防止植物枯萎，起到缓冲器的作用；5）缓效作用：堆肥具有缓效作用（缓慢持久起作用，不会损害农作物）。与硫铵、尿素等化肥中的氮不同，堆肥中的氮几乎都是以蛋白质氮形态存在。3.堆肥的作用第七页，共一百一十五页，2022年，8月28日3.堆肥的作用6）微生物对植物根部的作用：因为堆肥中富含大量微生物，施用后，增加土壤中的微生物数量，微生物分泌的各种有效成分易被根部吸收，有利于根系发育和伸长。总之，腐殖质能改善土壤的物理的、化学的和生物的性质，使土壤环境保持适于农作物生长的良好状态，腐殖质还具有增进化肥肥效的作用。第八页，共一百一十五页，2022年，8月28日4.堆肥的原料

（1）城市生活垃圾；（2）纸浆厂、食品厂等排水处理设施排出的污泥；（3）下水污泥；（4）粪便消化污泥、家畜粪尿；（5）树皮、锯末、糖壳、秸秆等。在我国：堆肥的主要原料为：（1）生活垃圾与粪便的混合物；（2）城市生活垃圾与生活污水的混合物。第九页，共一百一十五页，2022年，8月28日4.堆肥的原料注意：生活垃圾作为堆肥原料时，其可堆肥物的数量、C/N、水分等常常不能满足堆肥的要求，需要进行适当的预处理。配入粪便或某些污泥可有效地调整C/N比和水分，从而得到N、P、K含量较高的有机肥。第十页，共一百一十五页，2022年，8月28日5.堆肥化原料特性的评价指标

我国新近颁布的《城市生活垃圾堆肥处理厂技术评价指标》中规定：密度：适于堆肥的垃圾密度应为350~650

kg·m-3;组成成分（湿重）%：其中有机物含量不得少于20%；含水率：适于堆肥的垃圾其含水量为40-60%；C/n比：垃圾的C/N为:20:1~30:1。第十一页，共一百一十五页，2022年，8月28日6.肥堆产品质量及卫生要求（1）堆肥产品质量要求（以干基计）粒度：农用堆肥产品粒度≤12mm，山林果园用堆肥产品粒度≤50mm；含水率：≤35mm;pH值：6.5~8.5;全氮(以N计):≥0.5%;全磷（以P2O5计）：≥0.3%；全钾(以K2O计):≥1.0%;有机质(以C计):≥10%;重金属含量：总隔(以Cd计)：≤3mg·kg-1；总汞（以Hg计）：≤５mg·kg-1；总铅（以Pb计）：≤100mg·kg-1；总铬（以Cr计）：≤300mg·kg-1；总砷（以As计）：≤30mg·kg-1。第十二页，共一百一十五页，2022年，8月28日（2）卫生要求堆肥温度：（静态堆肥工艺）＞55℃持续５d以上；蛔虫卵死亡率：95％～100％；粪大肠菌值：10－１～10－２；第十三页，共一百一十五页，2022年，8月28日二、堆肥化的基本原理（一）好氧堆肥化过程的基本原理

1.堆肥化过程描述同水处理一样，好氧堆肥是在通气条件下，借好氧微生物使有机物得以降解．好氧堆肥温度一般在50℃～65℃，最高可达80℃～90℃。故好氧堆肥也叫高温堆肥。第十四页，共一百一十五页，2022年，8月28日好氧堆肥的基本过程（1）在堆肥过程中，生活垃圾中的溶解性的有机物可透过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物直接吸收；（2）对于不溶胶体和固体有机物，先附着在微生物体外，依靠微生物分泌的胞外酶分解为可溶性物质，再渗入细胞。第十五页，共一百一十五页，2022年，8月28日微生物通过自身的生命活动，进行分解代谢（主要是氧化还原过程）和合成代谢（生命合成过程）将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；将另一部分有机物转化为生物体必须的营养物质，进而合成为新的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多的生物体，这个过程用图可表示为：分解代谢：物质分解和提供能量的代谢；合成代谢：消耗能量并合成生物体的代谢。第十六页，共一百一十五页，2022年，8月28日堆肥有机物（C,H,O,N,S,P）+O2+微生物CO2,H2O,NH3,SO42_,PO43-+能量氧化分解异化作用细胞物质（微生物生长繁殖）+腐殖物质同化作用合成释放转化为热第十七页，共一百一十五页，2022年，8月28日堆肥过程中有机物氧化分解总的关系可用下式表示：通常情况，堆肥成品与堆肥原料之比为0.3～0.5。即

这是由于氧化分解后减量化的结果。一般情况，w、x、y、z可取值范围为：

w=5~10,x=7~17,y=1,z=2~8.第十八页，共一百一十五页，2022年，8月28日2.堆肥化过程中有机物氧化和合成的方程式（1）氧化A．不含氮有机物（CxHyOz）B.含氮有机物（）氧化（同前式）第十九页，共一百一十五页，2022年，8月28日2.堆肥化过程中有机物氧化和合成的方程式（2）细胞物质的合成（3）细胞质的氧化第二十页，共一百一十五页，2022年，8月28日2.堆肥化过程中有机物氧化和合成的方程式以纤维素为例，好氧堆肥中纤维素的分解反应为：第二十一页，共一百一十五页，2022年，8月28日3.好氧堆肥化过程的三个阶段（231~233）（1）中温阶段（30~40 ℃，1~3天）（2）高温阶段（45~65℃，3~8天）（3）降温阶段（4）腐熟阶段通常，利用堆肥温度的变化作为堆肥过程（阶段）的评价指标。（20~30天）第二十二页，共一百一十五页，2022年，8月28日高温阶段降温阶段府熟阶段升温阶段产酸过程水溶物降解腐殖酸形成聚合物降解高温阶段，微生物按其活性又可分为：对数增长期、减速增长期和内源呼吸期NH3的形成第二十三页，共一百一十五页，2022年，8月28日（二）厌氧堆肥化过程的原理

1.堆肥过程中厌氧发酵的两个阶段厌氧堆肥化是在无氧条件下，借厌氧微生物的作用来进行的。下面用图来说明有机物的厌氧发酵分解过程：堆肥有机物+微生物细胞物质有机酸、醇+微生物CO2,NH3,H2S,PH3等+Q细胞物质CO2,CH4,+Q产酸阶段（在产酸菌作用下）酸性发酵阶段。产气阶段（在甲烷菌作用下），碱性发酵阶段。第二十四页，共一百一十五页，2022年，8月28日2.堆肥化的厌氧分解反应式（以纤维素为例）：总反应式为：第二十五页，共一百一十五页，2022年，8月28日（三）堆肥过程的动力学原理1.酶促（催化）反应动力学作为生化转化过程的堆肥化技术，酶在其中起着十分重要的作用。因此，有机废物的堆肥化过程，可近似地看作是酶催化反应过程。

酶与底物的反应机理可表示为:

S——底物，E——游离酶，[ES]——中间产物（复合物），P——产物。第二十六页，共一百一十五页，2022年，8月28日（1）平衡态法该法认为，S与E生成中间复合物一步为可逆反应，可很快达到平衡；生成产物一步的速率较慢，是速率控制步骤。据此假设，有：第二十七页，共一百一十五页，2022年，8月28日因为：所以：式中，Ce——游离酶的浓度，mol·l-1;

Cs——底物的浓度，mol·l-1;

Ks——离解常数，mol·l-1第二十八页，共一百一十五页，2022年，8月28日又酶的总浓度所以式(6)代入式(2)，得

——P的最大生成速率，mol·l-1·s-1;

——酶的总浓度，或酶的初始浓度，mol·l-1第二十九页，共一百一十五页，2022年，8月28日（2）“拟稳态法”该法认为,底物浓度Cs比酶的高得多,复合物[ES]分解时所得到的酶又立即与底物相结合,即C[ES]基本维持不变,即据此假设，有：底物的消耗速率：第三十页，共一百一十五页，2022年，8月28日中间复合物的生成速率

式(11)与式(10)比较，可得:又因为酶的总浓度将Ce代入式（11），整理，得第三十一页，共一百一十五页，2022年，8月28日故（15）此即为著名的米氏方程。Km——米氏常数，mol·L-1Km

与KS的关系:讨论：从式（15）可知:①当底浓度很大时，即Cs››Km时，，即与酶的初始浓度成正比，而与Cs无关，故呈0级反应，此种情况，只有↗才可↗；第三十二页，共一百一十五页，2022年，8月28日②当Cs

‹‹Km时，则即基质降解为一级反应，↗Cs可↗；③当Km=Cs时，则，它表示酶被底

物饱和时，达到最大反应速率一半时，所需的底物浓度。在堆肥化过程中，可以或Km度量有机废物在不同工艺条件下的发酵速率，从而可借以比较和优化工艺条件。这几种情况用图表示如下：第三十三页，共一百一十五页，2022年，8月28日零级反应区混合反应区（0<n<1）一级反应区（n=1）0CS第三十四页，共一百一十五页，2022年，8月28日

和Km的求法：

我们利用Lineweaver-Burk的双倒数作图法，先将米氏议程变为：

由此可见，与成线性关系，因此，实验时，测定不同Cs下的,以对作图，得到直线：第三十五页，共一百一十五页，2022年，8月28日则可求出和km。则可求出和Km。第三十六页，共一百一十五页，2022年，8月28日在堆肥中，的求法：在堆肥化实验中，采用微分法求出，即在不同时间内分析样品中的含C量，根据的变化曲线，求曲线上任一点切线的斜率，即为该浓度时的，以对作图，求得km和。

要找出堆肥化过程的最佳条件，必须从动力学方面去分析，使堆肥工艺过程真正纳入科学化的轨道，逐步由定性向定量方向发展。第三十七页，共一百一十五页，2022年，8月28日2.微生物反应动力学（1）细胞生长动力学A．对数生长期对数生长期阶段，细胞生长不受基质浓度限制，即所以第三十八页，共一百一十五页，2022年，8月28日B．减速期：（3）受基质浓度限制。C．静止期：（4）——细胞死亡速率常数。最大细胞浓度第三十九页，共一百一十五页，2022年，8月28日D．衰亡期：细胞死亡速率：

式中，Cx——细胞浓度；

Cs——基质浓度；

Co——氧浓度；

Cp——产物浓度。第四十页，共一百一十五页，2022年，8月28日Monod（现代细胞生长动力学的奠基人）方程（1942年）：

S-1

(6)与米氏方程形式一致。但米氏方程自反应机理推导而来，而Monod方程自经验得出，叫唯象方程或形式动力学。第四十一页，共一百一十五页，2022年，8月28日(2)底物(基质)消耗动力学比速率（7）——最大比基质消耗速率；

=——细胞得率；第四十二页，共一百一十五页，2022年，8月28日(3)代谢产物生成动力学（8）分二种情况：①胞内代谢产物生成速率（9）

——细胞内代谢产物的含量比生成速率：（10）②胞外代谢产物生成速率（11）a、b、c——均为常数第四十三页，共一百一十五页，2022年，8月28日例题[题]葡萄糖在葡萄糖异构酶存在时转化为果糖的反应机理式为：试分别采用：（1）平衡态法；（2）拟稳态法，求其速率方程式。第四十四页，共一百一十五页，2022年，8月28日[解]（1）平衡态法（1）因为（2）所以（3）又据平衡假设有：（4）

（5）第四十五页，共一百一十五页，2022年，8月28日即：故：（6）

式（6）代入（3），得：

（7）第四十六页，共一百一十五页，2022年，8月28日（2）拟稳态法接18页的公式第四十七页，共一百一十五页，2022年，8月28日[题8]有一酶催化反应，Km=2*10-3mol.L-1，当底物的初始浓度为1.0*10-5

mol.L-1时，若反应进行1min，则有2%的底物转化为产物。试求出：(1)当反应进行3min，底物转化为产物的%是多少？此时底物和产物的浓度分别是多少？(2)当Cs0=1*10-6mol.L-1时，也反应了3min，Cs=？Cp=？

(3)最大反应速率值为多少？第四十八页，共一百一十五页，2022年，8月28日[解](1)Xs=6%，Cs=0.94*10-5mol.L-1,Cp=6*10-7mol.L-1

(2)Xs=6%，Cs=0.94*10-5mol.L-1,Cp=6*10-8mol.L-1

(3)rmax=4.04*10-5mol.L-1min-1第四十九页，共一百一十五页，2022年，8月28日(1).因为Cs0<<0.01km时，可按一级反应处理，即

即

T=1min

T=3min

第五十页，共一百一十五页，2022年，8月28日

则转化率Cs=0.94*Cs0=0.94*10-5(mol/L)Cp=Cs0-Cs=(1-0.94)*10-5=6*10-7(mol/L)

第五十一页，共一百一十五页，2022年，8月28日(2)同理，可视为一级反应式Cs=0.94*10-6(mol.L-1)Cp=6*10-8(mol.L-1)(3)=Km.K=0.0202*2*10-3=4.04*10-5(mol.L-1min-1)第五十二页，共一百一十五页，2022年，8月28日三、好氧堆肥化的基本工艺过程

现代化的堆肥过程，通常由前处理、主发酵（一次发酵）、后发酵（二次发酵）、后处理、脱臭、贮存等工序组成。

1.前处理前处理就是通过破碎、分选等预处理方法，除去粗大垃圾，降低不可堆肥化物质的含量，使堆肥物料的粒度、含水率达到一定程度的均匀化。①颗粒变小，物料比表面积增大，便于微生物繁殖，促进发酵速率；②但颗粒也不能太小，因为要均匀充分地通风供氧，必须保持一定程度的孔隙率与透气性。合适的粒度范围是12～60mm.③对含水率较高的固体废物（如污水污泥、人畜粪便等）为主要原料时，前处理的主要任务是调整水分和C/N，有时需要添加菌种和酶制剂，以使发酵过程正常进行。第五十三页，共一百一十五页，2022年，8月28日

2．主发酵：

(1)发热(升温)阶段:发酵堆肥初期，由中温好氧的细菌和真菌，将易分解的可溶性物质(淀粉、糖类)分解，产生CO2和H2O，同时产生热量使温度上升（30～40℃），此阶段一般需花时间：1～3d.

(2)高温阶段：>50℃就可称为高温阶段随着堆温的升高，最适宜温度45～65℃的嗜热菌，取代了嗜温菌，可将堆肥中残留的或新形成的可溶性有机物继续被分解转化，一些复杂的有机物也开始被强烈地分解。需时：3～8天。此后，将进入堆肥化的降温阶段。通常将温度高到开始降低为止的阶段，称为主发酵期。城市垃圾好氧堆肥的主发酵期约为4～12天。第五十四页，共一百一十五页，2022年，8月28日3．后发酵（二次发酵或降温阶段）：20～30天。后发酵也可设在专设仓内进行。经高温阶段的主发酵过程，大部分易于分解和较易分解的有机物（如纤维素等）已得到分解，剩下的是木质素等较难分解的有机物及形成的腐殖质。这时，微生物活动减弱，产热量减少，温度逐渐下降，嗜温或中温性微生物成为优势菌种，残余物进一步分解，腐殖质继续积累，堆肥进入腐熟阶段。需时：20～30天。4．后处理后处理主要去除在前处理工序中还未完全去掉的塑料、玻璃、陶瓷、金属、小石块等杂物。去除设备主要为回转式振动筛、磁选机、风选机等。第五十五页，共一百一十五页，2022年，8月28日5．脱臭堆肥过程的每道工序均有臭气产生，主要有NH3、H2S、甲基硫醇、胺类等。方法主要有：化学除臭剂除臭；水、酸、碱溶液吸收法；臭氧氧化法；活性炭、沸石、熟堆肥吸附法。

6．贮存堆肥厂：至少容纳6个月产量的贮藏设备。第五十六页，共一百一十五页，2022年，8月28日四、堆肥化处理过程的几种组合形式根据城市垃圾堆肥化系统有无预系统及其组合形式可分为以下几种形式：分选破碎破碎分选分选破碎分选分选破碎（半湿式）发酵设备第五十七页，共一百一十五页，2022年，8月28日各种组合形式均根据垃圾的成分、尺寸大小、资源化要求等，采用不同的发酵设备。例如：无锡机械化堆肥化处理技术采用第三种形式，天津大港机械化堆肥化处理技术采用第二种形式，武汉、上海则采用第五种形式。第五十八页，共一百一十五页，2022年，8月28日五、影响固体废物堆肥化的主要因素影响的主要因素有：通风供氧（需氧量），堆料的含水率，温度（最主要的发酵条件），其它尚有有机物含量、颗粒度、C/N、C/P、pH值等。（一）通风的作用及其控制1.理论需氧量和理论空气量（微生物氧化分解有机物需要氧气）需氧量主要取决于：堆肥原料中的有机物含量、挥发度（%）、可降解系数（分解效率%）等。第五十九页，共一百一十五页，2022年，8月28日下面根据有机物氧化分解的关系式，推算理论需要量和供料的可降解度式中：

——堆肥原料成分

——堆肥产物成分

r=1/2[b-nx-3(c-ny)]

s=a-nw

n——降解效率（摩尔转化率）第六十页，共一百一十五页，2022年，8月28日例题[题9]用一种成分为C13H50NO26的堆肥物料进行实验室规模的好氧堆肥化试验。试验结果：每1000kg堆料在完成堆肥化后仅剩下200kg，测定产品成分为C11H14NO4，试求1000kg物料的化学计算理论需氧量。

[解]（1）计算堆肥物料的kmol质量：C13H50NO26的千摩尔质量为852kgW=852kg·kmol-1则参加反应的有机物摩尔数为：

第六十一页，共一百一十五页，2022年，8月28日（2）堆肥产品的物料的kmol质量:

每摩尔参加反应的残余有机物的摩尔数为：

（降解效率）（3）由题可知：a=31,b=50,C=1,d=26,w=11,x=14,y=1,z=4，则（4）求需氧量第六十二页，共一百一十五页，2022年，8月28日实际堆肥系统，通常提供超出计算需氧量2倍以上的过量空气，以保证充分的好氧条件。一般，主发酵强制通风的经验数据为：静态堆肥：取0.05~0.2m3/min·m3堆料动态堆肥:依试验确定。2.通风的干化作用所谓干化就是空气受到堆肥化物料的加热，不饱和热空气可以带走水蒸气，而干化物料的过程。干化所需的空气需要量计算如下:第六十三页，共一百一十五页，2022年，8月28日[题10]

使用一台封闭式发酵仓设备，以固体含量为50%的垃圾生产堆肥，待干至90%固体后用用调节剂，环境空气温度为20℃，饱和湿度(水/干空气)为0.015g/g,相对湿度为75%。试估算使用环境空气进行干化时的空气需要量。如将空气预热到60℃(饱和湿度为0.152g/g)又会如何?[解](1)求每克固体去除的水份假定进口和出口的温度相同而排出的空气量饱和状态，则每克固体去除的水分为:第六十四页，共一百一十五页，2022年，8月28日(2)理论空气量：因为环境空气温度为20℃，则

V0，空=183000(m3/t)(干空气/干堆肥)(3)空气预热到60℃时,则去除水分的能力为:0.148(g/g)(水/干空气)则空气需要量为:4640(m3·t-1)(干空气/干堆肥)第六十五页，共一百一十五页，2022年，8月28日3.通风方法与控制（1）自然通风供氧；（2）向堆肥内接入通风管（用在人工法堆肥工艺）；（3）利用斗式装载机及各种专用翻推机横翻通风；（4）风机强制通风供氧。

实践当中，可通过测定排气中氧的浓度来确定发酵仓内氧的浓度及氧的吸收率，排气中氧的适宜体积浓度应为14%～17%，可以此指标来控制通风供氧量。第六十六页，共一百一十五页，2022年，8月28日（二）含水率固体废物的含水率主要决定于其物理组成。一般规律是：（1）有机物百分含量<50%时，最适宜含水率为45～50%；（2）有机物百分含量达到60%时，最适宜含水率为60%；（3）当无机物灰分多，物料含水率<30%时，微生物繁殖慢，分解过程迟缓，当含水率<12%时，微生物繁殖会停止。第六十七页，共一百一十五页，2022年，8月28日1.最大含水量在堆肥化过程中，从透气性角度出发，当固体粒子内部细孔被水填满时的水份含量称为堆肥操作中最大含水量，也叫“极限水份”。如：禾杆的最大含水量为75～85%锯木的最大含水量为75～90%城市垃圾的最大含水量为65%垃圾不同组份的极限含水率用下表表示：表1垃圾各成分的极限含水率第六十八页，共一百一十五页，2022年，8月28日由上表可数据可得到混合垃圾极限含水率计算表。表2垃圾极限含水率计算表2.临界水份

“临界水份”它是既考虑了微生物的活性需要，又考虑到保持孔隙率与透气性需要的综合指标。因为，当含水率>65%时，水就会充满物料颗粒间的空隙，使空气含量下降，堆肥将由好氧向厌氧转化,温度也急剧下降，最终形成发臭的中间产物(如H2S,硫醇,NH3等)。

因此，综合堆肥化各种因素可得到适宜的水份范围为45%～60%，以55%最佳。

第六十九页，共一百一十五页，2022年，8月28日3.堆肥物料含水率的调节与控制①当堆肥原料以城市垃圾为主时，若含水率偏低，可配以粪水或污泥来调节水分含量。②含水率偏低时，还可以用一定量的回流堆肥来调节水分含量。（1）回流法控制水分堆肥化发酵仓堆肥产物城市垃圾原料Xc,ScXr,SrXp,Sp空气排气Xm,Sm第七十页，共一百一十五页，2022年，8月28日图中：Xc——城市垃圾原料的湿重；

Xp——堆肥产物的湿重；

Xr——回流堆肥产物的湿重；

Xm——进入发酵混合物物料的总湿重；

Sc——原料中的固体含量（质量分数）%；

Sp=Sr——堆肥产物和回流堆肥的固体含量（质量分数）%；

Sm——进入发酵仓混合物的固体含量%

堆肥化发酵仓堆肥产物城市垃圾原料Xc,ScXr,SrXp,Sp空气排气Xm,Sm第七十一页，共一百一十五页，2022年，8月28日根据物料平衡计算①湿物料平衡式（1）

②干物料平衡式（2）堆肥化发酵仓堆肥产物城市垃圾原料Xc,ScXr,SrXp,Sp空气排气Xm,Sm第七十二页，共一百一十五页，2022年，8月28日将式（1）代入式（2）得（3）

（4）

（5）第七十三页，共一百一十五页，2022年，8月28日令Rw=回流产物湿重/垃圾原料湿重，称为回流比。则（6）（7）

如令Rc=回流产物的干重/垃圾原料干重，即

（8）第七十四页，共一百一十五页，2022年，8月28日方程（3）两边同除以，得

（9）

（10）故：

（11）用方程式（7）和（11）可分别计算以湿重和干重为条件的回流比。第七十五页，共一百一十五页，2022年，8月28日[题11]拟采用堆肥化方法处理脱水污泥滤饼，其固体含量Sc为30%，每天处理量为10t(以干物料基计算)，采用回流堆肥（其Sr=70%）起干化物料作用，要求混合物Sm为40%。试用两种基准计算回流比率，并求出每天需要处理的物料总量为多少吨？第七十六页，共一百一十五页，2022年，8月28日（2）添加调理剂控制水分

若用调理剂控制堆肥混合物的水分，只需将物料平衡及计算关系式中的Xr和Sr替换为Xa和Sa即可求解。Xa——有机调理剂的总湿重;Sa——调理剂的固体含量，质量分数%。[题12]

设污泥中加入回流堆肥和调理剂以控制湿度。选用的有机调理剂为锯末，其固体含量Sa=70%，脱水泥饼和回流堆肥中分别含25%和60%的固体。污泥饼、堆肥和调理剂按比例1：0.5：0.5湿重混合。试求：（1）混合物的固体含量(质量分数)；（2）若不用回流堆肥，要得到相同的混合物固体含量，所需调理剂的量为多少。第七十七页，共一百一十五页，2022年，8月28日(三)堆肥过程的温度及其控制1.温度温度是影响堆肥化微生物活动和堆肥工艺过程的最重要因素之一。堆肥过程温度上升的热源，来自堆肥中微生物分解有机物进行分解代谢释放出的热量。堆肥化过程温度的变化速率，与氧气的供应状况、发酵装置及保温条件等有关。堆肥温度与微生物生长的关系如下表：

第七十八页，共一百一十五页，2022年，8月28日表3堆肥温度与微生物生长的关系第七十九页，共一百一十五页，2022年，8月28日由表3可以看出：①堆肥温度既不能太低，也不能太高。低了反应速率慢，也不能达到热灭活、无害化要求。高温除反应速率快外，又可将虫卵、病原菌、寄生虫等杀灭，达到无害化要求。所以一般采用高温堆肥。②温度过高，当>70℃时，放线菌等有益菌将被杀死，不利于堆肥过程进行。最适宜温度为55～60℃。第八十页，共一百一十五页，2022年，8月28日2.温度与通风量的关系表4不同通风条件下发酵温度的变化/℃第八十一页，共一百一十五页，2022年，8月28日由表4可以看出：（1）通风量为0.02m3/(min·m3)时，堆层升温缓慢而且均匀，上层达不到无害化要求;（2）通风量为0.2m3/(min·m3)时，升温迅速，而且均匀，虽然由于热惯性，温度上限(70℃)被突破，但可通过改善池底通风性、中间补加水等措施，温度可得到改善；（3）通风量为0.48m3/(min·m3)时，因为风量过大，大量热通过水分蒸发而散失，使堆温不适当地降低，不利于反应进行。另外，通风量大使能耗增加，从而增加处理成本。因此，一次发酵平均通风量选为0.2m3/(min·m3)。与前述静态堆肥所取的通风经验数据符合：0.05～0.2m3/(min·m3)。第八十二页，共一百一十五页，2022年，8月28日3.堆肥过程中温度的控制实际过程中，温度的控制是通过温度—通风反馈系统来完成温度的自动控制。实际上，堆肥温度除与堆肥物料的成分、含水率、微生物活性、通风量等因素相关外，还与发酵装置的类型以及操作方式有关。例如，气固接触方式不同，发酵过程中的温度也不同。如图所示：第八十三页，共一百一十五页，2022年，8月28日Ts---固相温度；Tg---气相温度装置长度方向1．气—固并流接触2．气—固逆流3．气—固错流TsTgTTTgTsTggsg第八十四页，共一百一十五页，2022年，8月28日（1）若为并流操作，气固相温差小，出口温度高，此类型装置对水分蒸发有利，有较广的温度范围，装置内适宜温度不易控制。（2）若为气—固逆流接触，装置进口处反应速度快，固体物料温度升高，热效率好，但出口的气/固相温度皆低,带有水分少。此装置内温度也不易控制。（3）错流接触时，装置内各部分的通气量可通过阀门适当调整，易于控制适宜温度及热效率，也可带走水分，是实现适宜温度的最有利的装置形式。第八十五页，共一百一十五页，2022年，8月28日（四）其它影响因素分析

1.有机质含量

研究表明，高温好氧堆肥中，最适宜的有机物变化含量范围为20~80%，太小太大都不合适。当<20%时，使堆肥过程可能产生足够的热量，维持堆肥所需的温度，影响无害化；同时，还限制堆肥微生物的生长繁殖，最终导致堆肥工艺失败；当>80%时，因为此时对通风量要求很高，往往达不到完全好氧而产生恶臭，也不能使好氧堆肥工艺顺利进行；实践证明，在堆肥过程中适量的无机物（煤灰等）对增大堆肥的孔隙率，提高通风供氧的效率很有好处。

第八十六页，共一百一十五页，2022年，8月28日2.颗粒度

堆能化所需的氧气是通过堆肥原料颗粒的空隙提供的，而空隙的大小则取决于颗粒的大小。物料颗粒的平均适宜粒度为：12~60mm，当然最佳粒径随垃圾的物理特性而变化.纸张、纸板的平均尺寸要求在38~50mm之间；材质较硬的废物粒度要求小些，在5~10mm之间；厨房食品的垃圾为主的废物，其尺寸要大一些，以免破碎成浆状物料，防碍好氧发酵；从经济方面考虑，破碎得越小，动力消耗越大，增加处理费用。第八十七页，共一百一十五页，2022年，8月28日3.C/N比城市垃圾作为堆肥原料时，最佳的C/N比为（26～35）:1各堆肥原料的C/N比为:锯木屑:300～1000秸杆：70～100垃圾：50～80人粪：6～10牛粪：8～26猪粪：7～15鸡粪：5～10废水污泥：5～15活性污泥：5～8因此，当用秸杆、垃圾堆肥时，需添加C/N比低的废物或氮肥，以使C/N调到较低水平。第八十八页，共一百一十五页，2022年，8月28日C/N比太低（<20:1）时，可供消耗的碳素少，氮素养料相对过剩，则氮将变成铵态氮而挥发，导致氮元素大量损失而降低肥效；C/N太高（>40:1）时，可供消耗的碳元素多，氮素养料相对缺乏，细菌和其它微生物的发展受到限制，有机物的分解速度就慢，发酵过程加长；若C/N比更高，则导致堆肥产品的C/N比也高，施入土壤后，将夺取土壤中的氮素，影响作物生长。如：C/N所需时间（天）

209~1230~5010~19782180堆肥化不能进行第八十九页，共一百一十五页，2022年，8月28日4.C/P比堆肥化适宜的C/P比为75～150。5.pH值pH在7.5～8.5时，可获得最大的堆肥速率。pH在堆肥过程中随着时间和温度的变化而变化。第九十页，共一百一十五页，2022年，8月28日六、堆肥化设备及工艺系统

随着堆肥技术在污泥、城市固体废弃物、庭院废弃物和食品废弃物等处理中的广泛应用，与之相关的堆肥设备得到了极大的发展。例如，采用强制通风静态垛系统，处理规模为10,400ｔ干污泥/年的堆肥工厂，总投资为＄6,388,600，其中设备费用为＄4,380,200；采用反应器堆肥系统(ＡＳＨＴｕｎｎｅＩＲｅａｃｔｏｒ)，处理规模为18ｔ干污泥/日的堆肥工厂，总投资为Ｓ14,700,000，其中设备费用为87,800,000。堆肥设备包括物料处理、翻堆、反应器和除臭设备。第九十一页，共一百一十五页，2022年，8月28日1.物料处理设备物料处理设备包括粉碎、混合、输送和分离设备。1.1粉碎设备：它主要有冲击磨、破碎机、槽式粉碎机、水平旋转磨和切割机,主要用来处理城市固体废弃物、废纸、波纹薄纸板、灌木和庭院废弃物等。可根据处理性能、维护要求、投资及运行费用选择这些设备。粉碎设备运行时最需要注意的是安全问题。1.2混合设备：它主要有斗式装载机、肥料撤播机、搅拌机、转鼓混合机和间歇混合机。混合设备直接影响物料的结构，这关系到堆肥过程能否顺利进行，因此，混合设备是物料处理设备中最重要的一部分。可从工程和经济两方面评价混合设备，工程评价内容主要是不同配比的物料混合物容重、孔隙率和空气阻力；经济评价包括设备投资和运行费用。经济评价表明：混合设备运行费用的大小依次为搅拌机>斗式装载机>移动式混合设备。第九十二页，共一百一十五页，2022年，8月28日1.3输送设备：该类设备的设计要考虑物料特性(重量、体积、密度和含水率)、输送路线及距离、输送机功能及参数、输送机投资及运行费用。它包括带式输送机、刮板输送机、活动底斗式输送机、螺旋输送机、平板输送机和气动输送系统。反应器堆肥系统宜采用螺旋输送机，不宣采用履带输送机。输送设备运行时遇到的主要问题是物料压实或堵塞、溢漏和设备磨损。1.4分离设备：分离设备有三个作用：回收物品、减少惰性废物和化学废物。污泥堆肥系统中的分离设备主要是筛分设备，常用的有滚筒筛、振荡筛、跳筛、可伸缩带筛、圆盘筛、螺旋槽筛和旋转筛。可根据处理性能、是否易堵塞、投资及运行费用选择筛分设备，分离效率是选择筛分设备的重要依据(分离效率须大于70%)。堵塞是筛分设备运行过程中遇到的最大问题，滚筒筛和跳筛较好地解决了这个问题。因成分复杂，城市固体废物堆肥系统需采用多种分离技术(表1)。第九十三页，共一百一十五页，2022年，8月28日第九十四页，共一百一十五页，2022年，8月28日2.翻堆设备条垛堆肥系统的翻堆设备分为三类：斗式装载机或推土机、垮式翻堆机、侧式翻堆机。翻堆设备可由拖拉机等牵引或自行推进。中、小规模的条垛宜采用斗式装载机或推土机；大规模的条垛宜采用垮式翻堆机或侧式翻堆机。垮式翻堆机不需要牵引机械，侧式翻堆机需要拖拉机牵引。美国常用的是垮式翻堆机，而侧式翻堆机在欧洲比较普遍。这三类翻堆设备的优缺点见表2。第九十五页，共一百一十五页，2022年，8月28日3.反应器堆肥系统根据反应器类型、固体流向、反应器的床层和空气供给方式进行分类：反应器堆肥系统可分为垂直固体流和水平及倾斜固体流两类。同条垛和强制通风静态垛堆肥系统相比，反应器堆肥系统具有堆肥产品质量高、操作人员少、有效的堆肥过程控制和臭味控制、空间限制少、环境影响小等优点。可根据处理性能、是否有大规模运行的经历、系统可靠性和灵活性、停机维修时间、投资和运行费用、生产厂家的售后服务选择反应器堆肥系统。反应器堆肥系统不同，它们的通风方式及通风设备的参数也不同。第九十六页，共一百一十五页，2022年，8月28日第九十七页，共一百一十五页，2022年，8月28日4.除臭设备臭味问题关系到一个堆肥工厂能否正常运行，有效的臭味控制是衡量堆肥工厂成功运转的一个重要标志。控制臭味至少必须采取5种措施：(1)堆肥过程控制；(2)调查可能的臭味来源；(3)臭味收集系统；(4)臭味处理系统；(5)残留臭味的有效扩散。堆肥过程控制是减少臭味产生的关键因素，但不能完全有效地控制臭味。根据臭味来源的调查结果，建立适当的臭味收集和处理系统。臭味处理系统包括化学除臭器、生物过滤器等。第九十八页，共一百一十五页，2022年，8月28日5.堆肥设备发展趋势5.1家庭堆肥器：西雅图固体废物公用事业局于1986年在美国第一次实施堆肥大师计划，标志着家庭堆肥的开始，该计划主要是采用堆肥技术处理庭院废弃物和食品废物。1995年，41%西雅图居民家庭实行了家庭堆肥，分流了约8300吨庭院废弃物，其中的82%堆肥用于庭院绿化。有研究表明,在Ontario的Mississauga地区，路边收集、集中堆肥和家庭堆肥的处理费用分别为＄140/ｔ、＄190/ｔ和＄50/ｔ。而且家庭堆肥可以减少试验区居民垃圾量的3%-5%。同集中、大规模的堆肥系统相比，家庭堆肥具有显著的优点：费用低和固体废物源头减量化。在西雅图，用于食品废物的家庭堆肥器有两种：蚯蚓箱和锥形桶。过去常用的是蚯蚓箱，现在流行的是锥形桶，锥形桶高约0.9ｍ，内有一个高度为0.46ｍ的篮子，它能容纳一个三口之家在6-9个月之内产生的食品废物。用于庭院废弃物的家庭堆肥器有两种：0.34ｍ3和0.59ｍ3。制造家庭堆肥器的材料为木材、再生聚乙烯和不锈钢。第九十九页，共一百一十五页，2022年，8月28日5.2适于现场操作的小容量反应器：堆肥系统由于经济、臭味控制和场地的原因，大型反应器、强制通风静态垛和条垛堆肥系统受到了极大的限制，因此，适于现场操作的可移动、小容量反应器堆肥系统便应运而生。例如，英国CountyMulchCo.建造了两套可移动堆肥系统(容积为30.584-38.23ｍ3)，形状类似滚式集装箱，进料采用斗式装载机，出料时吊车把集装箱吊起，物料从集装箱的后门倒出来。采用计算机控制温度和氧含量。虽然该类系统只出现了几年，但它正得到小型污水处理厂、食品行业、餐饮业、社区、学校、医院、研究所和商业团体等得到越来越广泛的注意和应用。目前它主要用于食品废物处理。市售小容量反应器堆肥系统有箱式系统、搅拌仓和旋转消化器等，但目前最常用的是箱式堆肥系统，该系统可间歇或连续操作，具有良好的过程控制、投资和运行费用低、设备简单、易于操作和组装等优点，但它最大的优点是为那些没有足够场地的团体或单位提供了一种处理有机废物的技术，