污泥好氧发酵过程

2015 年秋季学期研究生课程考核

（读书报告、研究报告）

考核科目:污泥好氧发酵过程复合控制技

术

学生所在院（系）:市政环境工程学院

学生所在学科:市政工程

学生姓名:邢佳

学号:15B927001

学生类别:博士研究生

考核结果阅卷人

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固体废物堆肥过程中的安全控制问题及对策

摘要：有机固体废弃物的处理长期以来一直受到重视，由于其含有大量的重金属及内在物质(玻璃、塑料、金属等)，不能直接利用，而新鲜的有机质如果施人土壤，在被土壤微生物分解的同时，会生成一些对植物正常生长有抑制作用的中间代谢产物。因此有机固体废弃物的堆肥化处理得到普遍采用，但是堆肥后的产物性质是否稳定。以及是否达此，堆肥安全性一直是阻碍堆肥应用的关键问题。本文就堆肥安全性控制做出如下概括说明。

关键词：固体废物；堆肥；安全控制；腐熟度；重金属

1.堆肥的原理

1.1堆肥的基本原理

堆肥化（composting）是在微生物作用下通过高温发酵使有机物矿质化、腐殖化和无害化而变成腐熟肥料的过程，在微生物分解有机物的过程中，不但生成大量可被植物吸收利用的有效态氮、磷、钾化合物，而且又合成新的高分子有机物———腐殖质，它是构成土壤肥力的重要活性物质。

在堆肥过程中，生活垃圾中的溶解性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜而被微生物所吸收，固体的和胶体的有机物先附着在微生物体外，由生物所分泌的胞外酶分解为溶解性物质，再渗入细胞。微生物通过自身的生命代谢活动，进行分解代谢（氧化还原过程）和合成代谢（生物合成过程）把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的能量，把另一部分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。可以用图1.1简要的说明这种过程：

图1.1 有机物的好氧堆肥分解

下列方程式反映了堆肥中有机物的氧化和合成[1,2,3]

(1)有机物的氧化

不含氮的有机物（CxHyOz）

CxHyOz+（x+1/2y-1/2z）O2=xCO2+1/2yH2O+能量

含氮有机物（CsHtNuOv﹒aH2O）

CsHtNuOv﹒aH2O+bO2=CwHxNyOz﹒cH2O（堆肥）+dH2O(气)+cH2O（水）

1.2堆肥的微生物变化过程

城市生活垃圾堆肥的过程是一个生物化学反应的过程，不论是好氧堆肥，还是厌氧堆肥，起主导作用的有机物质分解成为肥料、二氧化碳、水及氨气等，并释放能量。适宜于高温好氧堆肥的微生物种类很多，主要有细菌、真菌和放线菌，有时还有酵母和原虫参加。这些微

生物来自混入垃圾的土壤、食品废物或其它有机废弃物。城市生活垃圾中一般细菌数量在1014-1016个/千克，其中，总大肠菌和粪性大肠菌分别占10%和1%。[1]

好氧堆肥化从废物堆积到腐熟的微生物生化过程比较复杂，但大致可分为以下三个阶段.

(1)中温阶段（亦称产热阶段）

堆肥初期，堆肥基本呈中温，嗜温性细菌较为活跃，并利用堆肥中可溶性有机物旺盛繁殖。它们在转化和利用化学能的过程中，有一部分变成热能，由于堆料有良好的保温作用，温度不断上升。此阶段微生物以中温、需氧型为主，通常是一些无芽孢细菌。适合于中温阶段的微生物种类极多，其中最主要的是细菌。细菌特别适应水溶性单糖类，放线菌和真菌对于分解纤维素和半纤维素具有特殊功能。

(2) 高温阶段

当堆肥温度上升到45℃以上时，即进入堆肥过程的第二阶段——高温阶段。此时，嗜温性微生物受到抑制甚至死亡，取而代之的是一系列嗜热性微生物（真菌、放线菌等）。堆肥中残留的和新形成的可溶性有机物继续分解转化，复杂的和一些难分解的有机化合物如半纤维素、纤维素、蛋白质等也开始被逐渐分解，腐殖质开始形成，堆肥物质进入稳定状态。高温阶段，各种嗜热性微生物的类群和种类是相互接替的，一般在50℃左右进行活动的主要是嗜热性真菌和放线菌；温度上升到60℃时，真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热性放线菌和细菌在活动；温度上升到70℃以上时，对大多数嗜热性微生物已不适宜，微生物大量死亡或进入休眠状态，除一些孢子外，所有的病原微生物都会在几小时内死亡，其它种子也被破坏。

与细菌的生长繁殖规律一样，根据微生物的活性，可将其在高温阶段的生长

过程分为三个时期：

①对数增长期：这一时期，嗜热性微生物处于对数增长期，营养过剩，其活性增长速度与有机物浓度无关，仅与温度及供氧量有关。

②减速增长期：在易分解和部分较难分解有机物不断消耗和新细胞不断合成后，堆肥中有机物含量急剧下降，直至有机物不再过剩，且成为微生物进一步生长的限制因素，嗜热性微生物便从对数增长期过度到减速增长期。此时，微生物增长速度将直接与剩下的营养物浓度成正比。

③内源呼吸期：此时继续通入空气，微生物仍不断地进行代谢活动，但因堆肥中易分解和部分较易分解有机物几乎耗尽，微生物的代谢进入内源呼吸期，虽然在有机物充足时内源呼吸也存在，但细胞的合成远大于消耗，故其表现不明显，而在内源呼吸期则不然，因为此时微生物已不能从其周围环境中获得足够的能量以维持其生命，于是开始显著地代谢自身细胞内的营养物质，随后，微生物在维持其生命中逐渐死亡，细胞内部分酶开始分解细胞壁某些部分，营养物质便离开细胞本体向外扩散，以提供给活着的微生物较多营养，此时，细胞的生长虽没有完全停止，但被细胞的分解率所超越，致使微生物数量减少，由于此时能量水平低，耗氧减少，故通气量亦可减少。在高温阶段微生物活性经历了三个时期变化后，堆积层内就开始发展与有机质分解相互对立的另一过程，即腐殖质的形成过程，堆肥物质逐步进入稳定状态。

(3) 腐熟阶段

经过高温阶段，在内源呼吸后期，堆肥中有机物基本降解完，只剩下部分较难分解及难分解的有机物和新形成的腐殖质，嗜热微生物由于缺乏适当的营养物质而停止生长，即其生物活性下降，发热量减少。堆肥温度会由于散热而逐渐下降，堆肥过程进入第三阶段——腐熟阶段。在此阶段，中温微生物又开始活跃起来，重新成为优势菌种，对残余较难分解的有机物作进一步分解，腐殖质不断增多，且稳定化。当温度下降并稳定在40℃左右时，堆肥基本达到稳定。堆肥进入腐熟阶段，降温后，需氧量大大减少，含水量也降低，物料孔隙率增大，氧扩散能力强，此时只需自然通风。

2.污泥堆肥土地利用所面临的安全性问题