第五章 固体废物的堆肥化处理

第五章 城市固体废物的堆肥化技术
第二节 好氧堆肥化
一.好氧堆肥化的原理
好氧堆肥化是在有氧的条件下，依靠好氧微生物的作用而进行的。 在堆肥化过程中，有机废物中的可溶性有机物透过微生物的细胞壁和 细胞膜被微生物直接吸收，而不溶的胶体有机物质，则先被吸附在微 生物体外，依靠微生物分泌的胞外酶分解为可溶性物质后再渗入细胞。 微生物通过自身的生命活动，进行分解代谢和合成代谢，把吸收的部 分有机物氧化成简单的无机物， 合成 细胞物质 并释放出生物生长、 （微生物繁殖） 同化作用 活动所需的能量； 同时，把另一部分 堆肥有机物（含C、N、 O 、H 、P 、S ）、氧气、 有机物转化、合成 微生物 为新的细胞物质， 氧化 使微生物生长繁殖， CO2、H2O、NH3、 + 能量 异化作用 PO43-、SO42从而产生更多的生 物体。如图所示：
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三. 厌氧堆肥化分类及工艺类型
按照堆肥化温度，将厌氧堆肥化工艺分为常温堆肥化、中温堆 肥化和高温堆肥化。 按照堆肥化方式的不同，可将厌氧堆肥化工艺分为两相堆肥化 和混合堆肥化。
四.影响厌氧堆肥化的因素
1．厌氧环境 2．温度 3．pH 4.搅拌 5．营养物 6．添加剂 7．有毒物质
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7.碳磷比（C/P） 磷也是影响微生物生长繁殖的重要的因素之一。一般堆肥化的 C/P宜调节在75－150。 8.颗粒度 堆肥化所需的氧气是通过堆肥原料颗粒之间的空隙供给，而空 隙率及空隙的大小主要取决于颗粒的大小及结构强度。但颗粒的粒 径不能太小，以保持一定程度的空隙率和透气性，便于通风供氧， 粒径一般以12～60mm为宜。
排入环境 释放转换为热量
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二.好氧堆肥化的类型 1.条垛式堆肥化 2.好氧静态堆肥化 3.发酵仓堆肥化（反应器系统） 三.好氧堆肥化过程 1.中温阶段（亦称产热阶段） 在堆肥化的初期阶段，堆层基本处于中温（15～45℃）状态， 细菌、真菌和放线菌等嗜温性微生物较为活跃，它们利用堆肥中的 糖类、淀粉类等可溶性有机物进行生长繁殖。它们在转换和利用化 学能的过程中，将一部分化学能转变为热能，使堆料的温度不断上 升。适合于中温阶段的微生物种类较多，主要以中温、需氧型为主， 通常是一些无芽孢细菌。
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三. 堆肥的原料
生活垃圾、有机污泥、人和禽畜粪便及农林废物等都含有堆肥 微生物所需要的各种基质—碳水化合物、脂类、蛋白质等，因而是 常用的堆肥原料。 我国实施的《城市生活垃圾堆肥处理厂技术评价指标》（CJ/T3 059-1996）规定适合于堆肥化的垃圾密度一般为350～650kg/m3；有 机物的含量不低于20%；含水率为40～60%；碳氮比（C/N）为20:1～ 30:1。
2. 堆肥(Compost) 堆肥化的产物称为堆肥，是一种深褐色、质地疏松、有泥土 气味的物质，类似于腐殖质土壤，故也称“腐殖土”；是一种具有 一定肥效的土壤改良剂和调节剂。
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二. 堆肥的作用
1. 改善土壤的物理性能 2.有助于保持土壤养分，提高保肥能力 3.能够抑制活性铝和磷酸盐结合的有害作用;使稳定状态变为易分解 状态；能够促进有机物的分解，促进氮肥和其它养分的供应；对作 物有害的铜、氯、镉等重金属也可与腐殖质反应而降低其危害程度， 有利于植物生长。 4.腐殖质有缓冲作用 5.堆肥是缓效性肥料 6.腐殖化的有机物具有调节植物生长的作用，有助于根系的发育和 伸长，有利于扩大根部范围。 7.将富有微生物的堆肥施于土壤中可增加土壤中的微生物量，微生 物分泌的各种有效成分能直接或间接地被植物根系吸收，而起到有 益作用。
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Composting Technologies for Municipal Solid Wastes
第五章 城市固体废物的堆肥化技术 第一节 堆肥化的概念
一.堆肥化及堆肥的概念
1. 堆肥化(Composting) 堆肥化是依靠自然界中广泛存在的细菌、放线菌、真菌等微生 物，人为可控制地促进可生物降解的固体有机物向稳定的腐殖质转 化的生物化学过程称为堆肥化。
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思考与练习 •1．名词解释 •堆肥化 堆肥 堆肥的腐熟度 •2．简答题 •（1）简述堆肥的主要作用。 •（2）简述堆肥化原料的基本要求。 •（3）简述好氧堆肥化的原理。 •（4）简述厌氧堆肥化的过程。 •（5）简述影响厌氧堆肥化过程的因素。 •3．论述题 •（1）试述好氧堆肥化过程及其微生物作用。 •（2）试述影响好氧堆肥化的因素。
六.堆肥的腐熟度
堆肥的腐熟度是国际上公认的评价堆肥产品稳定程度的一个参 数，它包括两层含义：一是堆肥产品要达到稳定化、无害化，不对 环境产生不良影响；二是堆肥产品在使用期间，不能对作物的生长 和土壤的耕作能力产生影响。
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第三节 厌氧堆肥化
一.厌氧堆肥化过程
厌氧堆肥化是在无氧条件下，利用厌氧微生物的生物转化作用 将废物中可生物降解的有机物分解为稳定的无毒无害的物质，并同 时获得沼气的处理方法。在厌氧堆肥化的发酵初期，产酸菌将有机 物分解为有机酸、醇、CO2、NH3、H2S等，使有机酸大量积累，pH下 降；在发酵后期，由于产生的氨的中和作用，pH逐渐上升，产甲烷 菌开始将产生的有机酸和醇等分解，产生甲烷和CO2。随着产甲烷 菌的繁殖，有机酸被迅速分解，pH 迅速上升。整个厌氧发酵可分 成三个阶段，即液化阶段、产酸阶段和产甲烷阶段（如图）。
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4.温度 一般来说，温度过低不利于堆肥化过程的进行，反应速度慢， 堆肥达不到无害化的要求；嗜热菌生长繁殖的最适宜温度为50℃～ 60℃，此时堆肥最有效，反应速度快，并且还可以杀灭虫卵、病原 菌、寄生虫等，堆肥达到无害化要求，因此一般采用高温堆肥；但 温度过高也不利，温度超过70℃时，放线菌等有益细菌被杀死。 5.pH 适宜的pH可以使微生物有效地发挥作用，pH太高或太低都会影 响堆肥化效率，一般认为pH在7.5～8.5之间。在好氧堆肥化初期， pH一般可下降到5～6，然后又上升，发酵完成前可达到8.5～9.0， 最终产品达到7.0～8.0。 6.碳氮比（C/N） 堆肥化过程中，碳作为微生物的能源在代谢过程中大部分被氧 化成CO2释放，少部分被微生物吸收变为细胞膜；氮主要用于原生 质的合成。C/N小，分解快，堆肥周期短；C/N大，降解速度较慢， 堆肥化周期长，所以氮素养料的不足会使微生物生命活动减弱。
有机质（碳水化 合物、蛋白质、 脂肪）
发酵性细菌
糖类 氨基酸 脂肪酸、甘油
产氢产乙酸菌
挥发酚、醇类、 中性化合物、 H2、CO2等
产甲烷细菌
CH4 、 H2 、 N2 、 CO2、CO、 H2S等
液化阶段
产酸阶段
产甲烷阶段
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二.厌氧堆肥化过程中有机物的分解代谢
（一）碳水化合物的分解代谢 1．纤维素的分解代谢 纤维素酶把纤维素水解成葡萄糖，反应式为： （C6H10O5）（纤维素）＋nH2O → nC6H12O6（葡萄糖） 葡萄糖在细菌的作用下继续分解成丁酸、乙酸，最后生成甲烷和二 氧化碳等气体。总的产气过程可表达如下： C6H12O6→3CH4＋3CO2 2．糖类的分解代谢 先由多糖分解为单糖，然后是葡萄糖的分解过程。 （二）类脂化合物的分解代谢 类脂化合物的主要水解产物是脂肪酸和甘油。然后甘油转变为磷酸 甘油脂，进而生成丙酮。在产甲烷菌的作用下丙酮被分解为乙酸，然后 分解为甲烷和二氧化碳。 （三）蛋白质类化合物的分解代谢 蛋白质类化合先水解为多肽和氨基酸，其中部分氨基酸继续水解 为硫醇、胺、苯酚、硫化氢和氮；另一部分分解为有机酸、醇等其它化 合物，最后生成甲烷和二氧化碳。
四.堆肥的质量及卫生要求
1. 堆肥的质量要求 （1）粒度，农田用堆肥粒度小于12mm，果园用堆肥粒度小于50mm； （2）含水率，≤35%； （3）pH，6.5～8.5； （4）总氮≥0. 5%；（5）总磷≥0.3%； （6）总钾≥1.0%；（7）有机质≥10%； （8）重金属，总镉≤3mg/kg；总汞≤5mg/kg；总铅≤100mg/kg；总 铬≤300mg/kg；总砷≤30mg/kg。 2. 堆肥的无害化卫生要求 （1）堆肥温度（静态堆肥工艺），>55℃持续5d以上； （2）蛔虫卵死亡率，95%～100%； （3）粪大肠菌，10-1～10-2。
造成我国城市固体废物环境污 染问题的原因是什么？你对解决这 些问题有什么建议？
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四.好氧堆肥化工艺
1.原料预处理 主要包括原料的分选、破碎、筛分、含水率和碳氮比的 调整，以及添加菌种和酶 2.原料主发酵 是微生物进行有机物分解，实现垃圾无害化的初级阶段 3.原料后发酵 是进行垃圾无害化处理后的进一步腐熟阶段，称为熟堆肥化 阶段 4.后处理 后处理包括去除杂质和进行必要的破碎处理 5.脱臭
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2.高温阶段 当堆料温度达到45℃以上时，即进入高温阶段。在这个阶段，嗜 温性微生物受到抑制甚至死亡，嗜热性微生物逐渐代替嗜温性微生物 继续分解转化堆肥中残留的和新形成的可溶性有机物质；复杂的有机 化合物，如半纤维素、纤维素和蛋白质等开始被强烈分解。在高温阶 段，不同的嗜热性微生物的最适宜温度是不同的，在温度上升的过程 中，嗜热性微生物种群是互相接替的。通常在50℃左右活动的微生物 主要是嗜热性真菌和放线菌；当温度上升到60℃时，真菌几乎完全停 止活动，仅有嗜热性放线菌等在活动；当温度升到70℃以上时，对大 多数嗜热性微生物已不适宜，大量死亡或进入休眠状态。 3.降温阶段 降温阶段又称腐熟阶段。在内源呼吸后期，堆肥中只剩下较难分 解及难分解的有机物和新形成的腐殖质，此时微生物活性下降，发热 量减少，温度开始下降。在此阶段嗜温性微生物又占优势，对残余较 难分解的有机物作进一步分解，腐殖质不断增多且达到稳定化，堆肥 化进入腐熟阶段。降温后，需氧量大大减少，含水率也降低，堆肥物 的孔隙增大，氧扩散能力增强，这时只需自然通风。