3固體廢棄物的生化處理學

1、第三章：固體廢棄物的生化處理 biological conversion technologies of solid wastes有機物是固體廢物污染的重要來源n原理: 微生物降解技術微生物降解技術: :依靠依靠自然界自然界廣泛分布的微生物的作廣泛分布的微生物的作用用, ,通過生物轉(zhuǎn)化通過生物轉(zhuǎn)化( (氧化、分解氧化、分解有機固廢有機固廢) )將將有機固廢中易有機固廢中易于生物降解的有機組分轉(zhuǎn)化為于生物降解的有機組分轉(zhuǎn)化為腐殖肥料腐殖肥料、沼氣或沼氣或其它其它化學化學轉(zhuǎn)化品轉(zhuǎn)化品。（塑料蛋白、乙醇或糖類）從而達到固廢無害化。（塑料蛋白、乙醇或糖類）從而達到固廢無害化的一種處理方法。的一種處理方

2、法。 目前主要包括：目前主要包括：好氧堆肥技術好氧堆肥技術、厭氧發(fā)酵技術厭氧發(fā)酵技術 此外還有：此外還有：廢物養(yǎng)殖蚯蚓廢物養(yǎng)殖蚯蚓3-1 堆肥法（compost）原料原料 傳統(tǒng)：傳統(tǒng)： 秸稈、落葉、野草和禽畜糞便堆積秸稈、落葉、野草和禽畜糞便堆積發(fā)酵制作肥料。發(fā)酵制作肥料。 本世紀本世紀2020年代后：生活垃圾、污水污泥、人和年代后：生活垃圾、污水污泥、人和禽畜糞便以及農(nóng)林廢物等禽畜糞便以及農(nóng)林廢物等工藝工藝傳統(tǒng)傳統(tǒng): :手工操作和自然堆積方式，并依靠自發(fā)的手工操作和自然堆積方式，并依靠自發(fā)的生物轉(zhuǎn)化作用，發(fā)酵周期長，處理量小生物轉(zhuǎn)化作用，發(fā)酵周期長，處理量小本世紀本世紀2020年代后；出現(xiàn)了

3、機械堆制技術年代后；出現(xiàn)了機械堆制技術一、 堆肥化概念及發(fā)展過程1、堆肥化定義堆肥化（composting)是在控制條件下控制條件下，使來源于生物的有機廢物，發(fā)生生物穩(wěn)定作用(biostablization)的過程。注意：l 堆肥原料來自生物界堆肥原料來自生物界；l 堆制過程需在人工控制下進行堆制過程需在人工控制下進行; ;l 堆制過程的實質(zhì)是生物化學過程。堆制過程的實質(zhì)是生物化學過程。l 體積一般只有原體積積體積一般只有原體積積5050一一7070。、堆肥化發(fā)展過程p 兩個相關概念兩個相關概念堆肥：廢物經(jīng)過堆肥化處理，制得的成品叫做堆肥堆肥：廢物經(jīng)過堆肥化處理，制得的成品叫做堆肥(compo

4、st)(compost)。腐殖土：堆肥是一類腐殖質(zhì)含量很高的疏松物質(zhì)，腐殖土：堆肥是一類腐殖質(zhì)含量很高的疏松物質(zhì)，故也稱為故也稱為“腐殖土腐殖土”。p分類分類 按堆制方式：按堆制方式：間歇堆積法、連續(xù)堆積法間歇堆積法、連續(xù)堆積法按原料發(fā)酵所處狀態(tài)：按原料發(fā)酵所處狀態(tài)：靜態(tài)發(fā)酵法、動態(tài)發(fā)酵法靜態(tài)發(fā)酵法、動態(tài)發(fā)酵法按堆制過程的需氧程度：按堆制過程的需氧程度：好氧法好氧法、厭氧法厭氧法 二、堆肥化概述二、堆肥化概述1.1.堆肥化分類堆肥化分類p關于好氧法、厭氧法關于好氧法、厭氧法好氧堆肥系統(tǒng)溫度一般為好氧堆肥系統(tǒng)溫度一般為5050一一6565，最高可達，最高可達8080一一9090，堆制周期短，故也

5、稱為高溫快速堆肥。，堆制周期短，故也稱為高溫快速堆肥。 厭氧堆肥厭氧堆肥，空氣與發(fā)酵原料隔絕，空氣與發(fā)酵原料隔絕，堆制溫度低，堆制溫度低，工藝比較簡單，成品堆肥中氮素保留比較多工藝比較簡單，成品堆肥中氮素保留比較多，但，但堆制周期過長，、需堆制周期過長，、需3 31212個月，異味濃烈，分解個月，異味濃烈，分解不夠充分。不夠充分。 2 2、好氧法堆肥原理、好氧法堆肥原理好氧法制堆肥是以好氧菌為主對廢物進行好氧法制堆肥是以好氧菌為主對廢物進行吸收、氧化、分解吸收、氧化、分解。微生物通過自身的生命活。微生物通過自身的生命活動，動，把一部分被吸收的有機物氧化成簡單的無把一部分被吸收的有機物氧化成簡單

6、的無機物機物，并放出生物生長活動所需要的能量，把，并放出生物生長活動所需要的能量，把另一部分有機物轉(zhuǎn)化合成為新的細胞物質(zhì)另一部分有機物轉(zhuǎn)化合成為新的細胞物質(zhì)，使，使微生物生長繁殖，產(chǎn)生更多生物體。微生物生長繁殖，產(chǎn)生更多生物體。三、堆肥原料與堆肥微生物三、堆肥原料與堆肥微生物1 1堆肥原料堆肥原料含碳水化合物、脂類、蛋白質(zhì)較多的固廢含碳水化合物、脂類、蛋白質(zhì)較多的固廢 人和禽畜糞便人和禽畜糞便，已經(jīng)經(jīng)過胃腸系統(tǒng)的充分消化，一般顆粒，已經(jīng)經(jīng)過胃腸系統(tǒng)的充分消化，一般顆粒較小，合有大量低分子化合物較小，合有大量低分子化合物人和動物未吸收消化的中人和動物未吸收消化的中間產(chǎn)物，含水量較高，可直接用作原

7、料。間產(chǎn)物，含水量較高，可直接用作原料。 有機污泥有機污泥富含微生物生活繁殖所需的營養(yǎng)成分富含微生物生活繁殖所需的營養(yǎng)成分( (表表9 91)1)，是，是堆肥的良好原料。堆肥的良好原料。 農(nóng)林廢物農(nóng)林廢物均富含碳素，但有的因含纖維素、半纖維素類物質(zhì)；均富含碳素，但有的因含纖維素、半纖維素類物質(zhì)；有的因表面布有眾多毛孔而其有疏水性，處理困難，故均需有的因表面布有眾多毛孔而其有疏水性，處理困難，故均需作預處理作預處理 生活垃圾生活垃圾中，不可堆腐的物質(zhì)較多，需通過預處理，適當排中，不可堆腐的物質(zhì)較多，需通過預處理，適當排除，才能用作堆肥原料。除，才能用作堆肥原料。2 2堆肥微生物堆肥微生物 嗜溫菌

8、和嗜熱菌。繁殖的溫度范圍列于下表。嗜溫菌和嗜熱菌。繁殖的溫度范圍列于下表。菌 類 最低溫度適 宜 最高溫度 嗜溫菌 15-25 25-40 43 嗜熱菌 25-45 45-50 85 嗜溫菌 (細菌、放線菌、酵母菌)： 吃糖類、淀粉；嗜熱菌 (細菌、真菌) ：吃脂類、蛋白質(zhì)、纖維。 1 1。堆肥過程描述。堆肥過程描述(1)(1)起始階段：起始階段：堆制初期，堆層呈中溫堆制初期，堆層呈中溫(15(1545)45)。此。此時，時，嗜溫性微生物活躍，嗜溫性微生物活躍，利用可溶性物質(zhì)糖類、淀粉利用可溶性物質(zhì)糖類、淀粉不斷增殖，在轉(zhuǎn)換和利用化學能的過程中產(chǎn)生的能量不斷增殖，在轉(zhuǎn)換和利用化學能的過程中產(chǎn)生

9、的能量超過細胞合成所需的能量，加上物料的保溫作用，超過細胞合成所需的能量，加上物料的保溫作用，溫溫度不斷上升。度不斷上升。四、堆肥過程四、堆肥過程（3 3）熟化階段）熟化階段 冷卻后的堆肥，一些新的微生物借冷卻后的堆肥，一些新的微生物借助參與有機物（包括死掉的細菌殘體）而生長，助參與有機物（包括死掉的細菌殘體）而生長，將堆肥過程最終完成。將堆肥過程最終完成。（2 2）高溫階段）高溫階段 嗜熱性微生物嗜熱性微生物迅速繁殖，在供養(yǎng)條件迅速繁殖，在供養(yǎng)條件下，大部分較難降解的有機物（蛋白質(zhì)、纖維等）下，大部分較難降解的有機物（蛋白質(zhì)、纖維等）繼續(xù)氧化分解，同時釋放能量，溫度繼續(xù)氧化分解，同時釋放能量

10、，溫度60-7060-70度；度；有機物分解完畢，養(yǎng)料減少，有機物分解完畢，養(yǎng)料減少，嗜熱性微生物嗜熱性微生物停止活動，停止活動，當溫度穩(wěn)定在當溫度穩(wěn)定在4040度左右，堆肥基本達到穩(wěn)定，形成度左右，堆肥基本達到穩(wěn)定，形成腐殖質(zhì)。腐殖質(zhì)。2、堆肥過程參數(shù)、堆肥過程參數(shù)、供氧量、供氧量空氣量少，大量微生物死亡，分解速度空氣量少，大量微生物死亡，分解速度慢；多，溫度降低，不利于耐熱菌。慢；多，溫度降低，不利于耐熱菌。最佳量：實際空氣量為理論空氣量的最佳量：實際空氣量為理論空氣量的2-2-1010倍倍方式：強制通風、翻堆攪拌，方式：強制通風、翻堆攪拌，需適當?shù)奈锪峡障堵市柽m當?shù)奈锪峡障堵?、含水率、?/p>

11、水率影響：溶解有機物，參與微生物的新陳代謝影響：溶解有機物，參與微生物的新陳代謝 可以調(diào)節(jié)堆肥溫度可以調(diào)節(jié)堆肥溫度一般，含水率水分低于一般，含水率水分低于20%20%，微生物死亡；過高，原料緊縮，微生物死亡；過高，原料緊縮，空隙率小，導致空氣量小，轉(zhuǎn)化成厭氧反應；同時水分空隙率小，導致空氣量小，轉(zhuǎn)化成厭氧反應；同時水分蒸發(fā)過多，溫度達不到要求，影響堆肥效果。蒸發(fā)過多，溫度達不到要求，影響堆肥效果。最佳含量：在最佳含量：在50-60%50-60%（質(zhì)量分數(shù)）為宜，（質(zhì)量分數(shù)）為宜，55%55%左右為最理左右為最理想，此時微生物分解速度最快。想，此時微生物分解速度最快。對高含水量的垃圾可采用機械壓

12、縮脫水，使脫水后的垃圾對高含水量的垃圾可采用機械壓縮脫水，使脫水后的垃圾含水率在含水率在60%60%以下，也可以在場地和時間允許的條件下，以下，也可以在場地和時間允許的條件下，將物料攤開，攪拌使水分蒸發(fā)。還可以在物料中加入稻將物料攤開，攪拌使水分蒸發(fā)。還可以在物料中加入稻草、木屑、干葉等松散或吸水物。而對低含水量的垃圾草、木屑、干葉等松散或吸水物。而對低含水量的垃圾（低于（低于30%30%），可添加污水、污泥、人畜尿糞等。），可添加污水、污泥、人畜尿糞等。、碳氮比、碳氮比 微生物每利用微生物每利用3030份碳就需要份碳就需要l l份氮，故初始物料的碳氮比份氮，故初始物料的碳氮比為為3030：1

13、 1合乎堆肥需要，其最佳在合乎堆肥需要，其最佳在2626：1 13535：1 1之間。成之間。成品堆肥的適宜碳氮比為品堆肥的適宜碳氮比為10:1-20:110:1-20:1之間：出于初始原料的碳之間：出于初始原料的碳氮比一般都高于前述最佳值，放應加入氮肥水溶液、糞便、氮比一般都高于前述最佳值，放應加入氮肥水溶液、糞便、污泥等調(diào)節(jié)劑，使之調(diào)到污泥等調(diào)節(jié)劑，使之調(diào)到3030以下。以下。影響影響: :過高；氮缺乏，細菌和其它微生物發(fā)展受限制，堆肥過高；氮缺乏，細菌和其它微生物發(fā)展受限制，堆肥速度緩慢，時間長；另外還會造成成品堆肥的氮饑餓速度緩慢，時間長；另外還會造成成品堆肥的氮饑餓過低：氮素過剩，容

14、易轉(zhuǎn)化成氨氣釋放，造成肥效降低過低：氮素過剩，容易轉(zhuǎn)化成氨氣釋放，造成肥效降低各物料的碳氮比見表各物料的碳氮比見表碳磷比：除碳和氮外，磷對微生物的生長也有很大影響。碳磷比：除碳和氮外，磷對微生物的生長也有很大影響。在垃圾發(fā)酵時添加污泥就是利用其中豐富的磷來調(diào)整堆在垃圾發(fā)酵時添加污泥就是利用其中豐富的磷來調(diào)整堆肥原料的碳磷比。堆肥原料適宜的碳磷比為肥原料的碳磷比。堆肥原料適宜的碳磷比為75-15075-150。 好氧堆肥初期，好氧堆肥初期，phph一般可下降為一般可下降為5 56 6，爾后又開始上升，爾后又開始上升，發(fā)酵完成前可達發(fā)酵完成前可達8.5-9.08.5-9.0，最終達到，最終達到7

15、70 0一一8 80 0有機物含量有機物含量堆肥物料適宜的有機物含量為堆肥物料適宜的有機物含量為2020一一8080，有機物含量過低，有機物含量過低，不能提供足夠的熱能，影響嗜熱菌增殖，難以維持高溫發(fā)酵過不能提供足夠的熱能，影響嗜熱菌增殖，難以維持高溫發(fā)酵過程。有機物含量大于程。有機物含量大于8080時，堆制過程要求大量供氧，實踐中時，堆制過程要求大量供氧，實踐中常因供氧不足而發(fā)生部分厭氧過程。常因供氧不足而發(fā)生部分厭氧過程。固體廢物固體廢物有機固體廢物有機固體廢物預處理預處理無機物無機物攪拌機攪拌機機械發(fā)酵池機械發(fā)酵池風機風機后處理后處理后發(fā)酵后發(fā)酵貯藏貯藏出售出售堆肥工藝流程堆肥工藝流程預

16、處理：預處理：包括破碎、分選等，主要是除去堆肥原料中大塊和非堆肥化包括破碎、分選等，主要是除去堆肥原料中大塊和非堆肥化物質(zhì)。但不同的堆肥原料，預處理過程有所不同。如物質(zhì)。但不同的堆肥原料，預處理過程有所不同。如家畜糞便、污泥家畜糞便、污泥、城市生活垃圾。城市生活垃圾。 一般，粒徑一般，粒徑 ，有機物，有機物分解速度分解速度 ，但，但物料間的空隙率物料間的空隙率 ，通氣效果，通氣效果 。適宜的粒徑范圍是適宜的粒徑范圍是1260mm。如果堆肥物質(zhì)結構堅固，不易擠壓，粒徑。如果堆肥物質(zhì)結構堅固，不易擠壓，粒徑應小些，否則粒徑應大些。此外，決定垃圾粒徑大小時，還應考慮它的應小些，否則粒徑應大些。此外，

17、決定垃圾粒徑大小時，還應考慮它的經(jīng)濟性，因為粒度經(jīng)濟性，因為粒度 ，動力消耗，動力消耗 ，處理垃圾的費用，處理垃圾的費用 。五、堆肥程序五、堆肥程序主發(fā)酵（一次發(fā)酵）主發(fā)酵（一次發(fā)酵）通常將通常將堆肥開始到堆肥溫度升高到開始降低堆肥開始到堆肥溫度升高到開始降低為止的階段，為止的階段，稱為主發(fā)酵階段。主發(fā)酵階段是堆肥生物化學反應的基本階稱為主發(fā)酵階段。主發(fā)酵階段是堆肥生物化學反應的基本階段，在發(fā)酵池內(nèi)進行。周期一般需要天段，在發(fā)酵池內(nèi)進行。周期一般需要天固體廢物固體廢物有機固體廢物有機固體廢物預處理預處理無機物無機物攪拌機攪拌機機械發(fā)酵池機械發(fā)酵池風機風機后處理后處理后發(fā)酵后發(fā)酵貯藏貯藏出售出售

18、主發(fā)酵期應滿足下述各工藝條件：主發(fā)酵期應滿足下述各工藝條件：碳氮比碳氮比(c/n): (c/n): 有機物被微生物分解速度隨有機物被微生物分解速度隨c/nc/n比而變。微生物比而變。微生物自身的自身的c/nc/n比約比約4 43030，用作其營養(yǎng)的有機物，用作其營養(yǎng)的有機物c/nc/n比最好也在此數(shù)值比最好也在此數(shù)值范圍內(nèi)，特別當范圍內(nèi)，特別當c/nc/n比在比在1010左右時，有機物被微生物分解速度最大左右時，有機物被微生物分解速度最大。含水率含水率 :50:5060%60%重量時，微生物分解速度最快。重量時，微生物分解速度最快。供氧量供氧量 實際供氧量通常為理論量的實際供氧量通常為理論量的

19、2 21010倍。但過量供氧易倍。但過量供氧易使溫度下降，不利于發(fā)酵的正常進行。使溫度下降，不利于發(fā)酵的正常進行。后發(fā)酵后發(fā)酵 經(jīng)過主發(fā)酵的半成品被送去后發(fā)酵。在主發(fā)酵工序尚未分解的易分解及較經(jīng)過主發(fā)酵的半成品被送去后發(fā)酵。在主發(fā)酵工序尚未分解的易分解及較難分解的有機物可能全部分解變成腐植酸、氨基酸等比較穩(wěn)定的有機物，得難分解的有機物可能全部分解變成腐植酸、氨基酸等比較穩(wěn)定的有機物，得到完全成熟的堆肥成品。一般，把物料堆積到到完全成熟的堆肥成品。一般，把物料堆積到1 12 2米高度進行后發(fā)酵，此時米高度進行后發(fā)酵，此時，需要防止雨水的裝設，有些場合還需進行翻堆和通風。有時即使不進行通，需要防止

20、雨水的裝設，有些場合還需進行翻堆和通風。有時即使不進行通風，也需要每周左右進行一次翻堆。風，也需要每周左右進行一次翻堆。當溫度穩(wěn)定在當溫度穩(wěn)定在4040左右時即達腐熟，一左右時即達腐熟，一般需般需2020一一3030天。天。后處理后處理 經(jīng)過二次發(fā)酵后的物料中，幾乎所有的有機物都經(jīng)過二次發(fā)酵后的物料中，幾乎所有的有機物都變細碎和變了形變細碎和變了形，數(shù)量也，數(shù)量也減少了。然而，在城市固體廢物發(fā)酵堆肥時，在前處理工序中還沒有完全去減少了。然而，在城市固體廢物發(fā)酵堆肥時，在前處理工序中還沒有完全去除的塑料、玻璃、陶瓷、金屬、小石塊等雜物依然存在，因此，還要經(jīng)過一除的塑料、玻璃、陶瓷、金屬、小石塊等

21、雜物依然存在，因此，還要經(jīng)過一道分選工序以去除雜物，可以用回轉(zhuǎn)式振動篩、振動式回轉(zhuǎn)篩、磁選機、風道分選工序以去除雜物，可以用回轉(zhuǎn)式振動篩、振動式回轉(zhuǎn)篩、磁選機、風選機、慣性分離機、硬度差分離機等預處理設備分離去除上述雜質(zhì)，并根據(jù)選機、慣性分離機、硬度差分離機等預處理設備分離去除上述雜質(zhì)，并根據(jù)需要（如生產(chǎn)精制堆肥）進行再破碎。需要（如生產(chǎn)精制堆肥）進行再破碎。固體廢物固體廢物有機固體廢物有機固體廢物預處理預處理無機物無機物攪拌機攪拌機機械發(fā)酵池機械發(fā)酵池風機風機后處理后處理后發(fā)酵后發(fā)酵貯藏貯藏出售出售糞便糞便輸送輸送垃圾垃圾發(fā)酵倉發(fā)酵倉熟料熟料振動篩振動篩細料細料通風通風磁選磁選農(nóng)肥農(nóng)肥粗料粗

22、料分揀分揀利用利用浸濾液浸濾液集水井集水井沖洗水沖洗水調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)池初沉池初沉池污泥污泥曝氣池曝氣池豎流池豎流池污泥污泥回用池回用池上海市城市垃圾堆肥發(fā)酵系統(tǒng)工藝流程上海市城市垃圾堆肥發(fā)酵系統(tǒng)工藝流程 武漢市城市垃圾堆肥發(fā)酵系統(tǒng)武漢市城市垃圾堆肥發(fā)酵系統(tǒng) 計量計量板式給料機板式給料機初選（人工）初選（人工）發(fā)酵倉發(fā)酵倉出倉出倉二次發(fā)酵二次發(fā)酵垃圾入場垃圾入場磁選磁選滾筒篩滾筒篩堆肥堆肥污水糞便污水糞便計量計量廢鐵廢鐵填埋填埋回收物回收物糞便入場糞便入場杭州市垃圾堆肥廠工藝流程圖杭州市垃圾堆肥廠工藝流程圖城市生活垃圾城市生活垃圾貯料池貯料池抓吊抓吊廢鐵廢鐵滾筒篩滾筒篩人工分選人工分選粗大無機物去填

23、埋粗大無機物去填埋混合滾筒混合滾筒污污水水池池風機風機出料機出料機二次發(fā)酵二次發(fā)酵出料機出料機風機風機一次一次發(fā)酵發(fā)酵振動給料機振動給料機散裝堆肥散裝堆肥裝袋機裝袋機填埋填埋出售出售滾筒篩滾筒篩 長野縣堆肥化系統(tǒng)流程圖長野縣堆肥化系統(tǒng)流程圖脫臭脫臭戽斗式翻堆機戽斗式翻堆機貯槽貯槽定量給料器定量給料器一次發(fā)酵倉一次發(fā)酵倉家畜尿家畜尿回轉(zhuǎn)振動篩回轉(zhuǎn)振動篩二次發(fā)酵倉二次發(fā)酵倉雜質(zhì)雜質(zhì)污水池污水池土壤脫臭裝置土壤脫臭裝置干凈氣體干凈氣體六、堆肥方法六、堆肥方法1 1、間歇堆肥法（野積式堆肥）、間歇堆肥法（野積式堆肥） windrows composting 傳統(tǒng)方法；傳統(tǒng)方法；是將原料一批一批地發(fā)酵，

24、一批原料堆積之后，不再添加新料，待完成發(fā)酵成為腐殖土運出。一次發(fā)酵，周，每周翻動一次發(fā)酵，周，每周翻動- -次次二次發(fā)酵，二次發(fā)酵，- -周周全過程全過程- -天，場地堅實不滲水面積足夠天，場地堅實不滲水面積足夠說明：說明：野積式堆肥首先要求對堆肥原料進行前處理，然后根據(jù)野積式堆肥首先要求對堆肥原料進行前處理，然后根據(jù)其含水率和碳氮比，確定原料配比，國外利用城市固其含水率和碳氮比，確定原料配比，國外利用城市固體廢棄物生產(chǎn)堆肥的配料方法有純垃圾堆肥、垃圾體廢棄物生產(chǎn)堆肥的配料方法有純垃圾堆肥、垃圾- -糞糞便混合（便混合（7 7：3 3）堆肥、垃圾）堆肥、垃圾- -污泥混合污泥混合（7：3）堆肥

25、三堆肥三種。我國露天堆肥法一般是采用種。我國露天堆肥法一般是采用70-80%垃圾與垃圾與20-30%糞糞稀配比。稀配比。2、好氧靜態(tài)堆肥工藝aerated static pile composting一般采用露天強制通風垛，一般采用露天強制通風垛，當一批物料堆積成垛后，不當一批物料堆積成垛后，不再添加新料和翻堆，直至物再添加新料和翻堆，直至物料腐熟后運出。料腐熟后運出。3 3、連續(xù)發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵in-vessel composting連續(xù)發(fā)酵工藝采取連續(xù)進料和連續(xù)出料方式發(fā)酵，連續(xù)發(fā)酵工藝采取連續(xù)進料和連續(xù)出料方式發(fā)酵，原料在一個專設的發(fā)酵裝置內(nèi)完成中溫和高溫發(fā)原料在一個專設的發(fā)酵裝置內(nèi)完成中

26、溫和高溫發(fā)酵過程。這種系統(tǒng)除具有發(fā)酵時間短，能殺滅病酵過程。這種系統(tǒng)除具有發(fā)酵時間短，能殺滅病源微生物外，還能防止異味，成品質(zhì)量比較高，源微生物外，還能防止異味，成品質(zhì)量比較高，已在美國、日本、歐洲廣為采用。已在美國、日本、歐洲廣為采用。unmixed vertical and horizontal reactormixed(dynamic) vertical and horizontal reactor七、七、腐熟度概念腐熟度概念堆肥的腐熟度是指成品堆肥的穩(wěn)定程度。在工程上，它是的堆肥的腐熟度是指成品堆肥的穩(wěn)定程度。在工程上，它是的衡量堆肥反應完成的信號；在農(nóng)業(yè)上，它是堆肥質(zhì)量的指衡量堆肥反

27、應完成的信號；在農(nóng)業(yè)上，它是堆肥質(zhì)量的指標。標。 (i) (i) 直觀經(jīng)驗法：成品氓肥顯棕色或陪灰色，并具有霉臭直觀經(jīng)驗法：成品氓肥顯棕色或陪灰色，并具有霉臭酌土壤氣味，無明顯的纖維。酌土壤氣味，無明顯的纖維。(2)(2)淀粉測試法：淀粉測試法的理論依據(jù)是在正常的發(fā)酵淀粉測試法：淀粉測試法的理論依據(jù)是在正常的發(fā)酵過程中，堆肥的淀粉量隨時間增加而減少，一般當發(fā)酵到達第過程中，堆肥的淀粉量隨時間增加而減少，一般當發(fā)酵到達第4 45 5周時，淀粉絕大部分分解，最終成品堆肥中，淀粉應全周時，淀粉絕大部分分解，最終成品堆肥中，淀粉應全部消失。測定方法是將堆肥樣品加入高氯酸溶液，攪拌、過部消失。測定方法是

28、將堆肥樣品加入高氯酸溶液，攪拌、過濾，用碘液檢驗濾液，如果變黃、略有沉淀物，表明堆肥已濾，用碘液檢驗濾液，如果變黃、略有沉淀物，表明堆肥已經(jīng)穩(wěn)定；如果呈現(xiàn)藍色，表明堆肥未腐熟。經(jīng)穩(wěn)定；如果呈現(xiàn)藍色，表明堆肥未腐熟。測試方法測試方法 (3)耗氧速率法通過儀器自動顯示堆層o或co濃度在單位時間內(nèi)的變化值，以評定堆肥發(fā)酵程度和腐熟情況。八、堆肥的農(nóng)業(yè)效用1、堆肥的改良土壤作用堆肥的改良土壤作用增加土壤有機質(zhì)增加土壤有機質(zhì)改善土壤結構：使粘質(zhì)土壤松散、砂質(zhì)土壤結團、增加改善土壤結構：使粘質(zhì)土壤松散、砂質(zhì)土壤結團、增加空隙率空隙率提高土壤功能：提高保水能力、防止肥分流失提高土壤功能：提高保水能力、防止肥

29、分流失促進植物根系增長促進植物根系增長2 2、 堆肥的增產(chǎn)作用堆肥的增產(chǎn)作用3 3、堆肥農(nóng)用的不利因素、堆肥農(nóng)用的不利因素 、含量低、含量低 易富集有害元素易富集有害元素 投資大，成本偏高投資大，成本偏高堆肥產(chǎn)品的精制堆肥堆肥化肥化肥其他配料其他配料功能功能微生物微生物精制農(nóng)肥精制農(nóng)肥混合混合破碎破碎包裝包裝混合混合造粒造粒低溫干燥低溫干燥篩分篩分短期發(fā)酵短期發(fā)酵混合混合南宮堆肥廠南宮堆肥廠南宮堆肥廠位于北京市大興縣贏海鄉(xiāng)南宮村,總建筑面積2.16萬平方米，其中廠房1.5萬平方米。 南宮堆肥廠日處理15-60mm的生活垃圾400噸，年處理量12.4萬噸。年產(chǎn)12mm以下及12-25mm堆肥4萬

30、噸。南宮堆肥廠采用先進的強制通風隧道式發(fā)酵技術，處理由轉(zhuǎn)運站送入的15-60mm的生活垃圾，生產(chǎn)0-12mm和12-25mm兩種粒徑分別適用于農(nóng)業(yè)及園林的堆肥產(chǎn)品。本項目整套生產(chǎn)設備及工藝控制技術全部由德國提供，與國內(nèi)同類產(chǎn)品相比，其體積小，技術含量高，全部采用自動控制技術，即在中央控制室可以直接對設備及工藝過程進行實時監(jiān)控，完成信息采集、綜合處理等工作。南宮堆肥廠南宮堆肥廠為防止生產(chǎn)過程中散發(fā)出氨氣（nh3）、硫化氫（h2s）等有害氣體及臭味，堆肥廠建設了生物過濾池，能有效地過濾，抑制有害氣體。堆肥廠生產(chǎn)廢水在工藝中循環(huán)使用，不外排，而且廠區(qū)生產(chǎn)地面全部采用水泥地面，可防止垃圾滲瀝液對地下水

31、的污染；生活廢水經(jīng)污水處理系統(tǒng)處理后排放。堆肥廠設有化驗室，定期測定垃圾成分和堆肥腐熟度，以確保堆肥產(chǎn)品質(zhì)量。南宮堆肥廠工南宮堆肥廠工藝流程圖藝流程圖3-2 厭氧發(fā)酵制沼氣 anaerobic biological transformations一、一、 厭氧消化概念及發(fā)展過程厭氧消化概念及發(fā)展過程1、厭氧消化定義厭氧消化是指在厭氧狀態(tài)下，利用厭氧微生物，有控制地使廢物中可生物降解的有機物轉(zhuǎn)化為ch4、co2和穩(wěn)定物質(zhì)的生物化學過程、厭氧消化發(fā)展過程3、厭氧消化特點厭氧消化不需要通風動力，設施簡單，運行成本低厭氧消化不需要通風動力，設施簡單，運行成本低1 1、厭氧發(fā)酵的原理、厭氧發(fā)酵的原理整個

32、發(fā)酵過程分為液化、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷三個階段；不整個發(fā)酵過程分為液化、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷三個階段；不同菌群同菌群 （低級揮發(fā)性脂肪醇類、中性化合物、h2、co2）（不產(chǎn)甲烷菌、產(chǎn)甲烷菌）c c（co2、h2、甲醇、甲酸、乙酸、ch4）不產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌不產(chǎn)甲烷菌a.液化階段液化階段 a a（碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪） b b（單糖或二糖、酞、氨基酸等） b. b. 產(chǎn)酸階段產(chǎn)酸階段： b b c. c. 產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)甲烷階段： c ch4heatshnhchcomatterorganictresiscellnewnutrientsohmatterorganic23422tan三階段厭氧消化模式2. 2.

33、影響發(fā)酵的因素影響發(fā)酵的因素a. 溫度：常用的有三種發(fā)酵溫度 a. 低溫發(fā)酵：大多處于20以下，產(chǎn)氣不高； b. 中溫發(fā)酵：在37左右，這是甲烷菌第一個最佳活性區(qū)； c. 高溫發(fā)酵：在53左右，這是甲烷菌第二活性區(qū)。 b. phb. ph 甲烷菌對ph要求很窄，為7.0左右，一般應控制在6.8-7.5之間。一般情況下，發(fā)酵過程可以自身調(diào)解，但新進料時易降低，可少加石灰進行調(diào)解。 c. c. 攪拌攪拌 一般高溫時要求攪拌，以增強產(chǎn)氣率和防止局部酸化。方式有： a. 機械攪拌； b. 充氣攪拌； c. 泵循環(huán)。1、低固體消化工藝 第一步：有機成分的準備。涉及廢物接收、粉碎和分選第一步：有機成分的準

34、備。涉及廢物接收、粉碎和分選第二步：增加水分和養(yǎng)分，混合器內(nèi)混合、調(diào)節(jié)ph值到6.8、加熱物料到5560 ，進入消化器進行厭氧消化第三步：沼氣收集、貯存及沼氣分離，消化污泥的脫水和處置三、根據(jù)反應器中固體濃度劃分三、根據(jù)反應器中固體濃度劃分2、高固體消化工藝固體濃度高（ 22%），不需要加水，反應器單位體積需水量低，產(chǎn)氣量高。但進出物料泵復雜，有毒物質(zhì)（鹽和重金屬）易使微生物中毒第一步：有機成分的準備。涉及廢物接收、粉碎和分選第二步：增加養(yǎng)分，混合器內(nèi)混合、調(diào)節(jié)ph值到6.8、加熱物料到5560 ，進入消化器進行厭氧消化第三步：沼氣收集、貯存以及沼氣分離，消化污泥的簡單脫水和處置四、厭氧消化裝

35、置水壓式沼氣池（一）結構與工作原理1 1、啟動前狀態(tài)、啟動前狀態(tài) ：平衡：平衡2 2、啟動后狀態(tài)、啟動后狀態(tài) ：產(chǎn)生的：產(chǎn)生的沼氣將料液壓向水壓箱，沼氣將料液壓向水壓箱，箱內(nèi)液面升高箱內(nèi)液面升高3 3、使用沼氣狀態(tài)：料液壓、使用沼氣狀態(tài)：料液壓擠壓沼氣供氣擠壓沼氣供氣（二）設計1 1、設計參數(shù)、設計參數(shù)（1 1）氣壓：）氣壓：7480pa7480pa（即（即80cm80cm水柱）為宜。水柱）為宜。（2 2）池容產(chǎn)氣率：）池容產(chǎn)氣率：池容產(chǎn)氣率系指每立方米發(fā)酵池容積池容產(chǎn)氣率系指每立方米發(fā)酵池容積1 1晝晝夜的產(chǎn)氣量，單位為夜的產(chǎn)氣量，單位為m m3 3沼氣沼氣/ /（m m3 3池容池容d d

36、）。我國通常采用）。我國通常采用的池容產(chǎn)氣率包括的池容產(chǎn)氣率包括0.150.15、0.20.2、0.250.25和和0.30.3幾種。幾種。（3 3）貯氣量：）貯氣量：貯氣量系指氣箱內(nèi)的最大沼氣貯存量。農(nóng)村家貯氣量系指氣箱內(nèi)的最大沼氣貯存量。農(nóng)村家用水壓式沼氣池的最大貯氣量以用水壓式沼氣池的最大貯氣量以1212小時產(chǎn)氣量為宜，其值小時產(chǎn)氣量為宜，其值與有效水壓間的容積相等。與有效水壓間的容積相等。（4 4）池容：）池容：池容系指發(fā)酵間的容積。農(nóng)村家用水壓式沼氣池池容系指發(fā)酵間的容積。農(nóng)村家用水壓式沼氣池的池容積有的池容積有4 4、6 6、8 8、10m10m3 3等幾種。等幾種。（5 5）投料

37、率：）投料率：投料率系指最大限度投入的料液所占發(fā)酵間容投料率系指最大限度投入的料液所占發(fā)酵間容積的百分比，一般在積的百分比，一般在85-95%85-95%之間為宜。之間為宜。2、發(fā)酵間的設計（1）確定池容 用氣水平 家庭人口數(shù)池容預計池容產(chǎn)氣率（2）確定貯氣量 貯氣量貯氣量=池容產(chǎn)氣率池容產(chǎn)氣率池容池容1/2（3）計算圓筒形發(fā)酵間容積 （4）確定進出料管安裝位置 圓筒形發(fā)酵間由池蓋、池身、池底組成 水壓式沼氣池進出料管的水平位置，一般確定在發(fā)酵間直徑的兩端3、水壓間的設計（1 1）水壓間的底面標高：此標高應確定在發(fā)酵間初始工）水壓間的底面標高：此標高應確定在發(fā)酵間初始工作狀態(tài)時的液面位置作狀態(tài)

38、時的液面位置o-oo-o水平水平（2 2）水壓間的高度（）水壓間的高度（h h）：此高度應等于發(fā)酵間最大）：此高度應等于發(fā)酵間最大液位下降值（液位下降值（h h1 1）與水壓間液面最大上升值（）與水壓間液面最大上升值（h h2 2）之和，）之和，即即h=hh=h1 1+h+h2 2（3 3）水壓間容積：此容積等于池內(nèi)最大貯氣量）水壓間容積：此容積等于池內(nèi)最大貯氣量化糞池 （1 1）它兼有污水沉淀和污泥發(fā)酵雙重作用。糞水流入）它兼有污水沉淀和污泥發(fā)酵雙重作用。糞水流入化糞池后，速度減慢。在一個標準化糞池中，糞水化糞池后，速度減慢。在一個標準化糞池中，糞水停留時間為停留時間為12-2412-24小

39、時，比重大的懸浮固體下沉到池小時，比重大的懸浮固體下沉到池底。化糞池大約可將底。化糞池大約可將70%70%的懸浮固體截留下來的懸浮固體截留下來（2 2）被截留的懸浮固體受厭氧菌的分解作用，產(chǎn)生氣）被截留的懸浮固體受厭氧菌的分解作用，產(chǎn)生氣體上浮，將分解后的疏松物質(zhì)牽引到液面，形成一體上浮，將分解后的疏松物質(zhì)牽引到液面，形成一層浮渣皮。浮渣中的氣體逸散后，懸浮固體再次下層浮渣皮。浮渣中的氣體逸散后，懸浮固體再次下沉成為污泥。如此反復分解、消化，浮渣和污泥逐沉成為污泥。如此反復分解、消化，浮渣和污泥逐漸液化、降解掉漸液化、降解掉（一）工作原理（二）化糞池容積及其計算公式 e e服務人口，人；服務人

40、口，人；q q每人每天污水量，每人每天污水量，l l； t tq q污水在池內(nèi)停留時間，一般取污水在池內(nèi)停留時間，一般取0.5-1.0d0.5-1.0d； s s每人每天污泥量，一般取每人每天污泥量，一般取0.8-1.0l0.8-1.0l； t ts s清泥周期，一般按清泥周期，一般按100-360d100-360d； c c污泥消化體積減小系數(shù)，一般為污泥消化體積減小系數(shù)，一般為0.70.7，(d/(d/2 2)/ (1/)/ (1/1 1) ) p pw w生污泥含水率，一般為生污泥含水率，一般為95%95%； p pw w池內(nèi)污泥含水率，上部下部平均取池內(nèi)污泥含水率，上部下部平均取95%95%。 wwsqppctstqev%100%100（三）. 化糞池結構改進 一格二