（环境工程专业论文）em（有效微生物）组成的分类鉴定及在垃圾堆肥处理技术中的应用.pdf

1 程硕士学位论文 摘要 城市生活垃圾，这个由人类自己在生存过程中制造的，且被认为是毫无价瞧 舟勺东西，如今成为影响人类生存环境和社会发展的十大要害问题之一。为摆脱“垃 圾嗣城”和“垃圾埋葬人类”的危机。促进社会文明的发展和生态环境的改善， 研究分析城市生活垃圾的构成特征、探索城市生活垃圾的处理处置方法已受到世 界各国的普遍重视。特别是随着公众对环境保护的重要性、自然资源的有限性认 洪的不断提高，人们在研究垃圾处理的无害化和减量化的同时，已开始追求垃圾 处理的资源化，堆肥化处理更是广大环境保护工作者和环境卫生工作者的关注列 象。 通过对城市生活垃圾处理方法的比较分析，尤其是对垃圾堆肥化的历史发展 的阐述和前景发展的展望，说明城市生活垃圾堆肥化技术是一项有光明f ； 途的处 理技术，同时也综述了城市生活垃圾好氧堆肥处理的基本原理、过程影响凶素和 堆肥腐熟的有关判断依据。 删( 有效微生物) 技术自问世以来已经在世界各国的养殖、环保、种植辞领域 ，。泛应用，本文还介绍了e m 生物技术在我国环境保护、种植业、养殖j 地等方丽 的应用。本文采用e m 有效微生物作为堆肥接种剂进行堆肥。研究了e m 有效微生 裼的组成，及各组成菌种对堆肥的促进作用。将e * 有效微生物原液加入到适合 小同菌种生长的培养基中分离培养，通过观察培养基上长出的菌落的形；惫和数 量，结合培养基适合培养的细菌种类，鉴定出组成e m 有效微生物的主要菌种。 分离出的主要菌种在液体培养基中扩大培养后，将菌液分别加入堆肥样品( 主要 成分是菜叶、树叶、填充物木屑) 中进行堆肥。通过测定堆肥过程的工艺参数： 温度、含水率、p h 值；以及堆肥过程的腐熟度参数：n h 。+ 埘n 、n o 。一n 、c 。，n ( 水溶性总碳与水溶性总氮之比) 随时间的变化，探讨了这些菌种对堆肥的不同 作用。 实验结果表明，组成e m 有效微生物的主要菌种是乳酸菌、光合细菌、酵母 菌、乙酸菌。堆肥过程中，加入菌种的样品腐熟明显快于空白样。各腐熟度参数 的变化表明乳酸菌对加速堆肥腐熟，促进堆肥中有机物的转化效果最明显光合 细菌、酵母菌也有较好的效果。 关键词：e m ( 有效微生物j ：分离：堆肥技术：腐熟度；生活垃圾 e m ( 有效微生物) 纽成的分类鉴定及在：垃圾堆肥处理技术中的庶刚 a b s t r a c t m u n i c i p a ld o m e s t i cw a s t e ，w h i c hi sm a d eb yh u m a nb e i n gd u r i n gt h e i rl i v i n g a n di sc o n s i d e r e da sv a l u e l e s st h i n g ，n o wh a sb e c o m eo n eo ft h et e nc r u c i a lp r o b l e m s t h a ti n f l u e n c et h el i v i n ge n v i r o n m e n to fh u m a nb e i n ga n ds o c i a ld e v e l o p m e n t i n o r d e rt oc a s to f ft h ec r i s i so f “b e s i e g e dc i t yo fg a r b a g e ”a n d “h u m a nb e i n ge m b e d d e d b yg a r b a g e ”a n db r i n ga b o u ta na d v a n c ei ns o c i a lc i v i l i z a t i o na ni m p r o v e m e n ti n e c o l o g i c a le m v i r o n m e n t s t u d ya n da n a l y z i n gt h ec o n s t i t u e n tf e a t u r e so fm u n i c i p a l d o m e s t i cw a s t ea n de x p l o r i n gt h em e t h o d so ft r e a t m e n ta n dd i s p o s a lo fm u n i c i p a l d o m e s t i cw a s t eh a v eg o ta nu n i v e r s a la t t a c h i n gi m p o r t a n c et ob ye v e r yc o u n t r yi nt h e w o r l d e s p e c i a l la l o n gw i t ht h eu n c e a s i n ge n h a n c e m e n to fa c k n o w l e d g e m e n to ft h e p u b l i cf o rt h ei m p o r t a n c eo fe n v i r o n m e n tp r o t e c t i o na n dl i m i t a t i o no ft h en a t u r a l r e s o u r c e ，p e o p l eh a v ea l r e a d ys t a r t e ds e e k i n gr e s o u r c e l i z a t i o no fg a r b a g et r e a t m e n t a n dm a k ee v e r ye f f o r tt or e d u c ea sl o wa sp o s s i b l et h el o a db r o u g h to nt h es o c i e d a n de n v i r o n m e n t ，w h i l es t u d yh a m l e s s l i z a t i o na n dq u a n t i t yr e d u c i n go fg a r b a g e t r e a t m e n t ，t h e r e f o r e ，a b o u tc o m p o s t i n gt r e a t m e n to fm u n i c i p a ld o m e s t i cw a s t e ，i ti s e v e am o r et h et a r g e tt h a ti sf o l l o w e dw i t hi n t e r e s tb yt h ew i d ew o r k er so f e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o na n de n v i r o n m e n t a ls a n i t a r y f h r o u g hc o m p a r a t i v ea n a l y s i s f o rt h em e t h o do ft r e a t m e n to fm u n i c i p a l d o m e s t i cw a s t e ，e s p e c i a l l yt h ee x p o u n d i n gf o rt h eh i s t o r i cd e v e l o p m e n to fg a r b a g e c o m p o s t i n ga n dl o o k i n gi n t ot h ef u t u r ef o rt h ep r o s p e c t so fd e v e l o p m e n t ，i ts h o w s t h a tt h ec o m p o s t i n gt e c h n o l o g yo fm u n i c i p a ld o m e s t i cw a s t ei sag a r b a g et r e a t m e n t t e c h n o l o g y w h i c hh a sa b r i g h tf u t u r e ；m e a n w h il e i ts u m m a r i z e st h eb a s i c p r i n c i p l e ，p r o c e d u r ea f f e c t i n gf a c t o r sa n dt h er e l a t i n gc r i t e r i o no fm a t u r i t yi n d i c e sf o r t h et r e a t m e n to fa e r o b i cc o m p o s t i n go fm u n i c i p a ld o m e s t i cw a s t e e me f f e c t i v eb i o l o g yt e c h n o l o g yh a sb e e nw i d e l yu s e da l lo v e rt h ew o r l di n e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n 、b r e e da q u a t i c s 、p l a n t i n ge t c ，f i e l d s t h i sp a p e ra l s o i n t r o d u c e si n f o r m a t i o no nc u r r e n ts t a t u so fe f f e c t i v em i c r o ( ) r g a n i s m sb i o l o g y t e c h n o l o g ya p p l i c a t i o n i no u r c o u n t r y f o r f o l l o w i n g f i e l d s ：e n v i r o n m e n w , l p r o t e c t i o n 、b r e e da q u a t i c s 、p l a n t i n g t h i sp a p e r d i s c u s s e st o a d o p te f f e c t i v e m i cr o o r g a n i s m sa sm e d i c a m e n to fi n o c u i a t i o nt of i n dw a yt oc o m p o s ti ta l s om a k e s as t u d yo fc o m p o s i t i o no fe f f e c t i v em i c r o o r g a n i s l n s 、a n de a c hb ； c t m i u mh o wt og ：v e n i li m p e t u st oc o m p o s tt h i se x p e r i m e n ta d d e de f f e c d 。er n c t ) 、，f ；。矧1j od i f f e r e n t 工程硕士学1 ：奇_ 论文 c u l t u r em e d i u m sa n da p p r a is a lm a i nk i n d so fb a c t e r i u mb yo b s e r v i n gf o r ma n d a m o u n to fc o e n o b i u m t r a i n e dt h eb a c t e r i u ma n da d d e dt h e mi n t os a m p l e so f c o m p o s t ，a n de x e c u t eas a m p l eo fb l a n ka n das a m p l eo fa l lb a c t e r i u m r e s e a r c ht h e d i f f e r e n ta c t i o no fe a c hb a c t e r i u mb ym e a s u r e dt e m p e r a t u r e ，m o i s t u r ec o n t e n t p h n h 4 + - n 、n 0 3 - - n 、c o ( w 1 ，n o ( w ) r e s u l t o ft h i s e x p e r i m e n t i n d i c a t e st h a t t h e c o m p o s i t i o n o fe f t e c t i v e m i c r o o r g a n i s m s ：l a c t o b a c i l l u s ，p h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i u m ，m i c r o z y m ea n da c e t i ca c i d b a c t e r i u m i np r o c e s so fc o m p o s t ，m a t u r i t yo ft h es a m p l ew h i c hw a sa d d e db a c t e r i u m t oi sf a s t e rt h a nt h eb l a n ks a m p l e l a c t o b a c i l l u sc o u l da c c e l e r a t et h em a t u r i t yo f c o m p o s t ，a n dg i v e a ni m p e t u st ot r a n s f o r mo fo r g a n i cm a t t e r ；p t t o t o s y n t h e t i c b a c t e r i u ma n dm i c r o z y m ea l s oh a v eg o o de f f e c t s k e y w o r d s ：e m ( e f f e c t i v em i c r o o r g a n i s m ) ：s e p a r a t e ；c o m p o s tt e c h n o l o g y ；i n d e xo c o m p o s tm a t u r i t y ；m u n i c i p a ld o m e s t i cw a s t e ； 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 怍者签名：裳甍日期：另心年，d 月孑日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和! ： 编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密瓯 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名：袁荡 剔噬辄狮彳 日期：加够年尸月8 日 日期：，。s 7 年1o 月lo 曰 工程硕士学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 近年来，随着我国经济的持续高速增长和城镇化建设的不断加快，人民的 生活水平迅速提高。与此同时，城市生活垃圾产生量也与曰俱增。据全国6 6 8 个城市统计，全国6 6 8 座城市中至少有2 0 0 座以上处于垃圾包围之中，在城市周 围堆存的生活垃圾量已达6 0 亿t ，侵占了约5 亿多n 1 2 土地。目前全国1 年产生 的生活垃圾已达1 5 亿t 。并且还在以每年8 - 9 的增长率不断增加。数量庞大的 城市垃圾已对城市及城市周围的生态环境构成曰趋严重的威胁。因而，城市生活 垃圾的处理处置问题是关系到保护和改善生活、生态环境，防治污染，改变传统 发展模式，使经济发展与环境保护楣协调的熏耍内容之一。了解垃圾的处理处置 现状和发展趋势，分析各种处理处置方法的优缺点，是结合国情制定垃圾处理处 置技术路线的必需依据。 垃圾处理方法按处理工艺不同分为物理方法、化学方法及生物化学方法3 类。就处理对象而言，又分为混合垃圾处理、单一成分垃圾处理。通常是以其处 理方式不同来划分，主要有5 种：填埋、堆肥、焚烧、热解和固化“。 1 1 1 垃圾填埋处理 填埋处理是城市生活垃圾最基本的处理方法，它是将垃圾埋入地下，通过 微生物长期的分解作用，使之分解为稳定的、无害的化合物。 垃圾填埋处理分为传统填埋与卫生填埋两类。传统填埋法实际上是在自然 条件下，利用坑、塘、洼地，把垃圾集中堆置在一起，不加掩盖，未进行灭菌、 除臭、防污染等处理的填埋。卫生填壤祛是采用工程技术措施j 防止产生污染及 危害环境的地处理方法。卫生填埋以其填埋最大、技术要求不高、安全性较好、 处理费用低等优点而且还可以利用填埋气瓷灏来发电，在世界范围内被广泛采 用。我国7 0 的城市垃圾也用卫生填埋法。如北京阿苏卫卫生填埋场垃圾消纳能 力为2 0 0 0 t d ，上海老港填埋场垃圾消纳熊力为5 0 0 t d ，广州李坑填埋场生活垃 圾消纳能力为2 0 0 0 t d 。但填埋场如果处理不当会使垃圾漏液下渗，污染水体和 土壤。另外，填埋场气体还可能引起火灾、气体爆炸等事故”3 。 1 1 2 垃圾堆肥处理 堆肥处理使垃圾中的有机物质，在微生物作用下发生生物化学反应，最后 三堡堡圭兰售鎏塞 1 1 引言 第1 章绪论 近年来，随着我国经济的持续高速增长和城镇化建设的不断加快，人民的 生活水平迅速提高。与此同时，城市生活垃圾产生量也与日俱增。据全国6 5 8 个城市统计，全国6 6 8 座城市中至少有2 0 0 座以上处于垃圾包围之中，在城市周 围堆存的生活垃圾量已达6 0 亿t ，侵占了约5 亿多m 2 土地。目前全国1 年产生 的生活垃圾已达i 5 亿t 并且还在以每年8 - 9 的增长率不断增加。数量庞大的 城市垃圾己对城市及城市周围的生态环境构成日趋严重的威胁。因而，城市生活 垃圾的处理处置问题是关系到保护和改善生活、生态环境，防治污染，改变传统 发展模式，使经济发展与环境保护相协调的熏要内容之一。了解垃圾的处理处置 现状和发展趋势，分析各种处理处置方法的优缺点，是结合国情稍定垃圾处理处 置技术路线的必需依据。 垃圾处理方法按处理工艺不同分为物理方法、化学方法及生物化学方法3 类。就处理对象丽言，又分为混合垃圾处理、单一成分垃圾处理。通常是以其处 理方式不同来划分，主要有5 种：填埋、堆肥、焚斑、热解和固化“j 。 1 1 1 垃圾填埋处理 填埋处理是城市生活垃圾最基本的处理方法，它是将垃圾埋入地下，通过 微生物长期的分解作用，使之分解为稳定的、无害的化合物。 垃敏填埋处理分为传统填埋与卫生填埋两类。传统填埋法实际上是在自然 条件下，利用坑、塘、洼地，把垃圾集中堆要在一起，不加掩盖未进行灭菌、 除臭、防污染等处理的填埋。卫生填埋i 鑫是采甩工程技希措施，防止产生污染及 危害环境的地处理方法。卫生填埋l ；i 其填埋量太、技术要求不离、安全性较好、 处理费用低等优点而且还可以利用填埋气瓷灏来发电，在世界范围内被广泛采 用。我国7 0 的城市垃圾也用卫生填埋法如北京阿苏卫卫生填埋场垃圾消纳能 力为2 0 0 0 t d ，上海老港填埋场垃圾消纳熊力为5 0 0 t d ，广州李坑填埋场生活垃 圾消纳能力为2 0 0 0 t d 。但填埋场如果处理不当会使垃圾漏渡下渗，污染水体和 土壤。另外，填埋场气体还可能引起火灾、气体爆炸等事故。1 。 112 垃圾堆肥处理 堆肥处理使垃城中的有机物质，在微生物作用下发生生物化学反应，最后 堆肥处理使垃圾中的有机物质，在微生物作用下发生生物化学反应，最后 e m ( 有效微生物) 组成的分类鉴定及在垃圾堆肥处理技术中的应川 衫成一种类似于腐殖质的物质，可以作为肥料或土壤改良荆。城i 生活垃圾中呵 堆j 巴物主要是厨房垃圾以及落叶等植物类垃圾，国外用于堆肥的垃圾j ：要是分类 后i 勺有机垃圾、庭院园林垃圾等有机物，只有部分国家采用混合垃圾堆肥。垃圾 堆肥按需氧程度不同分为厌氧堆肥与好氧堆肥；按温度范围分为中温堆肥与高温 堆k 巴；按技术条件又分为露天堆肥与机械装置堆肥， 1 3 垃圾焚烧处理 垃圾焚烧处理，一般是指将垃圾作为固体燃料送入垃圾焚烧炉中，垃圾中 的可燃成分与空气中的氧进行剧烈的化学反应放出热量，转化成高温的燃烧气和 少量性质稳定的固体残渣。燃烧气体可以作为热能回收利用，性质稳定的残渣可 宜接填埋。采用焚烧工艺处理垃圾能以最快的速度实现无害化、稳定化、资源化 和减量他的最终目标，一般当垃圾热值离于4 0 0 0 k j k g ，同时土地资源有限时， 应优先采用焚烧法处理，该种处理方法在工业发达国家中被广泛应用。焚烧处理 减容9 0 ，减量7 5 左右，能最大限度的消灭有毒有害病菌，防止恶臭，节约 地资源，同对回收电能、热能，是非常有发展前景的垃圾处理方式。但是焚烧需 要对二次污染进行控制，需增加昂贵的废气净化装置，同时，焚烧炉本身一次整 投入也很大。如深圳日处理4 0 0 t 垃圾的焚烧厂投浚总额需要3 亿元。焚烧法投 资大，技术复杂新且运行费用高的缺点在一定程瘦上影响了其推广应用。 1 4 垃圾热解处理 热解法是利用垃圾中有机物的热不稳定性在隔绝空气条件下对垃圾进行翱 热，使其中的有机物产生热袈解的一种方法。垃圾热解不同于焚烧，热分解能虢 废物中回收可以输送、贮存的能源( 油、燃料气等) ，而焚烧只能回收热能。垃 圾热分解是垃圾资源化的重要途径之一。目前热解技术正处于开发研制阶段一 些成功的技术，其操作条件要求较高，设备费用、处理成本也较高。在一些经济 发达，资源、能源短缺的大城市可试行推广。随着垃圾热解投术的进步，垃圾热 解处理潜力巨大。热解处理控制适当的操作条件，能迅速达到减容减量，有效地 控制二恶英污染( 二恶英，又称戴奥辛( d i o x i n ) ，是在个六角分子环内，含 有两个氧原子的有机化合物。二恶英，也是一种有毒物质，会积聚在a 体及动物 的体内。当有机物质在含有氯的环境下燃烧会产生少量的二恶英，当中的氯可以 以有机化合物或以离子的形式存在，它们多在垃圾焚化炉中产生。) ；但由于其首 期投资大且以分类收集、垃圾的热值较高为前提，限制了它的应用和推广； 1 5 垃圾固化处理 固化处理是把水泥、沥青、塑料、石膏、水玻璃等凝结剂同固体废弃物规；1 l 工程硕士学位论文 混合进行固化，或是在城市垃圾中加入硅酸钠、粘土之类的添加剂一起烧结固化 ( 玻璃化) ，使得城市垃圾中所含的有害物质封闭在固化体内不易浸出，从而达 到稳定化、无害化的目的。固化处理工艺简单，首期投资费用较低，能有效地封 闭垃圾中的有害物质，可以用来处理各种城市垃圾；但其减量效果差，且对有毒 垃圾的处理工艺较复杂，成本高。 国外垃圾处理技术己由低级发展到高级阶段，即由原来简单的堆弃、填埋、 任意往江河湖海倾倒、露天焚烧及简易垃圾焚烧炉焚烧，发展到了用先进的环境 卫生工程科学技术处理垃圾。经过多年的实践、实验、比较和发展，国外形成的 垃圾处理方法基本上是填埋、堆肥、焚烧和热解气化4 种。 在发达国家中，填埋和焚烧占有很大比例，这不仅与各国的国情有关，而且 与这些技术的工艺特点和投资成本也是分不开的。对于一些小国家，如日本、新 家坡、瑞士、卢森堡等国，由于其国土少，土地相当珍贵，焚烧技术的广泛采用 可以达到迅速减容减量的效果；而对于澳大利亚、英国、美国、西班牙、意大利、 挪威、瑞典、荷兰等国，填埋技术比较成熟，所以更多的采用了填埋处理。另外， 一些经济比较发达的国家如美国、瑞士、瑞典其生活垃圾中可加以利用的成分较 多且有政府的大力支持，所以其垃圾的回收也占有一定的比重。 目前，我国城市垃圾处置的最主要方式是填埋，约占全部处置总量的7 0 以 上：其次是高温堆肥，约占2 0 以上；焚烧量甚微“。 1 2 我国城市生活垃圾堆肥处理技术现状 在众多的垃圾处理方法中，生活垃圾堆肥技术因其具有良好的减量化和资源 化效果，其在生活垃圾处理中的比例将会逐步增加。用堆肥法处理城市生活垃圾 不但可以杀死垃圾中的病原菌，有效处理垃圾中的有机物，而且可生产复合有机 肥料，变废为宝；还能节约垃圾填埋所占土地，并减轻垃圾焚烧对大气的污染， 在安全和经济方面明显优于其他方法而成为我国目前最有发展潜力的垃圾处理 技术。 近年来，研究和开发具有良好减量化和资源化效果的堆肥处理技术无论在国 际上还是国内都日益受到重视。目前大量使用化肥已使土壤板结，肥力下降；使 用有机复合肥可增加肥力，改良土壤，提高农作物产量”1 。近年来，由于城镇居 民大量使用燃气，使得居民生活垃圾的无机成分越来越低，中国各大、中城市燃 气户生活垃圾中有机物含量高于5 0 ，含水率达5 0 左右，垃圾成分越来越适合 堆肥处理：我国是农业大国，山地多，平原少，许多大、中城市下辖市县又是重 要的农业区。因此堆肥法无论从技术角度、还是经济条件分析，在目前以及在今 舌较长时期内都比较适合在我国大、中、小城市推广“：。 脚( 有效微生物) 组成的分类鉴定及在垃圾堆肥处理技术中的廊脚 我国政府有关部门很重视城市垃圾的堆肥化处理技术。在国家“六五”、“乞 五”和“八五”科技攻关计划中，均设立了堆肥技术和专用设备的研究和开发课 题。我国从8 0 年代起即开始应用“2 次发酵工艺”，堆肥机械日趋完善，生产趋 向产业化。2 0 世纪9 0 年代初开始着手发展机械化连续堆肥生产技术”1 。1 9 9 9 年 1 月“全国城市生活垃圾处理及资源化利用经验交流会”上，已有相当数量垃圾 堆肥技术的成功运用范例。目前，已在北京、上海、杭州等许多城市建立了0 也 城市垃圾的机械化连续堆肥设旋。堆肥工艺可分为简易堆肥和机械化堆肥，又可 分为静态和动态两种操作方式。我国农村传统采用厌氧堆肥发酵法。现代堆肥工 艺大多采用好氧堆肥，它具有物质分解彻底、堆肥周期短、臭味小、可采用工厂 机械化处理等优点呻1 。目前国内应用较多的堆肥方式主要有： 1 21 自然通风静态堆肥 该法是在一块场地上，堆高2 - 3 m ，般上部覆士，场底以混凝土硬化并铺 设通风排水沟。腐熟垃圾用铲装机、滚筒筛、皮带机和磁选滚筒等生产堆肥产品。 这种方式一般工程规模较小、机械化程度低、采用静态发酵工艺，投资及运行费 用较低，应用最广主要缺点是堆肥过程无法控制环保措篪不齐全，对周围环 境影响较大。目前较大型的该类堆肥厂有厦门前莆垃圾处理场及天津简易商温堆 肥厂啪。 1 22 强潮通风静态堆肥 该秭方式多为菲露天堆场，一次发酵仓要求能容纳1 0 - 2 0 天垃圾，室内堆高 约2 5 m ，设有翻堆和运输通道。目翦四j l l 广汉三丰实业公司堆肥厂等即采用该 种方式。 1 2 ，3 机械化高温堆肥 机械化高温堆肥技术工程规模相对较大、机械化程度较高、一般采用间歇式 动态好氧发酵工艺、有较齐全的环保措施、投资及运行费用较高。“七五”和“八 五”期间，我国相继开展了机械化程度较高的动态高温堆肥的研究和开发，并取 得了一些积极成果。无锡、杭州、上海等地已建成了一批机械化程度较高的堆肥 厂，具有较完整的前处理、发酵、后处理工艺及设备。其堆肥产品质量、运行操 作可靠性、环境质量等指标都达到了较高水平。好氧堆肥具有温度商、有效杀死 病原菌，基质分解比较彻底，堆肥周期短，异味小，可以大规模采用机械化处理 等优点。常州环卫综合厂采用间歇式动态高温好氧发酵工艺，所生产的堆肥产品 很受当地农民的欢迎。但机械化高温堆肥由于处理成本较高而难以在我国更大范 围内推广应用”1 。 工程硕十学位论文 1 3 堆肥处理的基本原理 1 3 ，1 好氧堆肥与厌氧堆肥 利用微生物具有氧化、分解有机物的能力，在定温度、湿度和p h 值条件 = = | ，使有机物发生生物化学降解，形成种类似腐殖质土壤的物质，用作肥料和 改起土壤，这种利用微生物降解城市有机固体废物的方法称为生物处理法，一般 又称堆肥化。 根据堆肥微生物的需氧特性，垃圾堆肥处理可分为好氧堆肥法和厌氧堆肥法 两种。好氧堆肥难体温度高，一般在5 0 一6 5 0 c ，极限可达8 0 9 0 0 c ，因此也叫高温 堆肥。 1 好氧堆肥 好氧堆肥是在有氧的条件下，借助好氧微生物的作用来进行的。在堆肥过程 中，生活垃圾中的溶解性有机物质透过微生物细胞壁和细胞膜而被微生物所吸 收。固体和胶体有机物附着在微生物体外，由微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活动氧化、还原和生物合成等过 程，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并释放出生物生长活动所需 要的能量，把另一部分有机物转化为生物体所必须的营养物质，合成新的细胞物 质，于是微生物逐渐生长繁殖，产生更多的生物体，继续产生一系列的生化作用。 2 厌氧堆肥 厌氧堆肥是在无氧条件下，借助厌氧微生物的作用来进行的。在堆肥过程甲， 有机物的厌氧分解主要经历了两个阶段：酸性发酵阶段和碱性发酵阶段。分解初 期，微生物活动中的分解产物是有机酸、醇、二氧化碳、氨、硫化氖、磷化氢等。 在这一阶段，有机酸大量积累，p h 值逐渐下降，因此叫酸性发酵阶段，参与发 酵的细菌统称为产酸细菌：在分解后期，由于发酵过程中所产生的氨的中和作用， p h 值逐渐上升，另一群统称为甲烷细菌的微生物开始分解有机酸和醇，产物主 要是甲烷和二氧化碳。随着甲烷细菌的繁殖，有机酸迅速分解，p h 值迅速上升， 这一阶段的分解称为碱性发酵阶段。 3 好氧堆肥与厌氧堆肥的比较 ( i ) 好氧堆肥的优缺点 优点： 发酵迅速，产品产生周期短，一般在1 1 0 天内就司完成( 含腐熟期) 。 堆温较高，高温灭菌，降低水分，减少浸出液生成量。 只要保持好氧状态，不会产生臭味，不产生易燃易爆气体，安全性较好。 占地面积小，可以大规模地采用机械化处理。 口( 有效微生物) 组成的分类鉴定及在垃圾堆肥处理技术中的应j _ ：l 可堆肥物( 易腐有机物) 分解比较彻底。 能促使有毒有害物质的降解。 缺点： 堆肥过程需维持一定的氧浓度，耗电量较大，运行费用较高。 ( 2 ) 厌氧堆肥的优缺点 优点： 处理工艺简单。 通过堆体自身发酵分解有机物，不必由外界提供能量，运行费用低。 堆肥产品中氮保存较多。 如果对所产生的甲烷处理得当，还有利用的可能，实现能量回收。 缺点： o 厌氧堆肥对有机物分解缓慢，堆肥周期长，一般需4 - 6 个月。 易产生恶臭，影响环境卫生。 占地面积大。 由于好氧堆肥的堆体温度高，可以最大限度地杀灭病原菌体、虫卵和垃圾中 的植物种籽，使堆肥达到无害化。同肘，好氧堆嬲对垃圾中的有机物降解速度快， 且环境卫生条件好砷1 。因此，现代采用的堆肥工艺大多为高温好氧堆肥，好氧堆 肥也是研究开发的热点“”。 1 3 + 2 堆肥的影响因素 3 2 1 水分 在堆肥过程中，微生物需要从周围环境中不断摄取水分以维持其正常的生 乏 代谢，微生物体内及流动状态水是其进行生化反应的介质，微生物只畿摄取其生 存必须的溶解性养料，水分是否适量直接影响堆肥发酵速度和腐熟程度，所以含 水率是好氧堆肥的关键因素之一 i l o 水在堆肥中的主要作用是溶解有机物，参与微生物的新陈代谢。水分蒸 发时带走热量，调节堆肥温度。对好氧堆肥工艺而言，如果含水率过高，超过 6 5 ，会造成堆肥物料被紧缩或其内部游离空隙被承膜充填。使游离空隙率降低 而影响空气的扩散，并使有机物供氧不足而出现厌氧状态，形成发臭的中间产物 ( 硫化氢、硫醇、氨等) 产生恶臭和因硫化物而导致堆料腐败发黑。另外，对于 高含水率的雄肥，即使能保证良好的通风供氧，但因发酵时产生的热量大多消耗 于水分的蒸发，若无特别加温手段，要达到高温堆肥是很困难的。相反，若含承 率过低，会妨碍微生物的生长繁殖，延缓雄肥反应的速度，严重时甚至导致整个 ： 艺的失败。物料中的水分低于4 0 ，就不能满足微生物的生长需要，限割磁，垃 6 工程硕士学位论文 物的运行及代谢，使堆料中心部位达不到适宜的高温，有机物难以分解，从而降 低反应速率：含水率低于3 0 ，微生物在水中摄取营养质的能力降低，微生物繁 殖慢，有机物分解过程进展相当缓慢，当含水率低于1 2 时，微生物的繁殖就会 停止1 。 城市生活垃圾中的水分可划分为附着水、毛细管水分、溶胀水分、化学结 合水分和间隙水分。附着水分是物料表面上机械附着的水分。毛细管水分是存在 于由颗粒或纤维所组成的多孔、网状结构和毛细管中心的水分。由于同一物料中 毛细管孔道大小的差异和不同物料及毛细管多少也有差异。因此，毛细管水分变 忧很大。溶胀水指物料细胞壁或纤维皮壁内的水分，它是物料组成的一部分。化 学结合水是物质分子中国有的水分。间隙水分则是指物料颗粒之间的间隙中含有 的自由水分“”。 堆肥中的重要问题之一是原料中水分含量的确定。一般认为堆肥原料的水 分受季节、气候、堆肥有机质含量等影响。其中堆肥有机质含量对原料水分的影 响最大。通过大量统计数据的计算处理，提出城市生活垃圾有机质含量与水分的 关系式( 1 1 ) ： y = ( 0 6 7 x + 1 2 2 8 ) 0 1 5 x( 1 1 ) 式中y 为垃圾含水率( ) ，x 为垃圾有机质含爨( ) ，0 1 5 x 考虑到冬、夏季曲 线斜率的变化而做的校正。对不同有机质含囊的堆肥，均可按上式得到其含水率 的值，从而对堆肥进行水分的调节和控制“。 当用城市生活垃圾作为主要堆肥原料，其含水率偏低时，常常通过添加稀粪、 污水、污泥或直接加水等方法来调节。为了克服堆肥物料含水率过商的问题，其 常用的方法有：回流堆过肥的于物料，调节起始混合物的水分含量；加入于 的调理剂，如锯末、辗碎的垃圾、秸秆等；加入干的膨胀剂( 如木屑、秸秆等) 于高湿度的原料中，提高堆肥原料的孔隙率；加强堆腮原料的机械搅动；在 堆肥前后，对高水分的原料进行风干或加热烘干以减少其含水率。 在进行垃圾含水率的调节时，添加剂的添加量与垃圾的重量比可由( 1 2 ) 式 求出： m = ( w 。一w 。) ( w 。一w 。)( 1 2 ) 式中m 为调节剂与垃圾的重量( 湿重) 比；w 、w c 、w b 分别为混合原料含水率、 垃圾含水率、调节剂含水率。 132 2 氧含量 氧气和通气性是影响好氧堆肥过程和堆肥产品质量的重要因素。难肥过程 中，氧气供应充足可以加速有机质分解，缩短堆肥时间，加速堆肥初期温度的上 升速率，减少恶臭气体的产生“。氧气的消耗率可以作为判断堆肥稳定性的依 e m ( 有效微生物) 组成的分类鉴定及在垃圾堆肥处理技术中的应，f j 童 i 致认为堆肥中的空气氧的体积含量保持在5 一1 5 之间比较适宜，低于5 会导致厌氯发酵：高于1 5 则会使堆肥体冷却，导致病菌的大量存活。 1 32 3o n 比 城市生活垃圾的组成很复杂，许多研究都表明，对堆肥工艺过程影响最大 的参数是c n 值和水分。 堆吧物料碳氮比的变化在堆肥中有特殊的意义。微生物在新陈代谢和合成 卸 脆物质的过程中需要大量的营养元素和微量元素，如氮、磷、钾、碳、钴、锰、 镬、铡和钙等。其中以氮、磷、钾、碳4 种元素最为重要，在堆肥过程中，碳在 微璺物新陈代谢中由于氧化作用约有2 3 变成c o ：而排出，约有1 3 用于细胞质 的合成。因此，碳是发酵过程的动力和热源，被称为微生物的能源。氮主要用于 细艇原生质的合成作用而留于系统内。就微生物对营养的需要丽言，c n 比是 个委要因素。 在堆肥过程中，c n 比对微生物分解有机物的速度有重要影响，是决定发酵 时陋的主要因素之一。在城市生活垃圾中，因其含碳量远远超出物体合成所需的 碳量，那么氮是控制生物合成的主要因素，也是速度的控制因素。含氮多的有机 物，其c n 比小，分解快，堆肥周期短，特别是当c n 比在l o 左右时，有机物 被微生物分解的速度最大，反之含碳多的有机物，c n 比大，影响降解速度，堆 鸵历期长，伺时由于氮元素养科的不足丽使微生物活性减弱”“。 c n 比不仅影响发酵时间，也是影响堆肥制品质量的重要因素之一。根据对 微生物活动的平均计算结果，微生物每合成l 份体质碳素就要利用约4 份碳紊作 为能量( 以好氧性有机营养形式释放到大气中) 。以细菌为例：细菌的c n 比为 f4 - 5 ) ：】，而合成这样的体质细胞还要刹用1 6 2 0 份碳素来提供合成作用的能 量，故其进行生长繁殖时，所需的c n 比是( 2 0 2 5 ) ：l 。而真菌的c n 比约为 l o ：1 ，故堆肥过程最佳的c n 比是( 2 5 3 5 ) ：l 。如果c n 比超过4 0 ：i ，可供 消耗的碳元素较多，氮素养料相对缺乏，细菌和其它微生物的活性受到限制，有 机物的分解速度慢，发酵过程就长。如果c n 比更高，容易导致成品堆肥的c n 比过高，这种堆肥施入土壤后，将夺取土壤中的氮素，引起土壤“氮饥饿”，从 而影响作物生长。若c n 比低于2 0 ：i ，可供消耗豹碳素少，氮素养料相对过剩， 超遗微生物所需要的氮，细菌就会将其转化为铵态氮而挥发捧，导致氮元索大量 损失而降低肥效。 在堆肥化过程中，c n 比也是影响堆肥温度的因素之一。c n 比小，温度5 7 升镁快，但堆层达到的最高温度低；c n 比大，堆层达到最高温度高，i _ | 温度j ： “把 微生物大概每利用3 0 份碳就需要1 份氮，故初时物料的c n 比为3 0 ：l 比 较适合堆肥需要，其最佳值为( 3 0 3 5 ) ：l ，成品堆肥的适宜c n 比为( 1 0 一2 0 ) ： “。一般城市生活垃圾的c n 比在( 5 0 - 8 0 ) ：l 。进行堆肥时，需加入定的 含碳、氮元素的添加料对其c n 比进行调整，以加快堆肥过程和提高堆肥质量。 空】果垃圾中的c n 比过高，可加含氮垃圾或污泥进行调节，粪永是理想的调节剂： 如果垃圾中的c n 比过低，则要添加含碳废物进行调节，碳主要来自生活垃圾中 的蔬菜、废纸、烂布、革和木屑之类。 1 3 2 ，4 有极质含量 堆肥处理是一个微生物分解有机物的生物化学过程，有机物的含量决定着潜 在发热量，直接影响堆肥温度的变化与通风供氧的要求。特别对于好氧堆肥而言， 首要的任务是保证热量与温度间的平德阔题，有枧物岔量过低( 低于2 0 ) ，不 能提供足够的热能，无法提高雄肥微生物的活性，影响嗜熟菌的增值，难以维持 堆肥所需要的温度，影响无害化处理，产生的堆肥产品由于肥效低而影响其使用 价值。如果堆肥物料中有机物含量过高( 高于8 0 ) ，由于高浓度的有机物堆肥 过程中对供氧要求很高，往往会因达不到好氧要求雨产生厌氧发酵和发臭，则给 通风供氧带来困难，也不能使好氧堆肥工艺顺利进行“”。研究表明，在堆肥中 适当添加无机组分( 煤灰) 对于增大堆怒物料韵孔隙率，提高通风供氧效率大为 有益“”。堆肥耢料最合适的有机物含爨在2 0 - 8 0 之闼。 在进行城市生活垃圾堆肥处理过程中，含爨皴高的无机物组分不利于堆肥 的顺利进行，同时有机质含量太低也会影响雄肥产鼎的肥效和使用。因此，适当 地调节堆肥原料的有机组分是十分必要的，特别是发展中国家的城市生活垃圾的 有机质含量都较低。一般调节堆肥原料中有机组分的方法有：对堆肥原料进行 预处理，通过破碎、筛分等工艺去掉一部分煤灰渣等无机成分，分选出一些难以 堆肥的无机或有机物，从而提高堆肥原料的有机物含量。通过预处理，可使城市 生活垃圾中有机物含量提高到5 0 以上。发酵前在堆腮原料中掺入定量的稀 粪、城市污水、污泥、牲畜粪便等调理荆。其中，城市垃圾以掺稀粪为最多，农 业秸秆以添加畜禽粪便较合适，城市污泥以添加草炭或锯末较为理想，这些材料 既可以增加堆肥原料中有机质的含量，叉可以起到调节堆船原料含水率的作用， 同时也为各种粪便处理找到一条出路。城市生活垃圾和污泥联合堆肥，这种方 法溉可以达到提高堆肥有机物含量的目的，叉能同时处理现代城市的两大问题 生活垃圾和污水、污泥的出路问题。 1 0 2 5 温度 温度是影响堆肥过程的一个重要因素，同时也是显示堆肥中微生物活性的熏 要指标。在堆肥操作过程中，堆肥温度应控制在4 5 - 6 5 。c 之间。温度超过6 r c 磷有效微渤) 组成的分类鉴定及在垃圾堆肥处理技术中的应粥 藏会对微生物的生长产生抑制作用。堆舾过程是一个放热过程，若不采耀遥风镌 办法进行控制，温度常可以达到7 5 8 0 。e ，温度过高就会过度消耗有机物，并降 低产品质量”1 。 对于堆肥系统而言，温度是影响微生物生理活性和堆嚣巴工艺过程的重要因 素，合适的温度是堆腮得以顺利进行和获得高质量堆肥产品的保证。温度的作厩 主要是影响微生物的生长繁殖，堆肥中微生物分解有桃物而释放热量，使堆熙澄 度上升。一般认为高温菌对有机物的降解速度高于中温菌，现行的高温好氧雄联 工岂正是利用了这一特点。初堆腮时，堆体温度一般与环境温度一致，难屡基本 上呈中溢，嗜温菌较为活跃，大量繁殖。经中温菌作用卜2 d ，堆层便可达5 0 一6 0 b e 。 在这一温度下，嗜温菌受到捧翻，甚至死亡。丽嗜热菌的繁殖进入激发状态。嗜 燕菌的大量繁殖和温度明显的提高，使壤层溢度达刭堆肥昀理想温度6 5 8 c 左右， 这样的高温保持3 d 以上( 5 - 6 d ) ，是杀灭堆料中的致病徽生物和寄生虫弗。实琨 难肥无害化的重要条件”。 但是堆怒化作为一静生物系统，它与莩生物反应系统是有着本质区尉的。对 于嚣生物系统面言，反应的速度煮接与温度有关滠度越高，反应速度越