（环境工程专业论文）堆肥改良剂—生物表面活性剂的开发与应用研究.pdf

硕士学位论文 摘要 堆肥作为城市生活垃圾处理的主要手段之一，面对与日俱增的生活垃圾，如 何提高堆肥质量，缩短堆肥周期，日益受到重视。生物表面活性剂作为一种堆肥 微环境( 介质) 改良剂，将其加入到堆肥中有望提高堆肥效率，改善堆肥质量。 为了将生物表面活性剂更好的运用到城市固体废物堆肥处理中，本研究从如 下几方面开展工作：设计一套适应实验室场地的小型堆肥装置；将o 3 的鼠李糖 脂水溶液应用于农业废物的好氧堆肥处理中；将鼠李糖脂和莎梵婷发酵液分别应 用于石油烃污染土壤的堆肥处理中。 本课题首先研究了4 株铜绿假单胞菌( p s e u d o m o n a sa e r u g i n o s a ) ( 购于中国 典型培养物保藏中心( c c t c c ) ) 产生物表面活性剂一鼠李糖脂的能力，通过正 交实验得出了本实验室条件下铜绿假单胞菌产鼠李糖脂的最佳条件，并通过萃取 法从发酵液中分离提取了较纯的鼠李糖脂。同时对鼠李糖脂进行了鉴定和表征。 本研究自行设计了一套小规模的城市生活垃圾堆肥实验装置。该套仓式好氧 堆肥的实验装置在结合城市固体有机废物的特点和性质的基础上，主要从物料平 衡，热量平衡，通风量等方面进行系统的设计。同时，采用强制通风静态仓式方 式进行了城市生活垃圾堆肥小试实验，其结果表明该装置具有较佳的堆肥效果。 将生物表面活性剂应用于农业废物好氧堆肥中，是改善微生物反应生态微环 境的有益尝试，国内外都还未有这方面的研究。本研究以稻草秸秆和麸皮为堆肥 原料，本实验室制取的鼠李糖脂为促进剂，进行了控温条件下堆肥一次发酵的实 验研究。研究表明，添加鼠李糖脂能够改善堆肥处理的微环境，增强聚合物的水 合程度，促进有机质降解，从而加快堆肥进程。可以说，本研究拓展了生物表面 活性剂的应用范围，为生物表面活性剂应用于农业废弃物堆肥提供技术基础。 在生物表面活性荆被引入并广泛应用于土壤修复中的基础上，本研究将生物 表面活性剂用于堆制法处理油污土壤，以同时实现垃圾的无害化和资源化。研究 采用好氧堆肥法，模拟堆肥中石油烃污染，研究加入不同的生物表面活性剂发酵 液，即鼠李糖脂和莎梵婷发酵液对堆肥过程中的石油烃降解以及水溶性碳氮等参 数的影响。结果表明生物表面活性剂的加入，可改善堆肥环境，提高堆肥效率， 同时可以促进堆肥过程中石油烃的降解，特别是鼠李糖腊发酵液的作用更为显著。 关键词：生物表面活性剂；鼠李糖脂；枯草芽胞杆菌；堆肥 堆肥改良荆一生物表面活性剂的开发与应用硎究 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n di n c r e a s i n go fm u n i c i p a ld o m e s t i cw a s t e ， m u c hr e s e a r c hw a sd o n ew i t hl o t so fa c h i e v e m e n t sa th o m ea n da b r o a d h o w e v e r 、 t r a d i t i o n a l t e c h n o l o g y w a s m o s t l ya p p l i e d i nt h ef i e l do fs o l i dw a s t e c o m p o s t i n g t r e a t m e n t ，t h i sb r o u g h ts e r i e so fp r o b l e ms u c ha s l o w e f f i c i e n c y l r e a t m e n t ，u n s t a b l ep r o d u c tq u a l i t y a sf 、a ra s b i o l o g i c a lt e c h n i q u e t h e l a c ko f m i c r o o r g a n i s mw i t hg o o dc a p a b i l i t ya n df o r t i f i e ri nc o m p o s tf i e l dw a so n eb i g p r o b l e m s ot h ea t t e m p tt oa p p l yb i o s u r f a c t a n ti nc o m p o s tf o ra c c e l e r a t i n gt h e d e g r a d a t i o no fo r g a n i cm a t t e rw a sb e n e f i c i a l b i o s u r f a c t a n t sa se n v i r o n m e n t a c c e p t a b l ec o m p o u n d s c a n o p t i m i z e t h e d i s t r i b u t i o no fa q u e o u sp h a s ea n dg a s e o u sp h a s e ，f a c i l i t a t et h ef o r m i n go fl i q u i df i l m o ng r a n u l et h a tw a st h el o c a t i o no fb i o g r a d a t i o n ，s t r e n g t ht h em a s st r a n s f e ro fo r g a n i c m a t t e r s ，a n dc h a n g et h ew a yo fd e g r a d a t i o nt h l o u g hb i o l o g i c a le f f e c t a l lt h e s ea c t i o n s w e r eh e l p f u lt oe n h a n c ed e g r a d a t i o n e f f i c i e n c y b a s e do na b o v et h e o r i e s ，o u rr e s e a r c h l v a sf o c u so nt h ef o l l o w i n ga s p e c t sa n dr e c e i v e ds e v e r a lc o n c l u s i o n s ( 1 ) f o rr h a m n o l i p i db i o s u r f a c t a n tp r o d u c t i o n ，p s e u d o m o n a sa e r u g i n o s aw a s p u r c h a s e df r o mc h i n ac e n t e rf o rr y p ec u l t u r ec o l l e c t i o n t h em e t h o dw a ss h a k i n g f e r m e n t a t i o no ft y p i c a lc u l t u r eu n d e rc o n s t a n tt e m p e r a t u r e t h et h r e em a i ns t e p sf o r t h ep r o d u c t i o ni n c l u d e da c t i v a t i o no ft h es t r a i n ，s e e de n r i c h m e n to ft h eb a c t e r i aa n d b i o s u r f a c t a n te x c r e t i n gi nb a s a lc u l t u r e t h eo p t i m a lc o n d i t i o n so ft h ec u l t u r em e d i u m f o rt h er h a m n o l i p i dw a so b t a i n e d e x t r a c t i o nw a sa d o p t e di nt h ee x p e r i m e n tt h e p r o d u c tw a sb r o w n i s hv i s c o u ss o l i d t h er e s u l tv a l i d a t e dt h ee x i s t e n c eo fg l y c o l i p i d s i nt h ep r o d u c t f i n a l l yh p l c m sw a sa d o p t e df o rt h es t r u c t u r ei d e n t i f i c a t i o no ft h e b i o s u r f a c t a n tp r o d u c ta n dp r o v e dt h es a m p l ew a st h em i x t u r eo fm o n o r h a m n o l i p i da n d d i r h a m n o l i p i d ( 2 ) f o rt h ed e e pr e s e a c ho nc o m p o s t i n gt e c h n o l o g y ，an e wt y p ec o m p o s td e v i c ew a s d e s i g n e d t h i sa e r o b i c c o m p o s t i n ge q u i p m e n tw a sd e s i g n e da c c o r d i n g t ot h e c h a r a c t e r i s t i c so fd o m e s t i cw a s t ea n du s i n gm a s sb a l a n c ea n dt h e r m o d y n a m i c s p r i n c i p l e m o r e o v e ras t u d yw a sd o n eo nh o wt o d e t e r m i n et h ev o l u m eo ft h e s t o r e h o u s ea n dm d e de q u i p m e n t i tw a sc o n c l u d e dt h a tw h e nt h ed i a m e t e r o f c o m p o s t i n gs y s t e mw a sl e s st h a n2 2 5 mh e a tp r e s e r v a t i o ns h o u l db ec a r r i e do u t 1 1 硕士学位论文 d o m e s t i cw a s t ec o m p o s t i n gw a st e s t e dw i t ht h eb e n c hs c a l ea e r a t e ds t a t i cb i na n dt h e e x p e r i m e n tr e s u l t sp r o v e dt h a tt h ee q u i p m e n tr e a l i z e dt h ec o m p o s t i n go fs o l i dw a s t e w h e ni tw a sh e a t e du pi nm o r et h a n3 0 。c w a t e rb a t h ( 3 ) t h ew o r kt r i e dt ot e s tt h ee f f e c to fb i o s u r t 、a c t a n to nt h ec o m p o s to fa g r i c u l t u r a l w a s t e f h eb i o s u r f a e t a n to fr h a m o n o l i p i d ( r h ) w a su s e di nc o c o m p o s t i n go fr i c e s t r a wa n dw h e a tb r a n ，t h ee f f i c i e n c yo ft h ep r o m o t e rw a ss t u d i e du n d e rt e m p e r a t u r e c o n t r o ld u r i n gt h ef i r s ts t a g eo fc o m p o s t i n g ，c o m p o s t i n gw a sd o n ei na na e r o b i cs t a t i c b e do fc o m p o s t i n gd u r i n gw h i c hm o i s t u r ec o n t e n to fm i x t u r em a t e r i a l sw a sc o n t r o l l e d b e t w e e n6 0 一7 0 ，a n dt h ec o n t r o lo fa e r a t i o na d o p t e dt h et i m e rb yt u r n so f0 18 m h t o r2 0m i n u t e sa n dp a u s ef o r4 0m i n u t e s c h a n g e so fp h ，o r g a n i cm a t t e r , d i s s o l v e d o r g a n i cc a r b o n ( d o c ) ，t h e b i o m a s so f m i c r o o r g a n i s m ，h e m i c e l l u l a s ea c t i v i t y ， c a r b o x y m e t h y lc e l l u l o s ee n z y m e ( c m c a s e ) a c t i v i t y , h e m i c e l l u l o s ea n dc e l l u l o s e c o n t e n t sw e r es t u d i e d t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea d d i t i o no fr hc a n i m p r o v e m i c r o e n v i r o n m e n t ， s t r e n g t h e np o l y m e r sh y d r a t i o n ， a c c e l e r a t e t h e c o c o m p o s t i n gp r o c e s sa n di m p r o v et h eq u a l i t yo fc o m p o s t i n gp r o d u c t i o n ( 4 ) t oe n h a n c et h ep r o b a b i l i t yf o rh i g h e rs u c c e s so fb i o r e m e d i a t i o ns t r a t e g y ，o n e c o m b i n e dt r e a t m e n tb yc o m p o s t i n gw i t ha d d i t i o no fb i o s u r f a c t a n t sw a st e s t e di n c o m p o s t i n gb i o r e m e d i a t i o n t h em a i no b j e c t i v eo f t h i ss t u d yw a s t oe v a l u a t et h ee f f e c t o ft w od i f f e r e n tb i o s u r f a c t a n tb r o t h s ( r h a m o n o l i p i da n ds u r f a c t i nb i o s u r f a c t a n t s ) o nt h e d e g r a d a t i o no fp e t r o l e u mh y d r o c a r b o n a n di n i t i a l l yt oa n a l y z et h em e c h a n i s m s ，w h i c h p r o v i d i n gt h ef u n d a m e n t a ld a t af o rt h em i c r o b i a la p p l i c a t i o ni nt h eb i o r e m e d i a t i o no f h y d r o c a r b o n t h ep a r a m e t e r sm a i n l yi n c l u d e dp h ，w a t e r ，v o l a t i l eo r g a n i c s ，w a t e r s o l u b l ec a r b o na n dn i t r o g e n ，g e r m i n a t i o ni n d e xa n dt h ec o n t e n to fh y d r o c a r b o n t h e r e s u l ts h o w e dt h a tt h eb i o s u r f a c t a n t sa se n v i r o n m e n ta c c e p t a b l ec o m p o u n d sc a nn o t o n l yi m p r o v et h ec o m p o s t i n gb u ta l s oe n h a n c et h ed e g r a d a t i o no fh y d r o c a r b o n si n c o m p o s t i n g f u r t h e r , i tw a sf o u n d e dt h a tt h ee f f e c to fr h a m n o l i p i db r o t hw a sb e t t e r t h a ns u r f a c t i no n e ，w h i c hw a sa t t r i b u t e dt ot h ep r o p e rc h a r a c t e r a l lt h e s ei n d i c a t e d t h a tb i o s u r f a c t a n t sc o u l db ew i l d l ya p p l i e di nt h ef i e l do fr e m e d i a t i o np r o c e s s k e y w o r d s ：b i o s u r f a c t a n t ；r h a m n o l i p i d ；p s e u d o m o n a sa e r u g i n o s a ；c o m p o s t i n g i l l 堆肥改良剂生物表向活性卉u 的开发0 应州研究 插图索弓 蚓2 1 鼠李糖脂结构示意图 图2 27 号培养基发酵液表面张力的变化 吲2 39 号培养基发酵液表面张力的变化 劁2 4 磷酸盐对表面张力的影响 图2 5 磷酸盐对p h 值的影响 斟2 6n a n 0 1 对表面张力的影响 图2 7n a n 0 3 对p h 值的影响 图2 8f e s o a 对表面张力的影响 蚓2 9m g s 0 4 对表面张力的影响 图2 1 0 鼠李糖脂样品的总质谱图 图2 i i 二：鼠李糖脂的质谱图 图2 1 2 单鼠李糖脂的质谱图 幽2 1 3 二鼠李糖脂的分子结构 图2 1 4 单鼠李糖脂的分子结构 图3 1 堆肥过程物料平衡图 图3 2 仓式堆肥实验装置剖面圈 图3 3 堆肥温度和含氧量随时问的变化 图3 4 堆肥含水率和有机质随时间的变化 图4 1 堆肥过程中有机质的变化 图4 2 堆肥过程中p h 值的变化 图4 3 堆肥过程中水溶性碳的变化 图4 4 堆肥过程中微生物种群变化趋势 图4 5 堆肥过程中半纤维素酶活的变化 图4 6 堆肥过程中羧甲基纤维素酶活的变化 图5 ，1 烷烃摄入微生物细胞的假设途径 图5 2 含水率随时间的变化 图5 3p h 值随时间的变化 图5 4 有机质随时间的变化 图5 ，5 水溶性碳随时间的变化 图5 6 水溶性氮随时间的变化 邵”弛弛弱弱珀”粥”鹕柏”跖卯鳃鲫舛酾卯卯矾 硕十学化论文 图5 7 种子发芽率随时间的变化 图5 盘石油烃含量随时间的变化 v 6 8 6 9 堆肥改良剂一生物表面活性剂的开发与席用研究 附表索引 1 12 0 0 2 年我国部分城市垃圾成分 1 2 生物表面活性荆及其生产菌 2 1 水甲因素表 2 一i f 交表l 9 f 3 4 ) 2 3p a - 0 1 实验数据 2 ，4p a 0 2 实验数据， 2 5p a 一0 3 实验数据 2 6p a 一0 4 实验数据， 3 1 堆肥原料的性质 3 ，2 牛肉膏蛋白胨培养基 3 3 高氏1 号培养基 3 ，4 马r 氏培养基 4 ，1 试验材料性质表 4 ，2 堆肥过程中纤维素类物质禽量的变化 2 1 4 2 7 2 7 2 9 2 9 3 0 3 0 4 3 4 6 4 6 4 7 5 2 5 8 表表表表表表表表表表表表襄表 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，木论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对术文的研究做山 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。 作者签名：载荔 渺f 年厂肿日 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 保存和汇编本学位论文。 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d 。 ( 请在以上相应办框内打“”) 作者签名 导师签名 日期：弘彩年；, - - q - 日 日期：q - 月口 硕士学位论文 1 1 城市固体废物概述 第1 章绪论 城市生活垃圾是人们生活活动中产生的固体废物，主要包括来自居民生活与 消费、市政建设与维护、商业活动、市区园林及耕种生产、医疗和娱乐场所等方 面产生的一般性垃圾，以及人畜粪便、厨房废物和污水处理的污泥等。 随着经济的发展和城市化进程的加快，与日俱增的生活垃圾已经成为危害城 市经济可持续发展的一大公害。城市生活垃圾占用土地量之大，处理费用之高， 远远超出现代城市的承受力。这些垃圾堆置于城市周边，释放有害气体、污染城 市水源，特别是垃圾中的有机物在日晒雨淋、高温氧化条件下发酵分解，产生发 酵液和释放出臭气，有可能对地表水、地下水源、土壤和大气产生严重污染1 l 。 有资料显示，中国是世界上垃圾包袱最沉重的国家，人均每年垃圾产量4 4 0 公斤。 目前全世界每年产生的4 9 1 0 8 t 垃圾中，中国城市就占到1 3 l o s t 。据2 0 0 0 年 中国环保总局预测，2 0 i o 年的垃圾产量达1 5 2 x 1 0 8 t ；2 0 15 年为1 7 9 1 0 s t 。但目 前垃圾无害化处置率却不超过2 0 ，有三百多个城市陷入垃圾包围之中，垃圾“围 城”现象十分严重1 2 j 。 随着科学技术的进步，人们越来越认识到资源和环境对人类的重要性，这不 仅在于垃圾中蕴减着大量的能源物质，同时也拥有丰富的作物所需要的营养物质。 因此，寻求一种能综合实现垃圾处理的“无害化、减量化、资源化”的模式则显得 相当重要。 1 1 1 城市有机固体废物的主要成分 城市生活垃圾的具体构成是极复杂的，通常将城市生活垃圾简易分为有机物、 无机物、可回收物品三大类。其中有机物主要有：生物质物质( 厨余物，园林落 叶) ，树枝草类( 纸类，天然织物) ，有机物化学物质( 塑料，化纤，合成橡胶制 品，其他废合成有机物) ；无机物主要有：黑色金属，有色金属，玻璃，陶瓷，煤 灰渣，尘土等。有机物用于堆肥，无机物主要填埋，可回收物包括纸张、塑料、 破布、会属和玻璃等回收再利用1 2 j 。 城市生活垃圾的成分因时、因地发生变化，我国各地区间经济发展不同和人 民生活水平不同，也导致了生活垃圾的成分不同。表1 为2 0 0 2 年我国部分城市垃 圾成分表，从中可以看出各地生活垃圾成分有很大差别。其中城市生活垃圾以有 机物为主要成分，平均占到8 0 左右【l 】。 堆肥改良剂一生物表面活性剂的开发与应用研究 表1 12 0 0 2 年我国部分城市垃圾成分表 垫立垒塑 筮耋望型丛塑望查堕堑蕉堕 垒旦基丝 北京 5 6 0 111 7 61 2 62 7 5 8 5 6 2 7 9 ，3 8 4 1 ，6 90 上海 5 8 5 56 6 8 1 1 8 42 2 61 3 7 12 2 34 0 5 o 6 80 大连 7 3 3 93 3 75 6 6 1 6 31 1 8 1o 1 92 ，5 6 0 5 10 8 杭州 5 5 2 81 8 05 0 2 1 5 00 3 93 3 t 71 4 2 1 1 20 3 深圳 5 7 0 04 6 51 4 0 5 6 5 5 11 0 7 3 5 01 2 5 o 3 51 6 型! ：!堑：! ! ：箜 ! ! ：! ! ：! ! ：垫! ：! ! ! ：! ! ：兰! ! ：! 1 2 城市有机固体废物处理方法 国内外生活垃圾处理技术主要有填埋、堆肥、焚烧三种，这三种处理技术既可单 独使用，也可组合使用n 1 。 1 2 1 卫生填埋法 卫生填埋法是垃圾处理必不可少的最终处理手段，也是现阶段我国垃圾处理的主 要方式。它是指对垃圾处理厂按照环境卫生工程技术进行施工，使掩埋的垃圾对地下 水。地表水，土地，空气及周围环境不会造成污染。 1 2 1 1 填埋技术的优势与现状 填埋处理技术工艺简单，成本较低，能处理多种类型废物。因此，目前在大多数 国家均已广泛使用。韩国有9 3 的垃圾使用此法处置，英国有9 0 的垃圾也以填埋法 为主，即使是在土地缺乏的日本，垃圾填埋量也占2 1 6 ( 1 9 8 2 年) 。 卫生填埋技术是在古老的垃圾简易填埋技术基础上发展起来的，通过采取防渗、 覆土和填埋气导排措旅，消除了简易填埋带来的各种安全、卫生和环境污染问题。与 其他垃圾处理技术相比，该法的优点是处理能力大，投资小，技术含量较低。 当前，卫生填埋法研究最活跃的领域是底部防渗技术和渗滤液处理技术，这两项 投资在填埋场建设总投资中所占比例最大，技术含量最高。就防渗技术而言，当前流 行的防渗技术是采用黏土和h d p e 膜。黏土在许多地方不能提供足够的量，采用h d p e 膜价格太高，而且焊缝的破裂现象难以完全避免。最近，加拿大研究出一种新的具有 自修复能力的防渗膜，可有效避免防渗膜破裂现象的发生。 在对渗滤液的处理过程中，由于渗滤液的c o d 和n 也一n 非常高，n h 3 的毒性使菌 硕她论文 种难以生存，给采用廉价的生物处理技术带来困难。香港填埋场目前采用一种脱氨技 术，将来自调节池的渗滤液先采用气提法吹脱n h 。，然后再进行生物降解处理。 与目前流行的卫生填埋法不同的是，还有一种垃圾压缩填埋技术。莫斯科在市郊 建立了一种压缩式垃圾中转站，从市区清运来的垃圾在中转站经过分捡后，不能回收 利用的部分进入强力压缩机，被压制成密实的方块，然后被大型集装箱车运往填埋场 填埋，填埋时无需再进行压实。经过这一系列处理后，垃圾的体积只有原来的四分之 ，避免了车辆亏载现象，更重要的是大大提高了卫生填埋场的有效容量，节约了土 地。同时，压缩后的垃圾体降解速度和透水性能下降，减少了渗滤液的产生，从而降 低渗滤液处理费用。自1 9 9 9 年起，莫斯科市9 5 的垃圾将通过这种方式进行处理。 我国大多数城市也采用填埋法处理城市生活垃圾，从多年的实践经验看，垃圾填 埋场可以大批地处理城市垃圾，是各种废弃物的最终处理场所。但是，随着现代科技 的发展，城市垃圾采用填埋处理的趋势有所下降，数量在减少，填埋有可能成为其它 处理工艺的辅助方法，成为一切不可能再利用物质的最终消纳场所。 1 2 1 2 填埋技术的局限性 填埋技术不是一种完美的垃圾处理技术，它也存在着很多问题，归纳起柬主要有 3 类：一是填埋场地的选择很困难；二是二次污染问题；三是资源浪费问题。卫生填 埋作为垃圾的最终处理技术，如果所有垃圾都进行填埋，则同样埋掉了有用之物，如 塑料，纸张以及其他一些高热能废物，造成了资源浪费，没有实现废物资源化。所以 填埋技术并不是一种代表当今发展方向的处理技术。 1 2 2 焚烧 焚烧是指垃圾中的可燃物，在焚烧炉中与氧进行燃烧氧化，其中的碳、氢、硫等 元素与氧进行化学反应，释放出热能，同时产生烟气和固体残渣。 1 2 2 1 焚烧技术的优势与现状 对于高发热量( 低位热值高于4 1 2 7 k j k g ) 的垃圾，可将其置于特制的垃圾焚烧 炉内，在7 5 0 。c 1 0 0 0 。c 的温度下焚烧。垃圾贮存坑内排出的渗沥水及散发的臭气均 可喷入炉内，使其在高温下分解。焚烧法产生的残渣与其它方法相比，体积最小，减 容比可达到1 ：7 1 ：1 0 ，无害化最彻底。而且还可以利用焚烧产生的热量产生蒸汽， 用于发电或供热，最大限度地回收垃圾中所含能量。当垃圾的低位发热量在5 0 0 0 6 0 0 0 k j k g 左右时，若每天处理5 0 0 t 垃圾，其发电能力可达5 0 0 0 k w 。 垃圾焚烧处理由于其具有明显的减量化和无害化而得到迅速发展，国外垃圾焚烧 处理起步较早，已发展了约1 0 0 年，处理技术工艺和设备已较为成熟。我国城市垃圾 焚烧技术始于8 0 年代末，在9 0 年代得到了迅速发展。但垃圾焚烧技术在我国使用还 预蝴论文 种难以生存，给采用廉价的生物处理技术带来困难。香港填埋场目前采用种脱氧技 术，将来自调节池的渗滤液先采用气提法吹脱n 地，然后再进行生物降解处理。 与日前流行的卫生填埋法不同的是，还有一种垃城压缩填埋技术。萸斯科在市郊 建立了一种压缩式垃圾中转站，从市区清运来的垃圾在中转站经过分捡后，小能回收 利用的部分进入强力压缩机，被压制成密实的方块，然后被大型集装箱车运往填埋场 填埋，填埋时无需再进行压实。经过这一系列处理后，垃圾的体积只有原来的四分之 ，避免了车辆亏载现象，更重要的是大大提高了卫生填埋场的有效容量，节约了土 地。同时，压缩后的垃圾体降解速度和透水性能下降，减少了渗滤液的产生，从而降 低渗滤液处理费用。白1 9 9 9 年起，莫斯科市9 5 的垃圾将通过这种方式进行处理。 我国大多数城市也采用填埋法处理城市生活垃圾，从多年的实践经验看，垃圾填 埋场可以大批地处理城市垃圾，是各种废弃物的最终处理场所。但是，随着现代科技 的发展，城市垃圾采用填埋处理的趋势有所下降，数量在减少，填埋有可能成为其它 处理工艺的辅助方法，成为一切不可能再利用物质的最终消纳场所。 1 2 1 2 填埋技术的局限性 填埋技术不是一种完美的垃圾处理技术，它也存在着很多问题，归纳起米士要有 3 类：一是填埋场地的选择很困难；二是= 次污染问题：三是资源浪费问翘。卫生填 埋作为垃圾的最终处理技术，如果所有垃圾都进行填埋，则同样埋掉了有用之物，如 颦料，纸张以及其他些高热能废物，造成了资源浪费，没有实现艘物资源化。所以 填坪技术并不是一种代表当今发展方向的处理技术。 1 2 2 焚烧 焚烧是指垃圾中的可燃物，在焚烧炉中与氧进行燃烧氧化，其中的碾、氢、硫等 元素与氧进行化学反应，释放出热能，同时产生烟气和固体残渣。 l2 21 焚烧技术的优势与现状 对丁二高发热量( 低位热值高于4 1 2 7 k j k g ) 的垃圾，可将其置于特制的垃圾焚烧 炉内，存7 5 0 1 0 0 0 ( 2 的温度下焚烧。垃圾贮存坑内排出的淳洒水及散发的臭气均 可喷入炉内，使h 在高温下分解。焚烧法产生的残渣与其它方法相比，体积最小，减 容比可达到l ：7 1 ：1 0 ，无害化最彻底。而且还可以利用焚烧产牛的热量产生蒸汽， 用于发电或供热，最大限度地回收垃城中所含能量。当垃圾的低位发热量在5 0 0 0 6 0 0 0 k j k g 左右时，若每天处理5 0 0 t 垃圾，其发电能力可达5 0 0 0 k w 。 垃圾焚烧处理由于其具有明显的减量化和无害化而得到迅速发胜，国外垃圾焚烧 处理起步较早，己发展了约1 0 0 年，处理技术工艺和设备已较为成熟。我国城市垃圾 焚烧技术始于8 0 年代末，在9 0 年代得到了迅速发展。但垃圾焚烧技术在我国使用还 焚烧技术始于8 0 年代末，盘9 0 年代得到r 迅速发展。但垃圾焚烧技忙在我国使用还 堆肥改良剂一生物表面活性剂的开发与应用研究 不是很广泛。7 0 年代末，在英国伦敦建立了当时世界上最大的垃圾焚烧厂，年处理 能力近4 o 1 0 。目前已有焚烧厂3 3 个。8 0 年代在美国纽约建立了当代世界上最大 的垃圾焚烧厂，日处理能力2 2 5 x 1 0 3 t 。美国政府从8 0 年代起投资2 o x l 0 ”$ 兴建了 9 0 个焚烧厂，年处理能力5 o x l 0 9 t ；到1 9 9 1 年焚烧厂已增到4 0 2 个，处理率占1 8 。 日本的垃圾焚烧率在1 9 8 1 年就己达到8 5 ；法国共有垃圾焚烧处理厂5 0 多座，约有 9 0 座焚烧炉，每年焚烧垃圾2 。5 3 o x l 0 7 t ；意大利罗马市4 l 。7 生活垃圾实行焚烧 处理，产生的蒸汽作能源利用，每年可节省上万吨燃油。而我国于1 9 8 8 年建立的深 圳市垃圾焚烧厂是我国引进国外关键技术及主要设备建成的第一座现代化焚烧厂，为 我国发展自己的垃圾焚烧技术提供了宝贵的经验。之后，在北京、天津、内蒙的呼市 也相继建成投产了几座垃圾焚烧厂。 1 2 2 2 焚烧技术的局限性 焚烧技术在处理垃圾方面有很多优势，在国外应用也很广，但它也有自身的局限 性。首先是对垃圾低位热值有一定要求，不是任何垃圾都可以焚烧的。通常要求低位 热值大于4 1 2 7 k j k g ，水分5 4 ，可燃物含量2 2 。我国城市中的可燃物主要是厨 余类垃圾，塑料、废纸等高热值垃圾的含量较少，与国外相比垃圾热值仍然较低，如 美国：1 1 6 6 9 1 3 9 7 6 k j k g ；英国：1 2 1 4 2 1 3 1 8 8 k j k g ；日本：1 1 7 2 3 1 2 5 6 0 k j k g ： 我国香港：1 0 0 4 8 k j k g ；巴黎：7 7 5 2 k j k g 德黑兰：5 0 7 0 k j k g ；北京：4 3 5 0 6 5 6 0 k j k g ； 深圳：5 0 6 6 k j k g 。而由于厨余类垃圾含量及其含水量的季节性波动大，导致垃圾热 值季节性的变化较大和垃圾的含水量较高，在引进国外先进技术和焚烧炉时，达不到 预期目的，需要重新设计。 其二是焚烧处理成本较高。由于我国焚烧技术发展较晚，需要从国外引进焚烧炉 或焚烧技术，而从国外引迸焚烧炉使得焚烧设备一次性投资较高，从国外引进技术在 国内生产制造的焚烧炉，由于炉排和焚烧炉自控系统必须使用国外产品，价格居高不 下，日处理每吨垃圾投资在4 o 7 o x t 0 6 ￥之问，差不多是其它处理方法的5 1 0 倍，我国目前大多数城市是承受不起的。深圳市引进日本设备，处理成本为3 3 3 5 t ， 投资和运行成本都是很昂贵的。 其三是二次污染问题。焚烧垃圾的过程中会产生大量的烟气和粉尘，不仅会带走 近3 0 的热量，而且控制不好，还会产生二次污染，尤其是产生的急性巨毒物质二恶 英最受关注。垃圾中的氮和硫在高温焚烧过程中，将形成n 魄和s 吼，特别当垃圾中 含有氯元素时，燃烧过程中产生硫化物和氯化物，这些有害气体将随烟气排入大气， 污染环境。 1 2 3 堆肥 堆肥法是将生活垃圾收集成堆、保温储存、发酵借助垃圾中微生物分解的能力 硕士学位论文 将有机物分解成无机养分。经过该堆肥处理后，生活垃圾变成卫生的、无味的腐殖质。 1 2 t 3 1 垃圾堆肥技术的现状与优势 我国的垃圾堆肥技术发展较快，从上世纪8 0 年代起开始应用“二次发酵工艺”。 采取了强制通风、好氧发酵，使发酵周期大大缩短，堆肥机械也日趋完善，生产趋向 产业化。目前无锡、常州、天津、绵阳、北京、武汉等城市都在引进国外技术的基础 上，自行设计了适合中国国情的机械化垃圾堆肥处理生产线。 堆肥技术是实现城市垃圾资源化、无害化的一条重要途径。它不仅可以杀死垃圾 中的病源菌，有效处理垃圾中的有机物，而且可生产有机肥料，特别适用农业为主的 国家，使用堆肥可以增加土壤中的有机成分，有利于增加农业产量。如果采用厌氧发 酵，还可收集沼气作为清洁能源。一般每吨可腐有机物经过厌氧发酵可产生腐殖质( 含 水率5 5 ) 约4 0 0 k g ，沼气1 0 0 1 3 0 m 1 ，这些沼气如转化为电能约为2 0 0 k w h 。 城市生活垃圾堆肥处理是通过生化反应实现的，是一种符合生态要求的垃圾处理 方法，而且投资相对较低，操作安全性好，既解决垃圾的出路问题，又可达到再资源 化的目的，是一种较好的垃圾处理方法，具有一定的经济效益和社会效益。 1 2 3 2 垃圾堆肥处理的局限性 垃圾堆肥并不能处理全部的垃圾，它只是针对垃圾中易腐的，可被微生物降解的 有机物质a 所以堆肥处理是垃圾中有机成分的处理技术，而不是全部垃圾的最终处理 技术。堆肥时垃圾中的石块、灰渣、金属、玻璃、塑料等废弃物不能被微生物分解， 必须进行分选，另行处理。 此外，国家规定高温堆肥过程要保证堆体内物料温度在5 5 以上保持5 7 d 。所 以垃圾堆肥处理一般周期较长，处理量小，单纯的堆肥处理不能满足日益增多的生活 垃圾，而且还存在产品肥效较低，长期使用会造成“土壤渣化”，质量不稳定，销路不 畅等问题，所以堆肥处理还必须优化生产工艺，提高产品质量。 可以说我国垃圾堆肥处理技术与工业化国家的工业化堆肥技术相比，水平还是偏 低的。主要体现在：垃圾堆肥生产机械化程度低，堆肥质量不高，肥效也低；由于在 发酵条件控制、二次污染防治等方面还不尽人意，从而导致堆肥技术的推广不太理想。 1 3 好氧堆肥工艺及理论研究进展 堆肥化就是在人工控制下，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。在堆肥化过程中，有机物由不稳定状 态转化为稳定的腐殖质物质，其堆肥化的产品称为堆肥f 3 , 4 1 。 实践证明，堆肥首先将原料中易腐有机物转化为土壤易接受的有机营养物质。 z a c c h e o 等1 5 】用紫外吸收和凝胶过滤等方法研究了垃圾堆肥水提取物的成分，报道 堆肥改良剂一生物表面活性剂的开发与应用研究 了其中含有氨基酸、低级脂肪酸、缩氨酸、多聚糖等成分。其次由于在堆肥化过 程中，伴随着有机物分解，因此堆肥材料在体积和重量上也发生着明显的变化。 通常由于碳素等挥发性成分的分解与转化，重量和体积均会减少1 2 左右，从而 实现垃圾处理的减量化。再次堆肥过程中的高温发酵使得垃圾中的致病菌、寄生 虫卵基本被杀死，消除了有害病菌的传播。 堆肥化虽然是本世纪才发展起来的科学技术，但原始的堆肥方式很早就出现 了。在几个世纪的历史过程中，人们一直将这个办法用于制造土壤的有机肥料。 其方法是将待堆制的有机材料堆成垛，然后在自然条件下分解直到达到一种“稳 定”的程度。这种过程少有或没有人为控制，其产品中可以为土壤提供大量腐殖质 物质和以有机状态存在的营养物质( 如氮、磷和钾等) 。 堆肥化就是在这种原始的堆肥方式上发展而来，最早的堆肥方法是由印度的 爱德华霍华德在1 9 2 5 年提出的。其混合物料主要是由垃圾、人粪尿、污水污泥、 树叶和其它一些有机料组成。混合物料在深为0 6 0 9 m 的地下沟上进行堆肥，氧 气的供给主要通过翻堆来实现，停留时间为1 2 0 1 8 0 d 。通常人们把这种方法称为 班加罗法( b a n g a l o r ep r o c e s s ) 忡j 。 1 9 3 1 年，荷兰、德国、瑞士等国科研工作者对班加罗法进行了改进，采用了 固定床方法。这种方法是将磨碎物料压成块状并堆放3 0 4 0 d 。其问采用自然扩散 及气流穿过风管通气。腐熟堆肥经破碎再利用。2 0 世纪3 0 年代初，在丹麦出现 了d a n o ( 丹诺) 堆肥装置。其装置