有机废弃物处理技术现状.doc

有机废弃物处理技术现状随着工农业的发展和人类生活水平的提高，产生的固体废弃物越来越多。例如，欧盟国家在其发展过程中，每年约产生25亿t的废弃物，其中，有机固体废弃物占有相当的比例。在我国，农业有机固体废弃物的数量亦十分可观，其中占主要地位的是禽畜粪便。据测算，禽畜粪便的年产生量1988年为18.8亿t ，1995年增加至24.9亿t，分别是同年工业固体废弃物的3.4倍和3.9倍。1998 年的数字更是惊人，达到35亿t。随着我国禽畜养殖业的进一步发展，这一数字还将上升。美国将有机固体废弃物分为7种基本类型:1.动物粪便;2.作物残留物；3.生活污泥；4.食品生产废弃物；5.工业有机废弃物；6.木材加工生产废弃物；7.生活垃圾。而动物粪便和作物残留物分别占其农业有机固体废弃物总量的21.8%和51.7%。在固体废物中占相当大一部分的有机固体废弃物，含有大量的致病菌可以传播疾病；在堆积过程中它们产生含高浓度渗滤液，严重污染环境；同时，还会产生沼气，具有潜在的危险。因此，如何加速固体有机废弃物的稳定化，使其无害化和资源化，是亟待解决的问题之一。现阶段有机废弃物的再利用方法主要有以下四种处理方式:1.堆肥处理用作肥料；2.加工成饲料；3.制成燃料；4.熔化。其中堆肥处理方式制成的肥料可以用于改良土壤和提高土壤肥力，减少有毒有害物质的排放，使可回收利用的物质与能量得到最大限度的回收与利用，促进农业的可持续发展。有些有机物废弃物通过资源化利用可以转化为饲料, 不仅可以解决目前人类面临的资源短缺和环境污染两大难题, 而且对于缓解人畜争粮的矛盾, 实现畜牧业循环经济, 建立节约型社会也具有十分重要的意义。堆肥是指利用自然界中广泛存在的微生物，通过人为的调节和控制，促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。根据堆肥微生物生长的环境差异，可以将堆肥分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种。好氧堆肥是将要堆腐的有机物料与填充料按一定比例混合，在适宜条件下堆腐，使微生物繁殖并降解有机质，高温杀死其中的病菌及杂草种子，从而使有机固体废弃物达到稳定化。由于好氧堆肥堆体温度高（一般在50 65），故又称为高温好氧堆肥。厌氧堆肥化是在无氧条件下，厌氧微生物对废物中的有机物进行分解转化的过程。通常所说的堆肥化一般是指好氧堆肥化，这是因为厌氧微生物对有机物分解速度缓慢，处理效率低，容易产生恶臭，其工艺条件也较难控制，因此利用较少；而好氧堆肥中堆肥温度较高，堆肥微生物活性强，有机物分解速度快，降解更彻底；而且在堆肥过程中，经过高温的灭菌作用，能够杀死固体废物中的病原菌、寄生虫(卵)等，提高堆肥的安全性能。堆肥的对象可以分为城市固体废弃物（MSW）和农业有机固体废弃物两大类。而利用堆肥方法处理固体废弃物是一种集处理和资源循环再生利用于一体的生物方法，其终极产品为有机肥料，应用于农业生产，有利于作物的生长发育。城市固体废弃物（MSW）堆肥，利用有氧过程提高有机物的生物分解率，微生物使有机物质分解成二氧化碳、水、无机物以及稳定的有机物；二氧化碳和水释放到空气中，无机物和有机物转化为可以再利用的粪肥物质；释放的水和二氧化碳通常使废物减小25%60%。产生的堆肥能够作为一种改良剂，可应用于农业园艺和景观美化等。城市固体废弃物堆肥化综合处理技术包括分选处理系统、有机物好氧发酵系统和配制有机复混肥系统。这3个工艺系统构成生活垃圾堆肥化综合处理的统一体。堆肥化综合处理工艺中，分选是关键，好氧发酵是主体，配制有机复混肥是目的。其中的好氧发酵系统是将固体废弃物堆成条垛，长1015m、宽24m、高1.52m，加入疏松剂及其它添加剂，与水充分混合后静置于空气中（目的是为了使废弃物迅速、彻底地完成好氧发酵，可以完全吸附发酵过程中产生的有害气体）在200且1520天腐熟期内，将垛堆搅拌12次，起供氧、散热和发酵均匀的作用，此后静置堆放35个月即可完全腐熟。为了加快发酵速度和免去搅拌的劳动，可在垛底设打孔的供风管，用鼓风机在发酵期内强制通风，此后静置堆放24个月即可完全腐熟。城市固体废弃物（MSW）堆肥与城市固体废弃物（MSW）卫生填埋相比具有以下明显优势，1. 减少土地占用、节约投资、充分利用废物资源；2. 通过转移废物，延长土地填埋场的使用寿命；3. 无害化程度高；4.配制成了高效系列有机复混肥。但是，此法也并不是完全没有缺点的，占地面积大、腐熟慢、处理时间长、效率低，易受天气的影响，对地表水及地下水易造成污染等缺陷是目前无法避免的。农业有机固体废弃物堆肥，不同于城市固体废弃物（MSW）的堆肥，农业有机固体废弃物既有通过好氧发酵的处理技术也有厌氧发酵的处理技术。农业有机固体废弃物的好氧高温发酵法，在自然或人工强化接种的条件下，通过微生物利用有机固体废弃物的有机组分，如蛋白质、多糖、酯类等，在好氧状态下，通过固体发酵产生的高温（一般不低于55，并维持这种温度3天以上）使农业有机固体废弃物腐殖化得过程，在这个过程中形成5065的高温，可以杀死杂草种子和虫卵。生产高效、安全、符合卫生指标的堆肥(好氧发酵)具体来说可以分为两个方面：一是堆肥化处理调控技术;二是腐熟度评价。堆肥化处理调控技术的关键在于，1. 简易条垛堆的堆制，简易条垛堆的大小可根据所处理废物的量确定, 堆体积过小不利于温度上升, 一般应8m（2m2m2m）。为减少热量过度散失, 可在条垛堆表面覆盖薄膜。静态强制通气处理方式可在堆体的底部以30为间隔均匀排放数条支管, 并在管壁上以15巧为间隔均匀打通气孔, 支管末端密封后与总管相连, 总管与空气压缩机连通。2.C/N值调节与调理剂的选择, 最适合微生物生长的C/N值为25:1, 若C/N值过低, 堆肥中的N易以NH3形式挥发损失并散发出臭味, 且C不足会抑制微生物生长, 降低对有机质的分解作用；C/N值过高则微生物缺N而生长受阻, 降低有机质的分解速度, 实际生产中一般堆肥起始以25：130：1左右为准。有机固体废物值较低, 不利于微生物的生长活动, 堆肥时需加人一些高C/N值物质加以调节, 理想的调理剂是一些干燥、疏松、较轻的有机物, 能提高堆料中C的数量并改善堆体结构, 以利堆体通气。3.pH值调节，堆肥物料的pH值是影响微生物生长的重要因素之一, Jeris J. S.等发现微生物在高温阶段最大分解能力为pH7.58.5。Epstein E.等发现高温阶段维持时间最长为pH6.59.6间。6.5或9.6均未达到美国环保署规定的堆肥最高温度必须在55保持5d以上的要求。一般认为堆肥pH值控制在6.58.5间为佳, 堆制过程可加人一些酸性或碱性物质进行调节。4.湿度控制，堆料中过多的水分占据气体交换的自由空间, 使好氧发酵无法进行, 影响堆肥温度和分解速度。Wilcy J.S.等认为水分含量为55%69%有利于城市垃圾堆肥温度的升高。Jeris J.S.等认为65%的含水量为最适湿度条件。金家志等认为70%的含水量为最佳湿度条件。5.温度控制，温度直接影响微生物的活动及种群组成和数量, 并进一步影响有机物的分解速率及腐殖化过程。堆肥过程中温度先升后降, 第1阶段为升温和中温阶段, 堆肥开始后随微生物对有机质的不断分解释放出热量, 堆肥温度由环境温度速升至45并继续升至60；第2阶段为高温阶段, 嗜热微生物活动和有机质分解进一步加强, 堆肥温度保持6065，大部分有机质分解在此阶段进行, 成为堆肥过程中温度控制的主要对象；第3阶段为降温和冷却阶段, 随大部分有机质被分解, 微生物活动开始减缓, 堆肥温度开始下降并进人后熟冷却阶段, 重新回到环境温度。高温阶段温度过高会钝化某些微生物活动而降低堆肥化效率,Golueke C.G等认为堆肥最高温度应小于6065。Bach P.D等认为60是有机固体废弃物的最佳堆肥温度。有机固体废弃物堆肥过程中必须保持一定高温和持续时间杀灭病原菌以达无害化。金家志等发现, 当最高温度时50时全部杀灭蛔虫卵需48h,60以上时需24h,50时可使44%的大肠杆菌群失活, 72h可使56%大肠杆菌群失活；当最高温度为6570时24h即可使大肠杆菌存活率为零。实践生产中堆肥最高温度应控制在6065间并保持至少1014d以杀灭病原菌。6. O2供应与控制，O2是好氧堆肥化处理有机固体废物的必要条件, 直接影响微生物的生长活动。简易垛形堆的供应主要通过翻堆和强制通气完成。当O2供应不足时堆体内发生厌氧反应而产生还原性物质如H2S和小分子有机酸等, 恶臭味污染周围环境并对植物生长产生毒害作用。当翻堆频率过高或强制通风量过大时堆肥物料失水过多又产生干化作用, 导致微生物生长活动减弱甚至停止。故对物料发酵处理时必须解决好翻堆和通风问题。不同物料对通气量的要求与堆肥物料的物理性质有关,很难给出一个确定通气量。一般污泥等质地勃重物料最佳通气量为150200ml/mmin。家禽粪便垫料等质地疏松物料最佳通气量为50100 ml/mmin。腐熟度评价，堆肥腐熟度评价是保证有机固体废弃物达到无害化处理的必要环节,目的是评价堆肥产品是否熟化,以确定其能否安全应用于农业生产。用于腐熟度评价的指标和方法有物理方法、化学方法、微生物活性、酶学分析以及植物毒性分析等,其中较常用和简便的有温度、固相值、液相值、矛含量及水荃、种子的发芽系数等。1.当堆肥达到腐熟后,已经过了高温阶段,温度则应保持和外界环境温度一致或接近。2.一般认为,稳定或已经腐熟的堆肥固相C/N应该20左右。3.认为腐熟堆肥的液相值为5：16：1,且与堆肥物料无关。4. 当NH4-N含量400mg/kg时堆肥腐熟。5.水荃、种子的发芽系数达50%表示堆肥已达腐熟。堆肥农业利用的优势：1. 提高土壤肥力，主要有土壤物理性状的变化，有助于提高土壤中有机质的含量，改善土壤的持水性能；土壤化学性质的变化，有效提高施肥层土壤的有机质含量和植物所需养分的供给水平；土壤生物性状的变化，堆肥化处理过程结束后，终产品堆肥中仍含有大量的微生物，因此，堆肥施入土壤后，土壤中真菌、放线菌、细菌、纤维素分解菌、好氧性的亚硝化细菌都有显著增加；与此同时，土壤酶活性、土壤微生物生物量C、N、P也有明显增加；因堆肥的矿化作用，土壤空气中CO2浓度的增幅更是惊人。2. 提高农产品质量，评价农产品品质应综合考虑其外观、营养成分以及耐贮性等多方面的因素。结果表明，施用堆肥（以庭院废弃物为原料堆制而成）的处理，其收获产品中的硝态氮含量显著低于施氮（化学氮肥）处理，硝态N与维生素C的比值更趋合理。而且在相同的贮藏期和贮藏条件下，以堆肥生产产品的干物质损失量最少，这与其内部组织结构较为稳定，抗降解能力较强有关。3. 作为无土栽培的基质，温室无土栽培基质可分为无机、有机两大类。与无机栽培基质相比，有机基质的优势在于其更高的缓冲性能、适宜的水气比、较强的微生物活性以及对土壤中一些植物病原菌的抑制作用。厌氧消化是指在厌氧条件下,依赖兼性菌和专性菌等微生物共同作用,对有机物进行生物降解生成CH4 和CO2 的过程。该工艺最大的优点就是能够产生沼气,可用于发电和供热,实现能源的高效回收利用,有统计数据显示,全欧洲厌氧消化沼气的产量以甲烷计为1.5107 m3 d- 1 ,同时该工艺处理过程中CO2 排放量少(较焚烧和堆肥) ,消化产物(沼渣、沼液)成为潜在的优质肥料。厌氧消化工艺，反应系统可分为单项系统和两项系统。但目前在欧洲运行的处理有机废物的大型厌氧消化工程中, 90%都是采用单相系统,因为从应用角度出发,单相系统将厌氧消化的水解酸化和甲烷气化阶段融合在一个反应器中,具有设计简单和投资、维护资金较少的优点。影响厌氧消化的因素，1.TS浓度，含水率是有机废物厌氧发酵过程中的重要影响因素。在有机废物的高固体厌氧发酵中,基质的含水率提高有一个极限阈值,不同基质的厌氧发酵具有不同的优化含水率条件。2.温度，温度也是影响微生物生命活动过程的重要因素之一。对有机废物厌氧发酵过程而言,由于其有机质含量高,为了提高反应进程,缩短反应周期,常采用中温或高温发酵来进行速度补偿，如在中温37和高温55这两个温度下甲烷菌活性较高，易于获得高甲烷产量。3.pH，厌氧发酵液的pH值是调控发酵过程的主要环境因素, pH值除影响功能酶的活性外,还会导致发酵细菌代谢途径的选择,表现酸化产物的种类和产生量的变化。4.氨氮，厌氧消化系统中的氨氮是由离子形式存在的铵(NH+4 )和非离子形式存在的游离氨(NH3 )的总和。高浓度的氨氮对产甲烷菌具有毒害作用。厌氧消化技术由于其对能源的高效回收利用优势而备受关注。特别是对固体废弃物中分离出的低热值有机废物，使其成为消化底物将为厌氧消化技术的应用提供更为广阔的市场。对有机固体废弃物的再利用方式除了堆肥处理用作肥料还可以加工成饲料。具体来说就是以畜牧业产生的牛粪、猪粪、鸡粪及城市生活有机废弃物、餐饮有机废弃物为原料，采用“以菌治菌”的方法，利用沸石生物处理剂进行饲料资源化处理，达到除臭和抑制杀灭病原微生物，使其无害化、饲料资源化之目的。再通过饲喂，体现了饲料的饲用价值。同时根据有机废弃物饲料化处理工厂化生产工艺及配套技术进行生产。方法步骤如下，1.采用有益微生物厌氧发酵技术和添加饲用沸石物理吸附技术相结合的技术路线，让许许多多的微生物驻扎多孔沸石中, 形成有益微生物占主导地位的沸石生物处理剂。2.以新鲜牛粪、猪粪和鸡粪为原料，利用畜禽粪便等有机废弃物饲料资源化沸石生物处理剂，进行饲料资源化过程。3. 有机废弃物处理饲料饲用，对需用饲料的畜禽进行喂养观察其生长发育，研究畜禽粪便处理