现代固体废物处理处置技术-5-堆肥

5.固体废弃物堆肥、生物转化技术是利用微生物的分解和转化，将固体废弃物中容易生物降解的有机成分转化为腐植酸肥料、沼气或其他化学转化产物，从而实现固体废弃物的无害化处理。(1)堆肥的定义和分类堆肥是一个在受控条件下对来自生物体的有机废物进行生物固定化的过程。具体而言，它指的是一种生化过程，该过程依赖于广泛分布于自然界的细菌、放线菌、真菌和其他微生物，以在某些人工条件下可控地促进可生物降解的有机物质转化为稳定的腐殖质。它的本质是一个发酵过程。废物被制成堆肥，成品被称为堆肥。它是一种棕色的、像泥炭一样的松散物质，腐殖质含量高，所以也被称为“腐殖土”。分类：根据堆肥过程中的供氧量，堆肥过程可分为两种类型。1.好氧堆肥(高温堆肥):在良好通风和充足氧气的条件下，有机物通过好氧微生物的代谢活动被降解。特点：一般在55 60较好，有时可高达80 90，堆积时间短。它也被称为高温堆肥或高温快速堆肥。2.厌氧堆肥：堆肥是在缺氧条件下由厌氧微生物发酵而成。特点：堆肥温度低，工艺简单，成品堆肥含氮多，但堆肥周期长，3-12个月，气味重，分解不充分。1.好氧堆肥过程，堆肥有机物分解过程图，5.2.1好氧堆肥原理。在堆肥的初始阶段，嗜温微生物利用堆肥中的可溶性有机物进行旺盛的繁殖。温度不断上升。在这个阶段，嗜温和好氧微生物是主要的微生物，还有一些非芽孢细菌、真菌和放线菌。在目前的堆肥设备中，这一阶段一般在12小时以内。(1)中温阶段(产热或初始阶段)，45以上，嗜热微生物占优势，半纤维素、纤维素和蛋白质等复杂有机物开始强烈分解。嗜热真菌和放线菌主要发现于50左右。在60时，只有嗜热放线菌和细菌是活跃的。大多数70以上的嗜热微生物不适合大量死亡和睡眠。大多数微生物在45 65范围内最活跃，因此最适温度一般为55，最易分解有机物，大多数致病菌和寄生虫都能被杀死。(2)高温阶段，(1)微生物活性，(2) O2利用率，时间，(2)对数生长期，减速生长期，内源呼吸期，微生物在高温阶段的生长过程分为对数生长期，减速生长期和内源呼吸期。此后，腐殖质在积累层开始形成。微生物活性图显示，在内源呼吸的后期，只有部分较难分解的有机物和新形成的腐殖质，微生物活性降低，热值降低，温度降低。嗜热微生物占优势，腐殖质增加并趋于稳定，堆肥进入成熟期，需氧量和含水量下降。冷却后，需氧量大大减少，含水量也减少。堆肥孔隙率增加，氧扩散能力增强。此时，只需要自然通风来稳定堆肥并完成堆肥过程。(3)冷却阶段(成熟期)，好氧堆肥反应机理，(1)有机物的氧化无氮有机物(cxhyoz)cxhyoz(x1/2y-1/2z)O2x1/2y H2O能量含氮有机物(cshtnuova 2o bo2)cshtnuova 2o bo2cwhxnyozch2o(堆肥)dH2O(气体)eH2O(液体)堆肥成品(cwhxnyozch2o)与堆肥原料(cshtnuav AH2o)的比例为一般来说，下列数值范围是可以接受的：w=510，x=717，y=1，z=28。(2)细胞质合成(包括以NH3为氮源的有机物氧化)。N(CXHYOZ)NH3(NXNY/4-NZ/2-5X)O2C5H7NO2(细胞质)(nx-5)CO2 1/2(ny-4)H2O能量细胞质氧化C5H7N 2(细胞质)5O25CO2 2H2O NH3能量、(1)来源和功能：有机废物中固有的；人工添加的特殊菌株。在一定条件下，它对一些有机废弃物具有很强的分解能力，活性强，再生快，分解能力强，可以加快反应进程，缩短反应时间。(2)种类：细菌：体积最小，数量最多，能分解大部分有机物并产生热量；(2)放线菌：分解复杂的有机物质，如纤维素、木质素、角蛋白和蛋白质，并散发土壤味道，如树皮和报纸等硬物质；(3)真菌：在堆肥的后期，它们与细菌争夺食物，并且更耐低温。一些真菌比细菌需要更少的氮，可以分解木质素，而细菌则不能。微生物：如轮虫、线虫、跳虫、潮虫、甲虫和蚯蚓等，在堆肥中移动和吞食，吸收一些有机废物，增加表面积，促进微生物的生命活动。堆肥微生物，堆肥的优点，有机废物、易腐有机废物和有毒废物的分解和稳定，转化为相对稳定的物质，体积大大减少(40% 60%的干有机物被分解)，从而便于处理和运输。有毒化学物质(如杀虫剂)形成腐殖质来消除毒性。干粪便、动物粪便和污泥的含水量达到80% 95%，经堆置处理后含水量大大降低。杀灭有害生物的堆肥过程释放大量热能，堆置温度相对较高。经测定，脊髓灰质炎病毒、病原细菌和蛔虫卵在6070下保存3天即可灭活。堆温50 606 7天可杀灭病原体和虫卵。堆肥是植物的良好肥料和土壤改良剂。堆肥的优点和问题使得堆肥质量不稳定。不同的原料来源和季节变化给标准化处理带来困难。物料温度不均匀；受到社会、文化和经济因素的影响；5.2.2固体有机废物堆肥，厌氧条件下的厌氧堆肥，通过厌氧微生物的作用，有机废物(包括城市垃圾、人畜粪便、植物秸秆、污水处理厂剩余污泥等。)进行厌氧发酵，施用有机肥，使固体废弃物无害化的过程。特点：1)堆积法与好氧堆肥法相同；2)烟囱中没有曝气系统；电池组温度低；分解和无害化处理所需的时间较长；3)简单方便；4)节省劳动力；4)电池堆密封后大约每月翻转一次；1)好氧堆肥；5.3好氧堆肥处理技术；在曝气条件下，有机物被好氧微生物降解，从而使固体废物变得无害和资源化。特点：高温堆肥(通常50-60，极限可达80-90)，堆肥的基本过程，1、以城市固体废弃物为堆肥原料的预处理，包括粉碎、分选、筛选等过程；当牲畜粪便和污泥用作堆肥原料时，主要任务是调整水、碳和氮的比例，或者添加菌种和酶制剂以促进正常或快速发酵过程。降低含水率、增加透气性和调整碳氮比的主要方法是添加有机调节剂和膨胀剂。2.主发酵(初级发酵)是堆肥物料温度上升直至开始下降的阶段。它被称为主发酵阶段。堆肥过程的中温阶段和高温阶段大约需要4-12天。后发酵(二次发酵)进一步将在主发酵中未分解的易分解和难分解的有机物分解成更稳定的有机物，如腐殖酸和氨基酸，以获得完全成熟的堆肥产品。也称为成熟阶段，堆肥过程的成熟阶段通常需要20-30天以上发酵。4.后处理和分选去除杂质，并根据需要粉碎。5.除臭化学除臭剂的除臭，碱性水和水溶液的过滤，成熟堆肥或吸附剂如活性炭和沸石的过滤。示例：土壤过滤器。6.堆肥储存通常在春季和秋季使用。夏冬在两个季节生产的堆肥只能储存。因此，仓库能够储存为了保证成品肥料中的碳氮比是10 20:1，一般初始原料的碳氮比高于最佳值，大多为3533601。(2)氧浓度33，360合适的氧浓度为18%，最低不应低于8%。(3)营养元素：微生物代谢需要足够的钾和微量元素。一般来说，它们不是限制条件。(4)酸碱度：堆肥微生物的最佳酸碱度为5.5 8.5。(2)物理因素温度：通常被认为是5065之间的最佳温度。(2):的适宜粒径为12 60mm。(3):堆肥原料的最佳含水量通常为50%60%。5.3.2影响堆肥的因素，堆肥过程的控制，1。堆肥中的有机质(1)有机质含量：最适为20%80%，过低的产热量不足，过高的供氧不足。(2)调节堆肥原料有机成分的方法堆肥原料的预处理，使有机物含量增加到50%以上(含污泥堆肥原料的挥发性固体含量应大于50%)。(2)发酵前在堆肥原料中加入一定比例的稀粪、城市污水、污泥、畜禽粪便等。城市垃圾粪便稀释、农业秸秆畜禽、城市污泥泥炭或锯末。(3)城市固体废物和污泥混合堆肥。污泥通常用作调理剂。通常，原污泥含有较高的挥发性物质(指单位干重固体在马弗炉中于550燃烧的部分)。直接堆肥更好。堆肥过程中碳氮比的控制保证了堆肥成品中有一定的碳氮比(一般为10 20:1)和堆肥中有序的分解速率。(1)适宜的碳氮比范围为25 3533601时，发酵过程最快。如果太低( 40:1)，将堆肥施用于土壤后，将会出现在土壤中捕获氮的现象，导致“氮饥饿”状态，这将对作物生长产生不利影响。(2)调节堆肥原料碳氮比的方法：(3)堆肥中总氮和总碳的测定方法；凯氏定氮法和重铬酸钾法。当pH值为7.58.5时，堆肥速率最高。最终堆肥产品的酸碱度基本上约为7.5。可以通过添加中和剂如石灰、磷酸盐、钾盐等来改变酸碱度。然而，堆肥通常可以自行调整。如果没有特殊情况，一般没有必要调节酸碱度。如果酸碱度下降，可以通过逐渐增加通风来补救。(1)水在堆肥中的作用：溶解有机物并参与微生物的代谢；调节堆肥温度。(2)水分调节方法：最佳水分含量为5060%(质量)。过多的水容易造成厌氧状态，并导致渗滤液处理问题。当含水量低于40%时，微生物活性和堆肥温度会降低。带材堆垛系统和反应器系统，65%；强制通风静压桩系统，小于60%。所有系统中的水分应40%。当含水量低时，可以加入水或含水量高的添加剂。当它太高时，可以展开晾干或添加松散的吸收剂。(3)测定水分含量的方法是测定物料在105和5下2 6小时的失重。(1)通风功能：供氧；温度控制。脱水。(2)通风供氧方式：自然扩散；把那堆东西翻过来；强制通风；翻堆与强制通风相结合；被动通风(3)控制模式：理论模式：时间控制；温度反馈控制(静态堆栈60)；O2和CO2含量的反馈控制(反应器堆栈O2体积分数为15%20%)。实际运行中的评价方法：废气中O2和CO2含量控制。废气的最佳O2浓度为14% 17%。CO2的体积浓度应为3%6%。5.通风过程控制与理论需氧量计算。理论通风量可根据下式简单计算(1)温度效应：影响微生物的生长。嗜热菌的理想温度为5065，堆肥的最佳温度为55 60；(2)无害化要求：对于反应器和强制通风静态堆垛系统，堆垛内部温度高于55的时间必须达到3天；对于烟囱系统，烟囱内部温度至少在15天内高于55。(2)控制方法：温度-空气供应反馈系统；定期翻一堆。氧气的实际供应量是理论供应量的两倍。不同时期的氧气供应也不同。高温期比中温期和固化期高几倍。在机械化连续生产系统中，可以通过测量废气中氧气和CO2的含量来测量氧气。废气中氧气的体积浓度为14% 17%，二氧化碳的体积浓度为3% 6%。如果氧气浓度降至10%以下，好氧发酵将停止。发酵周期和堆肥腐熟度的概念(1)发酵周期是指固体废物通过好氧发酵从原料变成稳定无害的堆肥产品所需的时间。堆肥发酵周期的长短是评价堆肥过程质量的重要指标。碳氮比、通风、温度和湿度是否处于最佳状态会直接影响发酵周期。传统的静态堆肥方法依靠自然通风和堆肥来实现好氧堆肥的全过程。因此，发酵周期需要2-3个月，有时甚至长达半年。目前，一些高效快速的动态堆肥技术可以将堆肥发酵周期控制在7天以内，有些只需2 3天即可发酵一次。5.5堆肥腐熟度评价指标。堆肥成熟度是指成品堆肥的稳定程度。在工程中，它是衡量堆肥反应完成的一个信号。在农业中，它是堆肥质量的一个指标。成熟的基本含义是：(1)通过微生物的作用，堆肥产品应稳定无害，即不会对环境产生不利影响；(2)堆肥产品的使用不影响作物生长和土壤耕作能力。(2)堆肥腐熟度，(2)评价腐熟堆肥的常用方法、指标和参数，(1)表观鉴别(物理)温度：与环境温度趋于一致，不再有明显变化，(2)气味：有潮湿土壤的气味。颜色：黑褐色或黑色。(4)质地：质地疏松，手捏成一团，松散分散；用手拉时，草茎、叶子等会被折断。(2)化学方法堆肥的碳氮比和固相碳氮比由最初的25 3033601降低到1520:1以下。b，T=(终点碳氮比)/(初始碳氮比)60摩尔/100克样品，作为堆肥腐熟度的指标。在有机化合物的堆肥过程中，糖首先消失，然后是淀粉，最后是纤维素。通过成功的堆肥过程，纤维素、半纤维素、脂类等可降解50%-80%，蔗糖和淀粉的利用率接近100%。一般认为淀粉的消失是堆肥成熟的标志，可以用淀粉点检测器来检测。然而，在堆肥材料中淀粉的存在不多，并且仅检测到材料中的一部分腐败物质。因此，完全分解和稳定的堆肥产品的基本条件是不能检测到淀粉，但是没有淀粉不一定意味着堆肥已经分解。腐殖质。用氢氧化钠提取的腐殖质可分为腐植酸、黄腐酸和非腐植酸成分(NHF)。在堆肥开始时，它通常含有较高的非腐殖质成分和脂肪酸，以及较低的透明质酸。随着堆肥过程的进行，游离氨基酸保持不变或略有减少，而透明质酸大量产生，成为腐殖质的主要部分。一些腐殖质参数相继被提出，如腐殖化指数(hi):