第五章-固废的生化处理课件

1、第五章 固体废物的生物处理技术5.1 生物处理基本概念(一)固体废物生物转换及其重要意义生态系统中分解者有机物的分解和矿化 人类通过各种手段，借助于微生物的生物能，对固体废物进行生物处理，实现固体废物(主要是有机固体废物)的稳定化、无害化与资源化的技术就统称为固体废物的生物转换技术。 这种生物转换技术应用的重要意义在于：对城市固体废物进行处理消纳，实现稳定化、无害化，可以避免对环境造成的恶劣影响；可促进上述自然界物质循环与人类社会化物质循环的统一，可以把固体废物中的适用组分尽快地重新纳入自然循环(例如生产堆肥用以施肥、改造土壤，可回归农田生态系统中去)；可以将大量有机固体废物通过各种工艺转换成

2、有用的物质和能源(例如产生沼气，生产葡萄糖、微生物蛋白质等)。（二）生物转换理论基础微生物的新陈代谢分解；合成微生物种类生物处理方法好氧；厌氧5.2 堆肥化5.2.1 堆肥化定义、堆肥作用与用途 1堆肥化定义 依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质生化转化的微生物学过程叫做堆肥化。堆肥化的产物称作堆肥。 2堆肥作用 堆肥化是可降解的有机废物人为地发酵成为腐殖质的过程，也可以说堆肥即人工腐殖质。但其中常常残留一部分可降解的有机物。 使用堆肥后，能够增加土壤中稳定的腐殖质，形成土壤的团粒结构作用。堆肥作用的益处 (1)使土质松软，多孔隙，易耕作，

3、增加保水性、透气性及渗水性性能。 (2)肥料成分中氮、钾、铵等都是以阳离子形态存在。由于腐殖质带负电荷，有吸附阳离子作用，有助于粘土保住阳离子，即能保住养分提高保肥能力。腐殖质阳离子交换容量是普通粘土的几倍到几十倍。 (3)腐殖质中某种成分有整合作用(某种有机化合物和金属起特殊的结合，把金属维持在液化状态)。有这种作用的物质和酸性土壤中含量较多的活性铝结合后，使其半数变成非活性物质，因而能抑制活性铝和磷酸结合的有害作用。能促进有机物分解，促进氮肥和其他养分的供应。对于作物有害的铜、铝、镉等重金属也可与腐殖质反应而降低其危害程度，有利于植物生长。 (4)腐殖质有缓冲作用。当土壤中腐殖质多时，即使

4、肥料施得过多或过少，也不易受到损害；即使气象条件恶化也可减轻其影响；即使其他条件稍微恶化，也能减少冲击和缓和影响。例如水分不足时，可防止植物枯萎，起到类似于缓冲器的作用。 (5)堆肥是缓效性肥料。和硫铵、尿素等化肥中氮不同，堆肥中的氮肥几乎都以蛋白质氮形态存在，当施到田里时，蛋白质经氮微生物分解成氮氮在旱地里部分变成硝酸盐氮。两者都是能被吸收的氮。施用堆肥不会出现施化肥那样短暂有效或施肥过头的倩况，由于经过上述过程缓慢持久地起作用，不致对农作物产生损害。(6)腐殖化的有机物具有调节植物生长的作用，也有助于根系发育和伸长，即有助于扩大根部范围。 (7)将富有微生物的堆肥施于土中可增加土壤中微生物

5、数量。微生物分泌的各种有效成分能直接或间接地被植物根吸收而起列有益作用，故堆肥是昼夜均有效的肥料。 (8)堆肥是CO2的供给源。如与外界空气隔绝的密封罩内CO2气浓度低，当大量施用堆肥后，罩内较高的温度可促使堆肥分解放出CO2。 总之，腐殖质能改善土壤物理的、化学的、生物的性质，使土壤环境保持适于农作物生长的良好状态。腐殖质又有增进化肥肥效的作用。 3堆肥用途 堆肥的用途很广，既可以用作农田、绿地、果园、菜园、苗圃、畜牧场、庭院绿化、风景区绿化、农业等的种植肥料，也可以作蘑菇盖面、过滤材料、隔音板及制作纤维板等。堆肥用途一览表4. 使用堆肥时的注意事项； (1)成熟的堆肥富有活的微生物，其耗氧

6、量虽然比未成熟堆肥要少，仍易成为厌氧状态，所以在使用时需要充分注意。 用于田地施肥时，不要将堆肥埋起来，最好让其在土壤表面曝照于空气中。蚯蚓可使堆肥和泥土适当混合，进入土中而起作用。经过拱作，堆肥也可适当混入土层中。堆肥层的厚度不要超过12cm。若是优质的堆肥，即使厚度在1mm以下也足够了。 (2)新鲜堆肥宜用作底肥。粗堆肥最好用于粘质、淤泥和板结的土壤；细堆肥用于干燥、疏散及多沙的土壤。含有5以上石灰之城市堆肥属于石灰质肥料，建议用于酸性土地和土壤有酸化趋向的土地。 (3)城市垃圾堆肥CN比大，即含氮量低，最好和氮肥配合使用，以免出现“氮饥饿”现象。 (4)堆肥不应装在密封的袋里搬运或保存。

7、必要时，在袋上开空气流通孔。 5.2.2 堆肥的原料 堆肥的原料很广泛，有城市生活垃圾由纸浆厂、食品厂等排水处理设施排出的污泥及下水污泥，及粪尿消化污泥、家畜粪尿、树皮、锯末、糠壳、秸秆等。在我国堆肥主要原料是生活垃圾与粪便的混合物，也有的是城市垃圾与生活污水污泥的混合物。城市生活垃圾是最主要的原料，但其中可堆肥物数量、碳氮比、水分等常常不能满足要求，需要进行适当的预处理：配入粪便或某些污泥可以有效地调整碳氮比和水分，并能得到氮、磷、钾含量较高的有机肥。此外不少农业废物也是堆肥的重要原料。 城镇建设业标准城市生活垃圾堆肥处理厂技术评价指标CJ/T 30591996中规定，堆肥原料特性有： (1

8、)密度 350650kgm3； (2)组成成分(湿重) 有机物含量不少于20 (3)含水率 4060； (4)碳氮比(CN) 20:130:1垃圾组分（湿重）统计表5.2.3 堆肥产品质量及卫生要求1堆肥产品质量(以干基计)(1)粒度 农用堆肥产品粒度不大于12mm，山林果园用堆肥产品粒度不大于50mm(2)含水率 35；(3)PH值 6.58.5；(4)全氮(以N计) 0.5%： (5)全磷(以P2O5计) 0.3(6)全钾(以K2O计) 1.0 (7)有机质(以C计) 10； (8)重金属含量 总镉(以Cd计）3mgAg： 总汞(以Hg计）5mgkg； 总铅(以Pb计)100mg/kg；

9、总铬(以Cr计)300mg/kg； 总砷(以As计)30mg/kg2无害化卫生要求：(1)堆肥温度(静态堆肥工艺) 55持续5天以上(2)蛔虫卵死亡率 95100(3)粪大肠菌值 10-110-2。5.2.4 堆肥化的原理固体废物堆肥分为好氧堆肥化和厌氧堆肥化。前者是在通风条件下，有游离氧存在时进行的分解发酵过程，由于堆肥堆温高，一般在5565有时高达80，故亦称高温堆肥化。后者是利用厌氧微生物发酵造肥。 好氧堆肥原理好氧堆肥化是在有氧条件下，依靠好氧微生物（主要是好氧细菌）的作用来进行的。在堆肥化过程中，有机废物中的可容性有机物质可透过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物直接吸收，而不溶的胶体有机

10、物质，先被吸附在微生物体外，依靠微生物分泌的胞外酶分解为可溶性物质，再渗入细胞。微生物通过自身的生命代谢活动，进行分解代谢（氧化还原过程）和合成代谢（生物合成过程），把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并放出生物生长、活动所需要的能量，把另一部分有机物转化合成新的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多的生物体。可用下图简要地说明这种过程。好氧堆肥降解5.2.5 堆肥化过程好氧堆肥化从废物堆积到腐熟的微生物生化过程比较复杂，但大致可分为以下四个阶段。 (1)潜伏阶段（驯化阶段）堆肥化开始时微生物适应新环境的过程 (2)中温阶段(亦称产热阶段) 嗜温性微生物可溶性有机物热能温度不断上升。 微生

11、物：以中温、需氧型为主，通常是一些无芽胞细菌。 细菌水溶性单糖类 放线菌和真菌纤维素和半纤维素 (3)高温阶段 45以上：高温阶段 嗜温性微生物受到抑制甚至死亡，嗜热性微生物逐渐代替了嗜温性微生物的活动 复杂有机化合物如半纤维素、纤维素和蛋白质等开始被强烈分解。50左右进行活动的主要是嗜热性真菌和放线菌；60时，真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热性放线菌与细菌在活动；70以上微生物大量死亡或进入休眠状态。 与细菌的生长繁殖规律一样，可将微生物在高温阶段生长过程细分为三个时期，即（停滞期）对数生长期、减速生长期和内源呼吸期。在高温阶段微生物活性经历了三个时期变化后，堆积层内开始发生与有机物分解相对应

12、的另一过程，即腐殖质的形成过程，堆肥物质逐步进入稳定化状态。 (4)腐熟阶段 在内源呼吸后期，只剩下部分较难分解及难分解的有机物和新形成的腐殖质，此时微生物活性下降，发热量减少，温度下降。嗜温微生物又占优势，对残余较难分解的有机物作进一步分解，腐殖质不断增多且稳定化，此时堆肥即进人腐熟阶段。降温后，需氧量大大减少含水量也降低，堆肥物孔隙增大，氧扩散能力增强，此时只须自然通风。二、好氧堆肥过程（四阶段） (四)堆肥化过程动力学原理有机废物的堆肥化过程酶催化反应过程。好氧堆肥化过程各种型式发酵仓内进行。间歇式发酵仓条件不断变化难以实现稳态条件；连续发酵仓均匀接近稳态条件。5.2.7 好氧堆肥化的基

13、本工艺和分类 一、好氧堆肥化方式分类分类与发展趋势： 厌氧堆肥化好氧堆肥化 露天堆积(敞开式)封闭式 无发酵装置有发酵装置 人工土法机械化 慢速半快速快速 静态发酵动态发酵 其中还有各种过渡形式二、快速高温二次发酵堆肥化工艺最先进：快速有发酵装置机械化(动态)好氧堆肥化优点：堆肥周期短(37天)物料混合均匀供氧效果好机械化程度高便于大规模连续操作运行等特点特别适用于大城市堆肥化系统今后发展推广的方向国内外运用最广：快速高温二次发酵堆肥化工艺(一)搅拌翻堆条垛式发酵工艺发酵周期：约34周在有利的气候条件下，一般能使最终堆肥的固体含量达到6070。 对于温度较高的有机物：掺进一部分干燥的回流堆肥产

14、物，混合后含水量60为宜形状不易变化，且物料的松散性和多孔性大大改善，使得翻堆更有效地促进空气交换。将碎木块、木屑、禾秆或稻壳之类的调理剂同脱水污泥进行混合相当于干堆肥化产物特点：生产率高，成本低，但占地面积较大 适用于各种有机污泥 (二)强制通风式固定垛发酵工艺与前者不同之处：不进行翻堆。供氧机械抽风使空气渗透到料堆内部来实现的。在堆肥化供料中不采用回流堆肥，而主要在脱水污泥中以加入木屑之类膨胀剂来调整湿度和改善物料的松散性。污泥与木屑的容积比一般为1:21:3。也可采用具他合适材料作膨胀剂其垛堆步骤如下；将污泥与膨胀剂混合：将木屑或其他膨胀剂沿多孔通风管铺开；将污泥与木屑的混合物在备用的床

15、上堆成有一定深度的垛体将垛的表面覆盖一层过筛的或半过筛的堆肥物；将风机与通风管连接起来。三、好氧堆肥化工艺过程前(预)处理主发酵(一次发酵、一级发酵或初级发酵)后发酵(二次发酵、二级发酵或次级发酵)后处理脱臭贮存1前处理破碎、分选去除粗大垃圾和降低不可堆肥化物质含量，并使堆肥物料粒度和含水率达到一定程度的均匀化。 颗粒粒度表面积，孔隙率与透气性能； 适宜的粒径范围是1260mm，最佳粒径需视物料物理性质而定。当以人畜粪便、污水污泥饼等为主要原料时，由于其含水率太高等原因，前处理的主要任务是调整水分和碳氮比，有时需添加菌种和酶制剂，以促进发酵过程正常进行。预处理设备的组合形式 降低水分、增加透气

16、性、调整碳氮比的主要方法是添加有机调理剂和膨胀剂。 调理剂：指加进堆肥化物料中干的有机物，借以减少单位体积的质量并增加与空气的接触面积，以利于好氧发酵，也可以增加物料中有机物数量。理想的调理剂：干燥的，较轻而易分解的物料。常用的有木屑、稻壳、禾杆、树叶等。 膨胀剂：指有机的或无机的三维固体颗粒。当它加人湿堆肥化物料中时，能有足够的尺寸保证物料与空气的充分接触，并能依靠粒子间接触起到支撑作用。普遍使用的膨胀剂是干木屑、花生壳、厂矿成粒状的轮胎、小块岩石等物质。 2主发酵主发酵主要在发酵仓内进行靠强制通风或翻推搅拌来供给氧气升温阶段：初期嗜温菌(最适宜温度为3040)最适宜温度4565的嗜热菌取代

17、嗜温菌高效率的分解。 氧的供应情况与保温床的良好程度对堆料的温度上升有很大影响。降温阶段：通常将温度升高到开始降低为止的阶段，称为主发酵期，城市固体废物好氧堆肥化的主发酵期约为412天。 3后发酵 经过主发酵的半成品后发酵。过程：尚未分解的易分解及较难分解的有机物可能全部分解，变成腐植酸、氨基酸等比较稳定的有机物，得到完全成熟的堆肥成品。场所：后发酵也可以在专设仓内进行，但通常把物料堆积到12m高度，进行敞开式后发酵注意：防止雨水、翻堆或通风后发酵时间的长短决定于堆肥的使用情况。对几个月不种作物的土地，即直接施用堆肥；对一直在种作物的土地，不致夺取土壤中氮的稳定化程度(即充分腐熟)。后发酵时间

18、通常在20一30天以上。不进行后发酵的堆肥其使用价值较低。发酵仓的结构形式立式：多层圆筒式；多层桨叶刮板式；多层移动床式；多层板闭合门式筒仓式：静态；动态卧式：旋转发酵池；刮板箱式：戽斗翻倒式；卧式桨叶堆积式：气流箱式；定箱槽 4后处理分选去除塑料、玻璃、陶瓷、金属、小石块等杂物回转式振动筛、振动式回转筛、磁选机、风选机、惯性分离机、硬度差分离机等预处理设备分离去除上述杂质再破碎根据需要(如生产精制堆肥)进行。直接销售给用户，施于农田、菜园、果园，或作土壤改良剂根据土壤的情况，用户的需要，在散装堆肥中加入N、P、K添加剂后生产复合肥，做或袋装产品，既便于运输，也便于贮存，而且肥效更佳。有时还需

19、要固化造粒以利贮存。后处理工序除分选、破碎设备外中，根据实际需要来组合后处理设备 5脱臭每个工序系统有臭气产生：氨、硫化氢、甲基硫醇、胺类等脱臭处理。方法：化学除臭剂除臭；水、酸、碱水溶液等吸收剂吸收法；臭氧氧化法；活性炭、沸石、熟堆肥等吸附剂吸附法等。经济而实用的方法：熟堆肥氧化吸附除臭法。将源于堆肥产品的腐熟堆肥置入脱臭器，堆高约1.2m，将臭气通入系统使之与生物分解和吸附作用，氨、硫化氨的去除效率均可达98以上。 也可用特种土壤(如鹿沼土、白里土等)代替堆肥，此种设备称土壤脱臭过滤器。 6贮存贮存量：堆肥供应期多半是集中在秋天和春天(中间隔半年)至少能容纳6个月产量的贮藏设备。注意：堆肥

20、成品可以在室外堆放，但此时必须有不透雨水的覆盖物。 贮存方式：直接堆存在二次发酵仓内/袋装后存放加工、造粒、包装时间：贮藏前/贮存后销售前要求：包装袋干燥而透气，如果密闭和受潮会影响堆肥产品的质量。四、国内几种高温堆肥处理技术城市垃圾处理技术推广技术：机械化堆肥处理技术五项简易或半机械化高温堆肥处理技术项目六项。不同堆肥处理技术的区别主要在于：有无预处理系统及预处理设备的组合形式；有无发酵仓及仓的结构形式差异：一次发酵的进料及出料方式及设备；后处理系统的完善程度；堆肥产品的质量及使用对象。杭州垃圾堆肥厂武汉市生活垃圾堆肥厂设在北郊塔子湖边。该工艺采用先发酵，后分选的工艺。设备投资及操作费用低，

21、且全料进仓发酵，从无害卫生化角度看比较有利，但发酵仓容积的有效利用率及堆肥产品降解率较低。第三种：上海安亭机械化堆肥处理技术该处理系统工艺流程框图如“图4-2-10”所示。整个工艺由五个系统组成：堆肥发酵仓；机械通风系统；水份调节系统；输送系统；机械筛分-破碎系统。该工艺特点是：日处理量大，达300t/d。原料供给靠船队输送并配以桥式起重运输系统。由于输送系统特殊，故投资较国内其他处理厂高。该工艺采取不预筛分破碎的工艺方法，故未设前处理工艺，但对堆肥产品后处理工序设置了有效的机械筛分-破碎系统。已达到工业性生产水平。上海安亭机械化堆肥技术第四种：天津大港机械化堆肥处理技术天津大港机械化堆肥处理

22、技术(即LD50-100型生活垃圾堆肥生产线)整条工艺路线分为前处理、发酵、后处理三大工序。1该工艺特点是：前处理工序主要采用机械化程度较高的生活垃圾处理专用设备。发酵工序分为两个阶段：一次发酵为好氧发酵阶段，通过微生物的自然分解以达到消灭病菌的目的。二次发酵工序为厌氧发酵阶段，使一次发酵过程中未能降解的可堆肥物进一步腐熟。后处理工序通过精筛和去石工艺，可进一步去除杂质提高堆肥质量，精堆肥可以进一步添加不同比例的氮、磷、钾、无机肥料及微量元素，制成适于不同作物生长的专用有机复合肥料，售价可以随着堆肥所含营养成分的比例成倍的增长，具有较好的市场前景。五、影响堆肥化的几种因素通风供氧量含水率温度其

23、他：有机质含量；C/N；C/P；pH等1 通风供氧量 常用的通风方式有：自然通风供氧向肥堆内插入通风管(主要用在人工土法堆肥工艺)；利用斗式装载机及各种专用翻推机横翻堆通风用风机强制通风供氧。通风的作用及控制通风供氧是好氧堆肥化生产的基本条件之一，在机械堆肥生产系统里，要求至少有50%的氧渗入到堆料各部分，以满足微生物氧化分解有机物的需要。通风的其他作用：空气受到堆肥化物料的加热，不饱和的热空气可以带走水蒸气，从而干化物料。干化的发生是氧化作用的一部分，也是堆肥化过程取得的重要收益。2 含水率微生物需要从周围环境中不断吸收水分以维持其生长代谢活动，微生物体内水及流动状态水是进行生化反应的介质，

24、微生物只能摄取溶解性养料，水分是否适量直影响堆肥发酵速度和腐熟程度，所以含水率是好氧堆肥化的关键因素之一。从理论上讲为维持微生物活性含水率高达90%仍是适宜的，但受到各种限制。最大含水量受到物质结构强度（即物料吸收大量水分、仍能保持其结构的完整性）限制。例如禾杆的最大含水量为7585%；锯木屑最大含水量为7590%；城市垃圾最大含水量为65%。在堆肥化过程中，最大含水量也称“极限水分”。即从透气性角度出发，将固体粒子内部细孔被水填满时的水分含量称为堆肥操作中的极限水分。垃圾成分的极限含水率临界水分“临界水分”是既考虑了微生物活性需要，又考虑到保持物料孔隙率与透气性需要的综合指标。当含水率超过6

25、5%，水就会充满物料颗料间的空隙，使空气含量减少，堆肥将由好氧向厌氧转化，温度也急剧下降，将形成发臭的中间产物（硫化氢、硫醇、氨等）和因硫化物而导致堆料腐败发黑。综上所述，综合堆肥化各种因素可得到适宜水分范围为4560%（wt%）（符合城市生活垃圾堆肥处理厂技术议价指标的规定）， 以55%为最佳。堆肥物料含水率调节与控制 当以城市垃圾为主要堆肥原料时，有时含水率偏低，常可配以粪水或污泥来调节水分，也可用一定量的回流堆肥来进行调节。堆肥物料的水分调节可根据采用回流堆肥工艺的物料平衡进行。上图是好氧堆肥化物料平衡图。图中：Xc城市垃圾原料的湿重；Xp堆肥产物的湿重；Xr回流堆肥产物的湿重；Xm进入

26、发酵混合物料的总湿重；Sc原料中固体含量（重量%）；Sp=Sr堆肥产物和回流堆肥的固体含量（重量%）；Sm进入发酵仓混合物料的固体含量（重量%）。3 温度于堆肥化系统而言，温度是影响微生物活动和堆肥工艺过程的重要因素。堆肥中微生物分解有机物进行分解代谢会释放出热量，这是堆料温度上升的热源。堆肥化过程温度的变化速率受到氧气的供应状况及发酵装置、保温条件等影响。对于靠酶促进行的堆肥生物化学反应系统，温度对过程的宏观影响比较复杂，且主要由于不同种类微生物的生长对温度具有不同的要求。堆肥温度与微生物生长的关系温度过低是不利的，分解反应速度慢，也达不到热灭活无害化要求，嗜热菌发酵最适宜温度是5060。由

27、于高温分解较中温分解速度要快，并且高温堆肥又可将虫卵、病原菌、寄生虫、孢子等杀灭，达到无害化要求，所以一般都采用高温堆肥。 但温度过高也不利，例如当温度越过70时，放线菌等有益细菌（有的地农业有益，存活于植物根部周围，使植物受到良好的影响而茁壮成长），将全部被杀死。且孢子进入形成阶段，并呈不活动状态，使分解速度相应变慢，所以适宜的堆肥化温度为5560。堆肥过程中温度的控制十分必要，在实际生产中往往通过温度通风反馈系统来完成温度的自动控制。4 其它影响因素分析（1）有机质含量有机质含量高低影响堆料温度与通风供氧要求。如有机质含量过低，分解产生的热量将不足以维持堆肥所需要温度，影响无害化处理，且产

28、生的堆肥成品由于肥效低而影响其使用价值。如果有机质含量过高，则给通风供氧带来困难，有可能产生厌氧状态，研究表明堆料最适合的有机含量为2080%之间。（2）颗粒度堆肥化所需要的氧气是通过堆肥原料颗粒空隙供给的。空隙率及空隙的大小取决于颗粒大小及结构强度，象纸张、动植物、纤维织物等，遇水受压时密度会提高颗粒间空隙大大缩小，不利于通风供氧。因此，对堆肥原料颗粒尺寸应有一定要求，物料颗粒的平均适宜粒度为1260mm，最佳粒径随垃圾物理特性而变化，其中：纸张、纸板等破碎粒度尺寸要在3.85.0cm之间；材质比较坚硬的废物粒度要求小些，在0.51.0cm之间；以厨房食品垃圾为主废物，其破碎尺寸要求大一些，

29、以免碎成浆状物料，妨碍好氧发酵。此外，决定垃圾粒径大小时，还应从经济方面考虑，因为破碎得越细小，动力消耗越大，处理垃圾的费用就会增加。（3）C/N比在堆肥化过程中，微生物将作为能源，大量的碳在微生物代谢过程中，由于氧化作用生成二氧化碳而排出，一部分碳则构成细胞膜。氮主要消耗在原生质合成作用而留于系统内。故就微生物对营养的需要而言，C/N比是一个重要因素。有机物被微生物分解速度随C/N而变。微生物自身的C/N比约430，用作其营养的有机物C/N比最好也在此数值范围内，特别当C/N比在10左右时，有机物被微生物分解速度最大。当原料的C/N比为20，3050，78时，其对应所需的堆肥化时间约分别为9

30、12d，1019d及21d。（当C/N在80以上时，堆肥化无法进行）。各堆肥原料的C/N比如下：锯末屑3001000，秸杆70100，垃圾5080，人粪610，牛粪826，猪粪715，鸡粪510，下水生污泥515，活性污泥58。因此，当用秸杆，垃圾进行堆肥时，需添加低C/N比废物或加入氮肥，以使C/N比调整到30以下。在发酵后C/N一般会减少1020%甚至更多，如成品堆肥的C/N过高，往土中施肥时，农作物可利用氮会过少而致微生物陷于氮饥饿状态，直接或间接影响和阻碍农作物的生长发育。故应以成品堆肥C/N为1020作标准来确定和调整原料的C/N比，一般认为城市固体废物堆肥原料，最佳C/N在2635

31、：1。（4）碳磷比（C/P比）碳和氮对营养微生物的繁殖是必要的。此外，磷也是非常重要的因素，磷的含量对发酵起很大影响。有时，在垃圾发酵时，添加污泥，其原因之一就是污泥含有丰富的磷。堆肥料适宜的C/P比为75150。（5）pH值是能对细菌环境作出估价的参数。在消化过程中pH值随着时间和温度的变化而变化，也是揭示堆肥分解过程的一个极好标志。适宜的pH值可使微生物有效地发挥作用，而pH太高或太低都会影响堆肥的效率。一般认为pH值在7.58.5时，可获得最大堆肥速率。对固体废物堆肥化一般不必调整pH值，因为微生物可在较大的pH值范围内繁殖。但是当用石灰含量高的真空滤饼及加压脱水滤饼作原料时，因pH值偏

32、高，有的高达12，故需先在露天堆积一段时间或掺入其他堆肥以降低pH值。pH值过高时（如超过8.5）氮会形成氨而使堆肥中氮损耗。4.5 废物堆肥化设备及工艺系统废物堆肥化按设备流程包括下述系统：进料供料设备预处理设备一次发酵设备二次发酵设备后处理设备产品细加工设备。（1）供料进料设备固体废物的进料和供料系统是由地磅秤、贮料仓、进料斗以及起重机等组成。堆肥化系统的预处理设备是由破包机、撕碎机、筛选机以及混合搅拌机械等组成。经过预处理后的垃圾被送到一次发酵设备中，使发酵过程控制在适当的条件下，并使物料基本达到无害化的结果。然后，送到熟化设备即二次发酵设备中，使垃圾完全发酵腐熟。之后又通过后续处理设备

33、对堆肥作更细致的筛选，除去杂质。必要时可采用洪干造粒，或添加化肥，制成高效复合肥等深度加工处理设备。另外，整个生产系统，还须由排出臭气的脱臭装置，污水的收集排出与处理装置，电力供应设备，控制仪器设备等组合而成。（2）堆肥化设备堆肥发酵装置种类繁多，除了结构型式不同外，主要差别在于搅拌发酵物料的翻堆机不同，大多数翻堆机兼有运送物料的作用。（a）几种发酵装置示意图：（b）多段竖炉式发酵塔多段竖炉式发酵塔是立式多段发酵设备之一，整个立式设备被水平分隔成多段（层）。物料在各段上堆积发酵，靠重力从上往下移动。多段竖炉式发酵塔与污泥焚烧用的多段竖炉相似而得名。多段竖炉式发酵仓1（c） 筒仓式发酵仓筒仓式发

34、酵仓为单层园筒状（或矩形），发酵仓深度一般为45m，大多采用钢筋混凝土结构。 通常筒仓式发酵仓是一种在园筒仓的下部设置排料装置（如螺杆出料机）由仓底用高压离心机强制通风供氧，以维持仓内堆料的好氧发酵。原料从仓顶加入，为防止下料时，在仓内形成架桥起拱现象（形成穹窿），筒仓直径由上到下逐渐变大或者需安装简单的消除起拱设施。一般经过612d的发酵周期，由仓底出料。因此是静态式堆肥化过程。由于筒仓式静态发酵仓结构简单、螺杆出料较方便可靠，在我国已得到广泛应用。例如无锡、杭州等地堆肥厂均用此种类型或其改进形式，取得较好效果。螺旋搅拌式发酵仓的示意图如下图所示。这也是动态式筒式发酵仓的一种形式。经预处理工

35、序分选破碎的废物被运输机送到仓中心上方，靠设在发酵仓上部与天桥一起旋转的输送带向仓壁内侧均匀地加料，用吊装在天桥下部的多个螺丝钻头来旋转搅拌，使原料边混和边掺入到正在发酵的物料层内。由于这种混合，掺入，使原料迅速升到45而快速发酵，即使原料的水分高到70%左右，其水分也能向正在发酵物料中传递而使发酵正常进行。此外，即使原料的臭味很强烈，因为被大量正在发酵物料淹没，不至于散发恶臭。螺丝钻进自下而上提升物料“自转”的同时，还随天桥一起在仓内“公转”，使物料在被翻搅的同时，由仓壁内侧缓慢地向仓中央的出料斗移动。由于翻堆是在发酵物料层中进行，可减少发酵热的损失。物料的移动速度及在仓内的停留时间可用公转

36、速度大小来调节。空气由设在仓底的几圈环状布气管供给。发酵仓内，发酵进行的程序在半径方向上有所不同。因此，由于靠近仓壁附近的物料水分蒸发量及氧消耗量较多，该处布气管应供给较多的空气，靠近仓中心处布气管则可供给较少的空气，也就是说，要配合发酵进行的深度，合理而经济地供气。仓内温度通常为6070，停留时间5d。（d）水平（卧式）发酵滚筒有多种形式。其中典型形式为著名的达诺(Dano)式滚筒。为世界各国最广泛采用的发酵设备之一，其主要优点是结构简单，可以采用较大粒度的物料，使预处理设备简单化，物料在滚筒内反复升高、跌落，同样可使物料的温度、水分均匀化，达到曝气的目的，可以完成物料预发酵的功能。4.6

37、国内100t/d生活垃圾处理厂工艺系统实例1986年，同济大学和无锡市在垃圾好氧堆肥的中试基础上共同研究，开发设计了我国第一座比较现代化的高温好氧堆肥系统无锡100t/d生活垃圾处理实验厂。二次发酵城市垃圾受料坑磁选、手选复式振动格筛（粗分选）一次发酵（调节水分、C/N、C/P等）进行强制通风污泥泵粪池磁 选双层滚筒筛锤式破碎大于40mm物料送填埋或焚烧（板式给料机，100t/d）去除粗大物，回收有用物质100t/6h去除大于100mm粗杂物，送填埋或焚烧车间。部分去除小于5mm的炉灰。（喷洒污水）引风、除臭（螺杆出料）回收金属图4-2-39 无锡100t/d垃圾处理实验厂工艺流程框图大于12

38、mm小于40mm的物料小于12mm的可堆肥物腐熟堆肥无锡垃圾处理厂机械设计共分3个组成部分：受料预分选机组；发酵进出料机组；精分选机组。几种主要机械的设计参数如下：（1）板式布料机 链板：长6m，宽1.2m；链板速度：0.00250.15m/s；生产能力：50m3/h；功率：7.5Kw；功能：使汽车的集中来料变成均匀给料。（2）高效复合筛分破碎机 双层滚筒筛尺寸：142017106000（mm）；内筒筛孔40mm，外筒筛孔13mm；筛筒转速：518rpm范围内无级转速；额定处理量：2025t/h；功率：滚动筒7.5Kw；破碎机30Kw；功能：筛除40mm为不可堆肥物；粒径小于40mm大于12m

39、m可堆肥物经立锤破碎机粉碎至12mm；细筛产生粒径小于12mm粒径可堆肥物。（3）组合式振动格筛（粗分选机） 功能：去除60mm的粗大物；尺寸：25001200（mm）；功率：3Kw；能力：16t/h。（4）进料桥式小车 包括2条4.0mm横向进料皮带。总功率：7.4Kw；功能：为一次发酵池进料用。（5）螺杆出料机 螺杆长度：4.5m，直径0.3m；能力：100t/6h；总功率：9Kw；功能：为一次发酵池出料用。垃圾堆肥化处理工艺的完善，在很大程度上依赖于机械设计的正确和设备运输的正常。各城市的垃圾结构差异差较大，不可能有普遍适用的机械设备。每个垃圾厂的机械设计必须依据垃圾结构不同而进行组合，

40、得出比较符合工艺要求的机械设计流程。堆肥腐熟的基本含义是：通过微生物的作用，堆肥的产品要达到稳定化、无害化，亦即是对环境不产生不良影响； 堆肥产品的使用不影响作物的生长和土壤耕能力。如直观定性判断标准是不再进行激烈的分解，因此成品温度较低，呈茶褐色或黑色，不产生恶臭。手感松软易碎。为了评价堆肥装置的性能和堆肥质量，需要有更为科学的定量的判定标准。为此，国内外许多研究人员进行深入研究探讨，提出许多判定标准。第五节 堆肥腐熟度及其测定5.1 堆肥腐熟度的判定标准及分析（1）用化学参数（与有机物含量有关的）作为腐熟度判定标准堆肥中COD、VS、淀粉、纤维素、C/N的变化过程都反映了堆肥的进程，但它们

41、作为一种精确的质量标准是不充分的。（a）VS的测定具有方法简单、快速等优点，但检测的专一性和灵敏度较差。因为，VS仅反映了物料中全部的挥发性固体，它不能区分易降解的、不易降解的和不可降解的有机物。而堆肥过程只与前二者有关，与第三者无关。这样，Vs的专一性就大为降低。此外，VS作为参数的灵敏度也是不够的。（b） 化学需氧量（COD）COD具有与VS同样的局限性。由于无法区别堆肥中易降解物和难降解物，在完全腐熟的堆肥中仍可测到相当高的值。考虑到垃圾来源的多样性，成分的复杂性以及垃圾作为一种非均相体系，在取样上的误差等问题，COD测定的灵敏度无法达到作为一项可靠的测定指标的程度。（c）淀粉和纤维素淀

42、粉和纤维素反映了堆肥中两类特殊物质。淀粉代表易降解物质，纤维素则代表了难降解物质。淀粉作为指标的缺点是垃圾中淀粉含量太低（一般在26%之间）。纤维素是城市固体垃圾和污泥中的主要成份之一，但它被微生物降解利用的速度相当慢。因此在反映堆肥中有机质的降解和表征腐熟度方面起不到迅速准确的作用。此外，纤维素的测定方法也太繁杂，在生产现场应用的可能性较小。（d）C/N比：作为腐熟度的标准，其缺点是受原料C/N影响太大。C/N的测试特别是C的测定比较困难，需要一定的测试设备和相当实验技能的分析人员，因而难以推广。其他提倡或研究过的化学参数作指标的尚有凝胶色谱法，氧化还原电位的升高，碱性基团交换量的增加，硝酸

43、氮的生成（即氮试验法）等等，由于测试手段复杂等原因尚不宜作为通用且简便科学的判定标准。第六节 有机废物厌氧发酵通过厌氧消化有机废物，可以加速有机物质的稳定，使有机废物无害化，更主要的目的是通过厌氧分解产生沼气，收集后做为能源利用。6.1 厌氧发酵过程有机废物的厌氧发酵过程就是有机物质在特定的厌氧条件下，微生物将有机质进行分解，其中一部分碳素物质转化为甲烷和二氧化碳。在这个转化作用中，被分解的有机碳化物中的能量大部转化储存在甲烷中，仅一小部分有机碳化物氧化成二氧化碳，释放的能量作为微生物生命活动的需要。因此在这一分解过程中，仅积储少量的微生物细胞。（1）厌氧发酵的微生物学过程由于厌氧发酵的原料来

44、源复杂，参加反应的微生物种类繁多，使得厌氧发酵过程中物质的代谢、转化和各种菌群的作用等非常复杂。目前，对厌氧发酵的生化过程有三种见解，即两阶段理论、三阶段理论和四阶段理论。（a）两阶段理论两阶段理论形成较早，对甲烷菌如何利用甲醇以上的醇及乙酸以上的有机酸难以解释，因此，该理论尚未得到确认。（b）三阶段理论1979年由布赖恩提出，将厌氧发酵分成三个阶段，即三个细菌营养群，突出氢的产生和利用在发酵过程中的核心地位，较好地解决了两阶段理论的矛盾。（c）四阶段理论将厌氧发酵过程分为四个阶段，每个阶段有独特的微生物菌群。各类群细菌的有效代谢均相互密切连贯，达到一定的平衡，不能单独分开，是相互制约和促进的

45、过程。为了便于研究不同营养类群的细菌，才分成四个阶段。自然界厌氧发酵过程，一般分为四个阶段。如人畜粪便复杂有机物的厌氧发酵。但在不同生态条件下，不一定都包括四个阶段，如在食草动物的瘤胃和人的盲肠和肠道中，一般仅包括第一阶段和第三阶段。而在温泉中，仅包括第三和第四阶段。这同不同生态环境的条件有关。（2）厌氧发酵微生物（a）不产甲烷菌在沼气发酵过程中，不直接参与甲烷形成的微生物统称为不产甲烷菌，包括的种类繁多，有细菌、真菌和原生动物三大群。其中细菌的种类最多，作用也最大。已知的细菌有18属，51种，近年来又发现了许多种。按呼吸类型分为专性厌氧菌、好氧菌和兼性厌氧菌。其中以专性厌氧菌为主，种类和数量

46、最多。不产甲烷菌的作用主要为：为产甲烷菌提供营养，将复杂的大分子有机物降解为简单的小分子有机化合物，为产甲烷菌提供营养基质；为产甲烷菌创造适宜的氧化还原条件；为产甲烷菌消除部分有毒物质；和产甲烷菌一起，共同维持发酵的pH值。（b）产甲烷菌产甲烷菌在原核生物中由于它们能厌氧代谢产生甲烷而成为一个独特类群，在70年代后期被分类学家确认。产甲烷菌有5个特点：严格厌氧，对氧和氧化剂非常敏感；要求中性偏碱环境条件；菌体倍增时间较长，有的4-5天才系列繁殖1代；只能利用少数简单化合物作为营养，所有产甲烷几乎都能利用分子氢；代谢的产物主要是CH4和CO2。（3）厌氧发酵的有机物分解代谢过程厌氧发酵是把碳水化

47、合物、蛋白质和脂肪等在厌氧条件下经过多种细菌的协同作用下，首先分解成简单稳定的物质，最后生成甲烷和二氧化碳等沼气的主要成份。在排出的残渣中存在有环状化合物的聚合物-腐殖酸可做田间粮食生产的肥料。（a）碳水化合物的分解代谢一般的碳水化合物包括纤维素、半纤维素、木质素、糖类、淀粉等和果胶质等。厌氧发酵的原料如农业废物等主要含碳水化合物，其中纤维素的含量最大。所以，厌氧发酵的速度与消化池中纤维素分解的快慢密切相关。纤维素的分解能够水解纤维素的酶有许多种，不同种类的纤维素的水解消化速度也不同。纤维素酶可以把纤维水解成葡萄糖，反应式为： (C6H10O5)n (纤维素) + nH2O = nC6H12O

48、6 (葡萄糖)葡萄糖经细菌的作用继续降解成丁酸、乙酸最后生成甲烷和二氧化碳等气体。总的产气过程可用下述的综合表达式表达：C6H12O6 = 3CH4 + 3CO2糖类的分解先由多糖分解为单糖，然后是葡萄糖的酵解过程，与上述相同。（b）类脂化合物的分解代谢类脂化合物一般是指脂肪、磷脂、游离脂肪酸、蜡脂、油脂，在厌氧发酵的原料中含量很低。这类化合物的主要水解产物是脂肪酸和甘油。然后，甘油转变为磷酸甘油脂，进而生成丙酮酸。在沼气菌的作用下，丙酮酸被分解成乙酸，然后形成甲烷和二氧化碳。（c）蛋白质类的分解代谢主要是含氮的蛋白质化合物，在厌氧发酵原料中占有一定的比例。在农家污水和猪圈废物中，蛋白质的含量

49、最高可达20%。在细菌的作用下水解成多肽和氨基酸。其中的一部分氨基酸继续水解成硫醇、胺、苯酚、硫化氢和氮；一部分分解成有机酸、醇等其它化合物，最后生成甲烷和二氧化碳；还有一些氨基酸作为产沼细菌的养分形成菌体。6.2 发酵工艺及影响发酵的因素1. 发酵工艺类型及其特点按照厌氧发酵的温度、进料方式、装置类型和原料的物理状况、发酵装置，可将厌氧发酵划分为若干类型。（1）按发酵温度分类可将厌氧发酵工艺分为常温发酵(自然发酵)、中温发酵和高温发酵。 常温发酵也称自然发酵、变温发酵，其主要特点为发酵温度随自然气温的四季变化规律而变化，但沼气产量不稳定，因而转化效率低。中温发酵的温度控制恒定在2838，因而

50、沼气产量稳定，转化效率较高，主要用于大中型产沼工程、高浓度有机废水的处理等。高温发酵的温度控制在48-60，因而分解速度快，处理时间短，产气量高，能有效杀死寄生虫卵，但需加温和保温设备，主要适用于高浓度有机废水、城市生活垃圾和粪便的无害化处理及农作物秸杆的处理等。（2）按进料方式分类厌氧发酵的进料方式有批量进料、半连续进料和连续进料。（3）按发酵方式分类按发酵阶段划分，厌氧发酵可分为二步(或两相)发酵和混合(一步)发酵。二步(或两相)发酵就是把厌氧发酵的产酸阶段与产甲烷阶段分别放在两个装置内进行，有利于高分子有机废水和有机废物的处理，有机转化率高，但单位有机质的沼气产量较低。主要用于含高分子有

51、机物和固形物含量高的废水、垃圾、农业废物的处理，如禽畜粪便的厌氧发酵，印染废水的处理等。混合发酵是将厌氧发酵的两个阶段在同一装置内完成，设备简单，但条件控制较困难。主要用于禽畜粪便、下水污泥、高浓度有机废水的处理以及以秸杆为原料的沼气发酵。（4）按原料的物理状况分类可分为液体发酵、固体发酵和高浓度发酵。液体发酵是指固体含量在10%以下，发酵物料呈流动态的液状物质的厌氧发酵，如有机废水的厌氧处理，农村水压式沼气池的发酵等。固体发酵又称干发酵，其原料总固体含量在20%左右，物料中不存在可流动的液体而呈固态，发酵过程中所产沼气甲烷含量较低，气体转化效率较差，适用于垃圾发酵和农村部分地区特别是缺水的北

52、方地区的禽畜粪便处理。高浓度发酵介于液体废酵和固体废酵之间，发酵物料的总固体含量一般为15-20%，适用于农村的沼气发酵，粪便的厌氧发酵等。2 常用厌氧发酵工艺流程（a）水压式沼气池。常于农村家庭产沼，属于半连续式进出料，家用水压式常温发酵工艺流程。（b）大中型沼气工程的厌氧发酵工艺。大多为利用工厂或城市产生的废料，如有机污泥、粪便、酒槽或槽液，高浓度有机废水等，进行厌氧消化，一方面可以去除废物中的有机物，加快废物的稳定化过程，同时可利用其产生的沼气做为能源。（b.2）屠宰污水和畜粪。屠宰厂和畜栏内粪便的厌氧发酵工艺流程按发酵步骤和发酵后处理方式不同可分成单纯二级厌氧发酵、厌氧发酵氯消毒联合处

53、理和厌氧好氧联合处理工艺。屠宰污水与猪粪单纯二级沼气发酵工艺流程见下图：厌氧发酵氯消毒联合处理主要是对污水沉淀物和畜粪进行厌氧消化处理。污水在沉淀池内滞留2d，处于密封或半密封状态，使有机质分解，血色素脱色，悬浮物减少。沉淀物流入消化器继续进行厌氧发酵，畜粪收集后也直接进入消化器，发酵残渣作农肥。沉淀池出水进入消毒池，加氯消毒后排放。厌氧好氧联合处理工艺。消化池出水经好氧氧化处理达标后排放。北京和杭州肉联厂均采用这一工艺。实际上其它高浓度有机废水的处理亦多采用这一工艺，如皮革、造纸、制糖、化工等行业废水，在进行厌氧发酵后由于水质尚无法排放，均采用好氧生物处理以使污水能达到排放标准，而好氧生物处理反应器除采用曝气池(活性污泥法)外，尚可采用其它生物处理方法，如接触氧化法、生物滤池、氧化沟等方法。（b.3）城市粪便厌氧发酵工艺城市粪便的处理从卫生角度要求，通常采用高温发