7 固體廢物的堆肥化處理技術(shù)

1、第第7章章 固體廢物的堆肥化處理技術(shù)固體廢物的堆肥化處理技術(shù) 內(nèi)容內(nèi)容一、概述二、堆肥化的基本原理三、好氧堆肥化的基本工藝過程四、堆肥化處理過程的幾種組合形式五、影響固體廢物堆肥化的主要因素六、堆肥化設(shè)備及工藝系統(tǒng)七、堆肥腐熟度的評價指標(biāo)一、概述一、概述1.定義是在控制下，在一定的、和條件下，通過微生物的發(fā)酵作用，將轉(zhuǎn)變?yōu)榈倪^程。更科學(xué)一點講：堆肥化是依靠自然界廣泛分布的細菌、放線菌、真菌等微生物，人為地將促進可生物降解的向穩(wěn)定的生化轉(zhuǎn)化的微生物過程。堆肥化的稱為。有機固體廢物的堆肥化技術(shù)是進行、處理的重要方式之一， 也是實現(xiàn)固體廢物、的技術(shù)之一。2.固體廢物堆肥化的意義u對城市固體廢物（ M

2、SW ）進行處理消納，實現(xiàn)穩(wěn)定化、無害化，可以避免或減輕垃圾大面積堆積，影響市容及城市垃圾自然腐敗、散發(fā)臭氣、傳播疾病，從而對人體和環(huán)境造成危害；u可以將固體廢物中的適用組份盡快地納入自然循環(huán)（如堆肥可回歸農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中）系統(tǒng)，促進自然界物質(zhì)循環(huán)與人類社會化物質(zhì)循環(huán)的統(tǒng)一；u可以將大量有機固體廢物通過某種工藝轉(zhuǎn)換成有用的物質(zhì)和能源（如產(chǎn)生沼氣、生產(chǎn)葡萄糖、微生物蛋白質(zhì)等）。u堆肥化可減重、減容均為50%。2.固體廢物堆肥化的意義由于城市固體廢物和農(nóng)業(yè)廢物數(shù)量巨大，其中可生物轉(zhuǎn)換利用的成分多，在當(dāng)前世界上普遍存在自然資源短缺及能源緊張的情況下，堆肥化回收和利用技術(shù)的開發(fā)具有深遠的意義。農(nóng)業(yè)生物質(zhì)

3、資源（秸桿、稻殼、甘蔗渣、花生殼等）年產(chǎn)6億噸左右。3.堆肥的作用是一種人工，堆肥施用后，可增加土壤中穩(wěn)定的腐殖質(zhì)，形成土壤的團粒結(jié)構(gòu)，其作用如下：u1）改善土壤的物理性能：使土壤松軟、多孔隙、易耕作，增加保水性、透氣性和滲水性，進而改善土壤的物理性能；u2）保肥作用：肥料成分中的氮、鉀、銨等都是以陽離子形態(tài)存在，而腐殖質(zhì)帶負電荷，可以吸附陽離子。即堆肥可以有助于土壤保住養(yǎng)分，提高保肥能力； u3）螯合作用：腐殖質(zhì)中某種成分有螯合作用。它能和土壤中含量較多的活性Al結(jié)合，使其變成非活性物質(zhì)，抑制活性鋁和磷酸結(jié)合造成的危害。同樣對作物有害的銅、鋁、鎘等重金屬也可與腐殖質(zhì)反應(yīng)降低其危害性；u4）緩

4、沖作用：腐殖質(zhì)具有緩沖作用。其它條件惡化時，能起到減少沖擊、緩和影響的作用，如水分不足時，可防止植物枯萎，起到緩沖器的作用；u5）緩效作用：堆肥具有緩效作用（緩慢持久起作用，不會損害農(nóng)作物）。與硫銨、尿素等化肥中的氮不同，堆肥中的氮幾乎都是以蛋白質(zhì)氮形態(tài)存在。3.堆肥的作用3.堆肥的作用u6）微生物對植物根部的作用：因為堆肥中富含大量微生物，施用后，增加土壤中的微生物數(shù)量，微生物分泌的各種有效成分易被根部吸收，有利于根系發(fā)育和伸長。u總之，腐殖質(zhì)能改善土壤的物理的、化學(xué)的和生物的性質(zhì)，使土壤環(huán)境保持適于農(nóng)作物生長的良好狀態(tài)，腐殖質(zhì)還具有增進化肥肥效的作用。4.堆肥的原料 （1）城市生活垃圾；

5、（2）紙漿廠、食品廠等排水處理設(shè)施排出的污泥； （3）下水污泥； （4）糞便消化污泥、家畜糞尿； （5）樹皮、鋸末、糖殼、秸稈等。在：堆肥的主要原料為： （1）生活垃圾與糞便的混合物； （2）城市生活垃圾與生活污水的混合物。4.堆肥的原料u注意：注意：生活垃圾作為堆肥原料時，其可堆肥物的數(shù)量、C/N、水分等常常不能滿足堆肥的要求，需要進行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理。配入糞便或某些污泥可有效地調(diào)整C/N比和水分，從而得到N、P、K含量較高的有機肥。5.堆肥化原料特性的評價指標(biāo) 我國新近頒布的城市生活垃圾堆肥處理廠技術(shù)評價指標(biāo)中規(guī)定：n密度：適于堆肥的垃圾密度應(yīng)為 350650 kgm-3;n組成成分（濕重）%

6、：其中有機物含量不得少于20%；n含水率：適于堆肥的垃圾其含水量為40-60%；nC/n比：垃圾的C/N為: 20:130:1。6.肥堆產(chǎn)品質(zhì)量及衛(wèi)生要求u（1）堆肥產(chǎn)品質(zhì)量要求（以干基計）粒度粒度：農(nóng)用堆肥產(chǎn)品粒度12mm，山林果園用堆肥產(chǎn)品粒度50mm；含水率含水率：35mm;pH值值：6.58.5;全氮全氮(以N計): 0.5%;全磷全磷（以P2O5計）：0.3%；全鉀全鉀(以K2O計): 1.0%;有機質(zhì)有機質(zhì)(以C計): 10%;重金屬含量重金屬含量：總隔(以Cd計)：3mgkg-1；總汞（以Hg計）：mgkg-1；總鉛（以Pb計）：100mgkg-1；總鉻（以Cr計）：300mgk

7、g-1；總砷（以As計）：30mgkg-1。u（2）衛(wèi)生要求：（靜態(tài)堆肥工藝）55持續(xù)d以上；：95100；：1010；二、堆肥化的基本原理（一）好氧堆肥化過程的基本原理 同水處理一樣，好氧堆肥是在通氣條件下，借好氧微生物使有機物得以降解好氧堆肥溫度一般在5065，最高可達8090。故好氧堆肥也叫高溫堆肥。M 好氧堆肥的基本過程（1） 在過程中，生活垃圾中的的可透過微生物的和被直接；（2） 對于和，先附著在微生物體外，依靠微生物分泌的分解為，。微生物通過自身的生命活動，進行分解代謝（主要是氧化還原過程）和合成代謝（生命合成過程）將一部分被吸收的有機物氧化成簡單的無機物，并放出生物生長活動所需要

8、的能量；將另一部分有機物轉(zhuǎn)化為生物體必須的營養(yǎng)物質(zhì)，進而合成為新的細胞物質(zhì)，使微生物生長繁殖，產(chǎn)生更多的生物體，這個過程用圖可表示為：分解代謝：物質(zhì)分解和提供能量的代謝；合成代謝：消耗能量并合成生物體的代謝。堆肥有機物（C, H, O, N, S, P）+O2+微生物CO2, H2O, NH3, SO42_, PO43-+能量氧化分解異化作用細胞物質(zhì)（微生物生長繁殖）+腐殖物質(zhì)同化作用合成釋放轉(zhuǎn)化為熱n堆肥過程中有機物氧化分解總的關(guān)系可用下式表示：n通常情況，堆肥成品 與堆肥原料 之比為0.30.5。即 這是由于氧化分解后的結(jié)果。n一般情況，w、x、y、z可取值范圍為： w=510, x=71

9、7, y=1, z=28.能量3gNH2fCOO(液）2eHO(氣）2dHO2HCwHxNyOz.c2bOO2HCsHtNuOv.aOHCwHxNyOz.c2OaHONHC2vdts5 .03 .0OaHCsHtNuOvOcHCwHxNyOz22 （1）氧化 A不含氮有機物（CxHyOz） B.含氮有機物（ ）氧化 （同前式）QOyH21xCOz)O21y21(xCxHyOz222OaHCsHtNuOv2 （2）細胞物質(zhì)的合成 （3）細胞質(zhì)的氧化QO4)H(ny215)CO(nx) (ONHC5x)O2nz4ny(nxNHnCxHyOz2227523細胞QNHO2H5CO5ONOHC32222

10、75以纖維素為例，好氧堆肥中纖維素的分解反應(yīng)為：(葡萄糖）OHnC)OH(C6126纖維素酶n6126QO6nH6nCO6nOOHnC2226126 微生物（1）中溫階段（3040，13天）（2）高溫階段（4565，38天）（3）降溫階段（4）腐熟階段 通常，利用堆肥的作為堆肥過程（階段）的評價指標(biāo)。（2030天）0246810121416102030405060708002468101214161020304050607080堆 肥溫度 /時間 （天 ）高溫階段降溫階段府熟階段升溫階段產(chǎn)酸過程水溶物降解腐殖酸形成聚合物降解高溫階段，微生物按其活性又可分為：對數(shù)增長期、減速增長期和內(nèi)源呼吸期N

11、H3的形成（二）厭氧堆肥化過程的原理 厭氧堆肥化是在條件下，借的作用來進行的。 下面用圖來說明有機物的厭氧發(fā)酵分解過程：堆肥有機物+微生物細胞物質(zhì)有機酸、醇+微生物CO2, NH3, H2S, PH3等+Q細胞物質(zhì)CO2, CH4, + Q產(chǎn)酸階段（在產(chǎn)酸菌作用下）酸性發(fā)酵階段。產(chǎn)氣階段（在甲烷菌作用下），堿性發(fā)酵階段。以纖維素為例)()(61266126葡萄糖微生物OHnCOHCn QnCOOHHnCOHnC 252612622微生物4325222nCHCOOHnCHnCOOHHnC 微生物243222nCOnCHCOOHnCH 微生物總反應(yīng)式為：Q3nCH3nCO)OH(C42n6126

12、微生物（三）堆肥過程的動力學(xué)原理 作為生化轉(zhuǎn)化過程的堆肥化技術(shù)，酶在其中起著十分重要的作用。 因此，有機廢物的堆肥化過程，可近似地看作是酶催化反應(yīng)過程。 S底物， E游離酶， ES中間產(chǎn)物（復(fù)合物）， P產(chǎn)物。EPESESkk21（1）平衡態(tài)法該法認為，S與E生成中間復(fù)合物一步為，可達到平衡；一步的速率，是速率。據(jù)此假設(shè)，有：2ESCkdtdcdtdcrsppEPESkkESk211因為：所以： 式中，Ce游離酶的濃度，moll-1; Cs底物的濃度，moll-1; Ks離解常數(shù)，moll-111ESCkcckESSESKCcckkES11又酶的總濃度所以 式(6)代入式(2)，得 P的最大生

13、成速率，moll-1s-1; 酶的總濃度，或酶的初始濃度，moll-10ESEECCC)1(0SSESESSESSECKCCCCKC)(0SSSEESCKCCCSSSEpcKcckr02SSSpcKcrmax,max,pr0Ec（2） “ 擬穩(wěn)態(tài)法”該法認為,底物濃度Cs比酶的 高得多,復(fù)合物ES分解時所得到的酶又立即與底物相結(jié)合,即CES基本維持不變,即據(jù)此假設(shè)，有： 底物的消耗速率： 0EC0dtdcSE2ESpckdtdc11ESSESckcckdtdc中間復(fù)合物的生成速率 式(11)與式(10)比較，可得:又因為酶的總濃度 將Ce代入式（11），整理，得11kcckdtdcSEES02

14、ESESckc2ESSpckdtdcdtdc0ESEECCCSSESSEESckkkccckkkcckc121012101故 （15） 此即為著名的。Km米氏常數(shù)，molL-1Km 與KS的關(guān)系:討論：從式（15）可知: 當(dāng)?shù)诐舛群艽髸r，即CsKm時， ，即 與酶的初始濃度 成正比，而與Cs無關(guān)，故呈0級反應(yīng)，此種情況，只有 才可 ；SmSmpSSEpcKcrckkkcckr,1210212kkKKSm02max,EppckrrprEOcEcpr 當(dāng)Cs Km時，則 即基質(zhì)降解 為一級反應(yīng)， Cs可 ； 當(dāng)Km= Cs時，則 ，它表示酶被底 物飽和時，達到最大反應(yīng)速率一半時，所需的底 物濃度。

15、在堆肥化過程中，可以 或Km度量有機廢物在不同工藝條件下的發(fā)酵速率，從而可借以比較和優(yōu)化工藝條件。 這幾種情況用圖表示如下：SmppCKrrmax,prmax,21pprrmax,pr零級反應(yīng)區(qū)混合反應(yīng)區(qū)（0n1）一級反應(yīng)區(qū)（n=1）0CSmax,21prmax,prpr ： 我們利用Lineweaver-Burk的雙倒數(shù)作圖法，先將米氏議程變?yōu)椋?由此可見， 與 成線性關(guān)系，因此，實驗時，測定不 同Cs下的 , 以 對 作圖，得到直線：max,prmax,max,111pSpmprcrKrPr1Sc1prPr1Sc1mK1sC1max,1prmax, pmrKpr1則可求出 和km。則可求出

16、 和Km。max,pr在， 的求法： 在堆肥化實驗中，采用微分法求出 ，即在不同時間內(nèi)分析樣品中的含C量，根據(jù) 的變化曲線，求曲線上任一點切線的斜 率，即為該濃度時的 ，以 對 作圖，求得km和 。 要找出堆肥化過程的最佳條件，必須從動力學(xué)方面去分析，使堆肥工藝過程真正納入科學(xué)化的軌道，逐步由定性向定量方向發(fā)展。PrPrtccdtdcrCPPr1Cc1max, pr（1）細胞生長動力學(xué)uA對數(shù)生長期對數(shù)生長期階段，細胞生長不受基質(zhì)濃度限制，即 所以xxcdtdcmaxxxcdtdcmaxtxxeccmax0uB減速期： （3）l 受基質(zhì)濃度限制。uC靜止期： （4）l 細胞死亡速率常數(shù)。l 最

17、大細胞濃度 xxcdtdc0)(xdxckdtdcdk)exp(0max,tccxxuD衰亡期：l 細胞死亡速率： l 式中，Cx細胞濃度； Cs基質(zhì)濃度； Co氧濃度； Cp產(chǎn)物濃度。xdxckdtdc)exp(max,tkccdxxMonod（現(xiàn)代細胞生長動力學(xué)的奠基人）方程（1942年）： S-1 (6)l與米氏方程形式一致。但米氏方程自反應(yīng)機理推導(dǎo)而來，而Monod方程自經(jīng)驗得出，叫唯象方程或形式動力學(xué)。sSscKcmax(2) 底物(基質(zhì))消耗動力學(xué)u比速率 （7）l 最大比基質(zhì)消耗速率；l = 細胞得率；sssssxscKcqdtdccqmax,1max, sqSXssYqmax0

18、,SXY消耗基質(zhì)的質(zhì)量生成細胞的質(zhì)量(3) 代謝產(chǎn)物生成動力學(xué)u （8）分二種情況： 胞內(nèi)代謝產(chǎn)物生成速率 （9）l 細胞內(nèi)代謝產(chǎn)物的含量l比生成速率： （10） 胞外代謝產(chǎn)物生成速率 （11）la、b、c均為常數(shù)dtdccqpxp1xpxpprcdtdrppppdtdqcbaqp2例題題葡萄糖在葡萄糖異構(gòu)酶存在時轉(zhuǎn)化為果糖的反應(yīng)機理式為： 試分別采用：（1）平衡態(tài)法；（2）擬穩(wěn)態(tài)法，求其速率方程式。PEESESkk21解（1）平衡態(tài)法 （1） 因為 （2） 所以 （3） 又據(jù)平衡假設(shè)有： （4） （5）pEESppcckckdtdcr220ESEEccc)(022ESEpESpccckckr

19、11ESEsSccckkK)(1111ESEOsSEESccckkcckkc 即： 故： （6） 式（6）代入（3），得： （7）01111)1 (EssEScckkckkcsEssEsESckkcccckkcckkc110110111sssEpEssEsEpsEspckkcckkcckcckckkcccckckkcckr11110202110021102)()(spsEOckkckkkkcck1121212)(（2）擬穩(wěn)態(tài)法接18頁的公式 題8 有一酶催化反應(yīng)，Km=2*10-3 mol.L-1，當(dāng)?shù)孜锏某跏紳舛葹?.0*10-5 mol.L-1時，若反應(yīng)進行1min，則有2%的底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)

20、物。試求出：(1) 當(dāng)反應(yīng)進行3min，底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的%是多少？此時底物和產(chǎn)物的濃度分別是多少？(2) 當(dāng)Cs0=1*10-6 mol.L-1時，也反應(yīng)了3min，Cs=？ Cp=？ (3) 最大反應(yīng)速率值為多少？ 解 (1) Xs=6%， Cs=0.94*10-5 mol.L-1, Cp=6*10-7 mol.L-1 (2) Xs=6%， Cs=0.94*10-5 mol.L-1, Cp=6*10-8 mol.L-1 (3) rmax =4.04*10-5 mol.L-1 min-1(1).因為Cs050就可稱為高溫階段 隨著堆溫的升高，最適宜溫度4565的嗜熱菌，取代了嗜溫菌，可將堆肥中

21、殘留的或新形成的可溶性有機物繼續(xù)被分解轉(zhuǎn)化，一些復(fù)雜的有機物也開始被強烈地分解。需時：38天。 此后，將進入堆肥化的降溫階段。 通常將溫度高到開始降低為止的階段，稱為主發(fā)酵期。城市垃圾好氧堆肥的主發(fā)酵期約為412天。（二次發(fā)酵或降溫階段）：2030天。后發(fā)酵也可設(shè)在專設(shè)倉內(nèi)進行。 經(jīng)高溫階段的主發(fā)酵過程，大部分易于分解和較易分解的有機物（如纖維素等）已得到分解，剩下的是木質(zhì)素等較難分解的有機物及形成的腐殖質(zhì)。 這時，微生物活動減弱，產(chǎn)熱量減少，溫度逐漸下降，嗜溫或中溫性微生物成為優(yōu)勢菌種，殘余物進一步分解，腐殖質(zhì)繼續(xù)積累，堆肥進入腐熟階段。需時：2030天。 后處理主要去除在前處理工序中還未完

22、全去掉的塑料、玻璃、陶瓷、金屬、小石塊等雜物。 去除設(shè)備主要為回轉(zhuǎn)式振動篩、磁選機、風(fēng)選機等。 堆肥過程的每道工序均有臭氣產(chǎn)生，主要有NH3、H2S、甲基硫醇、胺類等。 方法主要有：化學(xué)除臭劑除臭； 水、酸、堿溶液吸收法； 臭氧氧化法； 活性炭、沸石、熟堆肥吸附法。u 堆肥廠：至少容納6個月產(chǎn)量的貯藏設(shè)備。四、堆肥化處理過程的幾種組合形式根據(jù)城市垃圾堆肥化系統(tǒng)有無預(yù)系統(tǒng)及其組合形式可分為以下幾種形式：分選破碎破碎分選分選破碎分選分選破碎（半濕式）發(fā)酵設(shè)備各種組合形式均根據(jù)垃圾的成分、尺寸大小、資源化要求等，采用不同的發(fā)酵設(shè)備。例如：無錫機械化堆肥化處理技術(shù)采用第三種形式，天津大港機械化堆肥化處

23、理技術(shù)采用第二種形式，武漢、上海則采用第五種形式。五、影響固體廢物堆肥化的主要因素 影響的主要因素有：通風(fēng)供氧（需氧量），堆料的含水率，溫度（最主要的發(fā)酵條件），其它尚有有機物含量、顆粒度、C/N、C/P、pH值等。u（一）通風(fēng)的作用及其控制（微生物氧化分解有機物需要氧氣 ） 需氧量主要取決于：堆肥原料中的有機物含量、揮發(fā)度（%）、可降解系數(shù)（分解效率%）等。下面根據(jù)有機物氧化分解的關(guān)系式，推算理論需要量和供料的可降解度 式中： 堆肥原料成分 堆肥產(chǎn)物成分 r =1/2b-nx-3(c-ny) s=a-nw n降解效率（摩爾轉(zhuǎn)化率）322zyxw2dCbaNHnycOrHSOONHnCOdr2

24、snz21ONHCdCbaONHCzyxwONHC例題題9 用一種成分為C13H50NO26的堆肥物料進行實驗室規(guī)模的好氧堆肥化試驗。試驗結(jié)果：每1000kg堆料在完成堆肥化后僅剩下200kg，測定產(chǎn)品成分為C11H14NO4，試求1000kg物料的化學(xué)計算理論需氧量。 解 （1）計算堆肥物料的kmol質(zhì)量：C13H50NO26的千摩爾質(zhì)量為852kgW=852kgkmol-1則參加反應(yīng)的有機物摩爾數(shù)為： kmolk173.18521000（2）堆肥產(chǎn)品的物料的kmol質(zhì)量: 每摩爾參加反應(yīng)的殘余有機物的摩爾數(shù)為： （降解效率）（3）由題可知： a=31, b=50, C=1, d=26, w

25、=11,x=14,y=1,z=4，則 （4）求需氧量kmolNOHWc2244141176.022417.1200n32.19176.0131476.0505.0321nycnxbr64.221176.031nwas32173.12212drsnzWOKg5 .78132173. 12632.1964.222476. 021實際堆肥系統(tǒng)，通常提供超出計算需氧量2倍以上的過量空氣，以保證充分的好氧條件。一般，主發(fā)酵強制通風(fēng)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)為：靜態(tài)堆肥：取0.050.2 m3/minm3堆料動態(tài)堆肥: 依試驗確定。 所謂干化就是空氣受到堆肥化物料的加熱，不飽和熱空氣可以帶走水蒸氣，而干化物料的過程。干化

26、所需的空氣需要量計算如下:u題10 使用一臺封閉式發(fā)酵倉設(shè)備，以固體含量為50%的垃圾生產(chǎn)堆肥，待干至90%固體后用用調(diào)節(jié)劑，環(huán)境空氣溫度為20，飽和濕度(水/干空氣)為0.015g/g,相對濕度為75%。試估算使用環(huán)境空氣進行干化時的空氣需要量。如將空氣預(yù)熱到 60 (飽和濕度為0.152g/g)又會如何? 解 (1) 求每克固體去除的水份 假定進口和出口的溫度相同而排出的空氣量飽和狀態(tài)，則每克固體去除的水分為:)/(889.0)19.01()15.01(ggu(2) 理論空氣量： 因為環(huán)境空氣溫度為20，則 V0，空=183000(m3/t)(干空氣/干堆肥)u(3) 空氣預(yù)熱到60時,則

27、去除水分的能力為: 0.148(g/g)(水/干空氣) 則空氣需要量為: 4640(m3t-1)(干空氣/干堆肥)（1）自然通風(fēng)供氧；（2）向堆肥內(nèi)接入通風(fēng)管（用在人工法堆肥工藝）；（3）利用斗式裝載機及各種專用翻推機橫翻通風(fēng)；（4）風(fēng)機強制通風(fēng)供氧。u 實踐當(dāng)中，可通過測定排氣中氧的濃度來確定發(fā)酵倉內(nèi)氧的濃度及氧的吸收率，排氣中氧的適宜體積濃度應(yīng)為14%17%，可以此指標(biāo)來控制通風(fēng)供氧量。u（二）含水率u固體廢物的含水率主要決定于其物理組成。一般規(guī)律是：（1）有機物百分含量50%時，最適宜含水率為4550%；（2）有機物百分含量達到60%時，最適宜含水率為60%；（3）當(dāng)無機物灰分多，物料含

28、水率30%時，微生物繁殖慢，分解過程遲緩，當(dāng)含水率65%時，水就會充滿物料顆粒間的空隙，使空氣含量下降，堆肥將由好氧向厭氧轉(zhuǎn)化,溫度也急劇下降，最終形成發(fā)臭的中間產(chǎn)物(如H2S,硫醇,NH3等)。 因此，綜合堆肥化各種因素可得到適宜的水份范圍為45%60%，以55%最佳。 種類植物動物紙類布類煤灰磚瓦塑料金屬玻璃合計成分變化/%7-200.30.70.51.50.10.57085340.20.30.31.20.20.4成分典型值%150.410.3802.250.250.50.3100極限含水率/%13.80.30.70.236.10.40.010.0060.00351.5 當(dāng)堆肥原料以城市垃

29、圾為主時，若含水率偏低，可配以糞水或污泥來調(diào)節(jié)水分含量。 含水率偏低時，還可以用一定量的回流堆肥來調(diào)節(jié)水分含量。（1）回流法控制水分堆肥化發(fā)酵倉堆肥產(chǎn)物城市垃圾原料Xc,ScXr,SrXp,Sp空氣排氣Xm,Sm圖中：Xc城市垃圾原料的濕重； Xp堆肥產(chǎn)物的濕重； Xr回流堆肥產(chǎn)物的濕重； Xm進入發(fā)酵混合物物料的總濕重； Sc原料中的固體含量（質(zhì)量分數(shù)）%； Sp=Sr堆肥產(chǎn)物和回流堆肥的固體含量（質(zhì)量分數(shù)）%； Sm進入發(fā)酵倉混合物的固體含量% 堆肥化發(fā)酵倉堆肥產(chǎn)物城市垃圾原料Xc,ScXr,SrXp,Sp空氣排氣Xm,Smu根據(jù)物料平衡計算 濕物料平衡式 （1） 干物料平衡式 （2）mr

30、cXXXmmrrCcXSXSXS堆肥化發(fā)酵倉堆肥產(chǎn)物城市垃圾原料Xc,ScXr,SrXp,Sp空氣排氣Xm,Sm將式（1）代入式（2）得 （3） （4） （5） )(rcmrrccXXSXSXS)()(cmcmrrSSXSSX)()(mrcmrSSSSXcX令Rw=回流產(chǎn)物濕重/垃圾原料濕重，稱為回流比。則 （6） （7） 如令Rc=回流產(chǎn)物的干重/垃圾原料干重，即 （8）crwXXRmrcmcrwSSSSXXRccrrdXSXSR方程（3）兩邊同除以 ，得 （9） （10）故： （11）用方程式（7）和（11）可分別計算以濕重和干重為條件的回流比。ccXSdrmcmrrccrmcccmdRS

31、SSSSSXSXSXSSSR11)1(cmrmdSSSSR)1()1(rmcmdSSSSR題11 擬采用堆肥化方法處理脫水污泥濾餅，其固體含量Sc為30%，每天處理量為10 t(以干物料基計算)，采用回流堆肥（其Sr=70%）起干化物料作用，要求混合物Sm為40%。試用兩種基準(zhǔn)計算回流比率，并求出每天需要處理的物料總量為多少噸？ （2）添加調(diào)理劑控制水分 若用調(diào)理劑控制堆肥混合物的水分，只需將物料平衡及計算關(guān)系式中的Xr和Sr替換為Xa和Sa即可求解。 Xa有機調(diào)理劑的總濕重; Sa調(diào)理劑的固體含量，質(zhì)量分數(shù)%。 題12 設(shè)污泥中加入回流堆肥和調(diào)理劑以控制濕度。選用的有機調(diào)理劑為鋸末，其固體含

32、量Sa=70%，脫水泥餅和回流堆肥中分別含25%和60%的固體。污泥餅、堆肥和調(diào)理劑按比例1：0.5：0.5濕重混合。試求： （1）混合物的固體含量(質(zhì)量分數(shù))； （2）若不用回流堆肥，要得到相同的混合物固體含量，所需調(diào)理劑的量為多少。(三) 堆肥過程的溫度及其控制溫度是影響堆肥化微生物活動和堆肥工藝過程的最重要因素之一。堆肥過程溫度上升的熱源，來自堆肥中微生物分解有機物進行分解代謝釋放出的熱量。堆肥化過程溫度的變化速率，與氧氣的供應(yīng)狀況、發(fā)酵裝置及保溫條件等有關(guān)。堆肥溫度與微生物生長的關(guān)系如下表： 表表3 堆肥溫度與微生物生長的關(guān)系堆肥溫度與微生物生長的關(guān)系溫度對微生物生長的影響溫度/嗜溫菌

33、嗜熱菌常溫38激發(fā)態(tài)不適用3845抑制狀態(tài)可開始生長4555毀滅期激發(fā)態(tài)5560不適用(菌群萎退)抑制狀態(tài)(輕微)6070抑制狀態(tài)(明顯)70毀滅期由表3可以看出： 堆肥溫度既不能太低，也不能太高。低了反應(yīng)速率慢，也不能達到熱滅活、無害化要求。高溫除反應(yīng)速率快外，又可將蟲卵、病原菌、寄生蟲等殺滅，達到無害化要求。所以一般采用高溫堆肥。 溫度過高，當(dāng)70時，放線菌等有益菌將被殺死，不利于堆肥過程進行。 最適宜溫度為5560。表表4 不同通風(fēng)條件下發(fā)酵溫度的變化不同通風(fēng)條件下發(fā)酵溫度的變化/ 天數(shù)不同溫度1 2 3 4 5 6 7 8 9 100.02m3/(minm3)池內(nèi)溫度上中下11 12

34、38 49 49 41 33 39 41 4219 19 25 50 65 61 55 54 55 5713 32 39 56 56 66 61 60 61 550.2m3/(minm3)池內(nèi)溫度上中下60 70 72 78 76 64 62 62 58 4036 70 76 75 79 77 73 73 69 7140 65 71 73 71 75 73 73 70 710.48m3/(minm3)池內(nèi)溫度上中下48 60 61 62 59 51 5558 66 72 74 77 72 72 7426 34 42 50 76 71 50 50u由表4可以看出：（1）通風(fēng)量為0.02 m3/(

35、minm3)時，堆層升溫緩慢而且均勻，上層達不到無害化要求;（2）通風(fēng)量為0.2 m3/(minm3)時，升溫迅速，而且均勻，雖然由于熱慣性，溫度上限(70)被突破，但可通過改善池底通風(fēng)性、中間補加水等措施，溫度可得到改善；（3）通風(fēng)量為0.48 m3/(minm3)時，因為風(fēng)量過大，大量熱通過水分蒸發(fā)而散失，使堆溫不適當(dāng)?shù)亟档?，不利于反?yīng)進行。另外，通風(fēng)量大使能耗增加，從而增加處理成本。u因此，一次發(fā)酵平均通風(fēng)量選為0.2 m3/(minm3)。與前述靜態(tài)堆肥所取的通風(fēng)經(jīng)驗數(shù)據(jù)符合：0.050.2 m3/(minm3)。 實際過程中，溫度的控制是通過溫度通風(fēng)反饋系統(tǒng)來完成溫度的自動控制。 實

36、際上，堆肥溫度除與堆肥物料的成分、含水率、微生物活性、通風(fēng)量等因素相關(guān)外，還與發(fā)酵裝置的類型以及操作方式有關(guān)。 例如，氣固接觸方式不同，發(fā)酵過程中的溫度也不同。如圖所示： Ts-固相溫度；Tg-氣相溫度裝置長度方向1氣固并流接觸2氣固逆流3氣固錯流TsTgTTTgTsTggsg（1）若為并流操作，氣固相溫差小，出口溫度高，此類型裝置對水分蒸發(fā)有利，有較廣的溫度范圍，裝置內(nèi)適宜溫度不易控制。（2）若為氣固逆流接觸，裝置進口處反應(yīng)速度快，固體物料溫度升高，熱效率好，但出口的氣/固相溫度皆低,帶有水分少。此裝置內(nèi)溫度也不易控制。（3）錯流接觸時，裝置內(nèi)各部分的通氣量可通過閥門適當(dāng)調(diào)整，易于控制適宜溫

37、度及熱效率，也可帶走水分，是實現(xiàn)適宜溫度的最有利的裝置形式。（四）其它影響因素分析 研究表明，高溫好氧堆肥中，最適宜的有機物變化含量范圍為2080%，太小太大都不合適。當(dāng)80%時，因為此時對通風(fēng)量要求很高，往往達不到完全好氧而產(chǎn)生惡臭，也不能使好氧堆肥工藝順利進行；實踐證明，在堆肥過程中適量的無機物（煤灰等）對增大堆肥的孔隙率，提高通風(fēng)供氧的效率很有好處。 堆能化所需的氧氣是通過堆肥原料顆粒的空隙提供的，而空隙的大小則取決于顆粒的大小。 物料顆粒的平均適宜粒度為：1260mm，當(dāng)然最佳粒徑隨垃圾的物理特性而變化.l紙張、紙板的平均尺寸要求在3850 mm之間；l材質(zhì)較硬的廢物粒度要求小些，在5

38、10 mm之間；l廚房食品的垃圾為主的廢物，其尺寸要大一些，以免破碎成漿狀物料，防礙好氧發(fā)酵；l從經(jīng)濟方面考慮，破碎得越小，動力消耗越大，增加處理費用。 城市垃圾作為堆肥原料時，最佳的C/N比為（2635）:1 各堆肥原料的各堆肥原料的C/N比為比為: 鋸木屑: 3001000 秸桿： 70100 垃圾： 5080 人糞： 610 牛糞： 826 豬糞： 715 雞糞： 510 廢水污泥： 515 活性污泥： 58因此，當(dāng)用秸桿、垃圾堆肥時，需添加C/N比低的廢物或氮肥，以使C/N調(diào)到較低水平。C/N比太低（40:1）時，可供消耗的碳元素多，氮素養(yǎng)料相對缺乏，細菌和其它微生物的發(fā)展受到限制，有

39、機物的分解速度就慢，發(fā)酵過程加長；若C/N比更高，則導(dǎo)致堆肥產(chǎn)品的C/N比也高，施入土壤后，將奪取土壤中的氮素，影響作物生長。如： C/N 所需時間（天） 20 912 3050 1019 78 21 80 堆肥化不能進行u堆肥化適宜的C/P比為75150。upH在7.58.5時，可獲得最大的堆肥速率。pH在堆肥過程中隨著時間和溫度的變化而變化。六、堆肥化設(shè)備及工藝系統(tǒng)u隨著堆肥技術(shù)在污泥、城市固體廢棄物、庭院廢棄物和食品廢棄物等處理中的廣泛應(yīng)用，與之相關(guān)的堆肥設(shè)備得到了極大的發(fā)展。例如，采用強制通風(fēng)靜態(tài)垛系統(tǒng)，處理規(guī)模為10,400干污泥/年的堆肥工廠，總投資為6,388,600，其中設(shè)備費

40、用為4,380,200；采用反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)()，處理規(guī)模為18干污泥/日的堆肥工廠，總投資為14,700,000，其中設(shè)備費用為87,800,000。堆肥設(shè)備包括物料處理、翻堆、反應(yīng)器和除臭設(shè)備。物料處理設(shè)備包括粉碎、混合、輸送和分離設(shè)備。它主要有沖擊磨、破碎機、槽式粉碎機、水平旋轉(zhuǎn)磨和切割機,主要用來處理城市固體廢棄物、廢紙、波紋薄紙板、灌木和庭院廢棄物等?？筛鶕?jù)處理性能、維護要求、投資及運行費用選擇這些設(shè)備。粉碎設(shè)備運行時最需要注意的是安全問題。它主要有斗式裝載機、肥料撤播機、攪拌機、轉(zhuǎn)鼓混合機和間歇混合機?；旌显O(shè)備直接影響物料的結(jié)構(gòu)，這關(guān)系到堆肥過程能否順利進行，因此，混合設(shè)備是物料處理

41、設(shè)備中最重要的一部分。可從工程和經(jīng)濟兩方面評價混合設(shè)備，工程評價內(nèi)容主要是不同配比的物料混合物容重、孔隙率和空氣阻力；經(jīng)濟評價包括設(shè)備投資和運行費用。經(jīng)濟評價表明：混合設(shè)備運行費用的大小依次為攪拌機斗式裝載機移動式混合設(shè)備。該類設(shè)備的設(shè)計要考慮物料特性(重量、體積、密度和含水率)、輸送路線及距離、輸送機功能及參數(shù)、輸送機投資及運行費用。它包括帶式輸送機、刮板輸送機、活動底斗式輸送機、螺旋輸送機、平板輸送機和氣動輸送系統(tǒng)。反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)宜采用螺旋輸送機，不宣采用履帶輸送機。輸送設(shè)備運行時遇到的主要問題是物料壓實或堵塞、溢漏和設(shè)備磨損。分離設(shè)備有三個作用：回收物品、減少惰性廢物和化學(xué)廢物。污泥堆肥

42、系統(tǒng)中的分離設(shè)備主要是篩分設(shè)備，常用的有滾筒篩、振蕩篩、跳篩、可伸縮帶篩、圓盤篩、螺旋槽篩和旋轉(zhuǎn)篩?？筛鶕?jù)處理性能、是否易堵塞、投資及運行費用選擇篩分設(shè)備，分離效率是選擇篩分設(shè)備的重要依據(jù)(分離效率須大于70%)。堵塞是篩分設(shè)備運行過程中遇到的最大問題，滾筒篩和跳篩較好地解決了這個問題。因成分復(fù)雜，城市固體廢物堆肥系統(tǒng)需采用多種分離技術(shù)(表1)。條垛堆肥系統(tǒng)的翻堆設(shè)備分為三類：斗式裝載機或推土機、垮式翻堆機、側(cè)式翻堆機。翻堆設(shè)備可由拖拉機等牽引或自行推進。中、小規(guī)模的條垛宜采用斗式裝載機或推土機；大規(guī)模的條垛宜采用垮式翻堆機或側(cè)式翻堆機。垮式翻堆機不需要牽引機械，側(cè)式翻堆機需要拖拉機牽引。美國

43、常用的是垮式翻堆機，而側(cè)式翻堆機在歐洲比較普遍。這三類翻堆設(shè)備的優(yōu)缺點見表2。根據(jù)反應(yīng)器類型、固體流向、反應(yīng)器的床層和空氣供給方式進行分類：反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)可分為垂直固體流和水平及傾斜固體流兩類。同條垛和強制通風(fēng)靜態(tài)垛堆肥系統(tǒng)相比，反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)具有堆肥產(chǎn)品質(zhì)量高、操作人員少、有效的堆肥過程控制和臭味控制、空間限制少、環(huán)境影響小等優(yōu)點?？筛鶕?jù)處理性能、是否有大規(guī)模運行的經(jīng)歷、系統(tǒng)可靠性和靈活性、停機維修時間、投資和運行費用、生產(chǎn)廠家的售后服務(wù)選擇反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)。反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)不同，它們的通風(fēng)方式及通風(fēng)設(shè)備的參數(shù)也不同。臭味問題關(guān)系到一個堆肥工廠能否正常運行，有效的臭味控制是衡量堆肥工廠成功運轉(zhuǎn)的

44、一個重要標(biāo)志?？刂瞥粑吨辽俦仨毑扇?種措施：(1) 堆肥過程控制；(2) 調(diào)查可能的臭味來源；(3) 臭味收集系統(tǒng)；(4) 臭味處理系統(tǒng)；(5) 殘留臭味的有效擴散。堆肥過程控制是減少臭味產(chǎn)生的關(guān)鍵因素，但不能完全有效地控制臭味。根據(jù)臭味來源的調(diào)查結(jié)果，建立適當(dāng)?shù)某粑妒占吞幚硐到y(tǒng)。臭味處理系統(tǒng)包括化學(xué)除臭器、生物過濾器等。西雅圖固體廢物公用事業(yè)局于1986年在美國第一次實施堆肥大師計劃，標(biāo)志著家庭堆肥的開始，該計劃主要是采用堆肥技術(shù)處理庭院廢棄物和食品廢物。1995年，41%西雅圖居民家庭實行了家庭堆肥，分流了約8300噸庭院廢棄物，其中的82%堆肥用于庭院綠化。有研究表明,在Ontario

45、的Mississauga地區(qū)，路邊收集、集中堆肥和家庭堆肥的處理費用分別為140/、190/和50/。而且家庭堆肥可以減少試驗區(qū)居民垃圾量的3%-5%。同集中、大規(guī)模的堆肥系統(tǒng)相比，家庭堆肥具有顯著的優(yōu)點：費用低和固體廢物源頭減量化。在西雅圖，用于食品廢物的家庭堆肥器有兩種：蚯蚓箱和錐形桶。過去常用的是蚯蚓箱，現(xiàn)在流行的是錐形桶，錐形桶高約0.9，內(nèi)有一個高度為0.46的籃子，它能容納一個三口之家在6-9個月之內(nèi)產(chǎn)生的食品廢物。用于庭院廢棄物的家庭堆肥器有兩種：0.343和0.593。制造家庭堆肥器的材料為木材、再生聚乙烯和不銹鋼。堆肥系統(tǒng)由于經(jīng)濟、臭味控制和場地的原因，大型反應(yīng)器、強制通風(fēng)靜

46、態(tài)垛和條垛堆肥系統(tǒng)受到了極大的限制，因此，適于現(xiàn)場操作的可移動、小容量反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)便應(yīng)運而生。例如，英國County Mulch Co.建造了兩套可移動堆肥系統(tǒng)(容積為30.584-38.233)，形狀類似滾式集裝箱，進料采用斗式裝載機，出料時吊車把集裝箱吊起，物料從集裝箱的后門倒出來。采用計算機控制溫度和氧含量。雖然該類系統(tǒng)只出現(xiàn)了幾年，但它正得到小型污水處理廠、食品行業(yè)、餐飲業(yè)、社區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院、研究所和商業(yè)團體等得到越來越廣泛的注意和應(yīng)用。目前它主要用于食品廢物處理。市售小容量反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)有箱式系統(tǒng)、攪拌倉和旋轉(zhuǎn)消化器等，但目前最常用的是箱式堆肥系統(tǒng)，該系統(tǒng)可間歇或連續(xù)操作，具有良好

47、的過程控制、投資和運行費用低、設(shè)備簡單、易于操作和組裝等優(yōu)點，但它最大的優(yōu)點是為那些沒有足夠場地的團體或單位提供了一種處理有機廢物的技術(shù)，目前美國和加拿大分別有50和25個箱式堆肥系統(tǒng)運行。固體廢棄物的源頭越來越分散，產(chǎn)生的量也越來越多，那么堆肥設(shè)備應(yīng)用的范圍將逐步擴大。對于不同的固體廢棄物，需采用和開發(fā)不同的堆肥設(shè)備。隨著固體廢棄物堆肥處理的發(fā)展，家庭堆肥器和小容量反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)應(yīng)運而生。一方面，家庭堆肥器從源頭減少了固體廢棄物的處理量；另一方面，小容量反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)為那些沒有足夠場地和固體廢棄物產(chǎn)生量少的團體提供了一種處理有機廢物的技術(shù)?？傊逊试O(shè)備的發(fā)展趨勢是小型化、移動化和專用化。七、堆肥腐熟度的評價指標(biāo)u 已經(jīng)講過，固體廢物的堆肥化，是使廢物中能分解的有機物借微生物分解、經(jīng)腐殖化，最后達到穩(wěn)定化的過程。u 堆肥化過程進行到什么程度，被認為已穩(wěn)定化、腐熟化哪？u 腐熟度腐熟度即是衡量堆肥進行程度的指標(biāo)。u堆肥腐熟的基本含意為：