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第八章 固体废物
的生物处理
固体废物处理与处置
厌氧发酵制沼气
2
好氧生物降解制堆肥
1
第八章 固体废物的生物处理
8.1 好氧生物降解制堆肥
8.1.1 堆肥的概念
8.1.2 堆肥的原理
8.1.3 堆肥过程影响因素
8.1.4 堆肥工艺分类
8.1.5 堆肥的基本程序
8.1.6 堆肥发酵装置
8.1.7 堆肥质量
8.1 好氧生物降解制堆肥
现如今堆肥发酵已实现机械化和自动化,并且已发展到以城市生活垃圾、污水处理厂的污泥、人畜粪便、农业废物及食品工业废物等为原料。
表8.1 常见可生物降解处理的固体废物种类和来源
固体废物种类
主要来源
城市固体废物
主要有污水处理厂剩余污泥和有机生活垃圾
工业固体废物
主要包括含纤维素类固体废物、高浓度有机废水、发酵工业残渣(菌体及废原料)
畜牧业固体废物
主要指禽畜粪便
农林业固体废物
主要是农作物秸秆、壳、蔗渣、棉杆、棉壳、向日葵壳、玉米芯、油茶壳等
水产业固体废物
主要指海藻、鱼、虾、蟹类加工后的废物
泥炭类
包括褐煤和泥炭
8.1.1 堆肥的概念
堆肥(composting)的基本概念包括两方面的含义,即堆肥化和堆肥产物。
堆肥化是在控制条件下,在不同阶段,通过不同微生物群落的交替作用,使有机废物逐步实现生物降解,最终形成稳定的、对环境无害的类腐殖质复合物的过程。
8.1.1 堆肥的概念
堆肥的作用包括:
①使土质松软,多孔隙易耕作,增加保水性、透气性及渗水性,改善土壤的物理性状;
②增加土壤有机质,提高带负电荷的腐殖质含量,促进阳离子养分的吸附,提高土壤保肥能力;
③堆肥腐殖质中某些组分具有螯合能力,能抑制对作物生长不利的活性铝与磷酸结合;
8.1.1 堆肥的概念
④堆肥是缓效性肥料,不对农作物产生损害;
⑤堆肥的腐殖质成分能够促进植物根系的伸长和增长;
⑥将富含微生物的堆肥施于土壤之中可增加土壤中微生物数量,改善作物根系微生物条件,促进作物生长和对养分的吸收。
8.1.2 堆肥的原理
⑴好氧堆肥原理
现代化堆肥工艺,特别是城市生活垃圾堆肥工艺,大都是好氧堆肥。
图8.1 堆肥反应过程原理示意图
8.1.2 堆肥的原理
此过程原理可用反应式分别表示:
①有机物的氧化
不含氮有机物(CxHyOz)的氧化
(8-1)
含氮有机物(CsHtNuOv·aH2O)的氧化
(8-2)
8.1.2 堆肥的原理
②细胞质的合成(包括有机物的氧化,并以NH3做氮源)
(8-3)
③细胞质的氧化
(8-4)
8.1.2 堆肥的原理
堆肥过程中主要经历两次升温,将其分为三个阶段:起始阶段、高温阶段和熟化阶段。每一阶段各有其独特的微生物类群。
①起始阶段
堆制初期,堆层呈中温(15~45℃),故也称为中温阶段。此时,嗜温菌活跃,并利用可溶性小分子物质(糖类、淀粉等)不断增殖。
8.1.2 堆肥的原理
②高温阶段
堆层温度上升至45℃以上,进入高温阶段。此时,嗜温菌活性受到抑制,甚至死亡,而嗜热菌逐渐替代嗜温菌,并迅速繁殖。
图8.2 微生物活性示意图
a-微生物活性曲线;b-O2利用率
8.1.2 堆肥的原理
③熟化阶段
冷却后的堆肥中,新的嗜温菌再占有优势,借助残余有机物(包括死掉的细菌残体)而生长,堆肥进入腐熟阶段,堆肥过程最终完成。
因此,堆肥过程既是微生物生长、死亡过程,也是堆肥物料温度上升和下降的动态过程。
8.1.2 堆肥的原理
⑵厌氧堆肥原理
厌氧堆肥是在缺氧条件下利用厌氧微生物进行的一种腐败发酵分解。
第一阶段是产酸阶段,以乳酸菌分解有机物为例:
第二阶段为产甲烷阶段。甲烷菌把有机酸继续分解为甲烷气体。
8.1.3 堆肥过程影响因素
⒈ 有机物含量
①对生活垃圾进行预处理,通过破碎、筛分等工艺去掉原料中的部分无机成分,使城市垃圾中有机物含量提高到50%以上。
②堆肥前可向垃圾原料中掺入一定比例的稀粪、城市污水、畜粪等。在这些掺进物中,以掺稀粪者为最多,最主要的理由是既可增加堆肥原料中的有机物含量,又可调节原料的含水率,同时又解决了现代城市粪便处理或下水污泥处理的出路问题。
8.1.3 堆肥过程影响因素
⒉ 供氧量
对于好氧堆肥,氧气是微生物生存的必需条件,供氧不足会造成大量微生物死亡,使分解速度减慢,如果提
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