第三章 固体废物的生物处理技术10

第3章固体废物的生物处理技术一、堆肥基础知识1、用于堆肥的固体废物城市固体废物、农业固体废物、污泥、粪便等2、堆肥化的分类厌氧堆肥（发酵）好氧堆肥条垛式堆肥发酵仓式堆肥反应器式堆肥3、堆肥条件控制（1）水分（2）氧含量（3）C/N（4）温度堆肥温度、水分和通风间的关系二、堆肥技术要点1、调理剂（1）调理剂分类：①微生物接种剂②营养调节剂：起爆剂；N、P、K；重金属钝化剂③调理剂：降低含水率，堆成品回流或加干物料④膨胀剂：（2）调理剂的作用①调节C/N比②调节水分③调节堆体的自由空域（堆体中的空气体积与堆体总体积之比，FAS），堆肥合适的FAS值约为30%④减少臭味的产生与散发⑤减少养份的损失：影响氮素损失的因素主要有：物料的pH值、C/N、通风和是否添加覆盖层等⑥调节重金属活性2、氮的转化（1）氨化作用有机氮化物在微生物的分解作用下释放出氨的过程,称为氨化作用。堆肥过程中的含氮有机物主要包括蛋白质、核酸、尿素、尿酸和几丁质等,它们都可以被各种细菌、放线菌和真菌完全或部分降解,并释放出氨。通常堆肥过程的所有条件几乎都适合氨化微生物的生存。含氮有机物的氨化贯穿蛋白质降解的全部过程,在堆肥过程的几个阶段都有发生。（2）硝化作用把NH3或NH4+氧化成NO3-的过程称为硝化作用。硝化作用分为两个阶段,第一阶段是由亚硝化细菌将NH4+氧化成NO2-;第二阶段是由硝化细菌的作用把NO2-氧化成NO3-;亚硝化细菌和硝化细菌都是化能自养菌。除了自养硝化,也存在真菌的异养硝化,但在硝化作用中所占的比例比较低。硝化过程的最佳温度大约在25~35℃之间。硝化的最佳pH为8.5,但如果考虑微生物的耐受极限,两步的pH是不同的,NH4+氧化:7.5~9.5;NO2-氧化:5.5~10.5。pH6时,硝化作用强度明显下降。硝化作用需要足够O2的供给,O2的有效性决定硝化过程的速度,堆肥过程由于压缩和浸湿限制了通风也抑制硝化作用。（3）反硝化作用在厌氧条件下,微生物还原NO3-为NO2-、NH4+、NO、NO2、N2O、N2等的过程被称为反硝化作用。反硝化作用包括同化硝酸盐还原作用和异化硝酸盐还原作用。前者是指NO3-用作微生物氮源时,它被还原成NH4+,然后合成有机氮，此过程消除了堆肥过程中NO3-易流失、淋洗的途径。后者常被称为脱氮作用或狭义的反硝化作用。其主要过程如下:（4）无机氮化合物的固定作用从无机氮化合物到有机氮化合物的转变被称为氮的生物固定。微生物蛋白在整个堆肥过程中形成,微生物利用NH4+作为氮源合成蛋白质。如果NH4+不是可直接利用,需要将NO3-和NO2-盐转化成NH4+提供氮源。而且,整个堆肥过程中产生的腐殖质物质能结合含氮化合物。堆肥过程中能控制氨化过程发生的因素,都有利于固定过程的进行,从而也起到减少氮素挥发损失的作用。（5）气态含氮化合物的排放NH3的排放：受通风量、温度和pH影响N2O的排放：硝化和反硝化均会导致N2O的排放3、通风（1）通风方式堆肥通风方式可分为:自然通风、翻堆、被动通风、强制通风等。自然通风、翻堆、被动通风方式常用于条垛式堆肥系统,强制通风方式常用于强制通风静态垛和大多数反应器堆肥系统。（2）通风控制方式①时间控制②时间—温度控制：初期由时间控制器控制，后期温度控制③O2或CO2含量的反馈控制④温度和O2含量反馈控制（3）通风速率（4）通风对堆肥的作用①通风对堆体温度的影响②通风对氮、磷转化的影响通风方式对NH3挥发有显著的影响,NH3挥发量与通风量呈线性关系,即随着通风量的增加,NH3挥发量也不断增加;在间歇通风与连续通风堆肥过程所排放的气体中,前者NH3挥发量更大。③通风对能耗的影响4、堆肥微生物（1）堆肥过程中微生物数量的变化（2）堆肥过程中微生物种群的变化三、堆肥化研究进展和发展趋势1、研究进展（1）堆肥设备与工艺研究进展开放式堆肥系统：被动通风条垛式堆肥、强制通风静态垛发酵仓堆肥系统：搅动固定床式、旋转仓式堆肥工艺：一次发酵阶段：含水率45%-60%，C/N为25-35，温度55-65℃，周期3-10d；二次发酵阶段：含水率＜40%，温度＜40℃，周期30-40d（2）堆肥化微生物学研究进展一是采用传统的基于生理功能的筛选方法从堆肥或其它生态系统中选育高效菌株，并可能通过菌种的遗传变异或基因重组寻找高效菌株，开发适应性强、高效的堆肥菌剂；二是进一步研究堆肥化中某些有机质的微生物降解机理，特别是较难降解的物质，如木质素、纤维素和半纤维素等，为菌剂开发、过程控制、腐熟度快速检测及堆肥技术的推广应用打下生物学基础；三是改善固体废物颗粒间隙微生物生长繁殖以及生化降解反应的微生态环境，使之更有利于微生物对有机垃圾的分解反应。（3）堆肥化控制研究进展臭气控制重金属污染防治渗滤液控制与处理（4）堆肥产品和技术的应用研究堆肥产品的应用研究堆肥处理有机物污染介质：静态曝气堆、条形堆和堆肥反应器，可处理石油类、硝基芳香烃（炸药类）、卤代有机物、多环芳烃、人工合成有机物（农药、洗涤剂、防腐剂和染料等）、环境激素类和抗生物降解物等。2、堆肥化发展趋势（1）堆肥化微生物研究趋势木质素在堆制过程中的降解机制研究；针对固态发酵、复杂堆肥环境，探寻适宜的酶活测定方法；运用现代生物学技术构建更多更加高效的降解菌；探索木质素降解菌与其它生物类群的生态系统关系，尽可能地减小微生物间的拮抗作用（2）堆肥化控制研究趋势人工智能控制技术在堆肥控制中的研究；堆肥传感器的研究和开发；堆肥臭气的控制；堆肥中重金属的控制（3）堆肥产品和技术应用研究趋势堆肥产品：优化堆肥化过程控制；堆肥产品深加工堆肥技术：堆肥处理有机污染物质