堆肥科学与技术-第一章-绪论

堆肥科学与技术应用生物科学我们必须与其他生物共同分享我们的地球，为了解决这个问题，我们发明了许多新的富于想象力和创造力的方法，随着这一形势的发展，一个要反复提及的话题是：我们是在与生命（活的群体，他们经受的所有压力和反压力，他们的兴盛与衰败）打交道。《寂静的春天》阳光排泄吸收生产者植物光合微生物消费者草食动物肉食动物寄生动物杂食动物分解者微生物无机环境CO2、H2O、NH3、PO43-人类社会经济基础上层建筑货币QQQ生命（营养物质的循环）--微生物生物转化biotransformation生物降解biodegradation第一章绪论一、固体废物堆肥化概述二、固体废物堆肥化研究进展三、固体废物堆肥化发展趋势一、固体废物堆肥化概述堆肥化（composting）--过程Composting—compositum（mixture）堆肥（compost）--产物堆肥技术是对农业废弃物资源化、无害化处理的重要技术之一。堆肥过程的实质是利用微生物进行固体发酵的过程，堆肥技术的实质则是创造一个适宜微生物生长繁殖的条件。堆肥的作用废弃物的无害化、减量化土壤调节剂（改良剂）处理动物遗体（病原）生产食用菌通过控制发酵条件促进发酵进程向人类需要的方向进行，以便产生有益、无害的发酵产品。然而，固体发酵过程中微生物作用过程非常复杂，人类对于堆肥过程中的微观原理和知识依然了解的不够透彻，这无疑阻碍了堆肥技术的应用效果。（一）固体-农业-废弃物的分类与特点农业废弃物（agriculturewastes）：农业废弃物包括植物类废弃物（农林生产过程中产生的残余物）、动物类废弃物（牧、渔业生产过程中产生的残余物）、加工类废弃物（农林牧渔业加工过程中产生的残余物）和农村城镇生活垃圾等四大类。通常农业废弃物主要指农作物秸秆和畜禽粪便。按成分来分包括：①植物纤维性废物；②人畜禽排泄物。按来源来分：①农田和果园残留物（如秸秆、杂草、枯枝落叶、果壳果核等）；②牲畜和家禽的排泄物及畜栏垫料；③农产品加工的废弃物和污水（稻壳、玉米芯、果汁渣等）；④人粪尿和生活废弃物。可再生性：可利用性：可储存性：污染性：污染----资源是当今生态农业研究和推广的重要内容之一。（二）我国的农业废弃物我国的农业废弃物呈现出四大特点，即数量大、品质差、价格低、危害多的污染特点。每年产生的废弃物数以亿吨计，同时发生的污染事件也在逐年增加。秸秆类废弃物畜禽粪便类废弃物（三）主要农业废弃物污染对环境的影响1.农业秸秆污染现状与危害2.禽畜粪便污染现状与危害（四）农业废弃物主要处理技术堆肥（肥料化技术）生产食用菌生产饲料获取能量（五）农村废弃物综合利用存在的问题资源总量不清没有高度重视技术装备落后缺乏政策法规（六）我国农业废弃物资源化利用的意义消除日益严重的环境污染保持和提高耕地土壤质量解决农村的能源短缺和保护生态环境生物质能为国家能源和电力紧张做贡献（七）国外农业废弃物资源化处理现状农业废弃物用于处理废水农业废弃物用于清洁油污地面农业废弃物开发作为能源农业废弃物用作饲料原料、发电燃料及用来生产液体燃料农业废弃物制作复合材料二、固体废物堆肥化研究进展（一）堆肥的发展历史人类利用有机固体废物生产堆肥，已有几千年历史（人类文明化、城镇化）。新石器时代人类开始改变生活方式（狩猎和采集）转为种植和饲养，开始城镇似的定居生活。6000年前的闪族人在房屋后挖槽放置废物，并被用于农田。早期的文明起源于中国、南美、印度等地区开始使用农业废物，人和动物排泄物堆积后用作肥料。发现公元前1800~1200年（古希腊文明），克诺索斯，克里特，米诺斯，迈锡尼城市的具有一个类似的功能的大型坑用于堆肥。堆肥的发展历史（古代）1925年，阿尔贝·霍华德在印度将树叶、垃圾、动物及人的粪尿等堆积成1.5m高的土堆，翻堆2次，共进行6个月的厌氧发酵。印多尔法（IndoreProcess）之所以成功是因为堆体会像预言的一样可以发热，而且不会腐败。该方法的科学性表现在基质有了配方，另外有了操作的步骤描述。后来，又进一步改良成将废物与粪便多层交互重叠堆积，并进行多次翻堆，堆积4～6个月，这就是Bangalore法。堆肥的发展历史（现代）之后，对印多尔法进行了大量研究，提出了一些修改的方法，并评估了成品堆肥作为肥料的使用。印多尔法一个重要的修改，是转向更频繁的翻堆，以保持有氧条件，从而实现更快速降解，缩短堆肥时间。1932年荷兰VAM公司建立了欧洲第一个改良印多尔法的规模堆肥工厂，其工艺称为范曼奈法（vanMannen），是将垃圾用水调节后，在室外堆积4-8月（厌氧分解），然后破碎、分选。1926至1941年，瓦克斯曼和他的同事们在北卡罗来纳州农业实验站，进行相关研究，并得出有关温度对分解率影响的重要发现。并研究微生物对有机质的降解。１９４９出版“PrinciplesofComposting”从1950年到1955年，Golueke并在加州大学伯克利分校他的同事进行的城市垃圾（食物残渣和其他可生物降解的物质）混合堆肥，他们的研究结果对现代堆肥科学原理具有重要意义。罗代尔是另一位堆肥科学的先驱。1942年，他创办了《有机庭园》杂志，并于1950年出版《堆肥全书》，在他的影响下于1960年春天创办了《堆肥科学》，并在1981年重新命名为《生物循环》，目前《生物循环》已成为堆肥工业的旗帜性杂志。同时，在印度，中国，马来西亚及其他国家，特别是在欧洲，投入了相当大的努力改进早期的堆肥方法并使堆肥过程机械化。创新几种机械。目的是：用一些材料结构将堆肥物料封闭，使堆肥过程更美观；缩短获得稳定堆肥的时间；使其更加经济。贝卡利（Beccari）法1922年在意大利取得专利。这是一种封闭系统，这种方法先使固体有机物厌氧发酵，然后送空气促其好氧发酵。作为此种方法改良的维尔德利尔（verdlier）法，使厌氧发酵的渗出液循环使用，再充分供给空气，以促进物料早期熟化。博达斯法是依靠插入管子进行堆内充分的通风，不用厌氧发酵，发酵周期可缩短20d左右。1939年，厄普·托马斯法在美国取得了专利。这种方法用多段竖炉发酵仓，发酵仓内物料从上至下逐层移动，加强了发酵过程中的通风和搅拌强度，使得发酵温度高，同时接种特种细菌而使堆肥时间缩短1～3个月。该法的出现促使高温堆肥迅速发展。1949年美国的弗兰泽法将腐熟的堆肥制品掺人发酵堆肥中，重复使用，可省去接种特种细菌。此后，美国又相继研制出了采用密闭发酵槽进行堆肥的福列萨法和箱型间歇堆肥等新工艺Hardy反应器（1960）70年代以后，许多堆肥工艺不断得到完善，一些新的工艺也被开发出来，如1972~1973年间美国农业部马里兰州的农业研究中心开发的通气静态堆工艺，也称贝特斯维勒（BELTSVILLE）工艺。该工艺在美国得到了广泛应用，1990年有超过76座设备在运行。1933年，在丹麦出现了达诺（Dano）法。它是一种运用回转窑发酵筒进行好氧发酵的方法，特点是发酵周期短，一般只用3～4d。Livorno,意大利300t/dSutton,英国530t/dManchester,英国2,400t/d日本的立式多层搅拌床（即塔式工艺）爱温森（EWESON）转鼓式反应器系统比尔德(Beard)筒仓工艺（二）堆肥在我国的发展历史（古代）《泛胜之书》公元前1世纪的西汉末期《齐民要术》公元550年左右作于东魏时期，强调要用熟粪《陈旉农书》公元1149年南宋善其根苗篇说：「要种稻，必须先搞好秧田。……若用麻枯（麻子榨油的残渣）尤其好。但麻枯不好使用，需要细细打碎，和火粪混和堆积，像做麴的样子；等候它发热（因发酵而生热），生鼠毛（发霉如鼠毛状），就摊开中间热的放在四傍，把四傍冷的放在中间，再堆积起来；如此三四次，一直等到不发热，才可以使用，否则就要烧杀秧苗的。」1591年就出现了“蒸粪法”，即堆肥的积制利用方法1633年就开始了“酿粪法”，即沤肥的积制利用方法（二）堆肥在我国的发展历史（现代）初始阶段（20世纪50～60年代）开发研究阶段（20世纪70～80年代）推广应用阶段（20世纪80～90年代）三、固体废物堆肥化发展趋势堆肥系统有三种分类方法。按需氧程度分，有好氧堆肥和厌氧堆肥；按温度分，有中温堆肥和高温堆肥；按技术分，有露天堆肥和机械密封堆肥。习惯上都按好氧堆肥与厌氧堆肥区分。现代化堆肥工艺基本上都是好氧堆肥，这是因为好氧堆肥具有温度高、基质分解比较彻底、堆制周期短、异味小、可以大规模采用机械处理等优点。厌氧堆肥是利用厌氧微生物完成分解反应，空气与堆肥相隔绝，温度低，工艺比较简单，产品中氮保存量比较多，但堆制周期过长、异味浓烈、产品中含有分解不充分的杂质。堆肥处理技术应用现状及存在的问题原料工艺堆肥质量市场