第51章堆肥-共42页PPT资料

固废污染控制工程教师：盛广宏E-mail:sheng_gh163CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院第5章固体废物的堆肥化处理技术堆肥化的概念1堆肥化的原理及影响因素2堆肥化工艺及设备3堆肥腐熟度及产品质量4CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院5.1堆肥化的概念堆肥化堆肥化（composting)在人工控制条件下，利用自然界中广泛存在的微生物，有控制地促进固体废物中可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的微生物学过程欧洲国家的堆肥化定义：在有控制的条件下，微生物对固体、半固体的有机废物进行好氧的中温或高温分解，并产生稳定腐殖质的过程。堆肥(compost)利用微生物对有机垃圾进行分解腐熟而形成的肥料CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院堆肥化的原料城市生活垃圾污泥：主要是生活污水及部分工业废水的水处理设施排放的污泥禽畜粪便泔脚和食品废物农林废物CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院堆肥化垃圾处理技术的意义可以实现垃圾处理的资源化，减少垃圾对环境的污染可以将固体废物中的有用组分回用自然循环系统可以将固体废物中的有机固体转换成有用的物质和能源CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院堆肥化技术的发展历史1920年，英国人A.Howard首先在印度提出了堆肥化技术，1925年，Bangalore改进后，称为Bangalore法1933年，丹麦的Dano法，标志着连续性机械化堆肥工艺的开端。元代《农书》：粪屋之中，凿为深池，筑以砖壁，勿使渗漏，凡扫除之土，燃烧之灰，簸扬之糠秕，断蒿落叶，积而焚之，沃以粪汁，积之即久，不觉甚多，凡欲播种，筛去瓦石，取其细者，和匀种子，疏把撮之，待其苗长，又撒以壅之，何患收成不倍厚也哉CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院5.2堆肥化的原理及影响因素与控制堆肥化原理堆肥化过程堆肥化过程的影响因素CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院5.2.1堆肥化的原理好氧堆肥的原理好氧堆肥是在通气良好、氧气充足的条件下借助好氧微生物的生命活动降解有机物，通常好氧堆肥堆温高，一般在55~60℃，极限温度可达80~90℃，所以也称高温堆肥。好氧堆肥原理首先是垃圾中的可溶性物质透过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物直接吸收；其次不溶的胶体有机质先被吸附在微生物体外，然后依靠微生物分泌的胞外酶分解为可溶性物质，再渗入细胞。有机物质主要通过分解代谢和合成代谢而被降解CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院垃圾堆肥分解过程可以表示如下：有机物的氧化不含氮有机物（CxHyOz）的氧化能量OyHxCOOzyxOHCzyx22221)2121(含氮有机物（CsHtNuOv·aH2O）的氧化＋能量＋＋水气＋堆肥3222222)()()(gNHfCOOeHOdHOcHONHCbOOaHONHCzyxwvuts细胞质的合成（包括有机物的氧化，并以NH3作氮源）能量细胞质OHnyCOnxNOHCOxnznynxNHOHCnzyx2227523)4(21)5()()524()(CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院细胞质的氧化能量细胞质3222275255)(NHOHCOONOHC总的氧化分解过程能量2322222)()(fCOgNHlOeHgOdHOcHONHCbOOaHONHCzyxwvuyx葡萄糖）纤维素酶()(61266126OHnCOHCn纤维素降解为例CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院5.2.2堆肥化过程好氧堆肥过程根据温度的变化，分为四个阶段潜伏阶段（亦称驯化阶段）指堆肥化开始时微生物适应新环境的过程。中温阶段也称产热阶段，主要是指堆肥过程初期，堆体基本处于15~45℃，这一阶段主要是分解一些易分解的有机质，微生物以中温好氧菌为主，常见的有丝状真菌、细菌高温阶段当堆体温度超过45℃时即进入高温阶段，此阶段主要进行的是难降解的半纤维素、纤维素等的降解，同时形成腐殖质。一般控制温度在45~80℃。细菌、寄生虫等主要是在这个阶段被杀死CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院降温熟化阶段在微生物进入内源呼吸的后期，即进入降温阶段，此阶段仅剩下部分较难分解的有机物和新形成的腐殖质。微生物活性下降，堆体温度下降。嗜温性微生物占优势，对残余的难分解的有机质进一步进行分解，腐殖质的量增加。氨氮组分氧化成硝酸盐。CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院5.2.3堆肥化过程的影响因素有机质含量及营养比有机质含量适宜含量为20~70%，最佳含量在40~60%C/N比25~35：1C/P比75~150CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院5.2.3堆肥化过程的影响因素通风量通风目的：1)供氧；2)调节温度；3)散除水分适宜的通风量一般取0.6~1.8m3/(d·kg挥发性固体)或堆肥过程中适宜的氧浓度为10～18%，最低不应小于8%CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院通风方法与控制①自然通风供氧②向肥堆内插入通风管(主要用在人工土法堆肥工艺)③利用斗式装载机及各种专用翻推机横翻堆通风④用风机强制通风供氧。含水率适宜的含水率40~60%，与垃圾的物理组成有关温度温度控制与堆肥时间有关，一般控制在高温阶段时的温度为55~60℃为宜，且＞55°C的时间不少于3天，以保证能够杀灭绝大部分的病原菌CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院pH值适宜的pH值是中性偏碱性，一般认为pH值在7.5~8.5时，可获得最大堆肥速率。颗粒度直接影响堆体的供氧量，适宜的颗粒度与物料性质有关，一般以15~75mm为宜。微生物的多样性与优势菌群的数量提高堆肥初期微生物的群体，增强微生物的降解活性缩短达到高温期的时间拌种分解有机物质能力强的微生物CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院5.3堆肥工艺及设备好氧堆肥基本工序典型好氧堆肥工艺好氧堆肥系统及装置CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院5.3.1好氧堆肥基本工序堆肥基本工艺基本工序：前处理、主发酵(一次发酵)、后发酵(二次发酵)、后处理及贮藏等CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院前处理：主要调整水分、营养比、破碎、分选、筛分等调理剂是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膨胀剂是指有机的或无机的三维固体颗粒，当它加入湿堆肥化物料中时，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CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院主发酵：可以露天或发酵装置内进行，通过翻堆或强制通风向堆积层或发酵装置内堆肥物料供给氧气。物料内的有机物中大部分在此阶段内被降解。以生活垃圾为主体的城市垃圾和家畜粪尿好氧堆肥，主发酵期约4~12d。后发酵：主要对主发酵时尚未分解的易分解和较难分解的有机物进一步分解，使之变成腐殖酸、氨基酸等比较稳定的有机物，得到完全成熟的堆肥制品。主发酵时间通常在20~30d，其长短根据堆肥的使用情况。CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院后处理主要用于去除堆肥中的塑料、玻璃、小石块等。脱臭堆肥过程中会产生臭气，需要对这些臭气进行处理。贮存要求在干燥而透气的条件下贮存CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院5.3.2典型好氧堆肥工艺及设备堆肥化的分类按堆肥化方式分类：间歇堆积法和连续堆积法按原料发酵所处的状态分：静态发酵法和动态发酵法按堆肥化过程的需氧程度分：好氧堆肥和厌氧堆肥CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院常见好氧堆肥发酵工艺好氧静态堆肥工艺采用静态通风垛形式，批次发酵，中间不添加新料和翻倒间歇式好氧动态堆肥工艺原料分批发酵，间歇翻堆或间歇进出料连续式好氧动态堆肥连续进料和连续出料CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院(1)条垛式发酵设备将物料铺开排成行，在露天或棚架下堆放。CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院(2)箱式堆肥发酵池CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院(3)反应器发酵系统多层立式堆肥发酵塔CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院卧式堆肥发酵滚筒（DANO式）CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院筒仓式堆肥发酵仓CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院家庭用堆肥发酵装置CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院典型城市垃圾堆肥工艺CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院5.4堆肥腐熟度及产品质量堆肥腐熟度的评价方法腐熟度指堆肥化中的有机质经过矿化、腐殖化过程最后达到稳定的程度堆肥的产品达到稳定化、无害化堆肥产品的使用不影响作物的成长和土壤耕作能力腐熟度评价指标物理学指标色度成熟的堆肥应呈棕色或暗灰色气味：无臭味，检测不到低分子脂肪酸，具有潮湿泥土的气息温度：与环境温度一致CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院化学指标pH值，中性偏碱性氮试验法研究表明，完全腐熟的堆肥含有硝酸氮和少量氨氮，未腐熟的堆肥则只含氨氮而不含硝酸氮。根据这一特性，可利用特定的显色反应来测试堆肥样品中是否含有氨氮和亚硝酸氮，从而判定堆肥是否腐熟及腐熟度程度。C/N比随着堆肥化过程，C/N逐渐下降，当降到(10~15):1时，可认为堆肥达到腐熟腐殖酸含量在堆肥化过程中，腐殖酸的含量上升，当达到稳定时可以认为堆肥达到腐熟有机质变化指标：包括COD、BOD、VS等，它们均随堆肥的进行而逐渐下降；通常认为腐熟的堆肥检测不出淀粉CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院生物学指标比耗氧速率耗氧速率反映了微生物的活动强度。当耗氧速率下降至0.5g-O2/(gVS·h)时堆肥达到腐熟，或CO2释放速率＜2mg/g原料时堆肥达到腐熟植物毒性指标种子发芽率大于80~85%CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院堆肥化产品的质量要求和标准CJ/T3059-2019《城市生活垃圾堆肥处理厂技术评价指标》，质量标准：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含水率：≦35%pH值：6.5-8.5.全氮(以N计：≧0.5%全磷(以P2O5计)：≧0.3%全钾(以K2O计)：≧1.0%有机质(以全C计)：≧10%CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院重金属含量总镉(以Cd计)≦3mg/kg总汞(以Hg计)≦5mg/kg总铅(以Pb计)≦100mg/kg总铬(以Cr计)≦300mg/kg总砷(以As计)≦30mg/kg无害化卫生指标堆肥温度(静态堆肥工艺)：55℃持续5天以上蛔虫卵死亡率：95%-100%粪大肠菌值：10-1~10-2CompanyLogo安徽工业大学建筑工程学院堆肥化产品的应用用途肥料等级施肥频率施肥期施用法施用量谷物种植初级堆肥或成品堆肥2~4a/次秋天或春天施入土壤表面40~100t/ha牧场细粒的初级堆肥或成品堆肥2~4a/次全年均可施入浅层表土20~60t/ha果树种植初级堆肥或3a/次除收获季节施入土壤表面100~200t/ha成品堆肥外均可葡萄种植腐植质供给初级堆肥或2~3a/次葡萄收获后施入浅层表土100~250成品堆肥和返青前t/ha保护地力初级堆肥2a/次葡萄收获后均匀地撒于200~300和返表前表面t/ha蔬菜种植初级堆肥或2~4a/次除收获季节浅表层60~100特殊堆肥外均可