好氧堆肥工藝.doc

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靜態(tài)好氧堆肥處理城市垃圾 好氧堆肥的原理： 好氧堆肥是在有氧條件下，好氧細(xì)菌對(duì)廢物進(jìn)行吸收、氧化、分解。微生物通過自身的生命活動(dòng)，把一部分被吸收的有機(jī)物氧化成簡單的無機(jī)物，同時(shí)釋放出可供微生物生長活動(dòng)所需的能量，而另一部分有機(jī)物則被合成新的細(xì)胞質(zhì)，使微生物不斷生長繁忙殖，產(chǎn)生出更多的生物體的過程。在有機(jī)物生化降解的同時(shí)，伴有熱量產(chǎn)生，因堆肥工藝中該熱能不會(huì)全部散發(fā)到環(huán)境中，就必然造成堆肥物料的溫度升高，這樣就會(huì)使一些不耐高溫的微生物死亡，耐高溫的細(xì)菌快速繁殖。生態(tài)動(dòng)力學(xué)表明，好氧分解中發(fā)揮主要作用的是菌體碩大、性能活潑的嗜熱細(xì)菌群。該菌群在大量氧分子存在下將有機(jī)物氧化分解，同時(shí)釋放出大量的能量。據(jù)此好氧堆肥過程應(yīng)伴隨著兩次升溫，將其分成三個(gè)階段：起始階段、高溫階段和熟化階段。堆肥過程的影響因素包括：生物揮發(fā)性固體、通風(fēng)供氧、水分、溫度、碳氮比等。通常要經(jīng)過物料預(yù)處理、一次發(fā)酵、二次發(fā)酵和后處理過程。 1堆肥的過程參數(shù) 堆肥化過程是復(fù)雜的。物料經(jīng)混勻后，受營養(yǎng)平衡、水分含量和物理結(jié)構(gòu)等的影響。工藝過程中要控制的各種參數(shù)，就是那些對(duì)堆肥過程有影響的物理、化學(xué)和生物因素。它們決定微生物活動(dòng)的程度，從而影響堆肥的速度與質(zhì)量。 1.1水分含量 在堆肥過程中，水分是一個(gè)重要的物理因素。水分含量是指整個(gè)堆體的含水量。水分的主要作用在于：（1）溶解有機(jī)物，參與微生物的新陳代謝；（2）水分蒸發(fā)時(shí)帶走熱量，起調(diào)節(jié)堆肥溫度的作用。水分的多少，直接影響好氧堆肥反應(yīng)速度的快慢，影響堆肥的質(zhì)量，甚至關(guān)系到好氧堆肥工藝的成敗，因此，水分的控制十分重要。在堆肥期間，如果水分含量低于10%~15%，細(xì)菌的代謝作用會(huì)普遍停止；含水量太高，會(huì)使堆體內(nèi)自由空間少，通氣性差，形成微生物發(fā)酵的厭氧狀態(tài)，產(chǎn)生臭味，減慢降解速度，延長堆腐時(shí)間。 大量的研究結(jié)果表明，堆肥的起始含水率一般為50%~60%。在堆肥的后熟期階段，堆體的濕度也應(yīng)保持在一定的水平，以利于細(xì)菌和放線菌的生長而加快后熟，同時(shí)減少灰塵污染。 1.2通氣量 供氣是好氧堆肥成功的重要因素之一。供氣的作用主要有三個(gè)方面。(1)為堆體內(nèi)的微生物提供氧氣。如果堆體內(nèi)的氧氣含量不足，微生物處于厭氧狀態(tài)，使降解速度減緩，產(chǎn)生h2s等臭氣，同時(shí)使堆體溫度下降。(2)調(diào)節(jié)溫度。堆肥需要微生物反應(yīng)而產(chǎn)生的高溫，但是，對(duì)于快速堆肥來講，必須避免長時(shí)間的高溫，溫度控制的問題就要靠強(qiáng)制通風(fēng)來解決。(3)散除水分。污泥堆肥的一個(gè)目的是降低其水分含量。在堆肥的前期，通氣主要是提供微生物o2以降解有機(jī)物，在堆肥的后期，則應(yīng)加大通氣量，以冷卻堆肥及帶走水分，達(dá)到堆肥體積、重量減少的目的。 通氣可以采取鼓風(fēng)或抽氣方式，兩種方式各有利弊：抽氣的優(yōu)勢在于可將堆體中的廢氣在排入大氣前統(tǒng)一進(jìn)行處理，減少二次污染；鼓風(fēng)的優(yōu)勢是利于水分及熱量散失。最好的辦法是在堆肥的前期采用抽氣方式以處理產(chǎn)生的臭氣，在堆肥后期采用鼓風(fēng)方式以利于減少水分。 1.3有機(jī)質(zhì)含量 有機(jī)物是微生物賴以生存和繁殖的重要因素。堆肥反應(yīng)的特性是它需要一個(gè)合適的有機(jī)物范圍。大量的研究工作表明，在高溫好氧堆肥中，適合堆肥的有機(jī)物含量范圍為20%~80%。當(dāng)有機(jī)物含量低于20%時(shí)，堆肥過程產(chǎn)生的熱量不足以提高堆層的溫度而達(dá)到堆肥的無害化，也不利于堆體中高溫分解微生物的繁殖，無法提高堆體中微生物的活性，最后導(dǎo)致堆肥工藝的失敗。當(dāng)堆體有機(jī)物含量高于80%時(shí)，由于高含量的有機(jī)物在堆肥過程中對(duì)氧氣的需求很大，而實(shí)際供氣量難以達(dá)到要求，往往使堆體中達(dá)不到好氧狀態(tài)而產(chǎn)生惡臭，也不能使好氧堆肥順利進(jìn)行。有研究者曾用城市垃圾和污泥混合堆肥，這樣既可以利用垃圾提高堆體中的孔隙率，又可以利用污泥提高堆體中的有機(jī)質(zhì)含量，同時(shí)為垃圾和污泥___現(xiàn)代城市的兩大問題找到出路。 2.4c/n比 c/n比是堆肥原料與填充料混合物的c/n比。微生物生長需要碳源，蛋白質(zhì)合成需要氮源，微生物合成一份蛋白質(zhì)大約需要30份碳，對(duì)于堆肥來講，c/n比為30看起來是理想的。 c/n比低、特別是當(dāng)ph值和溫度高時(shí)，使廢棄物中的氮以nh3的形成揮發(fā)損失，散發(fā)出臭味。用c/n比低的原料(15.7∶1)進(jìn)行堆肥實(shí)驗(yàn)，結(jié)果是微生物對(duì)有機(jī)物的生物氧化過程中顯示了嚴(yán)重的氮素?fù)p失。但是，當(dāng)c/n比高于35時(shí)，微生物必須經(jīng)過多次生命循環(huán)，氧化掉過量的碳，直到達(dá)到一個(gè)合適的c/n比供其進(jìn)行新陳代謝，因而c/n比高會(huì)降低降解速度。 1.5ph值 在堆肥過程中，ph值是一個(gè)重要的因素。一般來講，ph值在3~12之間都可以進(jìn)行堆肥。但是有研究發(fā)現(xiàn)，在堆肥初期堆體的ph值降低，低的ph值有時(shí)會(huì)嚴(yán)重地抑制堆肥反應(yīng)的進(jìn)行。在堆腐垃圾時(shí)，ph值控制在8左右可以顯著提高堆肥初期的反應(yīng)速度，可以極大地縮短堆肥達(dá)到高溫所要求的時(shí)間，可以避免由于堆肥反應(yīng)延緩所造成的臭味問題，但當(dāng)ph值控制在5時(shí)，葡萄糖和蛋白質(zhì)的降解停止。污泥堆肥的ph值范圍一般應(yīng)在6~9之間最為合適。 1.6溫度 溫度是堆肥系統(tǒng)微生物活動(dòng)的反映，是影響微生物活動(dòng)和堆肥工藝過程的重要因素。堆肥中微生物分解有機(jī)物而釋放出熱量，這些熱量使堆肥溫度上升。堆肥初期，堆層基本呈中溫，嗜溫菌較為活躍，大量繁殖。它們?cè)诶糜袡C(jī)物的過程中，有一部分轉(zhuǎn)化成熱量，堆層溫度不斷上升，1~2天后可以達(dá)到50~60℃。在這個(gè)溫度下，嗜溫菌生長受到抑制，大量死亡，而嗜熱菌的繁殖進(jìn)入激發(fā)狀態(tài)（見表1）。嗜熱菌的大量繁殖和溫度的明顯提高，使堆肥發(fā)酵直接由中溫進(jìn)入高溫，并在高溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定一段時(shí)間。正是在這一溫度范圍內(nèi)，堆肥中的寄生蟲和病原菌被殺死。 表1堆肥溫度與微生物生長關(guān)系 渠道式垃圾好氧堆肥就是將垃圾在混凝土渠道中進(jìn)行好氧發(fā)酵，通過翻推機(jī)的翻推和最終垃圾熟化，從而產(chǎn)生廢料的過程。 城市垃圾的收集 垃圾攪拌混合，固定雙螺旋垂直攪拌器； 磁選，手選 去除粗大物，回收有用物質(zhì) 復(fù)式振動(dòng)格柵 去除粒徑大的垃圾，進(jìn)行填埋處理 一次發(fā)酵（調(diào)節(jié)水分，碳氮比，碳磷比等） 通風(fēng)處理防止臭氣 糞池 磁選 雙層滾筒篩 找出大于40mm的物料填埋或焚燒 大于20mm小于40mm的物料 錘式破碎 腐熟堆肥 二次發(fā)酵 一次發(fā)酵發(fā)應(yīng)方程式：CsHtNuOr. aH2O+bO2 —CwHxNyOz. eH2O+dH2O+eH2O+gNH3 +Q 二次發(fā)酵反應(yīng)方程式：(C6H10O5)n—n(C6H12O6)n(C6H10O6) +6nO2 —6nCO2 +5nH2O+Q 前處理～主發(fā)酵～后發(fā)酵～后處理～貯存。原料的預(yù)處理：包括分選、破碎以及含水率及碳氮比的調(diào)整。首先去除廢物中的金屬、玻璃、塑料和木材等雜質(zhì)，并破碎到40毫米左右的粒度，然后選擇堆肥原料進(jìn)行配料，以便調(diào)整水分和碳氮比，可以使用純垃圾，垃圾和糞便之比為7：3或者垃圾與污泥之比為7：3進(jìn)行混合堆肥。原料的發(fā)酵階段：我國大都采用一次發(fā)酵方式，周期長達(dá)30天，目前采用二次發(fā)酵方式，周期一般用20天，一次發(fā)酵是好氧堆肥的中溫與高溫兩個(gè)階段的微生物代謝過程，具體從發(fā)酵開始，經(jīng)中溫、高溫然后到達(dá)溫度開始下降的整個(gè)過程，一般需要10—12天，高溫階段持續(xù)時(shí)間較長。二次發(fā)酵指物料經(jīng)過一次發(fā)酵后，還有一部分易分解和大量難分解的有機(jī)物存在，需將其送到后發(fā)酵室，堆成1—2米高的堆垛進(jìn)行二次發(fā)酵并腐熟。當(dāng)溫度穩(wěn)定在40℃左右時(shí)即達(dá)腐熟，一般需20—30天。后處理階段：是對(duì)發(fā)酵熟化的堆肥進(jìn)行處理，進(jìn)一步去除堆肥中前處理過程中沒有去除的雜質(zhì)和進(jìn)行必要的破碎過程、經(jīng)處理后得到的精制堆肥含水在30%左右，碳氮比為15—20。貯存階段：貯存是指堆肥處理前必須加以堆存管理，一般可直接存放，也可裝袋存放。但貯存時(shí)要注意保持干燥通風(fēng)，防止閉氣受潮。分為三個(gè)過程：起始階段、高溫階段、熟化階段。堆肥過程影響因素有：供氧量要適當(dāng)，實(shí)際所需空氣量應(yīng)為理論空氣量的2—10倍；含水量在50%-60%為宜，55%最理想，此時(shí)微生物分解速度最快，水的作用有二：一是溶解有機(jī)物，參與微生物的新陳代謝，二是調(diào)節(jié)堆肥溫度，溫度過高時(shí)通過水分的蒸發(fā)，帶周一部分熱量；碳氮比要適當(dāng)，一般認(rèn)為城市垃圾為20—35之間；碳磷比為75—150；PH值，當(dāng)有機(jī)污泥做堆肥原料時(shí)，需要進(jìn)行PH調(diào)整，堆肥過程開始時(shí)，由于酸性菌作用，PH為5.5—6.0，堆肥結(jié)束后，PH為8.5—9.0。 主要的設(shè)備有：磁選機(jī)，BJD型普通錘式破碎機(jī)，振動(dòng)格篩，低溫破碎機(jī)。 腐熟堆肥的評(píng)價(jià)：堆肥腐熟度評(píng)價(jià)是保證城市固體廢物達(dá)到無害化處理的必要環(huán)節(jié),目的是評(píng)價(jià)堆肥產(chǎn)品是否熟化,以確定其能否安全應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。用于腐熟度的評(píng)價(jià)的指標(biāo)和方法有物理方法、化學(xué)方法、微生物活、酶學(xué)分析以及植物毒 性的簡便的有溫度、固相CPN值、液相CPN值、NH4+N含量等。堆肥后熟階段溫 度明顯下降,當(dāng)堆體溫度趨于環(huán)境溫度時(shí)堆肥已經(jīng)腐熟化,且熟化堆肥應(yīng)是無惡 臭味呈均勻褐色的疏松團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。固相CPN值是最常用的堆肥腐熟度評(píng)價(jià)方法之 一．CPN值從開始25:1～30:1減至20:1以下時(shí)堆肥達(dá)到熟腐。由于微生物的分 解作用,有機(jī)氮隨溫度上升不斷分解釋放出大量NH3,pH快速上升并在堆肥開始 3～5d內(nèi)達(dá)到最大值,之后隨NH3 量逐漸減少而pH值下降。