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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，好氧細菌對廢物進行吸收、氧化、分解。微生物通過自身的生命活動，把一部分被吸收的有機物氧化成簡單的無機物，同時釋放出可供微生物生長活動所需的能量，而另一部分有機物則被合成新的細胞質(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。在有機物生化降解的同時，伴有熱量產(chǎn)生，因堆肥工藝中該熱能不會全部散發(fā)到環(huán)境中，就必然造成堆肥物料的溫度升高，這樣就會使一些不耐高溫的微生物死亡，耐高溫的細菌快速繁殖。生態(tài)動力學表明，好氧分解中發(fā)揮主要作用的是菌體碩大、性能活潑的嗜熱細菌群。該菌群在大量氧分子存在下將有機物氧化分解，同時釋放出大量的能量。據(jù)此好氧堆肥過程應伴隨著兩次升溫，將其分成三個階段：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、通風供氧、水分、溫度、碳氮比等。通常要經(jīng)過物料預處理、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)構等的影響。工藝過程中要控制的各種參數(shù)，就是那些對堆肥過程有影響的物理、化學和生物因素。它們決定微生物活動的程度，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，水分是一個重要的物理因素。水分含量是指整個堆體的含水量。水分的主要作用在于：（1）溶解有機物，參與微生物的新陳代謝；（2）水分蒸發(fā)時帶走熱量，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速度的快慢，影響堆肥的質(zhì)量，甚至關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%，細菌的代謝作用會普遍停止；含水量太高，會使堆體內(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，堆體的濕度也應保持在一定的水平，以利于細菌和放線菌的生長而加快后熟，同時減少灰塵污染。 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，同時使堆體溫度下降。(2)調(diào)節(jié)溫度。堆肥需要微生物反應而產(chǎn)生的高溫，但是，對于快速堆肥來講，必須避免長時間的高溫，溫度控制的問題就要靠強制通風來解決。(3)散除水分。污泥堆肥的一個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以降解有機物，在堆肥的后期，則應加大通氣量，以冷卻堆肥及帶走水分，達到堆肥體積、重量減少的目的。 通氣可以采取鼓風或抽氣方式，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)一進行處理，減少二次污染；鼓風的優(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方式以利于減少水分。 1.3有機質(zhì)含量 有機物是微生物賴以生存和繁殖的重要因素。堆肥反應的特性是它需要一個合適的有機物范圍。大量的研究工作表明，在高溫好氧堆肥中，適合堆肥的有機物含量范圍為20%~80%。當有機物含量低于20%時，堆肥過程產(chǎn)生的熱量不足以提高堆層的溫度而達到堆肥的無害化，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，最后導致堆肥工藝的失敗。當堆體有機物含量高于80%時，由于高含量的有機物在堆肥過程中對氧氣的需求很大，而實際供氣量難以達到要求，往往使堆體中達不到好氧狀態(tài)而產(chǎn)生惡臭，也不能使好氧堆肥順利進行。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質(zhì)含量，同時為垃圾和污泥___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ph值和溫度高時，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)進行堆肥實驗，結(jié)果是微生物對有機物的生物氧化過程中顯示了嚴重的氮素損失。但是，當c/n比高于35時，微生物必須經(jīng)過多次生命循環(huán)，氧化掉過量的碳，直到達到一個合適的c/n比供其進行新陳代謝，因而c/n比高會降低降解速度。 1.5ph值 在堆肥過程中，ph值是一個重要的因素。一般來講，ph值在3~12之間都可以進行堆肥。但是有研究發(fā)現(xiàn)，在堆肥初期堆體的ph值降低，低的ph值有時會嚴重地抑制堆肥反應的進行。在堆腐垃圾時，ph值控制在8左右可以顯著提高堆肥初期的反應速度，可以極大地縮短堆肥達到高溫所要求的時間，可以避免由于堆肥反應延緩所造成的臭味問題，但當ph值控制在5時，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)微生物活動的反映，是影響微生物活動和堆肥工藝過程的重要因素。堆肥中微生物分解有機物而釋放出熱量，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。它們在利用有機物的過程中，有一部分轉(zhuǎn)化成熱量，堆層溫度不斷上升，1~2天后可以達到50~60℃。在這個溫度下，嗜溫菌生長受到抑制，大量死亡，而嗜熱菌的繁殖進入激發(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)酵直接由中溫進入高溫，并在高溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定一段時間。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系 渠道式垃圾好氧堆肥就是將垃圾在混凝土渠道中進行好氧發(fā)酵，通過翻推機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) 復式振動格柵 去除粒徑大的垃圾，進行填埋處理 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)應方程式：CsHtNuOr. aH2O+bO2 —CwHxNyOz. eH2O+dH2O+eH2O+gNH3 +Q 二次發(fā)酵反應方程式：(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、高溫然后到達溫度開始下降的整個過程，一般需要10—12天，高溫階段持續(xù)時間較長。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物存在，需將其送到后發(fā)酵室，堆成1—2米高的堆垛進行二次發(fā)酵并腐熟。當溫度穩(wěn)定在40℃左右時即達腐熟，一般需20—30天。后處理階段：是對發(fā)酵熟化的堆肥進行處理，進一步去除堆肥中前處理過程中沒有去除的雜質(zhì)和進行必要的破碎過程、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。但貯存時要注意保持干燥通風，防止閉氣受潮。分為三個過程：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，實際所需空氣量應為理論空氣量的2—10倍；含水量在50%-60%為宜，55%最理想，此時微生物分解速度最快，水的作用有二：一是溶解有機物，參與微生物的新陳代謝，二是調(diào)節(jié)堆肥溫度，溫度過高時通過水分的蒸發(fā)，帶周一部分熱量；碳氮比要適當，一般認為城市垃圾為20—35之間；碳磷比為75—150；PH值，當有機污泥做堆肥原料時，需要進行PH調(diào)整，堆肥過程開始時，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。 主要的設備有：磁選機，BJD型普通錘式破碎機，振動格篩，低溫破碎機。 腐熟堆肥的評價：堆肥腐熟度評價是保證城市固體廢物達到無害化處理的必要環(huán)節(jié),目的是評價堆肥產(chǎn)品是否熟化,以確定其能否安全應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。用于腐熟度的評價的指標和方法有物理方法、化學方法、微生物活、酶學分析以及植物毒 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,當堆體溫度趨于環(huán)境溫度時堆肥已經(jīng)腐熟化,且熟化堆肥應是無惡 臭味呈均勻褐色的疏松團粒結(jié)構。固相CPN值是最常用的堆肥腐熟度評價方法之 一．CPN值從開始25:1～30:1減至20:1以下時堆肥達到熟腐。由于微生物的分 解作用,有機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)達到最大值,之后隨NH3 量逐漸減少而pH值下降。