主讲：尚童鑫 PPT制作：尚童鑫 杜立君 赵海霞 刘晏玲 固体废物处理与处置 主讲：尚童鑫 PPT制作：尚童鑫 杜立君 赵海霞 刘晏玲

第五章 固体废物的生物处理 固体废物的生物处理是指直接或间接利用生物体的机能对固体废物的某些组成进行转化以建立降低或消除污染物产生的生产工艺，或者能够高效净化环境污染，同时又生产有用物质的工程技术。

5.1 固体废物的好氧堆肥处理 堆肥化的概念 1 堆肥化的原理及影响因素 2 好氧堆肥工艺 3 堆肥腐熟度评价 4 堆肥化产品的应用 5

一、堆肥化的概念 堆肥化 堆肥化（composting)是在人工控制条件下，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。 欧洲国家对“堆肥化”的概念统一定义为：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)是利用微生物对有机垃圾进行分解腐熟而形成的肥料，是堆肥化的产物，也可以说堆肥即人工腐殖质。

一、堆肥化的概念 深褐色、质地松散、有泥土味的物质。这种物质的养料价值不高，但却是一种极好的土壤调节剂和改良剂，其主要成分是腐殖质。

一、堆肥化的概念 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

二、堆肥化的原理与影响因素 好氧堆肥的原理 好氧堆肥化过程 堆肥化过程的影响因素

二、堆肥化的原理与影响因素 1、好氧堆肥的原理 好氧堆肥是好氧微生物在与空气充分接触的条件下，使堆肥原料中的有机物发生一系列放热分解反应，最终使有机物转化为简单而稳定的腐殖质的过程。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

二、堆肥化的原理与影响因素 在堆肥过程中，微生物通过同化和异化作用，把一部分有机物氧化成简单的无机物，并释放出能量，把另一部分有机物转化合成新的细胞物质，供微生物生长繁殖。

二、堆肥化的原理与影响因素 垃圾堆肥分解过程可以表示如下： 有机物的氧化 细胞质的合成（包括有机物的氧化，并以NH3作氮源） 含氮有机物（CsHtNuOv·aH2O）的氧化 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 细胞质的合成（包括有机物的氧化，并以NH3作氮源）

二、堆肥化的原理与影响因素 细胞质的氧化 总的氧化分解过程 以纤维素降解举例

二、堆肥化的原理与影响因素 2、好氧堆肥化过程 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、蛋白质等的降解，同时形成腐殖质。一般控制温度在45~70 ℃，在不同温度阶段分别有不同微生物进行活动，但当温度升到70 ℃以上时，大多数嗜热性微生物已不适宜，微生物大量死亡或进入休眠状态。而细菌、寄生虫等主要是在这个阶段被杀死。

二、堆肥化的原理与影响因素

二、堆肥化的原理与影响因素 腐熟化阶段： 在内源呼吸后期，只剩下部分较难分解及难分解的有机物和新形成的腐殖质，此时微生物活性下降，发热量减少，温度下降。在此阶段嗜温微生物又占优势，对残余较难分解的有机物作进一步分解，腐殖质不断增多且稳定化，此时堆肥即进入腐熟阶段。降温后，需氧量大大减少，含水量也降低，堆肥物孔隙增大，氧扩散能力增强，此时只须自然通风。

二、堆肥化的原理与影响因素 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%

二、堆肥化的原理与影响因素 含水率 适宜的含水率为50~60%，此时微生物分解速率最快。当含水率在40%~50%之间时，微生物的活性开始下降，堆肥温度随之降低。当含水率小于20%时，微生物的活动基本停止。当水分超过70%时，温度难以上升，有机物分解速率降低，由于堆肥物料之间充满水，有碍于通风，从而造成厌氧状态，不利于好氧微生物生长，还会产生H2S等恶臭气体。 温度 温度控制与堆肥时间有关，堆肥初期，堆体温度一般与环境温度相一致，经过中温菌的作用，堆体温度逐渐上升。堆体最佳温度为55~60℃。适宜的温度利于加速分解消化过程，同时可以杀灭虫卵、致病菌以及杂草籽等，从而保证堆肥产品可以安全地用于农田。

二、堆肥化的原理与影响因素 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 ：75~150

二、堆肥化的原理与影响因素 pH值 颗粒度 微生物的多样性与优势菌群的数量 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

三、好氧堆肥工艺 好氧堆肥基本工序 好氧堆肥系统常用设备

三、好氧堆肥工艺 传统的堆肥化技术采用厌氧野外堆肥法，这种方法占地面积大、时间长。现代化堆肥生产一般采用好氧堆肥工艺。 野外人工堆肥

三、好氧堆肥工艺 工厂机械化堆肥 工厂化机械堆肥工艺流程 固体废物 有机固体废物 预处理 无机物 搅拌机 机械发酵池 风机 后处理 后发酵 贮藏 出售 工厂机械化堆肥

三、好氧堆肥工艺 1、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、脱臭及贮藏等

三、好氧堆肥工艺 前处理：往往包括分选、破碎、筛分和混合等。 石块、金属物等。 该工序主要去除大块和非堆肥化物料，如 在前处理时应注意： 在调节堆肥物料颗粒度时，颗粒不能太小，否则会影响通气性。一般适宜的粒径范围是2~60mm； 用含水率较高的固体废物为主要原料时，前处理的主要任务是调整水分和C/N比，有时需添加菌种和酶制剂，以使发酵过程正常进行。

三、好氧堆肥工艺 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。后发酵时间通常在20~30d，其长短根据堆肥的使用情况。

三、好氧堆肥工艺 后处理 经过后发酵的物料中，几乎所有的有机物都被稳定化和减量化。但还有在前处理工序中没有完全去除的杂物需经过后处理去除，因此本工序主要用于去除堆肥中的塑料、玻璃、小石块等。可用设备有：回转式振动筛、磁选机、风选机等。 脱臭 堆肥过程中会产生臭气，需要对这些臭气进行处理。常见的产生臭味的物质有氨、硫化氢、甲基硫醇、胺类等。去除臭味的方法有：化学除臭剂除臭，碱水和水溶液过滤，熟堆肥或活性炭、沸石等吸附剂吸附法等。 贮存 要求在干燥而透气的条件下贮存。贮存方式：直接堆存在发酵池中；袋装等。

四、堆肥腐熟度评价 1、堆肥腐熟度 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

四、堆肥腐熟度评价 2、腐熟度评价指标 物理学指标 化学指标 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 粒度：腐熟后的堆肥产品呈现疏松的团粒结构 化学指标 pH值：中性偏碱性 氮化合物：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。

四、堆肥腐熟度评价 生物学指标 植物毒性指标 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，因此可用来反应堆肥有机物降解和稳定化的程度 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%

五、堆肥化产品的应用