城市垃圾的堆肥化技术.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date城市垃圾的堆肥化技术城市垃圾的堆肥化技术城市垃圾的堆肥化技术 随着城市化的发展，城市垃圾的问题越来越引起人们的重视。世界各国根据各自的国情采用多种技术来处理处置城市垃圾。其中填埋、焚烧和堆肥是目前国内外普遍采用的处理技术。焚烧会产生二恶英等有害气体，填埋会产生垃圾渗滤液，解决以上两个问题，技术难度大，运行成本高。而利用垃圾中的有机成分进行堆肥则是一种资源化的垃圾处理方

2、式。生活垃圾堆肥处理后，可以达到无害化的要求，并可以将有机物重返大自然，进行资源再利用1。因此不管是从保护环境的角度还是经济的角度，堆肥都具有更广阔的发展前景。 堆肥化是利用自然界广泛存在的微生物，有控制的促进固体废物中可降解有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。堆肥化制得的产品称为堆肥、根据微生物生长的环境可以将堆肥化分为好氧堆肥化和厌氧堆肥化两种。好氧堆肥化是指在有氧存在的状态下，好氧微生物对废物中的有机物进行分解的过程，最终的产物主要是CO2、H2O、热量和腐殖质；厌氧堆肥化是在无氧存在的状态下，厌氧化微生物对废物中的有机物进行分解转化的过程，最终产物是CH4、CO2、热量和腐殖质。

3、通常所说的堆肥化一般是指好氧堆肥化，这是因为厌氧微生物对有机物分解速度缓慢，处理效率低，容易产生恶臭，其工艺条件也比较难控制。近些年，在欧洲一些国家已经对堆肥化的概念进行了统一，定义堆肥化就是“在有控制的条件下，微生物对固体和半固体有机物进行好氧的中温或高温分解，并产生稳定的腐殖质的过程。1堆肥化技术的发展与应用前景1.1堆肥化技术的发展在现代堆肥化技术的发展过程中也曾经出现过低谷。例如，20世纪70年代初期，日本采用堆肥化技术处理的生活垃圾量大幅度减少，许多堆肥厂陆续停产倒闭。其原因是工业化的高速发展将大量的有毒化学物质和高分子塑料带入城市垃圾中，严重影响了堆肥化产品的质量。美国的堆肥化产品

4、也在相当长一段时期由于小鹿不广而发展缓慢。随着科学技术的进步和人们对废物资源化要求的逐步提高，城市垃圾的堆肥化又重新受到注目。针对传统堆肥化技术所存在的问题，相应的技术和设备得到了开发和应用。破碎及分选技术与设备的改进，在客观上提供了高品质堆肥连续化生产的可能性。应用了新兴的颗粒肥料生产技术，除在原有技术上最让增加了对杂物的精细分离外，还通过添加必要的肥料成分使之形成统一的产品标准，并最终制作成便于运输和施用的颗粒形状。这些技术和设备的改进，使得垃圾堆肥的商品化又前进了一大步。但是，这些设施目前的建设投资与运行费用仍旧较高，在发展中国家推行仍有相当的困难。进入20世纪90年代后，垃圾的堆肥化处

5、理技术的应用又重新出现回升趋势。垃圾堆肥技术的应用，注意了从源头分拣，避免垃圾中的有害成分进入堆肥中。在发酵中又采用了生物发酵技术提高了肥料中的N、P成分，从而保证了堆肥的质量。1.2我国城市垃圾堆肥处理现状和应用前景 我国政府有关部门很重视城市垃圾的堆肥化处理技术。在国家“六五”、“七五”和“八五”科技攻关计划中，均设立了堆肥化技术和专用设备的研究和开发课题。我国从80年代起即开始应用“2次发酵工艺”，采取了强制通风、好氧发酵，使1次发酵周期缩短为10 d，堆肥机械日趋完善，生产趋向产业化2。20世纪90年代初，开始着手发展机械化连续堆肥生产技术。目前，已在北京、上海、杭州等许多城市建立了一

6、批城市垃圾的机械化连续堆肥化设施。但我国垃圾堆肥处理技术与工业化国家的工业化堆肥技术相比，水平还有一定的差距，这主要表现在：垃圾堆肥生产机械化程度低，堆肥质量不高,因而肥效低，限制了堆肥的使用；大多数采用简易堆肥,在发酵条件控制、2次环境污染防治等方面不尽人意；堆肥工艺大多为间歇式，随着城市垃圾中有机物含量的增高,应发展并采用连续堆肥技术。 城市垃圾堆肥化处理的经济效益主要体现在两个方面：一个是对城市垃圾的销纳作用；另一个是作为肥料或土壤改良剂的作用。前者由于其可以将城市垃圾直接转化为有机肥料，还原大自然，它不像填埋处理需要占用大量的土地，也不像焚烧那样产生大量尾气，从资源化的角度，可以说是最

7、理想的处理方法。城市生活垃圾堆肥处理是利用垃圾中的可被生物降解的有机物的处理技术，因此原料垃圾中有机物的比例是其堆肥成功的关键因素之一。目前我国大城市生活垃圾中有机成分约占总量的60%，无机物约占40%,垃圾源头分类收集，是实现垃圾减量化、资源化和无害化的必由之路。近年来,欧洲许多国家积极发展有机垃圾厌氧消化系统，广泛应用于屠宰场垃圾、厨余垃圾、农牧业垃圾等有机垃圾的处理。这是一项新的垃圾生物处理技术，它在在厌氧状态下利用微生物使垃圾中的有机物快速转化为甲烷和二氧化碳，与传统的卫生填埋相比，将厌氧消化过程由几年缩短到30d以内，与好氧堆肥相比,改变了占地大、处理时间长，管理复杂和有气味等问题，

8、厌氧消化处理具有过程可控制、易操作、降解快、生产过程全封闭，产物可计量和再利用等特点。由于厌氧发酵工艺与好氧工艺相比在处理有机垃圾方面具有这些独特的优势，因而具有广阔的发展前景。微生物除臭技术是国内外垃圾处理行业的前沿技术，此新技术在国外垃圾处理上已有应用。相信随着生物技术的不断进步，筛选、培育出更加高效的脱臭微生物菌群将最大限度地减少堆肥过程对环境的污染。此外，发展多种堆肥原料混合发酵也是垃圾堆肥处理今后的一个发展方向。城市生活垃圾的C/N比较高,有机物含量低，如果和粪便、下水污泥等混合发酵,就能调整C/N比，有利于发酵的进行，并能提高有机物含量，增加肥效，同时也解决了部分粪便和下水污泥的处

9、理问题。但在2007年行业报告中，城市生活垃圾堆肥处理继续呈现停滞甚至萎缩的状态。这些垃圾堆肥厂大多存在二次污染严重、实际处理量很低等现象16。2 堆肥化基本原理及影响因素2.1好氧堆肥的原理及过程好氧堆肥是在有氧的条件下，借好氧微生物(主要是好氧菌)的作用来进行的。在堆肥过程中，生活垃圾中的溶解性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜而被微生物所吸收，固体和胶体有机物先附着在微生物体外，由微生物所分泌的胞外酶分解为溶解性物质，再渗入细胞。微生物通过自身的生命活动氧化、还原和生物合成等过程，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并释放出生物生长活动所需要的能量，把另一部分有机物转化为生物体所必

10、须的营养物质，合成新的细胞物质，于是微生物逐渐生长繁殖，产生更多的生物体，继续产生一系列的生化作用。图1 堆肥的好氧发酵过程图好氧堆肥化从废物堆积到腐熟的微生物生化过程比较复杂,但大致可分为以下三个阶段:(1)中温阶段,亦称升温阶段或产热阶段堆肥初期,堆肥基本呈中温,嗜温性微生物较为活跃,并利用堆肥中可溶性有机物旺盛繁殖.它们在转换和利用化学能的过程中,有一部分变成热能,由于堆料有良好的保温作用,温度不断上升。此阶段微生物以中温、需氧型为主，通常是一些无芽孢细菌。（2）高温阶段，当堆肥温度升到45以上时，即进入高温阶段。在这阶段，嗜温性微生物受到抑制甚至死亡，嗜热性微生物逐渐代替了嗜温性微生物

11、的活动，堆肥中残留的和新形成的可溶性有机物质继续分解转化，复杂的有机化合物如半纤维素、纤维素和蛋白质等开始被强烈分解。通常，在50左右进行活动的主要是嗜热性真菌和放线菌；温度上升到60时，真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热性放线菌与细菌在活动；温度升到70以上时，对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。（3）腐熟阶段，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。在此阶段嗜温性微生物又占优势，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

12、肥物孔隙增大，氧扩散能力增强，此时只须自然通风。2.2 厌氧堆肥的基本原理厌氧堆肥是在无氧条件下，借厌氧微生物(主要是厌氧菌)的作用来进行的。在堆肥过程中，有机物的厌氧分解主要经历了两个阶段:酸性发酵阶段和碱性发酵阶段。分解初期，微生物活动中的分解产物是有机酸、醉、二氧化碳、氨、硫化氢磷化氢等，在这一阶段，有机酸大量积累，pH值逐渐随着下降，所以叫做酸性发酵阶段，参与发酵的细菌统称为产酸细菌；在分解后期，由于过程中所产生的氨的中和作用，pH值逐渐上升，另一群统称为甲烷细菌的微生物开始分解有机酸和醇，产物主要是甲烷和二氧化碳。随着甲烷细菌的繁殖，有机酸迅速分解，pH值迅速上升，这一阶段的分解称为

13、碱性发酵阶段。2.3 影响好氧堆肥化的主要因素影响好氧堆肥化过程的因素很多，归纳起来主要有以下几个方面。（1）通风供氧。通风供氧是好氧堆肥化生产的基本条件之一，也是好氧堆肥成功的重要因素之一。通风的好坏直接影响到堆肥产品的好坏。在堆肥过程中，通风有供氧、散热和去除水分的作用3。一般而言，在堆肥初期的3-5d中通风供气的主要目的是满足供氧， 使生化反应顺利进行，以达到提高堆层温度之目的。当堆肥温度上升到峰值以后，供氧量的调节主要以控制温度为主。在极限情况下，堆层温度可上升至80-90,这将严重影响微生物的生长繁殖，因此，必须通过加大供气量，借助水分蒸发带走热量，使堆温下降。 有关研究表明:不同的

14、通风方式对堆肥过程有不同的影响。在被动通风和强制通风下，堆温下降较快，但它们能更有效地向堆体供氧;而在被动通风和自然通风方式下，堆体中心温度大于55的时间较长。与其它通风方式相比，强制通风易于操作和控制，并且是为堆料生物降解提供氧气的最有效方法，但它对通风管附近的堆料有明显的冷却效应。 （2）有机物含量和营养物。堆肥化是一个微生物分解有机物的生物化学过程，有机物的含量决定着潜在发热量，直接影响着堆肥温度的变化与通风供氧的要求。但是，过高的有机物含量又将通风供养带来影响，从而产生臭气和厌氧。研究表明，堆肥物料中最合适的有机物含量在20%80%之间4。 （3）碳氮比。C/N是影响堆肥效果的重要因素

15、5。碳是堆肥生化反应的能量来源，是生物发酵的动力和热源，氮素好氧微生物的营养来源，主要用于合成微生物体，是控制生物合成的主要因素，也是反应速度的控制因素。微生物每利用30份碳就需要1份氮，故初时物料的C/N比为30:1合乎堆肥需要，其最佳值为(3035):1之间，成品堆肥的适宜C/N比为(1020):16。 （4）含水率。在堆肥过程中，微生物分解有机物和微生物生长繁殖过程中需要一定的水分。含水率低于30%，微生物在水中摄取营养物质的能力降低，有机物分解缓慢。当低于12%，微生物的繁殖就会停止；反之，含水率超过65%，水就会充满物料颗粒间的间隙，使空气含量大量减少，其结果是形成发臭的中间产物。

16、（5）物料粒径。堆肥原料的颗粒大小与堆肥通气、水分和挥发性物质有直接关系，进而影响堆肥的反应速度以及堆肥时间的长短。从理论上讲，垃圾粒度越小，越有利于分解。但堆肥时粒度越小，沉降后密实度越大，孔隙率随之减小，从而影响氧的输送、扩散。通常粒度在15-50mm为宜7。 （6）温度。温度是影响堆肥过程的一个重要因素，同时也是显示堆肥中微生物活性的重要指标8。堆体温度在2545之间，适宜嗜温菌生长；在5560之间，适宜嗜热菌生长。堆体发酵最佳温度为5560，当堆体温度高于60，嗜热菌活动开始受到抑制，实际堆肥过程中，堆肥温度一般应控制在70以下。 （7）pH值。pH值对微生物的生长也是重要影响因素之一

17、，一般微生物生长最适宜的pH值是中性或弱碱性，pH值太高或太低都会使堆肥处理遇到困难，影响堆肥的效率。pH值是一个可以对微生物环境做出估价的参数，在整个堆肥过程中，pH值随时间和温度的变化而变化。因此，pH值也是揭示堆肥分解过程的一个极好的标志。适宜的pH值可使微生物有效地发挥作用，使得堆肥过程顺利进行。一般认为pH值在7.5-8.5时，可获得最大堆肥效率3。3好氧堆肥的工艺系统目前常用的堆肥技术有很多种，分类也很复杂。按照有无发酵装置可分为:开放式堆肥系统和发酵仓堆肥系统9。根据堆肥操作过程的特点，堆肥技术分为干预过程和非干预过程。Manser将堆肥系统分为简单条垛式堆肥系统和复杂机械堆肥系

18、统10。3.1 开放式系统（1）被动通风条垛式堆肥被动式堆肥是将原料简单堆积，使堆体通过“烟囱效应”进行被动通风，经长时间自然分解的过程。采用这种方式可大大降低投资和运行费用，但不能满足连续好氧堆肥的条件。如果堆体管理不当，可能会形成厌氧条件，堆肥温度低，反应慢产生恶臭。(2) 条垛式堆肥条垛式堆肥是将原料简单堆积成窄长条垛，在好氧条件下进行分解。条垛式系统定期使用机械或人工进行翻堆的方法通风。(3) 强制通风静态垛系统垛式系统处理废弃物时会产生强烈的臭味和大量的病原菌。因此， Epstein等人在条垛系统的基础上开发了通风系统，这就是后来被广泛应用的强制通风静态垛系统的开端11。强制通风静态

19、垛系统是通过风机和埋在地下的通风管道进行强制通风供氧的系统12。对于强制通风静态垛系统，通风系统决定其能否正常运行，也是温度控制的主要手段。在堆肥过程中，通风不仅为微生物分解有机物供氧，同时也去除二氧化碳和氨气等气体，并蒸发水分使堆体散热，保持适宜的温度。3.2发酵仓系统发酵仓系统是使物料在部分或全部封闭的容器内，控制通风和水分条件，使物料进行生物降解和转化。(1) 搅动固定床式搅动固定床式的反应器结构通常由多层平面构成。进料口在反应器的上部，堆肥物料先进入第一层，然后被一层层向下推移，物料在各层之间可以有不同时间的停留。通过搅拌使堆料均匀，然后堆料进入最底层，从出料口运走。整个堆腐过程中进料

20、和出料是连续的。通气管道位于反应器的下部，由许多支管组成，外连鼓风机。在反应器的上部设有废气口，产生的废气统一收集处理13。(2) 旋转仓式旋转仓系统根据物料在反应器内的移动方式又分为推流式和分隔式14。(3) 推流式 推流式发酵仓系统中，物料从仓体的进料口进入，沿仓体移动到反应器末端的出料口，这是迄今为止使用最普遍的发酵仓系统15。(4) 分隔式 沿物料的移动方向，反应器被分为一个个小室，在堆腐的不同阶段，物料从一个室移入另一个室，在不同的室内，物料可以进行不同时间、不同堆腐条件的堆腐，最后进入出料口被移走。4 堆肥系统的除臭设备臭味问题关系到一个堆肥厂能否正常运行，有效的臭味控制是衡量堆肥

21、工厂成功运转的一个重要标志。控制臭味要采取以下一些措施: (1)堆肥过程控制；(2)调查可能的臭味来源；(3)臭味收集系统；(4)臭味处理系统；(5)残留臭味的有效扩散。堆肥控制过程是控制臭味的关键因素，但不能完全有效地控制臭味。臭味收集主要是通过风机的鼓风和抽风来实现的，因此通风系统的设计对于臭气的有效收集有着重要的影响。臭味处理方法主要有化学除臭法和生物过滤器等10。实践中，常采用生物过滤器处理臭味，这种方法成本低，效果好，除臭率可达95%。生物过滤器中的原料主要是腐熟的堆肥、树皮、木片和粒状泥炭等10。保持生物过滤器中一定的含水率(40%60%)是实现最佳效果的关键。控制臭味最常用的措施

22、是采用全封闭的堆肥设备，再辅助以生物过滤器并同时进行堆肥过程的控制14。5 结束语在我国，垃圾处理作为一项再生资源开发，将逐步走上社会化、商品化、产业化的市场经济道路，由单纯的政府行为转变为政府、公众、企业行为的有机结合。垃圾处理产业化的方向是改革价格机制和管理体制，鼓励各类所有制经济积极参与投资和经营，逐步建立与社会主义市场经济体制相适应的投融资及运营管理体制，实现投资主体多元化、运营主体企业化、运行管理市场化，形成开放式、竞争性的建设运营格局.总之,城市生活垃圾是放错了地方的资源，如能得到很好的利用，必将极大地改善城市环境，提高居民生活质量，加快城市的发展。而垃圾堆肥作为垃圾处理的一个重要

23、方法,随着城市生活垃圾组成的改变、垃圾收集方式的改变、垃圾收费制度的实施以及现代生物技术水平的不断提高，将在城市生活垃圾处理事业上扮演着日益重要的角色。参考文献1 孙向阳等.国内外城市垃圾处理概况J.海岸工程，1999,18(4):92952 曾伟等. 我国城市生活垃圾堆肥的现状和发展前景.湖北植保.2004（2）3 陈世和，张所明.城市垃圾堆肥原理与工艺.上海:复旦大学出版社，19904 振明，高忠爱.固体废物的处理与处置，北京:高等教育出版社，1993.5 李国学，张福锁编著.固体废物堆肥化与有机复混肥生产.北京;化学工业出版社，2000.6 李建国，陈世和等编.城市垃圾处理与处置.北京:

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25、ent of Civil Engineering, University of Leeds. 1996.11 陈世和.DANO动态堆肥装置的特性研究J .上海环境科学, 1991, 10 (12): 1013.12 罗宇煊,张甲耀.有害废物堆肥技术及堆肥生态系统研究进展J .上海环境科学, 1999, 18 (10): 478480.13 USEPA. Composting facility design A. In: Composting of Municipal Wastewater Sludges C. 1985.3.14 魏源送,李永强,樊耀波,王敏健.环境温度对污泥处理过程的影响J .环境污染治理技术及设备, 2000, 1 (6):455.15 田宁宁,柯建明,王凯军.卧式旋转型污泥好氧堆肥装置的研制J .中国给水排水, 2001, 17 (1): 192216 中国环境保护产业协会城市生活垃圾处理委员会. 中国环保产业.2008.5-