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城市垃圾堆肥技术评述


垃圾处理

中国资源综合利用 !!""# $ "%!

城 市 垃 圾 堆 肥 技 术 评 述
倪 骏, 孙可伟
昆明 (昆明理工大学 环境工程学院, 云南

/*..2’ )

摘要: 从堆肥的原理、 工艺、 影响堆肥的主要因素等方面, 介绍了城市生

活垃圾的堆肥技术, 分析了 国内外堆肥技术的现状, 指出了该技术的发展前景。 关键词: 城市垃圾; 堆肥技术; 资源化

!

概述 随着城市化的发展, 城市垃圾的问题越来越

会抑制高温微生物数量的进一步增长, 从而又形 成负反馈机制。结果, 温度将最终稳定在某一范 围内[)] 。

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

"("

微生物特性
[*] 以居民区垃圾箱中的垃圾作为 陈世和等人

研究对象, 对微生物类群进行了分离鉴定: 在中 温阶段 ()* +, 分离出 *- 株, 对其中 !" 株进行鉴 定, 有曲霉属、 芽孢杆菌属等 * 属。在高温阶段

资源化的垃圾处理方式。生活垃圾堆肥处理后, (** +) 分离出 ’" 株, 对其中 - 株进行鉴定, 有乳 可以达到无害化的要求, 并可以将有机物重返大 酸杆菌属、 假单胞杆菌属等 * 属, 并对以上分离 自然, 进行资源再利用[!] 。 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。 菌种的生理生化等特性、 酶活性及温度对酶活性 的影响进行了研究。实验证明, 当温度达到 -. + 时, 微生物活性处于最佳状态。

"

堆肥技术原理 依靠自然界广泛分布的细菌、 放线菌、 真菌

# 堆肥工艺 ’(! 堆肥工艺概述
堆肥工艺有许多种类型, 根据堆肥过程中对 氧气需求的不同, 可将其分为好氧堆肥和厌氧堆 肥。与传统的厌氧堆肥相比, 好氧堆肥具有发酵 周期短, 占地面积小等优点。因此各国较为普遍 地采用好氧堆肥技术。但随着 “垃圾能源学” 的产 生, 厌氧堆肥得到快速发展。与此同时, 国内的学 者[/] 综述厌氧和好氧堆肥技术, 对先好氧后厌氧 发酵技术进行了研究并取得了很好的效果。 通常, 按堆肥物料所处状态分为静态堆肥和 动态堆肥; 按堆肥堆制方式, 分为野积式堆肥和 装置式堆肥。堆肥的发展趋势是由静态堆肥向动 态堆肥,野积式堆肥向装置式堆肥的方向发展。 由于我国城市垃圾成分组成中有机质含量在 并且含有 ’.01-.0 的煤渣, 因此静态 !*01).0 , 堆肥比较适合我国现状。但是随着人民生活水平 的 提 高 , 垃 圾 组 成 中 有 机 质 含 量 将 达 到 *.01

等微生物, 人为地促进可生物降解的有机物向稳 定的腐殖质生化转化的微生物学过程叫做堆肥
["] 化。 堆肥化的产物称为堆肥 。 堆肥过程可以简单

用以下反应方程式表达: 新 鲜 的 有 机 废 物 #$" 微生物代谢作用 稳 定 的 有
[’] 机残渣#%$"#&"$#能量

"(!

微生物学过程 堆肥物料中一般均含有大量的微生物群。当

提供 适 宜 条 件 时 , 微生物生长迅速, 形成一个正 温度升 反馈回路,即中温微生物数量增长 高, 但是, 当达到不适于中温微生物生长的温度 时, 则变为负反馈过程: 升高的温度抑制中温微 生物的进一步增长, 并使其生长减慢或结束。这 时, 嗜热微生物逐渐取代中温微生物, 重新又形 成一个高温阶段的正反馈回路: 即高温微生物数 量增长
促进 促进

温度升高。同样, 当温度过高时, 也

收稿日期: "..)3.’3.2

! "4 !

垃圾处理
!"#,对于高有机质含量组成的城市垃圾不能采
用静态而必须采用动态堆肥 。陈世和等人 对
[!] [$]

中国资源综合利用 !!""# $ "%!

间的间歇式动态好氧堆肥处理技术[*"] 应运而生。 它具有发酵周期短, 处理工艺简单, 发酵仓数少 和投资小的优点。

提出了适于处 %&’( 动态堆肥工艺进行了研究, 理我国城市垃圾的主要参数, 并从理论上提出了

+,-

堆肥过程 堆肥工艺过程可分为前处理、一次发酵、 中

%&’( 堆肥反应器的设计参数 。这将对动态堆
[)]

肥工艺在工程中的应用起到重要的作用。由于我 国有丰富的静态堆肥技术的经验, 因此在静态堆 肥基础上发展出的介于静态堆肥和动态堆肥之

间处理、 二次发酵、 后处理、 脱臭及贮存等工序。 其工艺流程见图 *:

+,-,*

前处理 前处理包括破碎、 分选和筛选。通过分选和

质将在这个程序中得到去除。通过这个工序可减 轻二次堆肥的负荷, 提高堆肥质量。

筛选去除粗大的垃圾和不可降解的有机物, 并通 过破碎使堆肥原料和含水率达到一定的均化。破 碎的另一个作用是细化堆肥原料的粒径, 提高有 机物降解的速度。随后垃圾将与粪便或污泥按一 定比例混合均匀。

+,-,.

二次堆肥 经中间处理后的半成品进入二次堆肥, 通过

二次堆肥将尚未分解的和较难分解的有机物进 一步进行分解, 使之变成较为稳定的有机物。二 次堆肥的时间通常为 -"/+" 天。

+,-,-

一次堆肥 经前处理的垃圾进入堆肥装置, 通过翻堆或

+,-,0

脱臭 臭味是堆肥中比较明显的二次污染, 它关系

强制通风, 向装置内供氧。在微生物的作用下分 解易降解的有机物。 一次堆肥的堆肥期约为 ./*天。

到一个堆肥厂的运行质量。臭味的主要组成成分
[**] 是硫化物、 胺化合物、 脂肪酸、 酮、 醛和酚 。其中

最主要的是氨气的释放。目前广泛应用的治理方 中间处理 经一次堆肥后的物料进入中间处理程序。在 法是生物脱臭法。
[*-] 一次堆肥和二次堆肥的工艺参数见表 * :

+,-,+

前处理工序中未被去除的小颗粒金属、 塑料等物
表* 有机质 (# ) 一次堆肥 二次堆肥 碳氮比 好氧堆肥的主要工艺参数 氧浓度 (# ) 温度 (1 )

含水率 (# )

23 值 !,0 !,0/$,0

发酵时间 (天)

."/4"

-05*/+05* 6-"5*

."/0" 6-"

*./*! *./*!

0"/!" "."

*" *"/-"

!

影响堆肥的主要因素 控制好堆肥的影响因素是十分重要的, 但我

堆肥时,微生物依赖溶解于水的养料生存。 当养料过多时,会使堆层中的氧传递受影响, 而
[+] 过低则妨碍微生物生长 。

们不可能对所有的影响因素进行控制。其中的几 种主要因素是我们的控制目标。

按固体废物的物理组成来分, 一般为: 当堆 料的有机物质含量不超过 0"# 时, 堆肥含水率应

.,*

含水率

! -) !

垃圾处理
为 !"#$"%# ; 如果有机物质含量达到 &%# 时, 则 堆肥的最佳含水率应提高到 &%# 。 按堆肥系统分:对于条垛系统和反应器系 统, 堆肥的水分不应 ’&"# , 对于强制通风静态垛 系统水分不应’&%# 。无论什么堆肥系统, 水分均 应不(!%#
[)*]

中国资源综合利用 !!""# $ "%!

腐熟度在堆肥厂的设计、 运行及堆肥过程控
[).] 制中起着的作用 。腐熟度作为检验堆肥综合成

熟的一种标准, 其含义是: () ) 通过微生物作用, 堆肥的产品要达到稳定化、 无害化亦即是不对环 境产生不良影响; (,)堆肥产品的使用不影响作
[)"] 物的生长和土壤耕作能力 。



!+,

通风 通风是堆肥过程中重要的控制条件。通风的

国内外许多研究人员对腐熟度进行过各种 研究探讨,提出了许多关于腐熟度的参数及指
[)5] 标。有研究表明 , 耗氧速率是一个合理可行, 易

作用除了向堆肥中的好氧微生物供氧以外, 还可 以起到带走水蒸气从而干化物料的作用。 常用的通风方式有: ()) 自然通风; (,) 利用 斗式装载机, 动力铲等特殊设备翻堆; (* ) 被动通 风 (主 要 是 向 堆 肥 内 插 入 通 风 管 ) ; (! ) 用风机强 制通风。 强制通风供氧的控制方法可分为 ! 种: 时间 控制, 温度反馈控制, 耗氧速率控制和综合控制 。
[)!]

于工程上应用的堆肥腐熟度指标。当堆肥达到腐 熟时,其每分钟耗氧量为 %+%,#$%+)# (体积百分 数) 。其值的变化与堆肥有机物含量有关, 李艳 霞等人[)6] 对腐熟度的参数及指标作了全面综述, 见表 , :
表! 方法名称 表观分析法 化学分析法 腐熟度的参数及指标 参数指标或项目 颜色; 密度 温度; 气味 ; () ) 挥发性固体 (有机质或全碳) 含量;

国外对堆肥过程通风量的控制逐渐倾向于温度 反馈控制。

!+*

温度 温度是影响微生物生长的重要因素。 一般认为

; (, ) 生化需氧量 (789")
(* ) 34 值 ; (! ) 易降解有机质; (" ) 堆肥过程中特殊物质的出现及消失; (& ) 腐殖质物质的变化;

最适宜的堆肥温度应在 ""$&% -, 不宜超过 &% -。 。但 否则, 会对微生物生长活动产生抑制作用[)*]
[*] 有研究 表明, 最高温度可达 .% - 。尽管最适合

温度没有一个统一的范围, 但温度作为一个控制 堆肥过程的宏观指标是毋庸置疑的。

; (. ) (固相中全碳与全氮之比) /01
(5 ) (水溶态有机碳与水溶氮 /8 0 18 (:) (: ) 之比) ; (6 ) 腐殖化参数 (4; , ; 4<, /4= 0 /8, />? 0 /8) ()% ) /@/ 0 /(阳离子代换量与总有机碳 8

!+! 碳氮比
就微生物对营养的需要而言, / 0 1 比值是一 个重要因素。碳是细菌的能源, 而氮则被细菌用 来细胞繁殖。/ 0 1 比值过高导致成品堆肥的 / 0 1 比过高, 施肥时容易导致氮饥饿; / 0 1 比值过低, 细菌就将多余的氮转化为氨, 造成氮损失。一般 认为初始 / 0 1 比值在 ,"$*%2) 或 *%$*"2) 较为适
[)", )&] 宜 。

; 之比)
()) ) (腐殖化程度) 94 波谱分析法 红外光谱法 / —核共振法;

植物生长分析法 植物生长生物量

!+"

34 值 34 值随时间和温度的变化而变化。在好氧 堆肥初期, 由于酸性细菌的作用, 34 值降到 !+"$ 随后, 最高上升到 5+%$5+" 。因为微生物可以 "+%, 在较大的 34 值范围内生存和繁殖,因此一般不 可获得最 必调整。一般认为 34 值在 .+"$5+" 时,
大堆肥速率。 腐熟度

"

堆肥的发展前景 自 )6,% 年 英 国 人 诶?雷 华 得 将 堆 肥 技 术 应

用于城市生活垃圾处理以来, 堆肥技术已经经历 了几十年的发展, 在 ,% 世纪 !%$"% 年代, 堆肥技 术发展迅猛。但随着城市生活垃圾的复杂化, 堆 肥技术进入了一个低谷发展阶段。在 ,% 世纪 5% 年代, 由于人们认识到焚烧和填埋所带来的二次 污染问题, 堆肥技术再次被人们所重视。

!+& ! *% !

垃圾处理
从现阶段来看, 我国实际应用的堆肥工艺还 比较落 后 , 机械化程度低, 投资少, 操作简单, 运 行费用低, 导致成品堆肥的质量不高, 肥效低, 缺 乏市场竞争力, 严重制约着垃圾堆肥处理的进一 步发展。 要推动堆肥技术的发展, 首先, 应在改进工 艺的同时, 加强垃圾的分类收集, 从源头解决原 料成分复杂的问题, 提高成品堆肥的质量。其次, , 采用好氧堆肥 应扩大堆肥的处理范围, 例 如[!"] 法处理有毒有害固体废弃物。第三, 应改善好氧 堆肥的工作环境, 使之臭味不向外扩散。最后, 加 强专项微生物菌种的研究工作, 提高分解有机物 的效率, 缩短堆肥时间。 目前, 堆肥仍是大量消纳城市生活垃圾的主 要处置方法之一。在好氧堆肥并不是十分景气 时, 有机垃圾的厌氧处理新技术推动垃圾处理的 新高潮, 这一新技术在国内尚属空白。但在不久 的将来, 厌氧堆肥不断改进, 不断充斥好氧堆肥, 最终必然在我国的堆肥技术应用中, 好氧堆肥和 堆肥相辅相成, 共同处理城市垃圾。 参 考 文 献

中国资源综合利用 !!""# $ "%!

, ’ & #" ##

陈 世 和$中 国 大 陆 城 市 生 活 垃 圾 堆 肥 技 术 概 况 [% ] (# ) : $环境科学, #&&+.#* *+)*陈世和, 等$城市生活垃圾堆肥动态工艺 (/012) 的研究 [%] (*) : $上海环境科学.#&&!, ## #+)#* 陈世和, 等$/012 动态好氧堆肥处理技术 [%] $ 上海环境科学, (#! ) : #&&#, #" #")#+ 钱涌根, 等$间歇式动态好氧堆肥处理技术 [%] $ 环境卫生工程, (! ) : #&&’, (+)(? ? ? N?< 0 ;.C6<DF 3 O, K:?DF P %$QR?E<?>578 >:F OF6S76L?8DF 7S C57S5E>F69 S76 K7LJ79>58T 2@76 K78>67E.% Q8R5678$UD5$4F?E>:.#&&- , 0+# (& ) : ! !(,)! !,+ 宋 宝 增$城 市 生 活 垃 圾 发 酵 制 肥 [%] $四 川 环 境, (() : #&&&, #’ #!)#魏源送, 等 $ 堆肥技术及进展 [% ] $ 环境科学进 (+ ) : 展, #&&&, , ##)!! 徐 红, 等$ 污泥堆肥的通风及控制技术 [%] $ 环境科学进展, (( ) : #&&&, , #!#)#!陈世和, 等$ 城市垃圾堆肥原理与工艺 [3] , 复 旦大学出版社, #&&& 456789:5 ;<=7>? ?8@ ;5A7B5B7 1?B?9?B5. C57DADEF, (- ) : #&&# --)-’ G8=?6 H.D:F8 H.4?@?6H ?8@ 45>58B 4 0 %.1FI 0JJ67?D:F9 >7 K7LJ79> 3?><65>A.C57DADEF, #&&" (#!) : -()-& 张所明, 等$城市生活垃圾堆肥发酵的腐熟度 (#" ) : 研究 [%] $上海环境科学, #&’’, , &)#! 李艳霞, 等 $ 有机固体废弃物堆肥的腐熟度参 数及指标 [%] (! ) : $环境科学, #&&&, !" &’)#"+ 马 瑛, 等 $ 堆肥化生化修复技术矗立有毒有 害固体废弃物的模拟研究 [%] $ 环境科学, #&&,, (( ) : #’ -*)-’ (责任编辑 M 荆小旦)

#! #+ #( #* ##,

# ! + (

孙向阳, 等$国内外城市垃圾处理概况 [%] $海岸 工程, (() : #&&&, #’ &!)&* 聂永丰, 等 $ 三废处理工程技术手册—— —固体 废物卷, 化学工业出版社 陈世和, 等 $ 城市生活垃圾快速高温堆肥二次 发酵工艺 [%] (# ) : $上海环境科学, #&’,, #-)#& 罗宇煊, 等$有害废物堆肥技术及堆肥生态系统 (#" ) : 研究进展 [% ] $上海环境科学, #&&&, #’

#’ #& !"

(,’)(’" * 陈世和, 等$城市生活垃圾堆肥处理的微生物特 (’) : 性研究 [% ] $上海环境科学, #&’&, ’ #,)!# 廖银章, 等$城市有机垃圾发酵工艺研究 [%] $太 阳能学报, (() : #&&+.#( ++,)+(+

国内动态

浙江造纸业发达
浙江省是资源小省, 上世纪八十年代前造纸 原料主要是草类纤维, 深受产品质量低下和三废 污染的因扰。后来省有关部门和企业大力推进废 纸造纸, 得到了初步成功。现在, 该省废纸造纸已 居大 日趋成熟 , 且 省 内 废 纸 回 收 率 达 ("V 左 右 , 陆各省、 市前茅。

废纸为主要原料
由于浙江省废纸造纸产品主要为箱纸板、 涂 布白纸板、 瓦楞芯纸和新闻纸等, 故所利用的废 纸品种集中在废旧书刊报纸、 废旧纸板箱和白纸 边等几大类。其废纸来源 ,"V 左右为大陆本地, +"V来自进口。 (商 讯)

! +# !


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