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实验报告好氧堆肥


固体废物处理处置工程实验表
实 固体废物的好氧堆肥实验 验 名 称 实 1、 掌握垃圾好氧堆肥的基本流程 验 2、 掌握堆肥影响因素在实际操作过程的控制方法 目 的 实 实验原理(一)堆肥化的定义与分类 验 堆肥化(Composting)是在控制条件下,使来源于生物的有机废物发生生物稳定作用 内 容 的过程。具体讲就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物,在一

定的 设 计 人工条件下,有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过
程,其实质是一种发酵过程。 废物经过堆肥化处理,制得的成品叫做堆肥。它是一类棕色的、泥炭般的腐殖质 含量很高的疏松物质,故也称为“腐殖土” 。 分类:根据堆肥化过程中氧气的供应情况可以把堆肥化过程分成两种。 1、好氧堆肥(高温堆肥) :在通气条件好,氧气充足的条件下通过好氧微生物的代谢 活动降解有机物。 特点:一般在 55~60℃时比较好,有时可高达 80~90℃,堆制周期短,也称为高温堆 肥或高温快速堆肥。 2、厌氧堆肥:是在氧气不足的条件下借助厌氧微生物发酵堆肥。 特点: 堆制温度低, 工艺较简单, 成品堆肥中氮素保留比较多, 但堆制周期过长, 需 3~ 12 个月,异味浓烈,分解不够充分。 1、好氧堆肥过程

(1)中温阶段(产热或起始阶段) :堆制初期,15~45℃,嗜温性微生物利用堆肥中 可溶性有机物进行旺盛繁殖。温度不断上升,此阶段以中温、需氧型微生物为主,一 些无芽孢细菌,真菌和放线菌。在目前的堆肥化设备中,此阶段一般在 12 小时以内。 (2)高温阶段:45℃以上,嗜热性微生物为主,复杂的有机物如半纤维素、纤维素和 蛋白质等开始被强烈分解。50℃左右主要是嗜热性真菌和放线菌; 60℃时,几乎仅为嗜热性放线菌和细菌在活动; 70℃以上大多数嗜热性微生物不适应,大批死亡、休眠。 大多数微生物在 45~65℃范围内最活跃, 所以最佳温度一般为 55℃, 最易分解有机物, 病原菌和寄生虫大多数可被杀死。

微生物在高温阶段的生长过程细分为:对数生长期、减速生长期和内源呼吸期。此 后,堆积层内开始发生腐殖质的形成过程。 (3)腐熟阶段(降温阶段):在内源呼吸后期,只剩下部分较难分解的有机物和新形成 的腐殖质,此时微生物的活性下降,发热量减少,温度下降。嗜温性微生物又占优势,

腐殖质不断增多且稳定化,堆肥进入腐熟阶段,需氧量和含水量降低。 降温后,需氧量大大减少,含水率也降低。堆肥物孔隙增大,氧扩散能力增强,此时 只须自然通风,最终使堆肥稳定,完成堆肥过程。 3、 好氧堆肥化反应机理: ①有机物的氧化 不含氮的有机物(CxHyOz) CxHyOz+(x+1/2y-1/2z)O2 →xCO2+1/2yH2O+能量 含氮的有机物(CsHtNuOv?aH2O) CsHtNuOv?aH2O+bO2 →CwHxNyOz?cH2O(堆肥)+dH2O(气)+eH2O(液)+f CO2+gNH3+能量 由于氧化分解减量化所以堆肥成品(CwHxNyOz?cH2O)与堆肥原料(CsHtNuOv?aH2O )之比为 0.3~0.5。通常可取如下数值范围:w=5~10,x=7~17,y=1 ,z=2~8。 ②细胞质的合成(包括有机物的氧化以 NH3 为氮源) 。 n(CxHyOz)+NH3+(nx+ny/4-nz/2-5x)O2 → C5H7NO2(细胞质)+(nx-5) CO2+1/2(ny-4)H2O+能量 ③细胞质的氧化 C5H7NO2(细胞质)+5O2 → 5CO2+2H2O+ NH3+能量 4、 堆肥微生物 (1)来源和作用:有机废物里面固有的;人工加入的特殊菌种。在一定条件下对某些有 机物废物具有较强的分解能力,活性强、繁殖快、分解力强,能加速反应进程,缩短 反应时间。 (2)种类:①细菌:形体最小、数量最多,分解大部分的有机物并产生热量;②放线菌: 分解纤维素、木质素、角质素和蛋白质等复杂有机物,散发泥土气息,如树皮报纸等 硬物;③真菌:在堆肥后期与细菌竞争食物,更耐低温,部分真菌需氮比细菌低,能 够分解木质素,细菌则不能;④微型生物:如轮虫、线虫、跳虫、潮虫、甲虫和蚯蚓, 在堆肥中移动和吞食,消纳部分有机废物,增大表面积,并促进微生物的生命活动。 5、影响堆肥化的因素 (1)化学因素 ①C/N 和 C/P 比:初始物料的 C/N 比在 30:1 较好, 最佳为 25:1~35:1; C/P 比在 75~150 为 宜。为保证成品肥料中的 C/N 比为 10~20:1,初始原料的一般 C/N 比都高于最佳值,

多为 35:1。 K ?

C1 ? C 2 N1 ? N2

②氧浓度:适宜的氧浓度为 18%,最低不应小于 8%。 ③营养元素:足够的 K 和微量元素对于微生物的新陈代谢是必须的,一般它们不是 限制条件。 ④pH 值:堆肥微生物最佳的 pH=5.5~8.5。 (2)物理因素 ①温度:一般认为最佳温度在 50~65℃之间。 ②颗粒尺寸:适宜的粒径范围是 12~60mm。 ③含水率:堆肥原料的最佳含水率通常是在 50%~60%。 (三)堆肥的基本工序 1、前处理 以城市生活垃圾为堆肥原料时,包括破碎、分选、筛分等工序;以家畜粪便、污泥 等为堆肥原料时,主要任务是调整水分和碳氮比,或者添加菌种和酶制剂,以促进发 酵过程正常或快速进行。 降低水分、增加透气性、调整碳氮比的主要方法是添加有机调理剂和膨胀剂。 2、主发酵(一次发酵) 将堆肥化物料温度升高到开始降低为止的阶段,称为主发酵阶段(或主发酵期) 。 堆肥过程的中温阶段和高温阶段,时间约 4~12 天。 3、后发酵(二次发酵) 将主发酵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 基酸等较稳定的有机物,得到完全成熟的堆肥制品。也称为熟化阶段,堆肥过程的腐 熟阶段,发酵时间通常在 20~30 天以上。 4、后处理 分选以去除杂物,并根据需要再破碎。 5、脱臭 化学除臭剂除臭、碱水和水溶液过滤、熟堆肥或活性炭、沸石等吸附剂过滤。例: 土壤过滤器。 6、贮存

堆肥一般在春秋两季使用,夏冬两季生产的堆肥只能贮存,所以要建立可贮存 6 个 月生产量的库房。贮存方式可直接堆存在二次发酵仓中或袋装,要求干燥而透气。 (四)堆肥的过程控制 1、关于堆肥中的有机物问题 (1)有机物含量:最适为 20%~80%,过低产热不足,过高则供氧不足。 (2)调整堆肥原料的有机物组分的方法 ①对堆肥原料进行预处理, 将有机物含量提高至 50%以上(含污泥的堆料的挥发性固体 含量应大于 50%)。 ②发酵前在堆肥原料中掺入一定比例的稀粪、城市污水、污泥、畜粪等。城市垃圾→ 粪稀,农业秸秆→畜禽,城市污泥→草炭或锯末。 ③城市生活垃圾和污泥混合堆肥。通常污泥作调理剂,一般原污泥中含有较高的挥发 性物质(指单位干重固体在马福炉中 550℃灼烧损失的部分) ,直接堆肥较好。 2、堆肥过程的 C/N 比控制 作用:保证成品堆肥中一定的碳氮比 (一般为 10~20:1)和堆肥中使分解速度有序地进 行。 (1)适宜的 C/N 比范围:25~35:1 时发酵过程最快。过低(<20:1),微生物的繁殖会因 能量不足受到抑制,导致分解缓慢且不彻底;另外,由于可供消耗的碳素少,氮素相 对过剩,将变成氨气挥发,降低肥效。过高(>40:1),则堆肥施入土壤后,将会发生夺 取土壤中氮素的现象,产生“氮饥饿”状态,对作物生长产生不良影响。 (2)堆肥原料 C/N 比调整的方法: (3)堆肥中全氮、全碳的测定方法 全氮的测定用凯氏法,全碳用重铬酸钾法。 3、堆肥过程的水分(含水率)控制 (1)堆肥中水分的作用:溶解有机物,参与微生物的新陈代谢;调解堆肥温度。 (2)水分的调整方法:最佳含水率为 50~60%(按质量计)。水分过多,易造成厌氧状态, 并会产生渗滤液的处理问题。水分低于 40%时,微生物活性降低,堆肥温度随之下降。 条垛式系统和反应器系统,≤ 65%;强制通风静态垛系统,≤ 60%。所有系统水分均应≥ 40%。 水分较低时,可加水或含水率高的添加剂;过高时,则可摊开晾干或添加松散吸水

物。 (3)测定水分的方法 105℃±5℃下,2~6h,测定物料的失重。 4. 堆肥过程的温度控制 温升是微生物活动剧烈程度的最好参数。 (1)温度的作用:①影响微生物的生长,高温菌的理想温度为 50~65 ℃,堆肥的最佳 温度为 55~60 ℃;②无害化的要求:反应器和强制通风静态垛系统,堆体内部温度大 于 55 ℃的时间必须达 3 天;对于条垛系统, 堆体内部温度大于 55 ℃的时间至少为 15 天。 (2)控制方法:温度-供气反馈系统;定期翻堆。 5、通风的过程控制 (1)通风的作用:供氧;调温;去水分。 (2)通风供氧方式:自然扩散;翻堆;强制通风;翻堆和强制通风结合的方式;被动 通风 (3)控制方式:①理论方式:时间控制;温度反馈控制(静态垛 60 ℃);O2 和 CO2 含 量反馈控制(反应器堆料 O2 体积分数为 15%~20% )。②实际运行时的评价方法:排气中 O2 和 CO2 含量控制。最佳排气 O2 浓度为 14%~17% ;CO2 的体积浓度应为 3%~6% 。 6、堆肥过程的 pH 值控制 一般 pH 值在 7.5~8.5 时, 可获得最大堆肥速率。 最终的堆肥产品 pH 值基本在 7.5 左右。 可通过添加中和剂如石灰、 磷酸盐、 钾盐等来改变 pH 值。 但通常堆肥可通过自身调节, 如无特殊情况,一般不必调整 pH 值。若 pH 值降低,可通过逐步增强通风来补救。 (五)堆肥的质量控制指标 堆肥腐熟度:堆肥腐熟度是指成品堆肥的稳定程度。在工程上,它是衡量堆肥反应完 成的信号,在农业上,它是堆肥质量的指标。腐熟度的基本含义是: (1)通过微生物 的作用,堆肥的产品要达到稳定化、无害化,亦即不对环境产生不良影响; (2)堆肥 产品的使用不影响作物的成长和土壤耕作能力。

腐熟度的测定 取不同时间的堆肥料 1g 置于 100mL 烧杯中,滴入 9 滴酒精使其湿润 小心加入 20mL 36% 的高氯酸,静置,过滤 加入 20mL 碘反应剂到滤液中并加以搅动取几滴滤液至白色板上,观察其颜色变化 生物降解度的测定 称取 0.05g 干原料(已磨细)于 250mL 三角瓶,准确加入 1/3 mol/L 的重铬酸钾溶液 5mL,混合均匀后加入浓硫酸 10mL,静置 30min,加水稀释至 150mL 左右,加入试亚 铁灵指示液 10 滴,用 0.25 mol/L 硫酸亚铁溶液滴定,溶液颜色由黄色经绿色至刚出现 砖红色不褪即为终点。 以上同样方法做空白,记录 V0

大型堆肥厂工艺流程图

实 验 过 程 记 录

实 验 发 现


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