食物残渣与园林绿化废弃物混合堆肥技术研究(可编辑)

食物残渣与园林绿化废弃物混合堆肥技术研究(可编辑) 食物残渣与园林绿化废弃物混合堆肥技术研究 学校代码: 分类号 密 级:公开 硕士学位论文 食物残渣与园林绿化废弃物混合堆肥技术研究 作者姓名: 金丰尧 入学年份:年月 指导教师 杨维教授 学科专业:环境工程 申请学位 工学硕士 所在单位 市政与环境工程学院 论文提交日期:年月 论文答辩日期:年月 学位授予日起:年月 答辩委员会主席:潘俊 答辩委员会组成: 渣篮塑熊生: 咀歪刻坦丕至地 论文评阅人: :幽莶至世; 々 , 量 ,。 扩 卜 丑, 』 一’ 一 。。 。牛 . ‖ .一一?一.?.~声 明 本人声明,所呈交的学位论文是在导师的指导下独立完成的,论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外,不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果,也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我共同工作 过的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 作者签名:耋姿拦昆 日 期:年 月 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解沈阳建筑大学有关保留、使用学位 论文的规定:即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳建筑大学或其授权机构可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并通过网络提供检索、浏 览。 如作者和导师同意论文交流,请在下方签名;否则视为不同意。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后: 不限口 半年口 一年口 一年半口 两年口 作者签名:么耗 导师签名:纬自维 日 日 年月 :幻年古月口 期:口, 期 : 。.~.。一?。: 一:一斯 .‘:一.一一。七乏摘要 随着我国城市人口的增长,城市生活垃圾也在不断的激增,并且已逐渐成为环境污染 固体废弃物污染的一个主要来源,占城市总污染的%。食物残渣是生话垃圾中最主要 的可降解的有机固体形式。而目前的情况,我国对于这类的废弃物不做分类处理,只是作 为生活垃圾的一部分进行焚烧或者填埋处理,这浪费了很多可二次利用的环境资源。另一 方面,随着各个城市对绿化环境及环境美观的追求,周林绿化废弃物的产量也在悄然声息 的增长。对食物残渣和固林绿化废弃物混合堆肥处理,一方面可以解决城市垃圾的减量化、 无害化、资源化,同时也减少城市垃圾对填埋土地的需求。因此对食物残渣和园林绿化废 弃物混合进行堆肥处理是急需研究的固废处理方法之一。 园林绿化废弃物中含纤维素丰富,碳氮比较高,与食物残渣混合堆肥可作为主要碳源 供给,其较大的表面积可为微生物生长提供有利附着条件,将食物残渣和园 林绿化废弃物 混合堆肥.使这些废弃物作为一种再生资源得以有效利用,而不同物料配比通过对堆体碳 氮比、通风、等影响.进而影响堆肥产品。 本文展现了食物残渣与园艺废物在室内环境里联合堆肥处理过程中的表现及潜在应 用。目的是研究食物残渣与园艺废物两种废弃物合适的混合比例。按食物残渣与园艺废物 干重配比;、:、:、:、:的比例在反应器内进行堆肥,堆肥时间为天。 渗滤液样品中总有机碳、化学需氧量、电导率、、氧化还原性 和有机酸。碳氮比和发芽指数作为考察堆肥质量的指示。经对实验数据比较发现食物残渣 与园艺废物干重配比为:时,在堆肥过程中获得良好的效果并优于其他混合比例。实验 结束时,最优的堆肥产物碳氮比达 .并且对于高粱种子、豌豆种子和白芥种子发芽 指数分别为%.锻.%。 研究了醋酸钾对于食物残渣和园林绿化废弃物混合堆肥的影响。通过,分析渗滤液样 品中,总有机碳、化学需氧量、和温度等参数。经分析实验数据发现,醋 酸钾对食物残渣和园林绿化废弃物混合堆肥有促进腐熟的作用。 关键词:食物残渣:园林绿化废弃物: ;有机酸; 配比;混合堆肥 摘要 硕士研究生学位论文, , % , ?, . ,, ,. /, ,? . / , , , , :,:,:,:,, , .,,//, ,.:/, , ,%,% %. ?, , ,: : : :: ?目次 ... .......... .......... . 摘要 ........................ ...... . 同录........... ..... ........... ............ ... .. ... . ..... 第章绪论... ............ .. . .研究背景. ..... .. ... 研究同的 食物残湾与同林绿化废弃物的处理现状........ . . 】食物矬渣...? .. ::.... .. 园林绿化废弃物.. .. .. .:处理现状及方法 .. .. 高温好氧堆肥?....... , . ..... 好氧堆肥优缺点........ 好氧堆肥影响因索.. .... . .腐熟度和判断指标??... . . .. . 【物理指标. . . . .. ... 化学指标 . .. .... .. 生物指标 ..... .. 【国内外研究现状.... 【 ..... .. 幽外研究现状..?..? 同内研究现状 . . 研究的意义........... . ....... 实验技术路线... 第二章食物残渣与冈林绿化废弃物联合好氧堆日过程研究 实验材料及器材. ... ...... ... . 实验材料 ..实验反应器 ..... .. .. .. .. .. ...... .实验方沾 .本试验测定指标的确定及其测定方法........ ..温度....................,, .. ... . ?.. ...... ..含水率测定......... . 汞 . ..... : ??呓???三婿拇坶旧舯蛐耋寻如龃扪圳 导牢发磷、硫和氯元索 ?..顺九宄’”沧之 \】 ??、 . .. /............ ...... .有机酸........... ..发芽指数................ .....??....... .实验结果与分析....... .. ..,.. 温度变化 . . .?....... ...... 值 ... ... :总有机碳.....?....... 化学需氧量 . ..电导率和离子变化..... . ..氧化还原性.............. . .挥发性脂肪酸........... .. 堆肥腐熟度的判定.................. . / . ...................... ...发芽指数.??. ............... ... 本章小结... 存在的问题与改进措施........?........ 第三章醋酸钾对食物残渣和园林绿化废弃物混合堆肥的影响 .... .实验研究背景.................... .... .实验材料与方法.......?.....?. .... .采样与测定方法.........?....?. 结果与分析............................堆体温度变 化........................ 堆体值的变化.........?...... .. . 氧化还原性.?..................,.. ..总有机碳和化学需氧量 ......... 电导率........... 本章小结..................... .. .................. . 第四章结论 ................... 研究结论...... ... .. .. 课题的主要创新方面.. .. 研究建议............... . ...... . 展望.. ..... .. .... 参考文献..... . ... 作者简介.. ....... ... 虬虬毖毖毖船驰惦拍勰约??矾踮盯盯卵弘姆明阳蛐帅州北们????盯 甜鹬 致谢 .. . ... .... . . . 曲 , 一 . ~ 一 .】 ~~~~;~. 【 ~~~ ”苎 ”?:... ?:;.:; .? . . .. .. . . . . .... . . . . .. .: 一 . . .... 第一章绪论 .研究背景 中国人口达亿,且仍有保竹增长的趋势。掘预汁随到二十一世纪中叶我国人 口爿会 出现放缓的趋势。随着叶国城市化进程的加速,人口卫多的聚集到了城市, 同时对台理处 理城市体废弃物的需求也随之变得急迫。全世界垃圾年均增率为.%,而中国垃城 增挺速度超过】%。仅中国每年就产生近 亿吨城市垃城。其中.城市生活垃圾已透渐 成为耳境污染的一个卜要来源, ?城『总污染的‖。中阳城市乍活垃圾累计堆存量已 达亿,令幽城市人均每天生活垃圾产牛量超 。食物残淹是生活垃圾最要 的?叮降解的有机固体形式”。而目前的情况,我幽时这类的废弃物不做分类处理,只足 作为生活垃圾的一斋;分进行焚烧或肯填埋处理,这浪费了很多可.次利不的月、境资源。很 长时以束,食物残渣【一直被作为猪的饲料,升通过市场渠道自行寻找蹄。山于食 物残淹易娈质,因而作为饲料喂养,猪卫生情况域忧。吃了腐烂变质垃城的“持墩猪”和 畜禽,将足引起各种疾病和传染病的根源。因此,研究如何亚有效的利用食物妓渣这部分 环境资源.对于实现城市生活垃圾“碱量化”、“无害化”和“资源化”存在重大的意义。 圊林绿化废弃物是指在城市绿化美化过程。所产‘的枝干、落叶、草屑驶其它绿化修 剪物等”’。随着各个城对绿化习境及环境美观的追求,吲林绿化废弃物晌产茸也猩悄然 声息的增氏。就草坪为例,在生季前时要对其进行修剪,生长旺盛时般一周修 剪一次。 掘叭午北京市绿地普查质料.北京市草坪面积为.万’,每年将产生上百,】吨的 草剧。掘年北京市同林绿化局渊研,北京前同林绿化废弃物可利用资源理论总艟约 吨。这个数量每年还会以仃吨: 万吨。其城八区约万吨.远郊区县约 右的速度增。一般在绿地养护中,废弃物被捕除井且从绿地穆除造成植物叶片和枝干中 的营养元素不能回归到园林绿地土壤中.破坏了周林绿地土壤的循环,使其莽分收支不平 衡,绿地养分流失,上壤有机质含量降低、上地板结,土壤质量变差”’。被清除的草屑一 般当作垃圾被填埋或者焚烧,这不仅占用土地.使我国上地资源更加紧张,污染环境,而 且造成资源浪费。园林绿化废弃物禽钶丰富的有机质和营养元豢,尤其是碳元翥台量商. 是堆肥过程中良好的碳源提供者。 高温好氧堆肥工艺是堆肥方法的一种,也是有机崮体废弃物资源化的常用技术。堆肥 是一种,物化学工艺,一般利用堆制中的土著微小物来降解有机污染物.并转化成易植 物吸收的腐殖质。工艺过程中,常通过控制各种对微生物活动有影响的因素,来满足所需 的堆肥产物的速度、质嚣和成热度,其过程先后经历升温阶段、高温阶段、 降温阶段和成 熟化稳定阶段.最后形成腐埔质。【传统的堆肥法一般是把原材料骨于裸露的环境之中. 堆肥过存许臭味大、肥效低、受外羿环境影响大以及难以摔;制锋问题。 颤一研究牛学位论立 第章绪论 研究目的 . 本文旨在舯城』,活垃圾中可降解的食物残渣部分与园林绿化』:弃物联合雄肥进行 研究。井月经实验过程中研究讨论备个参数的变化及对此种堆肥的影响。试矧找到这两利一 堆肥材料的摄佳混合比例。这在我国完成城市垃圾分类后,对这部分生活垃圾的环境资源 合理二次利用存在较强的理论与现实意义。 食物残渣与园林绿化废弃物的处理现状 ..食物残渣 食物残渣是城市生活垃圾中主要的有机物组成成分,它的组分、性质和产‘量受各种 因素影响有所差别,但具备如下总体特点: 含水率高。食物妓渣的含水率高.这就给其收集、运输和处理都带来很大的难度。 餐厨垃圾渗滤液可通过地表径流和渗透作川,污染地表水和地下水,而且山于我困的餐厨 垃圾单位热值一般在/左右,不可满足垃圾焚烧发电的热值要求。若要进行焚烧 发电发热.必须对这部分垃城进行预处理,降低古水率.提高单位质量的热值.然后在进 行焚烧处理。 易腐烂变质,污染环境。餐厨垃墩含水率高,且其中有机物含量比例相当之高约 占干物质质量的%以上,易腐败发出难闻气味,易酸化,且易滋生病苗和病原微生物, 如果不加以合理的处理而直接利用.会造成病原菌的传播和感染。因此.食物钱渣的生物 化处理,麻浚及时处理.尽量减少储藏时间,以减少对水环境和空气环境的影响。 营养成分含量丰富。食物残渣除有机物含量高之外,还富含氮、磷、钾、钙以及 各种微量元素,具有营养元素齐全、再利用价值高的特点,因此应当对其实施再利用化、 无害化、资源化处理。 ..园林绿化废弃物 园林绿化废弃物指在绿化美化和林业生产工作中,所产生的枝干、根茎、落叶、草眉、 花败及其他有机废弃物。近年来,随着我国园林绿化事业的飞速发展,园林绿化废弃物产 生的数量逐年飙升,而绝大部分废弃物都没有实现资源化利用。园林绿化废弃物当前主要 采用的就地堆放,填埋焚烧等处理方式,不仅占用了宝贵的土地资源,而且给城市生态环 境建设带来了一定的影响。园林绿化废弃物组成成分主要为有机物,是重要的且:物质资源。 园林绿化废弃物中,含有丰富的营养成分。其中,碳元素含量非常之高.可高达% ,在好氧堆肥过程中,丁以作为蘑要的碳源提供者。同时.园林绿化废弃以上 物中也台有 氮、硫等供微生物生长需求的元素。园林绿化废弃物含水率相对较低,但仍然保持在% 以上。在好氧堆肥过程十,可以根据其含水率及有机组分,调添加量。..处理现状及方法 目前.国内外食物歧渣与园林绿化废物有很多处理片法,主要有卫,上填埋处理、焚烧 处理、堆肥处理、粉碎覆盖、作为食不菌培养堆质等方浊。国外大多采用堆肥、粉碎覆盖、 作为食用菌培养基质和制作二物农曲的方式柬实现循环利用周林绿化废弃物。而日莳圈内 更多的是聚用卫乍填埋、焚烧处和堆肥方法进行处理。 .. 卫生填埋 现代卫‘蔓真埋工程就是在铺设有良好防渗性能村垫的场地上,将固体废物铺成一定厚 度的薄层.加以胍实,并加上覆盖.足有控制地处理城日固体废物的一种方法。此法起步 于世纪年代.经过多年的研究和发展.各幽在卫生填埋的规划、、施、 管理等方【『秘累了丰富的,并不发出成套技术发酸备。我国填埋技术使川比较早. 时垓技术在我同所自垃圾处理方式巾所比例最高,达到%~%。卫生填埋也是我国处 氍城生活垃城的最牡本、蛙普遍的方法。它是将垃城合理的掣埋在地下,通过微生物的 使这部分垃圾分解为稳定、无吉化合物。因为食物睦渣干林废弃分解作用. 物是竹机” 一次利用的环境资源.对其进行填埋处理不仅浪赞了这部分的可二次利用的资源,刚时又 占用大量的土地。发达国家已经认到这个阿题,撕美哪保局估计,今后年美国现 有的%的填埋场将被关【;。山于垃圾”有机物堆放过狸巾会腐解产生甲烷等燃气,易引 发爆炸或火灾等率敞,因此舰定年以后有帆物含量%的垃圾不能进入垃圾填埋场. 且填埋物巾的无机物】分脚%,含水率:‖“”,这些要求大大限制了食物艘渣和同林 绿化废弃物:卫生填埋方面的盹用。 而且就工艺来说,对场地的水文、地质和环境条件都有鞍为严格的要求。为防止其时 周围环境的污染, 诹耍设置渗滤澉收集和处理系统,还要提供气体的排除或回收通道, 井对填埋过程中生的水、气和附近的地下水进行监测,还需要能抵御百年一遇以上洪水 的设计。 同前,业发逃国家在设训填埋场时,大多采用多重屏障的概念.利用犬然和人 工屏 障,尽量使所处置的废物态环境帽;;离,不但注意渗滤液的术端处理,更强调片端控 制,力求减少渗滤液产帛量,提高废物的稳定性和填埋场的长期安全陀.尽量降低填埋场 操作和封闭后的赞用?。可是.国内大部分已建的填埋场在设计理论和方浊、高性能防渗 材料和排水材料的不发等方面与国外还有较大差距。这是于设计人员缺乏足够的知训和 经验.所瑷汁的填埋场币仪牦资大,而且其安全惟也不理想。存在对地水、地表水、周 吲环境空气的潜在危害。而且扯完成填埋场封存后几年内,土地不町用它。这些负面 影响和潜在的危害都使得填埋法在应用方而收到限制。 ..荧烧法 垃圾焚烧处理足使垃圾中分拣出束的可燃成分在高温条件下与空气中的氧进行燃烧 反应,最终成为稳定的惰性坎渣的过程。叮燃性固体物质的燃烧是一个复杂的过祀,它通 常山忙热、传质、热分解、蒸发、气相化学反应和多相化学反应等组成。垃圾焚烧是将垃 慢放诅.特殊汁的封闭炉中.诅.超过?的高温烧成扶烬.然后将扶烬填埋。?世 筇驻绪隆 九 ‘.伊沦上 界二使用较广的垃城焚烧处理技术主要有机械炉排式、叫转式、流化床、热解气化等种。 焚烧垃城能使难降解和易腐败等可造成公害的有机物燃烧成为无机物和二氧化碳,而病原 性微生物在高温下完全灭尽,使垃圾变成安定的、无害的扶渣类物质。焚烧后产生的热能 供发电或转化成动力等。 可 焚烧法是固体废弃物处理的最有效的途径之一.通常被认为是实现减量化最快捷的方 法。在当城市生活垃圾的处理技术中,焚烧处理技术方式已仅次于填埋技术方式而位居 第位。由于焚烧法可以节约大量的土地资源,大规模快速处理废弃物的同时回收一部分 能量作为供暖需要.可以减少~%的体积或~%数量等优点.在工业化国家尤其 是上地极其短缺的国家和地区被广泛的应用。如瑞士的垃圾总处理率为%.其中焚烧占 %;月麦总处理率%,焚烧占%;本总处理率 %,焚烧占%。 虽然焚烧法可以产生热能.用于发电或供暖。但是.垃圾焚烧处理要求垃圾必须达到 一定的热值,即要求垃圾中的可燃物的含量达到一定承平。生活垃圾焚烧处理必须满足: 热值?/,水分?%,扶分?%.可燃物%,且该技术次性投资大.运行 费用高,管理和设备维修要求较高。食物残渣中含水率较商,远大于%含水率.不适合 用于焚烧发电或者必须经过预处理后方可进行焚烧。同时焚烧热电厂会产生大罱的废气, 造成环境二次污染.如有害的尾气排放二恶英等有毒气体,焚烧后余留残渣 和污水等。 目前应?前景不大,且技术有待提高。 ...堆肥技术 堆肥技术是常用的无害化、资源化处理有机废弃物的有效途径之一。堆肥分为高温好 氧堆肥和常温一般堆肥。堆肥技术受到国内外专家的关注及重视,主要是因为堆肥关闭了 和圈 营养物的循环幽.使营养物循环回到土地作为无机肥被植物生长冉利用。如图 所示.堆肥技术比传统的处理方法减少营养物循环的很多环节,既节省了时间,又更有效 的使营养物返回土地之中。 目 传统农业营养物转化过拌幽.堆肥过程中,营莽物循环过拌 园林绿化废弃物堆肥处理: 绿化废弃物堆肥,是指将绿化过程产生的树技、落、草木等废弃物经过一定的处 理和混台配比,在适合的条件经过有钮发酵.形成仃机肥料和土壤改良刑的过程,达到 无害化无杂草、寄生虫等,回归上地。实现资源再利】。传统有机废物堆肥历史久远, 佩现代的堆肥技术研究发展于世纪年代。世纪年代后,各国堆肥处理旱 :升的发展趋势;近年柬堆肥的发酵艺、技术和设备几趋完普,机械化程度提高,进入 了规模化和一化发展的阶段。从同林绿化废弃物的原料特点和广:出情况阿 方面分析,将 其堆肥处理是呵行的: 川林绿化废弃物主要成分为可降解的纤维索、本质素等,降解率约占固体比 例的%.进行堆肥处理基础好。 不需要增加额外的分类费用,有利 园林绿化废弃物可由园林部门单独收集. 堆肥处理实施的管理。 绿化行每年需姿使用大量的有机肥、土壤改良基质,园林绿化废弃物堆肥 处理后可实现自产白消,循环利用,减少人:化肥使用景,对保护生态环境也起着重要作 用。 园林绿化废弃物污染少,堆肥过程基本没有兑味污染,对堆肥周边环境影响 小,:地利用险性小。 在美囤,山于有政策和经费的保障,闽林绿化植物废弃物利用率逐年上升,从年 的 %上州到年的%。为了敦仃居民了解堆肥制作、庭院废弃物处理的方 法,减少城『固体垃圾扣有机物占的比例。纽约市环境卫,局发起,并受到纽约植物园支 持,举办了“机朝克斯行政区绿色垃圾堆项目”,建立永久示范中心柬展示各种堆肥箱。 纽约植物阿建立的永久眭堆肥场面积达,使交送环卫局处理的垃城减少了一半。 在欧洲对有机废弃物的管理控制,欧盟的土地填埋法埘可降解的秆机废弃物进入填埋场 的比例有严格控制,并逐年降低比例;而氯鬃法严格规定了单位七地皿税化肥使片量,也 有力促进了有机堆肥的市场发胜。柿鲁窿尔等较太的城市绿化服务机构较早就不始用混合 堆肥的方式处理绿地有几废拜物.城丁吐订个人型露天堆肥场.个安簧场.处理 第一章绪论 颈研究生学忙论文 由非盈利组织进行组织和控制质量、进行促销。在英 绿化废弃物达, 国、葡萄牙等国.植物园成为绿化废弃物堆肥处理最好的宣传阵地,如??同植物园、葡萄 牙%德拉植物园等。目前,在同本堆肥接种剂的研究已经有了较大的进展,可以明显地促 进仞期堆肥化快速进程和保持较高的微生物降解速度。酵素菌就是一种理想的堆肥接种 剂。酵素蒲技术由同本微生物专家岛本觉也先于世纪年代研究开发,并在 年代同渐成熟.广泛应用于种植业,环保等方面,目前已经在世界上二十多个国家应;推 广。 食物残渣堆肥处理: 高温好氧堆肥是处理食物残渣的有效方法之一。餐厨垃圾有机物古量高,营养元素全 面./比较低,魁微生物的良好营养物质,适用于作堆肥原材料。同时,食物残渣中不 含有惰性废物如废塑料等.利于堆肥产品的农用。除釉止外,堆肥产品可以川于林 景观等方面。餐厨垃城中的高油脂含量和高含盐量不利于微生物的生长,【乜制约了高温好 氧堆肥处理工艺的效果。由于饮食结构的不同,不同国家食物残渣废物的物 料特性以及』” 生量有较大差异。欧美国家多采用与其他有机废物或市政污泥混合堆肥的方式。美固、爱 尔兰等将有机废物统一收集,在有机废物处嚣厂根据废物不同的特性,进行分类堆肥或其 他的资源利用。韩国将堆肥技术作为食物残渣废物就地处置的主要技术途径 较多学 之一, 者对食物残渣堆肥进行了大量的研究堆肥同益成为韩囤食物残渣废物处置的主要途径。 ...厌氧发酵 厌氧发酵技术盏成为有机固体废物处理处置和研发领域的策焦。从食物残渣废物的 特性出发,食物残渣废物厌氧发酵具有明显的优势,通常,有机物碳氯比在%一%日 屉适合厌氧发酵.而餐厨垃圾的碳氯比在%一%之叫.非常适合厌氧发酵:反应过程 受供氧的限制,降低机械能耗同时能产生具有能源利用价值的甲炕气体可用于发电燃气 等用途:发酵残余经处理后可作为优质的有机肥或液态肥:反应过程对环境的影响小。我国 有一些学者对餐厨垃圾的厌氧发酵进行了一些研究。但总体的工艺技术还不完善。 ...其他处理方式 园林绿化废弃物的粉碎覆盖、作为食用苗培养基质及制作生物农药等方式也是实现循 环利用的有效途径。阔叶树种等木材类及其木屑可以作为食用苗培养源,能获得较好的经 济效益。生物农药是指利用生物活体真菌,细葡.昆虫病毒,转基因生物等或其代谢 生长紊,萘乙酸等针对农业有害生物进行采灭或抑制的制剂。目产物信息素, 前世界 上比较先进的技术是通过收堆树燃烧的烟雾制造生物农药。 在欧美国家.处理少量食物娥渣时,也采用破碎直排处理。对食物残渣直接进行破碎, 粉碎处理,然扁采水力冲刷,将其排入城市市政下水管网,与市政污水汇合进入城市污 水处理厂进行集中处理。破碎法对于处理少量分散产生的食物残渣,具有技术简便价格低 廉等优点。能够降低城市垃城的含水率,减少收集最,提高城市垃圾的发热量。但不足的 方面有”: 用水量较大.埔大城市污水的产,县和处理量:废物在污水管刚中,易沉积、发臭,增加情苗、蚊蝇的滋生和跌稍的传播 废物中有机组分不能得到资源利用『可时增加丁城市污水处理厂的处理负荷 ;利于犬模的废物处理处罱。 .高温好氧堆肥 堆肥化处理就是在人:,控制下.在一定的水分、/比和通风等条件通过微生物的 发酵作用,对有机物在呵控环境下进行生物降解,使之转化为腐魑质的‘卜物化学处理技术 ‘。好氧堆肥的最适直温度是如一。”‘,最高可以选到。以上,因此也被称为高 岛好氧堆肥。与溢度超过丽。时,【杀’俩苗微;三物.使樽堆肥成;协无害化.并最终彤 合成新的腐蚺质。 成可被植物吸收利【的有放营养成分, 虾氧堆肥要是在有氧的条件进行,在这个过程中,作为堆肥原材料的固体废弃物 巾可溶性有机物通过微生物的细胜壁和细缱脱最先被微生物吸收利用:一些难溶的吲体和 胶体有机物则先附着在微生物体外,由微,物分解胞外酶将其分解为町溶性物质,再进行 利用。微生物通过自身的生命活动??氧化、还原、合成等过程,把喈?分吸收进来的有 机物氧化成简单的无机物.并放出,物生长活动所需要的能量.把另一部分有机物转化为 生物体所必需的营养物质.台成新的细胞物质,于是微生物连渐生长繁躏.产,更多的生 物体”。图】可简单说明好氧堆肥反心过程。 有机物,广型竺兰叶腐晰质.细胞物质微生物,长繁嫡:、、?、、能量 幽 堆肥女氧反应过拌 化 最终产品堆肥山最难分解的有机质残清,分解产物、死的和活的微生物体.咀及由 这些物料避一步进行化学反应所得的产曲组成。 其生物化学反应过程包括以下步骤: 有机物氧化 不含有机物: /一/:?/.&量 古有机物: 。扎::水。能量 ::??? 细胞物质的台成包括有机物的氧化.并以作为源 。/一/??;.:细胞质一;,一/。 能量 细胞物质的氧化。十:?’,眦?能量 颐‘研究牛学位沦立 第一章绪论 好氧堆肥化全过程分为瞬个主要阶段:生物氧化阶段和熟化阶段,也叫做治愈阶段“?。 生物氧化阶段叉分为三个阶段:初始中温阶段、高温阶段、降温阶段““。 初始中温阶段 好氧堆肥初期,堆肥基本呈中温,一般持续卜天。这阶段嗜温性微生物和真菌较为 活跃,并利用堆肥中溶性有机物旺盛繁殖。它们在降解简单化合物如糖类、氨基酸、 蛋白质等过桎中.有部分能量变成热能,使堆肥内部温度不断上升。此阶段微生物以 中温、需氧型为主。放线菌和真菌对于分解纤维索和半纤维索物质具有特殊功能。 高温阶段 当堆肥温度升到以上时,即认为进入高温阶段。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的活动““,堆肥中贱瞰的可溶性有机 物质继续分解转化,复杂的有机化台物如脂肪、纤维紊、半纤维索和一些术质素不始被强 烈分解。有机物虽大降解率出现在这个阶段,并伴随着病原菌的死亡。一股柬兑,在 左右主要是嗜热性真菌和放线菌赴进行活动:温度上升到时,真蔺几乎完全停止活动, 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腥状态。 降温阶段 在降温阶段,伴随着列降解有机质的减少,微生物活性也歼始减弱,进而导致温度的 降低。由于温度降低.所以在此阶段嗜温性微生物又占优势,对残余的糖类、纤维豪、半 纤维索等较难分解的有机物继续进行分解,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,古水量也降低,堆肥物孔隙增大。氧扩散能力增强, 此时只需自然通风。 堆肥化虽然不算是一项新技术,但是对于食物残渣和园林绿化废弃物来说,它足一种 便捷、实用、投资小并能够使其成为二次利用的环境资源,对于实现城市生活垃圾“减量 化”、“无害化”和“资源化”存在重大的意义。同时又是提高土壤肥力的有效方法。所 以,对食物残渣和园林绿化废物联台堆肥的研究爿:最终达到废弃物的无害化和循环再生利 用是稳定和减少城市生活垃圾有机部分的好方法。 .好氧堆肥优缺点 优点: 发酵迅速,产品生产周期短“?,较短时间内即可完成腐熟,作为有机肥料回归上 地。 堆温较高.较高温度下杀灭有病原菌和虫卵,降低水分,浸山液生成量少。 占地面积小,叮以大规模地进行机械化生产。 产品分解比较彻底。 能促进有毒有害物质的降解消除,降低环境危害。 缺点:堆肥过程需维持一定翻堆与通叱供养,机械自动化运行需要进一步完善优化。排出的 臭昧气体,如】.;等对周围牢。环境存在影响。需要对浸液进行吲收和处理。 ..好氧堆肥影响因素 盘过去的几年罩,很多的研究者都关注着堆肥过程中,其内部复杂的物理、化学和 生物反应。为了造最优的微物活性和和有机物降解条件.搬多的控制参数被认为是堆 肥过程中重要的控制条件。如堆质蒋度、孔隙度、撷粒大小、营养组分、/比、温度、 ?水分和氧供应量。影响因素被分为两类:初始参数和过程参数。扔始参数 如营养平衡、 口、颗粒度和水分:过程参数如氧含量、温度和水组分。 . 营养平衡/和/ 可降解有机物巾的碳元紊和氯元素为微生物的舌动和生长繁辅提供必要的能量。碳源 足微生物利厂仃的能源.氯源足微生物‘繁响代谢的营养物质。如粜堆肥原料/比过高, 容易导致肥产物碳氯比过高,网』到七地时,营养成分低。而且,十氯源的缺乏.使 得微生物:代谢受到抑制,同时需要降解的有机物含量秆较高,凶此,堆肥过程缓慢. 堆肥时间增。但是.若碳鲺比过低.存在过量的啦位降解碳源所需的氨源,尤机氮将会 被过量的产‘井以氨氯的形态挥发,导致氯元素的大量损失。或者随着从堆质中的渗滤 液排出。如粜碳氨比过低.町添加高碳纤维物质作为调节剂进行渊节,以提高柯机碳源含 量。 根掘微生物对营养物需求的平衡性消耗啦位元素所需单位的元素,适合的 碳氨比范凼为?珏之州”?。磷元素是磷酸和细胞核的重要组成元素.也是生物能的 重型组成部分,一般要求堆肥:【的:/比在;’比较适宜。 ... 在堆肥过程中。堆内的酸碱度是随时问和温度的变化而变化,微生物的降解活动需要 一个微酸性或者中性的环境条件.值过高或者过低都;利于微生物对有机物的降解。一 ”?。 般认为,叫『值范幽 .能够较好地支持微。物的活动。最佳值范围是. 因为大;分的材料都在这值通常认为【值不是一个对堆肥起关键影响的参数, 的范喇 时,元素以氦气形式挥 之内。但是,州值印直接关系元素的损失,尤其是当 发,而导致元素大量损失。 从整个堆肥过程束看,值变化趋势是先减小,后增大,当堆肥结束时,值保持 在中性或者弱碱性。这是因为,在堆肥仞期,柯机物分解产生有机酸而使得值略有下 降:地肥后明。山钮气的累积,值。 山于堆肥选用的原材料不同.在堆肥过程中,展现的酸碱度也有所同。一般境来, 采用畜牧粪便和秸秆进行堆肥.值偏为弱碱肚。而对食物残渣进行堆肥过程中,一般为 酸性.最终的堆肥产:物呈现值在左右或蕾大于。这是凼为一定浓度的有机酸对植 物生长有一定的抑制作用,尤其危害种于发芽。这也就使得『值作为一个判定堆肥产品 坏的,或者膀热程度的重婴参数。一般凡为,当达到中性或者偏碱性时.队为堆肥 达到腐熟阶段。第~市绪论 硕『究中学伶噜文 . 微生物 有机物被不同种群的微生物进分解。在不同的堆肥阶段.不同类型的微生物占据着 优势地位。嗜温细菌是堆肥初期就最藿要的微生物。高温阶段,一些高亢逆性的细菌成为 堆月巴中的优势苗,比如芽抱丰『菌中的摊芽艳杆菌、地农芽抱杆菌和环状芽抱丰菌、都是 堆肥高温阶段的代表细菌:真菌是在整个堆肥过程巾一直存在.主要出现在堆肥的降温阶 段。当水分低于%时,占优势地位.而在高温期比较高的堆肥温度会极大的押制真菌的 生长,温度超过。时,则停止活动。一些真菌.如白腐菌、担子菌等都具有较强的分 解本质纤维素的能力。和真菌一样,放线菌也可以分解一些维生素物质,但是降解纤维豢 的能力低于真菌。放线菌可以在较商的温度下生存.足因为他们可以以孢子的形式存活使 其更具抗逆性。 . 颗粒尺寸 颗粒尺寸是平衡表面积的重要因素,同时也直接影响着孔隙度。颗粒尺寸越大,比衷 面积越大。堆肥过程中,为了使微生物易于进入颗粒物内物.所以颗粒尺寸不宜过大。但 是,若颗粒尺寸过小,可能挤压堆质.减小孔隙度。 ...氧气含量 通风供氧是堆肥成功的关键因素之一。堆腐时需要保持适当的氧气以利干好气微物 繁殖和活动,促进有机物分解。适合的雕气量可以控制温度、带走过量的水分和。有 学者认为适合的浓度范围是 %一%。“。控制曝气量成保持温度低于一。,这样可 以确保有足够的旺供应。如果通气过多,微生物活动剧烈,有机物质分解的养分和堆内水 分损失过多造成有机质分解加剧,腐嫡质累积减少;如果通气量过少。会使得堆内好氧微 生物活动受到限制,同时由于厌氧反应翁生成恶臭气体。一般的堆肥通风供氧有三种方式: 翻堆供氧、表面扩散供氧、机械通风。 ...水分 水分是微生物生长繁殖的重要因素,因此也是影响堆肥进程的。个重要的影响因豢。 堆肥中水分的要作用其一是溶解有机物,参与微生物的新陈代谢:其二是蒸发带走热量。 起到调解堆肥温度的作用?。。 水分含最根据堆肥材料的不同而不同.但是总的混合物的含水率应该足%%”“。 水分含量不能太高而超过%.如若超过%.会引起空隙减少,阻碍在堆内仉的运输和 交换,使堆内变为厌氧状态,阻碍好氧微生物代谢,导致厌氧代谢而产:大晕 臭气。含水 量过少,使得堆内空气流通,好养微生物活动受到抑制。当翕水率在%一%时,生物活 性使不始下降.堆肥温度也随之下降.温度下降又会导致生物活动加速下降“”。在实际堆 肥过程中,含水量的最大值取决于物料成分和窜隙的总容视。在堆肥的腐熟期,为保证堆 体内微生物的正常生长.也应保持一定的含水率。 ...温度 温度的圈像鹾示若微生物的活动和堆肥过程的进展。 ‘些研究者认为适直的堆月 温度 应控制在加。.温度超过。能杀死病菌,使堆肥产品无害化。一般认为嗜高温菌对有机物的降解效率高于嗜温蔺,凶此,高温好氧堆月叫能使得生产周期变短。但足,如 果有机物禽情过低,堆肥过程。可能会产生的热量低,使得堆内温度过低,延堆肥达到 腐熟的时问。乜有研究表明,堆肥温度在 。的范围内,域适直分解有机物。过高 的堆温将埘堆肥微生物产生有害的影响,如当堆肥温度超:。时,嗜热微生物活动快 速“降,在占到。时,达到很低的活动状态。甚于上述原凼,堆肥过程温度控制足 『分必要的。在好氧堆肥中.温度般是通过控制供气量术凋节。堆肥添加剂 堆肥添加削是为了加快堆肥进程、缩短运行周期和提高堆肥产品质量而在堆肥中加入 微生物、有机或无机物质等.人为的控带堆肥过程和结果。可按堆肥添加刺的作用将其分 为接种荆、营养调节剂膨胀荆疏松荆、渊节剂等。‘。。 般是通过人工接种的方浊提商堆肥微生物的数量以加快堆肥址程。比如有研究者认 为向堆肥入分解较蚶的厩肥或加入占原始材料体积%~%的腐熟堆肥”.町以加 陕发酵过程.缩短堆制周期,提高堆肥质量。在堆肥后】加入堆肥添加剂.可倮持微物 嘏性。以此作为上壤的修复剂。有研究表明。在堆肥过程?入微生物瀑加割如维分 解菌和添加吲鲺菌及溶磷剂对堆肥总和/比有很大的影响。,可减少堆肥过程中氨 索的损失,提高养分含量。 此外.还有一定目的修正剂,如州修剂:『堆内的值波动太大惭影响堆肥进 程。修难剂有时也用调整堆内值,使其达到适台微生物活动的范围,如在些对 食物废弃物的堆肥过程.山二堆肥初期值过低.不适合微小物生长和降解有机物, 有研究者向堆内添加石灰或者醋酸钠作为修:剂。氮素抑制剂可酾控氮、碳的代谢, 从而减少氮养分的损失。在堆体中.加入调理剂和膨胀荆政坐堆体内部的古水量及通透 性。 .腐熟度评价和判断指标 堆肥的腐熟指标足反映有/牲降解和,物化学稳定性栏度的指标。惰熟『的划定对堆 讹啦绻, ?’?九』充’协 上 ”温度 温度指标作为堆肥过程控制指标,监测堆肥进程,根据温度变化图像划分堆肥的不同 阶段,及初始升温阶段、高温阶段、降温阶段。堆肥初期,堆体温度快升上,并保持高温 一段时『日.接着堆体温度逐渐下降。一般认为.当堆体温度保持和外界环境温度一致或接 近时,堆肥完成。因为堆体各个部位的温度并不一致,限制了温度作为堆肥定量指标的应 用。但是堆肥温度可以在~定程度上反映堆肥的进程.因此仍不失为堆肥腐熟度的一个辅 助性评价指标。 颜色和气味 气味和颜色主要是从堆肥的表观进行判断.将其作为判断指标不够灵敏,且误差性较 大。堆肥腐熟过程中会产生一些发臭物质,气味很难闻,但这种气味随堆肥后期逐渐减弱 并消失。当堆肥达腐熟时,其颜色一般鳖褐色或黑色,且带有湿润的泥土气味。堆肥的泥 土气味是山土臭味素和一甲基异冰片两种物质引起.它们是真菌和放线茵的副产物。根掘 气味和颜色可直观而定性的判定堆肥是否腐熟,难以定量,仅可作为一种参考评价的指标。 松散度 堆肥初期,有大小等的结块,且含水量高,但随着堆肥的腐熟过程,其松散度 会变 得均匀,用手抓捏堆肥产物,成碎术状,证明堆肥己经完成达到腐熟。 ..化学指标 碳氯比/ 碳氮比即堆肥中碳元素与氮元素的比例。碳氯比是晟基本和被普遍认可的堆肥腐熟指 ~般认为当堆体中/比下降到以下时,堆肥发酵成熟?’。也有研究者建议标。 堆肥 产物中,/比应小于。这是为了避免当腐熟成品回用到土地时,因为生物和植物竞争 而使得氮元素不足的情况发生。但是,碳氯比不是作为验证堆肥腐熟的绝对指标,这是因 为不同的堆肥原材料,其初始碳氯比就不同.且差距较大。甚至一些堆肥原材抖本身碳氮 比就小于。 州值和电导率 许多研究者提出.【可以作为评价堆肥腐热成都的一个指标。堆肥材料发酵蜘期, ?值为酸性或者中性,值范围较大,这是因为堆肥材料本身特性决定的。腐熟的堆肥 一般成中性或者偏弱碱性。乜导率反映了堆肥浸提液中离子的总浓度。反应初期, 随着有机物被降解.有机酸产生;堆肥后期,很多硝酸持或者亚硝酸盐生产。这些凼素都 直接影响着电导率变化。堆肥中的可溶性能是对作物产三毒害作用的重婪因 素之一, 主要是由有机酸盐类和无机盐等纽成。 有机质的变化 在堆肥过程中.堆料中的不稳定有机质分解转化为二氧化碳、水、矿物质和稳定有机 质,堆料的有机质含量变化显著。化学需氧量、生化需瓴量,、挥发性固体含量 等参数可反映有机质的变化。?对畜禽粪便进行堆肥过程中.提出当堆体的小于/。堆肥时?以认为达到腐熟。张所明”等人对城市生活垃城堆肥的实验结果 显示.的变化主要发生在热降解阶段,在随后的阶段趋卜平稳。;虽然只能代表堆 肥中的?叮生化降解部分,不能代表堆肥巾的全部有机物,随着堆肥拉酵的进行,;不断 降低。‘“。等认为腐熟的堆肥产品干堆肥中;值应小于/。但是.堆肥的原料 成分对于,的影响巨大。由有些堆肥材料原始。值就较低.使得泼参数与上述挥发 性固体含量相类似,对十不州原料难以形成统一的标准。且测定;的方法较为复 杂,不能及时反应堆内微生物的活动状志,从而影响时堆肥操作过程的控制.存在对控制 堆肥条件的滞后性。挥发性固体含量基本反应了堆肥原料中有机质的含量,在不同 的堆肥过程中变化的幅度比较大,以污泥为原料的堆肥.挥发性崮体禽毋的测定可 采用 灼烧小时的重耸损失但也有研究者认为?下燃烧小时能卫好的反 映有机质含量。 可溶性有机碳 即可溶性有机碳,电是指示堆月腐热悱和稳定性的指轫之?。 等人 腐熟的堆体中耍远比原料和来腐熟的堆体”。含量能够反映了在研究中指出, 堆 体叶可供微生物直接利用的底物量.因此能够削接反映堆体中微生物的活性和存在量.并 用于评价堆肥腐熟程度。一般越少,微,上物最越少,兑皤性越低“。钆等人指出 在堆肥中的含量 %时,表示堆肥已达到腐热要求“。 氮的成分变化 氯元素是堆肥过程中,重要的研究对象之。其含量的多少直接影响着堆肥产品质量, 即堆肥产品营养俞量。庄微生物降解有机物的过程也伴随这明显的消化反应。古氢有 机物被微生物分解生成氨气,生成的氨有的被微生物州化吸收生出细胞质,有的被吲氮 微生物氧化生成亚硝酸根或者酬酸根,也有一部分随着通风过程进入大气氮损失部分。 研究者希望保存更多的氯元素在堆体中,已达到提高腐热产品营养合吊的目的。所以有研 究者尝试向堆体中添加同氯菌剂。总的来浇.征堆肥初期,更多的氧元素以氨氯? 的形式存在,并随着堆肥的进程逐渐减少:而在堆肥衲期,硝酸氯,一含量很 少, 随着堆肥的进;【逛渐埔如。这种变化趋势不受原料种类限制,为评价堆肥的腐熟提供了一 个尺度,可作为有机堆肥的优选指标。因此,有研究者把硝酸盐作为评价堆肥腐熟度的指 标参数.并以为其具有较好的实用价值。水溶悱。和水溶性。的变化在不同堆肥 原料中具有普遍性.样品前处理比较简单.目有快速删定方法和仪器,因此.可以作为堆 肥腐熟度快速测定指标‘“。 有机酸与/比 有机酸广泛存在于来腐熟的堆肥巾,?通过研究肯机鳗含量和纽分的变化评价堆肥腐 般来兑.未 熟度。随着堆肥的进行,有机酸岔龟逐渐减少.这与?值变化直接有关。 腐熟的堆肥台有有机酸,膀熟的堆肥产品有机酸岔篮撇少。有研究表明,?范围 内的可挥发性脂肪酸就足以对种子造成毒害.这足山于种子的根系生长受到抑制 ”。因此,腐熟的肥堆巾,仃机酸含量可作为评价堆肥脚熟膛的一个重型指标,同时也为 国内外研究现状 ..国外研究现状 国外山于城市垃圾的分类发展较早,因此对食物残渣和园林绿化废弃物的研究也相对 较早。同时.在好氧堆肥的研究方面.研究成果也较多,使用的堆肥材料也比较广泛,且 完整性高。等在好氧污泥堆肥的研究中发现,当污泥和本屑的混合比例 为:时其中术屑作为填充荆,最适合好氧污泥的堆肥?。等为了 :的比例对滤饼和甘蔗渣进行堆减少氯元素的损失,同时降低川比,采用 肥””。 等提出在肥堆内,%的食物残渣.%的动物粪便.%的填充荆 为最优的混合比例““。等认为发酵过程中,有很少的一部分被利用, 这是因为有机废弃物和之『自体积比受到限制,井在研究中,给出了要求的原材料性质?。 等在粪便污泥和有机固体废弃物的联台堆肥过程中,发现有机固体废弃 物和粪便污泥:的混合比例更为合适“?。也有研究者在研究食物残渣堆肥过程中,发现 漆加一些物质如石灰,煤扶和一些赫类会使得堆肥过程更有效率。 等发现在 食物嫂渣的堆肥过程‘,添加醋酸钠作为剐修不剂,取得更好的效果““。等认 为添加煤飞扶和石扶,在食物残渣的堆肥过程中,能提高食物残渣的降解效率?。虽然, 国外学者的研究取得坦一定的成果,但是仍然存在可以加以探索研究的部分。尤其是在不 同堆肥原材料混合堆肥的研究.,以及添加小同试剂后,其对堆肥过程中,各指标参数的 影响。..国内研究现状 目前,我国对于好氧堆肥的研究不少,但总的来说,集中在对物料配比、添加 剂种类, 不同微生物种类降解有机物的能力和堆肥腐熟度评价等研究。张增强勺研究表明,采用湿 污泥与干污泥或回流污泥体秘比:】混合可以满足污泥堆肥水分调节的日的,用树叶粉 和小屑涧节碳氮比有利丁:污泥堆肥的进行。。。李片等在研究微::物苗荆对草堆肥养分 时,’认为应用速腐盅茼剥可提高堆肥养分含量?。闻时认为在园林绿化:弃物堆肥化处理 过程巾,加入有机废物发酵苗曲或有机肥效果好,可提高腐热堆肥中的总葬分含量。谷 思玉等的实验也’兑明了.接种微生物可以明显改善生活垃圾堆肥过程叫的生化特性”。也 有研究者在堆肥过程中,接种蚯蚓柬提高堆肥效率。刘顺会等就认为.从产业应不的角 度./可能是赤子爱胜蚓处理有机垃圾混合剩余污泥的最佳接种密度‘”。就堆肥原材料 的种类柬税.相对较少。更多的灶集中存对秸秆年?畜牧粪便的研究,王晓风等在芋头秸补 与牛粪高温堆肥的实验中.证明芋头秸足一利噜安好的填?克料,以应刚尚温堆肥?。利 秸秆堆肥处理莩占场废水也得到了邓凫伟等的实验证?其可行性。。也仃对污泥和奠他可降 椐的有机物混合堆肥的研究。熊建军.刘澈英等添加%麦秸在处理污泥堆肥过程中,研 究表明展商温度能够选到?,比对照处旦卫纯污泥高,同时对侏氪能起到积极 作用,堆肥岳全损失仪为 %“。另古一些对腐热判定方法以及堆肥过程中柠制咎 认为扶包关联数的研究。如任奋晓等对有机‘活垃圾的腐熟度评价研究中,较模糊综合订 价:上、属性识别法划分幅度小、更加精准,是堆肥评价的种较优方法。罗维,陈同斌 认为湿度对堆肥理化性质有重大影响,并研究表明堆肥的最佳湿度范围一般为%~% 左右”。尽管,囤内报多研究学者在好氧堆肥方面取得了不少的成果,是在町利用的堆 肥原材料上仍然存在组大的研究前景,如何扩大可利用堆肥原材料的使用范幽,更多更好 地使用这部分可再利用的