第四章

固體廢物堆肥及厭氧發(fā)酵第一節(jié)基礎(chǔ)概述第二節(jié)堆肥的基本原理、工藝及分類（實(shí)例）第三節(jié)影響固體廢物堆肥化的主要因素第四節(jié)堆肥工藝及腐熟度檢測(cè)第五節(jié)厭氧發(fā)酵概述第六節(jié)發(fā)酵工藝及其影響因素第七節(jié)發(fā)酵裝置第一節(jié)基礎(chǔ)概述固體廢物生物轉(zhuǎn)換技術(shù)是對(duì)固體廢物進(jìn)行穩(wěn)定化、無害化處理的重要方式之一，也是實(shí)現(xiàn)固體廢物資源化、能源化的系統(tǒng)技術(shù)之一。1.1生物處理基本概念原始森林經(jīng)過漫長(zhǎng)的歲月仍保持著繁榮茂盛，這是動(dòng)物和植物的遺體、排泄物被微生物分解為腐植質(zhì)，形成植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的食物鏈進(jìn)行著物質(zhì)循環(huán)的結(jié)果。這也是保持生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。在自然界到處都存在這種物質(zhì)循環(huán)，即便在與人們息息相關(guān)的農(nóng)田里也重復(fù)著這種物質(zhì)循環(huán)現(xiàn)象。在自然界中存在著大量依靠有機(jī)物生活的微生物，它們有氧化分解有機(jī)物并將其轉(zhuǎn)化為無機(jī)物的巨大功能（生物能）。而且具有分布廣，繁殖快，容易發(fā)生變異等特性。正是這些微生物（分解者），作為生態(tài)系統(tǒng)組成的重要環(huán)節(jié)，不斷進(jìn)行著有機(jī)物的分解與無機(jī)化（礦化），促進(jìn)了上述循環(huán)的正常進(jìn)行。另一方面，人們生產(chǎn)和生活過程中不斷產(chǎn)生各種各樣的固體廢物，對(duì)整個(gè)社會(huì)而言就是生產(chǎn)––消費(fèi)––廢物的一個(gè)不斷的循環(huán)系統(tǒng)。人類通過各種手段，借助于上述微生物的生物能，對(duì)固體廢物進(jìn)行生物處理，實(shí)現(xiàn)固體廢物（主要是有機(jī)固體廢物）的穩(wěn)定化、無害化與資源化的技術(shù)就統(tǒng)稱為固體廢物的生物轉(zhuǎn)換技術(shù)。這種生物轉(zhuǎn)換技術(shù)應(yīng)用的重要意義在于：a)

對(duì)城市固體廢物進(jìn)行處理消納，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化、無害化，可以避免或者減輕城市垃圾的大量堆積，影響市容及城市垃圾自然腐敗，散發(fā)臭氣，傳播疾病，從而對(duì)環(huán)境造成的惡劣影響。b)

可促進(jìn)上述自然界物質(zhì)循環(huán)與人類社會(huì)化物質(zhì)循環(huán)的統(tǒng)一，可以把固體廢物中的適用組分盡快地重新納入自然循環(huán)（例如生產(chǎn)堆肥用以施肥、改造土壤，可回歸農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中去）；c)

可以將大量有機(jī)固體廢物通過各種工藝轉(zhuǎn)換成有用的物質(zhì)和能源（例如產(chǎn)生沼氣、生產(chǎn)葡萄糖、微生物蛋白質(zhì)等）。（1）生物轉(zhuǎn)換的理論基礎(chǔ)（a）微生物的代謝作用微生物同所有生物一樣，在生命活動(dòng)過程中從周圍環(huán)境吸取養(yǎng)料，并在體內(nèi)不斷進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化和交換作用，這種過程稱之為新陳代謝，簡(jiǎn)稱代謝。代謝作用大體上分二大類：物質(zhì)分解及提供能量的代謝稱為分解代謝；消耗能量合成生物體的代謝，稱為合成代謝，兩種代謝是不可分割，互為依存的。（b）微生物的種類在固體廢物生物處理過程中，有各種微生物與發(fā)揮作用。微生物種類繁多，大致可以作如下分類：對(duì)于所有微生物來說，凡是生活時(shí)需要氧氣的都可以稱為好氧微生物，只有在無氧環(huán)境中才能生長(zhǎng)的稱為厭氧微生物，在無氧和有氧的環(huán)境中都能生活的統(tǒng)稱為兼氧性微生物。（c）生物處理方法根據(jù)在處理過程中起作用的微生物對(duì)氧氣要求的不同，生物處理可分為好氧生物處理和厭氧生物處理兩類。好氧生物處理法這是一種在提供游離氧的條件下，以好氧微生物為主使有機(jī)物降解、穩(wěn)定的無害化處理方法。固體廢物中存在的各種有機(jī)物（分子量大、能位高）作為微生物的營養(yǎng)源，經(jīng)過一種生化反應(yīng)，逐級(jí)釋放能量，最終轉(zhuǎn)化成分子量小，能位低物質(zhì)而穩(wěn)定下來，達(dá)到無害化的要求，以便利用或進(jìn)一步妥善處理，使其回到自然環(huán)境中去。厭氧生物處理化這是在沒有游離氧的情況下，以厭氧微生物為主對(duì)有機(jī)物進(jìn)行降解、穩(wěn)定的一種無害化處理。在這種厭氧生物處理過程中，復(fù)雜的有機(jī)化合物被降解、轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的化合物，同時(shí)釋放能量。其中，大部分能量以CH4形式出現(xiàn)，這是一種可燃?xì)怏w，可回收利用。同時(shí)，僅少量有機(jī)物被轉(zhuǎn)化、合成為新的細(xì)胞組成部分。（2）固體廢物生物轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用（a）堆肥化隨著生產(chǎn)力發(fā)展和科技進(jìn)步，堆肥化技術(shù)已得到不斷改進(jìn)。一方面，人工堆肥是有機(jī)肥，對(duì)改善土壤性能與提高肥力維持農(nóng)作物長(zhǎng)期的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)方面都是有益的，是農(nóng)業(yè)、林業(yè)生產(chǎn)需要的。另一方面，各國有機(jī)固體廢物數(shù)量逐年增加，需要對(duì)其處理的衛(wèi)生要求也日益嚴(yán)格，從節(jié)省資源與能源角度出發(fā)，有必要把實(shí)現(xiàn)有機(jī)固體廢物資源化作為固體廢物無害化處理、處置的重要手段，有機(jī)固體廢物的堆肥化能同時(shí)滿足上述兩方面要求，所以得到各國應(yīng)有的重視。（b）沼氣化有機(jī)固體廢物沼氣化是另一種成熟的生物轉(zhuǎn)換技術(shù)。沼氣亦稱生物氣，是有機(jī)物質(zhì)在隔絕空氣和保持一定的水分、溫度、酸堿度條件下，經(jīng)過多種微生物的發(fā)酵分解作用產(chǎn)生的以甲烷為主的氣體混合物。污泥厭氧消化過程產(chǎn)生的消化氣體。城市固體廢物填埋場(chǎng)生物降解過程中產(chǎn)生的生物氣以及廣大農(nóng)村用農(nóng)業(yè)廢物厭氧發(fā)酵收集的氣體都是沼氣。因此，沼氣化技術(shù)應(yīng)用面十分廣泛。沼氣是一種比較清潔且熱值較高的氣體燃料，固體廢物的沼氣化對(duì)節(jié)約能源、增加有機(jī)肥料、改善環(huán)境衛(wèi)生都有重要作用，因而是一種經(jīng)濟(jì)而理想的生物轉(zhuǎn)換技術(shù)。（c）堆肥化基本概念（1）堆肥化依靠自然界廣泛分布的細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物，人為地促進(jìn)可生物降解的有機(jī)物向穩(wěn)定的腐植質(zhì)生化轉(zhuǎn)化的微生物學(xué)過程叫做堆肥化。堆肥化的產(chǎn)物稱作堆肥。（2）使用堆肥后，能夠增加土壤中穩(wěn)定的腐植質(zhì)，形成土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，并有一系列作用：使土質(zhì)松軟，多孔隙易耕作，增加保水性、透氣性及滲水性，改善土壤的物理性能；肥料成分中氮、鉀、銨等都以陽離子形態(tài)存在。由于腐植質(zhì)帶陰電荷，吸附陽離子，有助于粘土保住陽離子，即保住養(yǎng)分提高保肥能力。腐植質(zhì)陽離子交換容量是普通粘土的幾倍到幾十倍；腐植質(zhì)有螯合作用和緩沖作用。對(duì)于作物有害的銅、鋁、鎘等重金屬可與腐植質(zhì)發(fā)生螯合反應(yīng)而降低其危害程度，有利于植物生長(zhǎng)。當(dāng)土壤中腐植質(zhì)多時(shí)，即使肥料施得過多或過少，也不易受到損害；即使氣象條件惡化也可減輕其影響；即使其他條件稍微惡化，也能減少?zèng)_擊和緩和影響。例如水分不足時(shí)，可防止植物枯萎，起到似類于緩沖器的作用。堆肥是緩效性肥料。腐植化的有機(jī)物具有調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)的作用，也有助于根系發(fā)育和伸長(zhǎng)；將富有微生物的堆肥施于土中可增加土壤中微生物數(shù)量。微生物分泌的各種有效成分能直接或間接地被植物根吸收而起到有益作用，故堆肥是晝夜均有效的肥料。堆肥是CO2的供給源。如與外界空氣隔絕的密封罩內(nèi)CO2氣濃度低，當(dāng)大量施用堆肥后，罩內(nèi)較高的溫度可促使堆肥分解放出CO2?？傊操|(zhì)能改善土壤物理的，化學(xué)的，生物的性質(zhì)，使土壤環(huán)境保持適于農(nóng)作物生長(zhǎng)的良好狀態(tài)。腐植質(zhì)又有增進(jìn)化肥肥效的作用。堆肥的用途很廣，既可以用作農(nóng)田、綠地果園、葡萄園、菜園、苗圃、畜牧場(chǎng)、庭院綠化、風(fēng)景區(qū)綠化、農(nóng)業(yè)等的種植肥料，也可以作蘑菇蓋面、過濾材料、隔音板及制作纖維板等。堆肥用途一覽表（d）堆肥的原料堆肥的原料很廣泛，有城市生活垃圾，由紙漿廠、食品廠等排水處理設(shè)施排出的污泥及下水污泥，糞尿消化污泥、家畜糞尿、樹皮、鋸末、糠殼、秸桿等等。在我國堆肥主要原料是生活垃圾與糞便的混合物。也有的是城市垃圾與生活污水污泥的混合物。城市生活垃圾是最主要的原料，但其中可堆肥物數(shù)量，碳氮比，水分等等常常不能滿足要求，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理。配入糞便或某些污泥可以有效地調(diào)整碳氮比和水分，并能得到氮、磷、鉀含量較高的有機(jī)肥。此外不少農(nóng)業(yè)廢物也是堆肥的重要原料。我國實(shí)施的城鎮(zhèn)建設(shè)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，[CJ/T3059–1996]“城市生活垃圾堆肥處理廠技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)”中規(guī)定，堆肥原料特性有：密度：適用于堆肥的垃圾密度一般為350~650kg/m3；組成成分（濕重）%：堆肥原料必須按下表分類統(tǒng)計(jì)各組成成分，其中有機(jī)物含量不少于20%；含水率：適合堆肥的垃圾含水率為40%~60%；碳氮化（C/N）：適合堆肥的垃圾碳氮比為20：1~30：1。（e）堆肥產(chǎn)品質(zhì)量及衛(wèi)生要求堆肥產(chǎn)品質(zhì)量（以干基計(jì)）粒度：農(nóng)用堆肥產(chǎn)品粒度不大于12mm，山林果園用堆肥產(chǎn)品粒度不大于50mm；含水率：≤35%；pH值：6.5~8.5；全氮（以N計(jì)）：≥0.5%；全磷（以P2O5計(jì)）：≥0.3%；全鉀（以K2O計(jì)）：≥1.0%；有機(jī)質(zhì)（以C計(jì)）：≥10%；重金屬含量：總鎘（以Cd計(jì)）≤3mg/kg；總汞（以Hg計(jì)）≤5mg/kg；總鉛（以Pb計(jì)）≤100mg/kg；總鉻（以Cr計(jì)）≤300mg/kg；總砷（以As計(jì)）≤30mg/kg；無害化衛(wèi)生要求堆肥溫度（靜態(tài)堆肥工藝）：>55℃持續(xù)5d以上。蛔蟲卵死亡率：95%~100%；糞大腸菌值：10–1~10–2

；第二節(jié)堆肥的基本原理、工藝及分類自然界中有很多微生物具有氧化、分解有機(jī)物的能力，而城市有機(jī)廢物則是堆肥化微生物賴以生存，繁殖的物質(zhì)條件。根據(jù)生物處理過程中起作用的微生物對(duì)氧氣要求不同，可以把固體廢物堆肥分為好氧堆肥化和厭氧堆肥化。前者是在通風(fēng)條件下，有游離氧存在時(shí)進(jìn)行的分解發(fā)酵過程，由于堆肥堆溫高，一般在55℃~65℃，有時(shí)高達(dá)80℃，故亦稱高溫堆肥化。后者是利用厭氧微生物發(fā)酵造肥。由于好氧堆肥化具有發(fā)酵周期短，無害化程度高，衛(wèi)生條件好，易于機(jī)械化操作等特點(diǎn)，故國內(nèi)外用垃圾、污泥、人畜糞尿等有機(jī)廢物制造堆肥的工廠，絕大多數(shù)都采用好氧堆肥化。2.1好氧堆肥化基本原理（1）原理介紹好氧堆肥化是在有氧條件下，依靠好氧微生物（主要是好氧細(xì)菌）的作用來進(jìn)行的。在堆肥化過程中，有機(jī)廢物中的可容性有機(jī)物質(zhì)可透過微生物的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜被微生物直接吸收，而不溶的膠體有機(jī)物質(zhì)，先被吸附在微生物體外，依靠微生物分泌的胞外酶分解為可溶性物質(zhì)，再滲入細(xì)胞。微生物通過自身的生命代謝活動(dòng)，進(jìn)行分解代謝（氧化還原過程）和合成代謝（生物合成過程），把一部分被吸收的有機(jī)物氧化成簡(jiǎn)單的無機(jī)物，并放出生物生長(zhǎng)、活動(dòng)所需要的能量，把另一部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化合成新的細(xì)胞物質(zhì)，使微生物生長(zhǎng)繁殖，產(chǎn)生更多的生物體?？捎孟聢D簡(jiǎn)要地說明這種過程。可用下列關(guān)系式反映堆肥化過程中有機(jī)物氧化分解關(guān)系。CSHtNUOV·aH2O+bO2→CWHXNYOZ·CH2O+dH2O(氣)+eH2O(液)+fCO2+gNH3+能量由于堆溫較高，部分水以蒸氣形式排出。堆肥成品CWHXNYOZ·CH2O與堆肥原料CSHtNUOV·aH2O之比為0.3~0.5（這是氧化分解減量化的結(jié)果）。通?？扇∪缦聰?shù)值范圍：w=5~10,x=7~17,y=1,z=2–8。（2）堆肥化過程好氧堆肥化從廢物堆積到腐熟的微生物生化過程比較復(fù)雜，但大致可分為三個(gè)階段：（a）中溫階段（亦稱產(chǎn)熱階段）。堆肥初期，堆層基本呈中溫，嗜溫性微生物較為活躍并利用堆肥中可溶性有機(jī)物旺盛繁殖。它們?cè)谵D(zhuǎn)換和利用化學(xué)能的過程中，有一部分變成熱能，由于堆料有良好的保溫作用，溫度不斷上升。此階段微生物以中溫、需氧型為主，通常是一些無芽胞細(xì)菌。適合于中溫階段微生物種類極多，其中最主要是細(xì)菌、真菌和放線菌，細(xì)菌特別適應(yīng)水溶性單糖類，放線菌和真菌對(duì)于分解纖維素和半纖維素物質(zhì)具有特殊功能；（b）當(dāng)肥堆溫度升到45℃以上時(shí)，即進(jìn)入高溫階段。在這階段，嗜溫性微生物受到抑制甚至死亡，嗜熱性微生物逐漸代替了嗜溫性微生物的活動(dòng)，堆肥中殘留的和新形成的可溶性有機(jī)物質(zhì)繼續(xù)分解轉(zhuǎn)化，復(fù)雜的有機(jī)化合物如半纖維素、纖維素和蛋白質(zhì)等開始被強(qiáng)烈分解。通常，在50℃左右進(jìn)行活動(dòng)的主要是嗜熱性真菌和放線菌；溫度上升到60℃時(shí)，真菌幾乎完全停止活動(dòng)，僅有嗜熱性放線菌與細(xì)菌在活動(dòng)；溫度升到70℃以上時(shí)，對(duì)大多數(shù)嗜熱性微生物已不適宜，微生物大量死亡或進(jìn)入休眠狀態(tài)，與細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖規(guī)律一樣，可將微生物在高溫階段生長(zhǎng)過程細(xì)分為三個(gè)時(shí)期，即對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，減速生長(zhǎng)期和內(nèi)源呼吸期。在高溫階段微生物活性經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期變化后，堆積層內(nèi)開始發(fā)生與有機(jī)物分解相對(duì)應(yīng)的另一過程，即腐植質(zhì)的形成過程，堆肥物質(zhì)逐步進(jìn)入穩(wěn)定化狀態(tài)；（c）在內(nèi)源呼吸后期，只剩下部分較難分解及難分解的有機(jī)物和新形成的腐殖質(zhì)，此時(shí)微生物活性下降，發(fā)熱量減少，溫度下降。在此階段嗜溫微生物又占優(yōu)勢(shì)，對(duì)殘余較難分解的有機(jī)物作進(jìn)一步分解，腐殖質(zhì)不斷增多且穩(wěn)定化，此時(shí)堆肥即進(jìn)入腐熟階段。降溫后，需氧量大大減少，含水量也降低，堆肥物孔隙增大，氧擴(kuò)散能力增強(qiáng)，此時(shí)只須自然通風(fēng)。（3）熱滅活與無害化熱滅活有一種溫度—時(shí)間效應(yīng)關(guān)系。熱滅活作用是溫度與時(shí)間兩者的函數(shù)。一般設(shè)計(jì)認(rèn)為殺滅蛔蟲卵的條件也可殺滅原生動(dòng)物，孢子等，故可以把蛔蟲卵作為滅菌程度的指標(biāo)生物（它的耐熱性能與其他腸道病原體大致相當(dāng)）。好氧堆肥化無害化工藝條件。根據(jù)上述熱滅活概念分析可得出理論上好氧堆肥無害化工藝條件如下：堆層溫度55℃以上需維持5-7天；堆層溫度70℃則需維持3-5天。即堆肥溫度較高維持時(shí)間較短時(shí)，可以達(dá)到同樣的無害化要求。2.2好氧堆肥的基本工藝及分類（1）好氧堆肥化方式分類固體廢物堆肥化歷史悠久，其工藝發(fā)展至今已形成多種方式，大致有如下分類與發(fā)展趨勢(shì)：厭氧堆肥化→好氧堆肥化；露天堆積(敞開式)→封閉式；無發(fā)酵裝置→有發(fā)酵裝置；人工土法→機(jī)械化；慢速→半快速→快速；靜態(tài)發(fā)酵→動(dòng)態(tài)發(fā)酵；其中還有各種過渡形式。國外無發(fā)酵裝置堆肥化工藝，可分為攪拌式和固定式固體床兩種。顯然快速有發(fā)酵裝置機(jī)械化（動(dòng)態(tài)）好氧堆肥化是最先進(jìn)的，具有堆肥周期短（3-7天），物料混合均勻，供氧效果好，機(jī)械化程度高，便于大規(guī)模連續(xù)操作運(yùn)行等特點(diǎn)。特別用在產(chǎn)生大量城市垃圾的大城市堆肥化系統(tǒng)是很有前途的。這也是今后發(fā)展推廣的方向。當(dāng)前，國內(nèi)外運(yùn)用最廣的堆肥化方式是快速高溫二次發(fā)酵堆肥化工藝。適合于有機(jī)污泥堆肥化系統(tǒng)的兩種條垛式工藝流程如下：（a）攪拌翻堆條垛式發(fā)酶工藝在條垛式堆肥化系統(tǒng)中，物料以垛狀堆置，可以排列成多條平行的條垛，在大規(guī)模的條垛系統(tǒng)中，對(duì)垛的翻動(dòng)是通過可移動(dòng)翻堆設(shè)備來進(jìn)行的。條垛的斷面形狀可以是長(zhǎng)方形、不規(guī)則四邊形和三角形，具體采用哪種斷面形狀取決于堆肥化物料的特性和用于翻堆的設(shè)備。條垛式系統(tǒng)用于各種有機(jī)污泥的堆肥化是很有效的。由于條垛式堆肥化采用了機(jī)械化操作，因而生產(chǎn)率高，成本低，但占地面積較大。對(duì)于溫度較高的有機(jī)物采用條垛式方法堆肥，必須摻進(jìn)一部分干燥的回流堆肥產(chǎn)物，摻入量以混合后物料含水量≤60%為宜。堆成垛后，其形狀不易變化，而且由于物料的松散性和多孔性大大改善，使得翻堆更有效地促進(jìn)空氣交換。將碎木塊、木屑、禾桿或稻殼之類的調(diào)理劑同脫水污泥進(jìn)行混合(此時(shí)加與不加干堆肥化產(chǎn)物都可)，也能達(dá)到上述同樣的效果。該發(fā)酶工藝流程圖可示意如下：用條垛式方法生產(chǎn)堆肥的一次發(fā)酵周期通常約3~4周，在有利的氣候條件下，一般能使最終堆肥的固體含量達(dá)到60~70%。（b）強(qiáng)制通風(fēng)式固定垛發(fā)酵工藝強(qiáng)制通風(fēng)式固定垛發(fā)酵工藝與前者不同之處在于物料堆肥化過程中不進(jìn)行翻堆，供氧是通過機(jī)械抽風(fēng)使空氣滲透到料堆內(nèi)部來實(shí)現(xiàn)的。此外，在堆肥化供料中不采用回流堆肥，而主要在脫水污泥中以加入木屑之類膨脹劑來調(diào)整濕度和改善物料的松散性。污泥與木屑的容積比一般為1:2~1:3。也可采用其他合適材料作膨脹劑。下圖所示為通風(fēng)式固定垛系統(tǒng)工藝流程：其垛堆步驟如下：將污泥與膨脹劑混合；將木屑或其他膨脹劑沿多孔通風(fēng)管鋪開；將污泥與木屑的混合物在備用的床上堆成有一定深度的垛體；將垛的表面覆蓋一層過篩的或半過篩的堆肥物；將風(fēng)機(jī)與通風(fēng)管連接起來。從風(fēng)機(jī)出來的氣體應(yīng)先脫臭后再排入大氣。通常用熟堆肥來進(jìn)行過濾脫臭。通風(fēng)垛堆的停存時(shí)間一般是三周。干化可在堆肥化期間通過保持大風(fēng)量或在貯料堆中強(qiáng)制通風(fēng)來完成，也可以輔成長(zhǎng)條進(jìn)行露天風(fēng)干。（2）好氧堆肥化工藝過程現(xiàn)代化堆肥生產(chǎn)、通常由前（預(yù)）處理，主發(fā)酵（亦可稱一次發(fā)酵，一級(jí)發(fā)酵或初級(jí)發(fā)酵）、后發(fā)酵（亦可稱二次發(fā)酵、二級(jí)發(fā)酵或次級(jí)發(fā)酵）、后處理、脫臭及貯存等工序組成。（a）前處理采取破碎、分選等預(yù)處理方法去除粗大垃圾和降低不可堆肥化物質(zhì)含量，并使堆肥物料粒度和含水率達(dá)到一定程度的均勻化。因?yàn)橐紤]到保持一定程度的孔隙率與透氣性能，以便均勻充分地通風(fēng)供氧，適宜的粒徑范圍是12~60mm，最佳粒徑需視物料物理而定。當(dāng)以人畜糞便，污水污泥餅等為主要原料時(shí)，由于其含水率太高等原因，前處理的主要任務(wù)是調(diào)整水分和碳氮比，有時(shí)需添加菌種和酶制劑，以促進(jìn)發(fā)酵過程正常進(jìn)行。降低水分增加透氣性、調(diào)整碳氮比的主要方法是添加有機(jī)調(diào)理劑和膨脹劑。所謂“調(diào)理劑”是指加進(jìn)堆肥化物料中干的有機(jī)物，借以減少單位體積的重量并增加與空氣的接觸面積，以利于好氧發(fā)酵，也可以增加物料中有機(jī)物數(shù)量。理想的調(diào)理劑是干燥的，較輕而易分解的物料。常用的有木屑、稻殼、禾桿、樹葉等等；所謂“膨脹劑”是指有機(jī)的或無機(jī)的三維固體顆粒，當(dāng)它加入濕堆肥化物料中時(shí)，能有足夠的尺寸保證物料與空氣的充分接觸，并能依靠粒子間接觸起到支撐作用，普遍使用的膨脹劑是干木屑，花生殼、廠礦成粒狀的輪胎，小塊巖石等物質(zhì)。（b）主發(fā)酵主發(fā)酵主要在發(fā)酵倉內(nèi)進(jìn)行，靠強(qiáng)制通風(fēng)或翻堆攪拌來供給氧氣，供給空氣的方式隨發(fā)酵倉種類而異。在發(fā)酵倉內(nèi)，由于原料和土壤中存在的微生物作用而開始發(fā)酵，首先是易分解物質(zhì)分解，產(chǎn)生二氧化碳和水，同時(shí)產(chǎn)生熱量使堆溫上升。這時(shí)微生物吸收有機(jī)物的碳、氮等營養(yǎng)成分，在合成細(xì)胞質(zhì)自身繁殖的同時(shí)，將細(xì)胞中吸收的物質(zhì)分解而產(chǎn)生熱量。發(fā)酵初期物質(zhì)的分解作用是靠嗜溫菌（生長(zhǎng)繁殖最適宜溫度為30~40℃）進(jìn)行的。隨著堆溫的升高，最適宜溫度45~65℃的嗜熱菌取代了嗜溫菌，能進(jìn)行高效率的分解。氧的供應(yīng)情況與保溫床的良好程度對(duì)堆料的溫度上升有很大影響。如堆肥化過程原理中所述，后面將進(jìn)入降溫階段。通常將溫度升高到開始降低為止的階段，稱為主發(fā)酵期，以城市生活垃圾為主體的城市固體廢物好氧堆肥化的主發(fā)酵期約為4~12d。（c）后發(fā)酵經(jīng)過主發(fā)酵的半成品被送去后發(fā)酵。在主發(fā)酵工序尚未分解的易分解及較難分解的有機(jī)物可能全部分解，變成腐植酸、氨基酸等比較穩(wěn)定的有機(jī)物，得到完全成熟的堆肥成品。后發(fā)酵也可以在專設(shè)倉內(nèi)進(jìn)行，但通常把物料堆積到1~2米高度，進(jìn)行敞開式后發(fā)酵，此時(shí)要有防止雨水的設(shè)施。為提高后發(fā)酵效率，有時(shí)仍需進(jìn)行翻堆或通風(fēng)。后發(fā)酵時(shí)間的長(zhǎng)短，決定于堆肥的使用情況。例如堆肥用于溫床（能利用堆肥的分解熱）時(shí)，可在主發(fā)酵后直接利用。對(duì)幾個(gè)月不種作物的土地，大部分可以使用不進(jìn)行后發(fā)酵的堆肥，即直接施用堆肥，而對(duì)一直在種作物的土地，則有必要使堆肥的分解進(jìn)行到能不致奪取土壤中氮的穩(wěn)定化程度（即充分腐熟）。后發(fā)酵時(shí)間通常在20~30天以上。顯然，不進(jìn)行后發(fā)酵的堆肥，其使用價(jià)值較低。（d）后處理經(jīng)過二次發(fā)酵后的物料中，幾乎所有的有機(jī)物都變細(xì)碎和變了形，數(shù)量也減少了。然而，在城市固體廢物發(fā)酵堆肥時(shí)，在前處理工序中還沒有完全去除的塑料、玻璃、陶瓷、金屬、小石塊等雜物依然存在，因此，還要經(jīng)過一道分選工序以去除雜物，可以用回轉(zhuǎn)式振動(dòng)篩，振動(dòng)式回轉(zhuǎn)篩，磁選機(jī)，風(fēng)選機(jī)，慣性分離機(jī)、硬度差分離機(jī)等預(yù)處理設(shè)備分離去除上述雜質(zhì)，并根據(jù)需要進(jìn)行再破碎。并根據(jù)需要（如：生產(chǎn)精制堆肥）進(jìn)行再破碎。后處理工序除分選，破碎設(shè)備外，還包括打包裝袋、壓實(shí)選粒等設(shè)備，在實(shí)際工藝過程中，根據(jù)實(shí)際需要來組合后處理設(shè)備。（e）后處理在堆肥化工藝過程中，每個(gè)工序系統(tǒng)有臭氣產(chǎn)生，主要有“氨、硫化氫、甲基硫醇、胺類”等，必須進(jìn)行脫臭處理。去除臭氣的方法主要有化學(xué)除臭劑除臭；水、酸、堿水溶液等吸收劑吸收法；臭氧氧化法；活性炭、沸石、熟堆肥等吸附劑吸附法等等。其中，經(jīng)濟(jì)而實(shí)用的方法是熟堆肥氧化吸附除臭法。將源于堆肥產(chǎn)品的腐熟堆肥置入脫臭器，堆高約0.8~1.2m，將臭氣通入系統(tǒng)，使之與生物分解和吸附及時(shí)作用，其“氨、硫化氫”去除效率均可達(dá)98%以上。也可用特種土壤（如鹿沼土，白堊土等）代替堆肥，此種設(shè)備稱土壤脫臭過濾器。（f）貯存堆肥的供應(yīng)期多半是集中在秋天和春天（中間隔半年）。因此，一般的堆肥化工廠有必要設(shè)置至少能容納6個(gè)月產(chǎn)量的貯藏設(shè)備。堆肥成品可以在室外堆放，但此時(shí)必須有不透雨水的覆蓋物。貯存方式可直接堆存在二次發(fā)酵倉內(nèi)，或袋裝后存放。加工、造粒、包裝可在貯藏前也可在貯存后銷售前進(jìn)行。要求包裝袋干燥而透氣，如果密閉和受潮會(huì)影響堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量。（3）國內(nèi)幾種高溫堆肥處理技術(shù)國內(nèi)不同堆肥處理技術(shù)的區(qū)別主要在于：①有無預(yù)處理系統(tǒng)及預(yù)處理設(shè)備的組合形式；②有無發(fā)酵倉及倉的結(jié)構(gòu)形式差異；③一次發(fā)酵的進(jìn)料及出料方式及設(shè)備；④后處理系統(tǒng)的完善程度；⑤堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量及使用對(duì)象。第一種：杭州市機(jī)械化堆肥處理技術(shù)發(fā)酵倉出料機(jī)械較先進(jìn)，半動(dòng)態(tài)堆肥化能縮短發(fā)酵周期是該工藝的重要特點(diǎn)，其它工藝特點(diǎn)有：熱量利用好，溫度自下而上地依次傳遞，損失少。在高寒地區(qū)生產(chǎn)堆肥時(shí)，如果采用靜態(tài)間歇式堆肥，腐熟垃圾出倉后，新裝入垃圾升溫困難。該堆肥生產(chǎn)過程，就可以解決高寒地區(qū)堆肥生產(chǎn)升溫困難的問題。發(fā)酵倉內(nèi)堆肥物的翻堆是隨出料機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)出料和堆肥物的自上而下塌落完成的，無需外加動(dòng)力，故節(jié)省能源。該發(fā)酵倉堆肥物發(fā)酵均勻，可避免靜態(tài)堆肥中出現(xiàn)的“死角”或“夾生”現(xiàn)象。該發(fā)酵倉在堆肥過程中，由于連續(xù)進(jìn)出料，有利于微生物接種，發(fā)酵升溫快，也有利于引入(或培植)微生物新菌種，使之優(yōu)化。第二種：武漢市機(jī)械化堆肥處理技術(shù)武漢市生活垃圾堆肥廠設(shè)在北郊塔子湖邊。該工藝采用先發(fā)酵，后分選的工藝。設(shè)備投資及操作費(fèi)用低，且全料進(jìn)倉發(fā)酵，從無害衛(wèi)生化角度看比較有利，但發(fā)酵倉容積的有效利用率及堆肥產(chǎn)品降解率較低。第三種：上海安亭機(jī)械化堆肥處理技術(shù)該處理系統(tǒng)工藝流程框圖如“圖4-2-10”所示。整個(gè)工藝由五個(gè)系統(tǒng)組成：①堆肥發(fā)酵倉；②機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)；③水份調(diào)節(jié)系統(tǒng)；④輸送系統(tǒng)；⑤機(jī)械篩分-破碎系統(tǒng)。該工藝特點(diǎn)是：日處理量大，達(dá)300t/d。原料供給靠船隊(duì)輸送并配以橋式起重運(yùn)輸系統(tǒng)。由于輸送系統(tǒng)特殊，故投資較國內(nèi)其他處理廠高。該工藝采取不預(yù)篩分破碎的工藝方法，故未設(shè)前處理工藝，但對(duì)堆肥產(chǎn)品后處理工序設(shè)置了有效的機(jī)械篩分-破碎系統(tǒng)。已達(dá)到工業(yè)性生產(chǎn)水平。第四種：天津大港機(jī)械化堆肥處理技術(shù)天津大港機(jī)械化堆肥處理技術(shù)(即LD50-100型生活垃圾堆肥生產(chǎn)線)整條工藝路線分為前處理、發(fā)酵、后處理三大工序。1該工藝特點(diǎn)是：前處理工序主要采用機(jī)械化程度較高的生活垃圾處理專用設(shè)備。發(fā)酵工序分為兩個(gè)階段：一次發(fā)酵為好氧發(fā)酵階段，通過微生物的自然分解以達(dá)到消滅病菌的目的。二次發(fā)酵工序?yàn)閰捬醢l(fā)酵階段，使一次發(fā)酵過程中未能降解的可堆肥物進(jìn)一步腐熟。后處理工序通過精篩和去石工藝，可進(jìn)一步去除雜質(zhì)提高堆肥質(zhì)量，精堆肥可以進(jìn)一步添加不同比例的氮、磷、鉀、無機(jī)肥料及微量元素，制成適于不同作物生長(zhǎng)的專用有機(jī)復(fù)合肥料，售價(jià)可以隨著堆肥所含營養(yǎng)成分的比例成倍的增長(zhǎng)，具有較好的市場(chǎng)前景。第五種：雞西簡(jiǎn)易高溫堆肥處理技術(shù)雞西市屬遼寧省，依據(jù)東北冬夏溫差大的特點(diǎn)，首創(chuàng)了兩套發(fā)酵工藝流程。即夏季炎熱，垃圾、糞便易造成城市環(huán)境的污染。迅速解決垃圾、糞便的無害化處理是垃圾處理的關(guān)鍵。為此，采用垃圾先分選、破碎，然后與糞便混合進(jìn)行好氧發(fā)酵的無害化處理。而在冬季，由于氣候寒冷，最低氣溫可達(dá)-38℃。冬季的垃圾、糞便對(duì)環(huán)境污染較夏季已顯得不很突出，為此，采用了垃圾、糞便先厭氧發(fā)酵六個(gè)月(11月至第二年4月)后再分選、破碎的工藝。（a）夏季堆肥工藝主要工藝設(shè)備有板式給料機(jī)、生活垃圾篩選機(jī)、臥式破碎機(jī)及混合攪拌機(jī)。一次發(fā)酵采用敞開式，有1.5m高圍墻的發(fā)酵場(chǎng)地(共建有兩座發(fā)酵場(chǎng)，容積各為1500m3)。在發(fā)酵場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行垃圾糞便混合物料條垛式堆肥化。平時(shí)堆料用塑料薄膜覆蓋，定期進(jìn)行裝載機(jī)機(jī)械翻堆，以保證好氧發(fā)酵條件(物料間氧含量可大于10%)。一次發(fā)酵10d，達(dá)到無害化。二次發(fā)酵20d，可基本腐熟。圖4-2-14

夏季堆肥工藝流程圖經(jīng)多年探索及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，該工藝采用將城市生活垃圾及糞便按7:3混合，堆制成長(zhǎng)10m、寬8m、高2m的堆體，發(fā)酵10d取出一部分作為熱源，再覆蓋以新的垃圾及糞便(垃圾和糞便的比7:3)堆制成同上大小的堆體，發(fā)酵期從當(dāng)年的11月份至第二年的4月份，共6個(gè)月。然后將腐熟后垃圾肥進(jìn)行篩分、破碎，直接出售。篩分、破碎是利用夏季適用的垃圾處理機(jī)械設(shè)備。對(duì)厭氧堆肥化進(jìn)行溫度跟蹤監(jiān)測(cè)，證明堆溫能夠升到55~60℃左右，達(dá)到無害化工藝要求。第三節(jié)影響固體廢物堆肥化的主要因素影響堆肥化過程（特別是主發(fā)酵）的因素很多，對(duì)于快速高溫二次發(fā)酵堆肥工藝來說，通風(fēng)供氧、堆料含水率、溫度是最主要的發(fā)酵條件，其他條件包括：有機(jī)質(zhì)含量、顆粒度、碳氮比、碳磷比、pH值等。4.1通風(fēng)的作用及控制通風(fēng)供氧是好氧堆肥化生產(chǎn)的基本條件之一，在機(jī)械堆肥生產(chǎn)系統(tǒng)里，要求至少有50%的氧滲入到堆料各部分，以滿足微生物氧化分解有機(jī)物的需要。通風(fēng)量主要決定于堆肥原料有機(jī)物含量、揮發(fā)度%，可降解系數(shù)（分解效率%）等，可用下式推算出理論上氧化分解需要的氧氣量（該關(guān)系式反映堆肥化過程中有機(jī)物氧化分解關(guān)系）：CSHtNUOV·aH2O+bO2→CWHXNYOZ·CH2O+dH2O(氣)+eH2O(液)+fCO2+gNH3+能量再折算成理論空氣量。為便于估算需氧化量包括供料可降解度，提出如下的化學(xué)計(jì)量式：CaHbNcOd+0.5(nZ+2S+r–d)O2→nCwHxNyOz+SCO2+rH2O+(c–ny)NH3

式中r=0.5[b-nx-3(c-ny)]，s=a-nw，n為降解效率(摩爾轉(zhuǎn)化率<1)，CaHbNcOd和CwHxNyOz分別代表堆肥原料和堆肥產(chǎn)物的成分。Example：用一種成分為C31H50NO26的堆肥物料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的好氧堆肥化試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果，每1000kg堆料在完成堆肥化后僅剩下200kg，測(cè)定產(chǎn)品成分為C11H14NO4，試求每1000kg物料的化學(xué)計(jì)算理論需氧量。解：可算出堆肥物料C31H50NO26千摩爾質(zhì)量為852kg，則參加過程的有機(jī)物摩爾數(shù)=1000/852=1.173千摩爾。堆肥產(chǎn)品C11H14NO4的千摩爾質(zhì)量為224kg，算出每摩爾參加過程的殘余有機(jī)物摩爾數(shù)，即n=200/1.173×224=0.76；由已知條件：a=31,b=50,c=1,d=26,w=11,x=14,z=1,y=4，可算出：r=0.5[50–0.76×14–3(1–0.76×1)]=19.32；S=31–0.76×11=22.64。過程所需的氧量為：W=0.5[0.76×4+2×22.64+19.32–26]×1.173×32=781.5kg。實(shí)際的堆肥化系統(tǒng)必須提供超出計(jì)算需氧量（二倍以上）的過程空氣以保證充分的好氧條件。主發(fā)酵強(qiáng)制通風(fēng)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：靜態(tài)堆肥取0.05~0.2Nm3/min·m3堆料，動(dòng)態(tài)堆肥則依生產(chǎn)性試驗(yàn)確定。通風(fēng)的其他作用：空氣受到堆肥化物料的加熱，不飽和的熱空氣可以帶走水蒸氣，從而干化物料。干化的發(fā)生是氧化作用的一部分，也是堆肥化過程取得的重要收益。在高溫堆肥化后期，主發(fā)酵排出廢氣溫度較高，容納水氣量將隨溫度升高按指數(shù)規(guī)律增加，因此就是在外界環(huán)境空氣呈飽和狀態(tài)或相對(duì)濕度（Φ）相當(dāng)高時(shí)，也可從堆肥中帶走大量水分。通風(fēng)供氧與帶走水氣兩者是有關(guān)聯(lián)的，但完成兩種目的所需空氣量不同。有時(shí)能同時(shí)滿足，有時(shí)后者需要空氣量更多，例如以污泥糞便等含水率高的物料為主要堆肥原料時(shí)，則干化空氣需要量將明顯增加，在實(shí)際通風(fēng)操作時(shí)應(yīng)注意這一點(diǎn)。通風(fēng)的另一作用是從堆肥發(fā)酵倉系統(tǒng)向外散熱，這對(duì)堆溫度的調(diào)節(jié)，尤其在進(jìn)入降溫階段溫度的控制是必要的。例題：使用一臺(tái)封閉式發(fā)酵倉設(shè)備，以固體含量為50%的垃圾生產(chǎn)堆肥，俟干至90%固體后用作調(diào)節(jié)劑，環(huán)境空氣溫度為20℃，飽和濕度為0.015（g水）/（g干空氣），相對(duì)濕度為75%，試估算使用環(huán)境空氣進(jìn)行干化時(shí)的空氣需要量，如將空氣預(yù)熱到60℃（飽和濕度為0.152(g水)/（g干空氣）會(huì)如何？解：分析假定進(jìn)口和出口的溫度相同而排出空氣呈飽和狀態(tài)，可求得每克固體去除的水分為：(1/0.5-1)–(1/0.9–1)=0.889(g水)/(g固體)當(dāng)采用20℃的環(huán)境空氣時(shí)，求得理論上的空氣需要量為：0.889g(水)/g(固體)×1g(干空氣)/0.015g(水)×1/(1.0–0.75)×106g/t×22.4L/29(空氣)×1m3/1000L=183000(m3干空氣)/(t干堆肥)如果預(yù)熱空氣到60℃，則去除水分能力為：0.152–(1.0–0.75×0.015)=0.148(g水)/(g干空氣)則所需空氣量為：0.889×1/0.148×106×22.4/29×1/1000=4640(m3干空氣)/(t干堆肥)。通風(fēng)方法與控制：常用的通風(fēng)方式有：a)自然通風(fēng)供氧；b)向肥堆內(nèi)插入通風(fēng)管（主要用在人工土法堆肥工藝）；c)利用斗式裝載機(jī)及各種專用翻推機(jī)橫翻堆通風(fēng)；d)用風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)供氧，后兩者是現(xiàn)代化堆肥廠主要采用方式，常配合使用。因?yàn)樾柩趿亢投逊饰锪纤旨岸蚜蠝囟让芮邢嚓P(guān)，一般在堆肥過程中常用堆層溫度的變化，用儀表反饋來控制通風(fēng)量以保證堆肥過程處于微生物生長(zhǎng)的理想狀態(tài)。另外，氧的吸收率（或稱耗氧速率）是衡量生物氧化作用及有機(jī)物分解程度的重要評(píng)價(jià)參數(shù)，故對(duì)于機(jī)械化連續(xù)堆肥生產(chǎn)系統(tǒng)，可以通過測(cè)定排氣中氧的含量（或CO2含量）以確定發(fā)酵倉內(nèi)氧的濃度及氧的吸收率，排氣中氧的適宜體積濃度值是14~17%，可以此為指標(biāo)來控制通風(fēng)供氧量。4.2含水率微生物需要從周圍環(huán)境中不斷吸收水分以維持其生長(zhǎng)代謝活動(dòng)，微生物體內(nèi)水及流動(dòng)狀態(tài)水是進(jìn)行生化反應(yīng)的介質(zhì)，微生物只能攝取溶解性養(yǎng)料，水分是否適量直影響堆肥發(fā)酵速度和腐熟程度，所以含水率是好氧堆肥化的關(guān)鍵因素之一。從理論上講為維持微生物活性含水率高達(dá)90%仍是適宜的，但受到各種限制。固體廢物含水率的高低主要取決于其物理組成。一般規(guī)律是：①有機(jī)物百分含量<50%時(shí)；最適宜含水率45~50%；②有機(jī)物百分含量達(dá)到60%時(shí)，最適宜含水率也可達(dá)到60%；③當(dāng)無機(jī)物灰分多，物料含水率<30%時(shí)，微生物繁殖慢、分解過程遲緩，當(dāng)含水率<12%時(shí)，微生物的繁殖會(huì)停止。（1）最大含水量受到物質(zhì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度（即物料吸收大量水分、仍能保持其結(jié)構(gòu)的完整性）限制。例如禾桿的最大含水量為75~85%；鋸木屑最大含水量為75~90%；城市垃圾最大含水量為65%。在堆肥化過程中，最大含水量也稱“極限水分”。即從透氣性角度出發(fā)，將固體粒子內(nèi)部細(xì)孔被水填滿時(shí)的水分含量稱為堆肥操作中的極限水分。垃圾成分的極限含水率（2）臨界水分“臨界水分”是既考慮了微生物活性需要，又考慮到保持物料孔隙率與透氣性需要的綜合指標(biāo)。當(dāng)含水率超過65%，水就會(huì)充滿物料顆料間的空隙，使空氣含量減少，堆肥將由好氧向厭氧轉(zhuǎn)化，溫度也急劇下降，將形成發(fā)臭的中間產(chǎn)物（硫化氫、硫醇、氨等）和因硫化物而導(dǎo)致堆料腐敗發(fā)黑。綜上所述，綜合堆肥化各種因素可得到適宜水分范圍為45~60%（wt%）（符合城市生活垃圾堆肥處理廠技術(shù)議價(jià)指標(biāo)的規(guī)定），以55%為最佳。（3）堆肥物料含水率調(diào)節(jié)與控制

當(dāng)以城市垃圾為主要堆肥原料時(shí)，有時(shí)含水率偏低，?？膳湟约S水或污泥來調(diào)節(jié)水分，也可用一定量的回流堆肥來進(jìn)行調(diào)節(jié)。堆肥物料的水分調(diào)節(jié)可根據(jù)采用回流堆肥工藝的物料平衡進(jìn)行。上圖是好氧堆肥化物料平衡圖。圖中：Xc–––城市垃圾原料的濕重；Xp–––堆肥產(chǎn)物的濕重；Xr–––回流堆肥產(chǎn)物的濕重；Xm–––進(jìn)入發(fā)酵混合物料的總濕重；Sc–––原料中固體含量（重量%）；Sp=Sr–––堆肥產(chǎn)物和回流堆肥的固體含量（重量%）；Sm–––進(jìn)入發(fā)酵倉混合物料的固體含量（重量%）。作物料平衡計(jì)算如下：濕物料平衡式：Xc+Xr=Xm (4-2-14)干物料平衡式：ScXc+SrXr=SmXm (4-2-15)將式（4-2-15）代入式（4-2-14）中，得關(guān)系式：ScXc+SrXr=Sm(Sc+Xr) (4-2-16)令Rw為回流產(chǎn)物濕重與垃圾原料濕重之比，稱為回流比率，則：RW=Xr/Xc (4-2-17)由（4-2-16）變形得：即Xr/Xc=(Sm–Sc)/(Xr–Sm)故RW=Xr/Xc=(Sm–Sc)/(Sr–Sm) (4-2-18)如令Rd為回流產(chǎn)物的干重與垃圾原料干重之比，則Rd=SrXr/ScXc (4-2-19)將（4-2-16）變形，方程兩邊各除以ScXc，得1+Rd=SmXc/ScXc+SmXr/ScXc

=Sm/Sc+SmXr/ScXc×(Sr/Sr)=Sm/Sc+Sm/Sr×Rd即Rd(1-Sm/Sr)=Sm/Sc–1可整理得關(guān)系式Rd=(Sm/Sc–1)/(1–Sm/Sr) (4-2-20)方程式（4-2-19）或（4-2-20）能用來計(jì)算所需要的以干重或濕重為條件的回流比率。當(dāng)以脫水污泥濾餅等濕度大的物料為主要原料時(shí)，回流堆肥調(diào)節(jié)水份是常用的方法。（見作業(yè)1）對(duì)堆肥化混合物進(jìn)行水份控制時(shí)，無論是否使用回流堆肥都可以摻加調(diào)理劑。干調(diào)理劑對(duì)控制濕度較有利。如只用調(diào)理劑而不用堆肥回流時(shí)，則前述物料平衡及計(jì)算關(guān)系式只需要用Xa、Sa取代Xr及Sr即可求解。但往往消耗大量調(diào)理劑。(Xa──有機(jī)調(diào)理劑總濕重；Sa──調(diào)理劑的固體含量，重量%)。（見作業(yè)2）4.3倉內(nèi)溫度及其控制于堆肥化系統(tǒng)而言，溫度是影響微生物活動(dòng)和堆肥工藝過程的重要因素。堆肥中微生物分解有機(jī)物進(jìn)行分解代謝會(huì)釋放出熱量，這是堆料溫度上升的熱源。堆肥化過程溫度的變化速率受到氧氣的供應(yīng)狀況及發(fā)酵裝置、保溫條件等影響。對(duì)于靠酶促進(jìn)行的堆肥生物化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)，溫度對(duì)過程的宏觀影響比較復(fù)雜，且主要由于不同種類微生物的生長(zhǎng)對(duì)溫度具有不同的要求。堆肥溫度與微生物生長(zhǎng)的關(guān)系溫度過低是不利的，分解反應(yīng)速度慢，也達(dá)不到熱滅活無害化要求，嗜熱菌發(fā)酵最適宜溫度是50~60℃。由于高溫分解較中溫分解速度要快，并且高溫堆肥又可將蟲卵、病原菌、寄生蟲、孢子等殺滅，達(dá)到無害化要求，所以一般都采用高溫堆肥。但溫度過高也不利，例如當(dāng)溫度越過70℃時(shí)，放線菌等有益細(xì)菌（有的地農(nóng)業(yè)有益，存活于植物根部周圍，使植物受到良好的影響而茁壯成長(zhǎng)），將全部被殺死。且孢子進(jìn)入形成階段，并呈不活動(dòng)狀態(tài)，使分解速度相應(yīng)變慢，所以適宜的堆肥化溫度為55~60℃。堆肥過程中溫度的控制十分必要，在實(shí)際生產(chǎn)中往往通過溫度—通風(fēng)反饋系統(tǒng)來完成溫度的自動(dòng)控制。Questions1.擬采用堆肥化方法處理脫水污泥濾餅，其固體含量SC為30%，每天處理量為10t（以干物料基計(jì)算），即10t(干)/d。采用回流堆肥（其SR為70%）起干化物料作用，要求混合物Sm為40%，試用兩種基準(zhǔn)計(jì)算回流比率，并求出每天需要處理的物料總量為多少t？2.設(shè)污泥餅中加入回流堆肥和調(diào)理劑以控制濕度。選用的有機(jī)調(diào)理劑是鋸末，其固體含量Sa為70%，脫水泥餅和回流堆肥中分別含25%和60%的固體。污泥餅、堆肥和調(diào)理劑按比例1:0.5:0.5濕重混合。試求混合物的固體含量（重量%）。第四章固體廢物堆肥及厭氧發(fā)酵4.4其它影響因素分析（1）有機(jī)質(zhì)含量有機(jī)質(zhì)含量高低影響堆料溫度與通風(fēng)供氧要求。如有機(jī)質(zhì)含量過低，分解產(chǎn)生的熱量將不足以維持堆肥所需要溫度，影響無害化處理，且產(chǎn)生的堆肥成品由于肥效低而影響其使用價(jià)值。如果有機(jī)質(zhì)含量過高，則給通風(fēng)供氧帶來困難，有可能產(chǎn)生厭氧狀態(tài)，研究表明堆料最適合的有機(jī)含量為20~80%之間。（2）顆粒度堆肥化所需要的氧氣是通過堆肥原料顆?？障豆┙o的?？障堵始翱障兜拇笮∪Q于顆粒大小及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，象紙張、動(dòng)植物、纖維織物等，遇水受壓時(shí)密度會(huì)提高顆粒間空隙大大縮小，不利于通風(fēng)供氧。因此，對(duì)堆肥原料顆粒尺寸應(yīng)有一定要求，物料顆粒的平均適宜粒度為12~60mm，最佳粒徑隨垃圾物理特性而變化，其中：紙張、紙板等破碎粒度尺寸要在3.8~5.0cm之間；材質(zhì)比較堅(jiān)硬的廢物粒度要求小些，在0.5~1.0cm之間；以廚房食品垃圾為主廢物，其破碎尺寸要求大一些，以免碎成漿狀物料，妨礙好氧發(fā)酵。此外，決定垃圾粒徑大小時(shí)，還應(yīng)從經(jīng)濟(jì)方面考慮，因?yàn)槠扑榈迷郊?xì)小，動(dòng)力消耗越大，處理垃圾的費(fèi)用就會(huì)增加。（3）C/N比在堆肥化過程中，微生物將作為能源，大量的碳在微生物代謝過程中，由于氧化作用生成二氧化碳而排出，一部分碳則構(gòu)成細(xì)胞膜。氮主要消耗在原生質(zhì)合成作用而留于系統(tǒng)內(nèi)。故就微生物對(duì)營養(yǎng)的需要而言，C/N比是一個(gè)重要因素。有機(jī)物被微生物分解速度隨C/N而變。微生物自身的C/N比約4~30，用作其營養(yǎng)的有機(jī)物C/N比最好也在此數(shù)值范圍內(nèi)，特別當(dāng)C/N比在10左右時(shí)，有機(jī)物被微生物分解速度最大。當(dāng)原料的C/N比為20，30~50，78時(shí)，其對(duì)應(yīng)所需的堆肥化時(shí)間約分別為9~12d，10~19d及21d。（當(dāng)C/N在80以上時(shí)，堆肥化無法進(jìn)行）。各堆肥原料的C/N比如下：鋸末屑300~1000，秸桿70~100，垃圾50~80，人糞6~10，牛糞8~26，豬糞7~15，雞糞5~10，下水生污泥5~15，活性污泥5~8。因此，當(dāng)用秸桿，垃圾進(jìn)行堆肥時(shí)，需添加低C/N比廢物或加入氮肥，以使C/N比調(diào)整到30以下。在發(fā)酵后C/N一般會(huì)減少10~20%甚至更多，如成品堆肥的C/N過高，往土中施肥時(shí)，農(nóng)作物可利用氮會(huì)過少而致微生物陷于氮饑餓狀態(tài)，直接或間接影響和阻礙農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育。故應(yīng)以成品堆肥C/N為10~20作標(biāo)準(zhǔn)來確定和調(diào)整原料的C/N比，一般認(rèn)為城市固體廢物堆肥原料，最佳C/N在26~35：1。（4）碳磷比（C/P比）碳和氮對(duì)營養(yǎng)微生物的繁殖是必要的。此外，磷也是非常重要的因素，磷的含量對(duì)發(fā)酵起很大影響。有時(shí)，在垃圾發(fā)酵時(shí)，添加污泥，其原因之一就是污泥含有豐富的磷。堆肥料適宜的C/P比為75～150。（5）pH值是能對(duì)細(xì)菌環(huán)境作出估價(jià)的參數(shù)。在消化過程中pH值隨著時(shí)間和溫度的變化而變化，也是揭示堆肥分解過程的一個(gè)極好標(biāo)志。適宜的pH值可使微生物有效地發(fā)揮作用，而pH太高或太低都會(huì)影響堆肥的效率。一般認(rèn)為pH值在7.5~8.5時(shí)，可獲得最大堆肥速率。對(duì)固體廢物堆肥化一般不必調(diào)整pH值，因?yàn)槲⑸锟稍谳^大的pH值范圍內(nèi)繁殖。但是當(dāng)用石灰含量高的真空濾餅及加壓脫水濾餅作原料時(shí)，因pH值偏高，有的高達(dá)12，故需先在露天堆積一段時(shí)間或摻入其他堆肥以降低pH值。pH值過高時(shí)（如超過8.5）氮會(huì)形成氨而使堆肥中氮損耗。4.5廢物堆肥化設(shè)備及工藝系統(tǒng)廢物堆肥化按設(shè)備流程包括下述系統(tǒng)：進(jìn)料供料設(shè)備→預(yù)處理設(shè)備→一次發(fā)酵設(shè)備→二次發(fā)酵設(shè)備→后處理設(shè)備→產(chǎn)品細(xì)加工設(shè)備。（1）供料進(jìn)料設(shè)備固體廢物的進(jìn)料和供料系統(tǒng)是由地磅秤、貯料倉、進(jìn)料斗以及起重機(jī)等組成。堆肥化系統(tǒng)的預(yù)處理設(shè)備是由破包機(jī)、撕碎機(jī)、篩選機(jī)以及混合攪拌機(jī)械等組成。經(jīng)過預(yù)處理后的垃圾被送到一次發(fā)酵設(shè)備中，使發(fā)酵過程控制在適當(dāng)?shù)臈l件下，并使物料基本達(dá)到無害化的結(jié)果。然后，送到熟化設(shè)備即二次發(fā)酵設(shè)備中，使垃圾完全發(fā)酵腐熟。之后又通過后續(xù)處理設(shè)備對(duì)堆肥作更細(xì)致的篩選，除去雜質(zhì)。必要時(shí)可采用洪干造粒，或添加化肥，制成高效復(fù)合肥等深度加工處理設(shè)備。另外，整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)，還須由排出臭氣的脫臭裝置，污水的收集排出與處理裝置，電力供應(yīng)設(shè)備，控制儀器設(shè)備等組合而成。（2）堆肥化設(shè)備堆肥發(fā)酵裝置種類繁多，除了結(jié)構(gòu)型式不同外，主要差別在于攪拌發(fā)酵物料的翻堆機(jī)不同，大多數(shù)翻堆機(jī)兼有運(yùn)送物料的作用。（a）幾種發(fā)酵裝置示意圖：各種箱式發(fā)酵池的性能比較：（b）多段豎爐式發(fā)酵塔多段豎爐式發(fā)酵塔是立式多段發(fā)酵設(shè)備之一，整個(gè)立式設(shè)備被水平分隔成多段（層）。物料在各段上堆積發(fā)酵，靠重力從上往下移動(dòng)。多段豎爐式發(fā)酵塔與污泥焚燒用的多段豎爐相似而得名。多段豎爐式發(fā)酵倉1（c）筒倉式發(fā)酵倉筒倉式發(fā)酵倉為單層園筒狀（或矩形），發(fā)酵倉深度一般為4–5m，大多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。通常筒倉式發(fā)酵倉是一種在園筒倉的下部設(shè)置排料裝置（如螺桿出料機(jī)）由倉底用高壓離心機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)供氧，以維持倉內(nèi)堆料的好氧發(fā)酵。原料從倉頂加入，為防止下料時(shí)，在倉內(nèi)形成架橋起拱現(xiàn)象（形成穹窿），筒倉直徑由上到下逐漸變大或者需安裝簡(jiǎn)單的消除起拱設(shè)施。一般經(jīng)過6~12d的發(fā)酵周期，由倉底出料。因此是靜態(tài)式堆肥化過程。由于筒倉式靜態(tài)發(fā)酵倉結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、螺桿出料較方便可靠，在我國已得到廣泛應(yīng)用。例如無錫、杭州等地堆肥廠均用此種類型或其改進(jìn)形式，取得較好效果。螺旋攪拌式發(fā)酵倉的示意圖如下圖所示。這也是動(dòng)態(tài)式筒式發(fā)酵倉的一種形式。經(jīng)預(yù)處理工序分選破碎的廢物被運(yùn)輸機(jī)送到倉中心上方，靠設(shè)在發(fā)酵倉上部與天橋一起旋轉(zhuǎn)的輸送帶向倉壁內(nèi)側(cè)均勻地加料，用吊裝在天橋下部的多個(gè)螺絲鉆頭來旋轉(zhuǎn)攪拌，使原料邊混和邊摻入到正在發(fā)酵的物料層內(nèi)。由于這種混合，摻入，使原料迅速升到45℃而快速發(fā)酵，即使原料的水分高到70%左右，其水分也能向正在發(fā)酵物料中傳遞而使發(fā)酵正常進(jìn)行。此外，即使原料的臭味很強(qiáng)烈，因?yàn)楸淮罅空诎l(fā)酵物料淹沒，不至于散發(fā)惡臭。螺絲鉆進(jìn)自下而上提升物料“自轉(zhuǎn)”的同時(shí)，還隨天橋一起在倉內(nèi)“公轉(zhuǎn)”，使物料在被翻攪的同時(shí)，由倉壁內(nèi)側(cè)緩慢地向倉中央的出料斗移動(dòng)。由于翻堆是在發(fā)酵物料層中進(jìn)行，可減少發(fā)酵熱的損失。物料的移動(dòng)速度及在倉內(nèi)的停留時(shí)間可用公轉(zhuǎn)速度大小來調(diào)節(jié)。空氣由設(shè)在倉底的幾圈環(huán)狀布?xì)夤芄┙o。發(fā)酵倉內(nèi)，發(fā)酵進(jìn)行的程序在半徑方向上有所不同。因此，由于靠近倉壁附近的物料水分蒸發(fā)量及氧消耗量較多，該處布?xì)夤軕?yīng)供給較多的空氣，靠近倉中心處布?xì)夤軇t可供給較少的空氣，也就是說，要配合發(fā)酵進(jìn)行的深度，合理而經(jīng)濟(jì)地供氣。倉內(nèi)溫度通常為60~70℃，停留時(shí)間5d。（d）水平（臥式）發(fā)酵滾筒有多種形式。其中典型形式為著名的達(dá)諾(Dano)式滾筒。為世界各國最廣泛采用的發(fā)酵設(shè)備之一，其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以采用較大粒度的物料，使預(yù)處理設(shè)備簡(jiǎn)單化，物料在滾筒內(nèi)反復(fù)升高、跌落，同樣可使物料的溫度、水分均勻化，達(dá)到曝氣的目的，可以完成物料預(yù)發(fā)酵的功能。臥式達(dá)諾滾筒發(fā)酵的堆肥化系統(tǒng)4.6國內(nèi)100t/d生活垃圾處理廠工藝系統(tǒng)實(shí)例1986年，同濟(jì)大學(xué)和無錫市在垃圾好氧堆肥的中試基礎(chǔ)上共同研究，開發(fā)設(shè)計(jì)了我國第一座比較現(xiàn)代化的高溫好氧堆肥系統(tǒng)–––無錫100t/d生活垃圾處理實(shí)驗(yàn)廠。二次發(fā)酵城市垃圾受料坑磁選、手選復(fù)式振動(dòng)格篩（粗分選）一次發(fā)酵（調(diào)節(jié)水分、C/N、C/P等）進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)污泥泵糞池磁

選雙層滾筒篩錘式破碎大于40mm物料送填埋或焚燒（板式給料機(jī)，100t/d）去除粗大物，回收有用物質(zhì)100t/6h去除大于100mm粗雜物，送填埋或焚燒車間。部分去除小于5mm的爐灰。（噴灑污水）引風(fēng)、除臭（螺桿出料）回收金屬圖4-2-39無錫100t/d垃圾處理實(shí)驗(yàn)廠工藝流程框圖大于12mm小于40mm的物料小于12mm的可堆肥物腐熟堆肥無錫垃圾處理廠機(jī)械設(shè)計(jì)共分3個(gè)組成部分：①受料預(yù)分選機(jī)組；②發(fā)酵進(jìn)出料機(jī)組；③精分選機(jī)組。幾種主要機(jī)械的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：（1）板式布料機(jī)鏈板：長(zhǎng)6m，寬1.2m；鏈板速度：0.0025~0.15m/s；生產(chǎn)能力：50m3/h；功率：7.5Kw；功能：使汽車的集中來料變成均勻給料。（2）高效復(fù)合篩分破碎機(jī)雙層滾筒篩尺寸：Φ1420×Φ1710×6000（mm）；內(nèi)筒篩孔Φ40mm，外筒篩孔Φ13mm；篩筒轉(zhuǎn)速：5~18rpm范圍內(nèi)無級(jí)轉(zhuǎn)速；額定處理量：20~25t/h；功率：滾動(dòng)筒7.5Kw；破碎機(jī)30Kw；功能：篩除＞40mm為不可堆肥物；粒徑小于40mm大于12mm可堆肥物經(jīng)立錘破碎機(jī)粉碎至＜12mm；細(xì)篩產(chǎn)生粒徑小于12mm粒徑可堆肥物。（3）組合式振動(dòng)格篩（粗分選機(jī)）功能：去除＞60mm的粗大物；尺寸：2500×1200（mm）；功率：3Kw；能力：16t/h。（4）進(jìn)料橋式小車包括2條4.0mm橫向進(jìn)料皮帶?？偣β剩?.4Kw；功能：為一次發(fā)酵池進(jìn)料用。（5）螺桿出料機(jī)螺桿長(zhǎng)度：4.5m，直徑0.3m；能力：100t/6h；總功率：9Kw；功能：為一次發(fā)酵池出料用。垃圾堆肥化處理工藝的完善，在很大程度上依賴于機(jī)械設(shè)計(jì)的正確和設(shè)備運(yùn)輸?shù)恼！８鞒鞘械睦Y(jié)構(gòu)差異差較大，不可能有普遍適用的機(jī)械設(shè)備。每個(gè)垃圾廠的機(jī)械設(shè)計(jì)必須依據(jù)垃圾結(jié)構(gòu)不同而進(jìn)行組合，得出比較符合工藝要求的機(jī)械設(shè)計(jì)流程。堆肥腐熟的基本含義是：通過微生物的作用，堆肥的產(chǎn)品要達(dá)到穩(wěn)定化、無害化，亦即是對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生不良影響；堆肥產(chǎn)品的使用不影響作物的生長(zhǎng)和土壤耕能力。如直觀定性判斷標(biāo)準(zhǔn)是不再進(jìn)行激烈的分解，因此成品溫度較低，呈茶褐色或黑色，不產(chǎn)生惡臭。手感松軟易碎。為了評(píng)價(jià)堆肥裝置的性能和堆肥質(zhì)量，需要有更為科學(xué)的定量的判定標(biāo)準(zhǔn)。為此，國內(nèi)外許多研究人員進(jìn)行深入研究探討，提出許多判定標(biāo)準(zhǔn)。第五節(jié)堆肥腐熟度及其測(cè)定5.1堆肥腐熟度的判定標(biāo)準(zhǔn)及分析（1）用化學(xué)參數(shù)（與有機(jī)物含量有關(guān)的）作為腐熟度判定標(biāo)準(zhǔn)堆肥中COD、VS、淀粉、纖維素、C/N的變化過程都反映了堆肥的進(jìn)程，但它們作為一種精確的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是不充分的。（a）VS的測(cè)定具有方法簡(jiǎn)單、快速等優(yōu)點(diǎn)，但檢測(cè)的專一性和靈敏度較差。因?yàn)?，VS僅反映了物料中全部的揮發(fā)性固體，它不能區(qū)分易降解的、不易降解的和不可降解的有機(jī)物。而堆肥過程只與前二者有關(guān)，與第三者無關(guān)。這樣，Vs的專一性就大為降低。此外，VS作為參數(shù)的靈敏度也是不夠的。（b）化學(xué)需氧量（COD）COD具有與VS同樣的局限性。由于無法區(qū)別堆肥中易降解物和難降解物，在完全腐熟的堆肥中仍可測(cè)到相當(dāng)高的值?？紤]到垃圾來源的多樣性，成分的復(fù)雜性以及垃圾作為一種非均相體系，在取樣上的誤差等問題，COD測(cè)定的靈敏度無法達(dá)到作為一項(xiàng)可靠的測(cè)定指標(biāo)的程度。（c）淀粉和纖維素淀粉和纖維素反映了堆肥中兩類特殊物質(zhì)。淀粉代表易降解物質(zhì)，纖維素則代表了難降解物質(zhì)。淀粉作為指標(biāo)的缺點(diǎn)是垃圾中淀粉含量太低（一般在2~6%之間）。纖維素是城市固體垃圾和污泥中的主要成份之一，但它被微生物降解利用的速度相當(dāng)慢。因此在反映堆肥中有機(jī)質(zhì)的降解和表征腐熟度方面起不到迅速準(zhǔn)確的作用。此外，纖維素的測(cè)定方法也太繁雜，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的可能性較小。（d）C/N比：作為腐熟度的標(biāo)準(zhǔn)，其缺點(diǎn)是受原料C/N影響太大。C/N的測(cè)試特別是C的測(cè)定比較困難，需要一定的測(cè)試設(shè)備和相當(dāng)實(shí)驗(yàn)技能的分析人員，因而難以推廣。其他提倡或研究過的化學(xué)參數(shù)作指標(biāo)的尚有凝膠色譜法，氧化還原電位的升高，堿性基團(tuán)交換量的增加，硝酸氮的生成（即氮試驗(yàn)法）等等，由于測(cè)試手段復(fù)雜等原因尚不宜作為通用且簡(jiǎn)便科學(xué)的判定標(biāo)準(zhǔn)。（2）用工藝參數(shù)作為堆肥腐熟度判定標(biāo)準(zhǔn)研究過的工藝參數(shù)有堆溫、物料平衡（如水分、揮發(fā)分）及耗氧速率，都具有直觀、測(cè)定迅速、簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，但有的指標(biāo)受到某些因素的限制難以推廣應(yīng)用。（a）溫度溫度對(duì)堆肥反應(yīng)過程具有很好的指示功能。但從工廠實(shí)際運(yùn)行情況來看，由于密封倉保溫性好，堆層容積大，在堆肥實(shí)際上已穩(wěn)定化時(shí)溫度仍可能相當(dāng)高，即不易產(chǎn)生一個(gè)很好的溫度變化指示過程。因此溫度作為腐熟度標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)使用，還要作進(jìn)一步的研究，以提高其對(duì)堆肥過程的靈敏度。（b）水分物料平衡物料平衡的判斷通常利用總固體、揮發(fā)性固體、水分等基準(zhǔn)。需要收集大量數(shù)據(jù)，難以在現(xiàn)場(chǎng)做到，又因在堆肥中微生物消化產(chǎn)生的水無法與物料原有水分相區(qū)分。而且，強(qiáng)制通風(fēng)使水分的蒸發(fā)量超過產(chǎn)生的水量，這是堆肥系統(tǒng)趨向于干燥的主要原因。顯然，用產(chǎn)生的水分作為判別依據(jù)是不充分的。而且，水分變化受原料有機(jī)物含量和溫度變化的影響較大，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中很難達(dá)到表征腐熟的穩(wěn)定值。（c）耗氧速率堆肥過程中，好氧微生物的主要生命活動(dòng)形式為：分解有機(jī)物的同時(shí)消耗氧產(chǎn)生CO2，氧的消耗或CO2的產(chǎn)生速率（mg氧/g揮發(fā)性物質(zhì)·min或mgCO2/g揮發(fā)性物質(zhì)·min）標(biāo)志了有機(jī)物的分解程度和堆肥反應(yīng)的進(jìn)行程度。因此，以氧的消耗速率或CO2生成速率作為腐熟標(biāo)準(zhǔn)是符合生物學(xué)原理的。由于耗氧速率數(shù)據(jù)測(cè)定受原料成分影響較小，只要在堆層中氧供應(yīng)充分，耗氧速率的數(shù)據(jù)就比較穩(wěn)定可靠，實(shí)驗(yàn)室測(cè)定和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試結(jié)果相當(dāng)吻合。這種一致性表明，耗氧速率的變化反映了堆肥處理的本質(zhì)過程。因此，可以建議用耗氧速率作為城市垃圾堆肥發(fā)酵穩(wěn)定化的定量指標(biāo)。耗氧速率作為腐熟度標(biāo)準(zhǔn)具有應(yīng)用范圍廣之特點(diǎn)，它不但可用于垃圾堆肥的腐熟度判斷，也可用于污泥堆肥、污泥–垃圾混合堆肥過程的腐熟度判斷。綜合研究發(fā)現(xiàn)，上述各種參數(shù)在反應(yīng)堆肥化過程和指示堆肥腐熟方面具有一致性，即在指示堆肥反應(yīng)過程中，當(dāng)反應(yīng)趨于穩(wěn)定時(shí)，所有指標(biāo)均達(dá)到自身的穩(wěn)定值。因此合適的腐熟度標(biāo)準(zhǔn)的選擇可以取決于生產(chǎn)實(shí)際工作應(yīng)用的可能性和經(jīng)濟(jì)技術(shù)的合理性。15.2堆肥腐熟度檢驗(yàn)測(cè)定方法（1）氮試驗(yàn)法（a）實(shí)驗(yàn)原理研究表明，完全腐熟的堆肥含有硝酸氮和少量氨氮，未腐熟的堆肥則只含氨氮而不含硝酸氮。根據(jù)這一特性，可利用特定的顯色反應(yīng)來測(cè)試堆肥樣品中是否含有氨氮和亞硝酸氮（可由硝酸氮還原產(chǎn)生），從而判定堆肥是否腐熟及腐熟度程度。（b）儀器及試劑采樣和制取有代表性的堆肥樣品；制備塑料環(huán)，玻璃皿等試驗(yàn)用品；配制下述試劑：①奈氏試劑

a.制備氯化亞汞飽和溶液；b.稱取溴化鉀50g溶解在少量水里后，加入到氯化亞汞飽和溶液內(nèi)，使變成溴化亞汞（到溶液略顯渾濁為止）；c.量取50%KOH溶液400mL，加到上述溶液中，并稀釋到1L，充分混合勻后保存在聚乙烯瓶?jī)?nèi)（使用時(shí)用其上清液）。②格氏試劑

a.稱0.2g1–萘胺（α–萘胺）溶解于500mL20%醋酸水溶液中；b.稱3g對(duì)氨基苯磺酸溶解于500mL20%醋酸水溶液中。格氏試劑是上面兩種溶液的混合液，平時(shí)應(yīng)在冰箱中分開保存。③還原劑：將干燥到150℃的X線造影用BaSO495g，鋅粉末5g及MnSO4·H2O10g，混勻后裝入瓶?jī)?nèi)備用。（c）測(cè)定步驟

取樣與加濕操作將堆肥試樣采集到器皿內(nèi)，邊加水邊用勺壓緊試樣到表面上少許水滲出為止。將直徑9cm的濾紙一張裁成兩半并排放在玻璃板上，其上再鋪一張未切開的同樣直徑濾紙，再將外徑8cm，高4cm的塑料環(huán)壓在紙上。向環(huán)內(nèi)裝入調(diào)濕后試樣，用勺擠壓塞緊使其下面濾紙均被潤(rùn)濕后，將上層濾紙連環(huán)和試樣一塊移走，露出下層濾紙。在其中半張濾紙上滴加7滴奈氏試劑，觀察顏色的變化。如果濾紙呈現(xiàn)黃色或黃褐色，就表示有氨存在。在另外半張濾張上加7滴格氏試劑（兩種溶液各滴7滴相混），具體方法是將濾紙的一頭揭起后再滴下試劑。放下濾紙后，如果染上紅色，就表示試樣中有亞硝酸鹽存在。若濾紙未呈現(xiàn)紅色，可將少量還原用粉劑撤在濾紙表面，如果試樣內(nèi)有硝酸鹽存在，可被還原成亞硝酸鹽，過一會(huì)兒就會(huì)出現(xiàn)紅色。（d）分析討論根據(jù)以上三組試劑顯色反應(yīng)，可以判斷試樣中氮的存在形式，以進(jìn)而判斷堆肥的腐熟度：完全腐熟的堆肥應(yīng)含有硝酸鹽和很少的氨氮，沒有腐熟的堆肥應(yīng)含有氨而不含硝酸鹽；如果兩者都存在較多時(shí)，可能取的試樣是腐熟堆肥和未熟堆肥的混合物；如果硝酸鹽及氨都很少或不存在，則表示堆肥處于氮被固定在活性微生物蛋白質(zhì)內(nèi)的中間腐熟階段。由于氨試驗(yàn)法的局限性，僅能作定性判定指標(biāo)，有條件時(shí)須配合應(yīng)用其他試驗(yàn)方法。（2）耗氧速率法（a）測(cè)定原理高溫好氧堆肥是通過好氧微生物在有氧的條件下分解有機(jī)物，從而使堆肥物質(zhì)逐漸穩(wěn)定腐熟的生物化學(xué)過程，耗氧速率曲線表明其變化由低至高再下降，然后趨于穩(wěn)定，與微生物的活動(dòng)過程相一致。因此，耗氧速率可看作是堆肥微生物活動(dòng)的宏觀標(biāo)志。試驗(yàn)采用的耗氧速率是相對(duì)耗氧速率ΔO2%/min（即單位時(shí)間內(nèi)氧在氣體中體積濃度%減少值）。相對(duì)耗氧速度具有直觀、簡(jiǎn)單，在工程中實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。但當(dāng)堆肥化物料中空隙率或顆粒直徑相差很大時(shí)，測(cè)定結(jié)果誤差較大。故也可用真實(shí)耗氧速率來表示，兩者關(guān)系為：RO2=rO2[ΔO2]×（ε×273×10）/22.4×(273+t)式中RO2—真實(shí)耗氧速率，mole/m3堆層·min；rO2—相對(duì)耗氧速率；ε—堆層空隙率；t—堆層溫度。要求真實(shí)耗氧速率需先測(cè)知堆層的空隙率ε。在一次發(fā)酵末期，耗氧速率趨于平穩(wěn)，此時(shí)堆溫已開始下降，二次發(fā)酵期，耗氧速率變化不大，總體呈下降趨勢(shì)。當(dāng)堆肥穩(wěn)定時(shí)，相對(duì)耗氧速率基本穩(wěn)定在0.02ΔO2%/min左右，可由此判斷堆肥的腐熟度。（b）方法通過測(cè)氧槍和微型吸氣泵將堆層中的氣體抽吸至O2/CO2測(cè)定儀，由儀器自動(dòng)顯示堆層氧或二氧化碳濃度在單位時(shí)間內(nèi)變化值，以了解堆肥發(fā)酵程度和腐熟情況。為了測(cè)定的準(zhǔn)確性，可同時(shí)對(duì)堆層的不同層次，不同點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定。第六節(jié)有機(jī)廢物厭氧發(fā)酵通過厭氧消化有機(jī)廢物，可以加速有機(jī)物質(zhì)的穩(wěn)定，使有機(jī)廢物無害化，更主要的目的是通過厭氧分解產(chǎn)生沼氣，收集后做為能源利用。6.1厭氧發(fā)酵過程有機(jī)廢物的厭氧發(fā)酵過程就是有機(jī)物質(zhì)在特定的厭氧條件下，微生物將有機(jī)質(zhì)進(jìn)行分解，其中一部分碳素物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳。在這個(gè)轉(zhuǎn)化作用中，被分解的有機(jī)碳化物中的能量大部轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存在甲烷中，僅一小部分有機(jī)碳化物氧化成二氧化碳，釋放的能量作為微生物生命活動(dòng)的需要。因此在這一分解過程中，僅積儲(chǔ)少量的微生物細(xì)胞。（1）厭氧發(fā)酵的微生物學(xué)過程由于厭氧發(fā)酵的原料來源復(fù)雜，參加反應(yīng)的微生物種類繁多，使得厭氧發(fā)酵過程中物質(zhì)的代謝、轉(zhuǎn)化和各種菌群的作用等非常復(fù)雜。目前，對(duì)厭氧發(fā)酵的生化過程有三種見解，即兩階段理論、三階段理論和四階段理論。（a）兩階段理論兩階段理論形成較早，對(duì)甲烷菌如何利用甲醇以上的醇及乙酸以上的有機(jī)酸難以解釋，因此，該理論尚未得到確認(rèn)。（b）三階段理論1979年由布賴恩提出，將厭氧發(fā)酵分成三個(gè)階段，即三個(gè)細(xì)菌營養(yǎng)群，突出氫的產(chǎn)生和利用在發(fā)酵過程中的核心地位，較好地解決了兩階段理論的矛盾。（c）四階段理論將厭氧發(fā)酵過程分為四個(gè)階段，每個(gè)階段有獨(dú)特的微生物菌群。各類群細(xì)菌的有效代謝均相互密切連貫，達(dá)到一定的平衡，不能單獨(dú)分開，是相互制約和促進(jìn)的過程。為了便于研究不同營養(yǎng)類群的細(xì)菌，才分成四個(gè)階段。自然界厭氧發(fā)酵過程，一般分為四個(gè)階段。如人畜糞便復(fù)雜有機(jī)物的厭氧發(fā)酵。但在不同生態(tài)條件下，不一定都包括四個(gè)階段，如在食草動(dòng)物的瘤胃和人的盲腸和腸道中，一般僅包括第一階段和第三階段。而在溫泉中，僅包括第三和第四階段。這同不同生態(tài)環(huán)境的條件有關(guān)。（2）厭氧發(fā)酵微生物（a）不產(chǎn)甲烷菌在沼氣發(fā)酵過程中，不直接參與甲烷形成的微生物統(tǒng)稱為不產(chǎn)甲烷菌，包括的種類繁多，有細(xì)菌、真菌和原生動(dòng)物三大群。其中細(xì)菌的種類最多，作用也最大。已知的細(xì)菌有18屬，51種，近年來又發(fā)現(xiàn)了許多種。按呼吸類型分為專性厭氧菌、好氧菌和兼性厭氧菌。其中以專性厭氧菌為主，種類和數(shù)量最多。不產(chǎn)甲烷菌的作用主要為：①為產(chǎn)甲烷菌提供營養(yǎng)，將復(fù)雜的大分子有機(jī)物降解為簡(jiǎn)單的小分子有機(jī)化合物，為產(chǎn)甲烷菌提供營養(yǎng)基質(zhì)；②為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造適宜的氧化還原條件；③為產(chǎn)甲烷菌消除部分有毒物質(zhì)；④和產(chǎn)甲烷菌一起，共同維持發(fā)酵的pH值。（b）產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌在原核生物中由于它們能厭氧代謝產(chǎn)生甲烷而成為一個(gè)獨(dú)特類群，在70年代后期被分類學(xué)家確認(rèn)。產(chǎn)甲烷菌有5個(gè)特點(diǎn)：①嚴(yán)格厭氧，對(duì)氧和氧化劑非常敏感；②要求中性偏堿環(huán)境條件；③菌體倍增時(shí)間較長(zhǎng)，有的4-5天才系列繁殖1代；④只能利用少數(shù)簡(jiǎn)單化合物作為營養(yǎng)，所有產(chǎn)甲烷幾乎都能利用分子氫；⑤代謝的產(chǎn)物主要是CH4和CO2。（3）厭氧發(fā)酵的有機(jī)物分解代謝過程厭氧發(fā)酵是把碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪等在厭氧條件下經(jīng)過多種細(xì)菌的協(xié)同作用下，首先分解成簡(jiǎn)單穩(wěn)定的物質(zhì)，最后生成甲烷和二氧化碳等沼氣的主要成份。在排出的殘?jiān)写嬖谟协h(huán)狀化合物的聚合物--腐殖酸可做田間糧食生產(chǎn)的肥料。（a）碳水化合物的分解代謝一般的碳水化合物包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、糖類、淀粉等和果膠質(zhì)等。厭氧發(fā)酵的原料如農(nóng)業(yè)廢物等主要含碳水化合物，其中纖維素的含量最大。所以，厭氧發(fā)酵的速度與消化池中纖維素分解的快慢密切相關(guān)。纖維素的分解能夠水解纖維素的酶有許多種，不同種類的纖維素的水解消化速度也不同。纖維素酶可以把纖維水解成葡萄糖，反應(yīng)式為：(C6H10O5)n(纖維素)+nH2O=nC6H12O6(葡萄糖)葡萄糖經(jīng)細(xì)菌的作用繼續(xù)降解成丁酸、乙酸最后生成甲烷和二氧化碳等氣體。總的產(chǎn)氣過程可用下述的綜合表達(dá)式表達(dá)：C6H12O6=3CH4+3CO2糖類的分解先由多糖分解為單糖，然后是葡萄糖的酵解過程，與上述相同。（b）類脂化合物的分解代謝類脂化合物一般是指脂肪、磷脂、游離脂肪酸、蠟脂、油脂，在厭氧發(fā)酵的原料中含量很低。這類化合物的主要水解產(chǎn)物是脂肪酸和甘油。然后，甘油轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿岣视椭?，進(jìn)而生成丙酮酸。在沼氣菌的作用下，丙酮酸被分解成乙酸，然后形成甲烷和二氧化碳。（c）蛋白質(zhì)類的分解代謝主要是含氮的蛋白質(zhì)化合物，在厭氧發(fā)酵原料中占有一定的比例。在農(nóng)家污水和豬圈廢物中，蛋白質(zhì)的含量最高可達(dá)20%。在細(xì)菌的作用下水解成多肽和氨基酸。其中的一部分氨基酸繼續(xù)水解成硫醇、胺、苯酚、硫化氫和氮；一部分分解成有機(jī)酸、醇等其它化合物，最后生成甲烷和二氧化碳；還有一些氨基酸作為產(chǎn)沼細(xì)菌的養(yǎng)分形成菌體。（4）沼氣的性質(zhì)（a）物理性質(zhì)沼氣的主要成份是甲烷，其它伴生氣體還有二氧化碳、氮?dú)狻⒁谎趸?、氫氣、硫化氫和極少量的氧氣。一般在沼氣中甲烷的含量介于50%-60%；二氧碳在30%左右。由此可見，甲烷的性質(zhì)決定了沼氣的主要性質(zhì)。甲烷的分子式為CH4，分子量16.04，是最簡(jiǎn)單而穩(wěn)定的碳基化合物，是一種無色無味的氣體。在通常的沼氣中由于含有一點(diǎn)硫化氫氣體，所以沼氣通常會(huì)有臭雞蛋的氣味。另外，甲烷在水中的溶解度很小，只有3%左右。甲烷的熔點(diǎn)是-182.5℃，沸點(diǎn)為-161.5℃。甲烷的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣大，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下是3.06×10-2W/m·K。（b）沼氣的化學(xué)性質(zhì)甲烷實(shí)際上是一種優(yōu)質(zhì)的氣體燃料，在與適量的空氣混合發(fā)生燃燒時(shí)，可產(chǎn)生一種淡蘭色的火焰，其火焰溫度最高可達(dá)1400℃，同時(shí)放出大量的熱。它與氧氣在常壓下進(jìn)行反應(yīng)的活化能是20Kcal/mol。甲烷燃燒的化學(xué)反應(yīng)方程式為：CH4+2O2=CO2+2H2O+881.3KJ/mol在標(biāo)準(zhǔn)狀況(一個(gè)大氣壓、溫度25℃)下，1Nm3的甲烷在燃燒后可以放出大約35822.6KJ的熱量。通常在計(jì)算沼氣的發(fā)熱量時(shí)就是以這個(gè)數(shù)值乘以沼氣中的甲烷含量，其計(jì)算方法為：沼氣發(fā)熱量(KJ/Nm3)=35822×沼氣中甲烷含量沼氣是一種很好的燃料，1m3的沼氣燃燒發(fā)熱量相當(dāng)于1kg煤或是0.7kg汽油，能發(fā)電1.25KWH。甲烷與水蒸汽反應(yīng)在有催化劑存在和高溫650-800℃的條件下，甲烷可與水蒸汽反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣。CH4+H2O=3H2+CO這一反應(yīng)在合成氨化肥工業(yè)是一個(gè)很重要的反應(yīng)。6.2發(fā)酵工藝及影響發(fā)酵的因素1.發(fā)酵工藝類型及其特點(diǎn)按照厭氧發(fā)酵的溫度、進(jìn)料方式、裝置類型和原料的物理狀況、發(fā)酵裝置，可將厭氧發(fā)酵劃分為若干類型。（1）按發(fā)酵溫度分類可將厭氧發(fā)酵工藝分為常溫發(fā)酵(自然發(fā)酵)、中溫發(fā)酵和高溫發(fā)酵。常溫發(fā)酵也稱自然發(fā)酵、變溫發(fā)酵，其主要特點(diǎn)為發(fā)酵溫度隨自然氣溫的四季變化規(guī)律而變化，但沼氣產(chǎn)量不穩(wěn)定，因而轉(zhuǎn)化效率低。中溫發(fā)酵的溫度控制恒定在28~38℃，因而沼氣產(chǎn)量穩(wěn)定，轉(zhuǎn)化效率較高，主要用于大中型產(chǎn)沼工程、高濃度有機(jī)廢水的處理等。高溫發(fā)酵的溫度控制在48-60℃，因而分解速度快，處理時(shí)間短，產(chǎn)氣量高，能有效殺死寄生蟲卵，但需加溫和保溫設(shè)備，主要適用于高濃度有機(jī)廢水、城市生活垃圾和糞便的無害化處理及農(nóng)作物秸桿的處理等。（2）按進(jìn)料方式分類厭氧發(fā)酵的進(jìn)料方式有批量進(jìn)料、半連續(xù)進(jìn)料和連續(xù)進(jìn)料。（3）按發(fā)酵方式分類按發(fā)酵階段劃分，厭氧發(fā)酵可分為二步(或兩相)發(fā)酵和混合(一步)發(fā)酵。二步(或兩相)發(fā)酵就是把厭氧發(fā)酵的產(chǎn)酸階段與產(chǎn)甲烷階段分別放在兩個(gè)裝置內(nèi)進(jìn)行，有利于高分子有機(jī)廢水和有機(jī)廢物的處理，有機(jī)轉(zhuǎn)化率高，但單位有機(jī)質(zhì)的沼氣產(chǎn)量較低。主要用于含高分子有機(jī)物和固形物含量高的廢水、垃圾、農(nóng)業(yè)廢物的處理，如禽畜糞便的厭氧發(fā)酵，印染廢水的處理等?；旌习l(fā)酵是將厭氧發(fā)酵的兩個(gè)階段在同一裝置內(nèi)完成，設(shè)備簡(jiǎn)單，但條件控