固體廢棄物堆肥技術(shù)研究

王　鵬　王　璐　吳傳鑫

（德州市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所有限公司山東德州253000）

固體廢棄物堆肥技術(shù)研究

王鵬王璐吳傳鑫

（德州市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所有限公司山東德州253000）

堆肥技術(shù)是處置固體廢棄物的有效方法，可將一部分固體廢棄物進(jìn)行有效的利用。本文對幾種常見的固體廢棄物資源化處置技術(shù)的特點(diǎn)及存在的問題進(jìn)行了分析和討論，以及未來的發(fā)展方向。

固體廢棄物；堆肥；技術(shù)

1　引言

固體廢棄物的種類繁多，成分復(fù)雜，是造成環(huán)境污染的重要影響因素。隨著居民生活水平不斷的提高，固體廢棄物的產(chǎn)量也在不斷增加，而且其危害性也在不斷提高。目前對固體廢棄物進(jìn)行處理主要方法有投棄海洋、焚燒、填埋和堆肥等。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，堆肥技術(shù)是一種有效的處理固體廢棄物的手段。能適合堆肥處理技術(shù)的固體廢棄物主要有城市生活垃圾、生活污水污泥、家畜糞便等[1]。堆肥技術(shù)是在微生物的作用下，將固體廢棄物中不穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)，將其中的揮發(fā)性物質(zhì)含量降低，同時降低其臭味。此外，堆肥技術(shù)還能夠殺滅廢棄物中含有的一些病原菌、蟲卵等。堆肥是一個復(fù)雜的過程，需要控制的因素很多，最為關(guān)鍵的因素是保持微生物的正常繁衍，使其能夠進(jìn)行穩(wěn)定的生長和代謝，此外還需控制pH、溫度、濕度等。

2　堆肥的影響因素

2.1原料

原料是堆肥處置過程中的主要部分，能作為堆肥技術(shù)原料的固體廢棄物主要有生活污水處理廠污泥、城市生活垃圾、農(nóng)業(yè)廢物、畜禽糞便、餐廚垃圾等。不同的原料組成對堆肥的效果有著不同的影響。研究表明，生活污水廠污泥同甜高粱型農(nóng)業(yè)廢物進(jìn)行混合堆肥，該組合產(chǎn)生的肥料質(zhì)量最佳[2]。

2.2水分

不同的原料組成和堆體系統(tǒng)，所需的水分不同。例如采用條垛系統(tǒng)和反應(yīng)器系統(tǒng)，堆肥過程中水分不易大于65%；而對于強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)堆垛其水分不宜大于60%，但水分也不能太低，一般情況下不宜低于40%，否則會抑制微生物的生長；水分太高的缺點(diǎn)是會堵塞堆料的空隙，進(jìn)而變成厭氧發(fā)酵。

2.3氧含量

氧含量是進(jìn)行堆肥的主要影響因素，研究表明在堆體中空氣氧的體積比例保持在5%～15%最佳，低于5%將會變成厭氧發(fā)酵，影響肥效；而高于15%會使堆體中大量的病原菌存活。

2.4碳氮比

堆體中碳和氮的比例是堆肥過程變化的顯著特征。在堆肥過程中，碳源會轉(zhuǎn)化為CO2和一些腐殖質(zhì)；堆體中的含氮物質(zhì)會以氨氣的形式逸散或者轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}等，或者被生物吸收。一般情況下，堆肥中C/N比保持在20:1到30:1為最佳。其過高或者過低都會影響堆肥的效果[3]。

2.5溫度

堆肥過程中最佳的溫度范圍為45℃～65℃；溫度大于65℃時就會抑制堆體中微生物的生長。堆肥是一個進(jìn)行放熱的過程，如不妥善進(jìn)行控制溫度將會增加到75℃～80℃，大量的有機(jī)物將會被消耗，進(jìn)而降低了堆肥的質(zhì)量。

3　堆肥技術(shù)的種類及特點(diǎn)

堆肥技術(shù)是一項(xiàng)古老傳統(tǒng)的固體廢棄物處理技術(shù)，來源于人類對其和畜禽糞便的處置。堆肥主要是利用微生物對有機(jī)物的降解，以使有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物，此過程中微生物自身也得到增殖。在這個過程的同時微生物的新陳代謝活動，將一部分有機(jī)物同化，另一部分有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為無機(jī)物，釋放出能量。微生物在此過程中進(jìn)行了物理、化學(xué)和生物等轉(zhuǎn)化。逐漸穩(wěn)固，并形成腐殖酸，而后形成最終產(chǎn)品-肥料[3]。

按照堆肥過程中含有氧氣的多少可分為好氧堆肥、厭氧堆肥和兼性堆肥三類。而根據(jù)堆肥技術(shù)的復(fù)雜程度，可分為條垛式堆肥系統(tǒng)、靜態(tài)強(qiáng)制通風(fēng)垛式堆肥系統(tǒng)和發(fā)酵倉式系統(tǒng)。

3.1厭氧、好氧堆肥技術(shù)

3.1.1厭氧堆肥技術(shù)

厭氧堆肥技術(shù)是利用微生物在厭氧或缺氧條件下對有機(jī)固體廢棄物進(jìn)行分解的過程，堆肥過程中有機(jī)物不能夠完全被分解，而且還伴隨著惡臭氣體的溢出。

厭氧堆肥技術(shù)的原理：有機(jī)固體廢棄物在厭氧條件下，利用微生物的分解作用將有機(jī)物分解的過程。這個過程是有機(jī)固體廢棄物無害化資源化的過程。分解過程中主要的產(chǎn)物為甲烷和二氧化碳，甲烷是一種可利用的能源，二氧化碳是相對污染較低的物質(zhì)。這個能源轉(zhuǎn)化的過程中，大部分的能源轉(zhuǎn)化到甲烷中，而只有一小部分轉(zhuǎn)移到二氧化碳中。由于厭氧發(fā)酵過程中物質(zhì)的代謝、轉(zhuǎn)化以及生物群落之間的作用相當(dāng)復(fù)雜，對其有機(jī)物轉(zhuǎn)化的過程說法不一，主要有兩階段理論、三階段理論和四階段理論[4]。

厭氧堆肥的優(yōu)點(diǎn)是在反應(yīng)過程中能耗低，但是其缺點(diǎn)也是相當(dāng)顯著，就是有機(jī)物分解不徹底，還伴有惡臭氣體，因此在實(shí)際中應(yīng)用較少。

3.1.2好氧堆肥技術(shù)

好氧堆肥技術(shù)是指在有氧條件下利用好氧微生物對有機(jī)物進(jìn)行氧化分解的過程。在該過程中有機(jī)物分解徹底，無惡臭氣體產(chǎn)生，而且好氧堆肥化具有發(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。好氧堆肥過程中，有機(jī)固體廢棄物中可溶性有機(jī)物可透過堆體中微生物的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜進(jìn)入微生物的體內(nèi)被吸收，其中不能被直接吸收的有機(jī)固體廢棄物吸附在微生物的體外，然后在微生物產(chǎn)生的胞外酶的作用下繼續(xù)被分解，再被微生物所利用[5]。

好氧堆肥技術(shù)是一個復(fù)雜的微生物氧化分解過程，可分為三個階段完成堆肥過程。（1）中溫階段：該階段是好氧堆肥的初級階段，堆體中基本保持中溫的狀態(tài)，其中嗜溫型細(xì)菌最為活躍，且能夠利用可溶性有機(jī)物大量的繁殖。（2）高溫階段：在嗜溫型細(xì)菌的作用下，堆體的溫度不斷上升。當(dāng)堆體的問題上升到45℃時，進(jìn)入了下一個堆肥階段，即高溫階段。（3）腐熟階段：腐熟階段屬于堆肥的后期，大部分的可溶性有機(jī)物已被分解，堆體中只剩下難降解的有機(jī)物和一些新形成的腐殖質(zhì)。這個時期微生物的活動頻率較低，發(fā)熱量開始減少，堆體的問題開始降低。

好氧堆肥技術(shù)中根據(jù)不同的供氧方式分為強(qiáng)制通風(fēng)好氧堆肥和自然通風(fēng)好氧堆肥。強(qiáng)制通風(fēng)好氧堆肥是需要在外力的作用下，借助空壓機(jī)或空氣泵等的作用，是整個堆體保持在好氧的環(huán)境條件下，該方法能夠有效的防止堆體內(nèi)部出現(xiàn)缺氧或厭氧的環(huán)境，確保有機(jī)物的充分分解，其缺點(diǎn)是能耗高。自然通風(fēng)好氧堆肥是利用自然的條件來保證堆體中的氧氣含量，但是該技術(shù)會出現(xiàn)堆體內(nèi)部供養(yǎng)不足的現(xiàn)象，使得有機(jī)物不能充分分解，影響堆肥效果，但其相比強(qiáng)制通風(fēng)好氧堆肥能耗較低。

3.2條垛式、通氣靜態(tài)垛式、發(fā)酵倉堆肥系統(tǒng)

3.2.1條垛式堆肥

條躲式堆肥技術(shù)被認(rèn)識距今最為古老的堆肥方式，即將堆肥物料以條垛狀堆置,垛的斷面可以是梯形、不規(guī)則四邊形或三角形。它的填充量巨大，在運(yùn)行時需要大量的人力和機(jī)械裝置來給堆體進(jìn)行供養(yǎng)[6]。一般條垛的形狀是3m～5m寬,2m～3m高的梯形條垛。而最佳的條垛尺寸需要根據(jù)氣候條件、翻堆的設(shè)備以及堆肥原料等一些條件而定。為了保證更好的堆肥效果，和對周圍環(huán)境的保護(hù)，一般情況下條垛式堆肥都應(yīng)堆在瀝青、水泥或者其它堅(jiān)固的地面上。

優(yōu)點(diǎn):（1）使用的設(shè)備簡單，投資少；（2）水分散失快，堆肥易干燥；（3）填充劑易于篩分和回用；（4）堆腐時間相對較長,產(chǎn)品的穩(wěn)定性好；

缺點(diǎn)：（1）條垛式系統(tǒng)占地面積大；（2）需要翻動堆體進(jìn)行通氣,耗費(fèi)大量的翻堆機(jī)械及人力；（3）相對于其他堆肥系統(tǒng),條垛式堆肥系統(tǒng)需要更頻繁地監(jiān)測,才能確保足夠的通氣量和溫度；（4）翻堆會造成臭味的散失,污染大氣環(huán)境；（5）條垛式在不利的氣候條件下不能進(jìn)行操作,受環(huán)境影響較大；（6）為了保證良好的通氣條件,條垛式系統(tǒng)所需的填充劑比例相對較大。

3.2.2通氣靜態(tài)垛式堆肥

相比條垛式堆肥系統(tǒng)，通氣靜態(tài)垛式堆肥系統(tǒng)能夠有效的保證溫度。在堆肥過程中不需要物料的翻堆，是利用鼓風(fēng)設(shè)備以及通氣管路來保證堆體中的氧含量[7]。堆肥時在管路上鋪設(shè)一層木屑或者其他物料，確保氣體可以均勻的輸送到堆體中，然后在填充物上堆放肥料進(jìn)行堆肥。為了最大限度的減少對周圍環(huán)境的影響，一般堆肥應(yīng)設(shè)在瀝青或水泥地面上進(jìn)行,以防止?jié)B濾液對土壤的污染或?qū)Φ孛娴母g。

優(yōu)點(diǎn)：（1）投資相對較低；（2）溫度能夠得到更好的控制，產(chǎn)品穩(wěn)定性好，堆肥時間較短；（3）占地面積小。

缺點(diǎn)：受氣候條件影響大，例如在雨天會破壞堆體的結(jié)構(gòu)；而相對條垛式堆肥冬季所受影響較小。

3.2.3發(fā)酵倉堆肥

發(fā)酵倉堆肥系統(tǒng)是一種自動化、機(jī)械化很高的堆肥方式。該堆肥技術(shù)是在部分或者全封閉的容器中，在一定的空氣和水分條件下使物料進(jìn)行生物降解和轉(zhuǎn)化的堆肥技術(shù)。根據(jù)容器中物料流向的不同，可分為水平流向反應(yīng)器和豎直流向反應(yīng)器。在堆肥的整個周期中，堆肥的原料調(diào)理劑和膨脹劑，初始含水量和碳氮比，通氣狀況和溫度均需要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，只有在最佳的工藝條件下才能最終達(dá)到提高發(fā)酵效率，這樣才能保證堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量[8]。

優(yōu)點(diǎn)：（1）占地面積小；（2）堆肥條件易控制；（3）堆肥過程不受外界氣候的影響；堆肥過程中能夠?qū)U氣進(jìn)行收集，減少了對環(huán)境的二次污染；（4）發(fā)酵倉中的余熱能夠進(jìn)行回收利用；

缺點(diǎn)：（1）設(shè)備要求高，投資大；（2）堆肥周期短，產(chǎn)品具有潛在的不穩(wěn)定性；（3）依賴機(jī)械化設(shè)備的程度高，設(shè)備一旦出問題，直接影響堆肥的效果。

4　結(jié)語

堆肥技術(shù)是固體廢棄物無害化、資源化利用的重要措施。大量的實(shí)踐表明有機(jī)質(zhì)能夠從根本上改變土壤的性質(zhì)，能夠?yàn)檗r(nóng)作物的生長提供必要的N、P、K等元素，有效的調(diào)節(jié)植物的生長。但是我國目前的堆肥質(zhì)量不高，堆肥中有大量的玻璃、砂石等雜質(zhì)，直接影響堆肥的效果。因此應(yīng)加大力度改善前期的垃圾收集、分類等設(shè)施和技術(shù)。同時不斷的發(fā)展新型的堆肥技術(shù)，提高堆肥的利用效率。

[1]李影,焦素芝.怎樣用酵素菌制秸稈堆肥[J].新農(nóng)業(yè),2003,(3):1.

[2]黃得揚(yáng),陸文靜,王洪濤.有機(jī)固體廢物堆肥化處理的微生物學(xué)機(jī)理研究[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2004,5(1):12-18.

[3]梁麗,趙秀蘭.污水廠污泥堆肥前后養(yǎng)分及重金屬的變化[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2006,31(31):63-65.

[4]張榮成,李秀金.作物秸稈能源轉(zhuǎn)化技術(shù)研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代化工, 2005,25(6):14-17.

[5]Naina N T.Evaluation of animal waste composting[J].Biological Wastes,2006,26(2):89-93.

[6]Haug T.The practical handbood of composting engineering[M]．NewYork：CRCPress Inc,2004:91-135．

[7]曾光明,黃國和,袁興中,等.堆肥環(huán)境生物與控制[M].北京:科學(xué)出版社,2006.

[8]李健,張崢嶸,黃少斌,等.固體廢物堆肥化研究進(jìn)展[J].廣東化工, 2008,1(35):93-96.

王鵬（1987—），男，山東青州人，本科學(xué)歷，主要從事環(huán)境影響評價工作。