好氧堆肥装置

好氧堆肥装置（精选6篇）

好氧堆肥装置 篇1

我国禽畜粪便及固体废物垃圾问题随着人们生活水平质量提高、物质需求丰富而日益严重,解决这一问题已成为我国环保领域刻不容缓的一项工作。堆肥法处理垃圾相比传统垃圾处理,尽可能向零污染零排放靠近,而且我国是一个农业大国,堆肥法处理垃圾十分符合我国国情。

1 堆肥装置的现状及设计理念

1. 1 堆肥装置的现状

生物反应器是通过有目的的控制手段使不同功能的微生物快速大量繁殖,从而加速垃圾中易降解和中等易降解有机组分的转化和稳定。

目前,国内对于各种堆肥反应器已有较多的研究[1,2,3],但主要侧重于静态堆肥,考虑到自然通风给堆肥体系补氧受周围环境因素的影响较大,堆肥效果具有不确定性,且发现堆肥产生渗滤液量少时,将无法排出渗滤液,造成收集、产生臭气等问题,从而也在一定程度上限制了堆肥化方法在处理有机固体废物方面的大力推广与实际应用。

本文堆肥装置的设计充分考虑到堆体翻动、系统供氧、废气产生、测试取样、回灌等方面,独有的“耙型搅拌”、锥底渗滤液收集系统在传统的堆肥实验中也具有一定的新意。

1. 2 堆肥装置的设计理念

如图1 所示,本文装置主体为圆柱体反应仓,顶部进料采气,中部设计肥料采集口和测温口,由筛网及布气板将圆柱体和圆锥底部隔开,底部设计进气口和收集渗滤液,最终达到固、液、气三相收集。通过“耙形”搅拌器的搅拌和强制通风相结合实现通风供氧,缩短堆肥周期,提高肥效和有机肥量,同时降低渗滤液的污染物负荷。

2 装置设计参数及实验对比

堆肥装置设有驱动电机、减速器、活动盖体、搅拌轴、搅拌耙、集气口、测温口、取样口等。

2. 1 容积和尺寸

参考了关于堆肥体积与肥效的文献[4],文献中大多通过分析不同体积的温度、微生物数量、C /N比、全碳的变化等数据变化,可得出结论: 堆肥反应装置的有效推荐容积可以确定在30 L以上,作为小型的、适合堆肥研究的、实验室合适体积设计和制造的参考参数。

又考虑到堆肥实验在实验室中进行,所以装置不宜做得太大。装置内部直径D = 50 cm,搅拌轴外径d = 3 cm,有效高度( 即: 可装堆肥物料的高度) h = 70 cm。根据式( 1) :

式中,V为装置有效容积( L) ; D为装置内径( cm) ; d为搅拌轴外径( cm) ,h为有效高度( cm) 。

据式( 1) 计算得堆肥装置的有效容积为137 L。

考虑到锥底无法平放,实际加工时制作了可移动的支撑架,见图2。

2. 2 装置结构特点

( 1) 搅拌是为了使肥料更充分接触氧气,故设计1. 1 k W电机配合减速器使用,可实现32 r/min的慢速搅拌;

( 2) 1 k W鼓风机配合布气板达到强制通风供氧的目的;

( 3) 减速机出轴带动主轴转动搅拌,并在底部支撑架设计一凹槽支撑主轴,使得主轴底部有一定的支撑力;

( 4) 底部设计成锥形底,方便液体的收集。

2. 3 实验数据

本次实验用好氧堆肥反应装置进行实验,以锯末为调理剂,按照约1∶2 调节堆肥物料使C /N在27 ~ 36 之间,加入去离子水使含水率保持在65% 左右。实验前期对肥料每天搅拌1 h,鼓风30 min,中期隔天搅拌,后期可停止搅拌,适当鼓风。

实验时间: 5 ~ 7 月; 平均气温: 28℃; 平均湿度:80% ~ 90% 。

实验所用牛粪、锯末分别从武汉南湖养殖场和永宏木材加工厂收集而来。

堆体升温缓慢,取样第20 d达到最高温度50 . 9 ℃ ,属中温堆肥,并在40 ℃ 以上持续约10 d,基本满足堆肥的卫生要求,第48 d肥料接近室温,如图3。

取样前4 d因有机酸的产生p H值下降,经高温阶段有机酸降解伴有氨的产生使p H值回升,降温初期氨氮转化为硝酸根使p H值下降,最终p H值基本介于7. 5 ~ 8. 0 之间呈碱性,符合无害化处理要求[5],如图4。

如图5,起初有机物未进入渗滤液中,后有机物溶入渗滤液使COD上升,翻拌鼓风使堆体各层物料均质化,微生物活动较强消耗有机物,生物得到彻底降解。

记录COD、BOD5数据的同时,测定其去除率。

式( 2) 、( 3) 中,C为硫酸亚铁铵标准溶液的浓度( mg /L) ; V1为渗滤液消耗硫酸亚铁铵标准溶液的体积( m L) ; V2为空白消耗硫酸亚铁铵标准溶液的体积( m L) ; V为渗滤液体积( m L) ; n为水样稀释倍数。

据式( 2) 、( 3) 计算得COD去除率为63% ;

式( 4) 中,S0为原渗滤液BOD5浓度( mg /L) ;S1为最终渗滤液BOD5浓度( mg /L) 。

据式( 4) 计算得BOD5去除率达66% 。

如表1,本文用玉米种子发芽率作为生物指标对牛粪堆肥的腐熟度进行评判。且从表1 看出装置中渗滤液培养的玉米种子发芽指数为75% ( >50% ) ,参考了顾文杰已有的研究[6],可以认为取样已经腐熟。

与传统桶装堆肥相比,该装置可以对发酵过程中气、液、固三相进行全面的收集( 表2) 。

收集到的渗滤液多次进行回灌可以降解有毒有害物质[7],其中以嗜热四膜虫作为指示生物来观察生物的毒性变化,通过监测渗滤液对四膜虫的半致死浓度来衡量其生物毒性。

分别在不同稀释倍数的渗滤液中加入四膜虫悬液,稀释倍数做5 个平衡样,同时做5 个等渗滤液空白对照样,24 h后取样用微型生物框计数,并计算死亡百分数,渗滤液半致死浓度LC50,采用概率单位法,根据死亡百分数- 概率单位换算表,将死亡百分数换算成死亡概率单位,以回归法求出LC50值。实验结果表明: 使用渗滤液回灌后,有利于快速降解堆肥中的有机物,有效缩短了堆肥周期。

配制铜标准液,以蒸馏水为空白样,用空气- 乙炔原子吸收光谱仪读取对应吸光度,读取待测液吸光度即可求出其中铜的浓度。测得牛粪中含有微量重金属铜,其来源可能是饲料或污染土壤,对环境不造成污染并且渗滤液可以作为水处理实验原料,实现堆肥资源化、无害化和实验室的良性链接。

本装置设计了渗滤液收集系统,人工手动从顶部加入回灌,不增加能耗。

3 结语

( 1) 项目装置的研制成功,将会产生一定的社会效益和环境效益,符合推进生态文明建设和走可持续发展之路的基本思想。

社会效益: 该装置可单独作为产品销售,可用于高校实验室和科研机构,也可用于小规模的禽畜粪便、固体废物、餐饮厨余垃圾和园林垃圾的好氧堆肥,特别适用于农村家庭及中小型养殖户用来进行禽畜粪便处理,其产物是有机肥料。该装置的推广和应用可实现农村禽畜粪便的无害化与资源化,有利于改善农村的生态环境和卫生环境,进而改善农村人口的生活条件,使其身心健康得到进一步的保障。

环境效益: 禽畜粪便经过好氧堆肥装置处理后作为有机肥回田,不产生污染,实现了废物的资源化再利用。与传统堆肥装置产生的渗滤液相比,该装置堆肥过程中产生的渗滤液由于经过多次向堆体中回灌,其BOD和COD的含量及生物毒性明显降低,减轻了后续渗滤液处理的污染负荷。

( 2) 本文设计的装置,在未来的堆肥实验中,无需费力搅拌,粪便的臭气减少,渗滤液通过开启底部阀门即可收集; 同其他的堆肥工艺相比,该工艺缩短了反应时间,减少了堆肥成本,堆肥的回收利用价值高,值得在环境资源化领域推广使用。

( 3) 由于设计初衷是针对学校实验室使用,经费有限,部分设计无法更优化,例如: 当实验完毕后,废料通过其他方式倒出、渗滤液可利用循环泵自动回灌、动力装置可以选择速度智能化等。

摘要：设计了具有自动搅拌功能的好氧堆肥装置,顶端集气、进料,中部测温、取样,底部鼓风机强制通氧、渗滤液收集。并利用该装置进行了好氧堆肥实验,最终堆肥数据表明:独有的“耙式”搅拌器与圆锥形底部设计使肥料搅拌更加均匀,接触氧气更充分,底部渗滤液收集、回灌更加方便。最终可为高校环境实验室、科研机构以及农村家庭和中小型养殖户提供可直接购买使用的自动化小型好氧堆肥装置。

关键词：好氧堆肥装置,耙型搅拌,锥底,渗滤液回灌

参考文献

[1]陈朱蕾,周传斌,刘婷,等.厌氧-好氧生物反应器填埋工艺特性研究[J].环境科学,2007,28(4):891-896.

[2]杨延梅.有机固体废物好氧堆肥反应器的设计[J].重庆交通大学学报:自然科学版,2008(06):1155-1159.

[3]戴芳,曾光明,袁兴中,等.新型堆肥装置设计及其应用研究[J].环境污染治理技术与设备,2005(2):24-28.

[4]徐智,张陇利,梁丽娜,等.不同体积堆肥装置下的鸡粪堆肥效果研究[J].农业工程学报,2008(10):205-208.

[5]江娟,詹爱平,冯斌.调节渗沥液p H回灌对厌氧填埋的影响[J].环境科学,2010,31(10):2500-2506.

[6]顾文杰.禽粪好氧堆肥除臭菌筛选及其促腐熟效果研究[D].哈尔滨:东北农业大学,2008.

[7]江娟,谢文刚,刘婷,等.生物反应器渗滤液回灌中加入碱度的影响分析[J].实验室研究与探索,2009(09):43-46.

好氧堆肥技术研究 篇2

1.1 国外堆肥产业发展状况

堆肥已成为世界范围内处理生物质废弃物的一种普遍工艺。国外堆肥产业化开始较早,技术成熟,工艺繁多,有较完善的堆肥产品质量认证体系,堆肥产业呈持续发展趋势。据报道,美国早在1997年就有8500座堆肥设施,且根据原料的不同分类明细,其中15座用于处理城市混合垃圾,250座处理城市污泥,138处处理食品垃圾,3316座处理园林废弃物,5700余座用于处理农业固体废弃物[1]。德国年收集到的880万t有机固体废弃物中,83%经堆肥处理,17%经厌氧处理,其中厌氧处理的剩余物只有5%缺乏后期的堆肥处理[2]。荷兰、意大利等其他国家也有类似趋势。例如,WILP采用干式厌氧发酵结合通气静态堆肥,年处理能力7万t;HENELO采用干式高温发酵隧道堆肥,年处理5万t。

1.2 国内堆肥产业发展状况

在我国,生物质废弃物管理制度不完善,堆肥设备水平较低。我国堆肥产业处在起步阶段,堆肥产业的规模、数量及技术还是以粗放式、简单加工为主,同发达国家相比具有很大差距。目前,我国已成为世界上最大的有机废弃物产出国,废弃物不经任何处理排放到自然中,会带来严重环境污染,实现有机废弃物的资源化利用及土地循环利用是未来重要发展方向。随着国家加强环境保护治理及社会资金对堆肥行业的关注,堆肥处理固体有机废弃物生产生物肥及有机肥必将进入发展的崭新阶段,堆肥产业化有着十分广阔的前景。

目前,我国堆肥技术的研究结合发达国家的经验,与其有所不同,包括自主技术和设备的研究,堆肥微生物菌剂的应用,快速堆肥工艺的提出和有机-无机复合肥工艺的建立,中国的堆肥和有机肥发展正在走一条独具特色的市场化道路。

2 好氧堆肥技术

2.1 堆肥的特点

堆肥无论是在废弃物处理还是在土地利用方面都有许多好处。堆肥产品N、P、K的含量一般分别为0.4%~1.6%、0.1%~0.4%和0.2%~0.6%,废物经过堆制,体积一般只有原体积的50%~70%。堆肥的主要优点有:优良的土壤改良剂;产品可销售;改变了原料性状;改善了土地利用;降低污染风险;可杀灭病原菌;作为养殖垫料;减轻土传病害;获得政府补贴。堆肥的主要缺点有:费时耗本;加工需要场地;可能产生臭气;受天气影响;需要市场销售;原料及养分的异地转移;可能损失肥料中的氮素;堆肥养分释放缓慢;作为商品企业有一定风险。

2.2 好氧堆肥原理

好氧堆肥过程其实就是堆肥物料在微生物作用下的降解过程。微生物分解有机物生成二氧化碳、生物量和热量,将有机物转化为腐殖质。微生物新陈代谢活动使有机物降解,既可以维持自身的生命活动,又可以达到将有机物分解为有利于被生物直接利用的小分子无机物的目的。在好氧堆肥过程中,微生物首先吸收和利用物料中可溶性有机物,固体和胶体等先吸附在微生物体外,随着堆肥过程的进行,微生物分泌的胞外酶将固体和胶体分解为可溶性有机物,再渗入细胞中为微生物利用。微生物经由自身的代谢活动,使一部分有机物被氧化成简单可被直接利用的无机物,释放出能量;使另一部分有机物合成微生物自生的细胞物质,使机体能够正常生长与繁殖。图1可以说明这个过程。好氧堆肥过程大致分为3个阶段。

2.2.1 升温阶段

一般指堆肥过程的起始阶段,嗜温性微生物占主导地位,通常将这些嗜温性微生物称为初级分解者。堆肥开始,初级分解者最先利用物料中的可溶性有机物导致温度升高,堆体的温度从环境温度开始上升到45℃左右。

2.2.2 高温阶段

堆体温度达到45℃,嗜热微生物成为优势菌群,逐步取代升温期的嗜温菌群。嗜温微生物随温度升高逐渐消亡,最终被耐高温菌群所利用。此时,有机物降解速度很快,并且不断加速,一些难降解的高分子聚合物也开始降解,直至达到最高温度。

2.2.3 降温阶段(腐熟阶段)

当物料被降解到一定程度时,嗜热微生物的活性逐步降低,温度也随之下降。嗜温菌群重新繁殖,淀粉、纤维素等高聚合物被分解,随着温度趋于环境温度,物料不再进一步降解,形成木质素与腐殖质混合体。

2.3 堆肥的影响因素

堆肥是否能够顺利进行,是通过调配堆肥初始参数,分析堆肥过程中的工艺参数来判断的。有了适合的堆肥条件和良好工艺参数控制,才能使堆肥过程顺利进行。堆肥过程参数主要包括含水率、温度、氢离子浓度(pH)、C/N、有机物的变化、通气量等。

2.4 减少氮损失的措施

堆肥是将农业固体废弃物转化为有机肥和生物肥的一种资源化和无害化的途径,堆肥中有机物在微生物作用下不断分解,由于矿化作用,有机氮不断分解为NH4+-N,NH4+-N累积生成NH3挥发,因而降低堆肥产品肥效,同时NH3的挥发也污染了环境。在某些情况下,氮损失会高达70%,有机肥国家标准规定,堆肥产品的总氮含量应>0.5%,而大量氮素的流失,就无法满足这一标准。目前,减少氮损失的方法主要有加入固氮微生物、加入多孔吸附物质、加入调理剂及应用尿酶抑制剂。

2.5 堆肥原料

堆肥的原料一般来源于农业及市政废弃物。适合堆肥的物料很多,如牲畜粪便、家禽粪便、作物秸秆及残渣、饼粕、水藻和其它水生植物、淤泥和污泥、餐厨垃圾、制药业培养基废渣、中药渣、粉煤灰、树皮、木屑、市政污泥、造纸污泥、甘蔗和甜菜虑泥、化学肥料(尿素)、水果和蔬菜废弃物、食品加工废弃物、泥炭、木炭、石灰、屠宰场废弃物、米糠及稻壳、麸皮、花生壳和堆肥回料等。要选择合适的堆肥原料,首先要了解各种原料的基本特性,特别是一些适合产业化、商品化的特性,比如原料来源是否广泛、稳定,原料各种养分指标是否能够达到堆肥要求。

2.6 堆肥微生物

堆肥过程中的微生物主要来源于两个方面,一方面是原料中本身就存在的微生物菌群,另一方面是人工培育具有一定特殊功能的菌种。顾希贤[3]、崔宗均[4]、黄得扬[5]等人从堆肥、畜粪、土壤等样品中分离得到微生物,将其制作成菌剂添加到堆肥当中,研究表明,添加微生物菌剂能够使木质纤维素等难分解的有机物降解速度加快。刘克锋[6]、冯明谦[7]、席北斗[8]等人将筛选出的几种纯菌株按照一定配比进行混合培养,制成高效复合微生物菌剂,并将其应用在堆肥中,研究结果显示,堆体升温速度快,有机物降解速率快。慕永红等[9]将微生物菌剂应用于水稻秸秆还田,能有效促进水稻秸秆降解,还能提高磷、钾的含量。

参考文献

[1]Alexander,Ron.Valuing the U.S.composting industry,BioCycle,2009.

[2]PEREIRA M A,SOUSA D Z,MOTA M,et al.Mineralization of LCFA associated with anaerobic sludge:kinetics,enhancement of methanogenic activity and effect of VFA[J].Biotechnol,2004,88:502-511.

[3]顾希贤,许月容.垃圾堆肥微生物接种实验[J].应用与环境微生物学报,1995,1(3):274-278.

[4]崔宗均,李美丹.一组高效稳定纤维素分解菌复合系MC的筛选及功能[J].环境科学,2002,23(3):36-39.

[5]黄得扬,陆文静,王洪涛,等.高效纤维素分解菌在蔬菜花卉秸秆联合好氧堆肥中的应用[J].环境科学,2004,25(2):145-150.

[6]刘克锋,刘悦秋,雷增普,等.几种微生物应用于猪粪堆肥中的研究[J].北京农学院学报,2001,16(2):36-41.

[7]冯明谦,汪立飞,刘德明.高温好氧垃圾堆肥中人工接种初步研究[J].四川环境,2000,19(3):27-30.

[8]席北斗,孟伟,刘鸿亮,等.三阶段控温堆肥过程中接种符合微生物菌群的变化规律研究[J].环境科学,2003,24(3):152-155.

高温好氧发酵堆肥处理技术研究 篇3

1 好氧发酵工艺原理

好氧发酵是好氧微生物如细菌、放线菌和真菌等通过自身的生命活动,通过氧化、还原与合成,把一部分有机质氧化成无机质,提供微生物生长所需要的能量;一部分有机质转化成微生物合成新细胞所需要的营养物质[1,2]。好氧发酵过程见图1。

2 好氧发酵工艺类型

好氧发酵工艺主要分为露天堆肥和封闭堆肥。露天堆肥通常操作环境不良、占地面积较大,不适合人口密集的地区。目前生产常用的方法是封闭堆肥,即容器式好氧发酵,按发酵温度,好氧发酵过程分为:中温、高温、降温。在中温阶段,嗜温菌生长繁殖活跃,在高温阶段,嗜温菌活跃程度受到抑制,而嗜热菌活跃,在降温阶段,嗜温菌再度活跃,发酵过程进入稳定的腐熟阶段。高温好氧发酵-生物降解工艺的主要特点在于省地,省投资,省动力消耗,设备结构简单,操作方便,产品质量稳定,处理效果好。

3 好氧发酵的工艺条件

好氧发酵过程中一些工艺参数,控制和监测的参数主要有含水率、温度、通风供养、pH、发酵周期腐熟度、耗氧量和有机质、C/N,一次发酵时间(强制通风),二次发酵时间(自然通风) 等参数。高温堆肥处理的影响因素主要有C/N、含水量、温度、供氧量和pH[3]。

3.1 温度

温度通常与微生物的活动有关。为了使菌充分活动,需要适当的温度,在有机肥发酵机内最适当的温度是60~70℃。通过维持这一温度来蒸发水分,干燥畜粪。常规牛粪堆肥的温度为50℃左右,温度超过55℃就要及时翻堆。若发酵温度低于15℃或高于70℃,微生物将进入休眠状态或大量死亡,发酵缓慢甚至停止。好氧、高温堆肥过程中温度通常高达50℃,考虑到微生物种类的多样性和分解速度,最高的堆肥适宜温度是60℃。高于55℃的堆肥温度可以有效地减少杂草种子的生殖能力和抑制病原体活性。在堆肥系统中,52~62℃使高温活性保持的最好。

3.2 供氧量

氧气是影响好氧堆肥的关键因素之一。为保证微生物充足的氧浓度,缩短堆肥发酵的周期,在操作时应控制垃圾堆层中气相的氧浓度在10%以上。

3.3 水分

堆肥中有机物分解,微生物生长繁殖,都需要水分。其含水量最大值取决于物料的空隙容积。含水量在50%~60%之间最有利于微生物分解。水分超过70%,温度上升困难,分解速度也明显降低,因为水分过多,堆肥物质粒子之间充满水,阻碍通气,造成厌氧状态,不利于好氧微生物生长,并产生硫化氢等恶臭气体。水分含量低于40%,不能满足微生物生长需要,有机物难以分解。堆肥正常进行的含水量下限为40%~50%。当含水量降到20%以下时,生物活性基本停止。微生物最适宜的水分含量是40%~60%,物料含水过高或过低都会对好氧微生物的分解代谢活动产生负面影响。

3.4 酸碱度

通常未处理畜粪是酸性(pH 6.0左右),而菌的活动最适合pH 8.0~9.0。好氧性发酵开始后则产生大量的NH3,使pH变成碱性(pH8.0~9.0),从而具备了好氧性菌容易活动的环境。在堆肥初期,由于酸性细菌的作用,pH降到5.5~6.0,堆肥物料呈酸性;随后由于以酸性物料为养料的细菌生长和繁殖,使pH 上升,堆肥过程结束后物料的pH可上升到8.5~9.0,最后pH基本稳定在8.0~10.0。

3.5 碳氮比

微生物的生长速度与堆肥物料的碳氮比有关。微生物自身的C/N为4~30,做营养基的有机物C/N处于该范围内效果最好。C/N为10~25时,有机物的降解速度最大。发酵后物料的C/N将会减少,一般下降6%~14%,最高则可下降27%以上。有机物质中的碳氮比率一般高于20∶1,碳氮的比率在发酵过程中快速降低。当碳氮比率低于20∶1时,说明发酵已处于稳定阶段。一般好氧发酵前碳氮比率在25∶1~35∶1,当碳氮比率为33∶1时可达到最快发酵速度[4]。

3.6 碳磷比

除碳、氮外,磷对微生物的生长影响也很大。常利用在垃圾中添加污泥进行混合堆肥,通过污泥中丰富的磷来调整堆肥原料的C/P。堆肥原料适宜的C/P为75~150。

3.7 钾与磷

发酵有机物质适量的磷与钾必不可少,磷是形成微生物细胞质的主要成分,而钾能调整细胞内的渗透关系。以氮作为相对的度量标准,磷含量应占20%左右,钾含量应占8%左右,有机物质的磷、钾含量一般都能达到此标准,不需要对其做调整。

3.8 有毒、害物质

某些有机物中也许会存在一部分对发酵中好氧菌有毒、害的物质,许多重金属元素,例如:锰、铜、锌、镍、铬和铅,以及有毒物、浓酸等,若它们的含量过高就会对好氧菌造成危害。导致好氧菌的大量死亡使发酵速度变慢,应避免有毒物质进入发酵场地。

3.9 有机质

高温好氧堆肥中适合的有机质含量在20%~80%,过高和过低均不利于堆肥的正常进行。

3.10 腐熟标志

能较好的反应畜禽废弃物堆肥腐熟的指标有氨态氮(NH4+-N)含量、水溶碳(WSC),均是堆肥过程中各种微生物优先利用的碳源,其含量可以反映堆肥的腐熟程度[5]。

4 好氧发酵的优缺点

4.1 优点

产品生物活性高,维生素丰富,酶活产量高。能最大幅度地转化非蛋白氮为真蛋白。蛋白含量因物质损耗而得以浓缩和提高。发酵时间短(1~3 d)。培养物易于干燥。

4.2 缺点

投资相对较大。杂菌难以控制,易产氨味,卫生条件要求严格。物质损耗大(好氧呼吸),损耗达8%~20%。劳动强度大,管理复杂。占地面积大。有可能发酵失败,技术风险大。原料一般要求蒸料灭菌处理(发酵处理棉菜粕除外)[6]。

摘要：结合好氧发酵的经验,阐述了目前好氧发酵堆肥技术的现状,同时对高温好氧堆肥工艺的工艺流程、技术原理和运行参数进行了总结和分析。经过好氧堆肥处理可使废物减量化、稳定化和无害化,并进一步进行资源利用。

关键词：好氧发酵,好氧堆肥,工艺流程

参考文献

[1]李国学,张福锁.固体废物堆肥化与有机复混肥生产[M].北京:化学工业出版社,2000.

[2]韩素芹.动物粪便饲料加工技术[J].畜牧与兽医,2005,37(4):61-62.

[3]杨毓峰,薛澄泽.畜禽废弃物好氧堆肥化条件研究[J].陕西农业科学,1998(6):10-11.

[4]赵京音,姚政.畜禽粪简易堆(沤)制过程中生物及理化性状的变化[J].上海农业学报,1995,11(1):45-52.

[5]杨毓峰,薛澄泽.畜禽废弃物堆肥的腐熟指标[J].西北农业大学学报,1999,27(4):62-66.

好氧堆肥装置 篇4

新疆冬季气温一般在—20℃,而污泥的冰点温度为—7～—10℃,含水率80%,密度在1.08～1.14 t/m3之间。污泥料仓为四棱台形,污泥冻结成块后不能通过螺旋推进器落入上料带机,从而不能进入混料机进行C:N比例调整和生物菌种的添加。日处理350 t污泥的单个污泥料仓体积为99.09 m3,实际工作容积为总体积的80%,即79.3 m3,现按照99.09 m3计算。

1 保温材料及厚度

选择聚氨酯材料发泡保温,其具体参数如表1所示。

因污泥料仓置于厂房内,风速几乎为0,表面对流散失不计,只作传导计算。保温材料单位时间内导热量为:

Q导热=λ·A·ΔT/b=0.02×100.6×15/0.3=100.6 W

式中,λ为聚氨酯保温板导热系数[W/(m·K)];A为污泥料仓表面积,99.09 m3的表面积为100.6 m2;ΔT为温度差值(℃);b为聚氨酯保温板厚度(m)。

1 h导出热量:100.6 W×3 600=362.16 kW。

外界环境温度设为—20℃,污泥运至厂内时温度在0℃左右,首先将污泥加热至5℃需要能量Q吸=C污泥·m污泥·ΔT污泥=C污泥,ρ污泥·V·ΔT污泥=1.05×1.08×99.09×5=561.84 kJ。

2 电热保温费用

保证单仓污泥在5℃需要每小时输入362.16 kW的热量。采用电热丝加热,单仓最少需要275 m直径2 mm的镍铬丝电阻丝。

冬季从10月20日至来年4月20日共6个月,180天,其中—15℃以下天数在80～90天,每小时耗电量为362.16 kW·h,如表2所示,取90天;-15～0℃也取90天,每小时耗电量为181.08 kW·h。

6个月耗电量合计为391 132.8 kW·h,平均电价按照0.75元/kW·h计算,整个冬季单仓保证污泥温度5℃需要费用29.33万元。

3 集中供热保温费用

保证单仓污泥在5℃需要每小时输入362.16 kW的热量,转化成能量为13.04×105 kJ/h。暖气费用为单价40元/m2,管道通径DN50 mm,ΔT水=64.5℃,水的比热容为4.2 kJ/(kg·℃),污泥吸收热量Q吸=供热管线放出热量Q放,即:

得:

m水=4 813.58 kg

管道内水流速度一般在0.8～1.0 m/s,DN50 mm的管道每小时流量为Q=3.14×0.0252×1.0×103×3 600=7 065 kg>4 813.58 kg,管路通径选取正确。

根据每小时供热管线放出热量Q放=每小时供热管线传导热量Q传热,可以计算出管道的换热面积为385.4 m2 (此处计算略),则供暖费用为385.4×40=1.54万元。镀锌管材料及安装3.79万元。

4 燃烧设备费用

每小时362.16 kW热量转化成13.04×105 kJ/h,燃煤热风机燃烧效率最高为75%,选择热风设备输出热量为13.04×105÷75%=17.39×105 kJ/h。—15～0℃耗煤量为41 kg/h,—15℃以下为80.3 kg/h,1天按照8 h计算,冬季运行时间为1 440 h,燃烧设备耗能如表3所示。

单台燃烧设备购置费用11.6万元,整个冬季单仓保证污泥温度5℃需要费用13.521万元(11.6+0.649+1.272)。

5 3种方案费用汇总与对比

3种方案费用汇总和各项费用对比如表4、图1所示。

6 结论

比较上述3种方案,集中供暖方案能源消耗费用最省,维护费用也较低,因此,选用该方案最为合理。

参考文献

[1]成大先.机械设计手册:常用工程材料[M].北京:化学工业出版社,2004

[2]石力开.材料词典[M].北京:化学工业出版社,2006

[3]贾永康,徐红梅.热工学基础[M].武汉:武汉理工大学出版社,2008

好氧堆肥对污泥重金属的影响分析 篇5

城市污泥富含氮、磷、钾和有机质[1,2,3,4],堆肥处理城市污泥能够杀死寄生虫和病原菌,提高有机质的稳定性[3],显著提高污泥的土地利用价值[5],目前在许多国家都有应用。但是由于存在污泥重金属环境污染风险,其应用效果始终不太稳定。

为此,笔者针对污泥中的重金属问题,将系统地介绍国内污泥中重金属的含量以及其主要存在形态,更进一步地讨论堆肥以及钝化剂对污泥中重金属的钝化效果、原理,同时深入分析堆肥的使用对土壤中重金属形态变化的影响,以期为好氧堆肥处理污泥重金属技术在国内的发展以及相应的研究提供理论依据。

1污泥中的重金属

1.1污泥中的重金属含量

杨军[6]在2006年从中国107个城市中采集污泥样本进行研究,总结出一套关于城市污泥重金属含量的研究成果:城市污泥中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的平均含量分别为20.2、2.01、93.1、219、2.13、48.7、72.3和1058mg/kg。比照2001年研究成果[7]来看,Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的含量都明显减少。

1.2污泥中的重金属形态

重金属含量在一定程度上决定着重金属对环境的危害程度。除此以外,重金属在城市污泥中分布的化学形态也与其环境危害程度有一定的关系。许多学者在评价重金属污染风险等级时,只关注重金属含量的检测而容易忽略其化学形态的影响因子,最终得出的检测结果无法全面反映重金属的环境影响程度。Tessier等[8]采用分级提取法将重金属形态分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、硫化物及有机结合态和残渣态,其中可交换态最易被吸收,故其生物有效性较强,并且与金属含量没有直接的关系。当p H环境改变时,碳酸盐结合态会随之而变,在p H值较高环境中,其酸性能够充分释放,因此生物有效性较强。当氧化还原电位值减小时,铁锰氧化物结合态更易于释放。相较于以上两种重金属形态来说,硫化物及有机结合态稳定性更好,它是由重金属硫化物沉淀及与各种有机质结合而产生的一种重金属。另外,还有一种难于利用的重金属形态———残渣态,它赋存于矿物晶格中。

用Tessier法测定了污泥中各形态重金属的含量,发现污泥中重金属含量主要以稳定态的结合形式存在;铜、镍、铅和铬主要以稳定的硫化物及有机结合态和残渣态存在(含量>90%),不稳定态的含量<10%;锌和镉主要以铁锰氧化物结合态存在(含量>55%),但不稳定态的含量<10%,其可交换态的含量也较小(含量<1%)[9]。

2利用堆肥对污泥中重金属的处理

2.1堆肥处理对污泥中重金属的钝化作用

污泥中的重金属问题是其土地利用的主要障碍,许多国家对污泥堆肥处理后的重金属含量都有明确规定。解决污泥土地利用中的重金属污染问题有控制重金属总量(去除)和降低其有效性两条途径,但污泥中的重金属在现阶段很难通过经济可行的手段去除。因此,控制其有效性成为解决污泥土地利用中重金属污染问题的重要途径。孟昭福等[10]应用小麦对不同污泥中重金属的生物有效性进行了测定,表明不同污泥中不同重金属的生物有效性不同,Cd、Zn生物有效性较高,Cu、Ni次之,Pb为最低。从重金属向地上部转移情况来看,Cd、Zn、Cu均较易向地上部转移,而Pb、Ni则不易向地上部转移;从转移的量来看,污泥重金属转移到地上部的比例远远高于土壤中,说明污泥中的重金属其有害程度远远高于污灌区土壤。对CEC、p H、OM三个污泥主要性质对有效性影响通径分析结果表明,对于5种重金属,CEC、p H为主要影响因素,OM影响较小,但对于不同的金属三者作用的大小及方向不同。郑国砥等[11]经高温好氧堆肥处理,污泥中的Cu、Cr、Ni、Pb等重金属由有效性较高的结合形态向有效性较低的结合形态转化;堆肥处理可以降低城市污泥中Cu、Cr、Ni、Pb的有效性,并随着堆肥时间的延长,其效果更加明显。李国学等[12]利用城市污泥和稻草进行高温堆肥处理,发现污泥中重金属Cu、Zn、Mn的可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态的含量有所降低,有机结合态和残渣态的含量则有所升高。

2.2钝化剂的使用对堆肥中重金属形态变化的影响

堆肥处理和钝化剂都能降低堆肥中重金属的生物有效性,常见的钝化剂有粉煤灰、磷矿粉、钙镁矿粉、赤泥、草炭等,荣湘民等[13]采用连续提取法研究了猪粪堆肥处理中不同添加比例的重金属钝化剂对其浓度和形态的影响。结果表明:猪粪堆肥中粉煤灰、磷矿粉、钙镁矿粉均能对可交换态As、交换态Cu、可交换态Zn起到钝化效果。因此,堆肥处理中添加重金属钝化剂可以降低猪粪堆肥中重金属的有效性,有利于降低猪粪堆肥土地利用中重金属污染的风险。李国学等[12]利用污泥和稻草进行高温堆肥,研究不同钝化剂包括粉煤灰、磷矿粉、沸石和草炭对污泥堆肥中重金属(Cu,Zn,Mn)形态的影响,添加钝化剂对污泥堆肥中重金属形态的影响:对Cu元素来讲,添加草炭堆肥处理对可利用态Cu有较好的钝化效果;对Zn元素来讲,添加粉煤灰、磷矿粉和草炭3处理对可利用态Zn有较好的钝化效果;对Mn元素来讲,添加粉煤灰和草炭2处理对可利用态Mn有较好的钝化效果。所以从对交换态重金属的钝化效果来说,草炭、粉煤灰、磷矿粉应该是3种有效的钝化剂。

2.3堆肥中腐殖质对重金属有效性的影响

腐殖质系一种稳定性极强的复杂大分子有机化合物,它必须借助微生物作用才能形成。根据酸碱溶液中腐殖质的溶解度,可将这种化合物分为三类:胡敏酸、富里酸和胡敏素。腐殖质中富含的羧基酚羟基和醇羟基等官能团能够使其牢牢吸附在重金属离子表面。腐殖质除依靠微生物作用生成以外,还可以由微生物代谢后的单体聚合而成,但是这种生成途径并不常见,最主要的生成途径始终是依靠微生物作用生成。依靠微生物的作用,木质素发生侧链氧化反应,生成腐殖质的核心和骨架———木质素类衍生物。而从另一种生成方式来看,腐殖质在与重金属的结合上具有主导作用。污泥堆肥中约有1/3的重金属与有机质的腐植酸结合,如果是水溶态腐殖质,它与重金属离子结合时会发生络合反应;如果是固相腐殖质,与重金属离子结合时会发生吸附反应,这种吸附反应又可细分为两类,一类是物理吸附,另一类是化学吸附。物理吸附是一开过静电力的作用吸附在重金属例子表面,吸附强度较低,而且容易和其他金属离子产生离子交换导致吸附失效。化学吸附是重金属离子在与腐殖质配位基团发生络合反应时构成配位键,吸附强度较大,而且吸附作用比较稳定[14]。高卫国等[15]基于腐殖酸与堆肥的土壤培养实验,通过单独使用或复合使用,研究其对土壤中铅锌形态转化的影响程度。发现单独添加腐殖酸和堆肥均可以显著改变土壤中Zn、Pb形态转化,使它们从容易被植物吸收利用的交换态和碳酸盐结合态向难以被植物吸收利用的有机结合态和残渣态转化。说明堆肥和腐殖酸均可以固定土壤中的Zn和Pb。而当两者一起使用时,可以中和它们各自所引起土壤p H的变化,而对重金属固定效率更明显增强。研究还发现,不管是腐殖酸还是堆肥,对Pb的固定效果均好于对Zn的固定。

选择合适的堆肥原料和控制适当的堆肥条件,促使堆肥产品中腐殖质的形成并提高腐殖质组分向着稳定态和不溶态转化,可以作为利用堆肥降低有机固体废弃物中重金属污染风险的手段。

2.4堆肥的使用对土壤中重金属形态变化的影响

杨海征等[16]运用盆栽茼蒿试验,研究了堆肥用量对重金属Cu、Cd污染土壤根际土和非根际土中Cu、Cd形态变化的影响,研究结果显示:堆肥用量越多,非根际土和根际土交换态(含水溶态)Cu含量越高,并且在非根际土中有机结合态Cu含量也明显增多,但是根际土中的含量明显减少,非根际土中无机结合态Cu含量呈现先减后增的变化趋势,非根际土和根际土残渣态Cu含量也明显增多,到一定程度后恒定不变。随着堆肥用量的增多,非根际土中交换态(含水溶态)Cd含量开始减少,有机结合态和残渣态Cd含量增多,无机结合态Cd含量基本不变;根际土中,交换态(含水溶态)Cd含量先减后增,有机结合态Cd含量增多,无机结合态和残渣态Cd先增后减。对此,供试堆肥可作为修复剂控制Cd的危害,如果长期使用会导致Cu含量增多,反倒不利于作物生长。高卫国等[17]用土壤培养实验,研究添加堆肥和赤泥对土壤中Zn和Cd生物有效性的影响。结果表明,单独添加堆肥或赤泥以及赤泥和堆肥一起添加到土壤,均可以降低土壤中的交换态Cd和Zn含量以及生物有效态Zn和Cd含量。单独添加堆肥、单独添加赤泥和同时添加赤泥与堆肥,造成土壤交换态Cd的含量减少,其中同时添加赤泥与堆肥效果最好;土壤交换态Zn含量在单独添加赤泥和同时添加赤泥时降低100%;土壤生物有效态Cd含量在同时添加赤泥与堆肥时下降最多;土壤生物有效态Zn含量在单独添加赤泥时下降最多。

高秀红等[18]以啤酒厂污泥和污水处理厂的污泥的混合污泥作为实验原料,通过原子吸收方法测定堆肥化过程不同阶段重金属Pb、Cu、Zn、Cr的形态变化。其试验结果为:在堆肥试验中,重金属Zn的有效态浓度始终大于或等于2.10mg/g,基本恒定不变,但重金属含量都比其它重金属多;相对来说,重金属Pb有效态含量比较少,其含量会随着堆肥的进行而出现显著增多的趋势;堆肥试验进行三日后,Cr的有效态浓度到达最低值0.004mg/g,之后浓度逐渐增大。堆肥化过程中,可交换态重金属Zn浓度从0.228mg/g骤降至0.032mg/g。其试验结果表明,污泥堆肥化过程中对重金属Zn的有效态含量影响不显著,对Cu、Pb、Cr向有效态转变具有一定的促进作用;堆肥化过程可显著降低交换态Zn对植物的污染;重金属Zn、Cu的总含量变化均呈逐渐降低的趋势,表明堆肥化过程有利于降低重金属的含量。

3结论

好氧堆肥装置 篇6

好氧堆肥是指在有氧条件下, 利用好氧菌对废弃物进行吸收、氧化、分解。在目前, 通过好氧堆肥后还田, 是畜禽养殖场固体粪便利用的效果较好、投资较少的一种模式。一般畜禽粪便的好氧堆肥主要包括预处理、发酵、后处理等工序。

1 预处理

畜禽粪便预处理主要是调整水分和碳氮比等条件, 使之满足微生物发酵的条件, 预处理后应达到下列要求:

(1) 堆肥粪便的起始含水率应为40%~60%, 水分含量过高, 会使空气含量下降, 堆温下降, 形成发臭的中间产物。水分含量过少则不能满足微生物生长的需要, 有机物难以分解, 造成腐熟不完全; (2) 碳氮比 (C/N) 应为20:1~30:1, 一般猪粪的碳氮比为12.6, 鸡粪的碳氮比为10, 不易直接发酵, 可通过添加植物秸秆、稻壳等物料进行调节, 必要时需添加菌剂和酶制剂; (3) 堆肥粪便的p H值应控制在6.5~8.5之间, 如果粪便p H值偏低, 可以向堆料中加入少量的熟石灰或碳酸钙, 如果p H值过高, 则可以加入新鲜绿肥或青草, 分解产生有机酸。

2 好氧发酵

好氧发酵过程应满足下列要求: (1) 发酵过程温度宜控制在55℃~65℃, 且持续时间不得少于5d, 最高温度不宜高于75℃, 温度过高时, 可以通过翻堆、通风等方法进行调节; (2) 堆肥时间应根据碳氮比 (C/N) 、湿度、天气条件、堆肥工艺类型及废物和添加剂种类确定; (3) 堆肥物料各测试点的氧气浓度不宜低于10%, 氧气浓度过低时时, 也可通过翻堆、通风等方法进行调节; (4) 发酵结束后, 应符合下列条件:碳氮比 (C/N) 不大于20:1;含水率为20%~35%;堆肥应符合GB7959中关于无害化卫生要求的规定;耗氧速率趋于稳定;腐熟度应大于等于Ⅳ级。

3 后处理