《生态工程》课程授课教案（讲义）第八章 固体废弃物利用生态工程

第八章固体废弃物利用生态工程 第一节固体废弃物处理及利用 资料显示，目前我国域市及农村各类有机固体房弃物已法到惊人数量，若不加以合理利 而日环△浩成 不培的一 次污染。如何将这些宝贵的 ,推动区域经济发展 重要的理论和实践意义。 以养殖粪便和城市污泥为例，目前全国规模养殖业已呈现出明显的区域集中趋势，主要 养殖省份如广东、北京、浙江、上海、福建、山东的规模化养殖比重己超过50%，全国每 年畜禽粪便产生量近20亿吨，实际处理率尚不足20% 而大量堆积，对环境造成极大威 一些大型养殖场畜禽类便无法消邹 目前全国污泥产 为140万 未米可预测的 生量至少在1000万干吨以上，近年南方各地由于垃圾填埋场拒收、土地紧张、周围扰民等 原因，污泥的处理处置已成为十分迫切的问题。探讨养殖粪便和污泥这类富含大量有机质的 固体废弃物资源的循环利用已成为国家和地方环保产业的重大需求。 一 固体废弃物产生及特点 固体废弃物，通常指人类在生产、流通与消费过程中产生的一般不具有原来使用价值而 被丢弃的各类固体物质或泥状物质，或是提取组分后弃之不用的剩余物质。包括工业废弃物 和生活废弃物。事实上，废弃物是一个相对概念，不存在任何绝对的废物。往往一种过程中 产生的废弃物，可以成为另一个生产环节的原料或资源。因此，固体废弃物又被称为“放错 了地方的资源” 固体废弃物的产生按其来源可分为工业废弃物、业废弃物、城市垃圾、农业废弃物利 放射性废弃物等。固体废弃物有其自身的特点，首先固体废弃物是所有污染物的终极状态， 通常含有有害成分，且扩散性较小和具有一定的稳定性的特点：其次，固体废弃物又是污染 的源头，因此在处理不当时，易通过土壤、水体、大气等环境介质产生二次污染：另外周修 废弃物的状态为其运输、加工和贮存提供了方便。 二、固体废弃物处理方式 固体废弃物无害化、减量化、资源化处理是解决固体废弃物问题的宗旨，常规的固体废 弃物处理方法主要有填埋、焚烧及堆肥处理等。 (一)填埋技术 填埋分简单填埋、受控填埋和卫生填埋。简单填埋操作就是几十年来在中国一直沿用的 填埋场采取的方式 其特征是：基本上没有考虑环保措施和环保标准。目前中国相当数量自 生话垃圾填埋场属于这个等级。这类填埋场可称为露天堆置场或简易堆场，它不可避免地会 对周围的环境造成污染.其最大的缺点就是占地面积大，同时还存在严重的二次污染的问题。 比如说，固体废弃物堆放渗出的重金属等会污染地下水及土壤，产：生的臭气亚重影响填埋场 用边的空气质量，固体存物发酵产生的甲气体有发牛火灾和爆炸的隐电，排放到大气中 的气体产生温室效应等。受控填埋场 目前在我国也占较大比例，其特征是，有部分环保措 但不齐全：或者是虽有比较齐全的环保措施，但不能全部达标。目前的主要问题集中在场底 防渗、渗沥水处理、覆盖等不符合卫生填埋场的技术标准。卫生填埋是在简单填埋的基础上， 考虑了防渗、污水处理、臭气处理及沼气处理等措施的一种填埋方式，可以在一定程度解决

第八章 固体废弃物利用生态工程 第一节 固体废弃物处理及利用 资料显示，目前我国城市及农村各类有机固体废弃物已达到惊人数量，若不加以合理利 用，不仅会导致有机物资源的大量浪费，而且还会造成环境的二次污染。如何将这些宝贵的 有机废弃资源利用起来，实现资源再生利用，保障城乡环境优美，推动区域经济发展，具有 重要的理论和实践意义。 以养殖粪便和城市污泥为例，目前全国规模养殖业已呈现出明显的区域集中趋势，主要 养殖省份如广东、北京、浙江、上海、福建、山东的规模化养殖比重已超过 50%，全国每 年畜禽粪便产生量近 20 亿吨，实际处理率尚不足 20%，一些大型养殖场畜禽粪便无法消纳 而大量堆积，对环境造成极大威胁；目前全国污泥产量约 140 万干吨，未来可预测的污泥产 生量至少在 1000 万干吨以上，近年南方各地由于垃圾填埋场拒收、土地紧张、周围扰民等 原因，污泥的处理处置已成为十分迫切的问题。探讨养殖粪便和污泥这类富含大量有机质的 固体废弃物资源的循环利用已成为国家和地方环保产业的重大需求。 一、固体废弃物产生及特点 固体废弃物，通常指人类在生产、流通与消费过程中产生的一般不具有原来使用价值而 被丢弃的各类固体物质或泥状物质，或是提取组分后弃之不用的剩余物质。包括工业废弃物 和生活废弃物。事实上，废弃物是一个相对概念，不存在任何绝对的废物。往往一种过程中 产生的废弃物，可以成为另一个生产环节的原料或资源。因此，固体废弃物又被称为“放错 了地方的资源”。 固体废弃物的产生按其来源可分为工业废弃物、矿业废弃物、城市垃圾、农业废弃物和 放射性废弃物等。固体废弃物有其自身的特点，首先固体废弃物是所有污染物的终极状态， 通常含有有害成分，且扩散性较小和具有一定的稳定性的特点；其次，固体废弃物又是污染 的源头，因此在处理不当时，易通过土壤、水体、大气等环境介质产生二次污染；另外固体 废弃物的状态为其运输、加工和贮存提供了方便。 二、固体废弃物处理方式 固体废弃物无害化、减量化、资源化处理是解决固体废弃物问题的宗旨，常规的固体废 弃物处理方法主要有填埋、焚烧及堆肥处理等。 (一) 填埋技术 填埋分简单填埋、受控填埋和卫生填埋。简单填埋操作就是几十年来在中国一直沿用的 填埋场采取的方式，其特征是：基本上没有考虑环保措施和环保标准。目前中国相当数量的 生活垃圾填埋场属于这个等级。这类填埋场可称为露天堆置场或简易堆场，它不可避免地会 对周围的环境造成污染。其最大的缺点就是占地面积大，同时还存在严重的二次污染的问题。 比如说，固体废弃物堆放渗出的重金属等会污染地下水及土壤，产生的臭气严重影响填埋场 周边的空气质量，固体废弃物发酵产生的甲烷气体有发生火灾和爆炸的隐患，排放到大气中 的气体产生温室效应等。受控填埋场目前在我国也占较大比例，其特征是，有部分环保措施， 但不齐全；或者是虽有比较齐全的环保措施，但不能全部达标。目前的主要问题集中在场底 防渗、渗沥水处理、覆盖等不符合卫生填埋场的技术标准。卫生填埋是在简单填埋的基础上， 考虑了防渗、污水处理、臭气处理及沼气处理等措施的一种填埋方式，可以在一定程度解决

固体废弃物处理过程的二次污染问题。卫生填埋是发达国家普遍采用的生活垃圾填埋技术， 其特征是，既有完善的环保措施，又能满足环保标准。真正意义上的卫生填埋场目前在我国 较少，深圳下坪因体废弃物填埋场是其代表 填埋场1997年10月建成投产 ,每日填埋生 垃圾1800-2000t,是目前国内少数几家铺设了人工合成防渗衬底的填埋场之 ·。但是，其廷 设投资大，运行费用大，存在着用地紧张，填埋处理能力有限，服务期满后仍需投资建设新 的填埋场，进一步占用土地资源的矛盾。 (一)梦格技 焚烧技术是世界经济发达国家所广泛采用的一种城市生活垃圾处理方式。因为垃圾焚烧 可以产生热量，对热量的利用（如发电等）是垃圾资源化表现形式之一，同时也可以达到无 害化、减量化的目的。在欧盟、日本和新加坡等国垃圾焚烧处理占生活垃圾处理量的50%左 右。中国生活垃圾焚烧技术的应用尚处于起步阶段，目前仅有深圳等极少数城市的城市垃圾 处理采用了禁烧技术。在中国有关楚格技术的研究起步于20世纪80年代中期，“八五”期间 被列为国家科技攻关项目。随着中国东南部沿海地区和部分中心城市的经济发展和生活垃圾 低位热值的提高，近年来己有不少城市将建设生活垃圾焚烧厂提到了办事日程，并且正在组 织实施。 (三)堆肥技术 堆肥主要分好氧堆肥和厌氧堆肥。生活垃圾中易腐有机质含量较高的固体废弃物话合堆 肥处理。也就是采用堆肥化的原理，在人工控制的条件下，在一定的水分、CN比和通风条 件下通过微生物的发酵 用，将有机物变成肥料的 过程 在这种堆 肥化的过程中，有机物 不稳定状态转化为稳定的腐殖质物质，对环境尤其是土壤环境不构成危苦，是一个无害化处 理过程。在堆肥化过程中，伴随着有机物的分解和腐殖质的形成，堆肥的材料在体积和重量 上都会发生明显的变化。通常由于碳素等物质的分解和转化，重量和体积都会减少50%左右 三、固体废弃物资源化利用 近几年，随着社会的发展、经济的繁荣，环境污染和资源短缺日益成为人们关注的问题 固体废弃物资源化利用具有减少环境污染，节约资源的特点，受到世界各国普遍关注。我国 是一个资源短缺的国家，人均资源稀缺，废弃物的资源化利用显得尤其必要。我国的自然资 源并不十分丰富，从世界45种主要矿物来看，我国居第三位，但人均占有量仅为世界平均水 平的1/2，属中下等水平。又由于经营方式粗放，资源利用率低，浪费严重等原因，很大 部分资源没有发挥效益 弃物，造成资源的严重浪费 ,现今，我国的废弃物利用 率仅为世界平均水平的1/3-1/2左右。如此下去， 势业 方面造成大量固体废弃物积存，给 环境带来巨大威胁，另一方面又会造成资源的严重浪费。据有关资料介绍，我国每年平均约 有200-300万吨废钢铁、600万吨废纸、200多万吨碎玻璃、70万吨废塑料、30多万吨废化纤、 30多万吨各类废橡胶、10一】5万吨废杂有鱼金属，均未被合理回收。同时还有养殖业的迅速 发展带来的大量畜禽粪便和作物秸秆没有得到妥善处理，造成严重污染和资源浪费。因此怎 样把这些周体废弃物 废弃物资源化的利用存在着很大的发展空间 固体废弃物的资源化通常指利用人工或机械分选的方式把垃圾中的可直接利用物质进 行回收，对不能直接利用的可经过生化等处理方式变为可利用的物质，如堆肥化产品、垃圾 衍生燃料。可燃物较多的垃圾还可利用焚烧处理手段，利用垃圾焚烧所产生的余热以汽电共 生方式发电，也可达到资源回收利用的目标。 因出 固体废弃物资源化利用要根据固体废弃物的种类和组成的不同，而选择能耗低 操作简单、易推广的处理方式进行有效的资源化处理，让其物尽其用。农业固体废弃物， 作物秸秆、畜高粪便等，具有有机物含量高、氮磷钾等养分元素含量丰富等特点。在考虑这 类有机固体废弃物的处理问题时，就可以从制造堆肥促进物质和养分循环的角度来考虑。大 量的研究同时也表明，利用有机废弃物制造堆肥常以其成本低、除臭和杀灭病原菌的效果好

固体废弃物处理过程的二次污染问题。卫生填埋是发达国家普遍采用的生活垃圾填埋技术， 其特征是，既有完善的环保措施，又能满足环保标准。真正意义上的卫生填埋场目前在我国 较少，深圳下坪固体废弃物填埋场是其代表，该填埋场1997年10月建成投产，每日填埋生活 垃圾1800-2000t，是目前国内少数几家铺设了人工合成防渗衬底的填埋场之一。但是，其建 设投资大，运行费用大，存在着用地紧张，填埋处理能力有限，服务期满后仍需投资建设新 的填埋场，进一步占用土地资源的矛盾。 （二）焚烧技术 焚烧技术是世界经济发达国家所广泛采用的一种城市生活垃圾处理方式。因为垃圾焚烧 可以产生热量，对热量的利用（如发电等）是垃圾资源化表现形式之一，同时也可以达到无 害化、减量化的目的。在欧盟、日本和新加坡等国垃圾焚烧处理占生活垃圾处理量的50%左 右。中国生活垃圾焚烧技术的应用尚处于起步阶段，目前仅有深圳等极少数城市的城市垃圾 处理采用了焚烧技术。在中国有关焚烧技术的研究起步于20世纪80年代中期，“八五”期间 被列为国家科技攻关项目。随着中国东南部沿海地区和部分中心城市的经济发展和生活垃圾 低位热值的提高，近年来己有不少城市将建设生活垃圾焚烧厂提到了办事日程，并且正在组 织实施。 （三）堆肥技术 堆肥主要分好氧堆肥和厌氧堆肥。生活垃圾中易腐有机质含量较高的固体废弃物适合堆 肥处理。也就是采用堆肥化的原理，在人工控制的条件下，在一定的水分、C/N比和通风条 件下通过微生物的发酵作用，将有机物变成肥料的过程。在这种堆肥化的过程中，有机物由 不稳定状态转化为稳定的腐殖质物质，对环境尤其是土壤环境不构成危害，是一个无害化处 理过程。在堆肥化过程中，伴随着有机物的分解和腐殖质的形成，堆肥的材料在体积和重量 上都会发生明显的变化。通常由于碳素等物质的分解和转化，重量和体积都会减少50%左右。 三、固体废弃物资源化利用 近几年，随着社会的发展、经济的繁荣，环境污染和资源短缺日益成为人们关注的问题。 固体废弃物资源化利用具有减少环境污染，节约资源的特点，受到世界各国普遍关注。我国 是一个资源短缺的国家，人均资源稀缺，废弃物的资源化利用显得尤其必要。我国的自然资 源并不十分丰富，从世界45种主要矿物来看，我国居第三位，但人均占有量仅为世界平均水 平的1/2，属中下等水平。又由于经营方式粗放，资源利用率低，浪费严重等原因，很大一 部分资源没有发挥效益，就形成了废弃物，造成资源的严重浪费。现今，我国的废弃物利用 率仅为世界平均水平的1/3-1/2左右。如此下去，势必一方面造成大量固体废弃物积存，给 环境带来巨大威胁，另一方面又会造成资源的严重浪费。据有关资料介绍，我国每年平均约 有200-300万吨废钢铁、600万吨废纸、200多万吨碎玻璃、70万吨废塑料、3O多万吨废化纤、 30多万吨各类废橡胶、1O-l5万吨废杂有色金属，均未被合理回收。同时还有养殖业的迅速 发展带来的大量畜禽粪便和作物秸秆没有得到妥善处理，造成严重污染和资源浪费。因此怎 样把这些固体废弃物变废为宝，也就是固体废弃物资源化的利用存在着很大的发展空间。 固体废弃物的资源化通常指利用人工或机械分选的方式把垃圾中的可直接利用物质进 行回收，对不能直接利用的可经过生化等处理方式变为可利用的物质，如堆肥化产品、垃圾 衍生燃料。可燃物较多的垃圾还可利用焚烧处理手段，利用垃圾焚烧所产生的余热以汽电共 生方式发电，也可达到资源回收利用的目标。 因此，固体废弃物资源化利用要根据固体废弃物的种类和组成的不同，而选择能耗低、 操作简单、易推广的处理方式进行有效的资源化处理，让其物尽其用。农业固体废弃物，如 作物秸秆、畜禽粪便等，具有有机物含量高、氮磷钾等养分元素含量丰富等特点。在考虑这 类有机固体废弃物的处理问题时，就可以从制造堆肥促进物质和养分循环的角度来考虑。大 量的研究同时也表明，利用有机废弃物制造堆肥常以其成本低、除臭和杀灭病原菌的效果好

能有效地改善废弃物的物理、化学性状等优点而倍受人们关注，并成为当前有机固体废弃物 利用无害化、资源化的重要途径之一

能有效地改善废弃物的物理、化学性状等优点而倍受人们关注，并成为当前有机固体废弃物 利用无害化、资源化的重要途径之一

第二节好氧堆肥原理 一、堆肥基本过程 堆肥过程通常分两个阶段，即一次堆肥（也叫快速或高温发酵）和二次堆肥（也叫后 熟或陈化)。这两个阶段之间通常没有明确的定义和区别。 一次堆肥阶段的特点是：高氧气吸收率，高温，可降解挥发性固体(BVS)大量减少， 高的臭味潜力。通常，一次堆肥阶段由于需要减少臭气，因此需要提供通气和保持对堆肥过 程的良好控制。三次堆肥阶段的特点是：温度低，氧气吸收率低，臭味潜力低。相对一次堆 肥来讲，二次堆肥阶段的管理和调控比较简单，然而从工程角度看，不能没有二次堆肥，因 为二次堆肥阶段可继续降解哪些难降解的有机物、还要克服反应速率变慢以及重建低温微生 物群落，从而有助于堆肥腐熟、减少植物毒性物质和抑制病原菌。这两个阶段对一个完整的 堆肥系统的设计和操作来说是缺一不可的，而且是生产腐熟堆肥所必需的。 进理剂 产品循环 质前处理】 第一阶段 后处理 高速阶段「 然阶段 产 胀剂 膨剂回流 图81一般堆肥流程图 一次堆肥开始之前的原料处理称为前处理，后熟阶段之后的原料处理称为后处理。前 处理或后处理是否需要依赖于原料的特点和期望的产品质量。 堆肥过程一般分为三个阶段： 1、升温阶段 一般指堆肥过程的初期，在该阶段堆体温度逐步从环境温度上升到45℃左右，主导微 生物以嗜温性微生物为主，包括真菌、细菌和放线菌，分解底物以糖类和淀粉类为主，期间 能发现真菌的子实体，也有动物及原生动物参与分解。 2、高温阶段 堆温升至45℃以上即进入高温阶段，在这一阶段，嗜温微生物受到抑制甚至死亡，而 嗜热微生物则上升为主导微生物。堆肥中残留的和新形成的可溶性有机物质继续被氧化分 解，复杂的有机物如半纤维素纤维素和蛋白质也开始被强烈分解。微生物的活动交替出现， 通常在50℃左右时最活跃的是嗜热性真菌和放线菌，温度上升到60℃时真菌几乎完全停止 活动，仅有嗜热性细菌和放线菌活动，温度升到0℃时大多数嗜热性微生物已不再适应， 并大批进入休眼和死亡阶段。现代化堆肥生产的最佳温度 般为55℃，这是因为大多数微 生物在该温度范围内最活跃，最易分解有机物，而病原茵和寄生虫大多数可被杀死 3、降温阶段 高温阶段必然造成微生物的死亡和活动减少，自然进入低温阶段。在这一阶段，嗜温性 微生物又开始占据优势，对残余较难分解的有机物作进一步的分解，但微生物活性普遍下降

第二节 好氧堆肥原理 一、堆肥基本过程 堆肥过程通常分两个阶段，即一次堆肥（也叫快速或高温发酵）和二次堆肥（也叫后 熟或陈化）。这两个阶段之间通常没有明确的定义和区别。 一次堆肥阶段的特点是：高氧气吸收率，高温，可降解挥发性固体（BVS）大量减少， 高的臭味潜力。通常，一次堆肥阶段由于需要减少臭气，因此需要提供通气和保持对堆肥过 程的良好控制。二次堆肥阶段的特点是：温度低，氧气吸收率低，臭味潜力低。相对一次堆 肥来讲，二次堆肥阶段的管理和调控比较简单，然而从工程角度看，不能没有二次堆肥，因 为二次堆肥阶段可继续降解哪些难降解的有机物、还要克服反应速率变慢以及重建低温微生 物群落，从而有助于堆肥腐熟、减少植物毒性物质和抑制病原菌。这两个阶段对一个完整的 堆肥系统的设计和操作来说是缺一不可的，而且是生产腐熟堆肥所必需的。 图 8-1 一般堆肥流程图 一次堆肥开始之前的原料处理称为前处理，后熟阶段之后的原料处理称为后处理。前 处理或后处理是否需要依赖于原料的特点和期望的产品质量。 堆肥过程一般分为三个阶段： 1、 升温阶段 一般指堆肥过程的初期，在该阶段堆体温度逐步从环境温度上升到 45℃左右，主导微 生物以嗜温性微生物为主，包括真菌、细菌和放线菌，分解底物以糖类和淀粉类为主，期间 能发现真菌的子实体，也有动物及原生动物参与分解。 2、 高温阶段 堆温升至 45℃以上即进入高温阶段，在这一阶段，嗜温微生物受到抑制甚至死亡，而 嗜热微生物则上升为主导微生物。堆肥中残留的和新形成的可溶性有机物质继续被氧化分 解，复杂的有机物如半纤维素-纤维素和蛋白质也开始被强烈分解。微生物的活动交替出现， 通常在 50℃左右时最活跃的是嗜热性真菌和放线菌，温度上升到 60℃时真菌几乎完全停止 活动，仅有嗜热性细菌和放线菌活动，温度升到 70℃时大多数嗜热性微生物已不再适应， 并大批进入休眠和死亡阶段。现代化堆肥生产的最佳温度一般为 55℃，这是因为大多数微 生物在该温度范围内最活跃，最易分解有机物，而病原菌和寄生虫大多数可被杀死。 3、 降温阶段 高温阶段必然造成微生物的死亡和活动减少，自然进入低温阶段。在这一阶段，嗜温性 微生物又开始占据优势，对残余较难分解的有机物作进一步的分解，但微生物活性普遍下降， 前处理 第一阶段 高速阶段 第二阶段 后熟阶段 后处理 调理剂 产品循环 基质 堆肥产品 膨胀剂 膨胀剂回流

堆体发热量减少，温度开始下降，有机物趋于稳定化，需氧量大大减少，堆肥进入腐熟或后 熟阶段。 好氧条件下，堆肥物料中的可溶性有机物透过微生物的细胞壁和细胞膜为微生物吸收： 固体和胶体有机物质先附者在微生物体外，由微生物分泌胞外酶将其分解为可溶性物质，再 渗入细胞。 细胞物质 腐殖质物质 堆肥有机物 微生物生长 (C.HO.N,PS) (C,H,O,N,P.S)+ 氧气+微生物 二氧化碳、水、氨、 + 能量 磷酸根离子、硫酸根 离子 排入环境 图8-2好氧堆肥反应过程 同时微生物通过自身的代谢活动，也使一部分有机物被氧化成简单的无机物，并释放能 量，使另一部分有机物用于合成微生物自身的细胞物质，提供微生物各种生理活动所需的能 量，使机体能进行正常的生长与繁殖。 二、堆肥生物学原理 堆肥过程有许多不同种类的微生物参与。由于原料和条件的变化，各种微生物的数量也 在不断发生变化，所以堆肥过程中没有任何微生物是始终占据主导地位的。每一个环境都有 其特定的微生物种群，微生物的多样性使得堆肥在外部条件出现变化的情形下仍可避免系统 崩溃。 参与堆肥过程的主要微生物种类是细菌、真菌以及放线菌。这三种微生物都有中温菌和 高温 在整个堆肥微生物群落中，细菌占主导地位，真菌、放线菌也有较多的数量，研究表明， 每克堆肥中细菌数约为10310，放线菌数为1010、真菌数为10410的，藻类数目<10。 细菌是中温阶段的主要作用菌群，对发酵升温起主要作用：放线菌是高温阶段的主要作用菌 群：芽孢杆菌、链霉菌、小多孢菌和高温放线菌是堆肥过程中的优势种 堆肥过程中微生物 种类和数目如表8-1所示。 表&1好氧堆肥期间的微生物群体 微牛物 升温阶段 高温阶段 隆温阶段 物种检验数量 (堆温<40℃) 70℃) (70C到冷却) 嗜温细菌 10 10 10 6 喜温细菌 10 109 107 点温放线南 10 108 105 14 嗜温霉菌 105 18

堆体发热量减少，温度开始下降，有机物趋于稳定化，需氧量大大减少，堆肥进入腐熟或后 熟阶段。 好氧条件下，堆肥物料中的可溶性有机物透过微生物的细胞壁和细胞膜为微生物吸收； 固体和胶体有机物质先附着在微生物体外，由微生物分泌胞外酶将其分解为可溶性物质，再 渗入细胞。 图 8-2 好氧堆肥反应过程 同时微生物通过自身的代谢活动，也使一部分有机物被氧化成简单的无机物，并释放能 量，使另一部分有机物用于合成微生物自身的细胞物质，提供微生物各种生理活动所需的能 量，使机体能进行正常的生长与繁殖。 二、堆肥生物学原理 堆肥过程有许多不同种类的微生物参与。由于原料和条件的变化，各种微生物的数量也 在不断发生变化，所以堆肥过程中没有任何微生物是始终占据主导地位的。每一个环境都有 其特定的微生物种群，微生物的多样性使得堆肥在外部条件出现变化的情形下仍可避免系统 崩溃。 参与堆肥过程的主要微生物种类是细菌、真菌以及放线菌。这三种微生物都有中温菌和 高温菌。 在整个堆肥微生物群落中，细菌占主导地位，真菌、放线菌也有较多的数量，研究表明， 每克堆肥中细菌数约为 108~109，放线菌数为 105~108、真菌数为 104~106，藻类数目<104。 细菌是中温阶段的主要作用菌群，对发酵升温起主要作用；放线菌是高温阶段的主要作用菌 群；芽孢杆菌、链霉菌、小多孢菌和高温放线菌是堆肥过程中的优势种。堆肥过程中微生物 种类和数目如表 8-1 所示。 表 8-1 好氧堆肥期间的微生物群体 微生物 升温阶段 （堆温＜40℃） 高温阶段 （40—70℃） 降温阶段 （70℃到冷却） 物种检验数量 嗜温细菌 108 106 1011 6 喜温细菌 104 109 107 1 喜温放线菌 104 108 105 14 嗜温霉菌 106 103 105 18 堆肥有机物 （C,H,O,N,P,S）+ 氧气+微生物 细胞物质 微生物生长 SHENGZHANG 腐殖质物质 （C,H,O,N,P,S） ＋ 二氧化碳、水、氨、 磷酸根离子、硫酸根 离子 ＋ 能量 排入环境

喜温莓菌 103 107 10的 16 单位：个数/海克湿堆肥 总之，堆肥过程主要靠微生物的作用进行，微生物是堆肥发酵的主体。参与堆肥的微生 物右两个夹，一右机废物里面原右的大量微生物。一是人工加入的微生物接动剂，这些 菌种在一定条件下对某些有机废物具有较强的分解能力，具有活性强、繁殖快、分解有机物 迅速等特点，能加速堆肥反应的进程，缩短堆肥反应的时间。 堆肥过程中微生物的种群随温度的变化发生如下的交替变化：低、中温菌群为主转变为 中、高温菌群为主，中高温菌群为主转变为中、低温菌群。随着堆肥时间的延长，细菌逐渐 碱少，放线菌逐渐增多 ,霉菌和酵母菌在堆肥的末期显著减少。研究发现： 堆肥温度在500 时，高温真菌、细菌和放线菌非常活跃：65℃时，真菌极少，细菌和放线菌占优势：75℃时 仅有产孢细菌是唯一存活的微生物。 在高温堆肥中，微生物的活动主要分为三个时期：糖分解期、纤维素分解期、木质素分 保飘地推制机责天是氧化、蓝分解苗等玉进形商为主对粗有机成肤分签水溶州 当堆内温度 高到50℃-0C的高 段，高温性纤维素分解菌占优势，除继续分解易分解的有机物质外，主要分解半纤维素、纤 维素等复杂有机物，同时也开始了腐殖化过程，这一阶段称为“纤维素分解期”。当堆肥温 度降至50℃以下时，高温分解菌的活动受到抑制，中温性微生物显著增加，主要分解残留 下来的纤维素、半纤维素、木质素物质，称为“木素分解期”。 堆肥既然是微生物作用的过程，如何通过各种手段满足微生物的生长需要就成为堆肥工 程的核 堆肥实际 工作者应了解这些基本的微生物作用特点，为合理的物料配比、过程控 制以及保障产品质量奠定良好的生物学理论基础。 三、堆肥热力学原理 热力学是 一个涉及能量和其转化的学科，其原理也广泛用于堆肥系统的分析 热力学第一定律为能量守恒定律，即能量既不会凭空产生也不会消失。因此，可以认为 能量进入一个系统后只有两条出路：一是贮存起来，二是流出此系统。堆肥工艺中的主要能 量输入是堆肥基质的有机分子，当这些分子被微生物分解时，能量可转化为微生物机体或以 热释放到周围环境中。由此可见，有机物分解产生的能量推动了堆肥化讲程，使温度升高」 同时还可干燥湿基质。实际上也正好可以使微生物继续获得能量对周围有机质进行分解 热力学第二定律则提出了热量的散失方向，即对于所有独立系统来讲，其熵的变化总是 向着无序增加的状态进行。堆肥过程中始终件随着热量的散失，热量一旦损失，就不可逆转， 必须靠微生物进一步利用有机碳源来获得能量。 堆肥热力学过程简图（图83）描述了系统的主要输入输出过程。主要输入有基质、其 它调理剂、空气及其携带的水蒸气：主要输出是堆肥产品、排出的干燥气体和水蒸气。图 8-3分析了与这些物质相关的热量输入和输出，虽然散发到环境中的热损失没有计在内，但 通常是热输出的一小部分：堆肥回料和膨胀剂回料没在图中标出，这些物料的流动属于系统 边界的内部因素，它们对系统内的平衡是重要的，但不影响整个系统热平衡

喜温霉菌 103 107 106 16 单位：个数/每克湿堆肥 总之，堆肥过程主要靠微生物的作用进行，微生物是堆肥发酵的主体。参与堆肥的微生 物有两个来源：一是有机废物里面原有的大量微生物；一是人工加入的微生物接种剂，这些 菌种在一定条件下对某些有机废物具有较强的分解能力，具有活性强、繁殖快、分解有机物 迅速等特点，能加速堆肥反应的进程，缩短堆肥反应的时间。 堆肥过程中微生物的种群随温度的变化发生如下的交替变化：低、中温菌群为主转变为 中、高温菌群为主，中高温菌群为主转变为中、低温菌群。随着堆肥时间的延长，细菌逐渐 减少，放线菌逐渐增多，霉菌和酵母菌在堆肥的末期显著减少。研究发现：堆肥温度在50℃ 时，高温真菌、细菌和放线菌非常活跃；65℃时，真菌极少，细菌和放线菌占优势；75℃时 仅有产孢细菌是唯一存活的微生物。 在高温堆肥中，微生物的活动主要分为三个时期：糖分解期、纤维素分解期、木质素分 解期。堆制初期主要是氨化细菌、糖分解菌等无芽孢细菌为主，对粗有机质、糖分等水溶性 有机物以及蛋白质类进行分解，称为“糖分解期”。当堆内温度升高到 50℃~70℃的高温阶 段，高温性纤维素分解菌占优势，除继续分解易分解的有机物质外，主要分解半纤维素、纤 维素等复杂有机物，同时也开始了腐殖化过程，这一阶段称为“纤维素分解期”。当堆肥温 度降至 50℃以下时，高温分解菌的活动受到抑制，中温性微生物显著增加，主要分解残留 下来的纤维素、半纤维素、木质素等物质，称为“木质素分解期”。 堆肥既然是微生物作用的过程，如何通过各种手段满足微生物的生长需要就成为堆肥工 程的核心。堆肥实际工作者应了解这些基本的微生物作用特点，为合理的物料配比、过程控 制以及保障产品质量奠定良好的生物学理论基础。 三、堆肥热力学原理 热力学是一个涉及能量和其转化的学科，其原理也广泛用于堆肥系统的分析。 热力学第一定律为能量守恒定律，即能量既不会凭空产生也不会消失。因此，可以认为 能量进入一个系统后只有两条出路：一是贮存起来，二是流出此系统。堆肥工艺中的主要能 量输入是堆肥基质的有机分子，当这些分子被微生物分解时，能量可转化为微生物机体或以 热释放到周围环境中。由此可见，有机物分解产生的能量推动了堆肥化进程，使温度升高， 同时还可干燥湿基质。实际上也正好可以使微生物继续获得能量对周围有机质进行分解。 热力学第二定律则提出了热量的散失方向，即对于所有独立系统来讲，其熵的变化总是 向着无序增加的状态进行。堆肥过程中始终伴随着热量的散失，热量一旦损失，就不可逆转， 必须靠微生物进一步利用有机碳源来获得能量。 堆肥热力学过程简图（图 8-3）描述了系统的主要输入输出过程。主要输入有基质、其 它调理剂、空气及其携带的水蒸气；主要输出是堆肥产品、排出的干燥气体和水蒸气。图 8-3 分析了与这些物质相关的热量输入和输出，虽然散发到环境中的热损失没有计在内，但 通常是热输出的一小部分；堆肥回料和膨胀剂回料没在图中标出，这些物料的流动属于系统 边界的内部因素，它们对系统内的平衡是重要的，但不影响整个系统热平衡

干燥气体 水蒸气 热力学边界 堆肥过程 堆肥产品 两理剂 水蒸气 千操气体 图8-3堆肥中的热力学边界和主要的输入输出过程 有机物分解产生的热量使堆肥混合物中的水、气和固体基质温度升高，也驱动了水分随 气体排出而蒸发。由于堆垛温度比围环境温度要高，热量会从暴露于空气的堆体表面散失。 堆垛的隔离效应一定程度上可限制热传导，并减少了热损失。条垛或堆体在机械搅拌下也会 产生热量损失。 四、堆肥热灭活原理 许多堆肥用的基质携带人类、动植物的病原体，以及令人讨厌的生物如杂草种子，来源 于城市污水处理后的污泥，就是典型的携带病原体的基质。在堆肥过程中，通过短时间的持 续升温，可以有效地控制这些生物的生长。因此，高温堆肥的一个主要优势就是能够使人利 动植物病原体以及种子失活。 表82几种常见病菌与寄生虫的死亡温度

图 8-3 堆肥中的热力学边界和主要的输入输出过程 有机物分解产生的热量使堆肥混合物中的水、气和固体基质温度升高，也驱动了水分随 气体排出而蒸发。由于堆垛温度比周围环境温度要高，热量会从暴露于空气的堆体表面散失。 堆垛的隔离效应一定程度上可限制热传导，并减少了热损失。条垛或堆体在机械搅拌下也会 产生热量损失。 四、堆肥热灭活原理 许多堆肥用的基质携带人类、动植物的病原体，以及令人讨厌的生物如杂草种子，来源 于城市污水处理后的污泥，就是典型的携带病原体的基质。在堆肥过程中，通过短时间的持 续升温，可以有效地控制这些生物的生长。因此，高温堆肥的一个主要优势就是能够使人和 动植物病原体以及种子失活。 表 8-2 几种常见病菌与寄生虫的死亡温度

名称 死亡情况 名称 死亡情况 沙门氏伤寒菌 46℃以上不生长：55~60℃，30血吸虫卵 53℃，1天死亡 分钟内死日 沙门氏菌属 56℃1小时内死亡，60℃，1520蝇蛆 51-56℃，1天死亡 分钟死亡 志贺氏杆菌 55℃，1小时内死亡 霍乱产弧南 65℃，30天死亡 大肠杆菌 绝大部分，55℃，1小时列 炭疽杆菌 50-55℃，60天死亡 亡：60℃，15~-20分钟死白 阿米巴涂 50℃：3天死亡：71℃，50分钟内布氏杆菌 55℃，60天死亡 关洲钩虫 45℃，50分钟内死已 猪丹毒杆菌 50℃，15天死 流产有鲁氏菌61℃，3分钟内死亡 猜瘟病毒 50-60℃，30天死亡 酿融裤成增 4℃.10分钟内死- 口瑞毒 60℃.0天死户 化脓性细菌50℃，10分钟内死亡 小麦黑穗病菌 54℃，10天死亡 结核分枝杆 66℃ 。15~20℃分钟内死亡67℃ 宿热病菌 51-52℃，10天死亡 死亡 生结核杆茵 55℃，45分钟内死亡 麦进相 60℃，5天死亡 姐中 55-60℃5-10天死亡 一化酮 55℃，3天死亡 钩虫卵 50℃：3天死亡 小豆象生 60℃，4天死亡 鞭虫卵 45C:60天死亡 绕虫卵 50℃，1天死亡 细胞的死广很大程度上基干燕的热失活。在活官的温府下，酶的失活是可逆的，但在君 温下是不可逆的 热力学的观点表明 ,在 个很小的温度范围内酶的活性部分将迅速降低 如果没有酶的作用，细胞就会失去功能，然后死亡。只有少数几种酶能够经受住长时间的高 温。因此，微生物对热失活非常敏感。 研究表明，在一定的温度下加热一段时间可以破坏病原体或者是令人讨厌的生物体。通 常在600℃（湿热）的温度下，加热510分钟，可以破坏非芽狗细菌和芽孢细菌的非休 眠体的活性。在表22中，资料表明，利用加热灭菌，在70℃条件下加热30分钟可以消灭 污泥中的病原体。但在较低的温度下(50-60℃)，一些病原菌的灭活则长达60天（表2-3）， 因此堆肥过程中保持60℃以上温度一段时间是必须的。 表8-2中的数据也表明，热失活效应与时间和温度有关。短时间的高温和长时间的低温 具有相同的热失活效果。 从以上的讨论中，可以得出以下几个结论。第一，堆肥可以完全破坏专性寄生的病原体 也可以把指示细菌和非专性寄生细菌病原体减少到很低的水平。 维持多种份 生初的 群可以抑制非专性寄生细菌病原体的再生。如果堆肥的温度接近周围的温度，微生物种群就 会增加。第三，所有的物质应该暴露在失活的时间/温度条件下，这一点很重要。保证所有 的物质都能在失活的条件，可以获得高概率的病原体破坏。第四，为了保证病原体在统计学 上的高破坏概率，要讲行质量控生制。第五，全程监控排肥系统或者应用堆肥反应器都以付 病原体的破坏概率提高，尤其适用于低温和潮湿的地区

细胞的死亡很大程度上基于酶的热失活。在适宜的温度下，酶的失活是可逆的，但在高 温下是不可逆的。热力学的观点表明，在一个很小的温度范围内酶的活性部分将迅速降低。 如果没有酶的作用，细胞就会失去功能，然后死亡。只有少数几种酶能够经受住长时间的高 温。因此，微生物对热失活非常敏感。 研究表明，在一定的温度下加热一段时间可以破坏病原体或者是令人讨厌的生物体。通 常在 60~70℃（湿热）的温度下，加热 5~10 分钟，可以破坏非芽孢细菌和芽孢细菌的非休 眠体的活性。在表 2.2 中，资料表明，利用加热灭菌，在 70℃条件下加热 30 分钟可以消灭 污泥中的病原体。但在较低的温度下（50-60℃），一些病原菌的灭活则长达 60 天（表 2-3）， 因此堆肥过程中保持 60℃以上温度一段时间是必须的。 表 8-2 中的数据也表明，热失活效应与时间和温度有关。短时间的高温和长时间的低温 具有相同的热失活效果。 从以上的讨论中，可以得出以下几个结论。第一，堆肥可以完全破坏专性寄生的病原体， 也可以把指示细菌和非专性寄生细菌病原体减少到很低的水平。第二，维持多种微生物的种 群可以抑制非专性寄生细菌病原体的再生。如果堆肥的温度接近周围的温度，微生物种群就 会增加。第三，所有的物质应该暴露在失活的时间／温度条件下，这一点很重要。保证所有 的物质都能在失活的条件，可以获得高概率的病原体破坏。第四，为了保证病原体在统计学 上的高破坏概率，要进行质量控制。第五，全程监控堆肥系统或者应用堆肥反应器都可以使 病原体的破坏概率提高，尤其适用于低温和潮湿的地区。 名称 死亡情况 名称 死亡情况 沙门氏伤寒菌 46℃以上不生长；55～60℃，30 分钟内死亡 血吸虫卵 53℃，1 天死亡 沙门氏菌属 56℃1 小时内死亡，60℃，15～20 分钟死亡 蝇蛆 51-56℃，1 天死亡 志贺氏杆菌 55℃，1 小时内死亡 霍乱产弧菌 65℃，30 天死亡 大肠杆菌 绝大部分，55℃，1 小时死 亡；60℃，15～20 分钟死亡 炭疽杆菌 50-55℃，60 天死亡 阿米巴涂 50℃；3 天死亡；71℃，50 分钟内 死亡 布氏杆菌 55℃，60 天死亡 美洲钩虫 45℃，50 分钟内死亡 猪丹毒杆菌 50℃，15 天死亡 流产布鲁氏菌 61℃，3 分钟内死亡 猪瘟病毒 50-60℃，30 天死亡 酿脓链球菌 54℃，10 分钟内死亡 口蹄疫病毒 60℃，30 天死亡 化脓性细菌 50℃，10 分钟内死亡 小麦黑穗病菌 54℃，10 天死亡 结核分枝杆菌 66℃，15～20℃分钟内死亡 67℃， 死亡 稻热病菌 51-52℃，10 天死亡 牛结核杆菌 55℃，45 分钟内死亡 麦蛾卵 60℃，5 天死亡 蛔虫卵 55～60℃， 5～10 天死亡 二化螟卵 55℃，3 天死亡 钩虫卵 50℃；3 天死亡 小豆象虫 60℃，4 天死亡 鞭虫卵 45℃；60 天死亡 绕虫卵 50℃，1 天死亡

第三节好氧堆肥工艺 一、基本工艺及特点 国外自上世纪50年代以来开发出各种各样的现代堆肥系统，这些系统具有机械化程度 高、处理量大、堆肥速度快、无害化程度高等诸多特点，因此得到了广泛的应用。 各种堆肥系统的主要区别在于维持堆料及通气条件所用技术手段的差异，因此就出现 不同的分类方法。有人将堆肥系统分成干预堆肥系统和非干预堆肥系统，还有人将堆肥系统 按堆料的运动与否分成静态堆肥系统和动态堆肥系统。 一般来讲，应用反应器的系统通常被叫做“机械的”、“封闭的”或“容器的”系统，而 不用反应器的系统被称为“开放”系统。堆肥系统也可依据反应器类型、物料流动特占，反 应器条件以及空气供应方式来分类。表83基本包括了大部分历史上和目前沿用的堆肥系 统。 表83国内外主要堆肥系统分类 开放性 搅动 敢风 堆肥类型 无搅动 不鼓风 传统堆肥 放 鼓风 静态堆肥 有搅动 不鼓风 条垛堆肥（自然通风） 鼓风 条垛堆肥（强制通风） 物料流动方 干预方式 堆肥类型 向 密闭 水平 静态 隧道式堆肥 搅拌 搅拌槽式堆肥 翻转 转鼓式(DANO)堆肥 垂直 搅拌 塔式堆肥 筒仓式堆肥 根据堆肥技术的复杂程度以及使用情况，主要有三大类堆肥系统：条垛式、静态垛式利 反应器系统。其中条垛堆肥主要通过人工或机械的定期翻堆配合自然通风来维持堆体中的有 氧状态：与条垛堆肥相比，静态堆肥在堆肥过程中不进行物料的翻堆，能更有效地确保堆体 到高温和病原菌灭活，雄肥周期缩短，反应器堆肥在一个或几个容翠中讲行，通气和水 分条件得到了更好的控制。表84对常见的条垛堆肥、静态堆肥和反应器堆肥的优缺点进行 了比较。 表84各种堆肥系统的优峡点比较 条垛堆肥 静态堆肥 反应器堆肥

第三节 好氧堆肥工艺 一、基本工艺及特点 国外自上世纪 50 年代以来开发出各种各样的现代堆肥系统，这些系统具有机械化程度 高、处理量大、堆肥速度快、无害化程度高等诸多特点，因此得到了广泛的应用。 各种堆肥系统的主要区别在于维持堆料及通气条件所用技术手段的差异，因此就出现了 不同的分类方法。有人将堆肥系统分成干预堆肥系统和非干预堆肥系统，还有人将堆肥系统 按堆料的运动与否分成静态堆肥系统和动态堆肥系统。 一般来讲，应用反应器的系统通常被叫做“机械的”、“封闭的”或“容器的”系统，而 不用反应器的系统被称为“开放”系统。堆肥系统也可依据反应器类型、物料流动特点，反 应器条件以及空气供应方式来分类。表 8-3 基本包括了大部分历史上和目前沿用的堆肥系 统。 表 8-3 国内外主要堆肥系统分类 开 放 性 搅 动 鼓 风 堆 肥 类 型 开 放 无搅动 不鼓风 传统堆肥 鼓风 静态堆肥 有搅动 不鼓风 条垛堆肥（自然通风） 鼓风 条垛堆肥（强制通风） 密 闭 物料流动方 向 干 预 方 式 堆 肥 类 型 水平 静态 隧道式堆肥 搅拌 搅拌槽式堆肥 翻转 转鼓式（DANO）堆肥 垂直 搅拌 塔式堆肥 填充 筒仓式堆肥 根据堆肥技术的复杂程度以及使用情况，主要有三大类堆肥系统：条垛式、静态垛式和 反应器系统。其中条垛堆肥主要通过人工或机械的定期翻堆配合自然通风来维持堆体中的有 氧状态；与条垛堆肥相比，静态堆肥在堆肥过程中不进行物料的翻堆，能更有效地确保堆体 达到高温和病原菌灭活，堆肥周期缩短；反应器堆肥则在一个或几个容器中进行，通气和水 分条件得到了更好的控制。表 8-4 对常见的条垛堆肥、静态堆肥和反应器堆肥的优缺点进行 了比较。 表 8-4 各种堆肥系统的优缺点比较 条垛堆肥 静态堆肥 反应器堆肥

投资成本 高 运行和护费用 较低 高 操作难度 低 较低 受气候条件影响大小 较大 臭味控制 良 占地而积 大 中 小 堆肥时间 长 中 堆肥产品质量 良 优 良 二、条垛堆肥 从1905年开发出印多尔法(1 ndore)堆肥后，堆肥开始走向机械化，30年代出现了丹 诺(Dao)式堆肥，40年代出现了机械化较强的发酵装置-立式移动搅拌发酵仓，到50年 代最常见的堆肥装置是条垛系统。 条垛堆肥是将原料混合物堆成长条形的堆或条垛，在好氧条件下进行分解，是一种常见 好氧发酵系统。垛的断面可以是梯形、不规则四边形或三角形。 条垛堆肥翻堆的设备由条垛的大小、形状以及位置决定。图84为露天条垛式堆肥系统 图。 图84露天条垛式堆肥系统 条垛的通气主要由自然或被动通风完成。通气速率由条垛的孔隙度决定。条垛太大，在 其中心附近会有厌氧区，当翻动条垛时有臭气释放：条垛太小，其散热迅速，堆温不能杀灭 病原体和杂草种子，水分蒸发少。 国内外现已开发出许多用于条垛翻堆的专门机械。这些机器大量的节省了时间和劳力 原料能完全混合，堆肥也更均匀。在这些设备中，一部分机械靠农场拖拉机牵引，一部分自 身具有驱动系统，还有一部分机器能装载在条垛旁的卡车或货车上。 在条垛系统中，条垛的高度、宽度和形状随原料的性质和翻堆设备的类型而变化。氧气 主要是通过条垛里热气上升引起的自然通风来供应，或通过翻堆过程中的气体交换而少量供 应。 在强制通风条垛系统中，氧气在空压机的强制或诱导通风下进入条垛。无论什么情况下， 都可对条垛进行周期性的翻动，以调整其通透性

投资成本 低 低 高 运行和维护费用 较低 低 高 操作难度 低 较低 难 受气候条件影响大小 大 较大 小 臭味控制 差 良 优 占地面积 大 中 小 堆肥时间 长 中 短 堆肥产品质量 良 优 良 二、条垛堆肥 从 1905 年开发出印多尔法（Indore）堆肥后，堆肥开始走向机械化，30 年代出现了丹 诺（Dano）式堆肥，40 年代出现了机械化较强的发酵装置-立式移动搅拌发酵仓，到 50 年 代最常见的堆肥装置是条垛系统。 条垛堆肥是将原料混合物堆成长条形的堆或条垛，在好氧条件下进行分解，是一种常见 好氧发酵系统。垛的断面可以是梯形、不规则四边形或三角形。 条垛堆肥翻堆的设备由条垛的大小、形状以及位置决定。图 8-4 为露天条垛式堆肥系统 图。 图 8-4 露天条垛式堆肥系统 条垛的通气主要由自然或被动通风完成。通气速率由条垛的孔隙度决定。条垛太大，在 其中心附近会有厌氧区，当翻动条垛时有臭气释放；条垛太小，其散热迅速，堆温不能杀灭 病原体和杂草种子，水分蒸发少。 国内外现已开发出许多用于条垛翻堆的专门机械。这些机器大量的节省了时间和劳力， 原料能完全混合，堆肥也更均匀。在这些设备中，一部分机械靠农场拖拉机牵引，一部分自 身具有驱动系统，还有一部分机器能装载在条垛旁的卡车或货车上。 在条垛系统中，条垛的高度、宽度和形状随原料的性质和翻堆设备的类型而变化。氧气 主要是通过条垛里热气上升引起的自然通风来供应，或通过翻堆过程中的气体交换而少量供 应。 在强制通风条垛系统中，氧气在空压机的强制或诱导通风下进入条垛。无论什么情况下， 都可对条垛进行周期性的翻动，以调整其通透性