【正文】 須控制以下幾個(gè)因素 。 ? 三個(gè)階段的主次地位 ? 對(duì)于以不溶性高分子有機(jī)物為主的污泥 、 垃圾等廢物 ， 水解階段是整個(gè)厭氧消化過(guò)程的控制步驟 。 ? 甲烷菌除了產(chǎn)生 CH4外 ， 還有分解脂肪酸調(diào)節(jié) pH值的作用 。 例如有機(jī)胺必須轉(zhuǎn)化成 NH3后才能被產(chǎn)甲烷菌所吸收 。 ? CO2和 H2的反應(yīng)也能產(chǎn)生一部分 CH4。 ? 反應(yīng)式 22 HCO ＋甲醇＋甲酸＋乙酸＋簡(jiǎn)單可溶性有機(jī)物 產(chǎn)氫菌、產(chǎn)醋酸菌 ?????? ??c. 產(chǎn)甲烷階段 (Methaneproducing stage) ? 產(chǎn)甲烷菌將產(chǎn)酸階段的產(chǎn)物進(jìn)一步降解為 CH4和 CO2， 同時(shí)把產(chǎn)酸階段所產(chǎn)生的 H2和 CO2轉(zhuǎn)化成 CH4。 ? 高分子有機(jī)物的水解速度很慢 ， 主要受物料的性質(zhì) 、 微生物的濃度 、 溫度和 pH等條件的制約 。 能量抗性有機(jī)物細(xì)胞物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物有機(jī)物 厭氧菌?????????? ???? 223242 SHHNHCOCHOH（ 2）生物化學(xué)反應(yīng) (biochemical reaction) ? 總反應(yīng)式 ? 有機(jī)物分子中含 S，且以 CaHbOeNaSe表示，則上述反應(yīng)可表示為 ? 有機(jī)物分子不含 S，且以 CaHbOcNd表示時(shí)，反應(yīng)式為 SeHdN HCOedcbaCHedcbaOHedcbaSNOHC edcba23242)82324()82324()42324(?????????????????3242 )8324()8324()4324( d N HCOdcbaCHdcbaOHdcbaNOHCdcba ?????????????（ 3）厭氧分解 (anaerobic deposition)過(guò)程 ? 根據(jù)慶氧分解過(guò)程中產(chǎn)物和微生物的特點(diǎn) ， 厭氧分解過(guò)程可分為三個(gè)階段 ， 見(jiàn)圖 93。 甲烷菌的繁殖速度相當(dāng)緩慢 ， 且對(duì)于溫度 、 抑制物的存在等外界條件的變化相當(dāng)敏感。 厭氧發(fā)酵的生物化學(xué)過(guò)程 ? 概述 ? 生物化學(xué)反應(yīng) (biochemical reaction) ? 厭氧分解 (anaerobic deposition)過(guò)程 （ 1）概述 ? 參與厭氧分解的微生物有 產(chǎn)酸菌 和 產(chǎn)甲烷菌 兩大類(lèi) ? 產(chǎn)酸菌能將復(fù)雜的有機(jī)物水解 ， 井進(jìn)一步分解為以有機(jī)酸為主的簡(jiǎn)單產(chǎn)物 ， 產(chǎn)酸菌屬于兼性厭氧菌 。 ? 近 20年來(lái) ， 我國(guó)許多城市相繼建成了大型厭氧發(fā)酵設(shè)施 ， 用來(lái)處理城市污泥和糞便 。 厭氧消化處理可以去除廢物中 10～ 50％ 的有機(jī)物， 并使之穩(wěn)定化 。 ? 由于厭氧發(fā)酵的產(chǎn)物是以 CH4為主要成分的沼氣 ， 故又稱(chēng)為 甲烷發(fā)酵(firedamp fermentation)。 ? 堆肥設(shè)備投資大 ， 產(chǎn)品的成本高 。 因此 ， 不能把推肥等同于傳統(tǒng)的農(nóng)家肥 ， 只能作為土壤的改良劑或調(diào)節(jié)劑 。 (3)堆肥的增產(chǎn)作用 ? 施用適宜數(shù)量的優(yōu)質(zhì)堆肥 ,一般均有較好的增產(chǎn)作用 ，并能提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)； ? 與化肥復(fù)合施用 ， 效果更佳； ? 但對(duì)于不同的農(nóng)作物 ， 增產(chǎn)效果并不一樣 。 (2)促進(jìn)植物根系增長(zhǎng) ? 堆肥本身是腐殖質(zhì) ， 能促進(jìn)植物根系的伸長(zhǎng)和增長(zhǎng) 。 當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)O2或 CO2的濃度沒(méi)有明顯變化則表明堆肥成熟 。 ? 耗氧速率表示單位時(shí)間內(nèi) O2濃度的變化 ， 以 Δ O2／ min表示， 當(dāng)耗氧速率變化平衡或無(wú)明顯變化時(shí)說(shuō)明堆肥已趨于成熟 。 ? 此法簡(jiǎn)單方便 ,適用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè) ， 但當(dāng)堆肥原料中淀粉含量較低時(shí) ，所測(cè)結(jié)果就不能充分地反映堆肥的腐熟程度 。 ? 具體測(cè)定方法 ? 將堆肥樣品放入高氯酸鉀溶液中 ， 經(jīng)攪拌 ， 過(guò)濾 、 用含碘液檢驗(yàn)濾液， 如果濾液變黃并略有沉淀物 ， 即表示堆肥已腐熟穩(wěn)定 。 淀粉消失法 ? 基本原理 ? 在正常堆肥發(fā)酵過(guò)程中 ， 隨著時(shí)間的推移 ， 堆肥中的淀粉由于微生物的分解吸收 ， 其含量將逐漸減少 。 ? 堆肥腐熟度的測(cè)定方法有多種 植物幼苗試驗(yàn)法 ， 耗氧速率法 、 CO2生成速率法 、 易分解有機(jī)物含量法 、 淀粉消失法 、 硝酸氮生成法 、 C／ N恒定法 、 氧化還原電位升高法 、 堿性基團(tuán)交換容量法等多種方法 。 故要求水分在 40％ 以下 ,袋裝堆肥的含水率應(yīng)低于 20％ ， 最好加工成顆粒肥 。 大量施用未完成腐熟的堆肥 ， 由于有機(jī)質(zhì)在土壤中的繼續(xù)分解 ，會(huì)造成植物根部缺氧而枯死 ， 農(nóng)業(yè)減產(chǎn) 。 因此 ， 要求堆肥產(chǎn)品中的 C／ N比應(yīng)低于 20(C／ N20)。 ? 此外 ， 堆肥化產(chǎn)品還應(yīng)滿(mǎn)足下列基本要求 。 (2)我國(guó)堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) ? 堆肥的成分和養(yǎng)分隨其所用原料 、 工藝及堆制周期不同而有差異 。 ， 無(wú)害化 ， 要求堆肥中的重金屬含量和致病微生物的數(shù)量必須低于一定的數(shù)量范圍 。 ? 堆肥原料的 C／ P一般高于此值 ， 排水污泥的 C／ P低 ， 可用來(lái)作為堆肥原料配料時(shí)的調(diào)整劑 ， 調(diào)整堆肥原料的 C／ P比 。 ? 最終成品的 pH=7～ 8。 ? 在堆肥初期 ， 由于有機(jī)酸的產(chǎn)生 ， pH值可降至 5以下 。 ? 美國(guó)環(huán)保局指出 ,用露天條垛式堆肥 ,最高溫度必須達(dá)到 55℃ 以上并至少維持 15天 ， 在密閉堆肥系統(tǒng)中 ， 在同樣的溫度下 ， 需要維持至少 3天 ， 就可以殺滅病原體 。 ? 另外 ， 大多數(shù)病原菌的滅活溫度高于 50℃ ， 因此 ， 堆肥溫度控制在 55℃ 左右 ， 并維持一定長(zhǎng)的時(shí)間 ， 對(duì)于提高堆肥化效率和堆肥產(chǎn)品質(zhì)量是適宜的 。 低于 35℃ 時(shí)堆肥效率不高 ， 在 55℃ 左右時(shí) ， 微生物活性最高 ， 有機(jī)物的分解效率也最高 。 ? 適宜的 CO2體積濃度為 3～ 6％ 。 ? 堆肥過(guò)程適宜的氧體積濃度為 14～ 17％ ， 最低不得10％ ， 一旦低于此限 ， 好氧發(fā)酵將會(huì)停止 。 ? 由于初始原料的 C／ N比一般都高于 26／ 1～ 35／ 1， 故應(yīng)加入氮肥水溶液 、 糞便 、 污泥等調(diào)節(jié)劑 ， 調(diào)節(jié)到 30／ 1以下 。 ? 成品堆肥的適宜 C／ N在 10／ 1～ 20／ 1之間 。 (4)碳氮比 (C／ N) (carbonnitrogen ratio) ? C／ N是影響微生物生長(zhǎng)的最重要的營(yíng)養(yǎng)因素之一 。 當(dāng)含水率 2％ 時(shí)， 微生物將停止繁殖 。 ? 適宜的有機(jī)物含量為 20～ 80％ 。 (2) 有機(jī)物含量 (anic content) 有機(jī)物含量太低不能提供足夠的能量 ， 影響嗜熱菌增殖 ， 難以維持高溫發(fā)酵過(guò)程 。 足夠小的粒度可以增加廢物與微生物及空間的接觸面積， 加快生物化學(xué)反應(yīng)速率； ? 理想的粒度是 25～ 75mm。（表中生產(chǎn)量應(yīng)為 t/） 圖 62 臥式堆肥發(fā)酵器 筒倉(cāng)式動(dòng)態(tài)發(fā)酵倉(cāng) 堆肥化的影響因素 影響堆肥化效果的因素很多，為了創(chuàng)造更好的微生物生長(zhǎng)繁殖和有機(jī)物分解的條件，在堆肥化過(guò)程中必須控制以下主要因素。 ? 該發(fā)酵器一般作為一次發(fā)酵器，出料送二次發(fā)酵。 ? 常用設(shè)備有 立式多段發(fā)酵塔 (漿葉式發(fā)酵塔 ) 立式多層移動(dòng)床式發(fā)酵塔 丹諾發(fā)酵器 （ 臥式回轉(zhuǎn)筒式發(fā)酵器 ） 筒倉(cāng)式動(dòng)態(tài)發(fā)酵倉(cāng) 立式槳葉式發(fā)酵塔 ? 原料從頂部給入 ， 中間的豎軸由底部電機(jī)驅(qū)動(dòng)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng) ， 并帶動(dòng)固定在豎軸上的槳葉對(duì)原料起攪拌作用， 發(fā)酵塔一般有 5層 ， 經(jīng)一定的機(jī)械作用 ， 沿各層相向位置的開(kāi)口逐層向下移動(dòng) ， 到達(dá)底部后經(jīng)螺旋輸送機(jī)排出； ? 發(fā)酵所需的空氣由風(fēng)機(jī)向各層輸送； ? 物料停留的時(shí)間一般 5～ 8天； ? 塔內(nèi)溫度分布由上至下逐步升高 ，即底部最高 。 ? 原料在一個(gè)專(zhuān)設(shè)的發(fā)酵裝置內(nèi)完成中溫和高溫發(fā)酵過(guò)程 。 ? 二次發(fā)酵一般在發(fā)酵倉(cāng)進(jìn)行 ， 10天左右 ， 可達(dá)到腐熟化 。 ? 采用該發(fā)酵工藝可露天進(jìn)行 ， 故又稱(chēng)為野積式堆肥或露天堆肥 ， 也有建堆肥倉(cāng)以進(jìn)行全天候生產(chǎn)的 ， 武漢 100t/d垃圾處理實(shí)驗(yàn)廠即采用該工藝 ， 并建有堆肥倉(cāng) 。 ? 后處理 (aftertreatment)：去除雜質(zhì) ， 進(jìn)行必要的破碎等處理 。 ? 一次發(fā)酵：好氧堆肥的中溫和高溫兩個(gè)階段中的微生物代謝過(guò)程稱(chēng)為一次發(fā)酵或主發(fā)酵 。 ???? ??????? HOHNOHCNOH COCHONH 42202143722 227533224 （細(xì)胞質(zhì)） 好氧堆肥工藝 ? 好氧堆肥工藝 ? 發(fā)酵工藝及裝置 （ 1）好氧堆肥工藝 典型的靜態(tài)好氧發(fā)酵堆肥工序包括三個(gè)部分： ? 原料預(yù)處理 (preliminary treatment)：分選 、 破碎 、 含水率和 C／ N比調(diào)整 。 氮在轉(zhuǎn)化為硝酸鹽后才能被植物吸收 。 ? 在溫度下降的過(guò)程中 ， 嗜溫菌又重新開(kāi)始活動(dòng) ， 進(jìn)一步分解殘留有機(jī)物 ，腐質(zhì)不斷增多 ， 且趨于 “ 穩(wěn)定 ” ， 堆肥便進(jìn)入腐熟階段 。 （ 圖 9一 1） 高溫階段 ， 微生物經(jīng)歷三個(gè)時(shí)期的變化后 ， 堆肥開(kāi)始形成腐殖質(zhì) ， 逐步進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài) 。 70℃ 以上時(shí) ， 大多數(shù)微生物均不適應(yīng) ， 其代謝活動(dòng)受到抑制 ， 并大量死亡或進(jìn)入休眠狀態(tài) 。 50℃ 左右時(shí) ， 嗜熱性真菌和放線(xiàn)菌都很活躍 。 此時(shí) ， 嗜溫菌受到抑制或死亡 ， 嗜熱菌大量繁殖 ， 逐漸替代嗜溫菌的活動(dòng) 。 ? 以細(xì)菌 、 真菌和放線(xiàn)菌為主的微生物在此階段迅速繁殖 。 ? 潛伏階段 ? 中溫階段 ? 高溫階段 ? 熟化階段 （ 1）潛伏階段 (溫度在內(nèi) 25℃ 以下 ) ? 此階段為堆肥化的初期階段； ? 是微生物適應(yīng)新環(huán)境的過(guò)程 ， 也叫馴化過(guò)程 。 堆肥化過(guò)程 (posting process) ? 堆肥化過(guò)程中發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng)是極其復(fù)雜的，目前尚難進(jìn)行精確的描述。 ? 霉菌屬好氧菌 ,而酵母在代謝活動(dòng)中表現(xiàn)出好氧和厭氧兩種特性。 細(xì)菌的含水率約為 80％ ， 有機(jī)物約占其總固體成分的 90％ 。 細(xì)菌一般只有 ～ lOμ m大小 。 最低 ℃ 適宜 ℃ 最高 ℃ 嗜溫菌 (mesophilic bacteria) 15—25 15—40 43 嗜熱菌 (thermophilic bacteria) 25—45 40—50 85 在堆肥化過(guò)程中起重要作用的微生物是細(xì)菌和真菌 。 （ 2）堆肥微生物 ? 好氧堆肥過(guò)程中 ， 參與有機(jī)生化降解的微生物有嗜溫菌和嗜熱菌兩種 。 ? 有的農(nóng)林廢物因表面布有眾多疏水性毛孔 ， 使微生物的分解作用十分緩慢 。 ? 人 、 畜 、 禽糞便 ? 一般顆粒較小 ， 含有大量的低分子化合物 ， 即人和動(dòng)物未能吸收消化的中間產(chǎn)物 ， 含水量較高 ， 可直接用作堆肥原料 。 ? 生活垃圾 ? 含有較多的不可堆腐的惰性物質(zhì) ， 因此必須進(jìn)行預(yù)處理 ， 去除這些惰性物后才能作為堆肥原料 。 ? ?)()(223222nxdnxbr