固体废弃物堆肥技术研究

王　鹏　王　璐　吴传鑫

（德州市环境保护科学研究所有限公司山东德州253000）

固体废弃物堆肥技术研究

王鹏王璐吴传鑫

（德州市环境保护科学研究所有限公司山东德州253000）

堆肥技术是处置固体废弃物的有效方法，可将一部分固体废弃物进行有效的利用。本文对几种常见的固体废弃物资源化处置技术的特点及存在的问题进行了分析和讨论，以及未来的发展方向。

固体废弃物；堆肥；技术

1　引言

固体废弃物的种类繁多，成分复杂，是造成环境污染的重要影响因素。随着居民生活水平不断的提高，固体废弃物的产量也在不断增加，而且其危害性也在不断提高。目前对固体废弃物进行处理主要方法有投弃海洋、焚烧、填埋和堆肥等。我国是一个农业大国，堆肥技术是一种有效的处理固体废弃物的手段。能适合堆肥处理技术的固体废弃物主要有城市生活垃圾、生活污水污泥、家畜粪便等[1]。堆肥技术是在微生物的作用下，将固体废弃物中不稳定的有机质转化为较稳定的有机质，将其中的挥发性物质含量降低，同时降低其臭味。此外，堆肥技术还能够杀灭废弃物中含有的一些病原菌、虫卵等。堆肥是一个复杂的过程，需要控制的因素很多，最为关键的因素是保持微生物的正常繁衍，使其能够进行稳定的生长和代谢，此外还需控制pH、温度、湿度等。

2　堆肥的影响因素

2.1原料

原料是堆肥处置过程中的主要部分，能作为堆肥技术原料的固体废弃物主要有生活污水处理厂污泥、城市生活垃圾、农业废物、畜禽粪便、餐厨垃圾等。不同的原料组成对堆肥的效果有着不同的影响。研究表明，生活污水厂污泥同甜高粱型农业废物进行混合堆肥，该组合产生的肥料质量最佳[2]。

2.2水分

不同的原料组成和堆体系统，所需的水分不同。例如采用条垛系统和反应器系统，堆肥过程中水分不易大于65%；而对于强制通风静态堆垛其水分不宜大于60%，但水分也不能太低，一般情况下不宜低于40%，否则会抑制微生物的生长；水分太高的缺点是会堵塞堆料的空隙，进而变成厌氧发酵。

2.3氧含量

氧含量是进行堆肥的主要影响因素，研究表明在堆体中空气氧的体积比例保持在5%～15%最佳，低于5%将会变成厌氧发酵，影响肥效；而高于15%会使堆体中大量的病原菌存活。

2.4碳氮比

堆体中碳和氮的比例是堆肥过程变化的显著特征。在堆肥过程中，碳源会转化为CO2和一些腐殖质；堆体中的含氮物质会以氨气的形式逸散或者转变为硝酸盐等，或者被生物吸收。一般情况下，堆肥中C/N比保持在20:1到30:1为最佳。其过高或者过低都会影响堆肥的效果[3]。

2.5温度

堆肥过程中最佳的温度范围为45℃～65℃；温度大于65℃时就会抑制堆体中微生物的生长。堆肥是一个进行放热的过程，如不妥善进行控制温度将会增加到75℃～80℃，大量的有机物将会被消耗，进而降低了堆肥的质量。

3　堆肥技术的种类及特点

堆肥技术是一项古老传统的固体废弃物处理技术，来源于人类对其和畜禽粪便的处置。堆肥主要是利用微生物对有机物的降解，以使有机物转化为无机物，此过程中微生物自身也得到增殖。在这个过程的同时微生物的新陈代谢活动，将一部分有机物同化，另一部分有机物被转化为无机物，释放出能量。微生物在此过程中进行了物理、化学和生物等转化。逐渐稳固，并形成腐殖酸，而后形成最终产品-肥料[3]。

按照堆肥过程中含有氧气的多少可分为好氧堆肥、厌氧堆肥和兼性堆肥三类。而根据堆肥技术的复杂程度，可分为条垛式堆肥系统、静态强制通风垛式堆肥系统和发酵仓式系统。

3.1厌氧、好氧堆肥技术

3.1.1厌氧堆肥技术

厌氧堆肥技术是利用微生物在厌氧或缺氧条件下对有机固体废弃物进行分解的过程，堆肥过程中有机物不能够完全被分解，而且还伴随着恶臭气体的溢出。

厌氧堆肥技术的原理：有机固体废弃物在厌氧条件下，利用微生物的分解作用将有机物分解的过程。这个过程是有机固体废弃物无害化资源化的过程。分解过程中主要的产物为甲烷和二氧化碳，甲烷是一种可利用的能源，二氧化碳是相对污染较低的物质。这个能源转化的过程中，大部分的能源转化到甲烷中，而只有一小部分转移到二氧化碳中。由于厌氧发酵过程中物质的代谢、转化以及生物群落之间的作用相当复杂，对其有机物转化的过程说法不一，主要有两阶段理论、三阶段理论和四阶段理论[4]。

厌氧堆肥的优点是在反应过程中能耗低，但是其缺点也是相当显著，就是有机物分解不彻底，还伴有恶臭气体，因此在实际中应用较少。

3.1.2好氧堆肥技术

好氧堆肥技术是指在有氧条件下利用好氧微生物对有机物进行氧化分解的过程。在该过程中有机物分解彻底，无恶臭气体产生，而且好氧堆肥化具有发酵周期短，无害化程度高，卫生条件好，易于机械化操作等特点，故国内外用垃圾、污泥、人畜粪尿等有机废物制造堆肥的工厂，绝大多数都采用好氧堆肥化。好氧堆肥过程中，有机固体废弃物中可溶性有机物可透过堆体中微生物的细胞壁和细胞膜进入微生物的体内被吸收，其中不能被直接吸收的有机固体废弃物吸附在微生物的体外，然后在微生物产生的胞外酶的作用下继续被分解，再被微生物所利用[5]。

好氧堆肥技术是一个复杂的微生物氧化分解过程，可分为三个阶段完成堆肥过程。（1）中温阶段：该阶段是好氧堆肥的初级阶段，堆体中基本保持中温的状态，其中嗜温型细菌最为活跃，且能够利用可溶性有机物大量的繁殖。（2）高温阶段：在嗜温型细菌的作用下，堆体的温度不断上升。当堆体的问题上升到45℃时，进入了下一个堆肥阶段，即高温阶段。（3）腐熟阶段：腐熟阶段属于堆肥的后期，大部分的可溶性有机物已被分解，堆体中只剩下难降解的有机物和一些新形成的腐殖质。这个时期微生物的活动频率较低，发热量开始减少，堆体的问题开始降低。

好氧堆肥技术中根据不同的供氧方式分为强制通风好氧堆肥和自然通风好氧堆肥。强制通风好氧堆肥是需要在外力的作用下，借助空压机或空气泵等的作用，是整个堆体保持在好氧的环境条件下，该方法能够有效的防止堆体内部出现缺氧或厌氧的环境，确保有机物的充分分解，其缺点是能耗高。自然通风好氧堆肥是利用自然的条件来保证堆体中的氧气含量，但是该技术会出现堆体内部供养不足的现象，使得有机物不能充分分解，影响堆肥效果，但其相比强制通风好氧堆肥能耗较低。

3.2条垛式、通气静态垛式、发酵仓堆肥系统

3.2.1条垛式堆肥

条躲式堆肥技术被认识距今最为古老的堆肥方式，即将堆肥物料以条垛状堆置,垛的断面可以是梯形、不规则四边形或三角形。它的填充量巨大，在运行时需要大量的人力和机械装置来给堆体进行供养[6]。一般条垛的形状是3m～5m宽,2m～3m高的梯形条垛。而最佳的条垛尺寸需要根据气候条件、翻堆的设备以及堆肥原料等一些条件而定。为了保证更好的堆肥效果，和对周围环境的保护，一般情况下条垛式堆肥都应堆在沥青、水泥或者其它坚固的地面上。

优点:（1）使用的设备简单，投资少；（2）水分散失快，堆肥易干燥；（3）填充剂易于筛分和回用；（4）堆腐时间相对较长,产品的稳定性好；

缺点：（1）条垛式系统占地面积大；（2）需要翻动堆体进行通气,耗费大量的翻堆机械及人力；（3）相对于其他堆肥系统,条垛式堆肥系统需要更频繁地监测,才能确保足够的通气量和温度；（4）翻堆会造成臭味的散失,污染大气环境；（5）条垛式在不利的气候条件下不能进行操作,受环境影响较大；（6）为了保证良好的通气条件,条垛式系统所需的填充剂比例相对较大。

3.2.2通气静态垛式堆肥

相比条垛式堆肥系统，通气静态垛式堆肥系统能够有效的保证温度。在堆肥过程中不需要物料的翻堆，是利用鼓风设备以及通气管路来保证堆体中的氧含量[7]。堆肥时在管路上铺设一层木屑或者其他物料，确保气体可以均匀的输送到堆体中，然后在填充物上堆放肥料进行堆肥。为了最大限度的减少对周围环境的影响，一般堆肥应设在沥青或水泥地面上进行,以防止渗滤液对土壤的污染或对地面的腐蚀。

优点：（1）投资相对较低；（2）温度能够得到更好的控制，产品稳定性好，堆肥时间较短；（3）占地面积小。

缺点：受气候条件影响大，例如在雨天会破坏堆体的结构；而相对条垛式堆肥冬季所受影响较小。

3.2.3发酵仓堆肥

发酵仓堆肥系统是一种自动化、机械化很高的堆肥方式。该堆肥技术是在部分或者全封闭的容器中，在一定的空气和水分条件下使物料进行生物降解和转化的堆肥技术。根据容器中物料流向的不同，可分为水平流向反应器和竖直流向反应器。在堆肥的整个周期中，堆肥的原料调理剂和膨胀剂，初始含水量和碳氮比，通气状况和温度均需要进行严格的控制，只有在最佳的工艺条件下才能最终达到提高发酵效率，这样才能保证堆肥产品的质量[8]。

优点：（1）占地面积小；（2）堆肥条件易控制；（3）堆肥过程不受外界气候的影响；堆肥过程中能够对废气进行收集，减少了对环境的二次污染；（4）发酵仓中的余热能够进行回收利用；

缺点：（1）设备要求高，投资大；（2）堆肥周期短，产品具有潜在的不稳定性；（3）依赖机械化设备的程度高，设备一旦出问题，直接影响堆肥的效果。

4　结语

堆肥技术是固体废弃物无害化、资源化利用的重要措施。大量的实践表明有机质能够从根本上改变土壤的性质，能够为农作物的生长提供必要的N、P、K等元素，有效的调节植物的生长。但是我国目前的堆肥质量不高，堆肥中有大量的玻璃、砂石等杂质，直接影响堆肥的效果。因此应加大力度改善前期的垃圾收集、分类等设施和技术。同时不断的发展新型的堆肥技术，提高堆肥的利用效率。

[1]李影,焦素芝.怎样用酵素菌制秸秆堆肥[J].新农业,2003,(3):1.

[2]黄得扬,陆文静,王洪涛.有机固体废物堆肥化处理的微生物学机理研究[J].环境污染治理技术与设备,2004,5(1):12-18.

[3]梁丽,赵秀兰.污水厂污泥堆肥前后养分及重金属的变化[J].环境科学与管理,2006,31(31):63-65.

[4]张荣成,李秀金.作物秸秆能源转化技术研究进展[J].现代化工, 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,黄国和,袁兴中,等.堆肥环境生物与控制[M].北京:科学出版社,2006.

[8]李健,张峥嵘,黄少斌,等.固体废物堆肥化研究进展[J].广东化工, 2008,1(35):93-96.

王鹏（1987—），男，山东青州人，本科学历，主要从事环境影响评价工作。