城市垃圾好氧堆肥化处理技术

摘要：好氧堆肥化是城市固体废物资源化处理利用的有效途径之一，其关键技术是如何为微生物繁殖生长提供良好的环境。堆肥水分含量、pH值、C/N值、C/P值、通气量等均影响堆肥化的进程和效率。文章主要阐述了堆肥过程的主要技术要求及其调控方法。
关键词：城市垃圾；好氧堆肥；微生物；腐熟度
0前言
据统计，2000年我国城市生活垃圾清运量已达1.44亿t，而且以每年10%的速度增长[1]。城市垃圾的堆肥化(composting)是目前广泛采用且能够有效处理生活垃圾的方法之一，堆肥是利用微生物人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的微生物反应过程。在生物化学反应过程中，垃圾中的有机物与氧气和细菌相互作用，析出二氧化碳、水和热，同时生成腐殖质，用作土壤改良剂或肥料。好氧堆肥是依靠专性和兼性好氧细菌的作用降解有机物的生化过程。此法有机物的分解速度快，堆肥所需天数短，臭气发生量少[2]，目前国内许多城市都开展这方面的工作。
1好氧堆肥及堆肥主要技术措施
城市垃圾堆肥化处理技术包括分选处理系统、有机物好氧发酵系统和有机复合肥配制系统，堆肥过程实质是一个微生物学处理过程，在一定的温度和pH值下，通风供氧，利用好氧嗜温菌与嗜热菌对其中有机物进行生物化学分解，使之变成稳定的有机质，并利用发酵过程中产生的温度杀死有害微生物以达到无害化卫生指标的处理技术。现代化的好氧堆肥技术是保证堆肥效果的关键，堆肥的主要技术措施主要有堆肥有机物含量、堆肥适合的含水率的调整、建立合适的通风系统、C/N比及C/P比的调整、最佳温度控制、适宜pH值等。
2好氧发酵过程的重要影响因素
2.1一次发酵
我国的城市垃圾堆肥厂的一次发酵大多是好氧发酵，好氧发酵的反应可用下式表示：
CsHtNuOr.aH2O+bO2－CwHxNyOz.eH2O+dH2O+eH2O+gNH3+Q
从反应式可知，生活垃圾在通氧条件下，经好氧微生物分解成堆肥和渗沥水，同时有废气排出和热量释放，为杀死垃圾中的致病菌和寄生虫卵创造有利条件。采用机械强制通风，发酵10d左右。影响有机废物发酵的因素主要是有机质含量、湿度(含水率)、碳氮比、堆肥过程的氧浓度和温度以及pH值。生活垃圾堆肥过程必须定时监控影响有机废物好氧发酵的诸因素，如果发现其中某一因素其适宜范围，必须及时调整，以使有机废物生物降解过程能顺利进行。
2.1.1堆肥有机物含量
生活垃圾适于堆肥的有机物含量为20%～80%，以40%～60%较好。当有机物含量低于20%时，不能提供足够热能供嗜热菌繁殖，难以维持高温发酵；当有机物含量高于80%，堆肥过程需氧气，在供氧不足时会发生厌氧过程。
2.1.2堆肥适合的含水率
堆肥中有机物的分解、微生物的生长繁殖，水是不可缺少的条件。含水量最大值取决于物料的空隙容积。据研究[3]，对于含纸高的城市垃圾堆肥，50%～60%的含水量最有利于微生物分解。水分超过70%，温度难以上升，分解速度明显降低，这是由于水分过多，使堆肥物质粒子之间充满水，有碍于通气而造成厌氧状态，不利于好氧微生物生长并产生H2S等恶臭气体。水分低于40%，不能满足微生物生长需要，有机物难以分解。根据国外研究结果，在进行有机物与污泥混合堆肥时，仍能保证堆肥过程顺利进行的最低含水量为40%。因此，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，生物活性就基本停止。
2.1.3堆肥适合的C/N
微生物的生长速度与堆肥物料的C/N有关。微生物自身的C/N为4～30，因此，作营养基的有机物的C/N也最好处于该范围内。C/N为10～25时，有机物的降解速度最大。在堆肥过程中微生物以碳作能源，并构成细胞膜，随后以CO2形式释放出来，氮则用于合成细胞原生质。因此发酵后物料的C/N值将会减少，一般下降6%～14%，最高则可下降27%以上。在成品堆肥施用时，如果其C/N值过高，易引起土地氮饥饿，影响土壤肥力。因此，要求成品堆肥C/N值为10～20。据此可推算出，城市垃圾堆肥原料配制的最佳C/N值为25～30。
2.1.4堆肥适合的C/P
除碳和氮外，磷对微生物的生长也有很大的影响。有时，在垃圾中添加污泥进行混合堆肥，就是利用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。
2.1.5堆肥适宜的氧浓度
生活垃圾堆肥过程还需要适宜的氧浓度(14%～17%)。氧浓度过低需要强制性通风，以不断补给氧气，激发好氧菌的活性，否则因氧不足将使好氧菌生长受抑制，使好氧发酵停止。若氧浓度过高，则应减少风量至氧浓度适宜为止。据资料[3]研究，为保证微生物足够的氧浓度，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。
2.1.6堆肥适宜的温度和pH值
垃圾堆肥过程适宜发酵温度以35～55℃为宜。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。有机废物发酵过程适宜的pH值为6.5～7.5。在堆肥初期，由于酸性细菌的作用，pH值降到515～610，使堆肥物料呈酸性；随后，由于以酸性物为养料的细菌的生长和繁殖，导致pH值上升，堆肥过程结束后，物料的pH值上升到815～910。当pH值过高(pH>9)或过低(pH<4)时，会减缓微生物降解速度，需要及时调整堆肥的pH值。