固体废弃物污染控制工程概论 固体废弃物类型、来源和性质 如同污水和废气那样，固体废弃物主要产生于人类的生产和生活，即人类在从事工农业生产以及交通和商业等活动中，一方面生产出有用的工农业产品的同时有一部分资源未被有效利用而作为固体废物加入环境，如采矿业未被利用的尾矿、大米加工中未被利用的稻壳、肉联厂排放的动物皮毛、宾馆和饭店废弃的泔脚等；另一方面，许多物品和材料被人使用后因为破、旧或超过使用年限而被废弃，如饮料瓶罐、破旧衣以及使用一定年数后的建筑物也会变成固体垃圾。还有，污染净化和环境治理过程中也可能产生大量的固体或半固体的废弃物(通常称为二次污染物)，如各种烟气干法除尘过程中产生的粉尘、湿法除尘中产生的粉尘污泥，污水处理过程中产生的大量化学污泥和生物污泥等。 固体废弃物的危害性主要表现在：1)侵占土地：1991年我国单是工矿业固体废弃物累积堆放量为59.6亿T，占地50539 ha。城市郊区设大面积累积处理场，侵占农田。2)污染土壤：工业固体废弃物中含有大量有害化学物质，经过风化、雨雪淋溶和地表径流的侵蚀，化学物质大量进入土壤环境，破坏了土壤固有的生物、化学和物理环境，使得土壤成为草木不生的死亡之地。在我国被工业废渣污染的农田达25万亩。20世纪中叶如美国的房产开发商曾经在工业废物填埋场上建造居民点，使得居民饱受臭气熏天、地下室渗漏污水横溢的痛苦，最后不得不将该居民点废弃。3)污染水体：固体废物随天然降水和地表径流、地下水以及刮风进入江河湖海，污染水体。如美国新泽西州的农药厂由于填埋工业有害固体废物(含砷)、缅因州因为垃圾填埋场等造成其下游的河流和湖泊饮用水源被严重污染，而不得不花很高费用对污染环境进行长时期的净化和修复。我国一家铁合金厂的铬渣堆放场由于缺少防渗漏措施使得附近饮用地下水源遭受严重污染。4)污染大气：有些有机性固体废弃物经过微生物分解后释放出大量的有害气体，另外病原微生物与灰尘随风扩散，进一步恶化了大气环境质量。固体垃圾在焚烧过程中产生大量的粉尘和有害气体，如不妥善处理处置，也会污染大气，如焚烧后废气中的二恶英等。如表5－1所示是主要的固体废弃物类型、来源和性质。 表5－1 固体废弃物的类型、来源和性质 行业 部门 废弃物 来源 性质   工 矿 业 冶金 高炉渣 炼铁 无机废物、性质较稳定、成分较单一、有毒重金属对环境危害性较大、适用于回收利用    钢渣 炼钢，包括铁杂质、炉衬、造渣剂     赤泥 铝氧生产     有色渣 重金属冶炼    能源 煤渣 煤炭燃烧 无机废物、性质较稳定、量大、化学危害性较小、回收利用介质不及冶金废渣。废石膏造成农田和土壤板结。    粉煤灰 燃煤电厂    化工 废石膏 磷酸盐生产     硫铁矿渣 硫酸制造 同冶金废渣    废催化剂 各种催化反应过程中 无机废物、成分较单一、量小、有毒重金属对环境危害性较大、适用于回收利用    含油污泥 石油炼制 有机废物、耗氧性质、对农田和土壤危害性较大、流动性    盐泥 烧碱和纯碱生产 无机废物、成分较单一、危害性较大、流动性   食品和水产加工 动物的皮毛、骨、内脏、粪便；植物的皮、壳、根、核； 微生物发酵污泥和废渣 肉联厂、水产加工厂、碾米厂、油脂加工厂、酒厂、酱油厂 主要为有机废物、成分复杂、典型耗氧性质、极易腐败变质带来严重的卫生学问题，较难回收利用   采矿 各种围岩和尾矿 煤矿、铜矿、铜矿、石灰石开采 无机废物、量大、成分较复杂、大量侵占土地和农田、造成局部塌陷和污染地下水、较难回收利用  城建 房产开发、市政建设、建材 水泥粉尘、碎砖石、渣土、砖石、泥浆和污泥 建筑工地、水泥厂、砖瓦厂、自来水厂 无机废物、量大、大量侵占土壤和农田、较难回收利用  农 业 农作物种植和基本加工 作物的秸秆、根、茎、叶、皮、壳、核 庄稼收割和粗加工过程中留下的秸秆、茬、根；粮食加工过程中排出的谷屑、下脚料 有机性质、耗氧性质、热值高、量大、较适用于综合利用  商业 商店、超市、饭店和宾馆 各种包装物、泔脚  包装物种类繁多，易于回收利用；泔脚属于有机性质、强烈耗氧、易于腐败、造成严重的卫生学问题，可以综合利用  居 民 活 动 城镇和农村的住宅 一般生活垃圾(厨余、瓶罐、废纸)、粪便；废旧电器、家具和衣物等 人们的衣食住行 成分复杂、性质多样、较难收集与回收  环 保 污水厂 多种废渣和污泥 格栅栅渣、沉砂池污渣、初沉池无机污泥、二沉池和消化池有机污泥、化学混凝的化学污泥 含水率高、流动性、量大；有机性污泥不稳定、耗氧、造成严重的卫生学问题；较难回收利用   废气处理 粉尘和污泥 各种除尘设备 一定的流动性；较稳定；金属污泥和粉尘危害性较大   固体废物污染的特点和控制方法 如同污水、废气那样，固体废弃物也属于对环境造成污染和危害的主要物质之一，其产生和来源、污染和危害性质、收集和运输以及回收利用、处理和处置上与污水以及废气有一定的共同点，但同时也具有其自身独特之处，而且固体废弃物的污染及其控制与前二者具有一定的相关性，深度了解和认识这个问题对进一步掌握固体废弃物的污染特点以及做好其污染控制十分必要，如表5－2所示。 表5－2 固体废弃物和水、气污染及其控制比较 比较内容 相同点和关联性 不同点  来源 人们的生产与生活 产生的具体途径和场所不同  收集和储存 采用一定的设备、装置和管道进行收集和储存，收集和储存可以采取就地单独收集或合并收集。 废气量大，难以储存，一般不进行压缩；污水和污泥难以压缩，通常采用池或罐进行收集储存；垃圾和废渣一般进行压缩，呆滞性大，通常采用桶、箱进行收集和储存，成分复杂的生活垃圾收集程序和措施十分复杂  输送与排放 专用的管道和运输机械 废气、污水和污泥的流动性大，一般采用专用的管道和相应的动力设备(泵与风机)进行输送；垃圾和废渣的流动性差，一般采用专用车辆和皮带运输机输送和排放  回收利用 废物(气、液、固)中含有有用物质或资源，如热能、水资源和其它有用物质 废气和污水中有用能源、资源和物质含量相对较少；固体废弃物是能源、资源和物质的浓缩，通常回收利用价值较高  污染与危害及其关联性 都可能具有卫生学危害、耗氧性质、环境累积和“三致”效应、生态学破坏等。废气治理中可能产生废渣和污水，酸雨污染土壤和水体；污水处理中产生废气和污泥；固体废弃物的淋溶导致水体和土壤污染，粉尘飞扬和垃圾臭气污染大气 污染对象：废气造成大气污染；污水造成水体污染；固体废弃物侵占土壤和农田，污染物含量高，但流动性较差  处理与处置及其关联性 分离和转化中所包含的一切物理、化学和生物学方法与技术。湿法废气净化产生的污水处理；垃圾淋溶产生的渗滤液处理；污水处理中产生的污泥和废渣的处理和处置；污水和垃圾处理中产生的废气净化 具体设备、装置、工艺流程和设计运行上以及最终出路上。废气处理有除尘器、吸收塔等设备和装置，最终出路为大气；废水处理有格栅、沉砂池、沉淀池、生化池等设备和构筑物，最终出路为天然水体；固体废弃物处理有筛分、破碎和浓缩及脱水等设备以及焚烧等装置，最终出路为填埋等  固体废弃物的处理方法主要有： 物理方法：包括压缩、破碎、分选、浓缩、脱水、包埋、吸附、萃取等。固体废弃物中有用物质的回收来源往往是通过物理方法实现的。热处理包括焚烧、热解、湿式氧化以及焙烧等方法达到减容、无害化和综合利用的目的。而采用固化方法可以将固体废物固定或包覆起来以降低其危害性。 化学方法：破坏废物中的有害成分降低毒害性或转化为有利于进一步处理的形态。常用的方法有：石灰稳定、湿式氧化、铁氧体固定等。 生物方法：利用微生物活动对废弃物中污染物进行转化，常用的有：垃圾和有机污泥的堆肥，人畜粪便的厌氧消化和除臭、垃圾渗滤液的生物处理等。 固体废物的最终处置：属于污染控制的末端环节，解决固体废物的归宿问题。包括陆地处置和海洋处置两种类型：施肥、土地填埋、焚烧、深井灌注以及投海等。 5，回收利用：如同废气和污水治理那样，固体废弃物的处理处置更应该做好废物的资源循环和回收利用，资源循环和废物利用应从单一的末端治理与回用向前转移到生产的前端，即：做好清洁生产，把综合利用贯穿于资源的开发和生产的全过程。 第三节 固体废弃物的预处理 固体废弃物在进行处理处置以及回收利用之前应该进行必要的预处理以便于回收利用、降低污染负荷以及减少运输、处理和处置费用。预处理方法有：收集和运输、压实、破碎、浓缩、脱水、分选等 收集和运输 固体废弃物的类型和产生途径不同，则其收集和运输的方式也不同。 对废物量大的工业企业，一般都有自己专门的堆场和相应的收集和运输措施。对于生活垃圾和商业垃圾，我国一般又当地的物资回收站或废品收购站负责收集与运送以及回收，其收集的废物品种十分繁多，按照废物类型及其最终利用途径分为：黑色金属、有色金属、橡胶、塑料、纸张、破布、麻、棉、牲骨、人发、玻璃、油脂、化工废料等16类约1000多个品种，这种实践在我国已经实行多年，效果很好，如上海市1983年物资回收公司的回收总量为166万T，其中工业废料占85％，20世纪80年代中期上海市的郊区乡镇电镀厂产生的电镀废渣和废液一般由专门的厂家进行收集、再加工和利用，有效地防止了污染的扩散，并获得了一定的经济收益。 城市垃圾中，商业垃圾和建筑垃圾原则上由各单位自行清除，大型的土建项目均按照有关规定使用运输车辆将渣土及时收集运送进行土地回填或用于绿地建设等。有卫生设备的住宅其粪便一般先进入室外化粪池经过预处理后进入污水厂处理，公共厕所和倒粪池的粪便由分片的环卫车定期抽吸、运输和集中处置。家庭生活垃圾在清除之前，通常进行分类收集，也可以由拾荒者从垃圾桶、垃圾箱和垃圾场中进行分离收集并卖给物资回收站和废品站。许多发达国家提倡和实行生活垃圾的袋装化，可以有效地减轻臭气和蚊蝇孳生，还可以减少垃圾装卸时间并便于回收利用，垃圾的袋装化在我国一些城市已经逐步推广实行。有些居民小区还规定了垃圾投放时间，以减少对环境卫生的影响。 工矿业产生的大量固体垃圾和废渣可能采取火车及皮带运输机进行输送，含水较多的污泥可能采取管道或渠道输送，而城市垃圾则一般采用专门的车辆运送，在河网密布的城镇也可以采用水运。在上海市许多环卫站、所设有专门的垃圾运输队伍和车辆，河岸设有倒粪站并配备有专用船只，靠近水体的污水厂还设置有专门的倒泥码头和运泥船，局部地区设置有垃圾中转站，依次完成各种垃圾的收集、储存和运输。 压实 在固体废弃物运输和处理处置前通常采用一定的方法对其进行压实或压缩，以减小其体积和重量，便于装卸、运输、储存和处理处置。在垃圾运输过程中，有些垃圾车本身同时具有垃圾压实功能，操作机械化程度也较高。 压实适用对象是固体废弃物中压缩性能大、复原性能小的物质，对于污泥和油污等一般不宜进行压实处理。 压缩设备主要有：三向联合式压实机和回转式压实机等，如图5－1和图5－2所示。 图5－1 三向联合式压实机 图5－2 回转时压实机 图5－3 城市垃圾压实机 破碎 对固体废弃物进行破碎目的是：减小体积，便于运输和储存；为分选创造必要条件；提高比表面积，便于焚烧、热解和熔融以及生物处理；便于回收利用；防止对后续处理设备的破坏与堵塞。 破碎方法有压碎、劈碎、折断、磨碎和冲击破碎等，破碎方法的选择和物料性质有关：对坚硬废物采用挤压破碎和冲击破碎；对韧性废物采用剪切破碎和冲击破碎以及磨碎；对脆性废物采用劈碎和冲击破碎。如下图5－3、5－5和5－5以及5－6、5－7是几种常用破碎机：鄂式破碎机、锤式破碎机、剪切式破碎机和球磨时破碎机以及湿式磨破碎机。 图5－4 锤式破碎机 图5－6 旋转式剪切机 图5－7 球磨式破碎机 在高温钢渣的破碎过程中还可以使用煮沸破碎法，其做法是向高温钢渣中泼水碱性冷却降温。由于钢渣的导热系数小，当大量冷水喷入热渣后钢渣表层受激冷，温度急剧下降，而其内层由于未受到喷水继续保持高温，于是在钢渣表层产生巨大的拉应力导致其背面开裂。随着喷水的碱性，钢渣的开裂由外而内逐渐深入，最后导致整块钢渣破碎。另外，由于钢渣中存在大量的氧化钙和硅酸二钙等物质在煮沸过程中发生化学反应导致体积急剧膨胀使得钢渣内部产生应力，加速了钢渣的破碎。 浓缩和脱水 在废水或废气处理的过程中往往产生大量的污泥。对于城市污水处理而言，其产生的污泥总量约为所处理污水的0.5％左右，但其处置费用却与污水处理费用相当。一些工业废水过程中产生的污泥含有大量有毒有害物质，如不妥善处置将对环境仍然构成很大的潜在污染。 污泥其所含主要按成分划分有有机污泥和无机污泥。典型的有机性污泥如城市污水厂的活性污泥、生物膜污泥和消化污泥；典型的无机污泥如电镀废水处理中的重金属污泥。在城市污水厂，按照污泥产生的按来源，污泥(渣)可分为栅渣、沉砂池沉渣、初沉池污泥、二沉池剩余活性污泥和消化污泥等。 含水率是污泥重要指标，含水率高低不仅影响污泥的流动特征和输送，也影响污泥的稳定性(有机性污泥)以及处置费用。对含水率很高的污泥，如污水厂生物污泥，其密度与水相近，因此污泥的体积和含水率以及质量之间存在如下换算公式。 V1/V2=W1/W2=100-p2/100-p1=c2/c1 (3－41) 式中：V1、V2为脱水前后污泥的体积(L) W1、W2为为脱水前后污泥的质量(kg) p1、p2为脱水前后污泥的含水率(％) c1、c2为脱水前后污泥的质量浓度(mg/l) 污泥中含有大量的水分，如城市污水厂剩余活性污泥含水率为99.5% 左右。污泥含水率太高导致污泥体积过大，给后续的处理和装置造成困难，而且不利于污泥的稳定以及最终综合利用。污泥脱水的方法主要有：浓缩、机械脱水和干化以及焚烧等。浓缩主要脱除污泥中的颗粒的间隙水(一般占污泥总含水的70％左右)，机械脱水主要脱除污泥的颗粒间隙水和毛细水，干化主要脱除污泥的毛细水和结合水。 表5－3 污泥的脱水方法、设备和效果 脱水方法 脱水设备 脱水后含水率(％) 脱水后外观  浓缩法 重力、气浮和离心浓缩 95～97 近似糊状  自然干化法 自然干化场、晒砂场 70～80 泥饼状  机械脱水 真空吸滤法 真空转鼓、真空转盘 60～80 泥饼状   压滤法 板框压滤机 45～80 泥饼状   滚压带法 滚压带式压滤机 78～86 泥饼状   离心法 离心机 80～85 泥饼状  干燥法 焚烧法 各种干燥设备 各种焚烧设备 10～40 0～10 粉状、粒状 和灰状  1，浓缩脱水 污泥的浓缩方法有重力浓缩法、气浮浓缩和离心浓缩三种。 (1)重力浓缩 重力浓缩池类似于污水处理的沉淀池(如图所示)，浓缩池大多为辐流式，其泥斗多为多斗式(浓缩后的体积仍然庞大)。重力浓缩池的附属设备有刮泥机或吸泥机、搅动栅。搅动栅的作用是浓缩时每个栅条后可形成微小的涡流，以促进细小的SS絮凝，并可形成空穴以促进间隙水释放和气泡的逸出，提高浓缩效果、缩短浓缩时间。 重力浓缩池的设计停留时间为9－12 h，设计池表面水力负荷率为1.2～1.6 m3/m2.h(初沉池污泥)、0.2～0.4 m3/m2.h (二沉池污泥)，设计表面固体负荷率为3.9～5.9 kg/m2.h(初沉池污泥)、0.5～1.5 kg/m2.h (二沉池污泥)。经过重力浓缩后，初沉池污泥的含水率降低到90％～95％(体积减少3～5倍)，二沉池污泥含水率降低到97％～98％(体积减少2～3倍)，消化池污泥含水率降低到88％～92％(体积减少2倍左右)。 图5－8 重力浓缩池 (2)气浮浓缩 气浮浓缩脱水的基本原理与污水的气浮法处理相同。与重力浓缩相比，污泥的气浮浓缩的脱水效果更好，浓缩后污泥不易腐化，适用于有机污泥的浓缩。污泥的气浮浓缩需要制作大量的溶气水，能耗较高。 污泥的气浮浓缩分离室池表面水力负荷率为1.0～3.6 m3/m2.h，分离室池表面固体负荷率分别1.8～2.0 kg/m2.h(活性污泥)、5.0～6.0 kg/m2.h(初沉池污泥)。城市污水厂的活性污泥经过气浮浓缩后其含水率可由99％降低到95～97％左右；其体积减少到原来的1/2～1/4。 (3)离心浓缩 离心浓缩的关键设备为离心机。常用的污泥浓缩离心机有转盘式、篮式和转鼓式三种。 表5－4 几种主要型式的离心机及其浓缩性能 污泥种类 离心机 处理量 (l/s) 浓缩前含水率 (%) 浓缩后含水率 (%) 固体回收率 (%)  剩余活性污泥 转盘式 9.5 99～99.3 94.5～95 90  剩余活性污泥 篮式 2.1～4.4 99.3 90～91 70～90  剩余活性污泥 转鼓式 0.63～0.76 98.5 87～91 90  表5－5 各种污泥浓缩方法的比较 优点 缺点  重力浓缩法 储存污泥的能力高； 操作要求低； 运行电耗少 占地面积大； 浓缩后的污泥含水率仍然较高； 会散发一定的臭气  气浮浓缩法 浓缩后的污泥含水率低； 占地少； 不散发臭气； 能去除油脂 运行费用较高； 污泥储存能力小  离心浓缩法 设施紧凑，占地最少； 没有臭气问题 处理能力有限； 电耗较高； 对操作的要求较高  2，机械脱水 污泥的机械脱水是使用专门的脱水机械，在过滤介质(网、布、管、毡)两侧形成压差(正压或负压)造成脱水的推动力从而将污泥中的水分部分脱除。其中，形成正压差的称为压滤脱水，如板框压滤机、带式压滤机等；形成负压差的称为吸滤脱水，如真空过滤机。 图5－9 板框压滤机 图5－10 带式压滤机工作原理图 图5－11 带式压滤机的多孔滚筒 板框压滤的特点是过滤的推动力大，构造简单，但不能象真空和带式过滤机那样连续工作，脱水后的卸泥方式有人工卸泥和自动卸泥两种。板框压滤机的过滤压力为4～5公斤，对于活性污泥的处理能力为2～10 kgSS/m2.h，对于消化污泥的处理能力为2～4 kgSS/m2.h，过滤周期为1.5～4h。 在污泥的机械脱水之前，往往要对原污泥进行预调理以降低污泥的过滤比阻、改善污泥的内部结构，提高脱水机械的工作效率。常用的污泥调理方法有：投加化学混凝剂(主要是无机的铁盐和铝盐)、添加助滤剂(如木屑、石灰、粉煤灰等)和热处理以及冷冻处理。 表5－6 经过化学药剂调理后板框压滤机的脱水性能 污泥种类 原污泥 含水率(％) 压滤周期 (h) 化学调理剂用量(g/kgSS) 经调理压滤后 含水率(％) 未经调理压滤后 含水率(％)     三氯化铁 氧化钙 粉煤灰    初沉污泥 90～95 2 50 100 0 55 61  活性污泥 95～99 2.5 75 150 2000 55 63  消化污泥 90～94 1.5 50 100 1000 50 62   带式压滤机有辊压式和挤压式两种型式，靠辊压力或滤布张力的相互挤压使得污泥脱水，其动力消耗少，污泥的投加和泥饼铲除均可连续进行。辊压带的上层为金属丝网、下层为滤布带。污泥先经过浓缩阶段使得其失去流动性，再进行挤压脱水。其泥饼含水率一般为75～80％。 真空过滤机有折带式真空过滤机和盘式真空过滤机等形式，由真空过滤机、真空泵、空气压缩机(用于吹脱泥饼)等组成。真空过滤机的表面固体负荷率为：初沉污泥30～50 kg(干污泥)/m2.h；活性污泥为10～15 kg(干污泥)/m2.h，消化污泥为为15～25 kg(干污泥)/m2.h。脱水后的泥饼量较大时，要考虑皮带运输。滤液中含有的气体可用滤液罐排除。转鼓真空过滤机的工作过程包括三个阶段：滤饼形成阶段、吸干阶段、反吹阶段。 3，干化脱水 污泥的干化脱水在干化场中进行，干化场按照其滤水层的构造来分有：自然滤层干化场和人工滤层干化场两种。前者适宜于自然土质渗透性能良好、地下水位低、渗水不会污染地下水的地区，如我国的西北地区。其他地区则采用人工滤层干化场。 图5－12 污泥干化场示意图 污泥干化场的脱水作用主要靠三个方面：重力过滤、日晒和风吹和撇除，其中过滤、渗透脱水一般在污泥进入干化场后的2～3天内完成，此时污泥含水率降低到85％左右，然后主要靠蒸发作用进一步脱水。其基本组成有：不透水底板、滤层、布泥系统、排水系统、泥饼的铲除与运输系统、围堤和隔墙。滤层由砂或矿渣和卵石组成，其砂层厚度一般为20～30 cm，在每次铲除泥饼时也会铲除一定的砂层，故要经常补充砂量；砂层之下为卵石层，起到承托作用，厚度为20～30 cm。当干化场渗水可能污染地下水时，应在砂床下面设20～40 cm的夯实粘土层或10～15 cm厚的素混凝土的不透水层，不透水底板应有0.01～0.02的坡度坡向排水管。在卵石层中间敷设10 cm管径的排水管，其间距为3 m左右，坡度采用0.002～0.003，排水管的起点覆土厚度(管顶到砂层距离)不小于1.2 m。砂床常用土堤或板墙分隔成若干单元，以适宜运行时的需要，顺序使用各分块，这样铲除泥饼较方便，干化场利用率高。泥饼的铲除与运输方式取决于泥饼量的多少和进一步处置的方式。对于小型污水厂，可采用人工铲除泥饼，板车运输。中大型污水厂，泥饼多用污泥提升机铲除并用皮带输送。 在多雨和严寒地区，干化场上方应建玻璃棚进行覆盖，以减少气候对污泥脱水的影响。在干化场运行时，每次灌泥厚度为20～30 cm，待污泥表面出现裂纹、含水率降低到75％左右时，即可予以铲除。干化场从灌泥、干化脱水到铲泥，完成一个工作周期。 影响污泥干化场脱水的因素主要有：地区气候如降雨雪量、云层覆盖情况、气温、相对湿度和风速；污泥性质，对于比阻大、粘稠和含水率高的污泥，在排入干化场时其水分不易从稠密的污泥层中渗透下去，往往形成沉淀而分离出上清液，此时用撇水调节窗进行脱水。在雨水多的地区也可使用撇水窗撇除污泥面上的雨水。 城市污水处理厂，其污泥干化场每年可望工作6～10次、每次工作周期为35～60天左右，按此计算每m2的干化场每年可接受污泥1.2～2 m3 (干化场的表面负荷率)。 4，烘干脱水 通过机械或干化场脱水后，污泥的含水率为45～70％左右，其体积仍然很大。在经过烘干后含水率可进一步减到30％左右。常用的干燥设备有：回转圆筒干燥器、急骤干燥管、带式干燥器等。 表5－7 三种污泥干燥设备及其脱水性能 回转圆筒干燥器 急骤干燥管 带式干燥器  热气体温度(℃) 干燥后含水率(％) 干燥时间(min) 热效率 120～150 15～20 30～32分钟 低 530 10％ 少于1分钟 高 160～180 10～15 25～40 低  表5－8 干燥温度与污泥热分解的关系以及各种干燥器的比较 干燥温度℃ 干燥时间(分钟) 臭气发生情况 热分解程度  250－300 200－250 180－220 150－190 140－170 140以下 3－6 5－10 10－20 25－40 长时间 长时间 强烈的臭气 较重的臭气 稍许臭气 几乎没有臭气 没有臭气 没有臭气 发生强烈热分解【 发生热分解 发生少量热分解 不分解 有机物稳定 有机物稳定  五、分选 固体废弃物分选的目的是便于回收和分类处理处置。分选的方法有：筛选、重力分选、磁力分选、电力分选、浮选等，依据物料性质(颗粒粒度、密度、磁性、电性、弹性以及表面润湿情况)进行具体选用。 1，筛滤分选 筛滤分选又称为筛选，其基本原理是利用筛孔将固体废物中 粗、细物质分离开来。 影响筛分效率的因素：固体废物的性质(粒度及其分布、含水率)；筛分设备性能(筛网类型：棒条、钢板冲孔、钢丝编织：钢丝编织网表面积最大，筛分效率高；筛网运动方式：固定筛、转筒筛、摇动筛、振动筛：振动筛效率最高，固定筛最低，筛面倾角以15 o－20o为宜)；筛分条件(均匀给料、及时清理和维修筛面)。 筛分设备：固定筛(格筛)、滚筒筛或转筒筛、惯性振动筛、共振筛。如图5－13所示。 图5－13 共振筛 2，重力分选 按照介质的不同，重力分选又分为：重介质分选、跳汰分选、风力分选和摇床分选等。其共同废热作用原理是：固体废物中的颗粒之间存在密度差、过程在运动介质中进行、在重力和介质动力以及机械力的综合作用下使得颗粒松散并按照密度分层，彼此分离，并获得密度不同的产品。 重介质分选 密度大于水的通常称为重介质，其密度要比颗粒中轻物质小、比颗粒中重物质大，使得轻物质和重物质依据密度差在分离过程中各自聚集在分离设备的上部和下部，得以分离。 对重介质的要求：密度高、粘度低、化学稳定性好(不和其它物质反应)、无毒、无腐蚀性、易于回收和再生等。一般可以投加加重质如硅铁颗粒和磁铁矿来制备重介质。常见设备为鼓型重介质分选机：如图5－14所示。 图5－14 鼓型重介质分选机 跳汰分选 在垂直变速介质流中按照密度差异分选固体废物。分选介质为水，固体颗粒分布于跳汰机的筛板上，从筛板下面周期性地供给上下交变的水流使得固体颗粒床层分散并按照密度分层，其中上层的轻物料随水流带走成为机外轻产物，下层的重物料或透过筛孔或通过特殊的排料装置排出成为重产物。在跳汰分选设备中，可以用隔膜或空气流的间歇运动来提供分选的脉冲型动力。 图5－15 隔膜鼓动式跳汰机 风力分选 类似于污水处理的沉淀池或烟气处理的重力除尘器。以空气作为分选介质，在气流作用下使得固体废物依照密度不同而彼此改变了相对位置。按照气流方向，分为：水平流分选机(卧式)和垂直流分选机(升流或立式)。如图5－16、5－27所示。 图5－16 卧式风力分选机工作原理示意图 给料 接除尘器 空气 重质组分 中重质组分 轻质组分 图5－27 立式曲折型风力分选机 摇床分选 类似于农民筛米的筛子。在一个倾斜的床面上借助床面不对称的往复运动和薄层斜面水流的综合作用使得细小的固体颗粒按照密度差异在床面上形成扇形分布的集中区而与其它组分分离。目前主要用于从煤矸石中风力获得硫铁矿。 3，浮力分选 浮力分选又称为浮选，在滚筒废物与水调制的浆料中加入浮选剂，并通入空气形成微小气泡使得被浮选位置粘附于气泡上随气泡上升于表面成为泡沫而分离回收。浮选剂有捕收剂、起泡剂和调整剂三类。捕收剂：选择性地吸附在被分离位置的表面，使得被分离位置的疏水性增强，提高可浮性。包括两亲分子异极性捕收剂(黄原酸盐)和非极性油类捕收剂(脂肪烷烃和环烷烃，常用的有煤油)。从煤矸石中回收黄铁矿，常用黄原酸盐作为捕收剂；而从粉煤灰中回收炭则常用煤油作为捕收剂。起泡剂：表面活性剂在水－气界面上形成许多微小气泡，并且防止气泡兼并，增大分选面积，提高气泡与颗粒粘附的稳定性，形成泡沫层。常见的起泡剂有：松油、松醇油和脂肪醇。调整剂：有活化剂(促进捕收剂与被分选物质的相互作用，提高颗粒的可浮性。如硫化钠、硫酸铜)、抑制剂(削弱非选物质与捕收剂之间的作用力，抑制其可浮性能。如水玻璃、单宁、淀粉)、介质调整剂(调整浆料的性质，如改变浆料的离子组成、pH和可溶盐的浓度，使得浆料对分选被选颗粒更为有利。如酸、碱)、混凝剂(促进细小微粒的凝聚，提高浮选效果。如石灰、明矾、聚丙烯酰胺等)。浮选工艺：浆料调制、加药调整、充气浮选。浮选法的主要缺点：物料浮选前需要破碎和磨碎到一定程度；需要配制成浆料；浮选剂做成污染、需要一套浓缩、过滤、脱水和干化的过程与设备。 4，磁力分选 利用固体废弃物中各组分之间存在磁性差异而进行的。 图5－18 颗粒在磁选机中分离的原理 5，电力分选 利用滚筒废弃物中各组分在高压电场中导电性能的差异而实现分选的一种方法。废料由滚筒的转动进入电晕电场区，由于空间带电荷使得导体、半导体和非导体均获得电荷。其中，导体颗粒一面荷电，一面放电，直至负电荷全部释放而带正电荷，带正电荷的导体颗粒被滚筒(带正电荷)所排斥，结果在电力、重力和离心力的作用下先行被分离进入导体斗。而半导体以及非导体颗粒由于带有较多负电荷，与滚筒之间的静电引力较强，难以从滚筒上脱落下来而分别在后续的半导体出口以及非导体出口分离出去。 图5－19 电选分离过程示意图 ＋ 空气 导体 半导体 非导体 图5－20 固体废弃物分选回收综合系统 固体废弃物的稳定化和无害化处理 稳定化 广义上讲，固体废弃物的稳定化使得其中各种化学组分易于变化的性质得以稳定以及减轻对环境的危害性等的所有方法。但传统意义上，固体废弃物的稳定化主要包括：有机污泥的生物法和化学法稳定。其中，生物消化稳定包括污泥的厌氧消化和好氧消化以及堆肥；化学稳定包括污泥的石灰稳定和湿式氧化稳定。稳定化的同时具有无害化的作用。 有机垃圾和污泥的生物稳定与堆肥 (1)污泥的厌氧消化稳定 对于含有机成分较多的城市污水厂污泥，可以采用厌氧消化法进行处置。这不仅将改善污泥的卫生状况、脱水性能，而且还能生产一定的沼气，达到废物利用目的。 有机污泥的厌氧消化情况与高浓度有机污水厌氧消化类似，其相同内容不再赘述。 经过两级消化后污泥的含固率可提高到8％左右，大量病原微生物被杀灭，污泥的有机质含量降低，比阻下降。 (2)污泥的好氧消化稳定 当污泥量不大时(<18000 t/d的处理能力)，采用厌氧消化法不仅装置复杂、投资大，而且沼气收益很小。好氧消化也是污泥稳定的一种方法，在较小规模的处理情况下它不仅具有初投资少的优点，而且操作简单、不产生臭气、消化后的上清液中污染物浓度低。好氧消化时，微生物首先消耗污泥中的有机物，并在持续曝气下进入自身氧化(内源呼吸)阶段。好氧消化的不足之处在于运行能耗较高。 (3)有机垃圾和污泥堆肥 堆肥化处理技术具有悠久的历史，对堆肥技术进行科学探讨开始于1920年，英国农学家艾．霍华德在印度发明了印多尔堆肥法，但仅限于厌氧发酵。随后，贝盖洛尔建立了以促进堆肥的好氧发酵为目的的贝盖洛尔堆肥法。从此，世界各国对有机固体废弃物的堆肥化技术进行了系统的大规模的研究，并取得了很大的发展。目前，我国在上海、杭州、无锡等地建立了具有一定处理能力和机械化程度的高温好氧堆肥试验工厂。 有机垃圾和污泥的堆肥法通过许多学科的综合运用，借助于混合的微生物群落在特定的环境中对多相的有机物进行分解，将污泥改良成稳定的腐殖质，用于肥用或土壤改良。由于堆肥化技术在实际应用中可以达到“无害化”、“减量化”、“资源化”的效果，并且具有经济、实用、不需外加能源、不产生二次污染等特点。因此，70年代后，引起了世界各国的广泛重视，并迅速成为环保领域内的一个研究热点。尤其在近代，围绕着处理城市垃圾和污泥等固体有机废物，堆肥化技术得到了很大的发展。好的垃圾堆肥，对改善土壤结构、培养土壤肥力确实能起到较好的作用，可望为“生态农业”的发展做出贡献．因此，采用传统的堆肥法，结合生物技术手段高效处理有机垃圾，即可减轻环境污染负荷和二次污染，又可生产有机肥，是固体废弃物和垃圾综合利用的一个重要方向。目前，世界上已经有数百座污泥堆肥化处理设施和数种堆肥化工艺投入使用。 堆肥化(Composting)是在人工控制条件下，使来源于有机固体废物进行生物稳定的作用的过程。这个定义有三层的含义，首先，强调作为堆肥化的原料是来自生物的固体废物；第二，强调这一过程在人工控制条件下进行，既是采取有效措施促进生物分解，说明它不同于卫生填埋、废物的自然腐烂与腐化等形式的分解；第三，强调这一过程发生“生物稳定”作用，既讲明了堆肥化的实质是生物化学过程，又讲明了实现无害化的条件，所谓稳定是相对的，是指堆肥产品对环境无害，并不是废物达到完全稳定。堆肥主要依靠细菌、真菌等微生物的作用，促进生物降解的有机物转化为稳定的腐殖质的过程，促进了自然界的物质循环。通过堆肥化，我们可以把有机物转变为有机肥料，有效地防止土地肥力下降；同时堆肥过程中释放出热量能够有效消灭各种病源微生物和植物虫害、草籽、昆虫和昆虫卵，并大大的降低废气物的恶臭散发。 图5－21 小型垃圾处理机 堆肥类型 堆肥化系统有三种分类方法。按需氧程度区分，有好氧堆肥和厌氧堆肥；按温度区分，有中温堆肥和高温堆肥；按技术区分，有露天堆肥和机械密封堆肥。习惯上都按好氧堆肥和厌氧堆肥区分。好氧堆肥是指在有氧的环境下进行有机基质的分解，生物代谢的主要产物是CO2、水和热；厌氧堆肥是有机物在缺氧的情况下分解，生物代谢的最终产物是CH4、 CO2和无数的中间产物，如低分子量的有机酸等。 现代化堆肥工艺，基本上都是好氧堆肥。这是因为好氧堆肥温度高、基质分解比较彻底、堆制周期短、异味小、可以大规模采用机械处理，并能更有效的防止二次污染等优点。厌氧堆肥是利用厌氧微生物完成分解反应，空气与堆肥相隔绝，温度低，工艺比较简单，产品中氮保存量较多。它与好氧堆肥相比，每单位重量有机物分解释放的能量明显要少些，厌氧堆肥由于许多中间代谢物的性质缘故，会产生更多的恶臭。因而普遍采用好氧堆肥。 好氧堆肥原理与过程 典型的好氧堆肥过程包括矿化的生物转化，可通过如下反应式表达： 有机废弃物+ O2 微生物的代谢作用 稳定的有机残渣+ CO2 +H2 O+能量 (5－1) 如下图5－24所示为堆肥化系统的主要组成部分示意图。在所有供料组分进入堆肥化设备之前，都予以存放、计量和预混合。 图5－22 堆肥化系统的主要组成部分示意图 回流堆肥产物 水 污泥饼供进 在堆肥堆肥过程中一方面借助堆肥产生的高温有效的杀死病源微生物及各种蠕虫卵；另一方面通过添加反稀释剂、调理剂、膨胀剂以改善污泥的进一步腐殖化，植物可利用的养分增加，重金属的生物利用性降低，大大地提高了肥料的利用价值。污泥堆肥在城市园林绿地施用，可促进树木、花卉及草坪的生长。污泥堆肥可改善土壤的理化性状，施用一个生长季节后，土壤容重下降，持水量、孔隙度及渗水率有所增加；而对环境质量的影响很小，随之带入的盐分和重金属对植物无危害，NO3--也不污染地下水。 堆肥的全过程主要分为：中温阶段、高温阶段、降温和腐熟阶段。随着温度的变化，微生物相也发生改变，通常表现为： 细菌、真菌 　　纤维素分解菌　　　　放线菌　　　木质素分解菌 长期以来，关于堆肥法的微生物生化机理，特别是生化反应的计量学，一直缺乏深入的认识。对好氧堆肥，生化反应的计量方程式一直采用与沿用的方程式为： 　　CwHxOxNz．aH2O + bO2 CαHβOεNδ．cH2O + dH2O (5－2) 　　(堆肥原料) 　 (堆肥产品)　　　(水汽) 在工程实际中，一般 CαHβOεNδ．cH2O／　CwHxOxNz．aH2O＝0.3～0.5。 微生物通过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并放出生物生长活动所需要的能量，把一部分有机物转化合成为新的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多的生物体，可用反应式分别表示为： a,不含氮有机物（CxHyOz）的氧化 CxHyOz + （x+1/2 y-1/2 z）O2 X CO2+1/2 H2O+能量 (5－3) b,含氮有机物（CsHtNuOv.aH2O）的氧化 CsHtNuOv.aH2O(原料)+ bO2 CwHxNyOz(产品)+CH2O+eH2O+fCO2+gNH3+能量 (5－4) C,细胞质的合成(包括有机物的氧化，并以NH3作氮源) nCxHyOz+NH3+(nx+ny/4-nz/2-5x)O2 C5H7NO2(细胞质)+(nx-5)CO2+1/2(ny-4)H2O+能量(5－5) d,细胞质的氧化 C5H7NO2(细胞质) + 5O2 5CO2+H2O+NH3+能量 (5－6) 好氧堆肥实际上是一种好气性固体发酵。其发酵条件只要应该满足以下要求：微生物接种量1%～5%，含水量50%～60%，营养配比要求C/N=20～35，C/P=75～150，温度50℃～70℃，足够的空气量，pH维持在中性左右。 堆肥时的微生物反应和液体发酵时的微生物反应是相似的，也是一种氧化还原反应。它的复杂性无非表现在不同的反应阶段由不同微生物相起主导作用，且由于是固体发酵，垃圾原料成分复杂等，使发酵周期较长。作为一种生物氧化—还原反应，堆肥过程中的电子供体不只限于含氮有机物，还应包括大量的碳氢化合物和垃圾中本来已有的或堆制过程中发酵产生的有机酸。 好氧性堆肥从堆积到腐熟的微生物生化过程是复杂的，根据温度变化，大致分为三个阶段(三温阶段)，每一阶段各有其独特的微生物类群。 ①中温阶段（产热阶段） 堆制初期，堆层呈中温（15～45℃）。此时，嗜温微生物活跃，利用可溶性物质糖类、淀粉不断增殖，在转换和利用化学能的过程中产生的能量超过细胞合成所需的能量，加上物料的保温作用，温度不断上升。此阶段微生物以中温、好氧型为主，通常是无芽孢细菌。 适于中温的微生物种类极多，其中主要以细菌、真菌、放线菌为主，这些微生物豆油分解有机物的能力，不仅对于不同的温度有各自的适应性，而且对于不同的化合物的适应也各不相同，如细菌特别适应水溶性单糖类，放线菌和真菌对于分解纤维素和半纤维素物质具有特殊的功能。 ②高温阶段 当堆肥温度升高到45℃以上即进入高温阶段。从废物堆积发酵开始，不到一周的时间，堆温一般可以达到65℃～70℃，或者更高。在这一阶段，嗜温性微生物受到抑制甚至死亡，嗜热性微生物逐渐代替了嗜温性微生物的活动，堆肥残留的和新形成的可溶性有机物质继续分解转化，复杂有机化合物如半纤维素、纤维素和蛋白质等也开始被强烈分解。在高温阶段中，各种嗜热性微生物的最适温度是不相同的，在堆肥温度上升时过程中，嗜热性微生物的类群和种类是互相接替的。通常，在50℃左右进行活动的主要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，仅为嗜热性放线菌和细菌的活动；温度上升到70℃以上时，对大多数的嗜热性微生物已不适宜，微生物大量死亡或进入休眠状态。 根据微生物活性，可将其在高温阶段的生长过程分为3个时期，即对数时期、减数时期、内源呼吸期。对数增长期：此时嗜热性微生物处于对数增长期，营养过剩，其活性增长速度与有机物浓度无关，仅与温度及供氧量有关。减数增长期：在易分解和部分较难分解有机物不断消耗和新细胞不断合成后，有机物含量急剧下降，直至有机物不再过剩，且成为微生物进一步生长的限制因素时，嗜热微生物便从对数增长期过渡到减数增长期，此时微生物增长速度将直接与剩下的营养物浓度成正比。内源呼吸期：此时继续通入空气，微生物仍不断进行代谢活动，但因堆肥中易分解和部分较难分解有机物几乎耗尽，微生物代谢进入内源呼吸期。虽然在有机物充足时内源呼吸也存在，但细胞的合成远大于消耗，故表现不明显；而在内源呼吸期则不然，因为此时微生物已不能从其周围环境获得足够的能量以维持生命，于是开始显著地代谢自身细胞内的营养物质。随后，微生物在维持其生命中逐渐死亡，细胞内部分酶分解细胞壁的某些部分，营养物质便离开细胞本体向外扩散，以提供给活着的微生物较多营养。此时，细胞的生长虽没有完全停止，但被细胞分解率所超越，致使微生物量减少。由于此时能量水平低，耗氧量减少，故通气量亦可减少。在高温阶段微生物活性经历了三个时期的变化后，堆积层内就开始发生与有机物分解相对立的另一过程，即腐殖质的形成过程，堆肥物质逐步进入稳定状态。 ③降温阶段 在内源呼吸后期，微生物活性下降，发热量减少，温度下降，嗜温性微生物再占优势，使残留的难降解的有机物进一步分解，腐殖质不断增多并且趋于“稳定”，此时堆肥即进入腐熟阶段。降温后，需氧量大大减少，含水量也降低，堆肥物孔隙增大，氧扩散能力增强，此时只需自然通风。 堆肥化开始，温度慢慢上升，嗜温菌较为活跃，大量增殖，在转换和利用有机物的化学过程中，有一部分变成热能，加上堆肥物料具有良好的保温作用，温度不断上升，不到1周，即可达到65～70℃或者更高。到达此温度时，嗜温细菌受到抑制，甚至死亡，除残留的和新形成的可溶性有机物质继续分解转化外，复杂的有机物象半纤维素、纤维素和蛋白质也受到分解。在好气堆肥化过程中，固体废物中各种有机物分解的难易程度不同，糖分、淀粉最容易被微生物分解利用脂类物质抗微生物分解的能力不大，能够分解；纤维素和半纤维素具有中等程度的抗微生物分解的能力，也能够分解；木质素抗微生物分解作用的能力最强，不容易分解。在好气性堆肥化过程中，由于好气微生物赖以存活的氧气有限，一旦耗尽，好气微生物便濒于死亡，故需采用通风或翻堆以供给氧气。有机物经过高温发酵需氧量逐渐减少，如果堆制过程处于最佳状态，温度便持续下降，表明堆肥化过程即将告终。当温度稳定在40℃左右时，堆肥基本达到稳定，形成腐殖质。上述过程称为前期发酵或动态发酵。国外是将发酵开始以后l周左右基本达到稳定的物质送到发酵室堆积，使其中的有机物腐熟(熟化)，这一过程称为后期发酵阶段，亦称静态发酵。静态发酵一般不需通气，每隔1～2周，可翻动1次。 为了防止具有恶臭的硫醇、甲硫醚、二硫化物及二甲胺等生成物的挥发，需在堆上覆盖一层熟化后的堆肥，厚度约为30cm。静态发酵时间范围比较宽，大约7～120d。生态动力学研究表明，好氧分解中发挥主要作用的是菌体硕大、性能活泼的嗜热细菌群。这类菌群分解有机物的作用是在大量氧分子存在下将有机物氧化，其氧化作用主要在细胞线粒体中进行，并且伴随着大量的能量产生。 3)堆肥中的微生物 堆肥物料中一般均含大量的微生物群，当提供适宜条件时，微生物生长迅速，形成一个正反馈回路，即中温微生物数量增长促进温度增高；但是，当达到不适于中温微生物生长的温度时，则变为负反馈机制:升高的温度抑制中温微生物数量的进一步增长，并使其生长减慢或结束。这时，嗜热微生物逐渐取代了中温微生物，重又形成一个高温阶段的正反馈回路：即高温微生物数量增长促进温度升高；同样，当温度过高时，也会抑制高温微生物数量的进一步增长，从而又形成负反馈机制。结果，温度最终将稳定在某一范围内。尽管在堆肥过程中会存在某些极端嗜热菌，但它们并不在制热过程中起作用。 堆肥微生物的来源主要有两方面：一方面是加入上次堆肥反应后的保留原料；另一方面是人工加入纯的商业菌株，这些菌种对堆肥有机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，能够加速堆肥反应的进程，缩短堆肥反应的时间。接种保留堆料有利于增加堆肥过程中高温细菌和高温放线菌的数量，从而提高堆肥降解效率。 堆肥中含有的微生物种类主要有细菌、真菌、放线菌，有时还有酵母菌和原虫等。在堆肥过程中，随着有机物的降解，堆肥微生物在数量和种群上也随之发生变化，如下图所示： 堆肥过程中，微生物演替迅速，温度在几天内即可达到适宜的高温，由于受高温所限，此阶段微生物群落的多样性相对较低，但微生物活性却较大，当有机物耗尽时，微生物进入内源呼吸期，温度下降，中温微生物又重占优势，腐殖质增多，堆肥产品稳定。最后，还会出现一些高级生命形式，如昆虫、蚯蚓、甲虫物种多样性开始恢复，这时的堆肥生态系统已经成熟或达到顶级。 4)影响好氧堆肥化的因素 如上所述，堆肥化过程是可腐有机物在微生物作用下的分解、稳定化的过程。因此该过程与微生物的生殖繁衍有直接的关系。影响微生物生殖繁衍的因素很多。对好氧堆肥而言，有温度、原料的碳氮比、碳磷比、水分、供氧状况、pH值以及颗粒度等。 ①碳氮比(C／N) 微生物在新陈代谢和新细胞物质的合成中，需要多种营养元素(C、N、P、K、Co、Mn、Mg、Cu、Ca等)。碳在微生物新陈代谢过程中约有2／3变成二氧化碳被消耗掉，有l／3用于细胞膜的合成，所以碳被称为细菌生长的“能源”。氮主要用于细胞原生质的合成。 在堆肥过程中，基质的C／N值对分解速度有重要的影响。根据微生物平均计算结果，每合成1份体质碳素，要利用约4份碳素作能源(对好氧堆肥的微生物而言，供作能源的碳，都以CO2的形式释放到大气中去了)。以细菌为例，细菌本身的C／N值为4～5：1，而合成这样的体质细胞还要利用16～20份碳素来提供合成作用的能量。故他们进行生长繁殖所需的C／N值是20～25℃，而真菌的C／N值约为10：1，对它们而言适宜的C／N值应为26～30。 考虑到堆肥过程中热量的损失，堆肥基质的最佳C／N值在26～35之间。C／N超过35，可供消耗的碳元素增多，氮元素相对缺乏，细菌和其他微生物的发展受限，有机物的分解速度就慢，发酵过程就长。此外，C／N值过高，容易导致成品堆肥的C／N值过度，使之陷入所谓的“氮饥饿”状态，则堆肥施进土壤后，将夺取土壤中的氮素，从而影响作物的生长。但若C／N值低于26，可供消耗的碳素过少，氮素相对过剩，则氮容易变成氨气而损失掉，从而降低堆肥的肥效。 为了保持堆肥过程中有较高的分解速度和在堆肥成品中有合适的C／N值(一般为15～20：1)必须调整好堆肥原料的C／N值，调整的方法通常是在垃圾(C／N值较高)中加入人粪尿、牲畜粪便或城市污泥等，使之调节至30以下。另外有研究表明，C／N值随发酵时间的增长而变大。 当有机原料的C／N为已知时（可通过分析测出），可按下式计算所需添加的氮源物质的数量： 式中：K——混合原料的C／N，通常取最佳范围值，配合后为35：1 C1、C2、N1、N2——分别为有机原料和添加物料的碳、氮含量 ②温度 温度是影响微生物活性的最显著因素，对堆肥反应速率起着决定性的作用，常常作为堆肥中微生物生化活动量的宏观指标。每种微生物都有其最适宜的活动温度，温度过高或过低都会影响微生物的生长与活动，生活垃圾中有着多种微生物。一般说来，中温菌最宜温度为30℃～40℃；高温菌最宜温度为50℃～60℃。污泥中的细菌和各种寄生虫卵对污泥的农用产生很大的危害，因此需要考虑把这种有害的物质除掉或降到不至于对土壤和作物产生影响的地步，这也是污泥必须实施无害化的原因所在。由于高温条件下基质的分解速度较中温下要快，且高温对杀灭病源菌、寄生虫、虫卵、孢子等有利，故一般多采用高温堆肥。下表为一些细菌和各种寄生虫卵在不同温度下被杀死的时间。在实际堆肥发酵过程中，由于堆肥发酵周期较长，完全可以杀死各种有害微生物。 表5－9 病菌在不同温度下被杀死的时间  病菌种类 不同温度下被杀死时间(min)   45℃ 50℃ 55℃ 65℃ 70℃  赤痢菌 0.5      活蛔虫卵  60 7    白喉菌   45    牛流产杆菌   60 3   沙门氏杆菌   30    病毒     25   温度控制与垃圾成分、含水量、微生物活性、通风量、C／N比等因素有关。还与堆肥过程的热散失有关。温度主要是利用通风量进行调节的。 ③水分 因微生物只能从溶解性培养料中吸取营养，以维持其生存和繁殖，所以堆肥原料的含水率对发酵过程影响很大，水在堆肥过程中的主要作用是：溶解有机物，参与微生物的新陈代谢；可以调节堆肥温度，若堆肥温度过高时，水分蒸发，带走大量的热，使温度得以降低。 维持适当的水分标准是均衡堆肥化过程的各种因素的一种有效的方法。水分的多少应保证微生物的生化反应能以合适的速率稳定的进行。实验证明，堆肥原料水分含量，控制在50％～60％(重量)为宜，55％左右最为理想，此时微生物分解速度最快。如果含水率过高，由于原料被紧缩或其内部游离空隙被水充填，使游离空隙率降低，影响空气的扩散，使有机物供氧不足，微生物的活性降低，出现厌氧状态。因不能保持好氧细菌的新陈代谢，分解速度降低，并产生硫化氢等恶臭气体。试验研究证明，中等含水量垃圾均能进行中温活性菌和高温活性菌发酵，而含水量高的垃圾，中温活性菌发酵速度很慢，其发酵时间为中等含水量垃圾的3～4倍。因含水量高的垃圾，即使保持良好通气，但因发酵时产生的热量多半消耗于水分蒸发，若无特别加温手段，要达到高温活性菌的发酵温度是困难的。调节高含水量垃圾的方法可采用机械压缩进行脱水，使脱水后垃圾含水率在60％以下。另一方面，若含水率低于30％，因水分太少，妨碍微生物的繁殖，使分解速度相当缓慢，甚至导致了分解反应停止进行。通常，堆肥原料的含水率均低于最佳值50％～60％(重量)。 水分在堆肥污泥中存在的方式是多种多样的，除具有结合水分、毛细水分、溶胀水分、附着水分外，主要是以自由水分存在。在堆层中，污泥颗粒间隙应为气相保证供氧。当水分增大充满颗粒内部并溢到粒子间隙中时，通气受阻，水分从堆层中渗出。为了提供给堆层中以充足的氧气，堆肥前期的预处理及工艺控制是十分重要的。 对于解决污泥含水率过高的问题有许多有效的方法，可利用回流堆肥的干物料，如加锯末、粉煤灰和垃圾等，也可通过机械搅拌以调节堆肥起始含水率。 添加的调节剂和垃圾的重量比，可根据下式求出： M＝Wm-Wc／Wb-Wm (5－8) 式中： M—调节剂与垃圾的重量（湿重比） Wm、Wc、Wb—分别为混合原料含水率、垃圾含水率，调节剂含水率。 添加任何一种填充剂或调理剂都会使堆肥成本提高，也会增加堆肥后的筛选工作。因此，可选用另外两种基本方法，即：空气干化或加热干化。 表5－10 适用于堆肥物料的干化方法一览表 空气干化 通过强化的自然蒸发以相对湿度<100%的环境空气完成干化。一般在干旱气候或湿气候的干月份有效 1.露天干化     将堆肥撒进条垛中，定期翻动以改善与环境空气的接触.在干旱气候下是一个简单的和能量利用率高的方法    2.发酵仓干化     将堆肥放进发酵仓内，用强制通气供给环境空气。容易收集排气并能处理和通过排气管消散  加热干化 用加热的环境空气，热的燃烧尾气或流体(例如蒸气)去除水分，能简单地使用一般热干化系统，加热环境空气到10～20℃的范围，以降低相对湿度，通常供热来自矿物燃料或废热源替代 1.发酵仓干化系统     直接接触式：用加热的环境空气或其他排气，直接接触物料 间接接触式：用加热的流体穿过热交换器表面，间接接触湿物料，通常使用蒸汽加热    2.加热熟化堆     一些较新的设计包括使用加热环境空气的熟化堆强制通气设施，可用来自堆肥化过程的热废气由热交换提供热量  前者取决于表面蒸发，变成相对湿度〈100%的周围空气。此两者的主要手段对选择都是有用的。空气干化系统能量利用率高，但在干燥气候下或湿润气候的干化期才最有效。通常这就意味着需要大的储存构筑物，用以在湿天气存放堆肥，等到气候条件允许时，再来干化。开式空气干化是非常有效的一种方法。反应器干化减少了场地的要求，可收集和控制潜在的排气臭味。其能量要求比开式空气干化的情况要高，但是用压成颗粒的堆肥可将能量保持在合理的限度内。这样一来就增大了空隙通道的尺寸，并减少了横过发酵仓的压头损失。 热干化能排除有赖于外界空气条件的影响，并提供了一种能在任何气候状况下生产干化产品的设备。热干化最不利是消耗大量的能量。由于堆肥化过程本身具有很大的干化潜力，其次的能量要求将显著地低于常规脱水泥饼的热干化要求。堆肥化接着热干化组成了和谐的系统，从而能在所有气候和最低地依靠外能源条件下生产所期望的最终产品。 污泥中有机物的生化分解依赖于其中含有微生物赖以生存的水分，无论是有机物的水解还是消化都离不开水分。在堆肥的整个过程中含水率始终变化，总的变化趋势是经历了开始的上升阶段，随后出现下降的趋势，伴随着第一次倒垛后，污泥的含水率急剧下降，再以后趋于平缓。其原因主要是因为堆肥初期污泥中有机物质在好氧的情况下分解，原有机物中的机构附者水分，毛细管水分和部分溶胀水分开始渗出，加上微生物消化所产生的水分使堆肥的含水率增加。同时，渗出液在重力作用下向堆层下部渗透，而引起整个堆层水分的重新分布。从整个堆肥过程来看：在阳光充足少雨的季节进行大面积晾晒，是含水率下降到60%左右时可进行污泥的直接堆肥。在多雨或环境温度比较低的季节里，可利用干化污泥与原污泥进行混合堆肥，以保证堆肥生产的连续性。起始含水率对堆肥的峰温和堆肥的周期是至关重要的，应以50%～60%的含水率的污泥进行堆肥，有利于迅速达到有效温度55℃以上。在堆肥发酵过程中，水分的变化与有机物的降解及温度的变化相关联。水分的蒸发是堆层降温的主要原因，因此当堆层由于热惯性降温比较困难时可过量通风以调节含水率，使堆温得以控制。避免过高产生副作用。 ④通风供氧 通风供氧是好氧堆肥的基本条件之一，通风的目的是向好氧微生物供氧，满足有机物强化分解期间对氧的需要。氧或空气受到堆肥化物质的加热，并从中排除水分，干化了堆肥物料，使堆肥产品的含水率降低。无论是自然通风或是强制通风，都必须满足好氧微生物对氧的基本需要，并要求堆层的各部位氧的含量均匀一致，以防止局部因缺氧而发生厌氧发酵。在机械化堆肥生产系统里，要求至少50％氧渗入堆肥原料的各部分，空气的供应量一般应在理论空气供应量(2m3/kg)的两倍以上。好氧堆肥的供氧方式有翻堆通风、风机供风、插入风管通风等。 好氧性堆肥化生产体系中氧的吸收率是衡量生物氧化作用过程，以及有机物分解程度的一项重要参数。在露天堆积法中，氧的吸收率的测定比较困难；对于机械化的连续堆肥生产系统，可以通过测定排气中氧的含量，确定发酵器内氧的浓度和氧的吸收率，也可以通过测定排气C02的浓度作为氧的吸收速率的参数。排气中氧的适宜体积浓度值是14％～17%，如果降到10％，好气发酵将会停止。如以排气中CO2的浓度为氧吸收率参数，CO2的体积浓度要求为3％～6％。 堆层中氧的浓度和耗氧速率能表征微生物活动的强弱和有机物的分解速度。通过做有机物含量——耗氧速率变化实验可知，微生物的耗氧速率一般在发酵反应的60～80小时达到峰值；在200小时左右时进入初步稳定阶段，耗氧速率变化缓慢。实验还表明，堆肥原料中有机物的含量不同，其耗氧速率也不同，有机物含量越高，耗氧速率上升越快。到达峰值的时间越短。 有关研究指出：堆肥过程适宜的氧浓度为14％～17%，最低不应小于10%，一旦低于此限，好氧发酵将会停止。此外，由于氧气转变为当量的CO2，故可用CO2的生成速率来表征堆肥的耗氧速率。 根据对氧的浓度和CO2的浓度的变化进行跟踪实验，并且对个别堆肥进行了好氧速率的测定，从中可以大致了解微生物在堆肥期间对氧的需求情况，并可了解有机物的分解状况。对于纯污泥堆肥，伴随着前期温度上升阶段，堆层中氧含量逐渐增大，同时发生的CO2量也相应加大，有机物分解反应速度加快。大部分易分解的有机物如糖类及简单的饱和烃类物迅速分解，反应速率达到最高。堆肥的中后期温度下降后，其降解速率明显平缓。这主要是因为对于纯污泥堆肥，用于堆肥的污泥在脱水之前已经经过中温厌氧消化，大部分有机物已经被中温厌氧细菌所降解消化。在堆肥期间的有机物降解主要集中在堆肥前期，即温度最高阶段，这期间主要是高温菌对部分有机物在高温下进行降解，所以堆肥前期的氧消耗比中期大，堆层中的氧浓度前期比较小而中后期逐渐趋向空气中的氧浓度。所以，在污泥的堆肥过程中起主要作用的是高温菌株。 堆肥发酵的本质是利用微生物对污泥中的有机物分解，使污泥进行好氧堆肥达到无害化、稳定化。有机物被微生物氧化分解的结果：1/3氧化为无机物并释放能量，2/3通过生物降解为中间的代谢物，并合成新的微生物细胞。好氧微生物对有机物的氧化分解，如：葡萄糖，其过程总共可得38个ATP，并有402千卡的热量释放，这就是堆肥产生高温的原理。 微生物对有机物的分解又是在酶的作用下发生的，我们称之为酶促反应。其反应在最适温度下，速度最快，温度每升高10℃，其反应速度可相应提高1～2倍。微生物的各种酶的最适温度范围在30℃～65℃，所以高温堆肥本身有利于反应速度的加快，缩短发酵周期。鉴于上述原理，在堆肥发酵的过程中，早期的通风能迅速提高堆温。当堆温超过70℃时，除嗜热菌外，对其他微生物的生长不利，甚至死亡，所以为使堆温维持在最适温度，可加大通气量，特别是在堆肥后期，使堆层中积累的热量通过水分的吸收，蒸发散热来防止堆温的升高，所以通风量的大小是维持反应速度，缩短发酵周期的关键因素。 从污泥堆肥的过程来看：通风供氧的目的是保证微生物以最快的速度对有机物进行分解或降解。通风是维持堆温上升的最主要的手段，在前期的堆肥过程中应采用较小的气量，一般维持在10～15m3/ht的气量。通风是调节污泥水分在堆肥过程中的重要手段。在堆肥中期一般采用较大气量并维持在20～25 m3/ht。在堆制后期采用较大气量对污泥吹干。 ⑤pH值 pH值对微生物的生长也是重要因素之一，一般微生物最适宜的pH值是中性或弱碱性，pH值太高或太低都会使堆肥处理遇到困难。如果原料的pH值太低，可用pH值高的废物进行混合(如含石灰的废物)；如果原料pH值过高时，可通过通气或干燥处理，生成有机酸和CO2使pH值得到一定程度的降低，或者用熟化后的堆肥进行混合。 pH值是一个可以对微生物环境作出估价的参数，在整个堆肥过程中，pH值随时间和温度的变化而变化，因而可利用测得的pH值来判断堆肥发酵过程的进程，适宜的pH可使微生物有效的发挥作用，一般认为pH在7．5～8．5时最好。 在堆肥初始阶段，由于有机酸的生成，则pH值下降(可降至5．0)，然后上升到8～8．5。如果废物堆变为厌氧状态，则pH值继续下降：此外，pH值也会影响氮的损失，因pH值在7．0氮以氢氧化氨的形式逸人大气。但在一般情况下，堆肥过程有足够的缓冲作用，酸化阶段产生的有机酸，被其他微生物分解，能使pH值稳定在可以保证好氧分解的酸碱度水平，过程中勿需石灰调节，以免导致氨的蒸发和增加操作费。 ⑥有机物的含量 堆肥物料适宜的有机物含量为20%～80%，有机物含量过低，不能提供足够的热能，影响嗜热菌增殖，难以维持高温发酵过程。有机物含量大于80%时，堆制过程要求大量供氧，实践中常因供氧不足而发生部分厌氧过程。 ⑦物料的颗粒度 堆肥化需要的氧气是从堆肥原料颗粒间隙获得的。间隙的大小取决于颗粒的结构强度。象纸张、动物和植物纤维等，一旦遇水受到压缩，密度就会大大提高，颗粒间隙大大减小，导致空气容量减少，会影响发酵过程氧源的供应。此外，湿度国大，会事颗粒在机械传递过程总由于跌落碰撞而出现大块，在这些块体内部会发生厌氧发酵。因此，堆堆肥原料颗粒尺寸应有一定的要求。 ⑧其他：垃圾构成、堆肥操作方式等都会影响堆肥过程的速度和肥料的品质。 5)堆肥化方法 堆肥化方法主要有间歇堆积法和连续堆积法。 ①间歇堆积法 间歇堆积法，又叫露天堆积法。这是我国长期以来沿用的一种方法。间歇堆积法是把新收集的垃圾、粪便、污泥等废物混合分批堆积，有的城市用单一的垃圾为原料经过堆积生产垃圾肥，一批废物堆积之后不再添加新料，让其中的微生物参与生物化学反应，使废物转变成腐殖土样的产物，然后外运。前期大约需要5周，1周要翻动l～2次，然后再经过6~10周熟化稳定。全部过程需要30～90天。这种方法要求有—个坚实的不渗水的场地，其面积需能满足处理所在城市废物排量的需要。按照估算，一个10万人口的城市，大约需场地4×104m2。　堆场上方需建造顶棚，以防止雨雪，经常出现大风的地区，应在逆风面设防风墙。 露天堆积法，首先要求对堆肥原料进行前处理，然后根据其含水率和C／N比，确定原料配比。国外利用城市固体废物生产堆肥的配料方法有3种，即纯垃圾堆肥、垃圾—粪便混合(7：3)堆肥、垃圾—污泥混合(7：3)堆肥。我国露天堆积法一般是采用70％～80％垃圾与20％～30％粪相配比。目前我国比较流行的露天堆积法是“米”字形堆积法，即是将垃圾与稀粪按配比均匀混合，然后建立高1～2m，底宽4m，顶宽2m，长20m的条形堆体。堆积过程，插入竹竿或木棒，每隔1．5～2m摆成“米”字形，在交叉处竖立竹竿，堆后用稀泥封堆。第二天将竹竿拔去，使之成为堆料的通气孔。“米”字形堆积法，一般堆后2～3d．堆温即可达50℃以上，并可持续十多天，对杀死病菌、寄生虫及腐熟有机物都有良好效果，非常适于夏秋季采用。在堆制操作方面也可以不设通气孔道，但要注意水分适当，并应保持物料疏松。这种不设空气孔道的堆积方法在气温较高的夏季也能达到50℃以上的高温。此外，在不需用肥的冬季可以进行连垛堆积。其方这是将垃圾和粪便分层堆积，留出垂直空气孔道。此法比较省工，少占场地，制作良好时，同样能够达到50℃以上高温。 ②连续堆积法 现代化的堆肥操作多采用成套密闭式机械连续堆制。连续堆制是使原料在一个专门设计的发酵器或称生物稳定器的设备内完成动态发酵过程，而后将物料运往发酵室堆成堆体，再静态发酵。机械连续堆制系统具有发酵快、堆肥质量高、能防臭、能杀死全部细菌、堆肥粒度整齐、不破坏土壤、有利于作物吸收、成本较低等特点。机械连续堆制法采用的发酵器类型很多，一般分立式发酵槽和卧式发酵槽两类。 6)堆肥的理化特性和效用 ①堆肥的理化特性 堆肥的成分和养分、杂质、阳离子交换量、稳定性以及卫生学性质等理化特性，直接关系到堆肥的农业利用。 a,含水率:堆肥本身都具有较高的含水率，含水率越高，表明其持水能力越强。国内外城市堆肥的持水能力为每100干物质含水85g～120g。 b,pH值和全盐含量:堆肥的pH值宜中性偏碱。堆肥的全盐含量是指堆肥中可溶性盐的含量。堆肥全盐含量不宜过高，否则长期施用会导致土壤碱化。堆肥的全盐含量可以通过测定其全盐溶液的电导率求出。国内堆肥的pH值为中性偏碱，与国外的额定值范围7～8.5非常接近。 c,全碳含量:堆肥的全碳含量反映了堆肥中有机物的含量。堆肥中有机物的含量越高，持水性和吸附铵离子的能力就越强。国内堆肥有机物含量相当于土壤中有机物的4倍，全碳含量大多在11%左右，接近于国外的额定值（12%～20%）的底限。 d,养分含量:堆肥的养分主要是指N、P、K三种元素，此外还包括一部分微量元素。全氮值国外的额定范围是0.5%～1.5%，我国一般都低于0.5%；全磷含量也低于国外额定值范围（0.4%～0.8%）；全钾含量有的高于国外的额定值范围（0.3%～1%）。国内堆肥全氮含量相当于土壤全氮含量的4倍；速效磷的含量相当于土壤的3.5倍；速效钾的含量相当于土壤的21～25倍。特别是P、K两种养分，在我国的土壤中含量严重不足，施用堆肥不仅全面提高土壤有机物N、P、K等养分的含量，而且可以在一定程度上弥补P、K的不足。 另外，在堆肥中含有Ca2+、Mg2+、Mn2+、Na+、B3+等都是植物生长所需的元素。 e,重金属含量:国内堆肥中重金属Hg的含量接近于国外的允许值1～4×10-6，Cr、Cd、Pb的含量依次低于国外的额定值范围：1～6×10-6、50～300×10-6、200～900×10-6，在农业利用方面是比较安全的。 f,堆肥的杂质:堆肥中杂质包括玻璃、塑料、铁类以及其他金属类物质，杂质不单对土壤和植物有害，当其颗粒较大和数量较多时，还会对堆肥的质量有不良影响。它们的存在会妨碍堆肥的外观，降低堆肥的密度，以及堆肥的有机组分和养分的含量。堆肥中的杂质粒度的额定范围国内外不同，国外标准是最大颗粒直径超过11.2mm的最高允许含量为堆肥干物质的3%，玻璃杂质的最大直径超过6.3mm的不超过0.5%，我国对各种杂质的粒度规定为≤5mm。 g,堆肥的阳离子交换量:堆肥和土壤颗粒都具有交换阳离子的能力。国内堆肥的阳离子交换量低于土壤的阳离子交换量，因此，大量施用堆肥，有可能降低土壤的阳离子交换量，并降低土壤的保肥能力。堆肥对铵离子的交换量直接反映堆肥对氮素的保持能力。堆肥吸附铵离子的能力取决于有机物的含量，有机物的含量越高，对铵离子的吸附量也就越大，越有利于提高土壤的保肥能力。 h,堆肥的稳定性:堆肥的稳定性是指堆肥产品的稳定程度。堆肥的理想稳定程度在于堆存时不会产生有害的物质。堆肥的稳定程度决定于堆肥化过程有机为受微生物分解的完成时间。堆肥的稳定程度在经济上直接影响设备容量的利用率、投入的劳动量、消耗的能量以及维修费用等。堆肥的稳定性还关系到堆肥评价标准的测定。堆肥的稳定性还关系到堆肥评价标准的制定。 评价堆肥的稳定程度的方法很多，以下介绍几种可行的评价方法：根据外观和气味评价堆肥的稳定性；在堆肥化过程中，物料的色度和气味的变化，反应出微生物的活跃程度。对于一个正常的堆肥过程来说，堆肥物料的颜色变化，应是由开始的淡灰逐渐转变成棕色或暗灰色，气味由最初的刺鼻性转变成略具霉臭的土壤味（放线菌的特征）；测定前期发酵的终点温度。前期发酵的终点温度(一般在45～50℃)与有机物质分解速率一样是微生物活动的尺度微生物活动减弱时，热的生成率也相应地下降，因而堆肥温度下降，一旦温度达到45～50℃，且一周内持续不变，则可认为堆肥已达到了稳定程度；堆肥化过程中，物料的生物降解程度越高，产品中可分解的有机物数量越少。一般堆肥原料中主要有3种碳水化合物：糖、淀粉和纤维素。在露天堆肥生产过程的第1周内，糖类即消失，在第4～5周内，淀粉绝大部分分解。在最终堆肥产品中，淀粉含量应全部消失。基于这一事实，可用化学分析法测定堆肥产品中淀粉的含量，以确定堆肥产品的稳定程度。 i,堆肥的卫生学性质:生产堆肥如果操作不当，没有达到高温或高温持续时间不够长，都会使产品中含有未杀灭的寄生虫卵和病原菌。根据我国的实验研究，好氧堆肥要达到稳定化，发酵过程的翻堆和熟化极其重要，而且温度必须达到50～55℃，持续5～7d，才能杀死大肠杆菌和蛔虫卵。 ②堆肥的效用 在讨论堆肥的效用前，先讨论一下土壤但是无机肥料带来的问题。一般化学肥料大多为一价阳离子的无机盐，这些化肥容易与带负电性的土壤粘粒发生吸附作用，形成分散的胶粒，使土壤板结，及影响土壤的透水性和透气性，又影响其供肥性能。长期施用化肥，经过植物吸收，残留的阳离子或阴离子会使土壤呈现酸性或碱性，导致土壤酸化或碱化，从而抑制许多有益微生物的生长，而一些有害的寄生虫或微生物却往往不会受到抑制，造成植物病害的发展。农田施用化肥，生产成本较高。同时化肥生产要耗用大量能源，向土壤中增施化肥，等于增加农业能耗量。单施化肥，其中的铵态氮在土壤中受到好氧菌的作用，被氧化成亚硝酸态氮(NO2-)，或硝酸态氮(NO3-)，NO2-与NO3-与土壤胶体颗粒带有相同电荷，彼此互不吸引，易随水进入水体。同时还会带走土壤中的K+、Ca2+、Mg2+、Mn2+，造成这些元素的流失。 堆肥对土壤的作用不同于化肥，它是优良的土壤改良剂。在通常的土壤中，由于微生物的不断作用，有机物被不断分解和消耗。堆肥含有许多有机物，施入土壤可以明显的提高土壤有机物的含量，增加有机养分。质量好的堆肥施入土壤，使土壤有机物和有机养分的增加幅度，远远大于质量差的堆肥。 堆肥施入土壤还可以明显降低土壤容量，增加土壤的空隙率，使固相下降，液相和气相增加，这是因为堆肥中的有机物与土壤结合，继续熟化，通过熟化形成中间产物，改变了土壤的结构，使粘性土壤松散，砂质土壤结成团粒，促进了土壤的通风作用，提高了土壤的保水能力。 质量好的堆肥，由于有机物含量高，保水能力强，因而使钾、铵、硝酸盐氮和尿素氮的流失量均小。质量差的堆肥，因其颗粒大，有机物含量低，保水能力差，肥分容易渗透，因而保肥能力也差。 堆肥是一种优良的腐殖类物质，施入土壤能有助于植物根＝系的伸长和增长。堆肥中含有丰富的原形动物，施入土壤后，可分泌一些有效成分，直接间接的对植物的根吸收发生良好的影响，使肥效昼夜都能发挥作用。 国内外的许多试验表明，用城市垃圾生产的堆肥或垃圾肥，只要施用适当，都有增产作用。日本土壤学会对垃圾堆肥的农业效用所作的鉴定认为，堆肥对于水稻一般都有增产效果，施用量越大，稻苗返青越迟，最高分蘖期前的生长可能会暂时受抑制，但后期叶色转深，生长旺盛，产量略低于标准施肥地区，高于空白区。对于不同土壤上的旱作物，每年施用垃圾堆肥，连施4年，对马铃薯和萝卜都有增产作用，施肥量大，增产效果明显。 7)堆肥化的农用问题及发展前景 西方发达国家由于工业化进程早，经济实力雄厚，污泥处理技术较为先进，处理程度也较高。在我国，无论是堆肥方法本身，还是产品都存在一些问题。 ①产品肥效不高:我国堆肥中N、P、K含量通常低于发展中国家的平均含量，比发达国家的肥效更低。 ②破坏表土性能造成土壤污染:产品中含有废塑料、玻璃、陶瓷等不易腐化的物质，它们的存在降低了产品的应用价值和产品的减容率，施用于农田，会造成地表干燥。另外，堆肥中如有未被杀死的病原微生物，会有致病作用。某些重金属会在土壤中积累，含量明显提高。 ③设备投资大、处理量小、环境卫生差:据估算，建设一座机械化堆肥厂，投资额与处理能力之比为1万元/（t/d）。堆肥的生产设施一般按照就近的原则建在市内，操作过程产生的恶臭，对环境卫生不利，必须投入较多的资金装配排臭设施；生产过程中原料的运入和产品的输出，都要花费大量资金。 ④产品销路不好:一些堆肥厂的产品不受农民欢迎，销路不好。其中有多方面的原因：堆肥肥效和成本都无法和化肥竞争；产品蓬松，会造成地面粗糙；体积大，施肥量和运输量都比花费大的多。 据不完全统计，我国的日污水排放量已达133.7亿t。污水经过处理后，其体积的0.5%～1%将转化为固态的凝聚体沉降下来，这便是所说的污泥。如果将这些污泥用于生产堆肥，将会在我国农田培肥，作物增产，调整我国化肥工业N、P、K严重失调上发挥巨大的作用，从环境效益来看，也具有重要的意义。 从我国农业增产的形式来看，要求逐年提供大量的有机废料作为土壤改良剂，因而需要生产出优质堆肥，特别是肥效高的放线菌堆肥以满足这种要求。就目前国内外农业生产实践来看，有几个潜在因素会促进堆肥化的进一步发展。这些因素是：工农业需水量日益增加，而堆肥所具有的优良持水性能，可以保证土壤的含水量增加，为了节约用水，保证土壤含水量，需要施用堆肥。目前发达国家生产的堆肥，主要是用在果园培肥方面。我国各地果园，也多施用堆肥，因此可以说，果园将成为我国今后堆肥的一个潜在用户。堆肥还可以用来填埋由于平原采掘而出现的地面塌陷，实行覆土还田，这种用途对堆肥的数量要求更大，而在质量方面只要不危害居民的健康就可以使用。 堆肥化技术作为污泥处理的一种方法在国内外已经得到了广泛的应用和推广。从国外的发展趋势来看，堆肥化认为是解决城市垃圾、下水污泥问题的一条值得重视的途径。前西德政府指出，堆肥化是“最切合实际的生物处理方法”。在部分发达国家以及大部分发展中国家，堆肥化的前景是较好的。一方面，通过污泥堆肥化可以有效的杀死病原菌，消除恶臭；另一方面，堆肥化还可以最大限度地降低污泥的含水率，改善污泥的团状结构，然而，无论采用哪一种堆肥化工艺，污泥本身的重金属含量基本保持不变。因此，作为土壤肥料或土壤改良剂，堆肥化产品在一定程度上受到限制。 我国是农业大国，污泥堆肥在我国有相当广泛的应用前景。因而开展污泥堆肥农用技术研究显得相当重要。就目前情况来看，为了避免污泥中的有害成分进入食物链，堆肥应用的近期目标应以园林绿地为主。 2，有机污泥的湿式氧化稳定 湿式氧化法又称为湿式燃烧法。即在高温高压条件下，使用空气或富氧空气作为氧化剂对污泥中的有机物和还原性无机物进行氧化、并由此改变污泥的结构成分提高污泥脱水性能的一种污泥处置方法。 污泥在湿式氧化过程中，靠有机物或还原性无机物的氧化发热来维持氧化温度的。不同种类的污泥其氧化发热值也不相同。活性污泥的燃烧热值为3560 kcal/kg、初沉污泥燃烧热值为3780 kcal/kg、纸浆废液污泥燃烧热值为4445 kcal/kg。 在有机物的湿式氧化过程中，各种成分的氧化情况也不相同。淀粉的氧化速度最快，其次为蛋白质和纤维，脂肪最难分解。分解的速度随温度和压力的升高而加快。低温时有机物的氧化度也低，大分子的有机物分解为简单的有机物，如脂肪分解为脂肪酸、蛋白质分解为氨基酸。当温度超过200℃时，脂肪的热分解来得与淀粉一样容易。 污泥湿式氧化的结果使得污泥中挥发性固体含量大大减少，污泥的脱水性能得以大大改善。湿式氧法适用范围广，对污泥中许多不能生物氧化的物质(如吡啶、苯类、橡胶制品等)均能降解；达到完全灭菌的目的；处理后的固体基本为惰性无机物，沉淀容易、易于脱水；反应在密闭容器中进行，无恶臭，管理可自动化；反应过程迅速，处理时间(仅1 h)远远少于一般的生物处理法但，污泥的湿式氧化需要大量的不锈钢材料来制作设备，造价昂贵。加压过程中高压泵和空压机的电耗大，能耗的70％是消耗在加压系统上。且噪音很大。热交换器和反应塔必须经常除垢(通常用5％的硝酸定期清洗)。需要有一套氧化气体的脱臭装置。 表5－11 各种污泥湿式氧化后的比阻变化情况。 污泥种类 未氧化 150℃ 200℃ 250℃   氧 化 度 ％ 比阻值 s2/g 氧 化 度 ％ 比阻值 s2/g 氧 化 度 ％ 比阻值 s2/g 氧 化 度 ％ 比阻值 s2/g  初沉污泥 活性污泥 消化污泥 0 0 0 9.67×109 187×109 22×109 19 10 13 0.26×109 0.14×109 0.07×109 45 42 63 0.05×109 0.14×109 0.07×109 84 72 85 0.04×109 0.08×109 0.04×109   表5－12 经过湿式氧化后污泥的脱水性能情况 污泥种类 滤饼含水率％ 滤饼密度 (kg干固体/m3)  初沉污泥(低氧化度0～10％) 活性污泥(低氧化度0～10％) 消化污泥(低氧化度0～10％) 消化污泥(中等氧化度40～50％) 消化污泥(高氧化度70～100％) 65～75 55～65 55～65 50～60 40～50 400 560 640 800 970  3，有机污泥的石灰稳定 石灰稳定法的主要作用在于解决有机污泥的臭气问题，并且起到灭菌效果和改善污泥的脱水性能。这种方法在医院污水处理站中经常使用。 有机污泥的臭气主要是由厌氧消化中产生的硫化氢和氮化合物所致，当加入一定量的石灰后，将造成强碱环境，从而抑制和杀灭这些厌氧微生物。石灰还是污泥脱水的良好调理剂。在设计时应重点控制三个条件：石灰的投加量、pH和接触时间。 对于含固率为3～6％的初沉污泥，石灰的投加量为12％(质量百分比，下同)左右，此时pH可达到12以上；对于含固率为1～1.5%的二沉池活性污泥，石灰投加量为30％左右，此时pH可达到12以上；对于含固率为6～7％的厌氧消化污泥，石灰投加量为19％，此时pH可达到12以上。 三、固化 四、焚烧 污泥经过焚烧后其含水率可降低为0％，使得运输和最终处置大为简化。在焚烧前要求污泥进行有效地脱水或干燥。焚烧所需的热量，依靠污泥本身含有的有机物热值或补充燃料(煤气、沼气或重油等)。 污泥的焚烧炉常用的有如下型式：多段焚烧炉回转焚烧炉；立体焚烧炉；流化床焚烧炉。 图5－23 生活垃圾流化床式焚烧炉 五、填埋 图5－24 垃圾填埋场示意图 (简述其工作原理？) 六、其它 沿海城市将污泥投海在国外已有多年历史，有成功的经验也有造成严重污染的教训，都可以作为借鉴。污泥题海的方法有两种：驳船运送和管道输送到深海，利用海潮将其迅速稀释和扩散。污泥投海处置后，必须保证附近的海区不受污染。其控制的主要卫生指标有投海区的大肠杆菌值、浑浊度、油脂含量和悬浮物浓度。在污泥的投海口或倾倒点控制的参数主要有如下三个：污物的腐烂、初期稀释程度和扩散程度。 根据英国的投海经验，污泥投海应该离海岸10km以上、深度超过25 m、潮水流量为投海污泥量的500～1000倍。 第四节 固体废弃物的综合利用 一、废旧金属资源化 某贵稀金属冶炼厂从1980年用来，从全国1000多家工矿企业的工业废料中回收多种贵稀金属，其中回收黄金200kg、白银300多吨。 某大型钢铁厂对冶金钢渣碱性回收利用，对钢渣经过破碎、磁选预处理后回收其中的铁，其它材料则用于筑路。 某铁合金厂年排放合金渣16×104吨。回收利用：硅渣返回于冶炼炉中，用于冶炼硅锰合金；锰渣用于水泥添加剂或作为微量元素肥料；铬渣经过磁选除铁后用于制造特殊含铬水泥；钛渣经过摇床分选后用于制造电焊条表层脱氧剂。 国内某钢铁集团对转炉除尘污泥进行脱水试验。大量的浓烟、高温烟尘通过烟罩进入余热锅炉以回收部分热能然后进入湿式除尘系统，除尘污泥量占其钢产量的2％左右，污泥中含有大量的微细氧化铁可以作为炼钢原料，污泥中总铁占63％左右。 二、废旧塑料资源化 图5－25 废旧塑料回收工艺流程 三、其它废物资源化 污泥的建材利用 当污泥与粘土的重量比为1：10时可用于制砖，其强度与普通红砖相当；污泥还可以掺入煤中作为制砖燃料。 上海的研究经验表明利用活性污泥制作的纤维板硬度可达到国家三级硬质纤维板标准。 活性污泥中的有机成分粗蛋白(约占30～40％)与酶属于球蛋白，能溶解于水及稀酸、稀碱中。在碱性条件下，加热、干燥、加压后会发生一系列的物理化学变化：球蛋白的变性作用。利用这种变性作用能制成活性污泥树脂(又称蛋白胶)，使得纤维胶合起来，压制成板材。其加工过程有如下步骤：将活性污泥脱水到85～90％；调制活性污泥树脂(新鲜活性污泥中加入碱液、甲醛和铁盐混凝剂调和)；废纤维的预处理(洗净、去油等)；树脂与纤维混合搅拌；预压成型；热压；裁边。 粉煤灰的建材和市政利用 上海1993年的粉煤灰量达到300×104吨，大量的粉煤灰堆放不仅污染环境，而且占用了大量的土地。 上海粉煤灰的利用：高速公路、港口、地铁、核电站建设的路基或地基，粉煤灰具有容重小、疏水性强、后期强度高等优点，尤其适合于软土基的筑路。 粉煤灰掺入混凝土中可以提高混凝土的流动性、降低其水化热、防止混凝土的开裂，尤其适合于大型建筑工地泵送商品混凝土的场合。 粉煤灰还具有火山灰的性质，在碱性发泡剂的作用条件下生成水硬性凝胶物质，可以作为水泥的搀和料。 上海的电力工业的粉煤灰综合利用始于20世纪50年代，其中1983－1993年期间粉煤灰的利用率达到64－87％，1993年上海大开发以后粉煤灰的利用甚至出现供不应求的大好局面。