垃圾好氧发酵工艺及影响其发酵速度的几点因素

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简介： 介绍有机发酵的基本知识和好氧发酵在城市生活垃圾综合处理中的应用，分析了湿度、碳与氮的比率、供给的氧气量、磷与钾的含量和有毒微小物质对好氧发酵速度的影响。
关键字：垃圾处理工艺 堆肥 好氧发酵 速度 厌氧发酵

前 言
随着我国国民经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，城市规模和人口数量迅速扩大和增加，伴随而来的城市生活垃圾也与日俱增，城市生活垃圾的污染已经成为一个非常严重的社会问题。
我国是一个资源相对贫乏的国家，城市生活垃圾处理技术起步较晚，目前,多数城市生活垃圾露天堆放，且绝大部分为混装，成分复杂、热值低、含水率高。由于技术、设备、管理上的问题，城市垃圾对大气、地下水源、土地资源的污染以及垃圾围城现象对城市生活环境构成了严重威胁，垃圾处理问题已经成为各级政府高度重视的问题。到目前为止，在垃圾处理方式中，78.5%为简易填埋处理，21.5%为简易堆肥处理。这期间存在的突出问题是：垃圾处理工作还没引起足够的重视；垃圾处理投入不足;从事垃圾处理的科技人员少；垃圾处理水平低。
综合我国目前投入运行的垃圾处理厂情况，大多数是采用垃圾堆肥、焚烧、卫生填埋等常规方法,少数垃圾处理厂采取垃圾综合利用方法。由于填埋和焚烧占地面积大、投资较高,在中小城市很难推广。因此，在城市垃圾处理方面,生活垃圾生物处理技术及好氧发酵技术有着无可比拟的优越性和广阔发展潜力。该技术,由于工程投资少，处理方法科学，运行费用低,非常适合中小城市使用。现谨对好氧发酵的基本知识及影响好氧发酵速度的几点因素加以分析研究。
一、有机发酵的基本知识
发酵是一个分解过程，它包括在最适宜的状态下有机残渣的微生物转化及借助微小有机体形成腐殖质。发酵一般可描述为厌氧或好氧过程。厌氧过程一般在缺氧状态下产生，它的形成如下所示：
有机物质+厌氧菌+二氧化碳+水→气态甲烷（沼气）+氨+最后产物
厌氧分解后的产物中含许多喜热细菌并会对环境造成严重的污染。其中明显含有有机脂肪酸，乙醛，硫醇（酒味），硫化氢气体还夹杂着一些化合物及一些有害混合物。例如：硫化氢，它是一种非常活跃并能致人于死地的高浓度气体，它能很快地与一部分废弃的有机质结合形成黑色有异味的混合物。厌氧分解一般在掩埋式垃圾处理中使用。
好氧分解过程一般在有氧和有水的情况下产生，它的形成如下所示：有机物质+好氧菌+氧气+水→二氧化碳+水（蒸气状态）+硝酸盐+硫酸盐+氧化物
好氧分解后的产物是通过适湿细菌的微妙活动而形成的，适湿细菌吞食有机残渣中的碳元素，在呼吸中消耗氧，产生二氧化碳，二氧化碳实际是一种细菌呼吸及磨擦后所产生的气体。这种反应过程无任何有害物质产生，尽管没有一种生物分解是无味的，但经过正确处理的好氧发酵所产生的气味很小。国外采用翻堆机进行垃圾堆肥处理，就是典型的好氧发酵消纳城市生活垃圾的技术。
二、工艺流程的基本描述
好氧发酵是环境所能接受的最好的垃圾处理方式，其中有两种形
式可供使用，一种是封闭型舱式容器，它可与一种精密机械相结合，放置在发酵工厂，另一种就是敞开式发酵。封闭舱式发酵又可细分为两种：静态与动态。在静态系统中，空气一般直接通入封闭容器（象船舱），空气可被吹入（正压 ）或吸进（负压）。相比之下动态翻滚式系统用得可能较多。
其实最经济实用的是敞开式发酵方式。因为它操作方便，按装成本低并且功效高。舱式发酵系统的安装成本是敞开式发酵系统安装成本的4-5倍，同时操作成本也是敞开式发酵系统的3倍。利用翻堆机处理生活垃圾系统就是一种敞开式发酵方式。概括的说，对城市生活垃圾的敞开式发酵可分为五个主要部分：
1. 初步分拣
2. 敞开式发酵
3. 污染物的筛分
4. 发酵物的成熟及制肥
5. 运送
城市垃圾的洁净程度与发酵的成本和效率有着直接联系，最初分
拣是保证产品洁净的最经济的方法。
如果最初分拣系统较完善，也就是说最初就将有机部分从无机物中分选出来，那么操作成本就会降低，效率就会升高。最后的产品质量也会提高。
一般在垃圾被运入发酵直道，首先被倾倒在一个水平分选带上进行初次分选。然后翻堆机驶入成形的发酵直道，与此同时垃圾被喷洒菌种、通气、破碎、松散、混合和翻转，所有的垃圾都会被上下彻底的翻转。作为加工系统的一个重要部分，每一批垃圾都会被喷入适量的菌种，它们对提高好氧发酵率很重要。
发酵完毕，下一个工序是清理。这时直道上的发酵物将被运入筛选工段，筛去一些无机物，如：塑料、玻璃、各种金属和人造织物等。筛选后的有机物被放入制肥工段生产颗粒有机复合肥。
三、影响好氧发酵速度的因素
影响发酵速度的主要因素是那些影响生物菌种活性的因素，它们是：
1. 湿度
2. 供给的氧气量
3. 磷、钾的含量
4. 有毒物质，例如：重金属、有毒物、浓酸。
1湿度
象所有的生命体，为获取营养和实现增殖，细菌需要水分，我们的经验证明：高效成功的发酵过程所需的湿度是50%～70%。
2碳与氮的比率
有机物质中的碳、氮比率一般高于20：1，高于这个比率氮在植物中就无法起到作用，因为好氧菌被强制地快速繁殖，在此期间所有氮都被用于制造细菌，只有当碳、氮比率降到20：1时，多余的好氧菌才会死去，氮元素才被释放供给植物进行光合作用。所以必须减低比率。有机物质的好氧发酵生成二氧化碳，但对氮的减少量很小，当二氧化碳产生时，只有一小部分碳会被利用去制造一些微生物细胞。在此过程中，氮被牢固地贮存在微小的有机体中，活动空间很少。碳氮的比率在发酵过程中快速降低。当碳氮比率低于20：1时，说明发酵已处于稳定阶段，可以结束了。
一般好氧发酵前碳氮比率在25：1到35：1之间，实验证明，当碳氮比率为33：1时可达到最快发酵速度。
3供给的氧气量
如果在发酵过程中有充足的氧气供应，再加上其它条件也比较适宜，那么微生物的活动将不受任何抑制，并且会迅速增殖。细菌的密度和活跃程度可以通过温度（最佳条件60℃-65℃）和可达到的速率来评估。
翻堆机就是用翻转的方法来促进发酵,使氧与被发酵物充分地裹合，加快发酵速度。
4磷与钾
发酵有机物质适量的磷与钾必不可少,这些营养元素很重要,因为磷是形成微生物细胞质的主要成分,而钾能调整细胞内的渗透关系.以氮作为相对的度量标准，磷含量应占20%左右，钾含量应占8%左右，值得高兴的是有机物质的磷、钾含量一般都能达到前述标准，它们的含量有很大的伸缩性，在较好的发酵过程中并不需要对他们做任何调整。
5有害物质
某些有机物中也许会存在一部分对发酵中好氧菌有害的物质，许多重金属元素例如：锰、铜、锌、镍、铬和铅，若它们的含量过高就会对好氧菌造成危害。导致好氧菌的大量死亡使发酵速度变慢，应避免有毒物质进入发酵场地。
生活垃圾一般很难仰制重金属的比率，但过多的重金属确实会造成一定的影响。
结束语
以上垃圾好氧发酵工艺及影响其发酵速度的几点因素是我们在城市生活垃圾处理的实践过程中总结出来的，我们在垃圾处理过程中始终坚持高起点、高技术、高质量、高效率、高效益的“五高”方针，不断提高自身的垃圾处理水平，提高产品竞争力，塑造名牌产品。