CN101580412B - 有机固体废弃物的低温好氧堆肥方法 - Google Patents

有机固体废弃物的低温好氧堆肥方法 Download PDF

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Abstract

有机固体废弃物的低温好氧堆肥方法，涉及一种有机固态废弃物的堆肥方法。本发明解决了冬季低温地区无法实现高温堆肥或堆肥升温困难的问题，或现有采用外加热源提高堆肥温度的方法不仅消耗极大能量，而且所需设备条件高，使其大规模推广应用受阻的问题。本发明方法如下：一、有机固体废弃物与堆肥调理剂混匀得到堆肥物料；二、将堆肥物料堆肥化处理。本发明可在环境温度为8℃左右条件下进行堆肥，堆肥周期为15～20天，堆肥化产品达到腐熟状态。本发明的方法具有耗能小、提高了堆肥的温度、对加工设备要求低、成本低、无二次污染的优点，适合在堆肥厂大规模推广应用。

Description

有机固体废弃物的低温好氧堆肥方法
技术领域
本发明涉及一种有机固态废弃物的堆肥方法。
背景技术
城市污泥是指城市生活污水、工业废水处理过程中产生的固体废弃物。随着我国污水处理量的提高和处理程度的深化，污泥的产生量必将有较大的增长，如何合理地处置污水厂污泥，解决大量污泥的出路已成为非常紧迫的任务。
所谓好氧堆肥，是利用有机固体废弃物(城市垃圾、城市污泥、禽畜粪便、食品垃圾等)中好氧菌进行高温发酵，堆肥温度在50℃以上维持至少5天以上，高温杀灭病原菌、寄生虫卵、杂草种子，使有机物得到降解并最终转化为稳定的腐殖质的过程，有机固体废弃物中有机质含量一般在20％～80％(质量百分比)。堆肥与其他处理方法如填埋、焚烧相比，具有建设投资少、运行费用低、无二次污染等优点，而且发酵后产品可作为肥料施用农田，适合于我国农业大国的国情。但是，影响堆肥技术大规模推广应用的一大技术瓶颈是在冬季尤其在我国北方低温地区，由于环境温度较低(一般认为10℃以下)，而堆体中的微生物大多数为中温菌，导致微生物数量和活性都受到很大抑制，很多微生物处于半休眠或完全休眠状态。因此，堆肥初期，由于微生物数量和活性低，微生物生化反应放出的热量不足以抵消体系散失的热量，使堆体无法自行升温或升温缓慢，从而使整个堆肥过程无法顺利进行。
目前，为解决这一问题，堆肥反应器大都采用预加热的方式将体系温度升高到25～30℃以上，从而使堆体中微生物复苏，进而完成整个堆肥进程。但是，由于堆肥所需要的有机固体废弃物的最佳起始含水率仍在55％～65％，其比热很大，因此，依靠外加热源预热堆体会消耗极大能量，而且增加了堆肥设备复杂程度，并对堆肥设备材料也有很高要求，从而使堆肥成本成倍增长。而且外部加热由于受热不均导致局部温度偏低，有机质腐熟程度不一致，影响了整体发酵效果，致使堆肥不满足国家规定(堆肥温度在50℃～55℃范围维持至少五天以上或者堆肥温度在55℃以上维持至少3天以上)，造成有机固体废弃物在冬季大量的积累，未发酵稳定的有机物由于厌氧发酵会产生恶臭，并腐烂变质，不仅给堆肥厂及周围地区带来环境污染问题，而且给有机固体废弃物的后续处理带来极大困难。
总之，由于有机固体废弃物城市垃圾、城市污泥、禽畜粪便、工厂食品垃圾等一年四季都是连续式排放，如果堆肥厂在冬季低温地区无法实现好氧堆肥，则这一技术的推广应用将受到极大限制。
发明内容
本发明的目的是为了解决冬季低温地区无法实现高温堆肥或堆肥升温困难的问题，或现有采用外加热源提高堆肥温度的方法不仅消耗极大能量，而且所需设备条件高，使其大规模推广应用受阻的问题；而提供了一种有机固体废弃物的低温好氧堆肥方法。
本发明有机固体废弃物的低温好氧堆肥方法是按下述步骤进行的：一、将含水率为55％～65％(质量)的有机固体废弃物与堆肥调理剂混匀得到堆肥物料，堆肥调理剂用量是有机固体废弃物体积的0.5～2.5倍；二、将堆肥物料堆肥化处理：堆体的起始物料温度为5～10℃，堆体的高度为0.8～2m，循环间歇式通风，每隔30min通风一次，每次通风10min，通风量为0.05～2m3空气/(m3堆体·h)，堆肥温度升至40℃第一次翻堆、堆肥温度高于50℃每隔48小时翻堆一次、待堆肥温度降到40℃再翻堆一次，直至堆体达到完全腐熟(即堆肥温度接近环境温度)后出料，即完成了有机固体废弃物的低温堆肥。
本发明方法的升温效果显著，从而实现低温堆肥；本发明方法可迅速提高堆体中微生物数量(短时间内提高1～3个数量级)和活性，使堆肥短时间内顺利度过低温启动阶段而迅速升温，堆肥第二天后，其升温速率明显加快，最快升温速率可达到20℃/天，可将低温堆肥的最高温度提高10～30℃，达到堆肥的高温阶段；而且本发明方法的高温阶段维持效果显著，由于大量微生物短时间内被激活，堆体中的生化反应迅速进行，其高温菌在高温阶段十分活跃，使堆体温度迅速升高到50℃以上，并维持5～7天以上，而现有低温堆肥无法长时间维持高温阶段或根本无法达到高温阶段。本发明方法可在8℃左右的环境温度条件下进行堆肥，堆肥周期为15～20天。本发明所用的原料易得；采用有机固体废弃物为原料，容易获取，降低了生产成本低，同时减少了有机固体废弃物对环境的污染，一举双赢。本发明产品对环境无二次污染，可减少化肥对环境的污染，使农作物增产增收。本发明方法的工艺简单，便于操作；本发明方法仅需搅拌混合和翻堆操作，方法简单且容易操作。本发明的方法节约能源；相对于外加热源预热堆体方法，本发明无需无额外能耗，节约能源，从而降低了生产成本；本发明方法的日常维护非常简单，其所增加的成本占堆肥成本比例很少，完全可以大规模推广应用。本发明方法对加工设备要求低；本发明堆肥可采用强制通风静态堆肥法、机械翻堆条形堆肥法进行。本发明方法得到产品达到了腐熟且均匀一致；本发明堆肥化的过程中，堆肥温度在50～60℃范围至少维持5天，其中堆肥高温55～60℃情况至少维持3天，本发明堆体发酵15～20天后物料温度降至40摄氏度以下；出料呈褐色，团粒疏松，无臭气，有明显的腐殖气息，不吸引蚊蝇，放置一两天后表面有白色或灰色的霉菌出现，体积减少30～40％，表观指数达到1级，水堇(Lepidium sativum)种子的发芽指数(GI)达90％以上，由上述各种指标表明了堆肥达腐熟。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式有机固体废弃物的低温好氧堆肥方法是按下述步骤进行的：一、将含水率为55％～65％(质量)、有机质含量35％～80％(质量)的有机固体废弃物与堆肥调理剂混匀得到堆肥物料，堆肥调理剂用量是有机固体废弃物体积的0.5～2.5倍；二、将堆肥物料堆肥化处理：堆体的起始物料温度为5～10℃，堆体的高度为0.8～2m，循环间歇式通风，每隔30min通风一次，每次通风10min，通风量为0.05～2m3空气/(m3堆体·h)，堆肥温度升至40℃第一次翻堆、堆肥温度高于50℃每隔48小时翻堆一次、待堆肥温度降到40℃再翻堆一次，直至堆体达到完全腐熟(即堆肥温度接近环境温度)后出料，即完成了有机固体废弃物的低温堆肥。
如步骤一所述有机固体废弃物呈弱碱性，堆肥化过程中无须进行调节堆肥的pH值，上述情况之外需将堆肥的pH值控制在6.5～8.5之间。本实施方式步骤一有机固体废弃物的有机质含量35％～80％(质量)。
本实施方式未额外添加微生物菌种，完全利用有机固体废弃物(城市垃圾、城市污泥、禽畜粪便、食品垃圾等)中原有的好氧菌进行高温发酵。本实施方式对各类有机固体废弃物均有良好的发酵效果。本实施方式可在8℃左右的环境温度条件下进行堆肥，堆肥周期为15～20天，堆肥产品腐熟且均匀一致。经测试，结果表明本实施方式步骤二堆肥化的过程中，堆肥温度在50～60℃范围至少维持5天，其中堆肥高温55～60℃情况至少维持3天，本实施方式堆体发酵15～20天后物料温度趋近环境温度；出料呈褐色，团粒疏松，无臭气，有明显的腐殖气息，不吸引蚊蝇，放置一两天后表面有白色或灰色的霉菌出现，体积减少30～40％，表观指数达到1级，水堇(Lepidium sativum)种子的发芽指数(GI)达90％以上，由上述各种指标表明了堆肥达腐熟。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述有机固体废弃物为城市污泥、城市垃圾、禽畜粪便、食品垃圾中的一种或其中几种的混合。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。
本实施方式有机固体废弃物为混合物时，各种有机固体废弃物间可按任意比混合。
本实施方式堆肥化过程中无须进行调节堆肥的pH值。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一所述有机固体废弃物的含水率为58％～62％(质量)。其它步骤和参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一所述有机固体废弃物的含水率为60％(质量)。其它步骤和参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四不同的是：步骤一所述有机固体废弃物中有机质含量为45％～60％(质量)。其它步骤和参数与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至四不同的是：步骤一所述有机固体废弃物中有机质含量为50％(质量)。其它步骤和参数与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六不同的是：堆肥调理剂用量是固体废弃物体积的0.8～2.0倍。其它步骤和参数与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至六不同的是：堆肥调理剂用量是固体废弃物体积的1.0～1.8倍。其它步骤和参数与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至六不同的是：堆肥调理剂用量是固体废弃物体积的1.5倍。其它步骤和参数与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九不同的是：步骤一中堆肥调理剂按100～200∶1的体积比由稻壳和葡萄糖组成。其它步骤和参数与具体实施方式一至九相同。
本实施方式在5～10℃的环境温度条件下进行堆肥，堆肥周期为15～20天，堆肥产品腐熟且均匀一致。微生物摄取葡萄糖的能阙相对于其他有机物低很多，堆肥化初期直接加入的葡萄糖为大多数微生物提供了易摄取碳源并放出能量，并使其数量迅速增加，三天内增加1～3数量级，经2～4天堆肥温度达到35～45℃；葡萄糖能使低温微生物被迅速激活，由于大多数微生物存在葡萄糖效应，因此先期加入的少量葡萄糖消耗完毕后，微生物又可以利用堆体中其他有机物作为碳源继续生长繁殖，从而实现了低温堆肥。经测试，结果表明本实施方式步骤二堆肥化的过程中，堆肥温度在50～60℃范围维持5～10天，其中堆肥高温55～60℃情况下维持3～5天，本实施方式堆体发酵15～20天后物料温度趋近环境温度；出料呈褐色，团粒疏松，无臭气，有明显的腐殖气息，不吸引蚊蝇，放置一两天后表面有白色或灰色的霉菌出现，体积减少30～40％，表观指数达到1级，水堇种子的发芽指数(GI)达90％以上，由上述各种指标表明了堆肥达腐熟。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至九不同的是：步骤一中堆肥调理剂按100～200∶1的体积比由浮石和葡萄糖组成。其它步骤和参数与具体实施方式一至九相同。
本实施方式在8～9℃的环境温度条件下进行堆肥，堆肥产品腐熟且均匀一致。经测试，结果表明本实施方式步骤二堆肥化的过程中，经2～4天堆肥温度达到35～45℃，堆肥温度在50～60℃范围维持6～10天，其中堆肥高温55～60℃情况下维持4～5天，本实施方式堆体发酵15～20天后物料温度趋近环境温度；出料呈褐色，团粒疏松，无臭气，有明显的腐殖气息，不吸引蚊蝇，放置一两天后表面有白色或灰色的霉菌出现，体积减少30～40％，表观指数达到1级，水堇种子的发芽指数(GI)达90％以上，由上述各种指标表明了堆肥达腐熟。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至九不同的是：步骤一中堆肥调理剂为体积比为100～200∶1的木屑与葡萄糖的混合物。其它步骤和参数与具体实施方式一至九相同。
本实施方式在10℃的环境温度条件下进行堆肥，堆肥产品腐熟且均匀一致。经测试，结果表明本实施方式步骤二堆肥化的过程中，经2天堆肥温度达到40℃，堆肥温度在50～60℃范围维持9天，其中堆肥高温55～60℃情况下维持4天。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至九不同的是：步骤一中堆肥调理剂为体积比为100～200∶1的竹丝与葡萄糖的混合物。其它步骤和参数与具体实施方式一至九相同。
本实施方式在9℃的环境温度条件下进行堆肥，堆肥产品腐熟且均匀一致。经测试，结果表明本实施方式步骤二堆肥化的过程中，经2～4天堆肥温度达到35～45℃，堆肥温度在50～60℃范围维持7～9天，其中堆肥高温55～60℃情况下维持4～5天。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至九不同的是：步骤一中堆肥调理剂由木屑、葡萄糖和浮石组成，木屑与葡萄糖的体积比为100～200∶1，浮石与木屑的体积比为1∶1。其它步骤和参数与具体实施方式一至九相同。
本实施方式在7℃的环境温度条件下进行堆肥，堆肥产品腐熟且均匀一致。经测试，结果表明本实施方式步骤二堆肥化的过程中，经2～4天堆肥温度达到35～45℃，堆肥温度在50～60℃范围维持6～8天，其中堆肥高温55～60℃情况下维持3～4天。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一至九不同的是：步骤一中堆肥调理剂由稻壳、浮石、葡萄糖和树皮组成，稻壳与葡萄糖的体积比为100～200∶1，稻壳与浮石的体积比为1∶2，稻壳与树皮的体积比为1∶1。其它步骤和参数与具体实施方式一至九相同。
本实施方式在8℃的环境温度条件下进行堆肥，堆肥产品腐熟且均匀一致。经测试，结果表明本实施方式步骤二堆肥化的过程中，经2～4天堆肥温度达到35～45℃，堆肥温度在50～60℃范围维持6～7天，其中堆肥高温55～60℃情况下维持3～4天。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一至九不同的是：步骤一中堆肥调理剂由稻壳、木屑、葡萄糖和浮石组成，稻壳与葡萄糖的体积比为100～200∶1，稻壳与浮石的体积比为1∶2，稻壳与木屑的体积比为1∶1。其它步骤和参数与具体实施方式一至九相同。
本实施方式在8～10℃的环境温度条件下进行堆肥，堆肥产品腐熟且均匀一致。经测试，结果表明本实施方式步骤二堆肥化的过程中，经2～4天堆肥温度达到35～45℃，堆肥温度在50～60℃范围维持6～10天，其中堆肥高温55～60℃情况下维持4～5天。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一至九不同的是：步骤一中堆肥调理剂由花生壳、浮石、葡萄糖、米糠和树皮组成，花生壳与浮石的体积比为1∶1，花生壳与葡萄糖的体积比为100～200∶1，花生壳与米糠的体积比为1∶1，花生壳与树皮的体积比为1∶1。其它步骤和参数与具体实施方式一至九相同。
本实施方式在7～10℃的环境温度条件下进行堆肥，堆肥产品腐熟且均匀一致。经测试，结果表明本实施方式步骤二堆肥化的过程中，经2～4天堆肥温度达到35～45℃，堆肥温度在50～60℃范围维持6～9天，其中堆肥高温55～60℃情况下维持4～5天。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一至九不同的是：步骤一中堆肥调理剂由花生壳、米糠、木屑、葡萄糖、浮石和树皮组成，花生壳浮石与米糠的体积比为1∶0.5，花生壳与木屑的体积比为1∶0.5，花生壳与葡萄糖的体积比为100～200∶1，花生壳与浮石的体积比为1∶1，花生壳与树皮的体积比为1∶2。其它步骤和参数与具体实施方式一至九相同。
本实施方式在8℃的环境温度条件下进行堆肥，堆肥产品腐熟且均匀一致。经测试，结果表明本实施方式步骤二堆肥化的过程中，经2～4天堆肥温度达到35～45℃，堆肥温度在50～60℃范围维持6～9天，其中堆肥高温55～60℃情况下维持3～4天。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式一至十八不同的是：步骤二所述的通风量为1.0～1.8m3空气/(m3堆体·min)。其它步骤和参数与具体实施方式一至十八相同。
本实施方式在7～9℃的环境温度条件下进行堆肥，堆肥产品腐熟且均匀一致。经测试，结果表明本实施方式步骤二堆肥化的过程中，经2～4天堆肥温度达到35～45℃，堆肥温度在50～60℃范围维持6～10天，其中堆肥高温55～60℃情况下维持3～4天。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式一至十八不同的是：步骤二所述的通风量为1.5m3空气/(m3堆体·h)。其它步骤和参数与具体实施方式一至十八相同。
本实施方式在9.5℃的环境温度条件下进行堆肥，堆肥产品腐熟且均匀一致。经测试，结果表明本实施方式步骤二堆肥化的过程中，经3天堆肥温度达到42℃，堆肥温度在50～60℃范围维持8天，其中堆肥高温55～60℃情况下维持5天。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式一至九不同的是：步骤二所述堆体的体积为10m3。其它步骤和参数与具体实施方式一至九相同。
具体实施方式二十二：本实施方式有机固体废弃物的低温好氧堆肥方法是按下述方法进行的：一、将含水率为65％(质量)、有机质含量70％(质量)的城市脱水污泥与堆肥调理剂混匀得到堆肥物料，堆肥调理剂用量是有机固体废弃物体积的1～2倍，其中堆肥调理剂由秸秆、葡萄糖和树皮组成，秸秆与葡萄糖的体积比为200∶1，秸秆和树皮的体积比为1∶1；二、将堆肥物料堆肥化处理：堆体的起始物料温度为5～10℃，堆体的高度为0.8～2m，循环间歇式通风，每隔30min通风一次，每次通风10min，通风量为0.05～2m3空气/(m3堆体·min)，堆肥温度升至40℃第一次翻堆、堆肥温度高于50℃每隔48小时翻堆一次、待堆肥温度降到40℃再翻堆一次，直至堆体达到完全腐熟(即堆肥温度接近环境温度)后出料，即完成了有机固体废弃物的低温堆肥。
本实施方式堆肥方式为条形垛式，堆体的体积为1～2m3，环境温度8℃，步骤一所用的城市脱水污泥选自哈尔滨市太平污水处理厂的脱水污泥。
本实施方式混合物料堆肥化过程中，堆肥温度在50～60℃范围维持7天，其中堆肥高温55～60℃情况下维持4天，本实施方式堆体发酵1天后物料温度趋近环境温度；出料呈褐色，团粒疏松，无臭气，有明显的腐殖气息，不吸引蚊蝇，放置一两天后表面有白色或灰色的霉菌出现，体积减少30～40％，表观指数达到1级，水堇种子的发芽指数(GI)达90％以上，由上述各种指标表明了堆肥达腐熟。

Claims (3)

1.有机固体废弃物的低温好氧堆肥方法，其特征在于有机固体废弃物的低温好氧堆肥方法是按下述步骤进行的：一、将含水率为质量比55％～65％的有机固体废弃物与堆肥调理剂混匀得到堆肥物料，堆肥调理剂用量是有机固体废弃物体积的0.5～2.5倍；二、将堆肥物料堆肥化处理：堆体的起始物料温度为5～10℃，堆体的高度为0.8～2m，循环间歇式通风，每隔30min通风一次，每次通风10min，通风量为0.05～2m3空气/(m3堆体·h)，堆肥温度升至40℃第一次翻堆、堆肥温度高于50℃每隔48小时翻堆一次、待堆肥温度重新降到40℃再翻堆一次，直至堆体达到完全腐熟后出料，即完成了有机固体废弃物的低温堆肥；其中步骤一所述有机固体废弃物为城市污泥、城市垃圾、禽畜粪便、食品垃圾中的一种或其中几种的混合；步骤一所述堆肥调理剂为以下六种组成方式之一：一、堆肥调理剂按100～200∶1的体积比由稻壳和葡萄糖组成；二、堆肥调理剂按100～200∶1的体积比由浮石和葡萄糖组成；三、堆肥调理剂由木屑、葡萄糖和浮石组成，木屑与葡萄糖的体积比为100～200∶1，浮石与木屑的体积比为1∶1；四、堆肥调理剂由稻壳、木屑、葡萄糖和浮石组成，稻壳与葡萄糖的体积比为100～200∶1，稻壳与浮石的体积比为1∶2，稻壳与木屑的体积比为1∶1；五、堆肥调理剂由花生壳、浮石、葡萄糖、米糠和树皮组成，花生壳与浮石的体积比为1∶1，花生壳与葡萄糖的体积比为100～200∶1，花生壳与米糠的体积比为1∶1，花生壳与树皮的体积比为1∶1；六、堆肥调理剂由花生壳、米糠、木屑、葡萄糖、浮石和树皮组成，花生壳浮石与米糠的体积比为1∶0.5，花生壳与木屑的体积比为1∶0.5，花生壳与葡萄糖的体积比为100～200∶1，花生壳与浮石的体积比为1∶1，花生壳与树皮的体积比为1∶2。
2.根据权利要求1所述的有机固体废弃物的低温好氧堆肥方法，其特征在于步骤一所述有机固体废弃物的含水率为质量比58％～62％。
3.根据权利要求1或2所述的有机固体废弃物的低温好氧堆肥方法，其特征在于有机固体废弃物的低温好氧堆肥方法，其特征在于步骤二所述的通风量为1.0～1.8m3空气/(m3堆体·h)。
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