生活垃圾预处理后续堆肥化通风方式优化研究.pdf

生活垃圾预处理后续堆肥化通风方式优化研究 * 杨列1刘婷2谢文刚3熊辉4曹泳民1陈朱蕾1 1. 华中科技大学，武汉 430074;2. 黄石理工学院，湖北 黄石 435000; 3. 中国市政中南设计研究总院，武汉 430000;4. 宜昌固废公司，湖北 宜昌 443000 摘要 以宜昌市垃圾综合处理场预处理后的筛下物为研究对象， 研究了不同通风方式对后续堆肥化效果的影响。对堆 体温度、 pH、 堆高、 耗氧速率、 腐熟度等指标的监测结果表明， 通风方式为“每半小时通风 8 min， 每天开风机 8 h。温度 降低到 35 ℃ 时， 停止通风” 时， 后续堆肥化效果最好。 关键词 生活垃圾;预处理;后续堆肥化;通风方式 OPTIMIZATION OF VENTILATION FOR FOLLOW- UP COMPOSTING OF BIOLOGICAL PRETREATMENT FOR MSW Yang Lie1Liu Ting2Xie Wengang3Xiong Hui4Cao Yongmin1Chen Zhulei1 1． Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China; 2． Huangshi Institute of Technology，Huangshi 435000，China; 3． Central and Southern China Municipal Engineering Design and Research Institute，Wuhan 430000，China; 4． Yichang Solid Waste Corporation，Yichang 443000，China AbstractThe paper took the spigot of pretreatment in Waste Comprehensive Treatment Plant in Yichang City as research material，and studied the impact of ventilation on follow-up composting of biological pretreatment for MSW． Physicochemical parameters such as temperature，pH，height，oxygen uptake rate，maturity were monitored on five piles with five different ventilation s．The results showed that the fifth ventilation was most suitable for follow-up composting． Keywordsmunicipal solid waste;pretreatment;follow-up composting;ventilation * “十一五” 国家科技支撑计划 2006BAC06B04 。 0引言 目前， 世界各国都把城市固体废弃物的减量化、 无害化和资源化的“三化” 方针作为综合解决城市垃 圾的原则， 采用堆 肥法 处 理 城 市 垃 圾 符 合 这 一 原 则［1］。通过生物预处理， 垃圾的特性发生了变化， 分 选效率提高了， 尤其是通过筛分可将大部分有机垃圾 分选出来， 这些有机垃圾可以用于堆肥［2- 4］。通过堆 肥化， 使预处理中没分解或没完全分解的难降解有机 物转化成腐殖酸， 从而得到完全成熟的堆肥成品。本 文以预处理后的筛下物为研究对象， 研究了翻堆、 通 风等操作对后续堆肥化的影响， 监测堆体温度、 pH、 堆体高度、 耗氧速率以及腐熟度等情况， 为预处理垃 圾的后续堆肥化操作提供借鉴。 1实验材料与方法 实验材料为宜昌市垃圾综合处理场预处理后的 筛下物。实验场地为在宜昌垃圾综合处理场的垃圾 二次发酵仓， 共堆置 5 个堆体， 堆体长度 L 2 m， 堆 体截面为梯形 高1. 8 m， 堆上底长1 m， 下底长3 m。 堆高的确定参考了 CJ/T 30591996城市生活垃圾 堆肥处理厂技术评价指标 对静态堆肥堆高的取 值［5］， 同时根据现场测氧仪测试， 氧扩散深度可达到 约1. 8 m， 所以堆体高度设计为1. 8 m。各堆体翻堆、 通风方式如表 1 所示。 实验过程中监测的指标有 堆体的温度、 pH、 堆 高、 耗氧速率、 腐熟度等。 1 温度 采用 XMD- 52207 型堆肥专用温度传感 仪测定。 47 环境工程 2012 年 2 月第 30 卷第 1 期 表 1通风方式实验设计 堆体编号操作条件 1不通风、 不翻堆对照。 2两天翻堆一次， 当温度降低到 35 ℃ 时， 停止翻堆。 3温度高于 65 ℃ 时， 翻堆一次。 4 通风 0. 05 ～ 0. 20 m3/ min m3 每半小时通风 5 min， 每天开风机 8 h。当温度降低到 35 ℃ 时， 停止通风。 5 通风 0. 05 ～ 0. 20 m3/ min m3 每半小时通风 8 min， 每天开风机 8 h。当温度降低到 35 ℃ 时， 停止通风。 注 由于现场条件限制， 鼓风机仅在白天上班时间 8 h 内开启。 2 pH称取垃圾样品 50 g 置于 500 mL 锥形瓶 中， 再加入250 mL蒸馏水， 震荡30 min， 然后再静置 30 min， 之后再用 pH 计测定。 3 堆高 用杆尺进行多点测量， 取平均值。 4 耗氧速率 用 MF420- 0-Z1 型堆肥测氧仪测量。 5 腐熟度 采用种子发芽率指数方法确定。 2结果与讨论 经过近 30 多天的堆肥化， 有机物进一步降解， 各 个堆体在不同的操作条件下理化参数有不同的变化。 2. 1温度变化 各堆体不同层温度随时间的变化见图 1图 5。 其中 上 层 温 度 监 测 点 距 表 面 50 cm， 下 层 距 地 面 50 cm。 图 1堆体 1 号的温度变化 图 2堆体 2 号的温度变化 图 3堆体 3 号的温度变化 图 4堆体 4 号的温度变化 图 5堆体 5 号的温度变化 生物预处理产物进入二次发酵仓进行后续堆肥 化， 初始阶段， 由于垃圾经过重新堆置， 堆体温度都较 低， 在 30 ～ 40 ℃ 范围内， 之后随着堆体中未降解完的 复杂有机物如半纤维素 － 纤维素和蛋白质等被分解， 释放出热量， 堆体温度上升。随着微生物降解的进 行， 可降解有机物逐渐减少， 微生物活动减弱， 产热量 减少， 温度逐渐下降。由堆体温度曲线图可以看出， 堆肥化在约 40 天的时间里经历了中温阶段、 高温阶 段、 降温阶段和腐熟阶段。堆体上下层温度有差异， 下层温度较低， 堆体 2 号的上下层温度差异最大。 由于翻堆、 通风操作不同， 各个堆体的温度曲线 有不同。堆肥化开始后， 各堆体温度都较为相近， 随 着堆肥化过程的进行， 4 号、 5 号堆体温度上升较快， 57 环境工程 2012 年 2 月第 30 卷第 1 期 下降也最快， 4 号堆体在第 27 天平均堆温下降到 44. 5 ℃ ， 5 号 堆 体 在 第 31 天 平 均 堆 温 下 降 到 47. 9 ℃ 。这可能由于两个堆都进行了底部通风， 通 风使堆体内氧含量充足， 有机质能较快分解转化为腐 殖质， 堆肥进入腐熟阶段较快， 温度较快降低。2 号、 3 号堆体由于有翻堆操作， 平均温度较 1 号堆体低， 尤其是 2 号堆体平均温度在 50 ～ 60 ℃ 之间波动。 2. 2堆体 pH 值变化 各垃圾堆体 pH 随堆肥化时间变化情况见图 6 图 10。几个垃圾堆体在堆肥化过程中， 随着处理时 间增长， 堆体的 pH 向碱性转变， 这说明氧气浓度、 温 度等条件较适宜， 微生物降解有机物使 pH 升高。 图 6堆体 1 号的 pH 变化 图 7堆体 2 号的 pH 变化 图 8堆体 3 号的 pH 变化 4 号和 5 号堆体每天定时底部通风， 堆肥化初始 时， 在氧气充足的情况下， 有机物分解较快， 产生大量 图 9堆体 4 号的 pH 变化 图 10堆体 5 号的 pH 变化 的氨， 使 pH 迅速升高。由堆体 pH 的变化可看出， 4 号和 5 号的有机物分解启动较 2 号和 3 号堆体要快。 2. 3堆高的变化 图 11堆体高度的变化 各垃 圾 堆 体 高 度 随 堆 肥 化 时 间 变 化 情 况 见 图 11。垃圾堆体的高度下降主要是由于垃圾沉降造 成的， 而有机物的降解沉降是主要沉降。从堆体高度 曲线可以看出 在堆肥化期间， 由于翻堆、 通风操作不 同， 堆体高度下降速度有很大差异。堆肥化前期， 堆 体高度下降较快， 在堆肥化的中后期下降速度趋缓， 其中， 堆高下降由快到慢的顺序是 5 号 ＞ 4 号 ＞ 2 号 ＞3 号 ＞ 1 号。由堆高的变化可以比较出， 经过翻堆 和通风操作， 可以加快垃圾堆体有机物的降解沉降， 即加快有机物的分解。底部通风的操作比翻堆操作 对加快有机物的分解效果更明显。 67 环境工程 2012 年 2 月第 30 卷第 1 期 2. 4耗氧速率变化 垃圾堆体 4 号、 5 号的耗氧速率随堆肥化时间变 化见图 12图 13。 耗氧速率是判断堆肥腐熟度的重要指标之一， 一 般认为堆肥耗氧速率≤0. 1 /min， 该堆肥腐熟。由 图 12图 13 可发现 堆肥化过程中， 两个堆体的耗 氧速率都逐渐降低， 这是由于在堆肥化的初始阶段可 降解有机物较多， 微生物活跃， 大量消耗氧来分解有 机质。随着堆肥化的进程， 可降解有机物逐步减少， 微生物活性下降， 堆肥耗氧量也随之逐渐减少， 耗氧 速率相应下降， 堆肥逐渐成熟。从实验结果可得出 5 号堆体在堆肥化第 16 天， 耗氧速率就降到了 0. 1 / min， 达到腐熟。而 4 号堆体在第 18 天才降到 0. 1 / min， 因此 5 号堆体的通风条件更有利于加快堆肥 腐熟。 图 12堆体 4 号的耗氧速率变化 图 13堆体 5 号的耗氧速率变化 2. 5种子发芽指数 经堆肥化处理的生活垃圾含有丰富的腐殖质， 可 作为土壤调理剂和改良剂。堆肥中的腐熟度指标是 判断堆肥是否腐熟， 是否无害的重要参数［6］。未腐 熟的堆肥含有植物毒性物质， 对植物的生长产生抑制 作用， 因此可用堆肥和土壤混合物中植物的生长状况 来评价堆肥腐熟度。利用堆肥水浸提液对植物种子 的毒性实验检验腐熟度是最有效方法之一， 通常用种 子发芽指数 GI 来表示。一般认为当 GI≥60 ， 就 可以认为堆肥基本无毒性， 当 GI≥80 时即可认为 堆肥对植物无毒性， 堆肥腐熟［7］。垃圾堆肥腐熟有 几个阶段 第 1 个阶段是前期抑制阶段， 主要发生在 高温期， 这一阶段有机物质被微生物剧烈分解，生成 大量的氨和低分子有机酸［8］; 第 2 个阶段是 GI 迅速 上升阶段， 发生在堆肥第 2 周到第 5 周内， 腐殖化作 用越来越明显， 低分子有机酸转化为高分子腐殖酸， 同时氨的挥发以及金属的固定等也使 GI 值不断升 高; 第 3 个阶段是 GI 缓慢上升至稳定阶段， 从50 ～ 60 增长到 70 ～ 80 之间［9］。 各堆体种子发芽指数随堆肥化时间变化情况见 图 14图 18。随着堆肥化的进程， 各堆体的 GI 都逐 渐上升， 其中 4 号和 5 号堆体在堆肥化 20 天后 GI 就 稳定地保持在 80 以上， 达到腐熟。1 号、 2 号、3 号 堆体， GI 上升也较快， 在堆肥化后期达到 60 以上， 基本无毒性， 可以满足堆肥腐熟度的要求。比较翻堆 和通风操作， 通风操作对加快垃圾堆肥化腐熟更加 有利。 图 14堆体 1 号的种子发芽率变化 图 15堆体 2 号的种子发芽率变化 3结论 1 通风方式对生活垃圾后续堆肥化的效果影响 明显， 合 理 的 通风 方 式可 以 有 效 提 高 后 续 堆 肥 化 效果。 77 环境工程 2012 年 2 月第 30 卷第 1 期 图 16堆体 3 号的种子发芽率变化 图 17堆体 4 号的种子发芽率变化 图 18堆体 5 号的种子发芽率变化 2 通风操作使堆体温度上升较快， 下降也最快， 使堆体温度稳定速率加快。 3 随着处理时间增长， 堆体的 pH 向碱性转变， pH 升高较快、 更有利于有机物分解启动， 且有机 物的分解效果更明显。 4 从种子发芽指数 GI 看， 通风操作对加快垃圾 堆肥化腐熟更加有利。 5 通风方式为“每半小时通风8 min， 每天开风机 8 h。温度降低到35 ℃ 时， 停止通风” 时， 后续堆肥化 效果最好。 参考文献 ［1］牛俊玲， 崔宗均， 李国学， 等． 城市生活垃圾堆肥的成分变化及 腐熟度评价［J］． 农业环境科学学报， 2006， 25 1 249- 253． ［2］陶华， 张劲松． 生物堆肥预处理对生活垃圾含水率和发热量的 影响［J］． 环境卫生工程， 2004， 12 4 196- 197． ［3］程刚， 耿冬梅， 宣世伟， 等． 静态仓式城市生活垃圾堆肥的中试 研究［J］． 环境科学与技术， 2004， 27 1 68- 69. ［4］王艳， 沈春红， 李国学， 等． 倒仓破碎对缩短发酵周期后生活垃 圾堆肥腐熟度的影响［J］． 农业环境科学学报， 2009， 28 5 1053- 1059． ［5］CJ/T 30591996 城 市 生 活 垃 圾 堆 肥 处 理 厂 技 术 评 价 指 标［S］． ［6］William HS， Margolis P， Janonis BA．Highaltitudesludge composting ［J］． Biocycle， 1992 8 68- 71． ［7］Riffaldi R，Leviminzi R，Pera A． uation of compost maturity bymeansofchemicalandmicrobialanalyses ［J］．Waste Management and Research，1986 4 387- 396． ［8］Baziramakenga R，Simard R R．Low molecular weight aliphatic acid contents of composted manures［J］．Journal Environmental Quality，1998，27557- 561． ［9］秦莉，李玉春，李国学， 等． 城市生活垃圾堆肥过程中腐熟度 指标及控制参数［J］． 农业工程学报， 2006， 22 12 189- 194. 作者通信处陈朱蕾430074湖北省武汉市华中科技大学环境科 学与工程学院环境楼南 209 室 电话 027 87792151 E- mailczlgroup yeah． net 2011 － 05 － 20 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 近期已实施及将实施的部分国家环境标准 HJ 6182011环境空气PM10 和 PM2. 5 的测定重量法 、 HJ 6202011水质挥发性卤代烃的测定 顶空气相色谱法 、 HJ 6212011水质氯苯类化合物的测定气相色谱法 、 HJ 6292011固定污染源废 气二氧化硫的测定非分散红外吸收法 、 HJ 6302011环境监测质量管理技术导则 已于 2011 年 11 月 1 日起实施。GB 27631 － 2011发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准 、 GB 27632 － 2011橡胶制品工业污染 物排放标准 、 HJ 20092011生物接触氧化法污水处理工程技术规范 、 HJ 20102011膜生物法污水处理工 程技术规范 自 2012 年 1 月 1 日起实施。 国家环境保护部与国家质量监督检验检疫总局联合发布的 GB /T 276302011乘用车内空气质量评价指 南 将自 2012 年 3 月 1 日起实施。 87 环境工程 2012 年 2 月第 30 卷第 1 期