垃圾好氧發酵工藝及影響其發酵速度的幾點因素

摘 要

介紹有機發酵的基本知識和好氧發酵在城市生活垃圾綜合處理中的應用，分析了濕度、碳與氮的比率、供給的氧氣量、磷與鉀的含量和有毒微小物質對好氧發酵速度的影響。

關鍵詞
垃圾處理工藝 堆肥 好氧發酵 速度 厭氧發酵

前 言
隨著我國國民經濟的飛速發展和人民生活水平的不斷提高，城市規模和人口數量迅速擴大和增加，伴隨而來的城市生活垃圾也與日俱增，城市生活垃圾的污染已經成為一個非常嚴重的社會問題。
我國是一個資源相對貧乏的國家，城市生活垃圾處理技術起步較晚，目前,多數城市生活垃圾露天堆放，且絕大部分為混裝，成分復雜、熱值低、含水率高。由于技術、設備、管理上的問題，城市垃圾對大氣、地下水源、土地資源的污染以及垃圾圍城現象對城市生活環境構成了嚴重威脅，垃圾處理問題已經成為各級政府高度重視的問題。到目前為止，在垃圾處理方式中，78.5%為簡易填埋處理，21.5%為簡易堆肥處理。這期間存在的突出問題是：垃圾處理工作還沒引起足夠的重視；垃圾處理投入不足;從事垃圾處理的科技人員少；垃圾處理水平低。
綜合我國目前投入運行的垃圾處理廠情況，大多數是采用垃圾堆肥、焚燒、衛生填埋等常規方法,少數垃圾處理廠采取垃圾綜合利用方法。由于填埋和焚燒占地面積大、投資較高,在中小城市很難推廣。因此，在城市垃圾處理方面,生活垃圾生物處理技術及好氧發酵技術有著無可比擬的優越性和廣闊發展潛力。該技術,由于工程投資少，處理方法科學，運行費用低,非常適合中小城市使用?，F謹對好氧發酵的基本知識及影響好氧發酵速度的幾點因素加以分析研究。
一、有機發酵的基本知識
發酵是一個分解過程，它包括在最適宜的狀態下有機殘渣的微生物轉化及借助微小有機體形成腐殖質。發酵一般可描述為厭氧或好氧過程。厭氧過程一般在缺氧狀態下產生，它的形成如下所示：
有機物質+厭氧菌+二氧化碳+水→氣態甲烷（沼氣）+氨+最后產物
厭氧分解后的產物中含許多喜熱細菌并會對環境造成嚴重的污染。其中明顯含有有機脂肪酸，乙醛，硫醇（酒味），硫化氫氣體還夾雜著一些化合物及一些有害混合物。例如：硫化氫，它是一種非常活躍并能致人于死地的高濃度氣體，它能很快地與一部分廢棄的有機質結合形成黑色有異味的混合物。厭氧分解一般在掩埋式垃圾處理中使用。
好氧分解過程一般在有氧和有水的情況下產生，它的形成如下所示：有機物質+好氧菌+氧氣+水→二氧化碳+水（蒸氣狀態）+硝酸鹽+硫酸鹽+氧化物
好氧分解后的產物是通過適濕細菌的微妙活動而形成的，適濕細菌吞食有機殘渣中的碳元素，在呼吸中消耗氧，產生二氧化碳，二氧化碳實際是一種細菌呼吸及磨擦后所產生的氣體。這種反應過程無任何有害物質產生，盡管沒有一種生物分解是無味的，但經過正確處理的好氧發酵所產生的氣味很小。國外采用翻堆機進行垃圾堆肥處理，就是典型的好氧發酵消納城市生活垃圾的技術。
二、工藝流程的基本描述
好氧發酵是環境所能接受的最好的垃圾處理方式，其中有兩種形
式可供使用，一種是封閉型艙式容器，它可與一種精密機械相結合，放置在發酵工廠，另一種就是敞開式發酵。封閉艙式發酵又可細分為兩種：靜態與動態。在靜態系統中，空氣一般直接通入封閉容器（象船艙），空氣可被吹入（正壓 ）或吸進（負壓）。相比之下動態翻滾式系統用得可能較多。
其實最經濟實用的是敞開式發酵方式。因為它操作方便，按裝成本低并且功效高。艙式發酵系統的安裝成本是敞開式發酵系統安裝成本的4-5倍，同時操作成本也是敞開式發酵系統的3倍。利用翻堆機處理生活垃圾系統就是一種敞開式發酵方式。概括的說，對城市生活垃圾的敞開式發酵可分為五個主要部分：
1. 初步分揀
2. 敞開式發酵
3. 污染物的篩分
4. 發酵物的成熟及制肥
5. 運送
城市垃圾的潔凈程度與發酵的成本和效率有著直接聯系，最初分
揀是保證產品潔凈的最經濟的方法。
如果最初分揀系統較完善，也就是說最初就將有機部分從無機物中分選出來，那么操作成本就會降低，效率就會升高。最后的產品質量也會提高。
一般在垃圾被運入發酵直道，首先被傾倒在一個水平分選帶上進行初次分選。然后翻堆機駛入成形的發酵直道，與此同時垃圾被噴灑菌種、通氣、破碎、松散、混合和翻轉，所有的垃圾都會被上下徹底的翻轉。作為加工系統的一個重要部分，每一批垃圾都會被噴入適量的菌種，它們對提高好氧發酵率很重要。
發酵完畢，下一個工序是清理。這時直道上的發酵物將被運入篩選工段，篩去一些無機物，如：塑料、玻璃、各種金屬和人造織物等。篩選后的有機物被放入制肥工段生產顆粒有機復合肥。
三、影響好氧發酵速度的因素
影響發酵速度的主要因素是那些影響生物菌種活性的因素，它們是：
1. 濕度
2. 供給的氧氣量
3. 磷、鉀的含量
4. 有毒物質，例如：重金屬、有毒物、濃酸。
1濕度
象所有的生命體，為獲取營養和實現增殖，細菌需要水分，我們的經驗證明：高效成功的發酵過程所需的濕度是50%～70%。
2碳與氮的比率
有機物質中的碳、氮比率一般高于20：1，高于這個比率氮在植物中就無法起到作用，因為好氧菌被強制地快速繁殖，在此期間所有氮都被用于制造細菌，只有當碳、氮比率降到20：1時，多余的好氧菌才會死去，氮元素才被釋放供給植物進行光合作用。所以必須減低比率。有機物質的好氧發酵生成二氧化碳，但對氮的減少量很小，當二氧化碳產生時，只有一小部分碳會被利用去制造一些微生物細胞。在此過程中，氮被牢固地貯存在微小的有機體中，活動空間很少。碳氮的比率在發酵過程中快速降低。當碳氮比率低于20：1時，說明發酵已處于穩定階段，可以結束了。
一般好氧發酵前碳氮比率在25：1到35：1之間，實驗證明，當碳氮比率為33：1時可達到最快發酵速度。
3供給的氧氣量
如果在發酵過程中有充足的氧氣供應，再加上其它條件也比較適宜，那么微生物的活動將不受任何抑制，并且會迅速增殖。細菌的密度和活躍程度可以通過溫度（最佳條件60℃-65℃）和可達到的速率來評估。
翻堆機就是用翻轉的方法來促進發酵,使氧與被發酵物充分地裹合，加快發酵速度。
4磷與鉀
發酵有機物質適量的磷與鉀必不可少,這些營養元素很重要,因為磷是形成微生物細胞質的主要成分,而鉀能調整細胞內的滲透關系.以氮作為相對的度量標準，磷含量應占20%左右，鉀含量應占8%左右，值得高興的是有機物質的磷、鉀含量一般都能達到前述標準，它們的含量有很大的伸縮性，在較好的發酵過程中并不需要對他們做任何調整。
5有害物質
某些有機物中也許會存在一部分對發酵中好氧菌有害的物質，許多重金屬元素例如：錳、銅、鋅、鎳、鉻和鉛，若它們的含量過高就會對好氧菌造成危害。導致好氧菌的大量死亡使發酵速度變慢，應避免有毒物質進入發酵場地。
生活垃圾一般很難仰制重金屬的比率，但過多的重金屬確實會造成一定的影響。
結束語
以上垃圾好氧發酵工藝及影響其發酵速度的幾點因素是我們在城市生活垃圾處理的實踐過程中總結出來的，我們在垃圾處理過程中始終堅持高起點、高技術、高質量、高效率、高效益的“五高”方針，不斷提高自身的垃圾處理水平，提高產品競爭力，塑造名牌產品。