本科毕业设计论文--微生物在堆肥处理有机固体废弃物中的理论研究.doc

微生物在堆肥处理有机固体废弃物中的理论研究摘要;探究微生物在固体废弃物处理中的应用最为主要的是考察微生物在处理有机固体废弃物中的应用,而微生物处理固体有机污染物的途径主要是通过生物降解,其中一种工艺就是堆肥。本文分别介绍了几个关于堆肥处理的相关知识，一、固体有机污染物处理方式的讨论，通过对固体有机污染物的讨论引出堆肥的处理方法。二、堆肥的影响因素试验研究，主要通过不同的试验环境研究具体的堆肥影响因素。三、微生物堆肥的实际应用及其有具有的商业价值。四、微生物堆肥排放的气体对环境的影响，微生物堆肥会产生生化反应，产生大量有害气体会对环境造成影响。通过这篇文章会让读者知道微生物通过堆肥处理固体有机污染物的具体细节。0引言要想追求经济上的发展就会带来一些问题，无论是第二次工业革命还是祖国的改革开放都带来了一些烦恼，城市固体废弃物产量逐年增加已经成为一个不争的事实。不管是在城市的繁华商业区还是在有待开发的郊区，各种类型、品类复杂的固体废弃物随处可见大量的城市固体废弃物堆积，不仅恶化了原本脆弱的城市生产环境和生活环境，给市容市貌的美化带来了负能量；同时，也为经济建设的持续定增长带来了隐患。对现有的城市固体废弃物进行分类分析，采取科学有效的处理，并力争实现资源的重复再利用，对于实现资源节约和环境友好具有重要的意义。对城市固体废弃物进行科学合理有效的开发利用，不仅有助于减轻资源和环境压力，同时，还可以带来巨大的经济效益和社会效益。目前，国内外处理固废的方法很多，但由于传统方法的种种缺陷，大多数研究人员都力图寻找一种绿色环保的方法以去除垃圾中的有害化学成分，同时解决农业中由于大量使用化肥，对环境造成严重破坏的问题。基于这种情况，微生物处理固体有机污染物成为一种极具潜力的方法，在无害化处理垃圾的同时生产出无污染肥料以取代化学肥料。1、固体污染物的处理方法 1.1固体污染物的分类1.1.1固体生活废弃物自改革开放以来城镇化是现代化国家发展进程中必然经历的过程。城市生活中便捷的衣、食、住、行各项服务、优厚的教育和医疗卫生条件，吸引着广大农村居民不断向城市转移．城市规模不断膨胀，城镇人口不断增加，由此产生的固体生活废弃物也随之不断增加．据相关部门统计，目前我国城镇居民每人年均产生生活废弃物约450kg，全国每年固体生活废弃物产生量以亿吨计，并以年均8％的速度递增。固体生活废弃物主要包括居民在日常生活中产生的瓜果皮屑、塑料制品、厨房废弃物、生活设施淘汰替换等形成的废弃物上。由于环保设备储备不足和环保意识的缺失，目前，还难以有效做到对生活垃圾的分类处理和丢弃，城市生活垃圾随处可见，对城市环境造成了严重的污染。1.1.2固体工业废弃物工业生产中各种自然资源耗用后形成的堆积物，主要包括粉煤灰、炉渣、煤矸石、炉渣等，还包括有其他一些危险废物、放射性废物和其他废物等被称为固体工业废弃物，工业废弃物的产生是工业发展进程中不可避免的副产品，但同时应对固体工业废弃物有一个清醒的认识．工业废弃物绝不是城市发展与市容美化的包袱，相反，它更应被看做是一种放错了位置的资源．工业废弃物只是受当前科技水平、机械设备和利用方式等方面限制，而暂时失去了价值．只要利用合理，开发得当，固体工业废弃物蕴含的巨大的经济利益和商业效益，值得城市管理者和相关项目发人员投入资金和资源。工业固体废弃物产生较多的城市主要集中在矿产资源丰富的中西部省份，这些城市普遍处于粗放型的资源经济转型时期，一段时期内，经济增长还得依靠当地的矿产资源开发。同时可以看出，这些城市的工业废弃物产量巨大，给城市环境治理形成了巨大的压力。1.1.3建筑固体废弃物建筑废物同工业废弃物一样，是暂时失去使用价值的宝贵资源一。建筑废弃物的产生主要是由于城镇化进程中一些建筑新建、旧有建筑拆除或废弃造成的．建筑废弃物主要包括废弃钢筋、混凝土、弃土、弃料及在装饰装修中产生的其它建筑废材等。 经过多年的相关技术研究和论证，多种建筑废弃物均在工程实践中得到了回收再利用，如利用破碎土、弃土等对不良路基进行置换、填埋，修筑路基，修建人工景观林和地下停车场等以提高土地利用空间，改善局部生活环境，天津市更是利用建筑废弃物修建了景色宜人的堆山造景公园，开创了建筑废弃物再利用的新局面。1.1.4固体医疗废弃物我国固体医疗废弃物产量也正呈逐年上升的趋势。固体医疗废弃物不同于一般的固体废弃物。虽然大部分固体医疗废弃物已经得到安全无害化处理，但仍不能保证依旧有一部分生命力顽强，对居民健康安全形成隐患的医疗废弃物流向老百姓的日常生活空间。这些医疗废弃物可能携带各种病毒、病菌或寄生虫卵等，一旦污染，往往只能在发病时才能被发现。因此，对固体医疗废弃物采用更加科学严格的标准进行减量无害化处理，意义重大。1.2固体废弃物处理模式1.2.1填埋填埋主要面向无利用价值的固体废弃物，主要包括城市生活固体废弃物、医疗废弃物和部分建筑废物、工业废物。填埋由传统的废物堆放和填地技术发展而来．废弃物填埋最重要的工艺和难点就是如何利用工程手段，采取有效的技术措施，防止渗滤液及有害气体对周边水体、大气和土壤环境的污染，以达到对公共卫生安全及环境的无害化处理。城市废弃物卫生填埋场的规划选址是废弃物填埋的重要内容项目建设前，应首先对城市固体废弃物的数量和种类做出详细准确的评估和测算，以验证填埋场的建设规模是否可以满足填埋需要，是否造了土地资源浪费，是否对局部环境造成不良影响或多大的不良影响填埋场的选址应符合城市建设的总体规划要求，并与当地的大气污染防治、水污染防治和自然环境保护和开发相一致，应布置在当地夏季主导风向的下风向，并距离居民生活点、工业设施、军用设施至少500m以上。应严格禁止在自然保护区、风景名胜区、生活饮用水源地和其他需要保护的特殊需要新建固体废弃物填埋场。应选择地基承载力满足规划和设计要求的场地进行施工，以避免地基不均匀沉降而导致渗滤液泄露而污染地下水或大气环境。 防渗是固体废弃物填埋场设计和施工质量的重要衡量标准之一，防渗处理的主要目的是防止固体废弃物经堆埋发酵、微生物作用产生的渗滤液和气体透过填埋场四壁和固体废弃物而对周边土壤和地下水形成二次污染，同时，还要防止外来水体，包括地下水、地表水和降水等渗入填埋场，增大渗滤液的产量，从而对填埋场的抗渗能力造成更大的压力。防渗方式和防渗材料的选择应严格按规划和设计要求布置选用，应选择施工资质满足要求，有相关工程建设经验的施工单位和队伍从事填埋场的施工，以确保工程施工质量。1.2.2焚烧从19世纪80年代开始，部分欧洲国家就已经新建了世界上最早的固体废弃物焚烧厂，但由于早期固体废弃物热值不高，焚烧设备简陋，焚烧时产生的二嗯英等有毒有害气体得不到有效处理，由此引发的大气污染严重，因此，该方法一度被废弃．经过20世纪以来焚烧技术的不断改进、焚烧步骤的不断细化、焚烧设备的不断完善以及固体废弃物成分的不断变化，焚烧作为一种可行的固体废弃物处理方法，重新引起人们的重视。随着固体废弃物产量的不断增加，有限的土地容量已不能满足日益增长的固体废弃物填埋需要，因此，对固体废弃物进行焚烧，以使固体废弃物有效地减容减量，在土地资源日益稀缺紧张的今天。显得弥足珍贵。据统计，通过焚烧可使固体废弃物减容减量达85％以上，是处理固体废弃物最彻底的一种方式。固体废弃物在焚烧炉内燃烧分为干燥、热分解和燃烧三个阶段。干燥就是利用燃烧产生的热能使水分汽化并排出生成的水蒸气的过程。固体废弃物的含水率越低，干燥时间越短，越容易燃烧，反之，则影响废弃物燃烧热分解是指有机可燃物在高温下分解或聚合的过程．使热分解能在较短的时间内彻底完成，是保证固体废弃物燃烧完全的基础．固体废弃物焚烧是气相燃烧和非均相燃烧的混合过程，经过燃烧产生许多不同种类的气、固态可燃物，达到对固体废弃物的安全、减量和无害化处理。我国的城市固体废弃物焚烧行业起步较晚，但时间紧迫，任务艰巨。我国的固体废弃物种类繁杂，极少经过预先分捡，热值较低、含水率较高且变化较大，对垃圾焚烧厂的立项规划和后期运行产生了一定的影响．同时，大规模的引入焚烧设备需用大量的资金投入，处理效果有待商榷。因此，推进我国城市固体废弃 物焚烧技术的主要途径应是在学习、借鉴国外先进经验和技术的基础上，根据我国城市垃圾的特点、现有的经济实力，开发符合我国国情的、有中国特色的科学、经济、实用、有效的废弃物焚烧处理技术和装置。只有这样，才能适应我国当前城市固体废弃物处理的需要，也才是我国发展和应用垃圾焚烧技术的根本。1.2.3堆肥堆肥的主要原理就是利用自然界的微生物或人工合成的微生物菌剂在合适的环境温湿度、PH等条件下，人为促进可生物降解的有机物向小分子物质和腐殖质物质转化的过程。城市固体废弃物中不仅富含丰富的有机质和其他植物生长所必须的营养物质。同时固体废弃物中还含有大量的病菌，重金属离子或他污染物质。对固体废弃物进行妥善的堆肥处理，可有效实现对固体废弃物的资源回收再利用。堆肥技术起步很早，但发展缓慢，一方面是由于工业化的高速发展，大量的有毒物质和高分子塑料材料充斥在固体废弃物垃圾中，严重的影响了降解的速度和难度，限制了堆肥制品的质量，堆肥制品易产生明显的臭味，与现代农业的要求仍有一定的差距；另一方面，堆肥对固体废弃物的减量化处理效果并不明显，经堆肥处理的固体废弃物仍需占用大量的交通资源运输至垃圾填埋场，占用大量的土地资源以进行掩埋。不同城市的垃圾种类和成分各有不同，变化很大。北京、上海、大庆的城市固体废弃物更适用于堆肥，而对福州、武汉和哈尔冰的固体废弃物堆肥则存在一定的难度，堆肥质量也难以保证。针对城市固体废弃物堆肥处理存在的问题，各科研院所和相关机构开展了相应的技术和设备开发利用。对固体废弃物处理前进行破碎和分选，为高品质的堆肥产品生产提供了可能。同时，应利用城市固体废弃物大力推广生物发酵法的生物复合肥技术，缩短发酵时间，提高生物堆肥产品质量，力争实现废弃物的减量和工业化堆肥制品的双丰收，政府部门也应提供优惠的税收政策和技术扶持，鼓励和提倡使用堆肥产品，积极帮助扩大市场。1.3堆肥工艺处理有机固体废弃物1.3.1堆肥化的基本原理介绍堆肥化是将要堆腐的有机物料与填充料按一定的比倒混合，在合适的水份、通气条件下。 使徽生物繁殖并障解有机质，从而产生高温，杀死其中的病原曹及杂草种子，使有机物达到稳定化。根据处理过程中起作用的徽生物对氧气的不同要求。可以把有机废弃物堆肥处理分为好氧堆肥和厌氧堆肥。好氧堆肥堆体温度高，一般在50～65℃，故亦称为高温堆肥。由于高温堆肥可以最大限度地杀灭病原菌，同时对有机质的降解逢度快，目前，大多都采用高温好氧堆肥。同堆肥技术的主要区男4在于维持堆体物料均匀及通气条件所使用的技术手段。这些技术可以简单到把混匀的堆料堆成条垛式，然后定期翻堆倒垛以提供好氧条件，或者复杂到把堆料放入发酵仓中。用机械设备对物料进行连续的混匀。通过通气设备进行连续的通气。堆肥系统的分类大同小异，根据技术的复杂程度，一般分为三类：条垛式、通气静态垛式、发酵仓式系统。1.3.2堆肥系统介绍1.3.2.1条垛式堆肥系统在堆肥系统中存在着技术水平等级之分。条垛式是堆肥系统中最简单的一种。这是一种最古老的堆肥系统。即将堆肥物料以条垛状堆置，垛的断面可以是梯形、不规则四边形或三角形。条垛式的堆肥特点是通过定期翻堆来实现堆体中的有氧状态。翻堆可以采用人工方式或特有的机械设备。最普遗的条垛形状是3～5米宽，2～3米高的梯形条垛。最佳的尺寸根据气候条件、翻堆使用的设备、堆肥原料的性质而定。不管是为了便于操作和维持堆体形状，还是为了周围环境和渗漏问题，条垛式堆肥都应堆在沥青、水泥或者其它坚固的地面上。堆的频率受许多条件限棚。首先，翻堆的目的是提供堆体中徽生物群的氯气需求。因此，翻堆的频率在堆肥初期应显著高于堆肥的后期。其他因素如：腐熟程度、翻堆设备类型、能力、防止臭味的发生、占地空间的话求及各种经济因素的变化。条垛式堆肥一次发酵周期为1～3个月。垛式系统的优缺点是管技术水平低，条垛式系统也有许多优点：1．所需设备简单，成本投资相对较低；2．翻堆会加快水分的散失，堆肥易于干燥；3．填充剂易于筛分和回用；4．因为堆腐时间相对较长，产品的稳定性相对较好。条垛式系统的缺点也很明显：1．条垛式系统占地面积大(堆体本身占地面积大，又加之堆腐周期长)；2．需要翻动堆体进行通气，因此，要有大量的翻堆机械及人力；3．相对于其他堆肥系统而言。条垛式堆肥系统需要更频繁地监测，才能确 保足够的通气量和温万方数据4．翻堆会造成臭睐的散失．特别是当堆腐生污泥或未经稳定化的污泥时情况更为严重。这会造成与公众的关系问题；5．条垛式在不利的气候条件下不能进行操作，雨季会破坏堆体结构，冬季会造成堆体热量大量散失，温度降低。这些问题可以通过加盖橱顶来解决，但这会提高投资成本；6．为了保证良好的通气条件。条垛式系统所需要的填充荆比例相对较大。条垛式系统一直被广泛采用。美国1993年普查，条垛式系统占321个堆肥项目的21．5％1993年加拿大普查全国121个运行的堆肥厂中，其中90个是条垛式系统。条垛式系统在美国和加拿大等国使用比例较高，因这些国家有足够的土地面积。1.3.2.2通气静态垛堆肥系统相对于条垛式系统，能更有效地确保达到高温、提供进行病原菌灭活的堆肥系统称为BehsMlle(BARC)通气快速堆肥法。通气静态垛系统就是根据BARC法发展起来的。通气静态垛与条垛式系统的不同之处：1．堆肥过程中不进行物料的翻堆。通过鼓风机通风使堆体保持好氧状态。在静态垛堆肥中，通气系统包括一系列管路，这些管路位于堆体下部．与鼓风机连接。在这些管路上铺一层木屑或者其他填充料。可以使通气达到均匀，然后在这层填充料上堆放堆肥物料构成堆体．在最外层覆盖上过筛或未过筛的堆肥产品进行隔热保温。整个堆应在沥青或水泥地面上进行，以防止渗滤液对土壤的污染或对地面的腐蚀。通气静态垛堆肥技术中，关键的是通气系统，包括鼓风机和通气管路。通气管路可以是固定式的，也可以是移动式的；管路材料可以是可重复使用的，也可以是可降解的。在固定式通气系统中，通气管路放入水泥沟槽中或者平铺在水泥地面上，上铺术屑等填充料形成多空气流通路径的效果。还有一些固定式通气系统完全靠水泥沟槽充当通气管路。水泥沟槽必须能支撑住上面堆料的压力。移动式通气系统主要由简单的譬道直接放在地面上构成。移动式系统的优点是：成本低。设计灵活，易于调整。它比届定式系统使用得更普遍。气静态垛系统的优缺点是通气静态蟓系统有许多优点：1．设备的投资相对较低；2．相对于条垛式系统，温度及通气条件得到更好地控制；产品稳定性好。能更有效地杀灭病原菌及控制臭味；3．由于条件控制较好，通气静；蠡垛系统堆腐时间相对较短，一般为2～3周；4．由于堆庸期相对较短、填充料的用量少，因此占地也相对较步。但是通气静态垛系统的缺点也较明显：堆肥易受气候条件 的影响。例如：霜天会破坏堆体的结构。这个问题可以通过加盖橱顶来解决，但同时也会增加投资。与条垛式系统不同之处在于。在足够大体积、合适的堆腐条件下，通气静态垛系统受寒冷气候的影响较小。1.3.2.3发酵仓系统发酵仓系统是使物料在部分或全部封闭的容器内，控制通气和水分条件，使物料进行生物降解和转化。发酵仓系统与其它两类系统的根本区别是该系统是在一个或几个容器内进行，是高程的度机械化和自动化。堆肥基本步骤与其它两类系统相同。堆肥的整个工艺包括通风、温度控制、水分控制、无害化控制、堆肥的腐熟等几个方面。作为发酵仓系统，不仅应尽可能地满足工艺的要求，而且要实现机械化大生产。作为动态发酵工艺，堆肥设备必须具有改善、促进微生物新陈代谢豹功能。例如翻堆、曩气、搅拌、混合，避风系统控翻水分、温度，在发酵的过程中自动解决物科移动及出料问题，最终达到缩短发酵周期、提高发酵速率、提高生产效率、实现机械化大生产。酵仓系统可以分为几类。系统按物辩的流向捌分，可分为：水平流向反应器，竖直流向反应器。竖直流向反应器包括：搅动固定床式、包裹仓式；水平流向反应器包括：旋转仓式。搅动仓式。美国国家环保局把发酵仓系统分为：推漉式和动态混和式。在推窥式系统中，系统操作是根据入口进料，出口出料的原剐进行的，每个物料囊粒在堆肥发酵仓的停留时间相同。在动态混和式系统中。堆肥物料在堆肥过程中用机械不停蟪搅动混匀。这两类系统又可根据不同的发醇仓的形状进一步划分，推流式系统分为：霸筒形反应器。长方形反应器，沟糟式反应器；动态混和式分为：长方形发酵塔，环形发酵塔。堆肥化技术的发展到目前为止已经较为成熟。但是由于堆腐原料、技术条件、经济条件及土地面积等各方面因素的差别，不同国家、不同城市对堆肥技术的选择侧重不同。1.4堆肥中的微生物作用1.4.1堆肥中的微生物生态学过程文献指出，堆肥初期，是微生物旺盛繁殖并释放出热能来不断提高堆肥温度的发热阶段。在这一阶段中，堆肥物质的变化情况是在好氧条件下，那些容易被 微生物分解的有机物质，如蛋白质，淀粉类物质，简单的糖类等迅速分解，产生大量热量。在这一阶段中分解这些有机物的微生物以中温好气种类为主，常见的有细菌和丝状真菌。当堆肥的温度超过50℃以后，进入高温阶段，这一阶段中，除少部分残留下来的和新形成的水溶性有机物继续分解转化外，复杂的有机物，如半纤维素，纤维素等开始得到有效的分解，同时开始腐殖质的形成过程，出现了能溶解于弱碱的黑色物质。这一阶段中以高温微生物最为活跃，常见的有好热真菌和放线菌，如Thermomyces，A．thermofuscus，A．thermooidiosporus等，这两类菌中，放线菌占优势。当温度上升到60℃以上时，好热丝状真菌几乎全部停止了活动，好热放线菌和芽孢杆菌的活动占优势。很多的好热微生物，包括细菌，放线菌和丝状真菌，是分解纤维素和果胶类物质能力很强的微生物，因此，在高温阶段，纤维素、果胶类物质等旺盛分解，同时产生腐殖质。温度上升到70℃以上，大多数的好热性微生物也不适宜了，微生物大量死亡或进入休眠状态。这时，由于初死亡的微生物所含有的各种酶的作用，有机物质的腐解作用仍能进行一段时间。但这种作用很快就衰退了，温度开始下降，当下降到适当温度时，处于休眠的好热微生物又恢复了它们的生命活动，堆肥的温度又会再次上升。1.4.2好氧堆肥系统中的微生物多样性和优势菌群微生物吸收利用有机物的能力取决于它们产生的可以分解底物的酶的活性，堆肥底物越复杂，所需要的酶系统就越多。不同的微生物分泌的酶种类不同，一般地，好氧堆肥中，有机底物的降解是细菌、放线菌和真菌等多种微生物共同作用的结果。在好氧堆肥系统中，存在着大量的细菌。细菌凭借大的比表面积，可以快速将可溶性底物吸收到细胞中。所以在堆肥过程中，细菌在数量上通常要比体积更大的微牛物(如真菌)多得多。在不同的堆肥环境中分离的细菌在分类学上具有多样性，其中包括假单胞菌属(pseudomonas)、克雷伯氏菌属(klebsiella)以及芽孢杆菌属(bacillus)的细菌。例如芽孢杆菌，能够生成很厚的芽孢以抵抗高温、辐射和化学腐蚀。因此芽孢杆菌属(bacillus)的一些种，例如枯草芽孢杆菌(B．subtilis)，地衣芽孢杆菌(B．1icheniformis)和环状芽孢杆菌(B．circulans)成为了堆肥高温阶段中的代表性细菌，或是优势菌。嗜温细菌是堆肥系统中最主要的微生物，Abdennaceur等人的研究表明，在堆肥过程的初始阶段，嗜温细菌 最为活跃，其数量为8．5×108～5．8×109个／g干物料(WDW)之间，随着垛温达到最高温度，其种群数量达到最低；在降温阶段，嗜温细菌的数量又有所回升。BeffaT．等人曾经在堆肥过程中的高温期筛选出嗜热菌属，这些细菌能够在65℃以上，甚至高达82℃的垛温下生长。放线菌是具有多细胞菌丝的细菌，因此它更像是真菌。放线菌可以分解一些纤维素，并溶解木质素。同时，它们比真菌能够忍耐更高的温度和pH值。所以，尽管放线菌降解纤维素和木质素的能力并没有真菌强，但是它们在堆肥过程中的高温期却是分解木质纤维素的优势菌群。在条件恶劣的情况下，放线菌则以孢子的形式存活。研究表明，诺卡氏菌、链霉菌、高温放线菌和单孢子菌等都是在堆肥中占优势的嗜热性放线菌，它们不仅出现在堆肥过程中的高温阶段，同样也在降温阶段和熟化阶段出现。真菌，尤其是白腐真菌可以利用堆肥底物中所有的木质纤维素，由此，真菌的存在对于堆肥物的腐熟和稳定具有重要的意义。嗜温性真菌地霉菌和嗜热性真菌烟曲霉是堆肥生料中的优势种群，其他一些真菌，如担子菌、子囊菌、橙色嗜热子囊菌也具有较强的分解木质纤维素的能力。但随着温度的升高，真菌的菌落数开始减少，在64℃时，所有的嗜热性真菌几乎全部消失。当温度下降到60℃以下时，嗜温性真菌和嗜热性真菌又都会重新出现在堆肥中。研究显示，温度是影响真菌生长的最重要因素之一，绝大部分的真菌是嗜温性菌，可以在5～37℃的环境中生存，其最适温度为25～30℃。其他影响真菌生长的重要因素包括：碳源、氮源和pH值。通常较低的氮浓度是真菌降解木质素的前提条件。但有时低氮浓度却会成为木质素分解的一个限制因素。大多数真菌喜欢酸性环境，但实事上它们又都能在很广的pH值范围内生存。另外，在有关清洁堆肥的研究中，有机废物中存在的大量各种各样的致病菌，尤其是致病性真菌受到了最多的关注。堆肥高温阶段的高温对绝大多数致病菌的生长会产生抑制作用。尽管真菌芽孢能够抵御恶劣条件而长时间生活在土壤中，但是它们却不能抵抗堆肥高温期的高温而被杀死。Abdennaceur等人的实验显示，酵母和丝状真菌的数量在堆肥进入高温期时开始下降，在高温期末端则显著降低。堆肥降温阶段的二次污染仍不容忽视。白腐真菌是最有效的木质素降解微生物，其中黄孢原毛平革菌可能是研究最 为深入、最具有代表性的微生物。其他的白腐真菌，如彩绒革盖菌(coriolusversicolor)，其不仅具有降解纤维素的能力，同时也表现出更强的降解木质素的能力。白腐真菌降解木质素所依靠的是木质素酶，M．J．Lopez等人发现，在白腐真菌对木质纤维素进行生物转化过程中，通气速率对于木质素酶的生成是一个非常重要的影响因素。1.4.3固体废弃物微生物接种剂的研制和应用对于好氧堆肥来说，如果堆制底物的碳氮比过高，通过添加氮素化合物降低碳氮比，以满足微生物对氮素的需求，从而加速堆制物的分解。此外，由于城市污泥、园林废物中底物多为难降解的木质素，此时，有必要使用相应的商业微生物接种剂。对部分碳氮比极高的堆制物，如废木料、锯屑、废纸等，在缺乏分解此类废物的土著微生物时，也应接种专性高效微生物。近年来，微生物学家已经开始从自然界中分离得到有益微生物，接种于有机堆肥中，强化其中的物质转化和能茸传递过程，并已收到良好的处理效果。我国有些地方也采用在生活废弃物中添加特定的有效微生物(如固氮细菌、磷细菌和硅酸盐细菌等)的方法，制成有机微生物复合肥，并已在农作物田间试验中显示出良好的增产效果。早在1936～1938年我国学者彭家元和陈禹平就从堆肥中分离筛选出好热性纤维素分解细菌，并扩大培养后制成菌剂，作为堆肥的接种剂应用。前东北农业科学研究所从厩肥、马粪中分离出来称之为札礼菌的好热性纤维素分解菌，将这种SLSL菌进行培养，制成菌剂接入到堆肥原料后，可加速堆肥的腐熟。中国环境科学研究院的席北斗等筛选出用于堆肥处理的高效复合微生物菌群，实验表明，高效复合微生物菌群可以加速生活垃圾和污泥的降解，堆肥时问缩短18d，同时成品堆肥中含有大量具有生物活性的微生物。席北斗等人还从堆肥、马粪、果园土、污泥等原料筛选出活性较高的纤维素分解菌，随后采用紫外线诱变技术培养出优良菌株，并与EM菌混合后进行对比试验，结果显示，混合菌种可以提高有益微生物群体数日和质量，使微生物群落之间相互协同，形成复杂而稳定的生态系统，从而增强微生物的降解活性，使堆肥温度迅速升高并维持较长的时间。在垃圾堆肥过程中常常伴有恶臭，造成大气污染，针对这一问题，武汉市环境卫生科学研究所进行了垃圾快速无臭化发酵菌的筛选工作及中试研 究，取得了初步的进展，分离获得37株脱臭效果较好的发酵菌株，其中常温菌17株，高温菌20株。实验结果表明，接种脱臭菌的垃圾与对照相比，恶臭有明显下降，且接种量越大，差异越明显。2、堆肥的影响因素研究2.1C／N对高温堆肥发酵效果的研究近年来，畜禽养殖业发展迅速，其发展具有规模化、集约化经营的特点。养殖业在为人民生活水平的提高做出巨大贡献的同时，也造成了严重的环境污染，阻碍了畜禽养殖业持续稳定的发展。据初步统计，一个饲养10万只鸡的工厂化养鸡场，每天产鸡粪可达10t，年产鸡粪达3600多t。据国家环境保护总局调查显示，1999年我国畜禽粪便的产出量约为19亿t，仅COD（化学需氧量）一项就达7118万t，已远远超过工业和生活污水污染物的COD总和。由于环境法规不健全和资金短缺，大多数畜禽养殖场对粪便没有进行处理，这样畜禽粪便的污染越来越加大了对城镇的压力，畜禽粪便对环境的危害，经成为不可忽视的生态和环境保护的重要问题。另一方面，畜禽粪便含丰富的有机质及含有较高的氮、磷、钾及微量元素，其氮、磷、钾总贮量约为0.63亿t，相当于0.49亿t尿素，1.19亿t过磷酸钙和0.34亿t氯化钾，因此畜禽粪便是一种可以通过生物降解利用的宝贵的生物肥料资源。畜禽粪便富含病原菌、杂草种子以及有臭味，因此不能直接应用到农业生产中，如鸡粪较热，易“烧”苗，而牛粪较安全，但牛粪中混有杂草种子，会造成农田杂草发生。由此可见，畜禽粪便不仅严重地污染了生态环境,而且造成了资源的极大浪费。目前处理畜禽粪便和秸秆的方法较多，但利用畜禽粪便和农作物秸秆进行高温堆肥是处理畜禽粪便的主要途径，它具有运行费用低，见效快，二次污染小等优点。由于高温堆肥的产品为有机肥料，施入土壤可提高土壤肥力和提高农产品质量,充分满足了绿色食品生产对肥料的需求。因此,采用高温堆肥法处理固体废弃物，不仅具有经济效益、社会效益和环境效益,而且对经济的可持续性发展具有深远的意义。C／N比是堆肥发酵的关键性条件，一般认为C／N在20至30发酵效果较好，并且有些学者针对不同畜禽粪便提出了适宜的C／N比，但在北方高寒地区针对鸡粪稻草堆肥的适宜C／N比条件却鲜有论及。堆制期间，每天测定堆肥温度2 次（9；00，16；00）,同时测定环境温度。分别在0、3、7、14、21、28、35、42定时取样，采样点位于堆肥表层下30cm处，分前、后、左、右、中五点采样，每次采样1kg，其中鲜样200g用于水浸提液的提取与测定，其余风干粉碎后，过1mm筛贮存备用。在各处理中随着C／N比的增加，高温期的持续时间、最高温度大于55℃的时间，也呈下降的趋势，而降温期持续时间则呈增加的趋势。但各处理到达稳定的时间都在30天左右。除T‐45外，各处理在堆后第2天就到达55℃以上,进入高温期，但是降温期持续时间短，这说明鸡粪堆肥中易降解物质较多，分解速度比较快；同时也说明C／N比在20～40的范围内，适合微生物生长繁殖，从而快速分解堆料，产生大量的热量，使堆体温度升高。各处理进入稳定期时间较为一致，大约30天左右。除T‐45外，各处理堆肥温度在15天以内都升至55℃并持续3天以上,达到高温快速堆肥发酵的卫生标准。对于堆肥系统而言,温度是影响微生物活动和堆肥工艺过程的重要因素，是堆肥状态的表观体现，堆温的高低决定堆肥速度的快慢。一般认为堆体温度应控制在45至60℃，但在55～60℃时为佳，这样的高温保持3天以上，是杀灭堆肥中的致病微生物和寄生虫卵，实现堆肥无害化的重要条件。不宜超过60℃，否则就会对微生物的生长活动产生抑制作用。过高的温度也会过度消耗有机质而降低堆肥品质。本试验研究中，除T‐45外，其余各处理都符合升温、高温、降温的变化规律，大于55℃以上时间为5～15天，符合堆肥无害化的卫生标准。说明对于鸡粪稻草堆肥体系中，适于堆肥无害化的C／N比范围为20～40，这与Pioncelot（1974）研究的结果基本一致。堆肥初始C／N在20～35范围内，含水率在65％条件下，均能成功进行高温堆肥。堆肥产品不仅符合卫生标准和腐熟标准，而且总腐殖酸含量较高。堆肥发酵的初始最佳C／N为30。2.2翻堆频率对堆肥减量化、腐殖化和稳定化的影响试验以秸秆／餐厨垃圾为堆料基质，选取不同翻堆频率作为试验因素（选取2ｄ、4ｄ和6ｄ作为翻堆频率的3个不同水平，分别编号为1＃、2＃和3＃设计出3种不同堆肥工艺。除翻堆频率不同外，其他堆肥工艺参数均相同。将预处理好的芦苇和餐厨垃圾按2∶1的比例（质量以干重计）投加到容积为200Ｌ的PVC的堆肥反应装置中（每个翻堆频率3个重复），此后调节含水率到55％～60 ％，并将堆料均匀混合。堆肥反应启动后，按照各个堆肥工艺要求的翻堆频率进行人工翻堆补充氧气并进一步混合物料。期间分别于0ｄ、23ｄ、45ｄ和62ｄ进行采样。本试验堆肥装置主体部分是200Ｌ的PVC材质的塑料水桶，桶底铺有一层高约10CM的大块碎石头,并在底部留有个直径2.5CM的圆孔并接上塑料水管，这样可有利于堆肥过程中水分调节和渗滤液的排出，并可使底部堆料有效参与堆肥反应。桶体中间处留有一小孔用于堆体温度的测定。采用人工翻堆的方式来补充堆料所需的氧气，满足堆料需氧、降温、降低含水率的要求。堆肥样品活性微生物量采用三磷酸腺苷法（ATP）测定本研究中采用苯扎溴铵（BAB）提取液提取，结合生物发光仪提取土壤样品中的ATP。将新鲜堆肥样品按质量比1∶50放入灭菌水中，加入适量玻璃珠，放入摇床震荡。震荡45ｍin后，按1∶10吸取分散液。快速加入0.05％BAB溶液，震荡数秒。用定量滤纸过滤，吸取滤液100μL放入已加入100μＬ荧光素酶的过滤比色杯中，并将杯中溶液吸、排2～3次使溶液混匀，进行ATP测定，将读取的荧光值折算成ATP量，并以ATP含量表示活性微生物量。堆肥样品β葡糖苷酶活性测定：以对硝基苯葡糖苷为底物，称取新鲜堆肥样1ｇ，在37℃条件下恒温培养1ｈ，400nm下比色法测定反应生成的产物对硝基苯酚的量（mgPND／（Kg·ｈ））。堆肥样品脱氢酶活性采用氯化三苯四氯唑（TTC）比色测定，酶促反应底物TTC受氢后生成红色的三苯基甲苯（TPF）在37℃条件下恒温培养24ｈ,于492nｍ进行比色，酶活性以TTC的还原产物TPF的生成量表示。腐殖质是一类结构复杂的含碳有机物物质，其品质直接决定着堆肥的品质和稳定性。稳定程度不同的腐殖质缓慢释放CO2的程度也不同。有很多指标都可以反映堆肥的品质，比如E4／E6和HI指数等。ＨS是腐殖类物质的主要成分,堆肥产物的品质主要依赖HS的稳定性.HS的主要成分是HA和FA,FA是相对较易分解的小分子有机物,HA是相对稳定的结构复杂的大分子有机物，因此堆肥产物的品质也可以通过FA和HA在TC中所占的比值来体现。本试验选取HAC／TC，FAC／TC和HA／FA指数作为堆肥品质的指标。0ｄ时，新鲜的堆肥样FA占比较高HA占比较低。随着堆肥过程的进行，3种堆肥工艺中的HAC／TC值在堆肥前45ｄ后增加缓慢，而在后17ｄ有大幅度的增加，最终达到一个稳定的水平。而3种堆肥工艺中的FAC／TC值在堆肥前23ｄ有所增加,后39ｄ在某水平上下波动, 最后也达到一个稳定水平。最终堆肥产物HA所占比例较高而FA较低。这是由于在堆肥过程中,有机物料在初期迅速被分解形成大量的类富里酸物质。这些物质分子量相对较小、结构简单、较易被微生物分解,因此这些形成的类富里酸物质又被进一步矿化分解为CO2或进一步缩合成为结构复杂的稳定的胡敏酸，因此在堆肥后期FA无显著增加,而胡敏酸的含量快速上升，最终达到稳定。研究认为,HA／FA指数达到1.6可以证明堆肥基本腐熟。随着堆肥过程的进行,3种堆肥工艺的HA／FA指数从初始值0.58增加到最后的2.5～3.1不等,总体呈初始值较低后逐渐上升趋势。HA／FA指数均超过1.6,表明3种堆肥工艺的腐殖质都已较稳定,而4ｄ的翻堆频率工艺HA／FA指数值最高，其腐殖质稳定化程度也最高。较高的翻堆频率能有效的减量化，而且矿化过程较弱，能产生较多的腐殖质，腐殖质品质也较稳定（4ｄ最稳定）,因此还田后能在土壤中较稳定的存在，避免被土壤微生物快速分解为CO2而释放出来。有机物的堆肥是多种微生物在适宜的条件下对复杂的堆肥原料中有机物进行生物降解、稳定化的过程，它是一个复杂的物理和生物化学过程。翻堆频率可以通过影响环境温度、湿度、含氧量影响微生物性能进而影响堆肥进程。翻堆频率较低时，含氧量低，温度高，不利于异养微生物生长。但是，高温可促进嗜热微生物生长，可能促进纤维类含碳物质矿化，使更多的有机碳分解。而翻堆频率较高时，含氧量高，温度较低，有利于大部分微生物生长，但不利于嗜热微生物的对纤维类物质的降解。另外，有文献报到，与HS产量相关的脱氢酶，适应较低温度，在自然环境下活性较高因此,当翻堆频率较高时，脱氢酶活性较高，进而产生更多的HS,与本试验结果一致。一般而言，含氧量高、温度高都会促进嗜热微生物的生长，进而降解纤维类物质。然而,本试验结果中,较低翻堆频率时纤维类物质降解较快，说明在降解木质素和纤维素时，温度对嗜热微生物的影响力大于氧含量。这可能是因为无论是2ｄ、4ｄ还是6ｄ的翻堆频率，对于嗜热微生物而言，氧含量都达到其所需水平，故氧含量不成为一个限制因素。根据上述实验结果和讨论，可得出以下几点结论：一、较高的翻堆频率有利于物料减量化和腐殖化，但不利于碳减量，因此堆肥过程中释放CO2较少，产生腐殖质类物质较多，是一种较低碳的堆肥工艺。二、HA／FA指数值和HAC／TC、FAC／TC值表明，无论翻堆频率是2ｄ、4 ｄ还是6ｄ堆肥62ｄ后都达到了较高的腐熟和稳定程度，适合还田作为土壤改良剂，翻堆频率为4d的堆肥产品最稳定。三、不同的翻堆频率，活性微生物量和脱氢酶活性有所差异，进而影响腐殖化和矿化过程。不同的翻堆频率导致堆肥环境温度和氧含量有所差异，进而影响活性微生物量和脱氢酶活性。2.3有机固体废弃物堆肥的物质变化及腐熟度评价2.3.1有机固体废弃物堆肥稳定度的评价一、温度。温度的变化反映了堆肥过程中微生物活性的变化，这种变化与堆肥中可被氧化分解有机质的含量呈正相关。无论何种物料的堆肥，其温度通常在开始的从环境温度迅速上升至60至70度的高温，并在这一水平持续一段时间后逐渐下降当其趋近于环境温度时，表明有机质的分解接近完全，堆肥可被认为已达稳定。二、颜色及气味。参考文献指出成熟堆肥的颜色呈褐色或黑色，并带有湿润的泥土气味等还指出堆肥的泥土气味是由土臭味素和甲基异冰片两种物质引起，它们是真菌和放线菌的副产物他还认为，堆肥中存在这些物质时，表明堆肥已达稳定。三、呼吸作用。新鲜堆肥中，由于微生物活动对有机物质的氧化分解作用而产生大量的但随着堆肥的进行，可供利用的有机质减少，微生物活动减缓，放出的也因此而减少不论何种物料，当堆肥中每1t有机质能降解放出的有机质小于20031时，表明堆肥已达稳定总结了堆肥呼吸过程的数据后则提出，当堆肥中每有机质能降解放出的有机质小于20031时，达到相对稳定，在小于+0031时达到腐熟。对于好氧堆肥来说，不成熟的堆肥中有机物质的强烈分解需要大量的，而腐熟堆肥的耗氧速率比堆肥初期明显下降，其大小可表明堆肥的稳定程度指出，当堆肥中每降解有机质的消耗量小于100mg时，认为堆肥已达稳定四、NO3-含量。含量的增加也可以作为堆肥稳定度的一个评价指标因为在堆肥的高温阶段，由于高温环境强烈抑制了硝化细菌的生长活动，所以在高温阶段的含量极低，接近于零，之后，随着温度的下降，硝化细菌快速繁殖生长，一部分NO3-被转化为NO3-N而使其含量迅速提高可以认为，当堆肥中出现或其含量开始升高时，表明堆肥已经过强烈的高温分解过程，已达稳定。 五、安全性测试。新鲜的有机固体废弃物中含有大量致病微生物，如大肠杆菌、病毒及寄生虫等，直接影响堆肥的安全性但这些致病微生物对温度非常敏感，当堆肥的温度高于22C，并保持4D以上时，可杀死大多数病原菌猪粪的堆肥化处理时发现，堆肥开始时，堆肥中大肠杆菌的数量为6.65，经过高温阶段后，堆肥中已经检测不出大肠杆菌的存在所以可以认为，当堆肥中检测不出大肠杆菌时，可认为堆肥已达稳定提出，堆肥干样中含有小于50个沙门氏菌和个病毒嗜菌斑，表明堆肥已达稳定，其施用不会对人体健康和周围环境造成危害。2.3.2有机固体废弃物堆肥腐熟度的评价一、化学指标。阳离子交换量等对污泥好氧堆肥的研究发现，随着腐殖化过程的进行而逐渐增加等对城市垃圾堆肥的研究中也有同样的发现，还发现，比之间有显著的负相关性，并提出当（有机质）时，表明堆肥已达腐熟但等研究城市垃圾、污泥、葡萄渣、泥炭等不同物料的堆肥时发现，由于物料的不同，腐熟堆肥的值变化范围很大，而且对某些堆肥原料，初始值就大于（有机质），等在研究污泥、猪粪、城市垃圾等多种不同物料的堆肥时也有同样的发现因此，的适用性还需要进行更广泛的研究等研究了多种不同物料的堆肥时还发现，所有堆肥的溶性有机碳）的比值均在之间等也发现，城市垃圾堆肥的（水溶性有机碳）值在左右因此可以认为，当（水溶性有机碳）的比值大于时，表示堆肥已达腐熟。二、水溶性含氮化合物、碳氮比、有机酸短链脂肪酸广泛存在于未腐熟堆肥中，其存在对种子发芽和植物生长有不良影响，且含量大小与其植物毒性有关等对猪粪堆肥的研究中发现，低分子量脂肪酸的含量随堆肥时间而减少等检出未腐熟堆肥中含有氨基酸、挥发性脂肪酸和其它低分子有机酸，其中乙酸含量最高，占发现，新鲜城市垃圾堆肥中含有大量的乙酸、丙酸、二异丁基甲酸、丁酸、异戊酸等短链脂肪酸，对植物有毒害作用，其中乙酸浓度最高，经过堆肥后，乙酸浓度有显著下降等也发现，新鲜污泥中甲酸、乙酸、丙酸和丁酸含量分别为某值，而成熟堆肥中已经检测不出来，他还发现，当乙酸浓度超过时，种子发芽率受到强烈抑制，但未提出堆肥腐熟度评价的有机酸含量标准。 在有机固体废弃物堆肥的高温分解阶段，不稳定的有机质强烈分解并趋于稳定另外，大部分病原菌也在高温环境中被杀死，这些变化都与堆肥的温度有关因而，温度被认为是堆肥稳定度的指标，当其趋于环境温度时，表明堆肥达稳定通过植物毒性试验进行腐熟度的评价是一种最为可靠的生物测试方法，它受堆肥产品各方面性质的影响，是一个综合性的指标而且，堆肥产品最终必将用于植物生长中去因此，种子发芽试验被认为是评价堆肥腐熟度最具说服力的方法但不同植物种类对植物毒性的承受能力和适应性存在很大差异因而，结合当地的具体植物种类进行相应的种子发芽试验更为可靠种子发芽系数不受堆肥物料的影响，而且操作和测定非常简便，可作为堆肥腐熟度评价的推荐指标有研究表明，完全腐熟的堆肥浸提液可促进种子的发芽，但目前的研究大多集中在堆肥产品对种子发芽的抑制作用上，对于其促进作用的研究则很少，其物质的分离、鉴定、浓度的变化以及其与堆肥腐熟度的关系等，可作为一个新的研究内容由于种子发芽系数的测定时间较长，一般需要或更长的时间，因而有必要利用多个化学指标对堆肥腐熟度进行快速合理的评价。3、堆肥的实际应用与商业价值3.1大型好氧发酵堆肥设施在禽畜粪便处理中的应用畜禽粪便历史上是农田使用的优质肥料。近年来，随人们对有机农业的要求和对长期使用化肥危害的认识以及化肥的不断提价，畜禽粪便又开始被使用。但未经高温发酵处理的畜禽粪便，含有大量病原菌和杂草种子，直接施入土壤，对农作物危害很大。畜禽粪便由于脏、臭、体积庞大等问题，使用前带来了严重的环境污染——特别是大气、水环境的污染。畜禽粪便作为有机肥直接施用，其最大的障碍是含水量高、恶臭，此外，氨气的大量挥发，造成肥效降低，未经发酵腐熟的生粪中病原微生物与杂草种子还对环境造成污染。所以，对其进行无害化、资源化处理迫在眉睫。在禽畜粪便好氧堆肥发酵处理方面，对物料的堆积一：要有以下几种方式：槽式堆肥、条跺式堆肥和开放式堆肥。槽式堆肥是物料的两侧各有堵墙，把混合好的物料从槽的一端投入，通过翻抛使物料产生位移，从槽的另一端取出；条跺式堆肥是把混合好的物料堆积成三角形的条状，物料两侧没有墙壁，大多露天堆放；开放式堆肥发酵设施是专利产品，无论从设施结构还是设备运行方面，都有其鲜明的特点，以重点介绍一下开放式堆肥发酵设施在禽青粪便处理中的应用。 开放式发酵堆肥设施是相对于两个墙的栉式发酵设施而言的，从设施的结构上看，发酵槽只有一面墙壁，翻抛机侧在墙上行走，另侧在地面行走，地面侧完全开放，没有了墙的限制，可以从任意位置投料取利。设备的跨度从6米到12米，根据客户处理量的需要，选择不同的设备型号汞1相应的处理设施大小。右图为物料堆积图，物料的堆积高度能达到19米，堆积跨度最大能够达到ll5米，堆积截面2,0l积能达到21.85平方米，以100米MI长的发酵处理车间为例，发酵槽可一容纳85立方物料。对于大副养殖6M～12M向企业而言，禽畜粪便量非常大，这种人容量的堆积方式，人大节约了占地面积。开放式发酵堆肥设施由于侧完全开放，所以可以用自卸车或铲车直接投料，而不需要埘物料进行提前预混处理。翻抛。投料后如果发现水分调整不台适，可以随时添加辅料进行调整。槽式堆肥设施由于两侧都有墙壁，必须从一端投料，通过搅拌产生的位移，从槽的另一端出料。投料前必须进行预混料处理。螂果物料没有预混好而直接投入发酵槽，会影响发酵效率。开放式堆肥设施由于可以随时投料取料，所以仅在需要翻抛的时候进行翻抛即可。而槽式堆肥设施如果不进行翻抛，物料不能产生位移，无法投料和取料，每灭进行翻抛，不仅耗电、增加设备磨损，还会影响发酵温度，降低发酵效率。我们看到开放式发酵堆肥设施的送风管为横向铺设，这与传统的槽式发酵设施的纵向铺设有所不同。因为地面一侧完全开放，所以，某一送风管一旦被堵，非常容易清理。如果那段被堵，用铲车把物料堆到两侧，然后用钩子把堵塞的地方清理下，重新投入物料，进行发酵处理即可(右下图所示)。而两面墙的槽式结构(右图)，风管为纵向铺设，一旦被堵，由于有墒的限制，很难单独清理某处，需要把整槽的物料全部取出才好清理，耗费大量人力物力。所以说，开放式堆肥设施的送风系统最大发挥送风效果，减少了劳动量。对于北方寒冷的冬季，很多堆肥设施由于堆积高度不够，堆体较小，冬季发酵停止的状况时有发生。开放式堆肥设施，由于堆体比较大，堆积高度能达到1.9米，寒冷的冬季依然正常发酵。下圈是冬季在北海道占冠村拍的照片(牛粪堆肥)，外界气温零下20多度，堆体表面结了一层霜，但堆体内部依然达到70度以上。堆肥发酵过程不同阶段的介绍开始发酵。 将禽畜粪便直接投入到发酵槽，由于是开放式堆肥设施，可以直接用自卸车或铲车向发酵槽投料，不需要提前预混。根据养殖方式的不同，粪便的含水量有较大差别。如果是水冲粪便的方式，粪污含水量较高的粪便，需要进行脱水预处理。脱水后的粪便固态物质含水量在70至80％左右，需要添加干的辅料进行水分和碳氮比调整。农作物秸秆、稻壳、稻草等都可以加入，通过开放式发酵翻抛机充分混合，水分调整在60％至65％左右，进行强制通风送氧。处理物在24小时内开始发酵，有机物中容易分解的碳水化合物、脂肪等开始被微生物分解，同时释放热量使温度缓慢上升。高温阶段。随着温度的升高，耐高温微生物迅速繁殖，在强制通风送氧的条件下，大部分较难降解的纤维和半纤维等继续被氧化分解，同时放出大量的热能，使温度继续升高，可达75度以上。温度升高到75度左右，再次搅拌，使温度至40到50度左右，中温发酵开始。随着能量的释放，温度继续升高，达到75度左右，再次进行翻抛。好氧堆肥过程应伴随着多次升温，在高温发酵和中温发酵的交替中大部分有机物被分解，堆肥温度逐渐降至40度左右，温度不再上升，则一次发酵完成。熟化阶段。一次发酵完成后，移至二次发酵槽，自然堆放20一30天左右，一些新的微生物借助残余有机物(包括死后的细胞菌体)而生长，物料趋于继续稳定，成为完熟的有机堆肥。3.2堆肥化技术在产业废弃物资源化处理中的应用产业废弃物指工农业生产企业在生产过程中未被利用的副产物，主要包括工业生产加工过程中产生的废渣、粉企、碎屑、污泥以及稻秆、树枝、养殖粪污、食用菌废料等农林固体废物。常用的处理方式有填埋、焚烧、堆肥化等方式，其中，填埋不利于资源的回收利用，焚烧处理虽然效率比较高，但处理过程中容易产生二次污染，而堆肥化作为一种生物处理处置技术，不仅可以实现固体废弃物的无害化、减量化和资源化，还可以利用其产物对受损态系统进行修复，如对碱滩地、受污染土壤、荒漠等受损生态系统进行生态修复。堆肥化主要是依靠自然界的微生物对有机物有控制地进行生物降解，使有机物矿质化、腐殖化和无害化，最终变成腐熟肥料。在微生物分解有机物的过程中，不但生成大量可被植物吸收利用的有效态氮、磷、钾化合物，而且还可合成一类构成土壤肥力的重要活性物 质——腐殖质。堆肥化技术是一种长期、有效、环保的产业废弃物资源化处理方式，不少研究者利用该技术对不同行业废弃物的处理进行过研究。本文主要介绍堆肥化技术在农林固体废弃物、工业固体废弃物、餐厨垃圾三方面的应用。3.2.1园林废弃物园林废弃物是指在自然条件下或养护过程中产生的草坪草屑、树枝、树叶等废弃物，具有可降解有机碳物质比例高(包括少数可溶性糖、有机酸、淀粉等易降解的物质以及较难降解的纤维素、半纤维素和木质素)、不含有害物质、可单独收集、来源丰富等特点。对其进行堆肥化处理，主要是将其作为原料，或者添加一定配比的其它辅料，在适合的条件下利用微生物对有机物质进行降解，经过一定时间的好氧发酵，有机可腐物转化为有机营养物或腐殖质，最终得到腐熟的堆肥产品。国外发达国家在推动园林废弃物资源化利用方面做了大量工作，一方面通过立法及政府的支持来推动，如美国环境保护署在1994年颁布的园林废弃物和城市固体废弃物堆肥的EPA530—R一94—003法则、日本在20世纪90年代初提出的《再生资源利用促进法》、德国在1996年颁布的《循环经济与废弃物管理法》等法则；另一方面，通过加强园林废弃物堆肥化的技术攻关来推动园林废弃物资源化的利用，如添加高效菌剂、严格控制原料粉碎粒度及堆肥参数等实现园林废弃物的快速腐熟，将产品应用于环保及种植业方面。我国园林废弃物的堆肥化研究相对起步较晚，2007年中华人民共和国建设部215号《关于建设节约型城市园林绿化的意见》中指出“鼓励通过堆肥、发展生物质燃料、有机营养基质和深加工等方式处理修剪的树枝，减少占用垃圾填埋库容，实现循环利用”，为园林废弃物处置和循环利用奠定一定的基础。国内发展较快的城市如北京、广州、深圳、上海等主要是通过设定地方标准等及政府资金补贴实现园林废弃物的堆肥化，堆肥产品主要作为土壤改良基质、有机肥及园林覆盖物等，但尚存在技术环节未成熟、缺乏商品化程序、产品质量良莠不齐、相关法律法规不完善等问题。3.2.2秸秆秸秆是指成熟农作物的茎叶(穗)部分，如玉米、水稻、棉花、大豆、薯类、油菜、甘蔗等粗粮在收获籽实后的剩余部分，其中富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质，是一种具有多用途的可再生生物资源。目前，其主要的利用方式是作为动 物饲料过腹还田、作为农村燃料及建房原料、作为有机肥直接还田、作为食用菌的生产原料、作为造纸业的原料等。这几种方式在我国现有技术水平下并未能很好的解决大量秸秆剩余的问题，于是，大部分农民每年把大量剩余的秸秆就地焚烧，造成了极大的资源浪费。也造成了环境污染。合理有效利用秸秆成为世界农业领域一项具有战略意义的研究课题，秸秆堆肥还田正是一种经济有效的方法。秸秆堆肥可从根本上解决秸秆问题，其堆肥后的利用形式多种多样，如利用秸秆发酵产酒精；将秸秆发酵处理给畜禽作为饲料食用；利用农作物秸秆作为无土栽培基质等。秸秆堆肥化技术运行成本低廉、操作简单方便，可实现农作物的增产增收，但存在堆肥周期长，堆肥效果易受温度影响等问题，因此秸秆腐熟剂的研究仍是该领域的研究热点。3.2.3畜禽粪便固体废弃物畜禽粪便是农业生产及养殖业中产生的富含氮、磷、钾和有机质等营养物质的有机固体废弃物，其中氮、磷、钾的总贮藏量约为0.63亿t，相当于o．49亿t尿素．1.19亿t过磷酸钙和0.34亿t氯化钾。由于其氮磷钾和有机质含量丰富，将其堆肥化处理是其主要的资源化利用方式。畜禽粪便的堆肥处理是指将畜禽粪便和其它辅料按一定比例混合，利用堆肥物料中固有微生物包括细菌、真菌和放线菌等的联合作用将有机物逐步降解成小分子物质、C、H。0、无机盐以及高分子物质腐殖酸，经过高温发酵后，畜禽粪便中的病原菌和杂草种子全部被杀灭，体积减小，达到无害化、减量化和资源化。有关此方面的研究，研究者在堆肥的填充料选择、堆肥过程各种影响因素的参数指标(如水分、C／N、氧含量、温度、pH、有机质含量、接种剂)、堆肥的主要技术、堆月巴腐熟度的主要判断指标等方面开展了大量工作。3.2.4制药菌渣堆肥处理抗生素菌渣是发酵类抗生素生产过程中发酵液经过滤后的固体废弃物，其主要成分是剩余的发酵培养基，含有菌丝残体、菌种的代谢产物及少量的抗生素残留，已被环保部列入《国家危险废物名录》，其主要的无害化处理方法是焚烧法。但焚烧法造成了极大的资源浪费，研究者不断探寻其资源化处理的可行方法，张红娟等探讨了林可霉素菌渣堆肥化处理的可行性．设计了林可霉素菌渣与牛粪的联合堆肥实验。结果表明堆肥过程对抗生素残留的降解效果显著，堆体基本无植物毒性， 郭夏丽等一在牛粪中添加不同比例的青霉素菌渣和林可霉素菌渣进行混和堆肥，以评价不同种类不同含量的菌渣对于堆肥过程的影响，结果表明，菌渣对于微生物的多样性和数量都有一定的抑制作用、堆肥中基本检测不到林可霉素残留，说明堆肥过程可实现菌渣的无害化；陈希、杨莲以青霉素菌渣、市政脱水污泥、木屑和稻秆等为原料，好氧堆肥法为主要工艺，全面探讨了堆肥法处理抗生素菌渣的可行性，结果表明好氧堆肥法可成功保留菌渣中的营养成分，去除抗生素残留，是一种有效地处理手段。3.2.5剩余污泥剩余污泥是污水处理厂处理污水过程中产生的固体废弃物，含有各种细菌、活性微生物、未降解或难降解物质、微生物自身氧化残留物及胶体等物质，其主要的处理方式有焚烧、填埋、投海、土地利用等方式，其中土地利用是污泥资源化利用的主要方式。但剩余污泥中存在的有机污染物和重金属的环境污染风险制约了大规模土地利用，若将其堆肥化处理，则堆肥产物中的有害物质含量将大幅度降低．可用于土地利用。研究者针对此方面进行了大量研究，如潘飞采用新型堆肥工艺，将构建的复合菌群DF1接种至啤酒废水处理的剩余污泥中，试验结果表明堆肥产品性质稳定，腐熟化后质量减量化达35％以上口1；朱刚利用室内装置进行了剩余污泥好氧堆肥控制技术实验室研究，结果表明堆肥处理后的污泥对农作物几乎没有抑制作用，毒性基本消除。卢鹏利用自行设计的污泥好氧堆肥装置对污水处理厂剩余污泥进行堆肥发酵．试验结果表明污泥经过好氧堆肥处理后。含水率、VS含量、TP、TN、TK含量、重金属含量均有下降，堆肥熟料的施用能够使植物正常生长。这些研究结果表明剩余污泥经堆肥处理后，其堆肥产品属于有机肥，各项指标均符合国家标准。3.2.6烟草废弃物烟草废弃物是指烟草生产过程中被废弃的烟叶、烟末、干烟筋、干烟茎、烟根等下脚料，其中富含具有较高利用价值的生物有机成分和次生代谢产物及氮、磷、钾、微量元素等养分。但由于其本身具有生物毒性，无法直接作为肥料还田，因此需进行发酵腐熟处理。自然发酵时间较长，腐熟慢，为实现烟草废弃物肥料化利用，研究者对烟草废弃物快腐堆肥条件及其堆肥产品在农作物上的应用等方面开展了大量研究工作。如从烟叶表面、烟叶、土壤和环境中分离代谢烟碱的微 生物；利用烟叶下角料有机肥作为蔬菜种植的肥料，考察其对蔬菜生长发育的影响，结果表明，其增产效果好于鸡粪型有机肥，能够明显促进蔬菜的生长；利用不同原料配比和微生物菌剂对烟草废弃物快腐堆肥条件进行研究，这些研究成果为烟草废弃物高温堆肥奠定了基础。由于烟草废弃物中含有烟碱，因此堆肥产品中烟碱的降解率及相应降解菌的研究需进一步研究，此外，添加不同辅料的堆肥工艺及腐熟度评价指标也需进一步研究。3.2.7肥化技术在餐厨垃圾处理中的应用餐厨垃圾是指食物在生产、运输、分配和消费过程中产生的食物废料和食物残余，可分为生餐厨垃圾和熟餐厨垃圾两类，生餐厨垃圾指食物在烹煮前的处理过程中所废弃不用或不适合食用的部分，熟餐厨垃圾指家庭厨房或餐饮业经烹煮后而未食用的部分。其主要成分有糖类、脂质、蛋白质、纤维素、半纤维素、木质素6种，化学成分以C含量最高，其次分别为N、Na、K、Ca、P。由于其含水量和有机质含量高，若处置不当会对环境造成污染，传统的处置方式主要有焚烧、填埋、粉碎直排、做家畜饲料等，堆肥化处理技术在其处理中的应用也有相关报道。如研究餐厨垃圾堆肥理化特性变化的规律、影响堆肥产品的因素、堆肥中微生物种群结构的变化、堆肥过程中水解酶活性的变化等方面。这些研究结果表明餐厨垃圾经堆肥后，堆肥产品有机质、氮、磷含量高，重金属含量低，有毒有害物质含量少，可作为作物肥料和土壤调理剂。但餐厨垃圾堆肥产品普遍存在含水率高、油脂含量高、有臭气等问题，需在堆肥时，针对不同的原料，添加相应的辅料以调整含水量、增加腐熟度。随着工业化进程的不断加快，企业规模的不断扩大，社会人口的不断增加，所产生的各类废弃物数量巨大，以远远超出环境容纳量，势必会引发一系列环境问题。探寻合理的治理模式，开展产业废弃物处理方面的科学研究，使生态、经济、社会环境协调发展具有十分重要的意义。在以“无害化、减量化、资源化”为原则的前提下，采用生物堆肥处理是一种可行的技术途径。目前堆肥化技术在有机废弃物处理的应用较多，对于产业废弃物处理的应用研究较少，今后可在利用不同原料堆肥、筛选不同的堆肥菌剂、探寻堆肥影响因素、优化工艺控制条件、评价堆肥产品品质等方面开展相关的应用研究工作。4堆肥过程中碳、氮转化温室气体排放研究 4.1碳、氮转化与微生物活动的互作关系堆肥化过程是由大量不同的嗜热、耐热以及嗜中温的好氧微生物群落不断演替的生物氧化过程。堆肥化过程中降解有机质的主体是微生物，它的数量总的趋势是细菌的数量最多，放线菌次之，真菌的数量最少。这一点在张俊华等对生猪屠宰场废弃物堆肥试验中得到的结论相一致。高温堆肥后细菌、真菌、放线菌数量均比堆肥开始时少，且呈现高、低、高的趋势，并且高温堆肥能有效杀灭大肠菌群。万水霞等利用稀释平板法对自然堆肥中微生物区系计数培养研究其动态变化发现：全过程中微生物呈现高低高的趋势，其中细菌数量最多其次是放线菌，霉菌数量最少。氮素生理群包括氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌和固氮菌，它们在氮素转化中发挥着重要作用。堆肥过程中，氨化细菌数量增加，分解物料中含氮化合物的能力增加，NH＋４含量增加。硝化细菌数量与堆肥硝化作用成正比，硝化细菌量变多，NH＋４转化为NO=N的量增加。碳素生理群中的纤维素分解菌是降解纤维素的主要微生物，它可将纤维素分解成半纤维素、糖类物质和果胶，其活动会影响堆肥中腐殖质、有机碳和水溶性有机碳等的含量，影响堆肥进程和质量。堆肥化过程中的物质转化离不开碳、氮素生理群等各种微生物的作用，同时微生物种群的生长繁殖的变化与发酵时间有着特殊的定量关系。因此，研究堆肥中微生物生理群的变化是弄清碳、氮转化机理的关键。研究者发现小细菌属Microbacteriumsp。和根瘤菌属Rhizobialesbacterium在适宜的温度下（45～50℃）能够降解各种木质素、苯环化合物和有毒化合物。SouzaAC等认为含氮物质主要来源于堆肥初期葡糖苷酶和蛋白酶的分解而有机化合物和C／N比与糖苷水解酶和蛋白酶有关。HeYumei等研究发现Thermotogaespp。在鸡粪堆肥过程中表现很强的活性，并提出Bacillus和Cohnellaspp。在堆肥的不同阶段起着重要作用。4.2堆肥过程温室气体排放动态研究进展IPCC（IntergovernmentalPanelonClimateChange）第3次评估报告指出：在1990至2100年全球变暖很有可能在14～58℃。而在100的时间框架内，由CH4和N2O所引起的全球变暖的潜力分别是CO2的25和298倍。温室气体排放源多种多样，农业温室气体排放量所占的比例不容小觑，它主要涉及有农田作物、反刍动物甲烷排放、动物废弃物室气体排放3个方面。 其中对农田作物排放研究比较多，但对堆肥过程中温室气体的排放以及其影响因子间的关系和规律研究较少。我国畜禽养殖业温室气体的减排潜力巨大，实现减排的途径必须加强养殖场畜禽粪便管理。而堆肥技术在处理农业有机废弃物方面已经被广泛应用，但堆肥过程中会产生挥发性有机污染物如CO2、NH4、N2O和NH3，因此理想的堆肥条件也能够减少一些不必要的温室气体排放。在不影响堆肥质量的基础上达到减排效果，温室气体排放机理的研究不容小觑。甲烷（CH4）是长寿温室效应气体，大气甲烷增加通过辐射过程直接引起气候变化。在堆肥过程中，堆肥内部氧气含量是影响其甲烷产生的主要因子，缺氧状况下，适宜甲烷产生。适当的氧气控制，可调节甲烷与二氧化碳的产生，而氧化亚氮和甲烷之间，又因为水分的关系此消彼长。氧化亚氮排放通常随内部水分含量的增加而增加，直到变得非常潮湿时排放下降，但甲烷的排放量增加；当干湿交替时，特别是水分很低时，甲烷排放减少，但氧化亚氮排放量又升高了。堆肥过程中减排手段也逐渐被人们关注和探索。一种是在堆肥原料中添加特殊物质来减少温室气体排放。YangFan等试验发现在餐厨垃圾中添加膨松剂可以明显减少CH4、N2O的排放，其中锯屑的减排效果要于玉米秆和菌渣。有研究表明在母鸡粪和大麦秆混合的堆肥中添加生物碳不论通风量高低都能有效减少温室气体的排放量。李丽劼在堆肥中添加3％的竹炭发现，由于竹炭添加利于通风和碳素代谢，堆体CO2和CH4排放率增加，但是添加竹炭比不添加的堆体NO2排放量低9％。LuoYiming等在猪粪和秸秆混合的堆肥试验中得到的结果表明，添加10％磷石膏明显减少NH3和CH4的排放量，同时加入2％的双氰胺和10％磷石膏能够更有效地减少N2O而且这些添加剂对有机质降解GI都没有影响。万合锋以猪粪和菇渣堆肥并添加改性赤泥、检测出添加赤泥对于堆肥CH4、NH3没有减排作用，对NO2的减排有效果但不显著，在跟踪堆肥施入菜地的过程中温室气体减排效果也很小。另一种则是在堆肥工艺和设备上下功夫。WangJinzhi等在鸭粪中利用堆肥前处理结合蚯蚓处理技术的过程中发现，利用蚯蚓和调理剂对于NO2和CH4有明显的减缓作用，CO2的排放受蚯蚓的影响不大且添加了芦苇秆处理反而增加CO2的排放量，总体来看添加芦苇秆和沸石的堆肥预处理结合蚯蚓处理技术能够有效减少鸭粪中温室气体的排放。还有人认为利用上下有气孔的家庭堆肥装置处理市政垃圾能够减少温室气体排放量。ZhangHongyu 等用一个发酵堆里排出的热气再利用于下一个发酵堆的SAR（spentairreusing）方法，试验结果表明利用这种方法不仅能够减少城市固体垃圾堆置发酵过程中的温室气体，而且又能循环利用空气和热能，最后也能得到很好的堆肥效果。在有机废弃物的堆肥研究中还存在一些问题需要解决。第一，虽然堆肥基质种类很多，但有些数量有限，并且在工农业生产中会不断出现新的可利用有机废弃物。因此，不断发掘新的堆肥基质是研究者的任务。同时，对于一些常见的、资源丰富的有机废弃物，应该制定一套成熟的堆肥参数和配方，为大众提供参考。第二堆肥工艺条件的改善、影响因素、氮素的损失与保氮技术这些方面是目前的研究热点，但是如何同时达到温室气体的减排这方面研究较少。而且有关硝态氮和亚硝态氮对堆肥的降温期N2O排放的影响机理尚不清晰，还有待深入研究。第三，随着全球环境的恶化，温室气体的排放是全世界的重大课题。堆肥是个高温好氧过程,堆肥在通风好氧的过程中必然伴随着CO２的排放，这是实现堆肥CO２减排的矛盾点，如何在保证堆肥质量的同时减少CO２和CH４排放、降低碳素损失是今后需要克服的问题。第四，堆肥的各个阶段，微生物群落都在不停变化，这可能与温度、不同阶段的可利用基质有关。目前在堆肥微生物群落构成方面的研究还不透彻，今后需在这一方面加大力度，不断引进先进技术和结合其他学科进行研究。另外，对于外源微生物的添加作用意见不一致，添加的外源菌剂功能单一，并且已经生产出的发酵产品缺乏系统的微生物分析。对于有益菌种的发现和培养工作是非常重要的多功能发酵菌剂的生产也是今后的主要趋势。4.3堆肥过程中有害气体(NH3、N20、CH4)减排与氮素保存我国集约化畜禽养殖规模的扩增以及污水处理率的逐年提升，畜禽粪便污水污泥的处理处置问题日益严峻，若处理处置不当将对环境卫生产生不可估量的损害，并且其处理处置过程中也存在着员工劳动卫生问题。堆肥广泛应用于有机固体废弃物的无害化、减量化和资源化处理，然而在废物堆肥化过程中存在着有毒有害气体释放影响员工劳动健康，严重的氮素流失以至于降低堆肥成品利用效率等问题。因此，本研究以污水污泥和猪粪为研究对象，选取两种常见的堆肥工艺，分别是露天条垛式机械翻堆堆肥技术和连续流强制通风污泥堆肥技术，通过原位 观测和对比试验的方式，1)监测堆肥过程中有毒有害气体的排放以及堆肥全过程堆料的变化；2)调节生产操作参数，从劳动卫生与环境卫生学的角度关注堆肥过程毒害气体的减排效果；3)优化操作工艺参数，尽可能降低氮素损失以提高堆肥成品利用价值。主要结论如下：(1)对于露天条垛式堆肥工艺，高温期翻堆频率对猪粪条垛堆肥过程的有毒有害气体(CH4、N20、NH3)排放具有显著影响。试验组的CH4和N20的C、N元素累积排放量(分别为14.63kg和125.36g)均明显高于对照组(分别为5.82kg和53.69g)。增加高温期翻堆频率同样增加了氨气排放(试验组和对照组的氮素总累积排放量分别为14.24kgN和7.68kgN)，氮素损失主要源于氨气排放(试验组、对照组分别达到42．2％和70.05％的总氮损失)。通过对比试验可以得出，增加翻堆频率导致了氨气排放的增加。因此，从有毒有害气体排放引起劳动卫生问题的角度考虑，不应该考虑增加翻堆频率。(2)对于连续流强制通风堆肥工艺，减小辅料投加比例不利于有机质转化，试验组和对照组(辅料与污泥的体积比分别为3：l和4：1)的有机质降幅分别为1.38％和8.85％。较低的C:N比(9.21)有助于降低TN损失(对照组TN损失21.68％、试验组16.10％)，并减少污泥堆肥过程有毒有害气体排放(对照组为2.85geC02／kgDC、试验组为1.70geC02，kgDC)，却小幅增加了氨气的排放(高于对照组8.68％)。采用降低堆肥初期的曝气时间和加大堆肥末期曝气量的通风策略，可明显降低堆肥周期总氮损失(仅为对照组的51.34％)，却将增大污泥堆肥过程中有害气体排放(对照组为2.85geCOz／kgDC，试验组4.42geC02／kgDC)，降低堆肥周期平均堆温(试验组54.29℃，对照组64.7l℃)，进而降低氨气累积排放量(试验组66.86gCOz／kgDC，对照组72.04gCOz／kgDC)。此外，由于工艺可调控因数较多，水厂污水污泥理化性质不尽相同，该工艺的不可控因素较大，因此，有待进一步深入研究堆肥过程中工艺操作参数对有毒有害气体减排的影响。（3）堆料中的氮素以NH4+形态为主，起初对照组和试验组的铵态氮分别占到总氮的28.7％和29.6％，对照组和试验组堆体总氮随着氨气的排放而逐渐降低,检验存在显著性差异(P值分别为0.05、0.017)。根据物料衡算,对照组和试验组的总氮损失分别为l8.1％和19．8％。对照组和试验组通过氨气形式共排放7.68kg和14.24kg的氮元素，分别占堆体初始总氮的7.62％和13.88％，且分别占到总氮损失的42.2％和70. 05％，有研究表明堆肥过程主要的氮素损失源于气态NH3(46.8％～77.4％TN)；且翻堆频率的增加不利于N素保存和NH3的减排即，与本次试验结果相符。通过N20形式分别仅排放26.589和13.299的氮元素，几乎可以忽略不计。显而易见，增加翻堆频率将会增加氨气的排放，总氮损失略有增加但并不显著(t检验p=0.99)。此外，分析表明堆体物料的pH值与其硝态氮含量呈明显的线性相关性，pH=9.89-5.13X可见硝态氮含量的变化是堆体pH变化的主要影响因素(回归方程P<0．001)。通过对比试验可以得出，增加翻堆频率确实将导致堆体堆肥周期平均堆温下降，进而很有可能导致有毒病原体去除率下降，带来环境卫生问题；此外，增加翻堆频率，加大人为扰动确实导致了氨气的排放增加，从有毒有害气体排放引起劳动卫生问题的角度考虑，也不应该考虑增加翻堆频率。4.4等离子体热解气化有机废弃物制氢技术与常规的热解/气化系统相比,等离子体热解气化系统具有独特的特征,例如极高的反应温度,以及超快的反应速度。因此,等离子体热解气化被认为是一种新型的热解气化技术,而且在固体废物处理方面极具潜力。农林生物质垃圾，生物质资源产量大,种类繁多,如各种农作物秸秆,森林植物等。目前,对等离子体气化生物质的研究比较广泛,涉及的生物质的种类也比较多。国内的赵增立等研究了利用氮气等离子体热解杉木粉,结果发现在改变输入功率的条件下,热解产物主要是气体产物(主要是氢气和一氧化碳,占气体总体积90%以上),以及固体残焦,没有液相产物焦油形成。当在等离子体热解的同时引入水蒸气,由于发生下面的反应:C+H2O——CO+H2CO+H2O——CO2+H2因此,氢气和二氧化碳产量增加,而一氧化碳产量减少。研究结果表明,引入水蒸气,H2和CO的含量之和保持在95%左右。Arabi研究了非热等离子体蒸汽重整木材，研究了不同放电间距条件下,对气相产物产量的影响.实验结果表明主要的气体产物是H2、CO2、CO和CH4在电极间距为1cm和2.5cm时,产生的气相产物的浓度处于同一数量级，然而，当等离子体柱的长度增加时,气体产物的流量增加(从5.6L/h到13.6L/h)。吴昂山等研究了等离子体热解纤维素， 结果表明产物主要为可燃气体及少量的固体碳,没有焦油产生气体产物主要为合成气(氢气和一氧化碳)。生物油液体混合物。Khacef研究了非热等离子体处理生物油。实验所用的生物油来源于木材生物质快速热解所得。根据生物油的粘性不同将原材料分为重生物油和轻生物油.处理时分别用水稀释和不稀释。实验结果表明生物油主要分解为氢气、一氧化碳和二氧化碳.用水稀释有助于提高氢气的产量。轻生物油的H2/CO比例明显高于重生物油。Graciela研究了利用非热等离子体重整重油。实验结果表明产物主要为氢气和碳氢化合物,如甲烷,乙烯,乙炔等,其中乙烯为主要碳氢化合物产物,以及少量固体残碳。改变放电间距和放电功率,发现能量效率随着功率的增加而减少,随着电极间距的增大而增大，在最大间距和最小的放电功率时得到最大的能量效率2.3mol/J。城市垃圾是城市固体废物的混合物,包括工业废物,建筑废物和生活垃圾。家庭垃圾是在生活中产生的固体废物,其范围广泛,包括有机物和无机物,例如,厨房垃圾、废纸、废玻璃、废旧塑料等。Vaidyanathan利用等离子体炬从地毯废弃物和模拟美国空军基本远征机场资源基地部署产生的固体废物制备燃料气。实验结果表明两种废物产生的气体大致相同,主要由氢气和一氧化碳组成,含有少量的甲烷,苯和甲苯.在地毯废物试验中,气相产物占90%以上。产品主要是CO和H2，而气相中高浓度的O2和N2,是由于空气在采样点之前已进入系统中了。半挥发性化合物的分析表明,苯是主要的半挥发性化合物。美国空军基地废物的测试结果,其产品的分布与地毯废物测试结果非常相似,由于泄露进入排气管路的空气少,CO和H2的浓度略高。Diaz进行了利用等离子体蒸汽重整系统处理废物的研究。该研究利用两种不同的等离子体机制,即辉光放电和电弧炬来处理校园内产生的一定比例的总液体废物流以及当地的有机固体废物破碎物。因此,该废物转化为能源的工艺共包括两个阶段,其中一个阶段是液体在辉光放电室中产生蒸汽和氢气混合物,第二阶段是第一阶段产生的混合气体与固体废物在反应器中混合,在蒸汽条件下,通过等离子体炬处理,产生高品位的合成气。实验得到的气体产物的组成表明,二氧化碳的含量随着温度升高而减少,而氢气和一氧化碳是主要的气相产物。Byun研究了利用非转移弧等离子体炬处理造纸厂废物,得到的合成气再经过净化系统得到高纯度的氢气。 在湿式洗涤器出口采样,结果表明经等离子体处理后得到的合成气主要为氢气和一氧化碳,其平均浓度分别为34.90%和39.56%,二氧化碳含量较少,其平均浓度为12.6%.整体碳转化率高达97%,表明固体废物已被完全气化，而污染气体如氯化氢、氮氧化物和二氧化硫的浓度均低于排放限值。医疗垃圾，医疗垃圾是包含人类和动物组织、血液、排泄物、药品、棉签、注射器,以及无毒物品如纸,纸板和塑料的废物的统称。危险医疗废物以生物和传染性组件、化学、生化、有毒,医药制剂,手术刀和其他用具的形式存在。Huang利用水蒸气等离子体热解医疗废物处理温度为1000K至4100K。作者研究了典型的医疗废物在高温热解条件下的平衡组成,进行了吉布斯自由能的计算,利用最小的总系统吉布斯自由能来确定平衡组成，计算结果表明,系统内C-H-O的平衡组成在C/O=1,温度范围为1400K至2000K时,一氧化碳和氢气是主要的气体成分,其他的组分(CO2,C2H4,C2H2,CH4等)体积比少于1%,而且原材料的转化程度将近100%.与空气等离子体相比,如果原材料中不含有氮元素,那么蒸汽等离子体处理不会产生氮氧化物。Chernets研究了利用蒸汽电弧等离子体处理医疗废物和含碳材料。结果表明该过程可以确保杀死细菌,而不产生呋喃和二噁英物质。同时原材料几乎完全转化。聚合物指的是高分子化合物。废轮胎是比较常见而处理比较困难的聚合废物。Huang研究了利用一个电容耦合射频等离子体反应器热解处理废轮胎粉末，利用氮气作为载气。反应时间为10min.实验结果表明主要的气体产物是H2,CO,CH4和CO2等等。结果表明射频功率是主要的影响因素,当射频功率从1600W增加至2000W,固体转化率从40%增加至76.8%,而且氢气产率从36.58ml/min增加至84.53ml/min。同时,当压强从3000Pa增加至8000Pa,固体转化率从54.8%增加到78.4%,氢气产率从33.19ml/min增加到99.14ml/min。实验中得到的热解炭(轮胎的尺寸为1m,1800W,8000Pa)的元素分析表明,含有85%的碳。热解炭的XPS测量光谱表明热解炭的主要成分除了碳和氧以外,主要为硫和钙。Mohsenian研究了利用双直流热等离子体炬处理聚合废物。两个炬的夹角为120,电极尖端的水平间距为7mm氩气作为载气。反应时间为3min。处理的原材料包括PP,PE,PVC和ABS。 实验结果表明,处理ABS样品得到的氢气浓度和产率比其他样品的更高。而炭黑是热等离子体热解聚合物最主要的固体产物。处理ABS,PP,PE和PVC的炭黑的产率分别为10.44,11.24,10.85和12.11g/min.PP和PE样品处理得到的炭黑浓度比气相产物的浓度更高。污泥。研究了蒸汽等离子体炬气化城市污泥。污泥来自于索菲亚污水处理厂,污泥的组分结果表明污泥含有将近60%的有机物和大约40%的无机物。实验结果表明一氧化碳和氢气是主要的气体产物,而产生的二氧化碳的体积少于4%。气体产物中没有甲烷,但有硫化氢产生。废油。Rafiq研究了利用滑动弧等离子体反应器自热重整含丙烷的废食用油。实验结果表明随着蒸汽流量的增加,H2,CO2和C2+浓度增加,而CO和CH4浓度减少。而且氧气转化率,一氧化碳和氢气产率以及热效率都降低.在固定的丙烷和空气流速下,蒸汽时间分别为2h和10h的冷、热WCO流速的影响表明,在相应的C/O物质的量比下,随着WCO流速的增加,氢气,一氧化碳和二氧化碳的浓度上升,而C2+的浓度则有轻微的下降,但是甲烷浓度几乎保持不变。相对于常规的热解气化生物质及有机固体废物处理技术,等离子体热解因具有更高的反应温度,更多的活性粒子参与热化学反应的特点,可以得到更高的转化率,得到分子量更小的气体产物,如氢气和一氧化碳等,原料分解更彻底,而且得到的终产物的品位更高,更具有经济价值。等离子体电弧产生的主要方式是交流或直流放电、射频感应放电和微波放电。其中交流或直流放电起弧容易,电弧稳定,常用于实验室或者大规模的商业处理模式,但是存在电极腐蚀,等离子体炬寿命短的缺点。等离子体处理废物的效果受反应操作压力、原材料的特性、载气的类型及流量等多种因素的影响。在等离子体气化过程中,加入水蒸气,可以提高反应的气体产量,特别是气体产物中氢气和一氧化碳的含量。等离子体处理技术可以处理各种类型的废物,如有机物含量较高的生物质垃圾和城市垃圾,重金属含量较高的污泥以及危险废物医疗垃圾等等。等离子体处理技术在高温下将原料中的有机组分分解为小分子气体产物,而无机组分则固化为稳定的玻璃渣。可以有效降低废物原料的环境毒性。综上所述，本篇文章说明了以下四个问题， 一、固体有机污染物处理方式的讨论，通过对固体有机污染物的讨论引出堆肥的处理方法。二、堆肥的影响因素试验研究，主要通过不同的试验环境研究具体的堆肥影响因素。三、微生物堆肥的实际应用。四、微生物堆肥排放的气体对环境的影响，微生物堆肥会产生生化反应，产生大量有害气体会对环境造成影响。 参考文献城市固体废弃物的处理模式与前景研究赵敏娟论城市固废处理研究进展陈世跃浅议固体废弃物的堆肥化郭迎春C／N对高温堆肥发酵效果的研究刘跃杰，李国强翻堆频率对堆肥减量化、腐殖化和稳定化的影响李凡有机固体废弃物堆肥的物质变化及腐熟度评价黄国锋大型好氧发酵堆肥设施在禽畜粪便处理中的应用谢书霞大型好氧发酵堆肥设施在污泥处理中的应用谢书霞等离子体热解气化有机废弃物制氢的关键技术分析杜长明堆肥化技术在产业废弃物资源化处理中的应用王志勇微生物降解木质纤维素类生物质固废的研究进展杨茜堆肥过程中碳、氮转化与温室气体排放研究进展高凌飞堆肥过程中有害气体(NH。、N20、CH4)减排与氮素保存研究赵晨阳