农业废弃物资源化技术Word格式文档下载.docx
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据粗略测算，如果我国秸秆资源的40%用于发酵饲料，就会产生即相当于112亿t粮食的饲用价值。
能源化
农业废弃物的能源化利用主要分为厌氧发酵及直燃热解两个方向。
厌氧发酵分为制沼气和微生物制氢技术；
厌氧发酵制沼气技术是指农业废弃物经多种微生物厌氧降解成高品位的清洁燃料沼气（甲烷含量50%-70%及）副产品沼液和沼渣的过程。
微生物制氢技术是指利用异养型的厌氧菌或固氮菌分解小分子的有机物制氢的过程，是农业废弃物利用非常具有潜力的方向直燃热解又分直燃和热解两方面。
直燃作为一种传统获得热能的技术一直存在，例如使用秸秆（其能源密度能达到13376-15466kJ/kg）和草原地区牛马粪便直燃做饭、取暖；
“贫用福弃”。
现阶段直燃有表现为生物质固体成型燃料供热与发电和有机垃圾混合燃烧发电。
农业废弃物通过热解技术可以转化为清洁的气体燃料、热解油和固体热解焦，热解液体经过加工制备生物柴油、生物汽油或者生产酸、醇、酯、醚等，固体热解焦由于空隙发达、比表面积较大可作为吸附材料用于环境污染治理，或者作为燃料供热解所需的热源。
基质化基质化是指利用经适当处理的农业废弃物作为农业生产（如栽培食用菌、花卉、蔬菜等，及养殖高蛋白蝇蛆、蚯蚓等）的基质原料。
关键在于原料的选取及配比，和原料的前处理。
玉米秸、稻草、油菜秸、麦秸等农作物秸秆，稻壳、花生壳、麦壳等农产品的副产物，木材的锯末、树皮等，甘蔗渣、蘑菇渣、酒渣等二次利用的废弃有机物，鸡粪、牛粪、猪粪等养殖废弃物都可以作为基质原料。
材料化农业废弃物中的高蛋白资源和纤维性材料可以生产多种生物质材料和农业资料。
秸秆作为纸浆原料、保温材料、包装材料、各类轻质板材的原料，可降解包装缓冲材料、编织用品
稻壳作为生产白碳黑、炭化硅陶瓷、氮化硅陶瓷的原料棉籽加工废弃物清洁油污地面；
或棉秆皮、棉铃壳等含有酚式羟基化学成分制成聚合阳离子交换树脂吸收重金属
甘蔗渣、玉米渣等二次利用废弃物制取膳食纤维食品，提取淀粉、木糖醇、糖醛等废旧农膜、编织袋、食品袋等经过一定的工艺处理后作为基体材料，同时加入适当的添加剂，通过一定的处理和复合工艺形成以球-球、球-纤维堆砌体系为基础的复合材料。
生态化生态农业的基本原理生态农业一词最初是中美国土壤学家W．Albreche于1970年提出的，1981年英国农学家M．Worthington将生态农业明确定义为：
“生态上能自我维持、低输入，经济上有生命力，在环境、伦理和审美方面可接受的小型农业”。
克服石油农业所带来的危机，其中心思想是企图将农业建立在生态学基础上而不是化学基础上，但西方替代农业出现了一些片面遏制化学物质投入的极端做法。
六个“化”的启发
针对农业废弃物的特性应用现代的生物工程技术提升农业废弃物的肥料化、饲料化、能源化、
基质化及工业原料化水平，
使技术上向机械化、无害化、资源化、高效化、综合化发展，产品上向廉价化、商品化、高质化、多样化和多功能化靠拢。
物尽其用、变废为宝、高效利用废弃物达到消除污染、改善农村生态环境、促进农业可持续发展的目标。
007农业固体废物产生与现状
农业废弃物主要包括农作物秸秆、畜禽粪便、农膜、农村生活垃圾等。
目前，我国每年仅作物秸秆量就达7亿吨，7亿吨秸秆中的氮磷钾养分含量相当于400多万吨尿素，700多万吨过磷酸钙和700多万吨硫酸钾。
相当于目前我过化肥施用量的四分之一。
如果能够还田50%，就相当于投入化肥900多万吨。
但因缺乏相应的技术和设备来加以利用，其中的2/3只能废弃或焚烧。
008固体废物污染防治的“三化”原则
我国固体废物污染控制工作起步较晚，开始于80年代初期。
由于技术力量和经济力有限，近期内还不可能在较大的范围内实现“资源化”。
我国于80年代中期提出了以“资源化”、
“无害化”、“减量化”作为控制固体废物污染的技术政策，并确定今后较长一段时间内应以
“无害化”为主。
我国固体废物处理利用的发展趋势必然是从“无害化”走向“资源化”，
.“资源化”…是以“无害化”…为前提的一,“无害化”.和…“减量.化”…则应以二资源化”…为条件。
…—009减量化就是通过适宜的手段减少固体废物数量、体积，并尽可能地减少固体废物的种类、降低危险废物的有害成分浓度、减轻或清除其危险特性等，从“源头”上直接减少或减轻固体废物对环境和人体健康的危害，最大限度地合理开发和利用资源和能源。
是防治固体废物污染环境的优先措施
010资源化就是指采用适当的技术从固体废物中回收有用组分和能源，加速物质和能源的循
环，再创经济价值的方法。
一切废物，都是尚未被利用的资源，是人类拥有的有限资源的一部分，不能随意丢弃。
工业发达国家已把固体废物资源化纳入资源和能源开发利用之中，逐步形成了一个新兴的工业体系：
资源再生工程。
目前，日本、西欧各国固体废物资源化率已达60%左右，我国仍很低。
011概念：
无害化是指对已产生又无法或暂时尚不能资源化利用的固体废物，经过物理、化学或生物方法，进行对环境无害或低危害的安全处理、处置，达到废物的消毒、解毒或稳定化，以防止并减少固体废物的污染危害。
012农业废弃物肥料化技术
利用微生物的新陈代谢作用使固体废物分解、矿化或氧化的过程，称为固体废物的生物处理技术。
作用：
可将大量的固体废物通过各种工艺转换为有用的物质和能源。
013生物转化技术就是利用微生物的分解、转化将固体废物中易于生物降解的有机组分转化为腐殖肥料、沼气或其他化学转化品，从而达到固体废物无害化的一种处理方法。
（一）堆肥化的定义与分类
堆肥化（Composting）是在控制条件下，使来源于生物的有机废物发生生物稳定作用（Biostablization）的过程。
具体讲就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生
物，在一定的人工条件下，有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程，其实质是一种发酵过程。
废物经过堆肥化处理，制得的成品叫做堆肥（Compost）。
它是一类棕色的、泥炭般的腐殖质含量很高的疏松物质，故也称为“腐殖土”。
014分类：
根据堆肥化过程中氧气的供应情况可以把堆肥化过程分成两种。
1、好氧堆肥（高温堆肥）：
在通气条件好，氧气充足的条件下通过好氧微生物的代谢活动降解有机物。
特点：
一般在55〜60T时比较好，有时可高达80〜90C,堆制周期短，也称为高温堆肥或高温快速堆肥。
2、厌氧堆肥：
是在氧气不足的条件下借助厌氧微生物发酵堆肥。
堆制温度低，工艺较简单，成品堆肥中氮素保留比较多，但堆制周期过长，需3〜12
个月，异味浓烈，分解不够充分。
015
（二）好氧堆肥原理
（1）中温阶段（产热或起始阶段）
堆制初期，15〜45C,嗜温性微生物利用堆肥中可溶性有机物进行旺盛繁殖。
温度不断上升，此阶段以中温、需氧型微生物为主，一些无芽抱细菌，真菌和放线菌。
在目前的堆肥化设备中，此阶段一般在12小时以内。
（2）高温阶段
45C以上，嗜热性微生物为主，复杂的有机物如半纤维素、纤维素和蛋白质等开始被强
烈分解。
50C左右主要是嗜热性真菌和放线菌；
60°
C时，几乎仅为嗜热性放线菌和细菌在活动；
70C以上大多数嗜热性微生物不适应，大批死亡、休眠。
大多数微生物在45〜65C范围内最活跃，所以最佳温度一般为55C，最易分解有机物，病
原菌和寄生虫大多数可被杀死。
（3）降温阶段（腐熟阶段）
在内源呼吸后期，只剩下部分较难分解的有机物和新形成的腐殖质，此时微生物的活性下降，发热量减少，温度下降。
嗜温性微生物又占优势，腐殖质不断增多且稳定化，堆肥进入腐熟阶段，需氧量和含水量降低。
降温后，需氧量大大减少，含水率也降低。
堆肥物孔隙增大，氧扩散能力增强，此时只须自然通风，最终使堆肥稳定，完成堆肥过程。
016堆肥无害化的机理一一热灭活理论
好氧堆肥化能提供杀灭病原体所需要的热量，（病原体）细胞的热死主要是由于酶的热灭活
所致。
其依据的理论主要是热灭活理论。
热灭活有关理论指出：
（1）温度超过一定范围时，以活性型存在的酶将明显降低，大部分将呈变性（灭活）型。
细胞
会失去功能而死亡。
（2）热灭活作用是温度与时间两者的函数，即经历高温短时间或者低温长时间同样有效，如下表所示。
（3）在低温下，灭活是可逆的；
而在高温下，则是不可逆的。
实际因素会限制热灭活效率，所以实际操作时，堆肥无害化温度一时间条件要比理论上更高一些。
即在较高的温度维持较长时间，才能达到无害化要求。
017影响堆肥化的因素
（1）化学因素
1C/N和C/P比：
初始物料的C/N比在30:
1较好，最佳为25:
1~35:
1;
C/P比在75~150为宜。
为保证成品肥料中的C/N比为10〜20:
1，初始原料的一般C/N比都高于最佳值，多为35:
1。
2氧浓度:
适宜的氧浓度为18%最低不应小于8%
3营养元素：
足够的K和微量元素对于微生物的新陈代谢是必须的，一般它们不是限制条件。
4pH值：
堆肥微生物最佳的pH=5.5~8.5。
（2）物理因素
1温度：
一般认为最佳温度在50~65C之间。
2颗粒尺寸：
适宜的粒径范围是12~60mm
3含水率:
堆肥原料的最佳含水率通常是在50%~60%
018堆肥的基本工序
1、前处理
以城市生活垃圾为堆肥原料时，包括破碎、分选、筛分等工序；
以家畜粪便、污泥等为堆肥原料时，主要任务是调整水分和碳氮比，或者添加菌种和酶制剂，以促进发酵过程正常或快速进行。
降低水分、增加透气性、调整碳氮比的主要方法是添加有机调理剂和膨胀剂。
2、主发酵（一次发酵）
将堆肥化物料温度升高到开始降低为止的阶段，称为主发酵阶段（或主发酵期）。
堆肥过程
的中温阶段和高温阶段，时间约4〜12天。
3、后发酵（二次发酵）
将主发酵尚未分解的易分解和较难分解的有机物进一步分解，使之变成腐殖酸、氨基酸等
较稳定的有机物，得到完全成熟的堆肥制品。
也称为熟化阶段，堆肥过程的腐熟阶段，发酵时间通常在20〜30天以上。
4、后处理
分选以去除杂物，并根据需要再破碎。
5、脱臭
化学除臭剂除臭、碱水和水溶液过滤、熟堆肥或活性炭、沸石等吸附剂过滤。
例：
土壤过滤器。
&
贮存
堆肥一般在春秋两季使用，夏冬两季生产的堆肥只能贮存，所以要建立可贮存6个月生产量的库房。
贮存方式可直接堆存在二次发酵仓中或袋装，要求干燥而透气。
019堆肥过程的C/N比控制
保证成品堆肥中一定的碳氮比（一般为10〜20:
1）和堆肥中使分解速度有序地进行。
适宜的C/N比范围：
25~35:
1时发酵过程最快。
过低（V20:
1），微生物的繁殖会因能量不足受到抑制，导致分解缓慢且不彻底；
另外，由于可供消耗的碳素少，氮素相对过剩，将变成
氨气挥发，降低肥效。
过高（>
40:
1）,则堆肥施入土壤后，将会发生夺取土壤中氮素的现象，产生“氮饥饿”状态，对作物生长产生不良影响。
堆肥原料C/N比调整的方法：
k—G+G
堆肥过程的水分（含水率）控制
水分的调整方法：
最佳含水率为50~60%按质量计）。
水分过多，易造成厌氧状态，并会产生渗滤液的处理问题。
水分低于40%时，微生物活性降低，堆肥温度随之下降。
条垛式系统和反应器系统，<
65%;
强制通风静态垛系统，<
60%。
所有系统水分均应》40%。
水分较低时，可加水或含水率高的添加剂；
过高时，贝U可摊开晾干或添加松散吸水物。
020堆肥过程的温度控制
温升是微生物活动剧烈程度的最好参数。
（1）温度的作用：
①影响微生物的生长，高温菌的理想温度为50~65C，堆肥的最佳温度为55~60C；
②无害化的要求：
反应器和强制通风静态垛系统，堆体内部温度大于55C的时间必须达3天；
对于条垛系统，堆体内部温度大于55°
C的时间至少为15天。
（2）控制方法：
温度-供气反馈系统；
定期翻堆。
（2）堆肥腐熟度
021堆肥腐熟度是指成品堆肥的稳定程度。
在工程上，它是衡量堆肥反应完成的信号，在农业上，它是堆肥质量的指标。
腐熟度的基本含义是：
（1）通过微生物的作用，堆肥的产品要达到稳定化、无害化，亦即不
对环境产生不良影响；
（2）堆肥产品的使用不影响作物的成长和土壤耕作能力。
022评估成熟堆肥的常用方法、指标和参数
表观鉴别法:
1.温度；
2.颜色；
3.气味；
4.质地
化学方法:
1.碳氮比（C/N）;
2.氮化合物（总氮、NH4-NNO3-NNO2-N；
3.阳离子交换
量（CEC4.有机化合物（水溶性或可浸提有机碳、还原糖、脂类等化合物、纤维素、半纤维素、淀粉等）5.腐殖质（腐殖质指数、腐殖质总量和功能基团）
生物活性法:
1.耗氧速率；
2.微生物种群和数量；
3.酶学分析；
植物毒性分析法:
1、种子发芽2、植物生物量
卫生学检测：
致病微生物指标等
023堆肥过程的污染防治
主要污染因素有臭气、污水、粉尘、振动和噪音。
⑴粉尘安装粉尘去除设备，破碎设备配备收尘装置，排气中的粉尘浓度小于
0.1g/m3（标）。
⑵振动（3）噪音⑷废水处理
（5）脱臭堆肥化系统中产生的臭气物质主要是氨、硫化氢、甲硫醇、胺等。
主要的脱臭技
术有如下8种：
1气洗法：
是将臭气通入水、海水、酸（各种酸、臭氧水、二氧化氯、高锰酸钾等）、碱（苛性碱、次氯酸钠）等液体，臭气成分被吸收或转化为无味成分。
2臭氧氧化法：
利用臭氧的强氧化能力，同时依靠臭氧气味起掩蔽作用。
3直接燃烧法：
将臭气送入锅炉燃烧室、焚烧炉等设备燃烧可燃成分。
4吸附法和中和法：
臭气成分被具有强吸附能力的物质吸附除去；
中和法可降低总臭气浓度，中和剂与臭气成分进行反应及吸附。
5氧化处理法：
是用氯、次氯酸钠、次氯酸钙及二氧化氯等氧化剂进行氧化脱臭。
6空气氧化法：
用水吸收臭气中硫化氢，硫化氢再经空气氧化成无臭无害的硫代硫酸钠。
7土壤氧化法：
通过各种土壤细菌的生化作用分解和去除臭气物质。
8离子交换树脂法：
臭气成分被离子交换树脂吸附并应用带电的离子交换去除。
024农业废弃物能源化技术
农业固体废弃物能源化一一是指采取特定的技术措施将农业固体废物转化为可供人们生产
生活利用的新型能源过程。
农业固废能源化也是实现农业固废资源化的重要途径。
农业固废能源化的途径
直接燃烧秸秆、牛粪等直接燃烧获取能源，品位较低。
沼气化秸秆、蔬菜瓜果废物和畜禽粪便进行沼气化
气化利用生物质气化原理，经干燥热解，变成可燃气体
液化生物质制成液体燃料，主要有生物酒精和柴油
固化生物质经机械加压、加热制成固体成型燃料。
025厌氧发酵：
通过厌氧微生物的生物转化作用，将固体废物中大部分可生物降解的有机物质分解，转化为能源产品——沼气的过程，或称厌氧消化，沼气发酵。
026微生物生理学定义：
在没有外加氧化剂的条件下，被分解的有机物作为还原剂被氧化，
要是丙酸、丁酸、戊酸、乳酸等有机酸，以及乙醇、丙酮等有机物质）不能为产甲烷细菌直
接利用。
它们必须经过产氢产乙酸细菌进一步转化为氢和乙酸后，才能被甲烷细菌吸收利用，
并转化为甲烷和二氧化碳。
029理论阶段划分
1、两阶段理论
将厌氧发酵分为产酸（酸性发酵）和产气（碱性发酵）两个阶段，相应起作用的微生物分为产酸细菌和产甲烷细菌。
2、三阶段理论
1979年由布赖恩提出，将厌氧发酵依次分为液化、产酸、产甲烷三个阶段。
起作用的细菌分别称为发酵细菌、醋酸分解菌、甲烷细菌。
3、四阶段理论
1水解阶段：
复杂有机物（纤维素、淀粉、蛋白质、脂肪）被发酵细菌分泌的水解酶（胞外酶）（纤维素酶、纤维二糖酶、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶）分解为水溶性简单化合物。
限制整个过程速度。
2发酵酸化阶段：
发酵细菌对水解产物进行胞内代谢，主要产生有机酸和醇类（丙酸、丁酸、琥珀酸、乙酸和乳酸），还有CO2、NH3、H2S、H2。
3产氢产乙酸阶段（厌氧氧化阶段）:
专性厌氧的产氢产乙酸细菌将上阶段产生的有机酸和醇类生成乙酸、H2、CO2同型乙酸细菌将H2和CO2合成乙酸。
④甲烷化阶段：
乙酸和H2被甲烷细菌（乙酸分解甲烷细菌和H2氧化甲烷细菌）利用生成甲烷。
030影响发酵的环境条件
（1）温度因素：
随着温度升高有机物分解速度加快，产气量增大。
温度变化范围为（土1.5〜
2.0）To
1低温发酵：
低于20C,产气量低，受气候影响大，不加料情况下35d。
2中温发酵：
37T，产气量约1~1.3m3/（m3・d）;
发酵时间20d,卫生化低。
3高温发酵：
53C,产气量约3.0~4.0m3/（m3.d）;
发酵时间10d，卫生化高。
[对寄生虫卵的杀灭率较可达99%，大肠菌指数可达10〜100，能满足卫生要求（蛔虫卵的杀灭率在95%以上，大肠菌指数10〜100）]o
当有±
3C的变化时，就会抑制发酵速率，有土5T的急剧变化时，就会突然停止产气，使有机酸大量积累而破坏厌氧发酵。
（2）发酵细菌的营养及C/N
C/N在（10~20）:
1为宜，太高，细胞氮量不足，系统的缓冲能力低，pH值易降低;
太低，氮量过多，pH值可能上升，铵盐容易积累，会抑制发酵进程。
（3）混合均匀程度
厌氧发酵是由细菌体的内酶和外酶与底物进行的接触反应。
因此必须使两者充分混合。
对于液态发酵用充液搅拌法；
对于固态或半固态用充气搅拌法和机械搅拌法等。
（4）有毒物质
1重金属离子对甲烷发酵的抑制－使酶发生变性或者沉淀。
与酶结合产生变性;
与氢氧化物
使酶沉淀。
2阴离子的毒害：
主要是S2-，来源：
无机硫酸盐还原；
蛋白质分解释放出S2-o
3氨的毒害：
[NH4+]>
150mg/L,发酵受抑制。
（5）酸碱度、pH值和发酵液的缓冲作用
水解、发酵菌及产氢产乙酸菌对pH值的适应范围大致为5~6.5，而甲烷菌
对pH值的适应范围为6.6~7.5之间。
发酵液中的碳酸及氨的存在，使其具有一定的缓冲性。
碱度指沼气发酵液结合H+的能力，是衡量发酵体系缓冲能力的尺度，由碳酸盐（CO32-）、重
碳酸盐（HCO3-）、部分氢氧化物（HO-）组成，应在2000mg/L以上。
（6）不同发酵基质上生长的发酵菌群种群不同
031沼气发酵池的管理
（1）装料：
预先在池底铺一层熟污泥。
（2）搅拌：
每日三、四次，不使物料下沉。
（3）温度：
50~60C，并保温。
（4）供料：
每日加入适当数量的原料。
（5）水分：
应保持相对稳定。
（6）pH值：
应取样分析并调节。
（7）沼气：
初产沼气不纯，应放掉，直到所产沼气燃烧不熄为止
032循环系统搅拌
①机械搅拌:
泵搅拌：
用泵将消化污泥从池底抽出，加压后送至浮渣层表面或消化池不同部位进行循环搅拌。
一般只适用于小型消化池。
螺旋桨搅拌：
在一个竖向导流管中安装螺旋桨。
水射器搅拌：
水射器也称喷射泵。
一般设置在池中心，用水泵将消化池底部的污泥抽出后压入水射器的喷嘴，当污泥射入水射器的喉管时，形成很大的负压，将消化池内液面的消化液吸入，通过扩散管从池子下部排出形成一个循环搅拌。
2沼气搅拌：
气提式搅拌：
将沼气压入设在消化池的导流管中部或底部，使沼气与消化液混合，含气泡的污泥即沿导流管上升，起提升作用，使池内消化液不断循环搅拌。
竖管式搅拌：
在池内均匀布置若干根竖管，经过加压的沼气通过配器总管分配到各根竖管，从下端吹出，起搅拌作用。
气体扩散式搅拌：
经过压
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