环科固体废物处理技术课件生物技术

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1、3、生物处理作用 稳定化和杀菌消毒作用 生物处理过程中，有机物转化为H20和C02、CH4、NH3、H2S等气体，实现腐殖化达到稳定化的效果，并利用反应热导致的高温过程，杀灭病原菌，实现无害化。 废物减量化 废物经过生物处理后，有机物可以减少3050。 回收能源 回收物质 除了生产堆肥化产品外，还有纤维素水解生产化工原料和其他生物制品，养殖蚯蚓生产生物蛋白，以及生物制氢回收利用氢气等技术。,二、生物处理过程的基本生物原理 1、微生物生长所需营养条件 能源和碳源 两种最常见碳源有机碳和CO2。 异养微生物利用有机碳合成细胞物质的微生物; 自养微生物利用C02合成细胞物质的微生物。其合成转化是还原

2、反应，需要吸收能量，比异养微生物消耗更多的能量，故自养微生物生长率往往较低。 能源太阳光、化学反应能量。利用太阳光作为能源的生物叫做光能营养微生物。利用化学反应来获得能量的叫做化能营养微生物。, 无机盐和生长因子 无机盐也是微生物生长的限制因素。微生物所需的主要无机盐元素包括： N、S、P、K、Mg、Ca、Fe、Na和C1，以及一些微量元素，如Zn、Mn、Mo、Se、Co、Cu、Ni和W。 生长因子一些微生物在生长过程中还需要某些不能自身合成的，同时又是生长所必需的须由外界所供给的营养物质，把这类物质叫做生长因子。 生长因子可分为3类：氨基酸类、嘌呤和嘧啶类、维生素类。,嘌呤C5H4N4 嘧啶

3、C4H4N2,2、微生物代谢类型 据代谢类型和对分子氧的需求，化能异养微生物可分为：好氧呼吸作用、厌氧呼吸利用、兼性呼吸作用等。 3、微生物种类 细菌，霉菌，酵母菌，放线菌。 4、环境条件 温度、pH值范围、水分条件，抑制剂，如重金属、氨、硫离子以及其他有毒物质。,第二节 堆肥化处理技术 一、概念和术语 1、堆肥化（composting）是利用自然界广泛存在的微生物在人为控制条件下，使生物有机废物发生生物稳定化（biostabilization）的过程。 定义3要点： 堆肥原料来自生物界，是由多种不同组分构成的有机物料。包括：垃圾中的厨余物、污水厂污泥、人畜粪便、农业废弃物、食品加工、酿造废弃

4、物等。,欧洲一些国家已经对堆肥化的概念进行了统一，定义堆肥化就是： “在有控制的条件下，微生物对固体和半固体有机废物的好氧中温或高温分解，并产生稳定的腐殖质的过程”。, 堆制过程人工控制下，以保存发酵过程中产生的热量，保持温暖湿润和好气条件以利于多种微生物共同作用。可见，堆制过程的实质是卫生工程意义上的生物化学过程。 堆制目的生物稳定化。即使物料中可降解的有机物质在自然细菌、放线菌和真菌等作用下转化为稳定的腐殖质类物质，不再产生还原性异味物质（如H2S、NH3等）。 城市生活垃圾好氧静态堆肥处理技术规程（ CJJ /T52-93）中3.0.1条规定： “堆肥原料应是城市生活垃圾和其它可作为堆肥

5、原料的垃圾。”,2、堆肥历史 “土坑堆肥”1920年英国科学家“印多尔”法1933年丹麦“达诺”法 1958年日本垃圾堆肥。 “印多尔”法1.5m堆高，隔月倒堆，6个月厌氧发酵； “ 达诺”法 好氧装置34d高温消化 二次消化。 3、堆肥堆肥化制得的成品叫做堆肥。其腐殖质含量很高，结构疏松，体积约为原来的50%70%。 4、堆肥化系统分类方法 按堆制方式野积式堆肥；装置式堆肥 按物料移动形式静态堆肥；动态堆肥； 按需氧程度好氧堆肥；厌氧堆肥。 目前，国内最常用的是采用好氧发酵工艺。,与堆肥化定义有矛盾？,ADP二磷酸腺苷，能量载体。,有机固废 C、H O、N、P、S,微生物 新细胞,微生物O,

6、CO2、NH3 H2O、PO43- SO42-、NO2- NO3-,Pi,ADP,ATP,热量,热量,Pi,位能升高80千卡克分子,二、好氧堆肥技术 （一）好氧堆肥原理 1、好氧堆肥过程简示图,合成 ATP,氧化,PiH3PO43-,ATP三磷酸腺苷，能量转移中心，在发酵、好氧及无氧呼吸中生成 ，含高能磷酸键，能量库。,微生物产 能分配,热释放，堆肥升温 合成反应、生命活动 贮存在三磷酸腺苷ATP中,2、有机物氧化、合成反应 有机物氧化 、不含氮有机物（CxHyOz） 、含氮有机物（CsHtNuOvaH2O） 细胞质合成 细胞质氧化,3、好氧堆肥阶段划分 一般情况下，利用堆肥温度变化来作为堆肥

7、过程（阶段）的评价指标。一个完整的堆肥过程由三个阶段组成: 起始阶段（升温段）4050，40h左右； 高温阶段5070，堆肥后4080h； 熟化阶段（冷却段）堆肥80h以后。,微生物,低温菌：-1030，最适15 中温菌：2050，最适35 高温菌：4575，最适55,温度低于最适温度下，每升10 ，微生物生长速率增加至2倍。,特点： 、每个阶段利用不同的细菌、放线菌（丝状微生物）、真菌和原生动物（最原始的单细胞动物，体形小于0.5mm）。6070可杀死病原细菌； 、PH变化与温度变化的相关性 初期，微生物繁殖快，有机酸产生多，PH下降；随着温度的升高，乙酸、丁酸挥发，含氮有机物产NH3使PH

8、回升，最后随温度下降，酸性细菌重又复活，PH又略呈缓降趋势至稳定水平。 、有机物降解规律 先是可溶易分解糖类 蛋白质 纤维素等，一个堆肥系统中，糖类降解率可在95%以上。,h,堆肥过程PH与温度变化关系曲线,（二）堆肥化控制参数 堆肥过程的关键是如何更好地满足微生物生长和繁殖所必需的条件，即控制参数。,pH,T,60 40 20,T,pH,1、有机质含量 合适的有机物含量为20%80%。 堆肥化首要问题热量和温度的平衡问题。 挥发性物质含量小于20%时，无法提高堆层温度而达无害化，也无法提高微生物活性； 当含量大于80%时，供氧很难满足要求，往往达不到完全好氧而产生恶臭。 城市生活垃圾好氧静态

9、堆肥处理技术规程 （CJJ93）规定的进仓原料有机物含量为20%60%； 堆肥挥发性物质指将堆肥或其他有机物料在550的马福炉中灼烧完全后损失的部分。,2、供氧量 理论上讲，需氧量取决于碳被氧化的量。据研究结论：30时，需氧量1mg/g挥发性物质；45时，13.6mg/g；63时，5mg/g。 实际操作时，氧气供应浓度应大于18%，最低不能小于8%；氧在空气中的含量20.94%。 影响供氧因素物料尺寸、结构强度及含水量；尺寸小，空隙率大，易压缩，有效供氧空间减少；尺寸大，空隙率小，强度高，不易压缩。 实际经验值：含纸较多的物料，推荐尺寸3.85.0cm；含结构强度好的物料，尺寸为0.51.0c

10、m。,3、含水量 取决于物料的空隙体积和微生物活性。 水份太低，微生物活性受到抑制，国外研究最低40%； 水份太高（70%），有碍于通分供氧，温度难以上升； 据研究，允许含水量的上限值为：含纸高的城市垃圾5560%；木屑、谷壳、干叶类为85%。 一般讲，最有利于微生物分解的含水量按重量计为50%60%。 技术规程中规定：含水率宜为40% 60%。,4、温度 温度的作用影响微生物的生长。 一般认为高温菌对有机物的降解效率高于中温菌。现在的快速、高温、好氧堆肥正是利用了这一点。堆肥高温菌的理想温度5065，此温度下，一般堆肥只要56d即可达到无害化。 温度过低延长腐熟时间；过高70有害于微生物活性

11、。 高温堆肥温度最好在5560左右。 建设标准规定必须保证堆温在55以上保持57d。,5、碳氮比（C/N） C/N比标志有机物质营养条件。微生物自身的C/N为430，因此堆料C/N比也最好处于该范围中。城市垃圾C/N值2035；锯木屑3001000；活性污泥58。 发酵过程中，CCO2释放减少，N合成细胞原生质；故堆肥C/N值将减少6%14%，最高达27%以上。 C/N为1025时，有机物的降解速度最大。 C/N高N缺乏，微生物繁殖受限制，发酵时间长，导致堆肥C/N比过高，引起土壤 “氮饥饿” C/N20，造成NNH4+NH3而大量损失。 堆肥技术规程中C/N比为2030；,6、碳磷比（C/P

12、） P是磷酸和细胞核的重要组成元素，也是生物能ATP的重要组成，一般堆料的C/P比在75150为宜。 7、PH值 堆肥过程： PH 4.55.0 8.08.5 8.07.5 （有机酸） （产NH3 ） （NH3NO3-，二次氧化） 一般微生物最适宜的是中性或弱碱性。 (三) 堆肥腐熟度评价指标 腐熟度就是堆肥腐熟的程度即堆肥中的有机质经过矿化（无机化，CO2、NH3、H2S等）、腐殖化过程最后达到稳定的程度（产品不对环境产生有害影响）。,1、物理评价指标 后期温度自然降低； 不再吸引蚊蝇，无令人讨厌的臭味； 呈棕灰色或深褐色，有白色或灰白色菌丝； 呈现疏松团粒结构。 2、化学评价指标传统、常用

13、、简单易行方法 PH值腐熟堆肥，一般PH值89。 挥发性固体（有机质或全碳）含量 美国要求腐熟后的挥发性固体必须降解38%以上。即产品中挥发性固体含量小于原含量的62%。, C/N比评价腐熟度的传统、经典参数。 如木材类废物，从3540降到1820，即为腐熟。 阳离子交换容量（CEC） CEC与C/N比之间有很高的负相关性： ln CEC7.021.02ln（C/N） r-0.903 CEC反映有机质降低、腐殖化程度增高的重要指标，腐殖化率（HR）随堆肥过程呈增加趋势。 3、光谱分析法 研究有机质结构变化来判断腐熟度。,堆肥处理的种子发芽率种子根长 对照的种子发芽率种子根长,当GI达80%90

14、%时，可认为堆肥已腐熟无毒性。 利用微生物评价微生物种群随堆肥进程而变化，有内在的对应关系。,GI（%）,4、生物评价指标 植物毒性法最精确和最有效的方法 用发芽指数（GI）来评价堆肥的毒性腐熟度：,100%,(四) 堆肥方法（按堆制方式划分） 1、野积式堆肥又叫露天堆积法 发酵过程垃圾处于堆放状态,故属静态堆肥。 典型静态堆肥主要是条形堆肥。 特点： 露天静态堆肥，人工翻动，物料混合不均，周期长，占地较大，但投资和成本较低； 场地防渗水分靠热蒸及排水沟排出； 废物混合分批堆积，一批过程可分为前期和熟化稳定阶段。,露天堆积法配料比： 我国：垃圾与粪稀比一般为70%80%与20%30%。 国外有

15、三种： 纯垃圾堆肥； 垃圾粪便（73）混合堆肥； 垃圾污泥（73）混合堆肥。 若掺入适量粉煤灰对增加孔隙、通风大有好处。,大连市生活垃圾堆肥厂实例简介 是1990年由市政府支持、个人筹办的中型垃圾堆肥及生产颗粒复混肥的企业。年产有机、无机复混肥10000t，垃圾堆肥采用高温好氧堆肥工艺。 工艺特点及主要参数： 主要工艺特点 .采用快速高温堆肥和后熟两次（各10d）发酵技术，周期短，占地少，投资省； .进口了美国Wild Cat牌翻堆机等成套设备，进行翻堆过筛等；属于机械翻堆条形堆肥形式。 .设置排水系统（渗液和雨水）。, 主要参数 . 日处理规模100t 生活垃圾； . 一次发酵参数：含水率 55%60%， C/N比251，周期10d，温度 5075/10d。 . 二次发酵参数：最终指标：充分腐熟，含水率20%，C/N20，PH7.58.5，周期10d，温度回落至小于40； .场地参数：一次场地5000m2（开放式，3次翻/周）；二次场地2000m2（覆盖塑料布，1次翻/周）； 发酵垛长宽高/602.51.5m3。,2、装置式堆肥（连续或间歇，动态或静态）