《固体废弃物的生化处理学幻灯片课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《固体废弃物的生化处理学幻灯片课件（79页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章：固体废弃物的生化处理,Biological Conversion Technologies of Solid Wastes,1、生活垃圾中5060%是有机物，会腐烂变质，释放臭气，污染环境；会孳生蚊蝇，危害健康,2、粪便、污水厂污泥大部分是有机物，堆放过程中会释放污染物，污染环境,3、农业废弃物基本上全是有机物，倾倒水体中会释放污染物；焚烧会污染大气,有机物是固体废物污染的重要来源,有机污染物有必要进行治理,有机污染物通常是可生物降解的,生物处理是一种很好的途径,原理: 微生物降解技术:依靠自然界广泛分布的微生物的作用,通过生物转化(氧化、分解有机固废)将有机固废中易于生物降解的有机组
2、分转化为腐殖肥料、沼气或其它化学转化品。（塑料蛋白、乙醇或糖类）从而达到固废无害化的一种处理方法。 目前主要包括：好氧堆肥技术、厌氧发酵技术 此外还有：废物养殖蚯蚓,3-1 堆肥法（Compost）,原料 传统： 秸秆、落叶、野草和禽畜粪便堆积发酵制作肥料。 本世纪20年代后：生活垃圾、污水污泥、人和禽畜粪便以及农林废物等 工艺 传统:手工操作和自然堆积方式，并依靠自发的生物转化作用，发酵周期长，处理量小 本世纪20年代后；出现了机械堆制技术,、堆肥化发展过程,两个相关概念 堆肥：废物经过堆肥化处理，制得的成品叫做堆肥(compost)。 腐殖土：堆肥是一类腐殖质含量很高的疏松物质，故也称为“
3、腐殖土”。 分类 按堆制方式：间歇堆积法、连续堆积法 按原料发酵所处状态：静态发酵法、动态发酵法 按堆制过程的需氧程度：好氧法、厌氧法,二、堆肥化概述 1.堆肥化分类,关于好氧法、厌氧法 好氧堆肥系统温度一般为50一65，最高可达80一90，堆制周期短，故也称为高温快速堆肥。 厌氧堆肥，空气与发酵原料隔绝，堆制温度低，工艺比较简单，成品堆肥中氮素保留比较多，但堆制周期过长，、需312个月，异味浓烈，分解不够充分。,2、好氧法堆肥原理,好氧法制堆肥是以好氧菌为主对废物进行吸收、氧化、分解。微生物通过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并放出生物生长活动所需要的能量，把另一部
4、分有机物转化合成为新的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多生物体。,三、堆肥原料与堆肥微生物 1堆肥原料 含碳水化合物、脂类、蛋白质较多的固废 人和禽畜粪便，已经经过胃肠系统的充分消化，一般颗粒较小，合有大量低分子化合物人和动物未吸收消化的中间产物，含水量较高，可直接用作原料。 有机污泥富含微生物生活繁殖所需的营养成分(表91)，是堆肥的良好原料。 农林废物均富含碳素，但有的因含纤维素、半纤维素类物质；有的因表面布有众多毛孔而其有疏水性，处理困难，故均需作预处理 生活垃圾中，不可堆腐的物质较多，需通过预处理，适当排除，才能用作堆肥原料。,2堆肥微生物 嗜温菌和嗜热菌。繁殖的温度范围列于下表。,
5、嗜温菌 (细菌、放线菌、酵母菌)： 吃糖类、淀粉； 嗜热菌 (细菌、真菌) ：吃脂类、蛋白质、纤维。,1。堆肥过程描述 (1)起始阶段：堆制初期，堆层呈中温(1545)。此时，嗜温性微生物活跃，利用可溶性物质糖类、淀粉不断增殖，在转换和利用化学能的过程中产生的能量超过细胞合成所需的能量，加上物料的保温作用，温度不断上升。,四、堆肥过程,（3）熟化阶段 冷却后的堆肥，一些新的微生物借助参与有机物（包括死掉的细菌残体）而生长，将堆肥过程最终完成。,（2）高温阶段 嗜热性微生物迅速繁殖，在供养条件下，大部分较难降解的有机物（蛋白质、纤维等）继续氧化分解，同时释放能量，温度60-70度； 有机物分解完
6、毕，养料减少，嗜热性微生物停止活动，当温度稳定在40度左右，堆肥基本达到稳定，形成腐殖质。,2、堆肥过程参数,、供氧量 空气量少，大量微生物死亡，分解速度慢；多，温度降低，不利于耐热菌。 最佳量：实际空气量为理论空气量的2-10倍 方式：强制通风、翻堆搅拌， 需适当的物料空隙率,、含水率 影响：溶解有机物，参与微生物的新陈代谢 可以调节堆肥温度,一般，含水率水分低于20%，微生物死亡；过高，原料紧缩，空隙率小，导致空气量小，转化成厌氧反应；同时水分蒸发过多，温度达不到要求，影响堆肥效果。,最佳含量：在50-60%（质量分数）为宜，55%左右为最理想，此时微生物分解速度最快。 对高含水量的垃圾可
7、采用机械压缩脱水，使脱水后的垃圾含水率在60%以下，也可以在场地和时间允许的条件下，将物料摊开，搅拌使水分蒸发。还可以在物料中加入稻草、木屑、干叶等松散或吸水物。而对低含水量的垃圾（低于30%），可添加污水、污泥、人畜尿粪等。,、碳氮比,微生物每利用30份碳就需要l份氮，故初始物料的碳氮比为30：1合乎堆肥需要，其最佳在26：135：1之间。成品堆肥的适宜碳氮比为10:1-20:1之间：出于初始原料的碳氮比一般都高于前述最佳值，放应加入氮肥水溶液、粪便、污泥等调节剂，使之调到30以下。,影响:过高；氮缺乏，细菌和其它微生物发展受限制，堆肥速度缓慢，时间长；另外还会造成成品堆肥的氮饥饿 过低：氮
8、素过剩，容易转化成氨气释放，造成肥效降低,各物料的碳氮比见表,碳磷比：除碳和氮外，磷对微生物的生长也有很大影响。在垃圾发酵时添加污泥就是利用其中丰富的磷来调整堆肥原料的碳磷比。堆肥原料适宜的碳磷比为75-150。, 好氧堆肥初期，pH一般可下降为56，尔后又开始上升，发酵完成前可达8.5-9.0，最终达到70一80,有机物含量,堆肥物料适宜的有机物含量为20一80，有机物含量过低，不能提供足够的热能，影响嗜热菌增殖，难以维持高温发酵过程。有机物含量大于80时，堆制过程要求大量供氧，实践中常因供氧不足而发生部分厌氧过程。,堆肥工艺流程,预处理：包括破碎、分选等，主要是除去堆肥原料中大块和非堆肥化
9、物质。但不同的堆肥原料，预处理过程有所不同。如家畜粪便、污泥、城市生活垃圾。 一般，粒径，有机物分解速度，但物料间的空隙率 ，通气效果。 适宜的粒径范围是1260mm。如果堆肥物质结构坚固，不易挤压，粒径应小些，否则粒径应大些。此外，决定垃圾粒径大小时，还应考虑它的经济性，因为粒度，动力消耗，处理垃圾的费用。,五、堆肥程序,主发酵（一次发酵） 通常将堆肥开始到堆肥温度升高到开始降低为止的阶段，称为主发酵阶段。主发酵阶段是堆肥生物化学反应的基本阶段，在发酵池内进行。周期一般需要天,主发酵期应满足下述各工艺条件： 碳氮比(C/N): 有机物被微生物分解速度随C/N比而变。微生物自身的C/N比约43
10、0，用作其营养的有机物C/N比最好也在此数值范围内，特别当C/N比在10左右时，有机物被微生物分解速度最大。 含水率 :5060%重量时，微生物分解速度最快。 供氧量 实际供氧量通常为理论量的210倍。但过量供氧易使温度下降，不利于发酵的正常进行。,后发酵 经过主发酵的半成品被送去后发酵。在主发酵工序尚未分解的易分解及较难分解的有机物可能全部分解变成腐植酸、氨基酸等比较稳定的有机物，得到完全成熟的堆肥成品。一般，把物料堆积到12米高度进行后发酵，此时，需要防止雨水的装设，有些场合还需进行翻堆和通风。有时即使不进行通风，也需要每周左右进行一次翻堆。当温度稳定在40左右时即达腐熟，一般需20一30
11、天。 后处理 经过二次发酵后的物料中，几乎所有的有机物都变细碎和变了形，数量也减少了。然而，在城市固体废物发酵堆肥时，在前处理工序中还没有完全去除的塑料、玻璃、陶瓷、金属、小石块等杂物依然存在，因此，还要经过一道分选工序以去除杂物，可以用回转式振动筛、振动式回转筛、磁选机、风选机、惯性分离机、硬度差分离机等预处理设备分离去除上述杂质，并根据需要（如生产精制堆肥）进行再破碎。,上海市城市垃圾堆肥发酵系统工艺流程,武汉市城市垃圾堆肥发酵系统,杭州市垃圾堆肥厂工艺流程图,长野县堆肥化系统流程图,六、堆肥方法 1、间歇堆肥法（野积式堆肥） Windrows composting 传统方法；是将原料一批
12、一批地发酵，一批原料堆积之后，不再添加新料，待完成发酵成为腐殖土运出。 一次发酵，周，每周翻动-次 二次发酵，-周 全过程-天，场地坚实不渗水面积足够,说明： 野积式堆肥首先要求对堆肥原料进行前处理，然后根据其含水率和碳氮比，确定原料配比，国外利用城市固体废弃物生产堆肥的配料方法有纯垃圾堆肥、垃圾-粪便混合（7：3）堆肥、垃圾-污泥混合（7：3）堆肥三种。我国露天堆肥法一般是采用70-80%垃圾与20-30%粪稀配比。,2、好氧静态堆肥工艺Aerated Static Pile composting,一般采用露天强制通风垛，当一批物料堆积成垛后，不再添加新料和翻堆，直至物料腐熟后运出。,缺点是
13、有机物和微生物分布不均匀，局部会发生厌氧。,3、连续发酵In-Vessel composting,连续发酵工艺采取连续进料和连续出料方式发酵，原料在一个专设的发酵装置内完成中温和高温发酵过程。这种系统除具有发酵时间短，能杀灭病源微生物外，还能防止异味，成品质量比较高，已在美国、日本、欧洲广为采用。,Unmixed vertical and horizontal reactor,Mixed(dynamic) vertical and horizontal reactor,七、腐熟度概念,堆肥的腐熟度是指成品堆肥的稳定程度。在工程上，它是的衡量堆肥反应完成的信号；在农业上，它是堆肥质量的指标。,(
14、I) 直观经验法：成品氓肥显棕色或陪灰色，并具有霉臭 酌土壤气味，无明显的纤维。 (2)淀粉测试法：淀粉测试法的理论依据是在正常的发酵 过程中，堆肥的淀粉量随时间增加而减少，一般当发酵到达第45周时，淀粉绝大部分分解，最终成品堆肥中，淀粉应全部消失。测定方法是将堆肥样品加入高氯酸溶液，搅拌、过滤，用碘液检验滤液，如果变黄、略有沉淀物，表明堆肥已经稳定；如果呈现蓝色，表明堆肥未腐熟。,测试方法,(3)耗氧速率法 通过仪器自动显示堆层O或CO浓度在单位时间内的变化值，以评定堆肥发酵程度和腐熟情况。 耗氧速率标志着堆肥反应的进行程度。堆肥腐熟时，耗氧速率很低。认为当耗氧速率降为0.020.1 mol
15、/min时，堆肥已腐熟。耗氧速率一般采用测氧仪测定,八、堆肥的农业效用,1、堆肥的改良土壤作用 增加土壤有机质 改善土壤结构：使粘质土壤松散、砂质土壤结团、增加空隙率 提高土壤功能：提高保水能力、防止肥分流失 促进植物根系增长 2、 堆肥的增产作用 增加土壤养分 提高农作物产量：1030%。,3、堆肥农用的不利因素 、含量低 易富集有害元素 投资大，成本偏高,堆肥产品的精制,有机无机复合肥、营养基质、生物菌肥,南宫堆肥厂,南宫堆肥厂位于北京市大兴县赢海乡南宫村,总建筑面积2.16万平方米，其中厂房1.5万平方米。 南宫堆肥厂日处理15-60mm的生活垃圾400吨，年处理量12.4万吨。年产12
16、mm以下及12-25mm堆肥4万吨。 南宫堆肥厂采用先进的强制通风隧道式发酵技术，处理由转运站送入的15-60mm的生活垃圾，生产0-12mm和12-25mm两种粒径分别适用于农业及园林的堆肥产品。 本项目整套生产设备及工艺控制技术全部由德国提供，与国内同类产品相比，其体积小，技术含量高，全部采用自动控制技术，即在中央控制室可以直接对设备及工艺过程进行实时监控，完成信息采集、综合处理等工作。,南宫堆肥厂,为防止生产过程中散发出氨气（NH3）、硫化氢（H2S）等有害气体及臭味，堆肥厂建设了生物过滤池，能有效地过滤，抑制有害气体。堆肥厂生产废水在工艺中循环使用，不外排，而且厂区生产地面全部采用水泥地面，可防止垃圾渗沥液对地下水的污染；生活废水经污水处理系统处理后排放。堆肥厂设有化验室，定期测定垃圾成分和堆肥腐熟度，以确保堆肥产品质量。,南宫堆肥厂工艺流程图,3-2 厌氧发酵制沼气 Anaerobic Biological Transformations,一、 厌氧消化概念及发展过程,1、厌氧消化定义 厌氧消化是指在厌氧状态下，利用厌氧微生物，有控制地使废
