大学固体废弃物的处理方法经典——固体废物的微生物分解.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第六章 固体废物微生物分解,生物处理定义：,生物处理,就是以固体废物中,可生物降解有机物,或其它组分为对,象，利用生物对其作用，转化为稳定产物、能源和其它有用物质,一个处理技术。,堆肥,是利用自然界广泛存在分布,细菌,、,放线菌,、,真菌,等,微生物，有控制地促进可生物降解有机物向稳定腐殖,质转化生物化学过程。,依据微生物生长环境可将堆肥分为,好氧堆肥,及,厌氧堆肥,两种。,1/68,堆肥发展过程：,厌氧堆肥（农业废弃物、落叶杂草、粪便等）,城市生活垃圾（垃圾成份动植物残余、灰渣）,好氧堆肥、机械化堆肥（垃圾产生速度快、产生量大）,堆肥厂停产倒闭（有害物混入垃圾中）,堆肥化技术开始回升（填埋、焚烧技术缺点，分类技术,及分选技术发展）,2/68,微生物概念,微生物是一群体积微小,结构简单,肉眼看不见,必须借助光学显微镜或电子显微镜放大数百倍,乃至数万倍后才能观察到微小生物。,微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物海洋”中。,3/68,少数微生物也是人类敌人,！,鼠疫；,天花；,梅毒；,小儿麻痹症；,肺结核；,麻疯病；,感冒；,脑毛炎；,艾滋病；,疯牛病；,埃博拉病毒；,非典,4/68,微生物与人类关系,5/68,自然界中,N,、,C,、,S,等元素循环,农业,以菌造肥,以菌催长,以菌防病,以菌治病,工业,微生物应用于食品、皮革、纺织、石油、化工、冶金等,医药工业,利用微生物制造抗生素、维生素、辅酶、,ATP,等药品,污水处理,利用微生物降解有机磷、氰化物等,基因工程技术中提供各种工具酶和载体系统,创建有益工程菌新品种,微生物与人类关系,微生物,有少数微生物能引发人类和动、植物病害,6/68,微生物对环境主要作用：,微生物在物质循环转化中作用：维持物质生物化学循环，维持生物无穷无尽繁演，保持生态平衡和生态环境可连续。,1.,在碳素生物循环作用,2.,在氮素循环中作用,3.,在硫循环作用,环境净化和环境工程微生物中应用,在环境微生物监测中应用,7/68,8/68,9/68,10/68,11/68,12/68,13/68,14/68,6.2,好氧堆肥,堆肥是在人工控制下，在一定水分、碳氮比和通风条件下，经过微生物发酵作用，将有机物转变为肥料过程。,更科学一点讲：堆肥化是依靠自然界广泛分布细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地将可生物降解有机物向稳定腐殖质生化转化微生物学过程。堆肥化产物称为堆肥。,有机固体废物堆肥化技术是进行稳定化、无害化处理主要方式之一，也是实现固体废物资源化、能源化技术之一。,15/68,堆肥发展过程：,厌氧堆肥（农业废弃物、落叶杂草、粪便等）,城市生活垃圾（垃圾成份动植物残余、灰渣）,好氧堆肥、机械化堆肥（垃圾产生速度快、产生量大）,堆肥厂停产倒闭（有害物混入垃圾中）,堆肥化技术开始回升（填埋、焚烧技术缺点，分类技术,及分选技术发展）,16/68,在自然界中存在着大量依靠有机物生活微生物，它们有氧化分解有机物并将其转化为无机物巨大功效,（生物能）,。而且含有分布广，繁殖快，轻易发生变异等特征。正是这些微生物,（分解者），,作为生态系统组成主要步骤，不停进行着有机物分解与无机化,（矿化），,促进了上述循环正常进行。,另首先，人们生产和生活过程中不停产生各种各样固体废物，对整个社会而言就是,生产,消费,废物,一个不停循环系统。,人类经过各种伎俩，借助于上述微生物生物能，对固体废物进行生物处理，实现固体废物（主要是有机固体废物）,稳定化、无害化与资源化,技术就统称为,固体废物生物转换技术,。,17/68,依据生物处理过程中起作用微生物对氧气要求不一样，能够把固体废物堆肥分为,好氧堆肥化,和,厌氧堆肥化,。,好氧堆肥化,是在通风条件下，有游离氧存在时进行分解发酵过程，因为堆肥堆温高，普通在,5565,，有时高达,80,，故亦称,高温堆肥化,。,厌氧堆肥化,是利用厌氧微生物发酵造肥。,18/68,因为好氧堆肥化含有发酵周期短，无害化程度高，卫生条件好，易于机械化操作等特点，故国内外用垃圾、污泥、人畜粪尿等有机废物制造堆肥工厂，,绝大多数都采取好氧堆肥化,。,好氧堆肥化基本原理：,是在有氧条件下，依靠好氧微生物（主要是好氧细菌）作用来进行。在堆肥化过程中，有机废物中可溶性有机物质可透过微生物细胞壁和细胞膜被微生物直接吸收，而不溶胶体有机物质，先被吸附在微生物体外，依靠微生物分泌胞外酶分解为可溶性物质，再渗透细胞。,19/68,微生物经过本身生命代谢活动，进行,分解代谢（氧化还原过程）,和,合成代谢（生物合成过程），,把一部分被吸收有机物氧化成简单无机物，并放出生物生长、活动所需要能量，把另一部分有机物转化合成新细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多生物体。可用下列图简明地说明这种过程。,20/68,2,、堆肥化主要意义,（,1,）,对城市固体废物进行处理消纳，实现,稳定化、无害化,，能够防止或者减轻城市垃圾大量堆积，影响市容及城市垃圾自然腐败，散发臭气，传输疾病，从而对环境造成恶劣影响。,（,2,）,可促进上述,自然界物质循环,与,人类社会化物质循环,统一，能够把固体废物中适用组分尽快地重新纳入自然循环（比如生产堆肥用以施肥、改造土壤，可回归农田生态系统中去）；,（,3,）,能够将大量有机固体废物经过各种工艺,转换成有用物质和能源,（比如产生沼气、生产葡萄糖、微生物蛋白质等）。,（,4,）,堆肥化可,减重、减容均约为,50,。,21/68,3.好氧堆肥过程：,（,1,）起始阶段：,堆肥早期，堆层基本呈中温，,嗜温性微生物,较为活跃并利用堆肥中可溶性有机物旺盛繁殖。它们在转换和利用化学能过程中，有一部分变成热能，因为堆料有良好保温作用，温度不停上升。此阶段微生物以,中温、需氧型,为主，通常是一些,无芽胞细菌,。适合于中温阶段微生物种类极多，其中最主要是,细菌、真菌和放线菌,，,细菌,尤其适应水溶性单糖类，,放线菌和真菌,对于分解纤维素和半纤维素物质含有特殊功效；,22/68,（,2,）高温阶段：,当肥堆温度升到,45,以上,时，即进入,高温阶段,。在这阶段，,嗜温性微生物,受到抑制甚至死亡，,嗜热性微生物,逐步代替了嗜温性微生物活动，堆肥中残留和新形成可溶性有机物质继续分解转化，复杂有机化合物如半纤维素、纤维素和蛋白质等开始被强烈分解。,通常，在,50,左右进行活动主要是嗜热性真菌和放线菌；温度上升到,60,时，真菌几乎完全停顿活动，仅有嗜热性放线菌与细菌在活动；温度升到,70,以上时，对大多数嗜热性微生物已不宜，微生物大量死亡或进入休眠状态。,23/68,与细菌生长繁殖规律一样，可将微生物在高温阶段生长过程细分为三个时期，即,对数生长久,，,减速生长久,和,内源呼吸期,。在高温阶段微生物活性经历了三个时期改变后，堆积层内开始发生与有机物分解相对应另一过程，即腐殖质形成过程，堆肥物质逐步进入稳定化状态；,（,3,）,腐熟阶段：,在,内源呼吸后期,，只剩下部分较难分解及难分解有机物和新形成腐殖质，此时微生物活性下降，发烧量降低，温度下降。在此阶段嗜温微生物又占优势，对残余较难分解有机物作深入分解，腐殖质不停增多且稳定化，此时堆肥即进入,腐熟阶段,。降温后，需氧量大大降低，含水量也降低，堆肥物孔隙增大，氧扩散能力增强，此时只须自然通风。,24/68,堆肥过程参数：,供氧量,要适当，实际量应为理论量,210倍,含水量,水作用：溶解有机物，参加新陈代谢调整堆肥温度,要求为5060%，55%最正确，不能低于20%,碳氮比,微生物分解有机物速度随碳氮比而变，微生物本身碳氮,比约为4-30，所以用作其营养有机物碳氮比最好也在,该范围内，尤其是当碳氮比在10-25时，有机物被生物分,解速度最大。,最正确值：2035,25/68,碳磷比,适宜碳磷比值为75:1150:1,温度,普通为5065，最高可达8090，适宜温度可缩短堆肥周期,较佳温度为3555,pH,值,pH,是微生物生长主要条件。,堆肥早期，因为酸性细菌作用，,pH,降到56，堆肥物料呈酸性，而后,pH,升高，发酵完成前可达8.59.0，成品时为78,。,26/68,5.堆肥方法,间歇堆肥法（野积式、露天堆肥法）,即将新搜集垃圾、粪便、污泥等废物混合分批堆积一次发酵约需5周，每七天翻动12次，第610周熟化稳定二次发酵，全过程需要3090天。要求场地坚实，不透水。,连续堆积法（工厂化机械堆肥）,原料在发酵器中完成中温和高温发酵过程后，运往发酵室堆放熟化。,优点：,发酵快，堆肥质量高、能防臭、全部灭菌。,设备：,立式发酵器、卧式发酵器,27/68,堆肥农业效用,（1）改土作用,增加土壤有机质,改进土壤结构 降低容重，增加孔隙度，使固相下降，液、气相增加。,提升土壤功效促进通风、提升保水率、保持肥力,促进植物根系增加,（2）增产作用,（3）不利原因,不能与农家肥等同，只能作土壤改良剂或调整剂,28/68,7.堆肥过程存在问题,（1）臭味(,Production of Odors),堆肥场地(,Facility siting),：考虑场地局部气候，以利臭味消散；距受体距离；建立适当缓冲区域。,正确过程设计和运行管理(,Proper process design and operation)：,预处理；供氧量；温度控制；翻动频率。,生物臭味管理(,Biological odor management),（2）公众健康(,Public health issues):,（3）重金属毒性(,Heavy metal toxicity),（4）产品质量(,Product quality)：,29/68,6.3,厌氧发酵,概念：,废物在厌氧条件下经过微生物代谢作用而被稳定化，同时伴有,CH,4,和,CO,2,产生过程。,产物：,沼气清洁能源,渣滓优质肥料,1.原理:,三个阶段液化、产酸和产甲烷,液化阶段：,发酵菌作用，对有机物进行体外酶解，使固体物质变为可溶于水物质，然后细菌再吸收可溶于水物质，并将其酵解成为不一样产物。,30/68,产酸阶段：,产氢、产醋酸菌作用，将前阶段中间产物丙酸、,丁酸、醇类等深入分解为醋酸和氢。,产甲烷阶段：,甲烷菌作用，将产酸阶段产生产物降解成甲烷和,二氧化碳，同时利用产酸阶段产生氢将二氧化碳还原成,甲烷。,31/68,影响原因,原料配比：,适宜碳氮比20:130:1,温度：,在一定范围内，温度越高产气量越高,中温发酵37左右,高温发酵53左右，产气率最高,PH,值：,要求弱碱性环境,最正确,PH,值6.87.5,，过低会抑制甲烷菌生长。,搅拌：,目标是确保较高池容产气率和防止出现局部酸,积累.,机械搅拌、充气搅拌、充液搅拌,32/68,厌氧发酵工艺,(1)高温厌氧发酵工艺,最正确温度：,4755,（有机物分解旺盛，发酵快）,流程：,（1）高温发酵菌培养,（2）高温维持,（3）原料投入与排除连续加料出料,（4）发酵物料搅拌,适用：,城市垃圾、粪便及有机污泥,(2)自然温度厌氧发酵工艺,33/68,城市粪便厌氧发酵处理实例,(1)化粪池,停留时间：1224,h,效果：抑留粪水中70%悬浮固体物,(2)粪便厌氧发酵池,常温发酵35,d,达标,中温发酵3338，823,d,高温发酵5055,34/68,我国城市污水处理发展历程,（,1,）,1984,年，天津纪庄子污水处理厂,(26,万,m3/d),投产运行带动新建数十座污水处理厂。,污泥直接农用，未考虑污泥处置；,（,2,）,1996,年,(“,九五”期间,),，污水处理进入快速发展期，年净增污水处理厂,168,座,污泥问题开始引发关注；,（,3,）当前，政府在“十一五”期间规划投资,3300,亿元用于水污染处理事业。,污泥问题制约污水处理事业发展；,（,4,）国家“十一五”规划污水处理目标：到,年，全国城镇污水处理率,50%,，城市污水处理率,60%,，重点城市污水处理率,70%,。,污泥处理处置将进入快速发展期,35/68,我国污水产生与处置现实状况,36/68,37/68,38/68,39/68,污泥污染形势严峻,40/68,41/68,我国污泥处置现实状况,42/68,43/68,44/68,我国经典污泥处置工艺,填埋,45/68,我国经典污泥处置工艺,焚烧,流化床焚烧装置,46/68,回转窑干化,焚烧联合处置,47/68,中国污泥处理投资只占污水处理厂总投资,20%45%,，而发达国家占污水处理厂总投资,50%70%,。,污泥填埋投资和运行成本相对较低；机械化堆肥成本适中；污泥干化焚烧投资和运行成本较高，但无害化最彻底。,填埋、焚烧、堆肥、建材化等技术均需要将污泥含水率降至,60%,左右，所以污泥深度脱水是处理污泥问题关键。,我国污泥处置现实状况,48/68,污泥处置问题分析,1,、污泥含水率,（,1,）污泥含水率是制约污泥处置和利用关键问题,60%,是填埋与堆肥起点，,50%,是焚烧起点；,（,2,）干化步骤是污泥处理处置系统耗能主要步骤；,（,3,）干化步骤新技术研发是实现污泥处理系统节能降耗着力点。,49/68,含水率高是污泥处理处置难点所在,污泥含水率从,95%,降至,80%,，,污泥体积降低,75%,，从,80%,降,至,50%,体积将再降低,60%,污泥含水率越高，热值越低，,当含水率低于,50%,时，才适合,焚烧,含水率与污泥热值,50/68,2,、微生物细胞和胶体物质造成处理困难,污泥中含有大量微生物,细胞和有机胶体物质，,脱水困难,污泥中有机物主要,以固体形式存在，,生物降解困难,污泥处置技术难点是：,怎样进行深度脱水降低,含水率。含水率,60%,污泥，其资源化潜力显著,增大。,原因：固体有机物水解速率低；,水解为控制步骤。,51/68,6.4,污泥处理,6.4.1,概述,污泥定义:,给水和污水处理中，采取了各种分离方法以去掉溶解、悬浮或胶体固体物质，从这些不一样方法中产生泥渣统称为污泥。,污泥种类：,处理目标,(1)降低含水率，减小体积,(2)使污泥卫生化、稳定化,(3)便于资源化利用,处理方法,浓缩、消化、机械脱水、干燥、焚烧等污泥方法.,52/68,6.4.2,污泥浓缩,污泥水分,游离水或自由水：,与污泥颗粒无关，可经过过滤去,除，在不一样 种类污泥中，其含量改变很大。,间隙水：,占70%，易去除浓缩法,毛细管结合,占20%，可用离心、真空等机械方法去除。,表面吸附水,占7%，可用加热法脱除。,内部水,3%，可用生物法、高温加热法、融冻法去除。,53/68,2.,污泥特征描述,1,、干固含量（,Ds,）：,污泥在,105,温度条件下干燥至恒重,时测定污泥含固量，,g/L,或,%w,；,2,、挥发性固体含量（,Vs,）：,指污泥中干固体在,550-600,高温条件下隔氧加热气化，以气化前,后重量差计算污泥,Vs,（,%w,）。,3,、含 水 性 ：,评定污泥中各种形式水分所占百分比，尤其是,游离水和结合水含有决定意义。,4,、污泥行为特征指标：,（压缩性、过滤性、脱水性）；,54/68,3.,浓缩方法,重力浓缩法,间歇式浓缩池-,普通用于小型或工厂企业污水处理厂,连续式浓缩池-,用于大中型污水处理厂,气浮浓缩法,定义：大量微气泡附着在污泥颗粒上，形成颗粒-气泡结,合体，浮力使其浮到水面，到达浓缩目标。,55/68,6.4.3,污泥消化,定义:,人工控制条件下,经过微生物代谢作用使污泥中有机物稳定化过程。,污泥中有机物含量很高，宜采取厌氧法处理,方法：,（1）标准消化法，3060,d,（2）高负荷消化法，1015,d,（3）两级消化法，712,d,（4）厌氧接触消化法,56/68,6.4.4,机械脱水,脱水前污泥调理,目标：,重力浓缩后污泥含水率仍在,90-95%,，脱水性能差。,所以，有必要对 污泥进行调理，改进污泥脱水性,能，提升污泥脱水效率。,方法：,洗涤法：简单方便，但效果差；,加药法：效果好，但成本高；,加热法：附近有废热可利用时效果好；,冻融法：以污泥做肥料再利用时，为预防有效,成份分解，用冻融法；,57/68,污泥洗涤概述,定义：,污泥洗涤又称污泥淘洗，即利用处理后回用水,与污泥混合（水：泥,=2-5,：,1,）淘洗后将污泥沉淀下,来一个预处理方法。,目标：,降低污泥碱度和粘度，节约药剂用量，提升机,械脱水效果，降低污泥脱水运行费用。,应用：,主要用于消化污泥预处理，而不适用与生污泥，,后者洗涤效果差，能够采取直接加药调理。,58/68,化学调理,定义：,经过向污泥加入助凝剂、混凝剂等化学药剂，促,使污泥颗粒絮凝并改进其脱水性能一个预处理方法。,目标：,污泥中固体粒子为细小带负电水合粒子并和污泥,形成一个稳定胶体悬浮液，影响固液分离。加药处理,就是降低污泥粒子与水亲和力，使粒子凝聚力增大而,形成粗粒化。,原理：,各类混凝剂产生带正电荷离子，与污泥颗粒上,负电荷相互吸引而中和，使电荷减小，从而相互排斥力,下降，在范德华力作用下克服静电排斥力而凝聚。,59/68,加热调质,定义：,经过加热使部分有机质分解、亲水性有机胶体水解、,细胞分解，细胞膜中水分游离出来，从而改进污泥浓缩及,脱水性能，对于活性污泥脱水预处理尤其有效。,优点：,调质效果好，滤饼不增容，可灭菌；,缺点：,换热器腐蚀结垢，蒸汽口有恶臭，设备复杂，费用高。,方法：,高温加压调理：,加热,170-200,，压力为,1-1.5Mpa,；,低温加压调理：,温度,150,以下，压力,1.0Mpa,，,60/68,冻融调理法,定义：,将污泥冷冻到零下,20,后再融化一个改进污泥沉,降性能预处理方法。,原理：,因为温度大幅度改变，使污泥胶体脱稳凝聚且细胞,膜破裂，细胞内水分得到游离，从而提升污泥沉,降性能和脱水性能，沉降速度可提升,2-6,倍，过滤产,率可提升到,200kg/,（,m2hr,），滤饼含水率为,50-70%,。,应用：,当前已被广泛用于给水污泥处理,优点：,无需加混凝剂，不增加滤饼量。,61/68,2.污泥脱水,6.4.5,污泥干燥与焚烧,经传统浓缩和脱水工艺处理之后，污泥含水率仍达,45-86%,如机械脱水泥饼含水率为,75,左右。,要到达对污泥深度脱水，比较经济方法是引入干燥或焚烧技术。,1,污泥热干燥处理,2,污泥焚烧,62/68,6.4.6,污泥处置技术,城市污泥处置路径很多，土地利用、卫生填埋、焚烧和水体消纳（排入江河湖海）是许多国家惯用方法。,1,、,土地利用,污泥土地利用是一个主动、有效而安全污泥处理处置方式。,中国已开始将污水处理厂污泥用于城市绿化林地改造。在国外，污泥及其堆肥作肥源土地利用，已经有,60,多年历史，城市污泥土地利用百分比最高是荷兰，占,55%,；其次是丹麦、法国和英国，占,45%,；美国占,25,。,63/68,2,、土地填埋,污泥土地填埋始于,20,世纪,60,年代，是在传统填埋基础上，从保护环境角度出发，经过科学选址和必要场地防护处理，以严格管理制度和科学工程操作来加以实施污泥处置方法。到当前为止，这种方法已发展成为一项比较成熟污泥处置技术。该技术基本方式是城市污泥经过简单灭菌处理后，直接倾倒于低地或谷地制造人工平原。它好处是处理成本低、不需要高度脱水（自然干化），既处理了污泥出路问题，又能够增加城市建设用地，故成为大多数西方国家主要污泥处置方法之一。,据相关资料统计，,1992,年欧盟采取填埋法处理污泥量大约占总发生量,40%,。法国污泥填埋量高达污泥总发生量,80%,；,据日本,1994,年资料统计，,日本经过陆地和海洋填埋污泥也到达了总发生量,35%,。,64/68,建设污泥填埋场如同生活垃圾卫生填埋场一样，地址需选择在底基渗透系数低且地下水位不高区域，填坑应铺设防渗性能好材料，卫生填埋场还应配设渗滤液搜集装置及净化设施。当前中国修建卫生填埋场中，都用高密度聚乙烯为防渗层，这么可防止对地下水及土壤二次污染。,3,、污泥焚烧,焚烧优势在于能够快速和较大程度地使污泥到达无害化和减量比，其产物为无菌、无臭无机残渣，含水率为零，且在恶劣天气条件下不需存放设备。近年来焚烧法因为采取了适当预处理工艺和焚烧伎俩，到达了污泥热能自持，并能满足越来越严格环境要求和充分地处理不宜于资源化利用部分污泥。,65/68,1995,年，日本有近,50%,污泥采取了焚烧方法进行处置，而欧盟各国采取焚烧方法处置污泥也超出了,10%,，并预测到,年这一百分比将增至,38%,。,污泥焚烧处置方法有利也有弊，主要缺点是，污泥中重金属会伴随烟尘扩散而污染空气，残余灰烬也富含污染物，再进行填埋处置也易造成环境污染，而且焚烧成本是其工艺,24,倍；另首先，污泥必须确保比较低含水率才能用作“合成燃烧”，这就需要提升污泥脱水程度。,66/68,4,、污泥堆肥化,污泥堆肥是一个无害化、减容化、稳定化综合处理技术。它是利用好氧嗜温菌、嗜热菌作用，将污泥中有机物分解，并杀灭传染病菌、寄生虫卵与病毒，提升污泥肥分。,污泥堆肥化过程中经常要用调理剂和膨胀剂。调理剂是指加进堆肥化物料中有机物，借以减小单位体积质量，增加碳源及与空气接触面积，以利于需氧发酵。污泥堆肥化过程中惯用调理剂有木屑、秸秆、稻壳、粪便、树叶、垃圾等有机废料。膨胀剂是指用有机或无机物制成固体颗粒，把它加人湿堆肥化物质中时，能有足够大小确保物料与空气充分接触，并能依靠粒子之间接触起到支撑作用。惯用膨胀剂有木屑、团粒垃圾、破碎成颗粒状轮胎、塑料、花生壳、秸秆、树叶、岩石及其它物质。,67/68,5,、污泥制造建材,污泥中除了有机物外往往还含有,20%30%,无机物，主要是硅、铁、铝和钙等。所以即使将污泥焚烧去除了有机物，无机物仍以焚烧灰形式存在，需要做填埋处置。怎样充分利用污泥中有机物和无机物，污泥建材利用是一个经济有效资源化方法。,污泥建材利用大致能够归结为以下方法：制轻质陶粒、制熔融资材和熔融微晶玻璃，生产水泥等，制砖已经极少应用。过去大部分以污泥焚烧灰作原料生产各种建材，近年来为了节约投资（建设焚烧炉），充分利用污泥本身热值，节约能耗，直接利用污泥作原料生产各种建材技术已开发成功。,68/68,