有机固体废物堆肥与厌氧发酵生物处理.pdf
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1、固体废物生物 处理第一节概述 有机物是固体废物污染的重要来源1、生活垃圾中50-60%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、污水处理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。、生物处理定义生物处理就是以固体废物中的可降解有机物 或其他组分为对象,利用生物对其作用,转化为 稳定产物、能源和其他有用物质的一种处理技术。二生物处理方法 好氧生物处理法在提供游离氧的条件下,以好氧微生物为主使 有机物降解、稳定的无害化处理方法。固体废物存 在的各种有机物(相对分子质量大、能位高
2、)作为微 生物的营养源,经过一种生化反应,逐级释放能量,最终转化成相对分子质量小、能位低物质而稳定下 来,达到无害化的要求,以便利用或进一步妥善处 理,使其回到自然环境中去。厌氧生物处理化在没有游离氧的情况下,以厌氧微生物为主对 有机物进行降解、稳定的一种无害化处理。在这种 厌氧生物处理过程中,复杂的有机化合物被降解,转化为简单、稳定的化合物,同时释放能量。其中,大部分能量以甲烷形式出现,这是一种可燃气体,可回收利用。同时,仅少量有机物被转化、合成为 新的细胞组成部分。三、主要生物处理技术堆肥化技术厌氧消化废物养殖蚯蚓。微生物浸出回收金属第二节讴肥技术、混肥技术原理利用需氧性微生物的活动,快速
3、分解有机物,并 产生大量的热能使堆体内的温度不断上升,一般可 达到50-70,并维持一定时间,从而将堆料的病 菌、蠕虫卵、蝇蛆等杀死,达到无害化的目的,并 进行有机物的降解。二、简易泌肥方法污水坑讴肥法平地泅肥法半坑式泯肥法三、简易近肥的影响因素及其控制1、原料有机成分含量控制有机物含量25%以上,C/N比例约为25:1。2、微生物量为了加速淞肥的腐熟,可加入一些富含高温纤维分 解菌的骡、马粪或几经腐熟的堆肥体,加入量一般 为堆体的10%20%。3、含水率含水率需根据原料质量、性质、季节而定,一 般以30%-50%为适宜。4、pH值泅肥过程微生物一般适于在中性和弱碱性的环境 中生长繁殖。5、空
4、气供给讴肥中需氧菌的活动需要有良好的通风,一般在 温度上升期通风量要大些,温度下降期应限制通风 量;冬季为保温,通风量要小些。6、封泥泥的厚度一般以5-6cm为宜,冬季可适当加大厚度。四、简易泯肥的无害化处理:加生石灰法加农药处理法加尿素法第三节有机固体废物堆肥化处理技术 一、基本概念二、原料来源及质量控制三、堆肥化原理四、堆肥化工艺五、堆肥化设备六、堆肥化过程技术参数及控制七、堆肥腐熟度及其质量标准八、堆肥肥效与利用,、基本概念1、堆肥化定义在人工控制的条件下,利用自然界中广泛分布 的细菌、放线菌、真菌等微生物的新陈代谢作用,在中高温好氧条件下,把固体废物中可降解的有机 物转化为稳定的腐殖质
5、的过程。深褐色、质地松散、有泥土味的物质。这种物质的养料价 值不高,但却是一种极好的土壤调节剂和改良剂,其主要 成分是腐殖质。根据微生物生长的环境可将堆肥化分为:好氧堆肥化厌氧堆肥化2、堆肥化发展过程二、原料来源及质量控制1、原料来源(农业(生活垃圾L厂L(来源矿业林业2、质量控制密度(容重):适于堆肥的垃圾密度为350-650kg/m3;组分(湿质)%:有机物N20%,并按照易腐物(动 物性+植物性)、灰渣(215mm称渣砾,V15mm 为灰土)和废品(纸类、布类、塑料、金属、玻璃)分别统计用于堆肥化处理的城市生活垃圾组成成分。*含水率:适合堆肥的垃圾含水率为40-60%;:碳/氮比(C/N
6、):适合堆肥的C/N比为20:130:1;。粒度:适合堆肥的物料粒度为12-60mm,蔬菜类易 腐废物尺寸可略大一些。三、堆肥化原理好氧堆肥是以好氧菌为主对废物中的有机物进 行吸收、氧化、分解及转化,微生物把一部分有机 物氧化成简单的无机物,并释放出能量,把另一部 分有机物转化成为新的细胞物质,使微生物生长繁 殖,产生更多的生物体。有机物的好氧堆肥分解1、总的反应方程式有机SW+02 杂质+Q好氧微生物赢获天0。2+出。+细胞体+腐殖质+生物化学转化2、理论方程CaHbNcOd+0.5(nz+2s+厂 一 d)02 f nCwHxNy0_+sCO2+rH2O+(c-ny)NH3式中 r=0.5
7、b-nx-3(c-ny);s=a-nw;n为降解效率(摩尔转化率v1);CaHbNQd和CwHxNyOz分别代表堆肥原料和 堆肥产物的成分。例题用一种成分为C31H50NO26的堆肥物料进 行实验室规模的好氧堆肥化试验。试验结果,每1000kg堆料在完成堆肥化后仅剩下200kg,测定产品成分为C11H14NO4,试求每1000kg 物料的化学计算理论需氧量。解(1)计算出堆肥物料C31H5oNC)26千摩尔质量为852kg,则参力口过程的有机物摩尔数=(1000/852)kmol=1.173kmol;堆肥产品C11H14NO4的千摩尔质量为224kg,可算出每摩 尔参加过程的残余有机物摩尔数即
8、n=200/(1.173X224)=0.76;(3)由已知条件:a=31,b=50,c=1,d=26,w=11,x=14,y=1,z=4o可以算出r=0.550-0.76 X14-3(1-0.76 X1)=19.32S=31-0.76X11=22.64(4)所需的氧量为:W=0.5(0.76 X 4+2 X 22.64+19.32-26)X1.173X32kg=781.5kg3、生物化学转化过程。驯化阶段:中温发酵阶段:高温发酵阶段温度的变化来表征有氧 呼吸的强度腐熟化阶段3.1 驯化阶段堆层温度没有变化,温度维持在20,生物化 学作用主要表现为菌群替代,适者生存的微生物开 始繁殖,并逐渐占主
9、导地位;不适应堆肥环境的微 生物衰退死亡。3.2 中温发酵阶段堆层温度从室温急剧升高到45C,表明生物化 学作用剧烈进行,嗜温菌(细菌、真菌和放线菌)开始大量吞噬易降解有机质,使其转化生成大量有 机酸(氨基酸、脂肪酸),并在热力、压力作用下 脱水缩合,生成腐殖酸。3.3 高温发酵阶段当肥堆温度升到45c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 性微生物逐渐代替了嗜温性微生物的活动,堆肥中 残留的和新形成的可溶性有机物质继续分解转化,复杂的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左右进行活动的主要是嗜热性真 菌和放线菌;温度上升到60时,真菌
10、几乎完全停 止活动,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适宜,微生物大量死亡或进入休眠状态。与细菌的生长繁殖规律一样,可将微生物在高 温阶段生长过程细分为三个时期,即对数生长期、减速生长期和内源呼吸期。在高温阶段微生物活性 经历了三个时期变化后,堆积层内开始发生与有机 物分解相对应的另一过程,即腐殖质的形成过程,堆肥物质逐步进入稳定化状态。3.4 腐熟化阶段在内源呼吸后期,只剩下部分较难分解及难分 解的有机物和新形成的腐殖质,此时微生物活性下 降,发热量减少,温度下降。在此阶段嗜温微生物 又占优势,对残余较难分解的有机物作进一步分解,腐殖质不断增多且稳定
11、化,此时堆肥即进入腐熟阶 段。降温后,需氧量大大减少,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。四、堆肥化工艺野外人工堆肥:工厂机械化堆肥固体废物预处理无机物搅拌机,后发酵 后处理 贮藏有机固体废物 丁丁!斤=4 r-一1 r-1和必卜一言/一-*L出售机械发酵池露工厂化机械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T,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
12、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 T,处理垃圾的费用主发酵(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。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 o 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。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
13、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。脱臭在堆肥化工艺过程中,每个工序系统有臭气产 生,主要有氨、硫化氢、甲基硫醇、胺类等,必须 进行脱臭处理。去除臭气的方法主要有化学除臭剂 除臭;水、酸、碱水溶液等吸收剂吸收法;臭氧氧 化法;活性炭、沸石、熟堆肥等吸附剂吸附法等。其中,经济而实用的方法是堆肥氧化吸附除臭法。将源于堆肥
14、产品的腐熟堆肥置入脱臭器,堆高约0.8 1.2m,将臭气通入系统,使之与生物分解和吸附及 时作用,氨、硫化氢的去除效率均可达到98%以上。也可用特种土壤(如鹿沼土、白垩土等)代替堆肥,此种设备称土壤脱臭过滤器。贮存堆肥的供应期多半是集中在秋天和春天(中间隔 半年)。因此,一般的堆肥化工厂有必要设置至少能 容纳6个月产量的贮藏设备。堆肥成品可以在室外 堆放,但此时必须有不透雨水的覆盖物。贮存方式可直接堆存在二次发酵仓内,或袋装 后存放。加工、造粒、包装可在贮藏前也可在贮存 后销售前进行。要求包装袋干燥而透气,如果密闭 和受潮会影响堆肥产品的质量。好氧静态堆肥工艺通常采用露天的静态强制通风剁形式,
15、或在密 闭的发酵池、发酵箱、静态发酵仓内进行。一批原 料堆积成条垛或置于发酵装置内后,不再添加新料 和翻倒,直到堆肥腐熟后运出。缺点:有机物和微生物分布不均匀,容易造成厌氧 状态。间歇式发酵工艺间歇式发酵工艺是将原料一批一批地发酵,一批原料堆 积之后不再添加新料,待完成发酵成为腐殖质运出。由于该 工艺的一次发酵周期只需10天左右,故可加快发酵池的周转,建池数量可比周期30天的一次发酵方式减少2/3,还由于第 一次发酵后将非堆腐物排除,可使堆肥体积减少1/2,此外,因堆肥由一次发酵转入二次发酵时,经过机械翻倒,故加快 了腐熟化进程,缩短了发酵周期。连续发酵工艺连续发酵工艺采取连续进料和连续出料方
16、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。回收物堆肥垃圾入场粪便入场武汉市城市垃圾堆肥发酵系统通风细料农肥上海市城市垃圾堆肥发酵系统工艺流程抓吊滚筒筛城市生活垃圾贮料池粗大无机物去填埋滚筒筛风机慈出料机人工分选fi A 4jI A B W W W废铁散装堆肥填埋出售 装袋机混合滚筒一次二次发酵风机:吟出料机污水池振动给料机杭州市垃圾堆肥厂工艺流程图干净气体污水池长野县堆肥化系统流程图振动传输带手选高温空气气体燃料空气加热器空气废纸捆包机非堆肥物收集箱双螺旋混合机 空气污
17、泥旋风 分离器水:到下水道 布料机搅拌机_离心机堆肥旋转干燥器发酵仓(4座)粉碎机(3台)浓缩污泥槽罐头盒德克萨斯州休斯敦日处理360吨垃圾堆肥厂流程五、堆肥化设备计量设备一进料供料设备一预处理设备 一一次发酵设备一二次发酵设备一后处理设 备一产品精加工设备等计量设备:地磅称供料设备:贮料仓、进料斗、起重机等。预处理设备:破包机、撕碎机、分选机、混合搅 拌机等。发酵设备:一次发酵设备、二次发酵设备等。后处理设备:筛选机、烘干造粒机、配肥、包装 机等。其它设备:脱臭装置、污水导排与处理装置、配 电与控制装置;发酵系统流程东方仿 JICOPYRIGHT风机4下料门/发酵小池旋转臂驱动装置立式多层板
18、闭 合式堆肥发酵塔东方防 COPYRIGHT驱动装置进料口池体观察窗出料口风机立式多层圆筒式堆肥发酵塔东方仿真COPYRIGHTJ 污泥膨胀剂二级堆肥 皮带输送器(a)一斜仓东方仿 JICOPYRIGHT发薄仓(堆肥仓)卧式堆肥发酵滚筒箱式堆肥发酵池六、堆肥化过程技术参数及控制通风作用及其控制 含水率及其控制仓内温度及其控制 有机质含量 颗粒度碳氮比(C/N)碳磷比pH 值1、通风作用及其控制通风供氧是好氧堆肥化生产的基本条件之一,在机械堆肥 生产系统里,要求至少有50%的氧渗入到堆料各部分,以满 足微生物氧化分解有机物的需要。通风的作用:(1)提供氧气,以促进微生物的发酵过程(2)通过供气量
19、的控制,调节最适合的温度(3)在维持最适温度的条件下,加大通风量可以去除水分从理论上讲,堆肥过程的需氧量取决于被氧化的碳量,但由于有机物在此过程中分解的不确定性,难以根据垃圾 的含碳量变化精确确定需氧量。堆层中氧的浓度和耗氧速率能表征微生物活动的强弱 和有机物的分解程度。M第睇堆肥中不同有机物含法的耗氧速率有机物含於,2.产=30%?3.尸工20%)耗氧速率的单父 为 AO?%/min。通风量主要决定于堆肥原料有机物含量、挥发度(),可 降解系数(分解效率)等。常用的通风方式有:自然通风供氧;向肥堆内插入通风管(主要用在人工土法堆肥工艺);利用斗式装载机及各种专用翻推机横翻堆通风;用风机强制通
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