固体废弃物的生化处理学.pptx
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1、1 1、生活垃圾、生活垃圾中中5060%5060%是有机物,会腐烂变质,释放臭是有机物,会腐烂变质,释放臭气,污染环境;会孳生蚊蝇,危害健康气,污染环境;会孳生蚊蝇,危害健康2 2、粪便、污水厂污泥、粪便、污水厂污泥大部分是有机物,堆放过程中会释大部分是有机物,堆放过程中会释放污染物,污染环境放污染物,污染环境3 3、农业废弃物、农业废弃物基本上全是有机物,倾倒水体中会释放污基本上全是有机物,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有必要进行治理有机污染物通常是可生物降解的有机污染物通常是可生物降解的生物处理是一
2、种很好的途径生物处理是一种很好的途径n原理:微生物降解技术微生物降解技术:依靠依靠自然界自然界广泛分布的微生物的作广泛分布的微生物的作用用,通过生物转化通过生物转化(氧化、分解氧化、分解有机固废有机固废)将将有机固废中易有机固废中易于生物降解的有机组分转化为于生物降解的有机组分转化为腐殖肥料腐殖肥料、沼气或沼气或其它其它化学化学转化品转化品。(塑料蛋白、乙醇或糖类)从而达到固废无害化。(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。的一种处理方法。目前主要包括:目前主要包括:好氧堆肥技术好氧堆肥技术、厌氧发酵技术厌氧发酵技术 此外还有:此外还有:废物养殖蚯蚓废物养殖蚯蚓3-1 堆肥法
3、(Compost)原料原料 传统:传统:秸秆、落叶、野草和禽畜粪便堆积秸秆、落叶、野草和禽畜粪便堆积发酵制作肥料。发酵制作肥料。本世纪本世纪2020年代后:生活垃圾、污水污泥、人和年代后:生活垃圾、污水污泥、人和禽畜粪便以及农林废物等禽畜粪便以及农林废物等工艺工艺传统传统:手工操作和自然堆积方式,并依靠自发的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,处理量小生物转化作用,发酵周期长,处理量小本世纪本世纪2020年代后;出现了机械堆制技术年代后;出现了机械堆制技术一、堆肥化概念及发展过程1、堆肥化定义堆肥化(composting)是在控制条件下控制条件下,使来源于生物的有机废
4、物,发生生物稳定作用(Biostablization)的过程。注意:l堆肥原料来自生物界堆肥原料来自生物界;l堆制过程需在人工控制下进行堆制过程需在人工控制下进行;l堆制过程的实质是生物化学过程。堆制过程的实质是生物化学过程。l体积一般只有原体积积体积一般只有原体积积5050一一7070。、堆肥化发展过程农业废弃物、落叶、杂草、粪便农业废弃物、落叶、杂草、粪便厌氧堆肥化厌氧堆肥化城市生活垃圾城市生活垃圾垃圾成分动植物残余、灰渣垃圾成分动植物残余、灰渣好氧堆肥化、机械化堆肥好氧堆肥化、机械化堆肥垃圾产生速度快、产生量大垃圾产生速度快、产生量大堆肥厂停产倒闭堆肥厂停产倒闭工业革命,工业制成品及有工
5、业革命,工业制成品及有害物混入垃圾中害物混入垃圾中堆肥化技术又开始回升堆肥化技术又开始回升填埋、焚烧缺陷,分类收集、填埋、焚烧缺陷,分类收集、分选技术发展分选技术发展p 两个相关概念两个相关概念堆肥:废物经过堆肥化处理,制得的成品叫做堆肥堆肥:废物经过堆肥化处理,制得的成品叫做堆肥(compost)(compost)。腐殖土:堆肥是一类腐殖质含量很高的疏松物质,故腐殖土:堆肥是一类腐殖质含量很高的疏松物质,故也称为也称为“腐殖土腐殖土”。p分类分类 按堆制方式:按堆制方式:间歇堆积法、连续堆积法间歇堆积法、连续堆积法按原料发酵所处状态:按原料发酵所处状态:静态发酵法、动态发酵法静态发酵法、动态
6、发酵法按堆制过程的需氧程度:按堆制过程的需氧程度:好氧法好氧法、厌氧法厌氧法 二、堆肥化概述二、堆肥化概述1.1.堆肥化分类堆肥化分类p关于好氧法、厌氧法关于好氧法、厌氧法好氧堆肥系统温度一般为好氧堆肥系统温度一般为5050一一6565,最高可达,最高可达8080一一9090,堆制周期短,故也称为高温快速堆肥。,堆制周期短,故也称为高温快速堆肥。厌氧堆肥厌氧堆肥,空气与发酵原料隔绝,空气与发酵原料隔绝,堆制温度低,堆制温度低,工艺比较简单,成品堆肥中氮素保留比较多工艺比较简单,成品堆肥中氮素保留比较多,但堆,但堆制周期过长,、需制周期过长,、需3 31212个月,异味浓烈,分解不个月,异味浓烈
7、,分解不够充分。够充分。2 2、好氧法堆肥原理、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好氧法制堆肥是以好氧菌为主对废物进行吸收、氧化、分解吸收、氧化、分解。微生物通过自身的生命活。微生物通过自身的生命活动,动,把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物机物,并放出生物生长活动所需要的能量,把,并放出生物生长活动所需要的能量,把另一部分有机物转化合成为新的细胞物质另一部分有机物转化合成为新的细胞物质,使,使微生物生长繁殖,产生更多生物体。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三、堆肥原料与堆肥微生物1 1堆肥原料堆肥原料含碳水化合物
8、、脂类、蛋白质较多的固废含碳水化合物、脂类、蛋白质较多的固废 人和禽畜粪便人和禽畜粪便,已经经过胃肠系统的充分消化,一般颗粒,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较小,合有大量低分子化合物人和动物未吸收消化的中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。间产物,含水量较高,可直接用作原料。有机污泥有机污泥富含微生物生活繁殖所需的营养成分富含微生物生活繁殖所需的营养成分(表表9 91)1),是,是堆肥的良好原料。堆肥的良好原料。农林废物农林废物均富含碳素,但有的因含纤维素、半纤维素类物质;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
9、而其有疏水性,处理困难,故均需有的因表面布有众多毛孔而其有疏水性,处理困难,故均需作预处理作预处理生活垃圾生活垃圾中,不可堆腐的物质较多,需通过预处理,适当排中,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。除,才能用作堆肥原料。2 2堆肥微生物堆肥微生物 嗜温菌和嗜热菌。繁殖的温度范围列于下表。嗜温菌和嗜热菌。繁殖的温度范围列于下表。菌 类 最低温度适 宜 最高温度 嗜温菌 15-25 25-40 43 嗜热菌 25-45 45-50 85 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 1。堆肥过程描述。堆肥过程描述(1)(1)
10、起始阶段:起始阶段:堆制初期,堆层呈中温堆制初期,堆层呈中温(15(1545)45)。此时,。此时,嗜温性微生物活跃,嗜温性微生物活跃,利用可溶性物质糖类、淀粉不断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,细胞合成所需的能量,加上物料的保温作用,温度不温度不断上升。断上升。四、堆肥过程四、堆肥过程(3 3)熟化阶段)熟化阶段 冷却后的堆肥,一些新的微生物借助冷却后的堆肥,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,将参与有机物(包括死掉的细菌残体)而生长,将堆肥过
11、程最终完成。堆肥过程最终完成。(2 2)高温阶段)高温阶段 嗜热性微生物嗜热性微生物迅速繁殖,在供养条件迅速繁殖,在供养条件下,大部分较难降解的有机物(蛋白质、纤维等)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,温度继续氧化分解,同时释放能量,温度60-7060-70度;度;有机物分解完毕,养料减少,有机物分解完毕,养料减少,嗜热性微生物嗜热性微生物停止活动,停止活动,当温度稳定在当温度稳定在4040度左右,堆肥基本达到稳定,形成度左右,堆肥基本达到稳定,形成腐殖质。腐殖质。2、堆肥过程参数、堆肥过程参数、供氧量、供氧量空气量少,大量微生物死亡,分解速度空气量少,大
12、量微生物死亡,分解速度慢;多,温度降低,不利于耐热菌。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最佳量:实际空气量为理论空气量的2-2-1010倍倍方式:强制通风、翻堆搅拌,方式:强制通风、翻堆搅拌,需适当的物料空隙率需适当的物料空隙率、含水率、含水率影响:溶解有机物,参与微生物的新陈代谢影响:溶解有机物,参与微生物的新陈代谢 可以调节堆肥温度可以调节堆肥温度一般,含水率水分低于一般,含水率水分低于20%20%,微生物死亡;过高,原料紧缩,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,
13、温度达不到要求,影响堆肥效果。蒸发过多,温度达不到要求,影响堆肥效果。最佳含量:在最佳含量:在50-60%50-60%(质量分数)为宜,(质量分数)为宜,55%55%左右为最理想,左右为最理想,此时微生物分解速度最快。此时微生物分解速度最快。对高含水量的垃圾可采用机械压缩脱水,使脱水后的垃圾对高含水量的垃圾可采用机械压缩脱水,使脱水后的垃圾含水率在含水率在60%60%以下,也可以在场地和时间允许的条件下,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草、木屑、
14、干叶等松散或吸水物。而对低含水量的垃圾(低于(低于30%30%),可添加污水、污泥、人畜尿粪等。),可添加污水、污泥、人畜尿粪等。、碳氮比、碳氮比 微生物每利用微生物每利用3030份碳就需要份碳就需要l l份氮,故初始物料的碳氮比份氮,故初始物料的碳氮比为为3030:1 1合乎堆肥需要,其最佳在合乎堆肥需要,其最佳在2626:1 13535:1 1之间。成之间。成品堆肥的适宜碳氮比为品堆肥的适宜碳氮比为10:1-20:110:1-20:1之间:出于初始原料的碳之间: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、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
15、剂,使之调到污泥等调节剂,使之调到3030以下。以下。影响影响:过高;氮缺乏,细菌和其它微生物发展受限制,堆肥过高;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速度缓慢,时间长;另外还会造成成品堆肥的氮饥饿过低:氮素过剩,容易转化成氨气释放,造成肥效降低过低:氮素过剩,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。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
16、适宜的碳磷比为肥原料的碳磷比。堆肥原料适宜的碳磷比为75-15075-150。好氧堆肥初期,好氧堆肥初期,pHpH一般可下降为一般可下降为5 56 6,尔后又开始上升,发,尔后又开始上升,发酵完成前可达酵完成前可达8.5-9.08.5-9.0,最终达到,最终达到7 70 0一一8 80 0有机物含量有机物含量堆肥物料适宜的有机物含量为堆肥物料适宜的有机物含量为2020一一8080,有机物含量过低,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。有机物含量大于程。有机物含量大于8080时,堆制过程要求大量供氧,实践中
17、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。常因供氧不足而发生部分厌氧过程。固体废物固体废物有机固体废物有机固体废物预处理预处理无机物无机物搅拌机搅拌机机械发酵池机械发酵池风机风机后处理后处理后发酵后发酵贮藏贮藏出售出售堆肥工艺流程堆肥工艺流程预处理: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、污泥家畜粪便、污泥、城城市生活垃圾。市生活垃圾。一般,粒径一般,粒径,有机物,有机物分解速度分解速度,但,但物料间
18、的空隙率物料间的空隙率,通气效果,通气效果。适宜的粒径范围是适宜的粒径范围是1260mm。如果堆肥物质结构坚固,不易挤压,粒径。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,因为粒度经济性,因为粒度,动力消耗,动力消耗,处理垃圾的费用,处理垃圾的费用。五、堆肥程序五、堆肥程序主发酵(一次发酵)主发酵(一次发酵)通通常常将将堆堆肥肥开开始始到到堆堆肥肥温温度度升升高高到到开开始始降降低低为为止止的的阶阶段段,称称为为主主发发酵酵阶阶段段。主主发发酵酵阶阶段段是是堆堆肥肥生生物
19、物化化学学反反应应的的基基本本阶阶段,在发酵池内进行。周期一般需要天段,在发酵池内进行。周期一般需要天固体废物固体废物有机固体废物有机固体废物预处理预处理无机物无机物搅拌机搅拌机机械发酵池机械发酵池风机风机后处理后处理后发酵后发酵贮藏贮藏出售出售主发酵期应满足下述各工艺条件:主发酵期应满足下述各工艺条件:碳碳氮氮比比(C/N):(C/N):有有机机物物被被微微生生物物分分解解速速度度随随C/NC/N比比而而变变。微微生生物物自自身身的的C/NC/N比比约约4 43030,用用作作其其营营养养的的有有机机物物C/NC/N比比最最好好也也在在此此数数值值范范围内,特别当围内,特别当C/NC/N比在
20、比在1010左右时,有机物被微生物分解速度最大。左右时,有机物被微生物分解速度最大。含水率含水率 :50:5060%60%重量时,微生物分解速度最快。重量时,微生物分解速度最快。供供氧氧量量 实实际际供供氧氧量量通通常常为为理理论论量量的的2 21010倍倍。但但过过量量供供氧氧易易使使温度下降,不利于发酵的正常进行。温度下降,不利于发酵的正常进行。后发酵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,得难分解的有机物可能全部分解变成腐植酸、氨基
21、酸等比较稳定的有机物,得到完全成熟的堆肥成品。一般,把物料堆积到到完全成熟的堆肥成品。一般,把物料堆积到1 12 2米高度进行后发酵,此时,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,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。也需要每周左右进行一次翻堆。当温度稳定在当温度稳定在4040左右时即达腐熟,一般需左右时即达腐熟,一般需2020一一3030天。天。后处理后处理经过二次发酵后的物料中,几乎所有的有机物都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变细碎和变了形,数量也,数量也
22、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。需要(如生产精制堆肥)进行再破碎。固体
23、废物固体废物有机固体废物有机固体废物预处理预处理无机物无机物搅拌机搅拌机机械发酵池机械发酵池风机风机后处理后处理后发酵后发酵贮藏贮藏出售出售粪便粪便输送输送垃圾垃圾发酵仓发酵仓熟料熟料振动筛振动筛细料细料通风通风磁选磁选农肥农肥粗料粗料分拣分拣利用利用浸滤液浸滤液集水井集水井冲洗水冲洗水调节池调节池初沉池初沉池污泥污泥曝气池曝气池竖流池竖流池污泥污泥回用池回用池上海市城市垃圾堆肥发酵系统工艺流程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武汉市城市垃圾堆肥发酵系统 计量计量板式给料机板式给料机初选(人工)初选(人工)发酵仓发酵仓出仓出仓二次发酵二次发酵垃圾入场垃圾入场磁选磁选滚
24、筒筛滚筒筛堆肥堆肥污水粪便污水粪便计量计量废铁废铁填埋填埋回收物回收物粪便入场粪便入场杭州市垃圾堆肥厂工艺流程图杭州市垃圾堆肥厂工艺流程图城市生活垃圾城市生活垃圾贮料池贮料池抓吊抓吊废铁废铁滚筒筛滚筒筛人工分选人工分选粗大无机物去填埋粗大无机物去填埋混合滚筒混合滚筒污污水水池池风机风机出料机出料机二次发酵二次发酵出料机出料机风机风机一次一次发酵发酵振动给料机振动给料机散装堆肥散装堆肥装袋机装袋机填埋填埋出售出售滚筒筛滚筒筛长野县堆肥化系统流程图长野县堆肥化系统流程图脱臭脱臭戽斗式翻堆机戽斗式翻堆机贮槽贮槽定量给料器定量给料器一次发酵仓一次发酵仓家畜尿家畜尿回转振动筛回转振动筛二次发酵仓二次发酵
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