东华大学环境科学与工程学院固体废物处理与处置课件第六章.ppt

,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,第六章 固体废物生物处理,Chapter 6 Biological Treatment of Solid Waste,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,生物处理： 采用生物处理技术，利用微生物（细菌、放线菌、真菌）和动物（蚯蚓等）分解废物中的有机质，回收能源和资源，实现有机废物的资源化、减量化和无害化，即变废为宝，又解决环境污染。因此，生物处理技术是一项经济、实惠、切实可行的有机废物处理技术。,生物处理有机固废的方法有多种，如堆肥化，厌氧消化，纤维素水解，垃圾养蚯蚓等。其中，最主要的并且能大规模地处理 有机固体废物的方法是 好氧堆肥法和厌氧消化法，本章将重点介绍。 其它的生物处理技术虽不能大规模处理，但能从废物中回收高附加值生物制品，因此也得到了较多的研究，例如纤维素水解生产化工原料及生物制品，养殖蚯蚓生产生物蛋白等。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,生物处理的作用和特点有以下四个方面： (1)稳定化和杀菌、消毒作用 (2)减量化 有机废物经生物处理后，可减量3050%，减量效果明显。 (3)回收能源 (4)回收有用物质,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,作用与特点,有机固体废物经生物氧化分解后转化为H2O，CO2，CH4，NH3，H2S等气体，和性质稳定的难降解有机物（抗性有机物）从而达到稳定化的效果，其产品不会对环境造成污染。有机物分解过程中的厌氧环境以及反应热形成的高温可以杀灭废物中绝大多数病原体而达到无害化。,稳定化杀菌作用,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,人类生活中大量使用的各种生物物质是重要的太阳能储存体，蕴藏着巨大的潜在能源，利用生物技术可使其转化为可直接利用的能源，开发生物能已经成为一种时代的潮流。例如，污泥和生活垃圾的厌氧消化处理可使其中的有机物转化为具有较高能源价值的沼气，并可进一步转化为热能或电能。,回收能源,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,回收有用物质,用生物处理技术从固体废物中回收有用物质的方法除好氧堆肥和厌氧发酵制取沼气外，还可利用纤维素水解生产化工原料及其他生物制品。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,【概念】堆肥化 厌氧消化 生物处理 【方法原理】 堆肥原理； 厌氧消化原理； 微生物浸出机理。,重点,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,处理方法,好氧堆 肥处理,厌氧消 化处理,微生物 浸出,其它生物 处理方法,堆肥化（composting）: 在人工控制的环境下，依靠自然界中广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的微生物学过程,厌氧消化: 也称厌氧发酵，指在厌氧状态下利用微生物使固体废物中有机物转变为CH4和CO2的过程,微生物浸出: 利用微生物新陈代谢过程或代谢产物将废物中目的元素转变为易溶状态并得以分离的过程,蚯蚓床技术 废物生产单细胞蛋白等,1,4,2,3,一、堆肥化基本概念与发展过程 1、概念,堆肥化( composting)就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，以及由人工培养的工程菌等，在一定的人工条件下，有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程，其实质就是一种生物代谢过程。 堆肥化的产物叫堆肥（compost)。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2、堆肥化工艺的分类,(1)好氧堆肥 (2)厌氧堆肥 (3)兼氧堆肥,通常所说的堆肥化一般是指好氧堆肥，因为厌氧微生物对有机物分解速率缓慢，处理效率低，容易产生恶臭，其工艺条件也较难控制。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,3、堆肥原料,随着人类生活水平的日益提高，相应产生越来越多的固体废弃物，在这些固体废弃物中，有相当大一部分是有机废物，特别是农牧渔业及其产品加工产生的废弃物；生活用品废弃物，如废纸张、废布、废塑料袋等等生活垃圾；人、畜、禽粪便；污水处理厂产生的有机废物污泥等，含有大量的有机成分。有机废物进入环境，由于其中夹带大量病菌，会传染疾病；产生含高浓度有机物的渗滤液，严重污染地下水和地表水；如堆积量过大，会因缺氧产生大量沼气，聚积而出，遇明火发生爆炸，引起火灾，造成人身伤亡。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,3、堆肥原料,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,4、堆肥的效用,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,堆肥实质就是人工腐殖质，一般含水率30%；pH 7 8.5；含碳含量11%；N(0.5 1.5%)、P（国外0.4 0. 8%）、K(0.3 1.0%)；重金属含量符合标准，杂质粒度 5mm。 （1）改善土壤的性能 施用堆肥对土壤性质的影响主要包括3个方面：土壤物理性质，天然化学性质和土壤微生物性质。,4、堆肥的效用,(2)肥料养分比较全面，成分比较多样化，其中还含有多种植物生长所必需的微量元素，满足植物生长对不同养分的需求。 (3)肥效期较长，堆肥属缓效性肥料，堆肥养分的释放缓慢、持久，故肥效期较长，有利于满足农作物长时间内对养分的需求，也不会出现旋用化肥那样短暂有效或施肥过头的情况。并且堆肥中氮、钾、铵等都是以阳离子形态存在，由于腐殖质带阴电荷，有吸附阳离子的作用，有助于粘土保住阳离子，既能保住养分提高保肥能力，使粘土的离子交换容量提高几十倍。 (4)微生物的作用强，堆肥中含有大量有益微生物，是一种“生物肥料”。施用堆肥可以增加土壤中微生物的数量，通过微生物的活动改善土壤的结构和性能，微生物分泌的各种有效成分还可直接或间接地被植物吸收而起到有益的作用。 5)腐殖质具有螯合作用，施用堆肥时，对于作物有害的铜、铅、镉等重金属也可与腐殖质反应而降低其危害程度，利于作物生长。但与化肥相比，堆肥的肥效较低，且体积大，运输和施用起来不方便。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,堆肥的效用 堆肥农用的不利因素,肥效不高：NPK混合含量一般3。因此，不能把堆肥等同于传统的农家肥，只能作为土壤的改良剂或调节剂。 大量施用堆肥，可能会使土壤富集有害元素。 堆肥设备投资大，产品的成本高。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,堆肥化处理的经济效益主要有两方面，一是对固体废物的消纳作用，二是作有机肥料和土壤调节剂。前者由于其可以将固体废物直接转化为有机肥料，还原大自然，它不像填埋处理需要占用大量的土地，也不像焚烧那样产生大量尾气，从资源化的角度，可以说是最理想的处理方法。但是，随着生活水平的提高和生活方式的多样化，固体废物的成分日趋复杂，要得到理想的堆肥化产品，除了需要传统的发酵过程外，必须设置复杂的分选、破碎过程，从而大大增加了堆肥化处理的费用。同时，由于固体废物中大量杂质和有毒有害化学物质的混入，从而使得堆肥化产品作为肥料或土壤改良剂的价值大大降低，不妥当的处理还可能带来对土壤的污染和对农作物的危害。,4、堆肥的效用,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,基本原理,堆肥过程中同化、异化作用反应式。物质变化、能量释放与获取,堆肥过程,堆肥过程四阶段，物质、温度、微生物相变化,影响因素,六个主要因素,堆肥工艺,六个阶段及内容,堆肥设备,四类,1,2,3,4,5,1,好氧堆肥处理,评价指标,6,四类，15个,一、堆肥化的基本原理 1、好氧堆肥的基本原理,好氧堆肥是在有氧的条件下，借好氧微生物（主要是好氧菌）的作用来进行的。在堆肥过程中，生活垃圾中的溶解性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜而为微生物所吸收，固体的和胶体的有机物先附在微生物体外，由生物所分泌的胞外酶分解为溶解性物质，再渗入细胞。微生物通过自身的生命活动氧化、还原、合成等过程，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，把一部分有机物转化为生物体所必需的营养物质，合成新的细胞物质，于是微生物逐渐生长繁殖，产生更多的生物体。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1、好氧堆肥的基本原理,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1 好氧堆肥基本原理,如果将固体废物中的有机物统一表示为 的形式，而难以进一步降解的堆肥产品中的腐殖质统一表示为 ，则好氧分解反应可表示为,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2、好氧堆肥过程,一个完整的好氧堆肥过程包括潜伏阶段（亦称驯化阶段）、中温阶段（亦称产热阶段，1545，嗜温微生物为主）、高温阶段（ 45以上，有机物降解强烈，嗜热微生物为主）、腐熟阶段（嗜温微生物为主）。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2、好氧堆肥过程,、潜伏阶段 指堆肥化开始时微生物适应新环境的过程，即驯化过程。 、中温阶段 堆层温度1545，嗜温菌活跃，可溶性糖类、淀粉等消耗迅速，温度不断升高，以细菌、真菌、放线菌为主。 、高温阶段 当堆肥温度上升到45以上时，即进入堆肥过程的第三阶段（高温阶段），堆层温度上升至45以上，不到一周可达6570，随后又逐渐降低 。在此阶段，嗜热性微生物代替嗜温性微生物，堆肥中残留和新形成的可溶性有机物质继续分解转化，复杂的有机物如半纤维素、纤维素和蛋白质等开始强烈分解。温度上升到60时，真菌几乎完全停止活动，温度升至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，除一些孢子外所有的病原微生物会在几小时内死亡，其他种类也被破坏。 其中：50左右，嗜热性真菌、放线菌活跃；60左右，嗜热性放线菌和细菌活跃；大于70微生物大量死亡或进入休眠状态。 、腐热阶段 在此阶段，中温微生物又开始活跃起来，重新成为优势菌。对残余的较为难分解的有机物做进一步分解，腐殖质不断增多，且稳定化。当温度下降并稳定在40左右时，堆肥基本达到稳定。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,3、好氧堆肥的生物化学和生物学,堆肥过程中的微生物,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,3、好氧堆肥的生物化学和生物学,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,3、好氧堆肥的生物化学和生物学,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,3、好氧堆肥的生物化学和生物学,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,4、堆肥过程的生物动力学基础,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,降解,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,4 堆肥过程中的生物动力学基础 在高浓度底物中，细胞酶系统和底物处于饱和状态，物料的转化非常迅速，增加底物浓度不会引起底物消耗速率的增加，即Ks S ，上式可简化为 反之，在低浓度底物中，底物的供给成为控制步骤，假 设SKs，则Monod方程简化为：,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,4 堆肥过程中的生物动力学基础,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,4 堆肥过程中的生物动力学基础,氧,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,二、好氧堆肥的影响因素与调控 、好氧堆肥的影响因素 化学因素：C/N比(30:1)；含氧量(10%)；营养平衡； pH值(5.5-8.5). 物理因素：温度（50-60），颗粒度；含水率( 460%) 在堆肥化过程中，物料的粒度影响其体密度、内部摩擦力和流动性。足够小的粒度可以增加废物与微生物及空间的接触面积，加快生物化学反应速率；理想的粒度是25 75mm。对静态堆肥，粒度可适当增大，以起到支撑结构的作用，增加空隙率，有利于通风。,2、好氧堆肥的条件控制,有机物问题 对于快速机械化堆肥而言，首要要求是物料热值和产生的温度间的平衡问题。有机质含量低，发酵过程中产生热量不足，同时最终肥效低；有机质过高，通风供氧较为困难，易造成供氧不足而产生恶臭。有机质最适合范围为20%-80%。 我国多数垃圾无机物含量过高，需对垃圾进行预处理，去除无机成分；发酵前掺入一定粪水、污泥等；垃圾与污泥混合堆肥。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2、好氧堆肥的条件控制,(2) 碳氮比控制 碳为微生物生命活动提供能源，氮则用于合成细胞 原生质。堆肥发酵过程中，碳氮比逐渐下降。 碳氮比最佳为25-35:1；低于20:1时，微生物繁殖因能 量不足而受到抑制，分解缓慢且不彻底；高于40：1时， 堆肥施入土壤导致“氮饥饿”，夺取土壤中的氮。 通过在垃圾中加入人粪尿、畜粪以及城市污泥等调 节剂，使碳氮比调到30以下。 堆肥过程中C/P的变化是微生物分解有机物的重要标志， 堆肥原料的C/P应控制在75 150。 堆肥原料的C/P一般高于此值，排水污泥的C/P低，可 用来作为堆肥原料配料时的调整剂，调整堆肥原料的C/P比。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2、好氧堆肥的条件控制,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,（3）堆肥水分控制 水分作用在于：溶解有机物，参与微生物的新陈 代谢；水分蒸发时散热以调节温度。 含水率50-60%为佳。水分过多，降低游离孔隙， 影响空气扩散，易造成厌氧状态，同时产生渗滤液处理 问题；水分低于40%，微生物活性降低，堆肥温度随之 下降。 含水率低，添加污水、污泥、人粪尿、粪便等；水 分过高，将垃圾摊开搅拌，促进水分蒸发，或加入稻 草、谷壳、干叶、木屑和堆肥产品等吸水。,2、好氧堆肥的条件控制,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,（4）堆肥温度控制 温度升高是微生物活动剧烈程度的最好参数。 温度影响微生物的生长，高温菌降解效率高于中温菌。堆肥初期，处于环境温度，中温菌作用l-2d后，堆肥温度便上升到高温菌的理想温度50-60，该温度维持56d，无害化即可完成。温度宜控制在50-65间，最好55-60，高于60，微生物生长受到抑制。温度过高会过度消耗有机质，并降低堆肥产品质量。 可通过通风来降低堆体温度，若无通风系统，则通过定期翻堆来实现通风控温。,2、好氧堆肥的条件控制,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,（4）堆肥温度控制,2、好氧堆肥的条件控制,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,（5）通风供氧调控 通风作用在于：提供氧气，以促进微生物的发酵过程，通过供气量的控制，调节最适温度；在维持最适温度条件下加大通风量可去除水分。 堆肥过程中合适的氧浓度应大于18%，最低不小于8%，否则，缺氧使好氧堆肥受限，并产生恶臭。 通风供氧方式包括： 自然扩散（一次发酵仅能扩20cm厚，二次发酵扩散1.5m，故只能用于二次发酵）；翻堆（条垛堆肥常用）；强制通风（正压鼓风、负压抽风、混合通风，强制通风静态垛系统和发酵仓系统常用）；翻堆与强制通风结合：被动通风（热空气上升引起的烟囱效应而使空气通过堆体，条垛堆肥系统常用）。,2、好氧堆肥的条件控制,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,（5）通风供氧调控 强制通风控制方式： 通风速率恒定的时间控制（会造成某些阶段通风过量或某些阶段风量不足）； 通风速率变化的时间控制（根据不同的堆肥阶段，间隙式通风的风量控制可分为三个阶段：第一阶段，通气量应尽量小，以保证在好氧条件的前提下使气体对堆肥的冷却作用最小，使堆肥尽快达到5560最佳温度范围；第二阶段，应加大通气量，使反应热热和散热量持平，以控制堆温不至过高；第三阶段，反应速率因有机物含量的减少而下降，无法产生足够热量以维持最佳堆温，温度开始降低，最好逐渐减小气量）； 温度反馈控制； O2和CO2含量反馈控制,2、好氧堆肥的条件控制,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,（6） 堆肥PH控制 pH表征微生物生活环境，同时也是揭示堆肥分解过程的一个标志。PH在7.5-8.5时，可获得最大堆肥速率。pH一般能通过堆肥过程自身得到调节，没必要添加中和剂，若pH过低，可通过通风来补救。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,三、好氧堆肥工艺流程 前处理（预处理） 以家畜粪便、污泥等为堆肥原料时，前处理的主要任务是调整水分和碳氮比，或者添加菌种和酶制剂。 以城市垃圾为堆肥原料时，垃圾中含有粗大物件和不能堆肥的物质，故前处理包括破碎、分选、筛分等工序，使堆料表面积增大，便于微生物繁殖，从而提高发酵速度。适宜的粒径范围是25 75mm。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,三、好氧堆肥工艺流程 2 主发酵（也称一级发酵或初级发酵）,主发酵可在露天或发酵装置内进行，通过翻堆或强制通风向堆积层或发酵装置内的物料供给氧气。 发酵初期物质的分解是靠嗜温菌30 40为最适宜生长温度进行的，由于堆温上升，最适宜温度为4565的嗜热菌取代嗜温菌，堆温进入高温阶段。通常，在严格控制通风量的情况下，将堆温升高至开始降低为止的阶段作为主发酵阶段。对以生活垃圾为主体的城市垃圾和家畜粪便好氧堆肥而言，其主发酵期约为4 12天。 由中温和高温两个阶段的微生物代谢过程组成,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,三、好氧堆肥工艺流程 3 后发酵（也称二级发酵或次级发酵）,经过主发酵的半成品被送往后发酵工序，在这里将此前尚未分解的易分解和较难分解的有机物进一步分解，使之变成比较稳定的腐殖质类有机物，从而得到完全成熟的堆肥制品。在该工序中通常将物料堆积到1 2m后进行发酵，一般进行自然通风，有时需加以翻堆或作必要的通风处理。后发酵时间一般在20 30天。,腐熟阶段,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,三、好氧堆肥工艺流程 3 后发酵,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,三、好氧堆肥工艺流程 3 后发酵,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,堆肥质量的含意,a.有适合农作物生长所需的营养成分。 b.符合卫生要求，无害化，要求堆肥中的重金属含量和致病微生物的 数量必须低于一定的数量范围。 c.堆肥应达到稳定的腐熟度。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,三、好氧堆肥工艺流程 4 后处理,分选去除预分选未去除的塑料、玻璃、陶瓷、金属、小石块等，若生产精堆肥，应进行再破碎过程。生产复合肥，需加入N、P、K。 5 脱臭 在堆肥化工艺过程中，因微生物的分解，会有臭味产生，必须进行脱臭。常见的产生臭味的物质有氨、硫化氢、甲基硫醇、胺类。去除臭气的方法主要有化学除臭剂除臭，碱水和水溶液过滤，熟堆肥或活性炭、沸石等吸附剂吸附等。其中，经济而实用的方法是熟堆肥吸附的生物除臭法。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,三、好氧堆肥工艺流程 6 贮存,由于施用堆肥有一定季节性，故需适当的库存容量将富余堆肥产品贮存起来。一般以能贮存6个月堆肥生产量为宜。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,乡村简易堆肥法,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,搅拌翻堆条垛式发酵工艺,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,强制通风式固定垛发酵工艺,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,四、堆肥工艺与堆肥装置 1 好氧堆肥工艺 （1）好氧静态堆肥工艺 通常采用的静态堆肥形式为露天强制通风剁，或在密闭的发酵池、发酵箱、静态发酵仓内进行。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,四、堆肥工艺与堆肥装置 1 好氧堆肥工艺 （2）好氧动态堆肥工艺,间隙式好氧动态堆肥工艺 采用间隙翻堆的强制通风垛或间隙进出料的发酵仓，将物料批量地进行发酵处理。 连续式好氧动态堆肥工艺 是发酵时间更短的动态发酵技术。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,堆肥化设备,堆肥化设备,破碎设备 冲击磨、破碎机等 混合设备 搅拌机、装载机等 输送设备 带式、刮板输送机等 分离设备 筛子,斗式装载机或推土机、垮式翻堆机、侧式翻堆机,使堆肥产品质量高、操 作员少、臭味控制有效、 空间限制少、 环境影响小等优 点。垂直、倾斜及水平固体流,生物过滤器：熟化的堆 肥、树皮、木片、粒状的 泥炭等，负荷为80120 m3m-3h-1)，出气温度维持在2040；,物料处理设备,翻堆设备,反应器堆肥系统,除臭设备,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,四、堆肥工艺与堆肥装置 2 堆肥设备, 立式堆肥发酵塔 立式堆肥发酵塔通常由5 - 8层组成。由塔顶加入堆肥物料进入塔内，在塔内通过不同形式的机械运动，堆肥物料由塔顶一层层地向塔底移动。通常经过5 - 8d的好氧发酵，堆肥物即可由塔顶移至塔底完成一次发酵。立式堆肥发酵塔通常为密闭结构，塔式装置的供氧通常以风机强制通风，以满足微生物对氧的需要，塔内温度由上到下逐渐升高。通常为密闭结构，堆肥时产生的臭气可进行收集并加以处理，因此其环境条件较好。 包括：立式多段圆筒式、立式多段闭合门式、立式多段浆叶刮板式、立式多段移动床式等。,动画模拟,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste, 卧式回转窑式发酵仓 卧式回转窑式发酵仓又称丹诺式，该发酵装置主体设备是一个长2 03 5 m，直径23.5 m的卧式滚筒。筒体斜置，废物由稍高的一端加入，靠与筒体内表面的摩擦沿旋转方向提升，同时借助自身重量落下。通过如此反复升落，废物靠微生物的作用进行发酵，并在发酵过程中被不断搅拌，均匀地与供入的空气接触。发酵物料的停留时间约为25d，发酵过程中堆肥物的平均温度为5060，最高可达7080。原料停留时间较短，发酵不充分，物料易出现密实现象，不能对原料进行充分通气，导致产品不易均质化，能耗较高。,四、堆肥工艺与堆肥装置 2 堆肥设备,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste, 筒仓式堆肥发酵仓 筒仓式堆肥发酵仓为圆筒型发酵仓，堆肥原料由仓顶加入，仓深度一般为4 5m，大多由钢筋混凝土筑成。 静态发酵仓：发酵仓内供氧均采用高压离心风机强制供气，空气一般从仓底进入。经预处理分选破碎的物料被输送机传送至仓顶中部，然后由布料机均匀地向池内布料。经过6 12d的好氧发酵，得到初步腐熟的堆肥产品从仓底通过出料机出料。两排发酵仓中间设出料皮带通道，出料时螺杆由两排仓的外侧向中间出料，通过两条皮带机送往中间处理，中间通道设排水口对发酵仓内出料渗出的水收集回用而使通道保持干燥，有利于出料皮带机的工作和养护。通风阻力过大，动力消耗过多，产品难以均质化。占地面积小，发酵仓利用率高。结构简单，使用较广。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,动态发酵仓：位于旋转层的螺旋钻以公转和自转来搅拌池内废物，防止形成沟槽。而且螺旋钻的形状和排列能经常保持空气分布的均匀性。由于螺旋叶片重复切断原料，原料被压在螺旋面上，易产生压实块状，故通气性能欠佳。排出口高度和原料的滞留时间可调。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste, 槽式堆肥发酵池 槽式堆肥发酵池是一类长方形的发酵仓，主要分类如下： a矩形固定式梨翻倒发酵池 在这种槽式堆肥发酵池中设置梨型翻倒搅拌装置，该装置起机械搅拌废物的作用来保持池内通气，可定期搅动兼移动物料数次从而使物料均匀分散。并兼有运输功能，可将物料从进料端移至出料端。物料在池内停留时间为5 10d，空气通过池底布气板进行强制通风。发酵池采用输送式搅拌装置，能提高物料的堆积高度。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,b 吊斗翻倒式发酵池 预处理后的垃圾经穿梭式输送装置送至发酵池内。在堆肥的发酵腐熟化期间，空气从吸槽供给，以带挖斗的桥吊翻倒物料并兼做接种操作。停留时间710d，翻倒废物频率以一天一次为标准。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,五、堆肥的环境保护 影响因子：臭气、渗滤水、粉尘、振动、噪声。 防治技术：选址、污染防治 脱臭技术：稀释淡化法、臭氧氧化法、氧化法、直接燃烧法、吸附法、空气氧化法、掩蔽法和中和法、离子交换树脂法、生物脱臭法和土壤过滤法。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,控制臭味措施： 1.堆肥过程控制 2.调查可能的臭味来源 3.建立臭味收集系统 4.建立臭味处理系统 5.控制残留臭味的有效扩散 堆肥过程控制是减少臭味产生的关键因素，但不能完全有效地控制臭味。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,六、堆肥面临的问题和对策 (1)堆肥面临的问题 产品中N、P、K含量不高；堆肥杂质（废塑料、碎玻璃、碎陶瓷片等）影响堆肥质量；堆肥投资较大( 2536万元td)；堆肥销路；分选费用、贮存费用较高。 (2)对策 堆制生物活性肥料：微生物接种剂本身不是肥料，只是增强土壤吸收、利用肥料的能力 堆制有机复混肥 其它新型垃圾肥料：磁性有机肥；生物活性肥料（微生物有机肥）,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,厌氧消化处理是一种在厌氧状态下利用微生物使固体废物中的有机物快速转化为甲烷和二氧化碳的过程，它可以去除废物中3050的有机物并使之稳定化。 厌氧发酵是实现有机固体废物无害化、资源化的一种有效方法。,概念,厌氧发酵,2,厌氧消化处理,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,厌氧消化技术特点： 过程可控制、生产过程全封闭； 能源化效果好，可以将潜在于废弃有机物中的低品位生物能转化为可以直接利用的高品位沼气； 易操作，与好氧处理相比厌氧消化吸收不需要通风动力，设施简单，运行成本低，属于节能型处理方法； 产物可再利用，适于处理高浓度有机废水和废物，经厌氧消化后的废物基本得到稳定，可以作农肥、饲料或堆肥化原料； 厌氧微生物的生长速度慢，常规方法的处理效率低，设备体积大； 厌氧过程中会产生H2S等恶臭气体； 可杀死传染性病原菌，有利于防疫 。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,发酵原料 生活垃圾、有机污泥、人畜粪便、农林废物。 1 常见发酵原料的理论产气量 甲烷产气量为： E=0.37A+0.49B+1.04C 式中E:每克发酵原料的理论产甲烷量，L; A、B、C：分别为每克发酵原料中碳水化合物、蛋白质、脂肪类化合物的重量g。 二氧化碳理论产量为： D=0.37A+0.49B+0.36C,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,常见沼气发酵原料的组分和理论产气量,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2 原料的产气率和甲烷含量 沼气发酵原料产气率指单位重量的原料在发酵过程中产生的沼气量。通常用原料所含总固体的量作原料单位表示的产气量。 3 原料的总固体百分含量和总固体量 MTS=W2/W1100% WTS=WMTS MTS：发酵原料总固体百分含量；W1：发酵原料样品重量；W2：样品在1050C20C条件下烘干衡重量；W：发酵原料重量；WTS：发酵原料所含总固体量。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,常用发酵原料的产沼气率,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,常用发酵原料的碳氮比,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2,厌氧消化处理,厌氧消化原理,有机物微生物,有机酸，醇类，CO2，NH3，H2S等，能量，微生物,细胞物质,CO2，CH4等，能量,细胞物质,三段理论,挥发性脂肪酸类,三个阶段的主次地位,在产甲烷反应中，乙酸(醋酸)是产生CH4的主要物质，大约70的CH4来自乙酸的降解。 CO2和H2的反应也能产生一部分CH4。少量CH4是由其它一些物转化而来。例如有机胺必须转化成NH3后才能被产甲烷菌所吸收。 产甲烷阶段在厌氧消化过程中是十分重要的环节。 甲烷菌除了产生CH4外，还有分解脂肪酸调节pH值的作用。同时，通过将H2转化成CH4，减少氢的分压，也有利于产酸菌的活动。 三个阶段的主次地位 对于以不溶性高分子有机物为主的污泥、垃圾等废物，水解阶段是整个厌氧消化过程的控制步骤。 对于以可溶性有机物为主的有机废水来说，由于产甲烷菌生长速度慢，对环境和基质要求苛刻，产甲烷阶段是整个厌氧消化过程的控制步骤。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2,厌氧消化处理,厌氧消化原理,两段理论,两段理论：在分解初期，产酸菌的活动占主导地位，有机物被分解成有机酸、醇、二氧化碳、氨、硫化氢等，由于有机酸大量积累，pH随之下降，故把这一阶段称作酸性发酵阶段。在分解后期，产甲烷细菌占主导作用，在酸性发酵阶段产生的有机酸和醇等被产甲烷细菌进一步分解产生CH4和CO2等。由于有机酸的分解和所产生的氨的中和作用，使得pH迅速上升，发酵从而进入第二个阶段碱性发酵阶段。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2,厌氧消化处理,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,（1）低温发酵(20) 温度随气候变化，产气率不高，病原微生物难于杀灭。 （2）中温发酵(3039) 最佳温度为37，这是甲烷菌的第一个最佳活性温区，产气量中等.中温发酵过程要求1530天的停留时间，由于易于管理因此普遍采用中温发酵。 （3）高温发酵(5055) 适宜温度为53左右，这是甲烷菌的第二个最佳活性温区，产气率最高。高温发酵要求料浆和发酵设备有加热保温措施，管理复杂。但是高温发酵对病原微生物的杀灭率较高，发酵过程的停留时间只需1215天。 厌氧消化过程中，甲烷的产生量通常随温度的升高而增加，但在45左右有一个间断点，这是由于中温发酵和高温发酵分别是由两个不同的微生 物种群在起作用。在45左右的温度条件下对中温菌和高温的生长都不利 因此，产气量突然下降。,二、厌氧消化的影响因素 温度 在环境条件中，以温度的影响最为明显，而且温度增高，产气量增大。沼气发酵通常采用低温、中温和高温三种发酵温度。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,二、厌氧消化影响因素 1 温度,甲烷产气量随温度的变化,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2 营养 厌氧微生物除要求一定比例的C、N、P基质外，还对铁、镍、钴等微量元素具有要求。垃圾中一般都具有厌氧降解反应所需要的营养元素。 合成细胞的C：N约为5：1，由于尚需要作为能源的碳，故要求C：N达到2030：1为宜。如C：N过高，细胞的氮量不足，系统的缓冲能力低，pH值容易降低；C：N太低，氮量过多，pH值可能上升，氮盐容易积累，会抑制发酵进程。磷含量（以磷酸盐计）一般为有机物量的1/1000为宜。 为了满足厌氧微生物对营养物质的需要，可以通过富N物质(粪便、下水污泥等)与贫N物质(榍、农作物秸杆等)的合理调配、改善发酵原料的CN比。同时，也应该对其它微量营养元素（P、Na、K、Ca等）加以适当的调整和控制。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,3 有毒物质,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,3 有毒物质,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,4 酸碱度 水解、发酵菌及产氢产乙酸菌对pH值的适应范围大致为56.5，而甲烷菌对pH值的适应范围为6.57.5(7.07.2)之间。 为有效的防止系统pH值的下降，应保持一定的碱度。 在运行良好的发酵系统中，应保持碱度在2000mg/L以上。碱度过低时，可通过投加石灰或含氮物料的办法进行调节。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,Eh 一般来讲，厌氧微生物只能在Eh值100 m V 以下甚至负值时才能生长。产甲烷茵生长和产甲 烷的适宜氧化还原电位( Eh)是-300 mV以下。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,6 搅拌（混合） 搅拌是促进厌氧发酵所不可缺少的，有效的搅拌可以增加物料与微生物接触的机会；使系统内的物料和温度均匀分布；防止局部出现酸积累；使生物反应生成的硫化氢、甲烷等对厌氧菌活动有阻害的气体迅速排出；使产生的浮渣被充分破碎。 对于流体或半流体的基质，可采取泵循环、机械搅拌、气体搅拌等三种搅拌方式。,动画模拟,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,水分 水分不仅是固相垃圾被微生物水解、酸化所必需的反应物，还是微生物生长繁衍和保持活性所必需的条件。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,8 接种物 厌氧消化中细菌数量和种群会直接影响甲烷的生成。不同来源的厌氧发酵接种物，对产气量有不同的影响。添加接种物可有效提高消化液中微生物的种类和数量，从而提高反应器的消化处理能力，加快有机物的分解速率，提高产气量，还可使开始产气的时间提前。用添加接种物的方法，开始发酵时，一般要求菌种量达到料液量的5以上。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,厌氧消化工艺,根据消化温度划分工艺类型,高温消化工艺,最佳温度范围是4755 ，此时有机物分解旺盛，消化快，物料在厌氧池内停留时间短，非常适用于城市垃圾、粪便和有机污泥的处理 过程：培养高温消化菌、维持高温、投料和排料、搅拌消化物料,目前我国农村都采用这 种消化类型。这种工艺的消化池结构简单、成本低廉、施工容易、便于推广，但受季节影响明显 消化周期须视季节和地区的不同加以控制,三、厌氧消化的工艺 根据消化温度,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,三、厌氧消化的工艺 根据消化温度 高温消化程序 （1）高温消化菌的培养：高温消化菌种的来源一般是将污水池或地下水道有气泡产生的中性偏碱的污泥加到备好的培养基上，进行逐级扩大培养，直到消化稳定后即可为接种用的菌种。 （2）高温的维持：通常是在消化池内布设盘管，通入蒸汽加 热料浆。我国有城市利用余热和废热作为高温消化的热源，是一种技术上十分经济的方法。 （3）原料投入和排出：在高温消化过程中，原料的消化速率快，要求连续投入新料与排出消化液。 （4）消化物料的搅拌：高温厌氧消化过程要求对物料进行搅拌，以迅速消除邻近蒸汽管道区域的高温状态和保持全池温度的均一。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,1 根据消化温度,这种工艺的消化池结构简单、成本低廉、施工容易、便于推广。但该工艺的消化温度不受人为控制，基本上是随气温变化而不断变化，通常夏季产气率较高，冬季产气率较低。故其消化周期需视季节和地区的不同加以控制。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,厌氧消化工艺,两步消化工艺特点：是将沼气消化全过程分成两个阶段，在两个反应器中进行。第一个反应器的功能是：水解和液化固态有机物为有机酸；缓冲和稀释负荷冲击与有害物质，并截留难降解的固体物质。第二个反应器的功能是：保持严格的厌氧条件和pH，以利于产甲烷细菌的生长；消化、降解来自前段反应器的产物，把它们转化成甲烷含量较高的消化气，并截留悬浮固体、改善出料性质。两步消化工艺可大幅度地提高产气率，气体中甲烷含量也有所提高。同时实现了渣和液的分离，使得在固体有机物的处理中，引入高效厌氧处理器成为可能。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,厌氧消化工艺,连续消化工艺,半连续消化工艺,2 根据投料运转方式,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,用于处理粪便和污水 工作原理 化粪池兼有污水沉淀和污泥发酵的双重作用，粪水进入化粪池后大约可停留1224小时，比重大的悬浮固体下沉到池底，在厌氧菌作用下分解，产生气体上浮，并将分解后的疏松物质牵引到液面，形成浮渣，当浮渣中的气体逸散后，悬浮固体再次下沉到池底成为污泥；这样，粪便经过如此反复分解，消化，浮渣和污泥逐渐液化，最终污泥容积只有原悬浮固体的1，BOD下降60左右，有的可下降8090，pH值偏碱性，可排入下水道。,、厌氧消化装置 1 化粪池（又称腐化池）,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,化粪池的改进,70年代以来，美国改进了三格化粪池，第一格起分离、沉淀、厌氧发酵作用，第二格中装了搅拌器，经搅拌充气进行好氧发酵，溢流进入第三格后再次沉淀，上清液排入下水道，这样，把好氧厌氧处理结合起来处理效果更好。,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,2 水压式沼气池,动画模拟,工作原理 启动前状态：发酵间与水压间（出料间）液面处在同一水平（O-O）；此时发酵间剩余的空间为死气箱容积； 启动后状态：发酵间产生的气体造成水压间液面高于发酵间，当产生的气体量最大时，发酵间的液面下降到最低位置（A-A）； 使用沼气状态：发酵间压力减小，水压间液面下降，停用沼气时，继续发酵产生的沼气又使水压间液面上升，反复进行。 极限工作压强：水压间液面上升到极限位置时与发酵间的最大液面差。,结构 水压式沼气池是一种埋设在地下的立式圆筒形发酵池,池盖、池底具有一定的曲率半径，呈弧形。主要