典型固体废物的处理与利用-农业固体废弃物资源化利用

农业固体废弃物资源化利用 一、概述 二、植物纤维性废弃物资源化技术 三、堆肥化及沼气技术 四、乡镇工业废弃物资源化技术 五、塑料地膜资源化技术 六、工程实例 一、概述 1 农业废弃物的概念、特点及分类 农业固体废弃物是指农业生产、畜禽饲养、农副产品加工以及农村居民生活活动排出的废物，如植物秸秆、人和畜禽的粪便等。 除 C、 O、 5% 90%外，还含有丰富的 N、 P、 K、 一是天然高分子聚合物及其混合物，如纤维素、半纤维素、淀粉、木质素等；二是天然小分子化合物。如氨基酸、生物碱、单糖、激素、抗生素、脂肪酸等 表面密度小、韧性大、抗拉、抗弯、抗冲击能力强等。 农业废弃物的分类 植物纤维性废弃物 按成分 畜禽粪便 农业废弃物 第一性生产废弃物 第二性生产废弃物 按来源 农副产品加工后的剩余物 农村居民生活废弃物 第一性生产废弃物的特征分析 第一性生产废弃物是指作物秸秆、枯枝落叶等，是农业废弃物中最主要的部分。 我国的纤维素物质 10亿 t/a；农业植物纤维废料 t/a；作物秸秆 7亿 t/a。虽然具有很高的利用价值，但我国的利用率仅为33%左右。 利用方式： 秸秆还田；优化秸秆编织技术和建材生产技术；能源利用。 第二性生产废弃物的特征分析 第二性生产废弃物主要是指畜禽粪便和栏圈垫物等。 分布：牲畜排粪量 由高到低 的省份是，四川、河南、山东、云南、湖南、广西、内蒙古； 畜禽排粪量 由高到低 的省份是： 广东、山东、四川、安徽、河南、广西、福建。 污染物： 如有机物，恶臭 如病原微生物，寄生虫 饲料添加剂，消毒剂等 危害： 污染卫生环境；污染空气 （恶臭污染、 粉尘携带细菌的污染、分解气体污染）； 污染水体；污染土壤；侵占土地。 表 1 2001年全国养殖业污染物排放量 /（万 t/a） 畜禽 粪 尿 P 禽 计 2 2001年全国养殖业污染物排放量与工业城镇生活污染物排放量比较 /万 t 项目 固体废物 废水 禽养殖业 业 镇生活 利用价值：各种畜禽粪便都含有丰富的有机质，较高的 N、 P、 很好的制肥原料。 有机质在积肥、施肥过程中，经过微生物的加工分解及重新合成，最后形成腐殖质贮存于土壤中。腐殖质具有改良土壤、培肥地力等多方面的作用。 农副产品加工后剩余物的特征分析 （第三性生产废弃物） 种类：作物残体、畜产废弃物、林产废弃物、渔业废弃物和食品加工废弃物 以纤维素、半纤维素和木质素为主； 纤维素 45半纤维素 20木质素 20 水产品加工的下脚料丢弃大； 易分解，易腐败； 农村居民生活废弃物特征分析 (第四性生产废弃物 ) 我国生活垃圾的产生量以 7%速度增长 其 成分变化巨大 ：以前以菜叶瓜皮为主，发展为以塑料袋、建筑垃圾、生活垃圾、作物秸秆、腐败植物等组成的混合体。 垃圾容积密度大约为 641 2 发达国家农业固体废弃物资源化利用现状与分析 业废弃物用于处理废水 美国北卡罗来州 A&塞欧认为玉米芯、豆荚等农副产品的下脚料可用于处理废水。 业废弃物用于清洁油污地面 美国密西西比州的 成生物活性的吸收剂，可以用于受油污染的土壤、水体或地面上，从而把油污降解掉。 业废弃物开发作为能源 德国沼气发电工程数量： 1992年的 139家， 2003年的2000家；装机容量 1999年 502002年 250 业废弃物用作饲料原料、发电燃料 美国的 用农业废弃物生产乙醇。 废旧农膜、编织袋、食品袋等经过处理后，加入添加剂，可加工成以球 球、球 纤维堆砌体系为基础的复合材料。 3 中国农业废弃物资源化利用现状与分析 我国的农业废弃物以稻草、麦草和玉米秆为主。稻草和麦草的产量达 3亿吨 ，玉米秆达 2亿吨 。由于各种原因，大部分都被丢弃于田间地头，一部分靠自然腐烂，绝大部分靠焚烧处理，每年约有 物秸秆被燃烧掉。 我国对农业废弃物的处理方式： 对于作物秸秆，如：将稻草、麦草制造空心砖、墙体内装板等 建筑材料 ；将其进行 液化处理 ，使其变为液化气后 再生利用 。 对于畜禽排泄废弃物，主要有： 饲料化、能源化、肥料化 等。 4 农业固体废弃物资源化利用的限制因素 1. 政策、法规不完善 5 农业固体废弃物资源化利用 的发展动向 一、 获取能量 制沼气，气化，液化，固化； 二、 制肥料 堆肥，液体肥料，有机生物肥，有机复合肥； 三、 生产饲料 氨化饲料，青贮饲料，生化蛋白饲料，酶化饲料，碱化饲料； 四、 生产工业及医药原料 有机产品，轻型建材，可降解包装材料，培养基，药物，食用菌生产，生物滤床滤料。 二、植物纤维性废弃物资源化技术 1 植物纤维性废弃物资源和特点 光合作用产生的生物质量 约 1500亿吨 /a，草原和耕地产生 约 160亿吨 /a，可作为人类和动物食用的占 40亿吨 /a，废弃物产生量约有 135亿吨 /a。 特点 主要由植物细胞壁组成，含有大量的粗纤维和无氮浸出物，还有粗蛋白、粗脂肪、灰分等其他物质。 表 3 几种作物秸秆的化学组成（干重 /%） 种类 粗纤维 灰分 果胶质 木质素 纤维素 半纤维素 稻草 秆 米秆 豆秆 植物纤维性废弃物资源化利用技术 还田技术 秸秆中含有丰富的有机质和 N、 P、 K、 g、 可利用的有机肥料资源。 作用： 增加土壤有机质和速效养分含量，培肥地力，缓解 N、 P、 良土壤结构，降低土壤容重，增加孔隙度，涵养水分。 秸秆还田 方式 秸秆直接还田 机械直接还田，覆盖栽培还田，机械旋耕翻埋还田 秸秆间接还田 堆沤腐解还田，烧灰还田，过腹还田，沼渣还田，菇渣还田 秸秆生化腐熟快速还田 催腐剂堆肥，速腐剂堆肥，酵素菌堆肥 秸秆饲料化技术 微生物贮存技术（微贮技术） 原理： 利用微生物菌剂对秸秆进行厌氧发酵处理的一种技术。 优点： 能将纤维素和半纤维素降解并转化为菌体蛋白，具有污染少、效率高，利于工业化生产等优点，是今后秸秆饲料的发展趋势。 工艺： 微贮饲料具有 成本低、效益高、消化率高、适口性好、采食量高、保存期长、制作季节长、技术简单。 微贮原料 切短 入窖 压实 喷洒 封窖 菌剂溶解复活 出窖 饲喂 发酵 青贮法 原理： 将新鲜的秸秆切短或铡碎，装入青贮池或青贮塔内，通过封埋等措施造成厌氧条件，利用微生物的发酵作用，以提高秸秆的营养价值和消化率的一种方法。是生物处理法中最简单、应用最广泛的方法。 工艺： 青贮原料 切短 入窖 压实 密封 贮存 取用 优点： 1. 养分损失少，蛋白质、纤维素保存较多，营养价值比秸秆高； 2. 可长期保存； 3. 可以预防家畜和农作物的病虫害； 4. 技术简单，便于推广。 氨化法 定义： 在秸秆中加入一定比例的氨水、无水氨和尿素等，在密闭条件下通过它们的作用，破坏木质素与纤维素之间的联系，促进木质素与纤维素、半纤维素分离，使纤维素和半纤维素部分分解、细胞膨胀、结构疏松，从而提高秸秆的消化率、营养价值和适口性的加工处理方法。 原理： 碱化作用、氨化作用和中和作用 碱化作用：破坏木质素和纤维素的结构，提高消化率； 氨化作用：可以缓解氨的释放速率，促进瘤胃微生物的活动，提高营养价值和消化率； 中和作用：降低了秸秆中的潜在碱度，形成适宜瘤胃微生物活动的微碱环境，改善秸秆的适口性，提高采食量和利用率。 工艺： 优点： 防止饲料腐败，减少家畜疾病的发生；提高秸秆的粗蛋白；提高适口性和消化率；投资少，成本低、技术简单、经济效益好等。 氨化原料 铡碎秸秆 堆垛 备氨 取用 注氨 压实密封 气化技术 气化 是指含碳物质在有限供氧条件下产生可燃气体的热化学转化。 德国最早利用秸秆发电的 年可处理秸秆 3000吨；我国在海南建设了 我国及亚洲最大的生物质气化发电系统。 优点： 炭的活性高； 挥发份高； 秸秆含硫量低，降低了气体的脱硫净化费用； 灰分少，降低了灰渣的处理费用。 设备： 上吸式气化炉及其改进型、下吸式气化炉、 层式下吸式气化炉、循环流化床气化炉 制备生产原料技术 膨化改性植物纤维技术 原理流程： 电磁感应加热 膨化、助膨化剂 植物纤维 清理 粉碎 助膨化 筛分 植物改性纤维 技术应用 利用改性植物纤维研发钻井液用油气层保护暂堵剂； 利用改性植物纤维开发吸附剂； 改性植物纤维、木质素的高效分离与应用。 例： 活化剂 植物改性纤维 植物改性纤维吸附剂 配料 混合 活化 包装 干燥 成型 制备阳离子交换树脂吸附 重金属离子 特点： 成本低，不需要再生，采用氧化的方法可回收重金属和热能； 具有较高的表面积； 具有较高化学活性，容易进行化学改性 比纤维材料更加容易交联，不易溶于水； 可以处理重金属离子含量低的废水 （ 性炭和高模数硅酸钾 三、畜禽粪便资源化利用技术 畜禽粪便概述 富含营养，资源化潜力大； 不同畜禽粪便成分差异大； 不同畜禽的粪便量差异大； 粪便量分布不均匀； 距居民生活区近。 对大气的污染： 恶臭 对水体的污染： 水体富营养化 对土壤的污染： 土壤的营养积累 对生物的污染： 传染病和寄生虫病蔓延 源头控制 饲养过程控制 末端治理 资源化利用方式 堆肥化（ 是指在人工控制条件下，利用自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，促进有机废物发生生物稳定作用（ 使可被生物降解的有机废物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。 原理： 堆肥有机物 （含、） 氧，微生物 生物合成 排入环境 细胞物质 （微生物繁殖） 能量 ， ， ， 氧化分解 堆肥工艺： 前处理 ： 破碎，分选，筛分； 主发酵（一次发酵） ： 在不同微生物的作用下分解有机物，温度上升。通常将温度升高到开始降低这个阶段为主发酵阶段； 后发酵（二次发酵） ： 将主发酵阶段未分解的有机物进一步分解，使之达到完全腐熟； 后处理 ： 分选杂物，再次破碎； 脱臭 贮存 影响因素： 有机物和营养物含量： 有机物 20% K、 含水率： 40% 通风供氧： 适宜氧浓度为 18%； 温度： 50； C/： C/251， C/751； 生物种类及数量： 堆肥的作用 1. 提供营养： N、 P、 K、 2. 改善土壤化学性质： 增加有机质，调节 加 善缓冲性等； 3. 改善土壤物理性质： 改善土壤结构；保持水分，防止土壤冲蚀； 4. 丰富土壤生物群落： 目前国内外的畜禽粪便燃料化技术主要有沼气处理法和直接燃烧法。 沼气处理法 就是利用受控制的厌氧细菌将有机物经厌氧消化作用转化为沼气和二氧化碳。 燃烧法 是将可燃性废弃物在高温下与氧气发生反应，将废弃物转变成气体，同时利用燃烧产生的能量发电。 沼气发酵 是指在没有硝酸盐、硫酸盐、氧气和光线的条件下，经过微生物氧化分解作用，复杂有机物中的碳素化合物彻底氧化分解成二氧化碳，一部分碳素彻底还原成甲烷的过程。 沼气发酵过程主要包括 水解 阶段、 发酵酸化 阶段、 产氢产乙酸 阶段和 甲烷化 阶段。 主要受厌氧条件、原料配比、温度、 种物和搅拌强度等因素影响。 沼气的利用 主要利用方式是作为能源 ： 提供热能，解决能源不足的矛盾 沼气孵鸡 沼气温室育苗 蔬菜大棚综合利用沼气增产。 此外还可利用沼气贮粮和水果保鲜等。 沼液的利用 在沼液中除了微生物没有利用完的原料，还含有作物所需的营养物质、金属或微量元素的离子和对作物生长具有调控作用、对某些病虫害具有杀灭作用的物质。 因此可将沼液作为肥料用作基肥和追肥等；进行喷施、洒施和浇施来防治病虫害；用于浸种和作为饲料添加剂来养鱼喂猪等。 沼渣的利用 沼渣一般含有机质： 腐殖酸： 粗蛋白： ： ： ： 是一种高效的有机肥和动物饲料。 沼渣可以作饲料（养鱼）、肥料（种植果树）和食用菌培养基质（生产蘑菇）。 四、乡镇工业废弃物资源化技术 乡镇工业废弃物污染源概述 点 形成的污染源在区域上由点到面，逐步扩大； 乡镇工业企业规模小、数量大、分布散； 废弃物的产生主要集中于煤炭采选业和矿业； 管理治理难度大； 污染程度高于城市企业。 害 侵占农田；污染水环境；污染大气环境；破坏农业生产等。 2 处置方式 生填埋 卫生填埋具有填埋结构简单、操作方便、施工费用低等优点，但填埋场占地面积大，产生臭气和渗滤液等环境问题 。 物处理 生物处理就是在有氧或无氧的条件下，通过微生物的作用降解废弃物。主要包括好氧发酵和厌氧发酵。 烧 3 粉煤灰的资源化利用 粉煤灰是由各种大小不等、类型不同颗粒所组成，大多数粒径是 40 60要化学成分是氧化硅、氧化铝和氧化铁，其总量约占粉煤灰的 85左右。矿物组成可分为以玻璃体为主的无定形相和以石英和莫来石等为主的结晶相两大类。 煤灰用于生产建筑材料 产硅酸盐水泥 粉煤灰生产硅酸盐水泥主要有两种工艺：一是将粉煤灰与水泥熟料在水泥磨机中共同混合磨细，二是与磨细的水泥在混合设备中共同混合。 把粉煤灰添加于水泥中，有利于水泥产品质量的提高，还可以节约能源消耗。 产黏土烧结砖 粉煤灰黏土烧结砖是以粉煤灰和黏土为主要原料烧制而成，用粉煤灰代替部分黏土烧制的砖与普通砖相比，强度相同，但质量一般降低 20，还可改善砖的物理性质。可以节约大量的黏土资源，又能处理粉煤灰。 煤灰用于农业土壤改良 粉煤灰中的硅酸盐矿物和炭粒具有多孔性，用粉煤灰可以 改良土壤的质地 ，使其密度、通气性、空隙度、渗透率等得到改善。同时可以增加土壤中的磷、硅、铜、锌等微量元素的含量，达到 增产 的效果。 例如：施用粉煤灰的土壤空隙度比对照的增加 使 5 15。 煤灰的精细利用 漂珠的主要成分是 其含量分别为 60和 30%左右。漂珠是一种轻质、中空、光滑、能漂浮在水面上的珠状微粒。具有耐磨、高强、耐蚀、绝缘、稳定等多种优良性能。可应用于航空、军事、电器上等。 提取氧化铝最常见的为石灰石烧结法、酸浸提法和气体氯化法。 4 煤矸石的资源化利用 煤矸石是煤炭的伴随产物，煤矸石是在成煤过程中与煤层伴生的一种比较坚硬的岩石，它是由碳页岩、碳质砂岩、砂岩、黏土等岩石组成的混合物，其化学成分主要是 。 煤矸石是采煤和选煤行业排出的主要固体废弃物，每采 1于煤矸石的发热量低，难以利用，而被视为废弃物。 矸石的利用方式 矸石发电 煤矸石 劣质煤 储灰场 蒸汽 发电机 静电除 尘系统 流化床 锅炉 鼓风系统 烟囱 破碎 炉渣水冷 烟气 外排 联网 混合 废水复用或外排 产建筑材料 煤矸石是以高岭石或含水高岭石为主要成分的黏土矿物，它的化学成分和黏土相似。它燃烧以后具有一定的活性，可用来生产 煤矸石砖、煤矸石水泥、煤矸石砌块 等各种 建筑材料 和 筑路回填 。 生产出来的砖和水泥具有较高的强度，既节约了资源又利用了煤矸石。 产化工产品 制取硫酸铝： 2 3 制取氢氧化铝、氧化铝： 将煤矸石和石灰石按一定比例混合磨细，加水压制成块后，经 1000 1050 高温烧结，经粉碎后用 到 橡胶的资源化利用 中国是世界上最大的橡胶消耗国，也是世界上最大的橡胶生产国。如何利用好废旧橡胶资源，减少橡胶带来的污染已是一个突出的问题。 目前关于橡胶的利用主要有一下几个方面： 旧胎翻新，再生胶，胶粉和废橡胶热解 等。 五、塑料地膜资源化利用技术 塑料是一种高分子材料，具有不易腐烂，难于降解的性能，使用过的农膜由于开裂破碎等埋进土壤中，完全降解需要 200 400年。 农膜会阻碍作物的根系的发育及对水分养分的吸收，使土壤的通气性降低等。 1 废弃塑料地膜的危害 农田生态系统的危害 对土壤物理性质的影响 降低了土壤水分渗透量，从而降低了土壤的保水能力，削弱了抗旱的能力。 对作物生长的影响 对作物产量的影响 影响了根系的生长，使作物的发病率提高，作物减产达 18 25。 留农膜的化学污染 他方面的污染 2 资源化利用方式 烧回收热能 在塑料的生产、加工成型及消费过程产生的废塑料主要是聚乙烯（ 聚氯乙稀（ 聚丙烯（ 聚苯乙烯（ 。 木材的燃烧热为 1465g，聚乙烯的燃烧热为 4663g，聚丙烯的燃烧热为4395g，聚氯乙稀的燃烧热为1806g。 烧方式 专用焚烧炉焚烧废旧塑料地膜回收能量 作补充燃料与生产蒸汽的其他燃料掺用法 通过氢化作用或无氧分解转化为可燃气或可燃物再生热法。 在燃烧过程中应控制有害气体的产生量，防止其污染环境。 量回收 废旧塑料地膜的能量回收是通过对它在焚烧炉内焚烧时释放热能的有效利用来实现的。 优点：适用于难以分拣的混杂型塑料制品；产热量大；焚烧后质量减少 80以上，体积减少 90以上。 废旧塑料地膜收集 破碎 焚烧 热量回收 排烟处理 融再生技术 废弃塑料地膜回收利用的关键是熔融再生。洗净、粉碎、改型、造粒 预处理 成型前处理 成型 制品 清洗、干燥、破碎 配料、捏合、造粒 备氯化聚乙烯 氯化工艺是将粉碎好的废塑料加入反应釜中，加入一定量的引发剂、水、助剂，边搅拌边加热，加热到一定温度时通入氯气，进行氯化，放出的氯化氢由酸槽吸收。 产物经洗净、中和、干燥后即为产品，可以作为制备氯化聚乙烯的原料。 （ x （ x （ x l 方和流程 优点：对设备腐蚀轻，寿命长；原料利用率高；反应体系在常压下进行；流程短，成本低；可以实时控制反应过程和氯化程度。 原料 用量 /g 水 70 氢氧化钠 3 原料 用量 /g 废聚乙稀 70 助剂 3 液氯 8 废聚乙烯薄膜洗涤 干燥 粉碎 氯化 原油化技术 主要工艺有：热解法油化；催化热解法（一步法）油化工艺；热解催化法改质法（两步法）油化工艺。 油化工艺存在的问题：原料的分拣；原料的输送和出渣；传热和结焦。 废聚乙烯熔融物黏度大，传热性差，热解反应器内容易因物料温度不均匀导致结焦，物料容易黏壁形成积炭。可以采用以下措施： 煤、砂子等混合，改善传热条件； 膜二次、多次利用 意义： 提高地膜利用率、降低成本，节省农业投资； 延长地膜使用期，使地膜长时间发挥作用； 增加蔬菜淡季产量，调节市场供应。 地膜覆盖方式： 地膜平盖； 地膜近地面短期覆盖 高垄地膜覆盖； 一次覆膜多茬连种。 6 工程实例 宁省西安生态养殖场 畜禽废物利用实例 态养殖场系统结构组成及运行机理 辽宁西安生态养殖场的系统结构由四部分组成，即初级生产