固废课程设计.doc

前言我国的固体废物污染环境防治法将固体废物分为城市生活垃圾、工业固体废物和危险废物三类进行管理。城市垃圾又称为城市固体废物。固体废物污染环境防治法定义城市生活垃圾为“在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物，以及被法律、行政法规视作城市生活垃圾的固体废物”。根据目前我国环卫部门的工作范围，城市生活垃圾应该包括：居民生活垃圾、园林废物、机关单位排放的办公垃圾等。此外，在实际收集到的城市生活垃圾中，还可能包括部分小型企业产生的工业固体废物和少量危险废物（如废打火机、废油漆、废电池、废日光灯管等）。城市生活垃圾主要特点是成分复杂，有机物含量高。影响城市生活垃圾成分的主要因素有居民生活水平、生活习惯、季节、气候等。固体废物，特别是有害固体废物，如处理、处置不当，其中的有害物质可以通过环境介质-大气、土壤、地表或地下水体进入生态系统形成污染，对人体产生危害，同时破坏生态环境，导致不可逆生态变化。（1）对土壤环境的影响：固体废物不加利用，任意露天堆放，不但占用一定的土地，导致可利用土地资源减少，而且如填埋处理不当，不进行严密的场地工程处理和填埋后的科学管理，容易污染土壤环境。（2）对水体环境的影响：固体废物可随地表径流进入河流湖泊，或随风迁徙落入水体，从而将有害物质带入水体，杀死水中生物，污染人类饮用水水源，危害人体健康；固体废物产生的渗滤液危害很大，它可进入土壤污染地下水，或直接流入河流、湖泊或海洋，造成水资源的水质型短缺。（3）对大气环境的影响：堆放的固体废物中的细微颗粒、粉尘等可随风飞扬，进入大气并扩散到很远的地方；一些有机固体废物在适宜的温度和湿度下还可发生生物降解，释放出沼气，在一定程度上消耗其上层空间的氧气，使植物衰败；有毒有害废物还可发生化学反应生成有毒气体，扩散到大气中危害人体健康。随着城市人口的增加、城市规模的扩大和居民生活水平的提高，我国的城市垃圾产生量也急剧增加，到1995年止，全国城市垃圾的年清运量已经超过1.0亿吨，并以每年810的速度持续递增，折合成人均日产垃圾量已超过1.0，接近工业发达国家水平。从另一方面看，我国的固体废物管理和处理处置工作起步较晚，与水污染控制和大气污染控制相比，其对环境的污染控制问题在相当一段时间内没有得到应有的重视，存在着管理法规不健全、资金投入不足、缺少成套的处理处置技术以及足够数量的管理和技术人才等问题。在现有处理处置技术中，普遍技术水平低，远远不能满足固体废物污染控制的需要。城市垃圾已成为人们不能不认真对待的一个紧迫问题，需根据中国城市生活垃圾的特点和具体国情，在吸收发达国家经验的同时，我国必须积极寻求适合中国特点的垃圾处理方式，积极研究开发和引进高效、实用的城市垃圾资源化利用技术和设备。堆肥是城市生活垃圾处理的四大技术之一。城市生活垃圾进行堆肥处理，将其中的有机可腐物转化为土壤可接受的且迫切需要的有机营养土或腐殖质。这种腐殖质与黏土结合就形成了稳定的黏土腐殖质复合体，不仅能有效的解决城市生活垃圾的出路，解决环境污染和垃圾无害化问题，同时也为农业生产提供了实用的腐殖土，从而维持了自然界的良性物质循环。固体废物的堆肥化处理，不仅可以实现固体废物的减量化和无害化，而且还可以实现固体废物的资源化利用，它是处理生活垃圾的一种常用方法，可以实现生活垃圾的稳定化和无害化，减重减容50；有机物质转化成物质和能源（沼气、葡萄糖、微生物蛋白质）；使生活垃圾中的可用组分尽快进入自然循环。生活垃圾、有机污泥、人和禽畜粪便以及农林废物等都含有堆肥微生物所需要的各种基质碳水化合物、脂类、蛋白质，因而是常用的堆肥原料。在生活垃圾中，不可堆腐的物质较多，需通过预处理，适当排除，才能用于堆肥原料。影响堆肥的因素很多，归纳起来主要有以下几点。有机质含量水分通气量温度碳氮比PH值自然界中有很多微生物具有氧化、分解有机物的能力，而城市有机废物则是堆肥化微生物赖以生存、繁殖的物质条件。根据生物处理过程中起作用的微生物对氧气要求不同，可以把固体废物堆肥分为好氧堆肥化和厌氧堆肥化。前者是在通风条件下，有游离氧存在时进行的分解发酵过程，由于堆肥堆温高，一般在5565，有时高达80，故亦称高温堆肥化。后者利用厌氧微生物发酵造肥。生活垃圾堆肥厂设计堆肥法是一种古老的微生物处理有机固体废物的方法，俗称“堆肥”。农村将秸秆、落叶和禽畜粪便及尿等一起用土坑堆积，依靠现存其上的微生物和土壤微生物发酵，腐熟后施用于农田。其产品即称堆肥。后来堆肥法被用来处理城市生活垃圾，延至处理城市的各种有机固体废物。堆肥化是依靠自然界广泛分布的细菌、真菌、放线菌等微生物，有控制的促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。最早的堆肥工艺多采用厌氧发酵堆肥法，其发酵周期长，一般为4-6个月，占地面积大。为了缩短发酵周期，节省用地，科研人员改进发酵方法，将发酵的渗出液打循环，通入空气进行好氧发酵，结果缩短了腐熟时间，使发酵周期缩短至20d。此外，还有厌氧发酵和好氧发酵结合的处理方法。本次课程设计采用好养堆肥工艺。目前好养堆肥处理的物料主要有：垃圾垃圾和粪水垃圾和脱水污泥脱水污泥。由于好氧堆肥化具有发酵周期短、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的工厂，绝大多数都采用好氧堆肥化。本设计采用好氧堆肥化。一、好氧堆肥工艺原理好氧堆肥是在有氧的条件下，借助好氧微生物（主要是好氧细菌）的作用来进行的。在堆肥过程中，有机废物中的可溶性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物所吸收；固体的和胶体的有机物先附着在微生物体外，然后在微生物所分泌的胞外酶的作用下分解为可溶性物质，再渗入细胞内部。微生物通过自身的生命活动氧化还原和生物合成过程，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并释放出微生物生长、活动所需要的能量，把另一部分被吸收的有机物转化合成新的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多的生物体。也就是说好氧堆肥是在通空气的条件下，好氧微生物分解大分子有机固体废物为小分子有机物，部分有机物被矿化为无机物，并放出大量的热量，使温度升高至50-65摄氏度，如果不通风，温度会升高到80-90。这期间发酵微生物不断地分解有机物，吸收和利用中间代谢产物合成自身代谢物质，生长繁殖；以其更大数量的微生物群体分解有机物，最终有机固体废物完全腐熟成稳定的腐殖质。所发生反应如下：有机物质+好氧菌+氧气+水二氧化碳+水蒸气+硝酸盐+硫酸盐+氧化物图1-1可以简单地说明这个过程释放、转换为热或提供生物合成用随水或气体排入环境堆肥有机物（含C，N，O，H，P，S）,氧，微生物细胞物质（微生物繁殖）CO2，H2O，NH3，PO43- SO42-能量+合成氧化图1-1 有机物的好氧堆肥过程二、好氧堆肥工艺流程现代化堆肥生产，通常由前（预）处理、主发酵（亦可称一次发酵、一级发酵或初级发酵）、后发酵（亦可称二次发酵、二级发酵或次级发酵）、后处理、脱臭及贮存等工序组成。2.1所选工艺流程概述整个工艺由预处理、一次发酵、后处理（精分选）、二次发酵四部分组成。城市生活垃圾运到处理厂，由给料机送到预处理工段，经磁选、手选、筛选后，回收部分有用物质，去除一部分非堆肥化粗大物，然后送入一次发酵仓，在仓内调节水分和C/N比，通风发酵，10d后一次发酵结束，堆肥物出料至后处理阶段，精分选机械去除堆肥物中的杂物并加以破碎，然后物料进入二次发酵仓发酵，由风机将一次发酵产生的尾气送入二次发酵仓风道，给二次发酵堆肥通风，既起到脱臭作用，又保证了二次发酵供氧，10d后二次发酵结束，堆肥产品即可出厂供农用。2.2预处理当以城市生活垃圾为主要原料时，由于其中往往含有粗大垃圾和不可堆肥化物质，这些物质会影响垃圾处理机械的正常运行，并降低发酵仓容积的有效使用，且使堆温难以达到无害化要求，从而影响堆肥产品的质量，因此，需要用到破碎、分选等预处理方法去除粗大垃圾和降低不可堆肥化物质含量，并使堆肥物料粒度和含水率达到一定程度的均匀化。颗粒变小，物料表面积增加，便于微生物繁殖，可以促进发酵过程。但颗粒也不能太小，因为要考虑到保持一定程度的孔隙率与透气性能，以便均匀充分地通风供氧。适宜的粒径范围是1260，最佳历经需视物料物理性质而定。当以人畜粪便、污水污泥饼等为主要原料时，由于其含水率太高等原因，前处理的主要任务是调整水分和碳氮比，有时需添加菌种和酶制剂，以促进发酵过程正常进行。降低水分、增加透气性、调整碳氮比的主要方法是添加有机调理剂和膨胀剂。（1）调理剂是指加进堆肥化物料中干的有机物，借以减少单位体积的质量并增加与空气的接触面积，以利于好氧发酵，也可以增加物料中有机物数量。理想的调理剂是干燥的、较轻而易分解的物料。常用的有木屑、稻壳、禾杆、树叶等。（2）膨胀剂是指有机的或无机的三维固体颗粒，当它加入湿堆肥化物料中时，能有足够的尺寸保证物料与空气的充分接触，并能依靠粒子间接触起到支撑作用。普遍使用的膨胀剂有干木屑、花生壳、厂矿成粒状的轮胎、小块岩石等物质。2.3主发酵（一次发酵）主发酵主要在发酵仓内进行，靠强制通风或翻堆搅拌来供给氧气，供给空气的方式随发酵仓种类而异。在发酵仓内，由于原料和土壤中存在的微生物作用而开始发酵，首先是易分解物质分解，产生二氧化碳和水，同时产生热量使堆温上升。这时微生物吸取有机物的碳、氮等营养成分，在合成细胞质自身繁殖的同时，将细胞中吸收的物质分解而产生热量。发酵初期物质的分解作用是靠嗜温菌（生长繁殖最适宜温度为3040）进行的。随着堆温的升高，最适宜温度4565的嗜热菌取代了嗜温菌，能进行高效率的分解。氧的供应情况与保温床的良好程度对堆料的温度上升有很大影响。后面将进入降温阶段。通常将温度升高到开始降低为止的阶段，成为主发酵期，以城市生活垃圾为主体的城市固体废物好氧堆肥化的主发酵期约为412天。2.4后发酵（二次发酵）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。后发酵也可以在专设仓内进行，但通常把无聊堆积到12m高度，进行敞开式后发酵，此时要有防止雨水的设施。为提高后发酵效率，有时仍需进行翻堆或通风。后发酵时间的长短，决定于堆肥的使用情况。例如堆肥用于温床（能利用堆肥的分解热）时，可在主发酵后直接利用。对几个月不中作物的土地，大部分可以使用不进行发酵的堆肥，即直接施用堆肥；而对一直在种作物的土地，则有必要使堆肥的分解进行到能不致夺取土壤中氮的稳定化程度（即充分腐熟）。后发酵时间通常在2030天以上。显然，不进行后发酵的堆肥，其施用价值较低。2.5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。净化后的散装堆肥产品，既可以直接销售给用户，施于农田、菜园、果园，或作土壤改良剂，也可以根据土壤的情况，用户的需要，在散装堆肥中加入N，P，K添加剂后生产复合肥，做成袋装产品，既便于运输，也便于贮存，而且肥效更佳。有时还需要固化造粒以利贮存。后处理工序除分选、破碎设备外，还包括打包装袋、压实选粒等设备，在实际工艺过程中，根据实际需要来组合后处理设备。2.6脱臭在堆肥化工艺过程中，每个工序系统有臭气产生，主要有氮、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；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熟堆肥氧化吸附除臭法。将源于堆肥产品的腐熟堆肥置入脱臭器，堆高约0.81.2m，将臭气通入系统，使之与生物分解和吸附及时作用，氮，硫化氨的去除效率均可达98以上。也可用特种土壤代替堆肥，此种设备称土壤脱臭过滤器。2.7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能容纳六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。三、堆肥化设备现代化堆肥厂采用的各种各样的发酵装置和堆肥化系统都有共同的特征，就是以工艺要求为出发点，使发酵设备具有改善、促进微生物新陈代谢的功能。例如翻堆、搅拌、混合，协助通风系统控制水分、温度，同时在发酵的进程中自动解决物料移动出料的难题，最终达到缩短发酵周期、提高发酵速率、实现机械化大生产的目的，达到所要求的堆肥产品的质量标准。应在掌握好堆肥物料、微生物和发酵设备三者关系基础上研制出结构合理、造价低廉的发酵设备。固体废物发酵设备通常指堆肥物料进行生化反应的反应器装置（简称发酵仓），是堆肥化系统的主要组成部分。废物堆肥化按设备流程包括下述系统：进料供料设备预处理设备一次发酵设备二次发酵设备后处理设备产品细加工设备。固体废物（以下简称垃圾）的进料和供料系统是由地磅秤、贮料仓、进料斗以及起重机等组成。垃圾收集车通过进口、出口车道驶入卸料台或暂时站台，将垃圾卸入贮料仓或进料斗中。垃圾堆放场或贮料仓（池）都是暂时用来贮放垃圾的，通过起重机械将垃圾从贮料仓中运到料斗中（如有可能，应实施垃圾的分类收集）。堆肥化系统的预处理设备由破包机、撕碎机、筛选机以及混合搅拌机械等组成。经过预处理后的垃圾被送到一次发酵设备中，使发酵过程控制在适当的条件下，并使物料基本达到无害化的结果。然后，送到熟化设备即二次发酵设备中，使垃圾完全发酵腐熟。之后又通过后续处理设备对堆肥作更细致的筛选，除去杂质。必要时可采用烘干造粒，或添加化肥，制成高效复合肥等深度加工处理设备。另外，整个生产系统还须由排出臭气的脱臭装置、污水的收集排出与处理装置、电力供应设备、控制仪器设备等组合而成。3.1发酵设备堆肥发酵设备是指堆肥物料进行生化反应的反应器装置，是整个堆肥系统的核心和主要组成部分。如表3-1所示表3-1 堆肥发酵设备的分类发酵设备发酵装置塔式发酵设备多阶段立式发酵塔多层立式发酵塔多层桨式发酵塔活动层多阶段发酵塔直落式发酵塔窑型发酵塔水平式发酵滚筒达诺式发酵滚筒单元式发酵滚筒圆鼓形发酵滚筒料仓型发酵装置犁式翻堆机搅拌式发酵装置吊斗式翻堆机螺旋式发酵装置桨式翻堆机皮带式条垛式翻堆机条垛式发酵设备履带式条垛翻堆机组合型发酵系统达诺式滚筒，多层多段立式发酵塔达诺式滚筒，犁式翻堆机桨式翻堆机，吊斗式翻堆机桨式翻堆机，桨式翻堆机熟化设备带式熟化发酵仓板式熟化发酵仓其它熟化设备3.2水平(卧式)发酵滚筒水平（卧式）发酵滚筒有多种形式，其中典型形式为著名的达诺（Dano）式滚筒。这种发酵设备结构简单，可以采用较大粒度的物料，从而使预处理设备简单化，因此具有相当强的生命力，在世界各国均广泛使用。在卧式堆肥发酵滚筒装置中，废物在筒体内表面的摩擦力作用下，沿旋转方向提升，同时借助自重落下，通过如此反复升高、跌落，可充分地调整物料的温度、水分，同时废物被均匀地翻倒而与供入的空气接触达到与曝气同样的效果。物料在翻转的同时在微生物的作用下进行发酵，而随着螺旋板的拨动以及由于筒体倾斜的原因，滚筒中的旋转物料又不断由入口端向出口端移动，物料随滚筒旋转而不断地塌落，以致新鲜空气不断进入，臭气不断被抽走，充分保证了微生物好氧分解的条件。最后经双层金属网筛的分选，得到一次发酵的粗堆肥。所以，这种装置可以自动稳定地供料、传送，并且排出堆肥物。该装置的主要参数为：滚筒直径2.5m4.5m，长度2040m；内搅拌的旋转速度0.23r/min。通常为常温24h连续操作，通风量为0.1m3 /( m3.min)。若仅为一次发酵，时间只需3648h；若全程发酵，需发酵时间为25d。筒填充率：筒内废物量/筒容量80。当以该装置做全程发酵时，发酵过程中堆肥物的平均温度为5060，最高温度可达7080；当以该装置做一次发酵时，则平均温度为3545，最高温度可达60左右。卧式堆肥发酵滚筒的生产效率相当高，发达国家常采用它与立式堆肥发酵塔组合应用，可告诉完成发酵任务，实现自动化生产。其缺点在于堆肥过程中，原料滞留时间短，发酵不充分，装置的密闭也是个问题。此外，由于在发酵过程中，筒体不断的旋转，对物料进行重复切断，所以物料易产生压实现象，不能对原料进行充分通气，导致产品不易均质化，能耗也较高。四、理论计算4.1主要设计参数卧式堆肥发酵滚筒的直径2.53.5m,长度2030m,内搅拌的旋转速度0.23r/min为宜；通风空气温度保持常温，对24h连续操作的装置，通风量为0.1m3 /( m3.min)。空气从筒的出料口进入，并从进料口排出。如果发酵全过程都在此装置中完成，停留时间应为25d。筒内废物量一般不能超过筒容量的80。当以该装置做全程发酵时，发酵过程中堆肥物的平均温度为5060，最高温度可达7080；当以该装置做一次发酵时，则平均温度为3545，最高温度可达60左右。一次发酵主要参数：有机质含量30：含水率为30%；C/N比（3035）：1；通风量0.10.2m3/ m3,发酵周期2d；温度控制50以上（最多不超过70）。一次发酵最终指标：无恶臭；发酵符合无害化标准；容积减容1/