固体废物的生物处理与资源化.ppt

固体废物的生物处理与资源化 概述 固体废物 指生产和生活活动中丢弃的固体 半固体物质 工业固废 industrialsolidwaste 放射性固废 radioactivesolidwaste 危险废物 risksolidwaste 根据其物理化学性质 要求必须对其进行特殊处理和处置的废物 以免对人体健康或环境造成影响的废物 城市固废 municipalsolidwaste 农业固废 agriculturalsolidwaste 铬渣 随处可见的垃圾污染及游人带给海南椰林的垃圾 广州 环市中路的铁轨旁变成垃圾场 葛州坝电站遭受的垃圾困扰 葛州坝电站遭受的垃圾困扰 秸秆 固体废物的特点 数量巨大 种类繁多 成分复杂 资源和废物的相对性 危害具有潜在性 长期性和灾难性 固体废物是各种污染物的最终形态 浓集了许多有害成分 具有呆滞性和不可稀释性 在自然界中可以进入大气 水体和土壤中 参与生态系统的物质循环 具有潜在的长期危害 处理过程的终态 污染环境的源头 固体废物的危害 侵占土地 污染土壤 地表水和地下水 污染大气 危害人体健康 危险废物的危害更加严重 固体废物及其控制 国内外固体废物管理经过3个发展阶段 未加控制的土地处理阶段 如露天堆放 卫生填埋与简单的资源回收并存阶段固体废物的综合管理阶段 1 减量化 推广无污染生产工艺 提高废弃物的内部物质循环 加强管理 2 资源化 物质回收 资源化 能量回收 3 无害化 安全填埋 环境工程措施 环境管理措施 欧洲街头的各类分类垃圾投放箱 北京回收废物的简陋条件 国外城市垃圾处理比例 堆肥焚烧填埋 焚烧 化学处理法填埋 堆肥 生物处理法 焚化炉 堆肥处理是利用自然界广泛分布的细菌 放线菌 真菌等微生物 有控制地促进可降解有机物向稳定的腐殖质转化的微生物学过程 堆肥处理后 产物中含丰富的氮 磷营养物质和有机物质 堆肥处理 堆肥处理的优点 有机废物分解并达到稳定化易腐败的有机废物和有毒废物被转化为比较稳定的物质 体积大大缩小 40 60 干有机质被分解 便于处置和运输 有毒化学品 如农药 形成腐殖质 消除毒性 干化作用人粪尿 动物粪便和污泥含水达80 95 经过堆制处理 大大降低其含水率 杀灭有害生物堆制过程释放大量热能 堆温较高 据测定 60 70 维持3d 可使脊髓灰质炎病毒 病原细菌和蛔虫卵失活 堆温50 60 持续6 7d 即可杀灭病原和虫卵 堆肥是植物良好的肥料和土壤改良剂 好氧堆制的微生物学过程 根据温度变化和微生物生长情况 分为潜育期 中温期 高温期 腐熟期四个时期 潜育期 latentphase 物料中带入的微生物刚进入一个新环境后的一段调整适应时期 在该时期 微生物基本上不生长繁殖 堆温基本上没变化 中温期 mesophilicphase 中温型好氧微生物为主 大量生长繁殖 最常见的是无芽孢细菌 芽孢细菌和霉菌等 分解易降解的有机物 如简单糖类 淀粉 蛋白质等 产生大量热能 堆温不断升高 直至达到50 左右 这一过程也称升温期 或称发热阶段 高温期 thermophilicphase 中温期后期 温度上升至65 70 甚至更高 即进入高温期 是有机质的分解和有害生物的杀灭最有效的时期 腐殖化过程 高温型好氧微生物成为优势种 主要是好热性细菌 放线菌和真菌的一些种群 杀灭病原生物 50 60 持续6 7d 可有效杀灭虫卵和病原菌 腐熟期 maturationphase curingphase 腐熟期内 中温型微生物又成为优势微生物类型 残余有机物被分解 腐殖质不断积累 有机质的分解量较小 过程较缓慢 有利于腐殖化 一些复杂的有机质与铁 钙 氮等物质相结合形成腐殖质胶体 完成有机质的分解和再合成过程 堆温回复到40 左右时 表示物料已基本达到稳定 基本达到腐熟的程度 可以使用或用于配制复合肥料的原料 腐熟堆肥的特征 表面呈白色或灰白色 内部呈黑褐色或棕黑色 秸秆和粪块等完全腐熟 质地松软 无粪臭 散发出泥土气味 不招引蚊蝇 pH8 9 呈弱碱性 堆肥过程中的生物及其演替 参与的主要是微生物 包括 细菌 含放线菌 真菌原生动物等类群一些无脊椎动物如线虫 蚯蚓 螨类等 嗜热脂肪芽孢杆菌 烟曲霉 白地霉 微生物群落的变化规律 中温型细菌 含放线菌 和真菌首先起作用 50 左右 高温菌出现 嗜热性真菌和细菌 放线菌 为主 堆温60 时 真菌几乎完全停止活动 嗜热性放线菌与细菌继续活动 高温细菌主要是芽孢细菌属 高温放线菌属 65 70 时 大多数嗜热性微生物也无法生活 或死亡 或休眠 最后 温度下降 放线菌重新成为优势菌群 堆肥表面呈现白色或灰色 堆肥过程中的食物链 第一级消费者是细菌 放线菌和真菌 其中以细菌数量最多分解最快 放线菌在易降解物质下降 水分减少时更为显著 真菌更耐低水分 低pH和低氧条件 容易降解木质材料和难降解材料 第二级消费者是螨类 甲虫幼虫 线虫 原生动物和轮虫等 它们以第一级消费者为食 第三级消费者是蜈蚣 隐翅虫和蚂蚁等 它们捕食第二级消费者 垃圾简单填埋后对土地有多种危害 垃圾渗滤液污染土壤 地下水填埋场气体引发爆燃事故 卫生填埋技术始于20世纪60年代 它是在传统的堆放 填坑基础上 出于保护环境的目的而发展起来的一项工程技术 卫生填埋必须进行科学选址 场地防护处理 周密的填埋计划 渗出液收集和处理 填埋气收集和处理 严格的监测网络 最终封场与土地恢复利用等多项工序才能建成 卫生填埋 填埋场建好启用后 清洁工人每天将垃圾收集 压紧 装车后 送往垃圾填埋场 当晚 填埋场将白天运来的垃圾用土覆盖 再压紧 以免鼠 虫 鸟来吃垃圾 传播病菌 此法可以避免一些垃圾露天堆放引起的病菌传播 其缺点是修建填埋场占用土地面积大 而且填埋场地的使用时间有限 北京的为10年左右 卫生填埋场 主要特征 具有将渗滤液与外周环境隔离的防渗层 作为防止滤液进入周围土壤及地下水的屏障 设有回收渗滤液及其后处理系统和填埋场气体收集及其利用系统 在填埋过程中继封顶后的稳定化过程中始终防止外界水分的进入 封顶后填埋场气体又携出大量水分 使填埋场内逐步成为 干坟 状态 生物反应随之趋于停止 有利于垃圾长期贮存 AnaerobicBioreactor 厌氧填埋 卫生填埋场 卫生填埋场 卫生填埋场 卫生填埋场 垃圾填埋处理 将垃圾在填埋场内分区分层进行填埋 每天的垃圾 在限定范围铺散为40 75cm的薄层 然后压实 垃圾层厚度应为2 5 3m 一次性填埋处理垃圾层最大厚度为9m 每层垃圾压实后覆土20 30cm 废物层和土壤覆盖层共同构成一个单元 即填埋单元 cell 当天的垃圾 当天压实覆土 成为一个填埋单元 具有同样高度的一系列相互衔接的填埋单元构成一个填埋层 按上述工序完成的卫生填埋场由一个或几个填埋层组成 当填埋到最终的设计高度以后 再在该填埋层上层盖一层90 120cm的土壤 压实后就成为一个比较标准的卫生填埋场 填埋的微生物学过程 根据垃圾在卫生填埋过程中的分解情况 气体产生和微生物活动情况 将整个过程人为地划分为四个阶段 四个阶段的特点分别为 1 好氧分解阶段 垃圾好氧分解主要是开始阶段 此阶段时间的长短取决于分解速度 由几天到几个月 填埋层内的氧耗尽后进入第二阶段 2 厌氧产酸阶段 在此阶段 好氧微生物的生命活动中止 无氧呼吸的细菌 如硝酸还原细菌和硫酸还原细菌等 以物料中的NO3 SO42 的氧作为最终电子受体进行无氧呼吸 使有机质进一步被分解产生多种有机酸 有机酸积累 pH下降 甲烷菌开始活动 主要产物是N2 H2S NH3 CO2等 3 甲烷产生加速阶段 在严格厌氧菌和一些兼性厌氧菌的作用下 有机酸被进一步分解 产生甲烷 甲烷含量达到50 60 v v 有机酸含量下降 pH值升高 产乙酸菌 解纤维菌和产甲烷菌数量很多 收集 利用甲烷的关键时期 4 甲烷产生下降阶段 有机酸浓度下降 甲烷产率下降 水分 水流 pH 粒径 接种剂的添加 培养物浓度 温度等多种因素影响到填埋有机物的分解及产甲烷作用 水分和pH在填埋物产甲烷中起关键作用 需要有适宜的水分和中性的pH 较高的水分有利于可溶性基质和营养物的溶解以及微生物的移动 研究表明水分含量和甲烷产生速率呈正相关 填埋过程的产气情况 填埋场渗滤液的处理和气体收集 1 渗滤液的处理垃圾分解过程中产生的液体以及渗出的地下水和渗入的地表水 统称为填埋场渗滤液 渗滤液的性质主要取决于所埋垃圾的种类 渗滤液的数量取决于填埋场溶滤液的来源 填埋场的面积 垃圾状况和下层土壤等等 渗滤液收集 集水管 集水井等设施 渗滤液处理或处置 新的渗滤液 用厌氧 好氧生物法处理 稳定的填埋场渗滤液 采用物理化学处理法 已经历厌氧发酵 可生物降解有机物的含量已降至最少 旱季或干旱地区 渗滤液可再循环利用 即将收集的渗滤液回灌到填埋场 通过生物作用 物理和化学作用被降解 转化或被稀释分布 可省略水处理系统 加速垃圾稳定 蒸发 减少渗滤液的容积 采用蒸发处理 要修建渗滤液容纳池 让其蒸发散失 蒸发剩余物再进行处理或处置 容纳池要求底部不渗漏 并加盖防雨 通风驱散臭气 2 气体收集 微生物厌氧发酵产生甲烷 二氧化碳 氨 一氧化碳 氢气 硫化氢 氮气等气体 填埋场产气量和气体成分与被分解的固体废物的种类有关 并随填埋年限而变化 每千克挥发性有机固体的产气量约为0 013 0 047m3 甲烷发酵进入稳定期的时间为2年后 填埋场气体一般含有30 40 甚至60 70 的甲烷 以及多种其它种类的气体 填埋场气体经过处理后可以作为能源加以利用 可以用于沼气生产的固体废物 动物粪便植物秸杆 直接燃烧仅利用其贮藏能量的10 城市生活垃圾食品厂下脚料如果发酵沼气 7m3沼气池 以人畜粪尿 秸秆为原料 每日 m3产沼气0 2 0 3m3供4 5口之家 8 9个月生活用能 秸秆能量利用率达60 沼气的生产及利用 用途 沼气燃烧发电 沼液 渣作肥 含丰富N P K 微量元素 维生素 激素 也可以养鱼 猪 鸡 沼气发酵 有机质在厌氧条件下 通过种类繁多 数量巨大 功能不同的各类微生物的分解代谢产生沼气 甲烷占65 CO2占30 少量CO N2 H2S 的过程 早在34亿年前地球就开始出现沼气 最早从沼泽地发现这种气体 故称沼气 主要成分是甲烷 沼气发酵微生物包括 发酵过程 沼气发酵微生物将有机物最终分解为甲烷 经三个阶段 每阶段主要由沼气发酵微生物中某一类群完成 建池 池址 避竹树林进料口位于猪栏边出料口方便出料进出料口 顶口位置不在直线上池型防渗漏 顶盖密封 工艺流程 加水封池 从进出口加入沼液或污水封住进出口以上15cm 发酵产气 运行前期 只进料不出料运行中期 液面到池容积90 进多少出多少 先进后出运行后期 大出料前10 20天 夏秋 或30 50天 冬春 不加料 每年一次 出料 取出难以消化的残渣和沉积的泥沙等 利用 沼气 可与煤气 液化气相比的优质气体燃料 可煮饭菜 照明 发电 沼渣 含腐渣酸10 20 有机质30 50 全N1 2 全P0 4 0 6 全K0 6 1 2 营养丰富 是优质有机肥 沼液 全N0 8 1 5 全P0 02 0 06 全K0 05 0 1 含有17种氨基酸 其中1 3为苏氨酸 氮氨酸 赖氨酸 还含多种必需微量元素 维生素 生长素 对作物有营养 抑菌 刺激 提高抗逆性等效能 铬渣生物解毒研究 嘉陵江被污染 从铬渣中驯化 筛选解毒微生物解毒菌种的分离 鉴别单菌和混合菌的解毒实验混合菌解毒条件正交实验混合菌的生长曲线混合菌的解毒时间曲线 研究内容 取原料铬渣5g加入50ml 250ml三角瓶 肉膏蛋白胨培养基中 30 150rpm下振荡培养 96h后 将培养液放置 等铬渣沉降后 培养液呈混浊态 取培养液5ml接入经过处理后的铬渣加入量为20g l的50ml培养基中 重复上述培养 逐步增加铬渣加入量 从20g l 30g l 40g l到50g l 每种铬渣加入量重复培养3 4次 驯化结束后 取培养液5ml接入50ml培养基中 30 150rpm下振荡培养18h 取出 4 保存 菌种的驯化与筛选 将驯化后的培养基在平板上划线 选出单菌落 观察菌株菌落形态特征 单菌特征并对菌株进行革兰氏染色 菌种的分离 鉴别 通过驯化 分离出