环科固体废物处理技术生物技术PPT课件

1,.,3、生物处理作用稳定化和杀菌消毒作用生物处理过程中，有机物转化为H20和C02、CH4、NH3、H2S等气体，实现腐殖化达到稳定化的效果，并利用反应热导致的高温过程，杀灭病原菌，实现无害化。废物减量化废物经过生物处理后，有机物可以减少3050。回收能源回收物质除了生产堆肥化产品外，还有纤维素水解生产化工原料和其他生物制品，养殖蚯蚓生产生物蛋白，以及生物制氢回收利用氢气等技术。,2,.,二、生物处理过程的基本生物原理1、微生物生长所需营养条件能源和碳源两种最常见碳源有机碳和CO2。异养微生物利用有机碳合成细胞物质的微生物;自养微生物利用C02合成细胞物质的微生物。其合成转化是还原反应，需要吸收能量，比异养微生物消耗更多的能量，故自养微生物生长率往往较低。能源太阳光、化学反应能量。利用太阳光作为能源的生物叫做光能营养微生物。利用化学反应来获得能量的叫做化能营养微生物。,3,.,无机盐和生长因子无机盐也是微生物生长的限制因素。微生物所需的主要无机盐元素包括：N、S、P、K、Mg、Ca、Fe、Na和C1，以及一些微量元素，如Zn、Mn、Mo、Se、Co、Cu、Ni和W。生长因子一些微生物在生长过程中还需要某些不能自身合成的，同时又是生长所必需的须由外界所供给的营养物质，把这类物质叫做生长因子。生长因子可分为3类：氨基酸类、嘌呤和嘧啶类、维生素类。,嘌呤C5H4N4嘧啶C4H4N2,4,.,2、微生物代谢类型据代谢类型和对分子氧的需求，化能异养微生物可分为：好氧呼吸作用、厌氧呼吸利用、兼性呼吸作用等。3、微生物种类细菌，霉菌，酵母菌，放线菌。4、环境条件温度、pH值范围、水分条件，抑制剂，如重金属、氨、硫离子以及其他有毒物质。,5,.,第二节堆肥化处理技术一、概念和术语1、堆肥化（composting）是利用自然界广泛存在的微生物在人为控制条件下，使生物有机废物发生生物稳定化（biostabilization）的过程。定义3要点：堆肥原料来自生物界，是由多种不同组分构成的有机物料。包括：垃圾中的厨余物、污水厂污泥、人畜粪便、农业废弃物、食品加工、酿造废弃物等。,欧洲一些国家已经对堆肥化的概念进行了统一，定义堆肥化就是：“在有控制的条件下，微生物对固体和半固体有机废物的好氧中温或高温分解，并产生稳定的腐殖质的过程”。,6,.,堆制过程人工控制下，以保存发酵过程中产生的热量，保持温暖湿润和好气条件以利于多种微生物共同作用。可见，堆制过程的实质是卫生工程意义上的生物化学过程。堆制目的生物稳定化。即使物料中可降解的有机物质在自然细菌、放线菌和真菌等作用下转化为稳定的腐殖质类物质，不再产生还原性异味物质（如H2S、NH3等）。城市生活垃圾好氧静态堆肥处理技术规程（CJJ/T52-93）中3.0.1条规定：“堆肥原料应是城市生活垃圾和其它可作为堆肥原料的垃圾。”,7,.,2、堆肥历史“土坑堆肥”1920年英国科学家“印多尔”法1933年丹麦“达诺”法1958年日本垃圾堆肥。“印多尔”法1.5m堆高，隔月倒堆，6个月厌氧发酵；“达诺”法好氧装置34d高温消化二次消化。3、堆肥堆肥化制得的成品叫做堆肥。其腐殖质含量很高，结构疏松，体积约为原来的50%70%。4、堆肥化系统分类方法按堆制方式野积式堆肥；装置式堆肥按物料移动形式静态堆肥；动态堆肥；按需氧程度好氧堆肥；厌氧堆肥。目前，国内最常用的是采用好氧发酵工艺。,与堆肥化定义有矛盾？,8,.,ADP二磷酸腺苷，能量载体。,有机固废C、HO、N、P、S,微生物新细胞,微生物O,CO2、NH3H2O、PO43-SO42-、NO2-NO3-,Pi,ADP,ATP,热量,热量,Pi,位能升高80千卡克分子,二、好氧堆肥技术（一）好氧堆肥原理1、好氧堆肥过程简示图,合成ATP,氧化,PiH3PO43-,ATP三磷酸腺苷，能量转移中心，在发酵、好氧及无氧呼吸中生成，含高能磷酸键，能量库。,9,.,微生物产能分配,热释放，堆肥升温合成反应、生命活动贮存在三磷酸腺苷ATP中,2、有机物氧化、合成反应有机物氧化、不含氮有机物（CxHyOz）、含氮有机物（CsHtNuOvaH2O）细胞质合成细胞质氧化,10,.,3、好氧堆肥阶段划分一般情况下，利用堆肥温度变化来作为堆肥过程（阶段）的评价指标。一个完整的堆肥过程由三个阶段组成:起始阶段（升温段）4050，40h左右；高温阶段5070，堆肥后4080h；熟化阶段（冷却段）堆肥80h以后。,微生物,低温菌：-1030，最适15中温菌：2050，最适35高温菌：4575，最适55,温度低于最适温度下，每升10，微生物生长速率增加至2倍。,11,.,特点：、每个阶段利用不同的细菌、放线菌（丝状微生物）、真菌和原生动物（最原始的单细胞动物，体形小于0.5mm）。6070可杀死病原细菌；、PH变化与温度变化的相关性初期，微生物繁殖快，有机酸产生多，PH下降；随着温度的升高，乙酸、丁酸挥发，含氮有机物产NH3使PH回升，最后随温度下降，酸性细菌重又复活，PH又略呈缓降趋势至稳定水平。、有机物降解规律先是可溶易分解糖类蛋白质纤维素等，一个堆肥系统中，糖类降解率可在95%以上。,12,.,h,堆肥过程PH与温度变化关系曲线,（二）堆肥化控制参数堆肥过程的关键是如何更好地满足微生物生长和繁殖所必需的条件，即控制参数。,pH,T,604020,T,pH,13,.,1、有机质含量合适的有机物含量为20%80%。堆肥化首要问题热量和温度的平衡问题。挥发性物质含量小于20%时，无法提高堆层温度而达无害化，也无法提高微生物活性；当含量大于80%时，供氧很难满足要求，往往达不到完全好氧而产生恶臭。城市生活垃圾好氧静态堆肥处理技术规程（CJJ93）规定的进仓原料有机物含量为20%60%；堆肥挥发性物质指将堆肥或其他有机物料在550的马福炉中灼烧完全后损失的部分。,14,.,2、供氧量理论上讲，需氧量取决于碳被氧化的量。据研究结论：30时，需氧量1mg/g挥发性物质；45时，13.6mg/g；63时，5mg/g。实际操作时，氧气供应浓度应大于18%，最低不能小于8%；氧在空气中的含量20.94%。影响供氧因素物料尺寸、结构强度及含水量；尺寸小，空隙率大，易压缩，有效供氧空间减少；尺寸大，空隙率小，强度高，不易压缩。实际经验值：含纸较多的物料，推荐尺寸3.85.0cm；含结构强度好的物料，尺寸为0.51.0cm。,15,.,3、含水量取决于物料的空隙体积和微生物活性。水份太低，微生物活性受到抑制，国外研究最低40%；水份太高（70%），有碍于通分供氧，温度难以上升；据研究，允许含水量的上限值为：含纸高的城市垃圾5560%；木屑、谷壳、干叶类为85%。一般讲，最有利于微生物分解的含水量按重量计为50%60%。技术规程中规定：含水率宜为40%60%。,16,.,4、温度温度的作用影响微生物的生长。一般认为高温菌对有机物的降解效率高于中温菌。现在的快速、高温、好氧堆肥正是利用了这一点。堆肥高温菌的理想温度5065，此温度下，一般堆肥只要56d即可达到无害化。温度过低延长腐熟时间；过高70有害于微生物活性。高温堆肥温度最好在5560左右。建设标准规定必须保证堆温在55以上保持57d。,17,.,5、碳氮比（C/N）C/N比标志有机物质营养条件。微生物自身的C/N为430，因此堆料C/N比也最好处于该范围中。城市垃圾C/N值2035；锯木屑3001000；活性污泥58。发酵过程中，CCO2释放减少，N合成细胞原生质；故堆肥C/N值将减少6%14%，最高达27%以上。C/N为1025时，有机物的降解速度最大。C/N高N缺乏，微生物繁殖受限制，发酵时间长，导致堆肥C/N比过高，引起土壤“氮饥饿”C/N20，造成NNH4+NH3而大量损失。堆肥技术规程中C/N比为2030；,18,.,6、碳磷比（C/P）P是磷酸和细胞核的重要组成元素，也是生物能ATP的重要组成，一般堆料的C/P比在75150为宜。7、PH值堆肥过程：PH4.55.08.08.58.07.5（有机酸）（产NH3）（NH3NO3-，二次氧化）一般微生物最适宜的是中性或弱碱性。(三)堆肥腐熟度评价指标腐熟度就是堆肥腐熟的程度即堆肥中的有机质经过矿化（无机化，CO2、NH3、H2S等）、腐殖化过程最后达到稳定的程度（产品不对环境产生有害影响）。,19,.,1、物理评价指标后期温度自然降低；不再吸引蚊蝇，无令人讨厌的臭味；呈棕灰色或深褐色，有白色或灰白色菌丝；呈现疏松团粒结构。2、化学评价指标传统、常用、简单易行方法PH值腐熟堆肥，一般PH值89。挥发性固体（有机质或全碳）含量美国要求腐熟后的挥发性固体必须降解38%以上。即产品中挥发性固体含量小于原含量的62%。,20,.,C/N比评价腐熟度的传统、经典参数。如木材类废物，从3540降到1820，即为腐熟。阳离子交换容量（CEC）CEC与C/N比之间有很高的负相关性：lnCEC7.021.02ln（C/N）r-0.903CEC反映有机质降低、腐殖化程度增高的重要指标，腐殖化率（HR）随堆肥过程呈增加趋势。3、光谱分析法研究有机质结构变化来判断腐熟度。,21,.,堆肥处理的种子发芽率种子根长对照的种子发芽率种子根长,当GI达80%90%时，可认为堆肥已腐熟无毒性。利用微生物评价微生物种群随堆肥进程而变化，有内在的对应关系。,GI（%）,4、生物评价指标植物毒性法最精确和最有效的方法用发芽指数（GI）来评价堆肥的毒性腐熟度：,100%,22,.,(四)堆肥方法（按堆制方式划分）1、野积式堆肥又叫露天堆积法发酵过程垃圾处于堆放状态,故属静态堆肥。典型静态堆肥主要是条形堆肥。特点：露天静态堆肥，人工翻动，物料混合不均，周期长，占地较大，但投资和成本较低；场地防渗水分靠热蒸及排水沟排出；废物混合分批堆积，一批过程可分为前期和熟化稳定阶段。,23,.,露天堆积法配料比：我国：垃圾与粪稀比一般为70%80%与20%30%。国外有三种：纯垃圾堆肥；垃圾粪便（73）混合堆肥；垃圾污泥（73）混合堆肥。若掺入适量粉煤灰对增加孔隙、通风大有好处。,24,.,大连市生活垃圾堆肥厂实例简介是1990年由市政府支持、个人筹办的中型垃圾堆肥及生产颗粒复混肥的企业。年产有机、无机复混肥10000t，垃圾堆肥采用高温好氧堆肥工艺。工艺特点及主要参数：主要工艺特点.采用快速高温堆肥和后熟两次（各10d）发酵技术，周期短，占地少，投资省；.进口了美国WildCat牌翻堆机等成套设备，进行翻堆过筛等；属于机械翻堆条形堆肥形式。.设置排水系统（渗液和雨水）。,25,.,主要参数.日处理规模100t生活垃圾；.一次发酵参数：含水率55%60%，C/N比251，周期10d，温度5075/10d。.二次发酵参数：最终指标：充分腐熟，含水率20%，C/N20，PH7.58.5，周期10d，温度回落至小于40；.场地参数：一次场地5000m2（开放式，3次翻/周）；二次场地2000m2（覆盖塑料布，1次翻/周）；发酵垛长宽高/602.51.5m3。,26,.,2、装置式堆肥（连续或间歇，动态或静态）已在美国、日本、欧洲广为采用。装置式堆肥系统大多为连续（动态）式堆肥。连续动态堆肥工艺采取连续进料和连续出料方式发酵，原料在一个专设的发酵装置内完成中温和高温发酵过程。时间短，防异味，肥力高。装置系统的保证条件改善、促进微生物新陈代谢的翻堆、搅拌、温度、水分、通风控制装置或机构。连续式堆肥的主要类型：,27,.,连续发酵装置类型,立式多层圆筒式立式多层板闭合门式立式多层浆叶刮板式立式多层移动床式,筒体斜置，类似球磨机，料体逐渐移向出口,单层圆筒状（或矩形）深45m，砼筑成，仓底进气，仓顶进料，612d发酵，螺杆出料,D2.54.5m，L2040m0.23rmin,立式堆肥发酵塔（通常58层，发酵周期58d）,卧式堆肥发酵滚筒（又称丹诺Dano式）,筒仓式堆肥发酵仓（分静态和动态两种）,28,.,（五）好氧堆肥工艺类型,工艺类型,第一阶段初级发酵第二阶段次级发酵,一次性发酵二次性发酵,堆肥发酵全过程分两个阶段分别在不同反应设施中完成的,堆肥发酵全过程在一个反应设施中一次完成,29,.,垃圾、污泥粪便等,后处理,堆肥发酵,前处理,分离可堆与不可堆物及有毒有害物,除杂分选及堆肥再制作,好氧静态或动态发酵,堆肥工艺流程框图,30,.,堆肥工艺流程框图,31,.,粒度调整掺加辅料或与成品回流混合使泥饼疏松。,堆肥工艺流程框图,32,.,（六）好氧堆肥装置,33,.,34,.,35,.,36,.,37,.,38,.,卧式丹诺滚筒发酵的堆肥化系统,39,.,第三节厌氧发酵技术厌氧发酵是废物在厌氧条件下通过微生物（厌氧菌）的代谢活动而被稳定化，同时拌有CH4和CO2的产生。一、厌氧发酵原理-三阶段理论1979年由布赖恩提出,40,.,二、影响厌氧发酵的因素1、原料配比C/N比以20301为宜。C/N比351时产气量明显下降。2、温度影响产气量的关键因素。温度高，细菌活跃，产气量越高。3、PH值和酸碱度甲烷菌最佳pH值是6.87.5，故弱碱性是必要的。调整PH值的方法是加石灰，但最好方法是调整原料的碳氮比。4、搅拌使温度均匀，防止底部物料酸积累，使产物H2S、NH3、CH4迅速排除。,41,.,三、厌氧发酵工艺（按发酵温度划分）1、高温厌氧发酵工艺最佳温度4755，适合垃圾、粪便、污泥处理。高温发酵菌的培养下水道污泥作为菌种来源高温维持