有机固体废物堆肥与厌氧发酵学习教案

1、会计学1有机有机(yuj)固体废物堆肥与厌氧发酵固体废物堆肥与厌氧发酵第一页，共130页。第1页/共130页第二页，共130页。一、生物处理定义 生物处理就是以固体废物中的可降解有机物或其他组分为对象，利用生物对其作用，转化为稳定(wndng)产物、能源和其他有用物质的一种处理技术。第2页/共130页第三页，共130页。第3页/共130页第四页，共130页。第4页/共130页第五页，共130页。第5页/共130页第六页，共130页。第6页/共130页第七页，共130页。第7页/共130页第八页，共130页。第8页/共130页第九页，共130页。3、含水率 含水率需根据原料质量、性质、季节而定，

2、一般以30%-50%为适宜。4、pH值 沤肥过程微生物一般适于在中性和弱碱性的环境中生长繁殖。5、空气供给 沤肥中需氧菌的活动需要有良好的通风，一般在温度上升期通风量要大些，温度下降期应限制通风量；冬季为保温(bown)，通风量要小些。6、封泥泥的厚度一般以5-6cm为宜，冬季可适当加大厚度。第9页/共130页第十页，共130页。第10页/共130页第十一页，共130页。第11页/共130页第十二页，共130页。第12页/共130页第十三页，共130页。深褐色、质地松散、有泥土味的物质深褐色、质地松散、有泥土味的物质(wzh)。这种物质。这种物质(wzh)的养料价值不高，但却是一种极好的土壤调

3、节剂的养料价值不高，但却是一种极好的土壤调节剂和改良剂，其主要成分是腐殖质。和改良剂，其主要成分是腐殖质。第13页/共130页第十四页，共130页。第14页/共130页第十五页，共130页。厌氧堆肥(dufi)化农业废弃物、落叶、杂草(z co)、粪便城市生活垃圾好氧堆肥化、机械化堆肥堆肥厂停产倒闭堆肥化技术又开始回升垃圾成分动植物残余、灰渣垃圾产生速度快、产量大工业革命，工业制成品及有害物混入垃圾中填埋、焚烧等缺陷分类、分选技术发展第15页/共130页第十六页，共130页。第16页/共130页第十七页，共130页。第17页/共130页第十八页，共130页。第18页/共130页第十九页，共13

4、0页。第19页/共130页第二十页，共130页。第20页/共130页第二十一页，共130页。好氧微生物生物化学(shn w hu xu)转化第21页/共130页第二十二页，共130页。式中 r=0.5b-nx-3(c-ny)； s=a-nw；n为降解效率(摩尔(m r)转化率1)； CaHbNcOd和CwHxNyOz分别代表堆肥原料和 堆肥产物的成分。3222)()2(5 . 0NHnycOrHsCOONHnCOdrsnzONHCzyxwdcba第22页/共130页第二十三页，共130页。第23页/共130页第二十四页，共130页。解 (1)计算出堆肥物料C31H50NO26千摩尔(m r)质

5、量为852kg，则参加过程的有机物摩尔(m r)数=(1000/852)kmol=1.173kmol； (2)堆肥产品C11H14NO4的千摩尔(m r)质量为224kg，可算出每摩尔(m r)参加过程的残余有机物摩尔(m r)数即n=200/(1.173224)=0.76； (3)由已知条件：a=31，b=50，c=1，d=26，w=11，x=14，y=1，z=4。可以算出 r=0.550-0.7614-3(1-0.761)=19.32 S=31-0.7611=22.64 (4)所需的氧量为： W=0.5(0.764+222.64+19.32-26) 1.17332kg=781.5kg第24

6、页/共130页第二十五页，共130页。温度的变化来表征(bio zhn)有氧呼吸的强度第25页/共130页第二十六页，共130页。第26页/共130页第二十七页，共130页。第27页/共130页第二十八页，共130页。第28页/共130页第二十九页，共130页。第29页/共130页第三十页，共130页。第30页/共130页第三十一页，共130页。第31页/共130页第三十二页，共130页。第32页/共130页第三十三页，共130页。固体废物固体废物有机固体废物有机固体废物预处理预处理无机物无机物搅拌机搅拌机机械发酵池机械发酵池风机风机后处理后处理后发酵后发酵贮藏贮藏出售出售工厂化机械工厂化机械

7、(jxi)堆肥工艺流程堆肥工艺流程v工厂(gngchng)机械化堆肥第33页/共130页第三十四页，共130页。第34页/共130页第三十五页，共130页。 通常将堆肥开始到堆肥温度升高到开始降低为止的阶段，称为主发酵阶段。主发酵阶段是堆肥生物通常将堆肥开始到堆肥温度升高到开始降低为止的阶段，称为主发酵阶段。主发酵阶段是堆肥生物(shngw)化学反应的基本阶段，在发酵池内进行。化学反应的基本阶段，在发酵池内进行。第35页/共130页第三十六页，共130页。有时即使不进行通风，也需要每周左右。有时即使不进行通风，也需要每周左右进行一次翻堆。进行一次翻堆。第36页/共130页第三十七页，共130页

8、。并根据需要（如生产精制堆肥）进行并根据需要（如生产精制堆肥）进行(jnxng)再破碎。再破碎。第37页/共130页第三十八页，共130页。第38页/共130页第三十九页，共130页。第39页/共130页第四十页，共130页。第40页/共130页第四十一页，共130页。第41页/共130页第四十二页，共130页。第42页/共130页第四十三页，共130页。第43页/共130页第四十四页，共130页。计量计量板式给料机板式给料机初选（人工）初选（人工）发酵仓发酵仓出仓出仓二次发酵二次发酵垃圾入场垃圾入场磁选磁选滚筒筛滚筒筛堆肥堆肥污水粪便污水粪便计量计量废铁废铁填埋填埋回收物回收物粪便入场粪便入

9、场武汉市城市武汉市城市(chngsh)(chngsh)垃圾堆肥发酵系垃圾堆肥发酵系统统 第44页/共130页第四十五页，共130页。粪便粪便输送输送垃圾垃圾发酵仓发酵仓熟料熟料振动筛振动筛细料细料通风通风磁选磁选农肥农肥粗料粗料分拣分拣利用利用浸滤液浸滤液集水井集水井冲洗水冲洗水调节池调节池初沉池初沉池污泥污泥曝气池曝气池竖流池竖流池污泥污泥回用池回用池上海市城市垃圾堆肥发酵上海市城市垃圾堆肥发酵(f jio)系统工艺流程系统工艺流程 第45页/共130页第四十六页，共130页。城市生活垃圾城市生活垃圾贮料池贮料池抓吊抓吊废铁废铁滚筒筛滚筒筛人工分选人工分选粗大无机物去填埋粗大无机物去填埋混合

10、滚筒混合滚筒污污水水池池风机风机出料机出料机二次发酵二次发酵出料机出料机风机风机一次一次发酵发酵振动给料机振动给料机散装堆肥散装堆肥装袋机装袋机填埋填埋出售出售滚筒筛滚筒筛杭州市垃圾堆肥厂工艺流程杭州市垃圾堆肥厂工艺流程(n y li chn)图图第46页/共130页第四十七页，共130页。脱臭脱臭戽斗式翻堆机戽斗式翻堆机贮槽贮槽定量给料器定量给料器一次发酵仓一次发酵仓家畜尿家畜尿回转振动筛回转振动筛二次发酵仓二次发酵仓杂质杂质污水池污水池土壤脱臭装置土壤脱臭装置干净气体干净气体长野县堆肥长野县堆肥(dufi)化系统流程图化系统流程图第47页/共130页第四十八页，共130页。手选手选锤式破碎

11、机锤式破碎机振动传输带振动传输带废纸捆包机废纸捆包机非堆肥物收集箱非堆肥物收集箱轻质物：纸及塑料轻质物：纸及塑料磁选机磁选机罐头盒罐头盒双螺旋混合机双螺旋混合机空气空气发酵仓（发酵仓（4座）座）粉碎机（粉碎机（3台）台）旋风旋风分离器分离器气体燃料气体燃料空气加热器空气加热器旋风分离器旋风分离器污泥污泥水：到下水道水：到下水道搅拌机搅拌机布料机布料机浓缩污泥槽浓缩污泥槽离心机离心机高温空气高温空气空气空气旋转干燥器旋转干燥器堆肥堆肥德克萨斯州休斯敦日处理德克萨斯州休斯敦日处理(chl)360吨垃圾堆肥厂流程吨垃圾堆肥厂流程第48页/共130页第四十九页，共130页。第49页/共130页第五十页

12、，共130页。计量设备：地磅称计量设备：地磅称供料设备：贮料仓、进料斗、起重机等。供料设备：贮料仓、进料斗、起重机等。预处理设备：破包机、撕碎机、分选机、混合搅拌机等。预处理设备：破包机、撕碎机、分选机、混合搅拌机等。发酵发酵(f jio)设备：一次发酵设备：一次发酵(f jio)设备、二次发酵设备、二次发酵(f jio)设备等。设备等。后处理设备：筛选机、烘干造粒机、配肥、包装机等。后处理设备：筛选机、烘干造粒机、配肥、包装机等。其它设备：脱臭装置、污水导排与处理装置、配电与控制其它设备：脱臭装置、污水导排与处理装置、配电与控制装置；装置；第50页/共130页第五十一页，共130页。第51页

13、/共130页第五十二页，共130页。第52页/共130页第五十三页，共130页。第53页/共130页第五十四页，共130页。第54页/共130页第五十五页，共130页。卧式堆肥卧式堆肥(dufi)发酵滚筒发酵滚筒第55页/共130页第五十六页，共130页。箱式堆肥箱式堆肥(dufi)发酵池发酵池第56页/共130页第五十七页，共130页。第57页/共130页第五十八页，共130页。 通风供氧是好氧堆肥化生产的基本条件之一，在机械堆肥生产系统里，要求至少有50的氧渗入到堆料各部分，以满足微生物氧化分解有机物的需要。 通风的作用：（1）提供氧气，以促进微生物的发酵过程（2）通过供气量的控制，调节最

14、适合(shh)的温度（3）在维持最适温度的条件下，加大通风量可以去除水分第58页/共130页第五十九页，共130页。 从理论上讲，堆肥过程(guchng)的需氧量取决于被氧化的碳量，但由于有机物在此过程(guchng)中分解的不确定性，难以根据垃圾的含碳量变化精确确定需氧量。 堆层中氧的浓度和耗氧速率能表征微生物活动的强弱和有机物的分解程度。第59页/共130页第六十页，共130页。通风量主要决定于堆肥原料有机物含量、挥发度()，可降解系数(xsh)(分解效率)等 。第60页/共130页第六十一页，共130页。常用的通风(tng fng)方式有：自然通风(tng fng)供氧；向肥堆内插入通风

15、(tng fng)管(主要用在人工土法堆肥工艺)；利用斗式装载机及各种专用翻推机横翻堆通风(tng fng)；用风机强制通风(tng fng)供氧。后两者是现代化堆肥厂主要采用方式。 第61页/共130页第六十二页，共130页。强制通风(tng fng)控制方式：通风(tng fng)速率恒定的时间控制通风(tng fng)速率变化的时间控制温度反馈控制通风(tng fng)速率变化的时间-温度控制微电脑控制O2和CO2的控制第62页/共130页第六十三页，共130页。在堆肥实际运行过程中，可根据以下空气量近似估计的方法来评价堆肥发酵情况最佳排气O2浓度为14%17%排气中O2分压大于14%，

16、则表示空气中氧的消耗(xioho)不到1/3如排气中O2体积分数降至10%，则表示好氧发酵停止如用排气中CO2体积分数来代替O2体积分数作为监测参数，则最佳CO2的体积分数应为3%6%第63页/共130页第六十四页，共130页。第64页/共130页第六十五页，共130页。第65页/共130页第六十六页，共130页。)/()(mbcmWWWWM式中： M调节剂与垃圾的重量(湿重)比； Wm、Wc、Wb分别为混合(hnh)原料含水率、垃圾含水率、调节剂含水率。第66页/共130页第六十七页，共130页。第67页/共130页第六十八页，共130页。 温度决定着微生物活性大小和堆肥化进程快慢，同样是好

17、氧堆肥化重要工艺技术参数之一。温度太低，不仅不利于有机质氧化分解和微生物新陈代谢，而且也达不到热灭活（即高温杀灭虫卵、病原菌和寄生虫等）的无害化要求，故一般采用好氧高温堆肥。但是(dnsh)，当温度超过70时，堆肥中的放线菌等有益细菌（存活于植物根部周围使植物茁壮成长）将被杀灭，孢子量不活动状态，分解速度减慢。故堆肥化适宜温度为55-60 。第68页/共130页第六十九页，共130页。第69页/共130页第七十页，共130页。第70页/共130页第七十一页，共130页。第71页/共130页第七十二页，共130页。第72页/共130页第七十三页，共130页。2121NNCCK式中：K混合原料的碳

18、氮比，通常取最佳范围值， 配合后为35：1；C1、C2、N1、N2分别为有机(yuj)原料和添加物料的碳、氮含量第73页/共130页第七十四页，共130页。第74页/共130页第七十五页，共130页。第75页/共130页第七十六页，共130页。第76页/共130页第七十七页，共130页。第77页/共130页第七十八页，共130页。第78页/共130页第七十九页，共130页。第79页/共130页第八十页，共130页。第80页/共130页第八十一页，共130页。第81页/共130页第八十二页，共130页。第82页/共130页第八十三页，共130页。混合(hnh)造粒筛分(shi fn)低温干燥堆肥

19、破碎混合包装精制农肥混合短期发酵化肥功能微生物其他配料有机无机复合肥、营养基质、生物菌肥第83页/共130页第八十四页，共130页。第84页/共130页第八十五页，共130页。第85页/共130页第八十六页，共130页。第86页/共130页第八十七页，共130页。热量抗性有机物细胞物质营养物有机物厌氧微生物SHHNHCOCHOH223242第87页/共130页第八十八页，共130页。2、理论(lln)方程3242832483244324dNHCOdcbaCHdcbaOHdcbaCaHbOcNd第88页/共130页第八十九页，共130页。第89页/共130页第九十页，共130页。 在液化阶段，发

20、酵细菌利用(lyng)胞外酶对有机物进行体外酶解，使固体物质变成可溶于水的物质，然后，细菌再吸收可溶于水的物质，并将其酵解成为不同产物。 在产酸阶段，产氢、产醋酸细菌把前一阶段产生的一些中间产物丙酸、丁酸、乳酸，长链脂肪酸、醇类等进一步分解成醋酸和氢。第90页/共130页第九十一页，共130页。第91页/共130页第九十二页，共130页。不产甲烷菌：指厌氧消化过程中不直接参与甲烷生成反应的微生物统不产甲烷菌：指厌氧消化过程中不直接参与甲烷生成反应的微生物统称，包括水解性细菌和产酸细菌等。称，包括水解性细菌和产酸细菌等。其作用是：其作用是： 为产甲烷菌提供养分；为产甲烷菌提供养分； 为产甲烷菌创

21、造适宜的氧化还原条件；为产甲烷菌创造适宜的氧化还原条件； 为产甲烷菌消除部分有毒物质；为产甲烷菌消除部分有毒物质； 和产甲烷菌一起，共同维持发酵的和产甲烷菌一起，共同维持发酵的pH值。值。产甲烷菌：隶属于原核生物。其主要生态特征有：产甲烷菌：隶属于原核生物。其主要生态特征有： 严格厌氧，对氧和氧化剂非常敏感；严格厌氧，对氧和氧化剂非常敏感； 宜于中性偏碱性环境宜于中性偏碱性环境(hunjng)条件下繁殖；条件下繁殖； 菌体倍增时间长，菌体倍增时间长，4-5天才系列增殖天才系列增殖1代；代； 只能利用少数简单化合物作营养，但却都能利用分子氢作代谢只能利用少数简单化合物作营养，但却都能利用分子氢作

22、代谢能量；能量； 代谢最终产物是代谢最终产物是CH4和和CO2。第92页/共130页第九十三页，共130页。第93页/共130页第九十四页，共130页。第94页/共130页第九十五页，共130页。中温发酵：发酵温度维持在3035之间。此发酵工艺有机物消化速度较快，产气率较高【一般在1m3/（m3料液d）以上】，在实际中应用较多。常温发酵：指在自然温度下进行沼气发酵。该工艺的发酵温度不受人为控制，基本上是随气温变化(binhu)而不断变化(binhu)，通常夏季产率较高，冬季产期率较低。这种工艺的优点是沼气池结构相对简单，造价较低。一般固体废物处理很少采用常温厌氧发酵。第95页/共130页第九十

23、六页，共130页。第96页/共130页第九十七页，共130页。第97页/共130页第九十八页，共130页。第98页/共130页第九十九页，共130页。 现代大型工业化沼气发酵设备现代大型工业化沼气发酵设备 常用的发酵池常用的发酵池立式圆形水压式沼气池立式圆形水压式沼气池立式圆形浮罩式沼气池立式圆形浮罩式沼气池长方形（或方形）发酵池长方形（或方形）发酵池第99页/共130页第一百页，共130页。加料管加料管发酵间（贮气部分）发酵间（贮气部分）出料间液面出料间液面水压水压(shu y)式沼气池工作原理示意图式沼气池工作原理示意图多用于我国农村多用于我国农村大多采用地下埋设和水压式贮气大多采用地下埋

24、设和水压式贮气发酵发酵(f jio)(f jio)间为圆形，两侧带有进出间为圆形，两侧带有进出料口料口容积：容积：6m36m3、8m38m3、10m310m3、12m312m3等等优点：池顶有活动盖板，便于检修。优点：池顶有活动盖板，便于检修。结构简单，造价低，施工方便。结构简单，造价低，施工方便。缺点：气压不稳定，池温低、原料利用缺点：气压不稳定，池温低、原料利用率低（仅率低（仅101020%20%）、产气率低（平均）、产气率低（平均5m30.15m3(m3(m3d)d)）第100页/共130页第一百零一页，共130页。进料口进料口进料管进料管发酵间发酵间浮罩浮罩出料联通管

25、出料联通管出料间出料间隔墙隔墙导气管导气管(a)(a)顶浮罩式顶浮罩式进料管进料管发酵间发酵间出料联通管出料联通管出料间出料间活动盖活动盖输气管输气管卡具卡具排气管排气管水池水池导向柱导向柱进料口进料口(b)(b)侧浮罩式侧浮罩式浮罩式沼气池示意图浮罩式沼气池示意图 第101页/共130页第一百零二页，共130页。粪水溢水管粪水溢水管进料口进料口搅拌器搅拌器出料门洞出料门洞出料口出料口发酵室发酵室木板盖木板盖导气喇叭口导气喇叭口长方形发酵长方形发酵(f jio)(f jio)池池 第102页/共130页第一百零三页，共130页。（b b）古典型）古典型（a a）欧美型）欧美型（c c）蛋型）蛋

26、型（d d）欧洲平底型）欧洲平底型常用的大型发酵罐结构常用的大型发酵罐结构(jigu)(jigu)类型类型第103页/共130页第一百零四页，共130页。第104页/共130页第一百零五页，共130页。第105页/共130页第一百零六页，共130页。第106页/共130页第一百零七页，共130页。第107页/共130页第一百零八页，共130页。第108页/共130页第一百零九页，共130页。第109页/共130页第一百一十页，共130页。第110页/共130页第一百一十一页，共130页。第111页/共130页第一百一十二页，共130页。第112页/共130页第一百一十三页，共130页。第113

27、页/共130页第一百一十四页，共130页。第114页/共130页第一百一十五页，共130页。收集(shuj)垃圾机械(jxi)分选有机碎块待处理料分堆蚯蚓转化筛选蚯蚓蚓粪金属玻璃塑料橡胶放置蚯蚓第115页/共130页第一百一十六页，共130页。第116页/共130页第一百一十七页，共130页。第117页/共130页第一百一十八页，共130页。 有机废弃物中的有机质是蚯蚓生存的主要条件,但有机质的营养搭配是限制(xinzh)蚯蚓生长和繁殖的关键。过去认为主要决定于蛋白质和脂肪的含量,实际上食料C/N才是反映蚯蚓堆肥适宜性的综合指标。 研究表明C/N较高时蚯蚓数量增长多,繁殖快,更有利于提高蚯蚓堆

28、肥处理效果。多年研究结果表明,当目标C/N=(2540) 1时蚯蚓堆肥处理效果最佳。第118页/共130页第一百一十九页，共130页。 不同种蚯蚓的生存域值范围各不相同,一般(ybn)的试验条件将温度控制在2025的范围。以夏、秋季节处理效果较好,特别是深秋季节,环境温度在20左右时,特别适合蚯蚓生长繁殖,此时蚯蚓的增殖率接近80%,温度过高或过低都对蚯蚓产生负面影响。第119页/共130页第一百二十页，共130页。 蚯蚓的呼吸和其他(qt)生命活动跟环境湿度密切相关。湿度过小,蚯蚓会降低新陈代谢速率,降低水分消耗,出现逃逸、脱水而极度萎缩呈半休眠状态;湿度过高则溶解氧不足,出现逃逸或窒息死亡

29、。蚯蚓能够适应的湿度范围为30%80%,最适宜的湿度范围为60%80%。第120页/共130页第一百二十一页，共130页。第121页/共130页第一百二十二页，共130页。 在大规模的工程应用中,增大蚯蚓投加密度可提高单位容积(rngj)的处理效率,但投加密度过高使种群内发生生存空间和食物的争夺,影响有机废弃物处理效率。Pius MNdegwa等研究得出蚯蚓投加密度为1.6kgm-2,时生物转化效率最高。第122页/共130页第一百二十三页，共130页。 新鲜的有机废弃物来源广泛(gungfn),成分复杂,常含有对蚯蚓生长不利的因素。因此,一般投加蚯蚓前必须对其进行预堆肥,以杀死大量病原菌和其

30、他有害的微生物。堆肥过程中发生厌氧发酵时产生甲烷、CO2等气体,对蚯蚓的存活率造成极大的威胁。同时，重金属对蚯蚓也会产生影响。第123页/共130页第一百二十四页，共130页。 在利用蚯蚓处理城市垃圾(l j)时,首先要优选出适当的喜欢有机质和能忍受较高温度的蚯蚓品种。目前世界上生存的蚯蚓有6000多种，适宜人工大规模养殖的蚯蚓一般应具有3个生物学特点:种群呈集中分布,能高密度地生长并保持旺盛的活力,有高的繁殖率和适应环境能力。试验表明,适于养殖且能吃生垃圾(l j)的是爱胜蚓属的大平2号、美国红蚓等。第124页/共130页第一百二十五页，共130页。1、蚓粪是优质生物肥,可改良土壤、提高植物产量(chnling) 用蚯蚓处理垃圾,不