固体废物生物处理技术

1、第三篇 固体废物生物处理技术西南交通大学 李启彬固体废物生物处理技术第1页内容和要求1、概述2、好氧生物处理技术 好氧生物处理基本原理 好氧生物处理工艺过程 生物好氧处理设备 生物好氧处理设施运行管理3、厌氧生物处理技术 厌氧生物处理基本原理及技术要求 厌氧生物处理反应器类型及其运行影响原因 厌氧生物处理工程案例分析固体废物生物处理技术第2页概述（B） 固体废物生物处理技术是指利用微生物代谢作用，在有氧或缺氧条件下对固体废物中分子量大、能位高有机物进行分解，使之转化为分子量小、能位低简单物质，到达固体废物减量化、无害化和资源化目标，方便利用或采取深入妥善处理技术。 固体废物生物处理技术第3页概

2、述（B）生物处理技术包含好氧堆肥、厌氧发酵和生物酶解技术。机械生物处理（MBT）Municipal Solid Waste Treatment System MBT(Mechanical Biological Treatment).flv固体废物生物处理技术第4页第一章 好氧生物处理技术第一节 好氧生物处理基本原理（C）一、好氧生物处理基本原理 堆肥有机物（含C、N、O、P、S）氧气，微生物细胞物质（微生物繁殖）CO2、H2O、NH3、PO43、SO42能量合成氧化排入环境释放、转换为热或提供生物合成用有机物好氧堆肥分解过程固体废物生物处理技术第5页二、好氧生物处理几个阶段 一个完整好氧堆肥过

3、程包含升温阶段（堆肥早期，15-45）、高温阶段（45以上，有机物降解强烈，嗜热微生物为主）、降温阶段（嗜温微生物为主）和腐熟阶段。第一章 好氧生物处理技术第一节 好氧生物处理基本原理（C）固体废物生物处理技术第6页三、好氧生物处理影响原因 有机含量和营养物 水分含量 温度 C/N比 pH值 氧浓度：在好氧堆肥通风供氧过程中，对于强制通风静态条垛堆肥，采取时间控制通风方式要求堆体内氧浓度在10-15% ，而对于密闭反应器系统，采取氧含量控制通风方式要求堆体内氧浓度在15-20%。 第一章 好氧生物处理技术第一节 好氧生物处理基本原理（C）固体废物生物处理技术第7页四、好氧生物处理无害化工艺条件

4、 热灭活与无害化 无害化条件：堆体温度55以上维持5-7d，或堆体温度70 维持3-5d第一章 好氧生物处理技术第一节 好氧生物处理基本原理（C）固体废物生物处理技术第8页第一章 好氧生物处理技术第二节 好氧生物处理工艺过程（A）固体废物生物处理技术第9页一、前处理 破碎：12-60mm，太小影响通风供氧 分选：剔除惰性物 调整水分、C/N比 第一章 好氧生物处理技术第二节 好氧生物处理工艺过程（A）固体废物生物处理技术第10页二、主发酵 主发酵可在露天或发酵装置内进行，经过翻堆或强制通风向堆积层或发酵装置内物料供给氧气。采取翻堆作业进行通风时，堆体高度不超出1.8m。 发酵早期物质分解是靠嗜

5、温菌3040为最适宜生长温度进行，因为堆温上升，最适宜温度为4565嗜热菌取代嗜温菌，堆温进入高温阶段。通常，在严格控制通风量情况下，将堆温升高至开始降低为止阶段作为主发酵阶段。 对以生活垃圾为主体城市垃圾和家畜粪便好氧堆肥而言，其主发酵期约为4-12d。第一章 好氧生物处理技术第二节 好氧生物处理工艺过程（A）固体废物生物处理技术第11页三、后发酵 经过主发酵半成品被送往后发酵工序，在这里将以前还未分解易分解和较难分解有机物深入分解，使之变成比较稳定腐殖质类有机物，从而得到完全成熟堆肥制品。 在该工序中通常将物料堆积到12m后进行发酵，普通进行自然通风，有时需加以翻堆或作必要通风处理。 后发

6、酵时间普通在2030d，需将含水率降至不高于35%。第一章 好氧生物处理技术第二节 好氧生物处理工艺过程（A）固体废物生物处理技术第12页四、后处理 分选去除预处理未去除塑料、玻璃、陶瓷、金属、小石块等。 若生产精堆肥，应进行再破碎。 生产复合肥，需加入N、P、K。第一章 好氧生物处理技术第二节 好氧生物处理工艺过程（A）固体废物生物处理技术第13页五、脱臭 产生臭气物质：氨、硫化氢、甲硫醇、胺类等 除臭方法：吸收法；高温分解法；臭氧氧化法；吸附法；生化法等。 对于中等臭源，可用熟堆肥氧化吸附除臭法第一章 好氧生物处理技术第二节 好氧生物处理工艺过程（A）固体废物生物处理技术第14页固体废物生

7、物处理技术第15页六、贮存 贮存6个月堆肥产量为宜。第一章 好氧生物处理技术第二节 好氧生物处理工艺过程（A）固体废物生物处理技术第16页第一章 好氧生物处理技术第三节 生物好氧处理设备（A） 原料接收设备预处理设备布料设备一次发酵设备二次发酵设备后处理设备产品深加工设备 固体废物生物处理技术第17页一、供料进料设备 地磅秤：不低于20t/h 卸料台 进料门 贮料仓 装载机械 进料漏斗 运输机械 第一章 好氧生物处理技术第三节 生物好氧处理设备（A）固体废物生物处理技术第18页二、预处理设备 破袋机 破碎机 筛选机 混合搅拌机 第一章 好氧生物处理技术第三节 生物好氧处理设备（A）固体废物生物

8、处理技术第19页三、堆肥化设备 第一章 好氧生物处理技术第三节 生物好氧处理设备（A）固体废物生物处理技术第20页好氧静态堆肥工艺第一章 好氧生物处理技术第三节 生物好氧处理设备（A）固体废物生物处理技术第21页第一章 好氧生物处理技术第三节 生物好氧处理设备（A）固体废物生物处理技术第22页第一章 好氧生物处理技术第三节 生物好氧处理设备（A）固体废物生物处理技术第23页动态发酵仓静态发酵仓固体废物生物处理技术第24页矩形固定式梨翻倒发酵池固体废物生物处理技术第25页第一章 好氧生物处理技术第四节 生物好氧处理设施运行管理（A）一、供料进料系统：如板式给料机作业前和作业时检验，故障排除后或确

9、定无故障时需空转3-5min，方可重新满负荷运行。二、预处理系统三、主发酵系统四、后发酵系统 见讲义p79-85固体废物生物处理技术第26页堆肥实例香港沙岭堆肥厂 禽畜农户用承接商提供防漏废物搜集桶存放禽畜废物，承接商搜集车会定时到农场搜集禽畜废物。部份禽畜废物会送到沙岭堆肥厂进行堆肥处理，其余便运往堆填区处置。 禽畜废物运到沙岭堆肥厂后会加入木糠，以维持最正确湿度，然后排列放置。另外，承接商会天天用堆肥机搅拌及翻动堆肥一次，以提供足够氧气，进行堆肥处理。 整个堆肥处理过程需时约8周，堆肥产品会售作泥土改良剂。为确保堆肥质素，承接商每个月会测试样本。固体废物生物处理技术第27页搜集禽畜废物 用

10、木糠作为混合物 固体废物生物处理技术第28页把堆肥排列放置 把堆肥翻动 固体废物生物处理技术第29页堆肥产品以20千克包装，售作土壤改良剂 固体废物生物处理技术第30页沙岭堆肥厂生产堆肥成品测试结果参数1月2月3月4月5月酸碱值6.07.27.16.15.9湿度(% w/w)6067535755化学需氧量(mg/kg)3,500,0005,000,0004,100,0004,000,0003,600,000总凯氏氮(mg/kg)22,00026,00020,00018,00024,000碳氮比7:18:110:110:18:1总磷(mg/kg)3,4009,5005,3005,8008,200

11、固体废物生物处理技术第31页实例餐厨垃圾生物处理成城市中心城区餐厨垃圾 无害化处理项目 建设地点：成城市双流县西航港街道办事处江安村；建设单位：四川嘉博文生物科技有限企业；建设内容：包含预处理车间、生化处理车间、产品加工车间、污水处理设施、生活办公综适用房及绿化、水、电等；用地面积：约30亩；建设规模：日处理餐厨垃圾200吨；总投资：7000万。固体废物生物处理技术第32页固体废物生物处理技术第33页餐厨废弃物处理厂生化处理车间固体废物生物处理技术第34页资源型高速高温生化处理机在技术上采取高速高温热循环加热发酵干燥技术。发酵干燥炉内物料加热时，循环风温度一直控制在250至400之间；物料发酵

12、和干燥温度一直控制在65至75之间；微生物水分活度在逐步降低，以确保除特定菌群外大部分微生物菌无法生存，同时炉内压力一直保持在-0.01Kpa至-0.04Kpa 之间；设备采取PLC（可编程逻辑控制器）智能电气仪表控制着发酵干燥炉内温度、压力、和氧气供给，间接控制着物料湿度，平衡气相，确保菌群特定发酵环境，促进其快速繁殖。单位条件下物料生产周期，包含发酵、干燥和冷却时间不超出10小时。餐厨垃圾在生化处理机经过高温微生物菌接种，均匀搅拌后，高温好氧发酵、烘干、稳定熟化后物料排入皮带输送机中，其产出物主要成份是芽胞杆菌及乳酸菌、酵母菌等代谢物。 固体废物生物处理技术第35页固体废物生物处理技术第3

13、6页5 实例污泥蚯蚓养殖项目位于双流区金桥镇昆山小区1、4、7组，占地面积197亩，主要建设内容为：污泥搜集池900m2（上部结构为彩钢大棚1200m2）、发酵大棚4032m2、草料大棚两座共计4400m2、机械停放棚636m2、蚯蚓养殖大棚30000m2、半成品堆场900m2、办公区生活板房120m2、生活物资库房60m2、工人宿舍84m2，配套建设停车场、地磅及绿化等。项目建成后，形成年产蚯蚓粪约16200吨、蚯蚓约280吨能力。 固体废物生物处理技术第37页固体废物生物处理技术第38页固体废物生物处理技术第39页固体废物生物处理技术第40页第二章 厌氧生物处理技术第一节 厌氧生物处理基本

14、原理及技术要求(C)一、微生物学过程H2, CO2醇类、羧基酸（乙酸除外）乙酸可溶有机物CH4, CO2产氢产乙酸菌同型产乙酸菌发酵细菌耗氢产甲烷菌20%52%4%76%24%72%28%乙酸产甲烷菌复杂有机物水解菌固体废物生物处理技术第41页1、水解阶段 复杂非溶解性聚合物转化为溶解性单体或二聚体过程。2、发酵阶段 水解产生可溶性小分子有机物被转化为挥发性脂肪酸过程。3、产氢产乙酸阶段 发酵阶段产物深入转化为乙酸、氢、二氧化碳过程。4、产甲烷阶段 产甲烷菌利用乙酸、H2和CO2生成甲烷气体过程。第二章 厌氧生物处理技术第一节 厌氧生物处理基本原理及技术要求(C)固体废物生物处理技术第42页二

15、、有机物分解代谢过程纤维素+营养物外纤维酶例：(C6H12O5)n+H2On(C6H12O6)可溶性葡萄糖+营养物例：C6H12O6=2CH3CHOHCOOH（乳酸）C6H12O6=CH3CH2CH2COOH+2CO2+2H2C6H12O6=2CH3CH2OH+2CO2产酸菌阶段2：酸化细菌细胞+挥发性脂肪酸+CO+H+其它产物（醇类、乳酸等）产甲烷菌细胞例：4H2+CO2=CH4+2H2O2CH3CH2OH+CO2=2CH3COOH+CH4CH3COOH=CH4+CO22CH3CH2CH2COOH+2H2O+CO2=4CH3COOH+CH4阶段3：甲烷化细菌细胞+CH4+CO2（在液相中）C

16、H4和CO2传递到气相中阶段1：水解第二章 厌氧生物处理技术第一节 厌氧生物处理基本原理及技术要求(C)固体废物生物处理技术第43页二、有机物分解代谢过程纤维素纤维素酶，H2O纤维二糖纤维二糖酶，H2O葡萄糖半纤维素多聚糖类单糖+糖醛酸H2, CO2, 乙酸,丁酸,甲酸和醇类等H2OH2O半纤维酶多聚糖酶发酵蛋白质蛋白酶(内肽酶)，H2O蛋白胨蛋白酶(内肽酶)，H2O多肽氨基酸肽酶(外肽酶)，H2O第二章 厌氧生物处理技术第一节 厌氧生物处理基本原理及技术要求(C)固体废物生物处理技术第44页第二章 厌氧生物处理技术第二节 厌氧生物反应器类型及其运行影响原因（A） 厌氧发酵系统由罐体、搅拌系统

17、、换热和保温系统、沼气输出和沼渣液排料系统组成。一、类型 干式、湿式 连续式、序批式 完全混合式、活塞流式固体废物生物处理技术第45页(1) 湿式厌氧消化工艺（含固率10-15%）气液分离器排到空气混合池化学污泥或市政污泥加料真空过滤器固体到垃圾填埋场消化器60泵泥浆气体分离器CH4CO2其它能量转化单元空气分离器重组分磁分离器粉碎器城市固体废弃物铁类物质消化气过滤轻组分 湿式厌氧消化工艺流程图第二章 厌氧生物处理技术第二节 厌氧生物反应器类型及其运行影响原因（A）固体废物生物处理技术第46页 干式厌氧消化（含固率20-40%） 与湿式厌氧消化工艺基本相同，只是污泥脱水和处置工作量相对较少。因

18、为固体浓度更高，氨浓度等环境参数影响较大。 难点：生物反应在高固体含量条件下进行；输送、搅拌；需要让进料和接种物充分混合，预防反应器局部有机负荷超高以及消化物质酸化。 优点:反应器单位体积需水量低，产气量高; 缺点:运行经验有限。第二章 厌氧生物处理技术第二节 厌氧生物反应器类型及其运行影响原因（A）固体废物生物处理技术第47页搅拌浮渣层塑料加水磁选进料金属沉淀高温消毒产气中温水解（第一阶段）水和固体残渣堆肥化产甲烷（第二阶段，固定膜反应器）液体液体回流两相“湿-湿”厌氧消化系统固体脱水2 单相厌氧消化工艺和两相厌氧消化工艺第二章 厌氧生物处理技术第二节 厌氧生物反应器类型及其运行影响原因（A

19、）固体废物生物处理技术第48页3 序批式和连续式序批式连续式第二章 厌氧生物处理技术第二节 厌氧生物反应器类型及其运行影响原因（A）新成熟老固体废物生物处理技术第49页4 高温消化工艺和常温消化工艺 高温消化工艺 50-60 中温消化工艺 30-40 自然温度消化工艺第二章 厌氧生物处理技术第二节 厌氧生物反应器类型及其运行影响原因（A）固体废物生物处理技术第50页二、厌氧生物处理影响原因 物理原因：温度、水力停留时间、粒径、含固率、搅拌 化学原因：有机负荷、pH、碱度、VFA、氨氮、营养物质、C/N、盐分、重金属毒性第二章 厌氧生物处理技术第二节 厌氧生物反应器类型及其运行影响原因（A）固体

20、废物生物处理技术第51页二、厌氧生物处理影响原因（一）物理原因1、温度 在环境条件中，以温度影响较为显著。依据温度不一样，可把发酵过程分为常温发酵（2025） 、中温发酵（3040）和高温发酵（5060）。 在中温发酵条件下，有机负荷为2.53.0kg/(m3.d)，甲烷产气量约11.3 m3/(m3.d)；在高温发酵条件下，有机负荷为6.07.0kg/(m3.d)，甲烷产气量约3.04.0 m3/(m3.d)。 高温发酵对杀灭病原微生物效果较佳。第二章 厌氧生物处理技术第二节 厌氧生物反应器类型及其运行影响原因（A）固体废物生物处理技术第52页二、厌氧生物处理影响原因（一）物理原因2、水力停

21、留时间3、粒径 20-40mm4、含固率 含固率低：反应器容积大； 含固率高：流动性差、混合性差、固体沉降、堵塞、形 成浮渣层 高效生物膜反应器（UASB等）：低于2% 全混型反应器：8-12% 机械混合反应器：12% 干式：20%第二章 厌氧生物处理技术第二节 厌氧生物反应器类型及其运行影响原因（A）固体废物生物处理技术第53页二、厌氧生物处理影响原因（一）物理原因5、搅拌 作用：使消化物质均一化，防止死区和沉泥；提升物质和微生物接触机会；有利于去除有毒副产物 类型：泵循环、机械搅拌、气体搅拌6、接种数量第二章 厌氧生物处理技术第二节 厌氧生物反应器类型及其运行影响原因（A）固体废物生物处理

22、技术第54页二、厌氧生物处理影响原因（二）化学原因1、有机负荷 中温发酵，2.53.0kg/(m3.d) ； 高温发酵，有机负荷为6.07.0kg/(m3.d)第二章 厌氧生物处理技术第二节 厌氧生物反应器类型及其运行影响原因（A）固体废物生物处理技术第55页二、厌氧生物处理影响原因（二）化学原因2、pH、碱度、VFA pH：水解、发酵菌及产氢产乙酸菌 56.5，甲烷菌6.67.5（6.87.4最正确） 碱度:mg/L VFA: mg/L第二章 厌氧生物处理技术第二节 厌氧生物反应器类型及其运行影响原因（A）固体废物生物处理技术第56页二、厌氧生物处理影响原因（二）化学原因3、营养物质 厌氧微生物除要求一定百分比C、N、P基质外，还对铁、镍、钴等微量元素含有要求。垃圾中普通都含有厌氧降解反应所需要营养元素。 合成细胞C：N约为5：1，因为尚需要作为能源碳，故要求C：N到达1020：1为宜。如C：N过高，细胞氮量不足，系统缓冲能力低，pH值轻易降低；C：N太低，氮量过多，pH值可能上升，氮盐轻易积累，会抑制发酵进程。第二章 厌氧生物处理技术第二节 厌氧生物反应器类型及其运行影响原因（A）固体废物生物处理技术第57