同济固废课件第5章

1、2013-04-1微生固体废2013-04-1微生固体废获得生物质获得资源化固体废物降第 五章 固体废物生物处二、固体废物的堆肥处第 五章2013-04-2生物处理的对象来厨余/2013-04-2生物处理的对象来厨余/果餐废纸庭院废各种生物质加工与消费过程的废弃屠宰废水产废畜禽秸秆 椰壳水葫芦藻污水厂污泥 通沟污泥生物处理的对象定 生物质(Biomass):生物 生物质固体废物:以生物源物优缺处理要混合度高、杂物微生物易微生技术污染+减量再生资源化+能源微生物生长的温度范中温处高温处好氧堆厌氧消好氧呼发无氧呼微生物的呼吸类2013-04-3基质化利2013-04-3基质化利酶其它生物蛋白基质化

2、产物利降解利糖类的代蛋白质分解及脂类的代生物处理的对象化学成分2013-04-4 技术原 工艺计2013-04-4 技术原 工艺计 定义和目 生物反应计量方 阶和特 有机物降解动力 影和控制措 能量平 工艺和设 通风量计 单元组 通风风压计 发酵单元和设 二次 过程 产物第 五章 固体废物生物处一、生物处理基本概产物利用厌水溶糖脂肪乙CH4C 2脂腐殖醇H2产物利用好氧/兼水溶性有机微生物代CO2+H2O+N2+NH3+腐殖废非水溶性有机2013-04-5阶2013-04-5阶 温度变阶堆肥化过程的微生 细化能异养型细化能自养型细 放线霉 真酵母 原生动 微型后生动定义和目在受控的有氧条件下通

3、过自然界中广泛存在的微稳定物对有机物的代谢，使生物固体废物转化为腐熟化产的过程2013-04-6阶2013-04-6阶 耗氧速率变阶 热量变阶 微生物变阶 物质变2013-04-7原料C/N对堆肥化的影2013-04-7原料C/N对堆肥化的影原料有机物含量对堆肥化的影堆肥成品质量控制要求 达到升温和干化的要影 物指影适宜有机物含量与组生物代C/N生物代含水生物代谢、传空隙传影有机物含量和组成 含水C/N空隙堆体氧浓堆制时堆pH菌优势微生物类型和数种2013-04-8控制措 原 有机2013-04-8控制措 原 有机物含 寻找和应用于适用的废C/N 粪便、污泥秸秆、含水率 木屑、谷糠、秸秆 空隙

4、 木屑、谷糠、秸秆、惰性填充影 微生细 霉 影响启动阶影响熟化阶影 过指影适宜堆体氧浓生物代5% 堆生物代植物相容二次发酵生物代中原料含水率与空隙率对堆肥化的影生物过含水率下限23%，无孔隙内氧传递过堆体应保持一定的空田间持含水空隙物料内孔新被水分饱腐熟堆肥2013-04-9发酵单元和2013-04-9发酵单元和设 条垛式/野积式静态/间歇动发酵单元和设 分 进出 间歇/连 物料运 静态/动 代谢环 高温/中好氧/厌 规模大小庭院堆肥/集中化堆单元组臭气控污水控自动化控分选/破分杂物分调稳定颗粒控破腐熟加富肥减量均接控制措 过 堆体氧浓强制通风、翻倒、搅 堆通风、翻倒、搅动频率、原料组 堆制时

5、优化原料与环境条 pH氧浓度、空隙 接2013-04-二次污染控制单2013-04-二次污染控制单 臭气控 密闭空间气体的收 收集气体的处 污水控 回发酵单元和设 发酵舱 滚筒式(DANO筒发酵单元和设 发酵舱 槽仓工艺和设机械化程度更更昂贵,更高的运行价发酵单元和设占地更易于二次污染控 发酵舱 立式筒 2013-04-2013-04-【例题某堆肥化原料中含氮与不含氮有机物的重量比为1，含氮有机物计量分子式为：12166, 23若堆肥过程中有机物的降解率均为,其中转化为微1，微生物的计量分子式为：572；腐熟15184，不考虑微生物的进一步降解时，计算每吨该种废物（含干有机物3）堆肥化所需的理

6、论空气量（）。空气中含氧（体积比），每o氧体积为 00224m3工艺计耗氧产热生物反应计量方产物质量过程控制 时间控 时间温度控 O2或CO2含量的反馈控 温度和O2含量反馈控2013-04-有机物降解动力 影响动力学常数 温度f (Cwater ) e(2013-04-有机物降解动力 影响动力学常数 温度f (Cwater ) e(17 684C7 0622) 含水率 空隙率 氧气含量有机物降解动力 影响动力学常数f(T)1.066(T20) 1.21(T 温度 含水率 空隙率 氧气含量有机物降解动力 影响动力学常数 温度kT kmT f(T) f(Cwater ) f(XFAS ) f(C

7、O 含水率 空隙率 氧气含量有机物降解动力有机物降解有机物降解速 一级反应动力时间耗氧时间产热dm k m m 有机物量、进入和排出系统边界的有机物ekkT物料温度为T 时的一级反应动力学降解速率常不同生物质组份在中温和高温时的一级反应动力学降解速率常数k(d-温度糖脂素2013-04-降解速率常通风量计 满足好氧要求的最低通风 按照生物反应计量方程及一级反应动力学方程式求 根据反应物料的耗氧速2013-04-降解速率常通风量计 满足好氧要求的最低通风 按照生物反应计量方程及一级反应动力学方程式求 根据反应物料的耗氧速率进行 满足水分和能量平衡要求的最高通风 根据系统能量供给和耗能的供需平衡来

8、工艺计能量平能量输入物料升温吸热 生化反应产生的反应热气体升温吸热 外部加热供给热量 水升温吸热水蒸汽蒸发潜热 装置热损失 能量输入有机物降解动力 影响动力学常数f (C ) 温度CO 含水率 空隙率 氧气含量有机物降解动力 影响动力学常数 温度f (XFAS ) e(23 675X3 4945) 含水率 空隙率 氧气含量2013-04-定在受控的2013-04-定在受控的无氧环沼中，通过厌氧微生物厌菌群的代谢，使生物 消源废物转 化为 沼气(CO2+CH4)、稳定的沼沼 技术原 工艺计 定 主要工艺参 阶和特 沼气 影 沼液沼渣得 工艺和 单元 生物 沼气 沼液 过程第 五章 固体废物生物处

9、四、高附加值生物产品制通风风压 堆体压力损 穿孔管压力 从风机出口到穿孔管的管路压力损2013-04-阶2013-04-阶 第2阶段 生化反 微生物厌氧细菌(兼性|专性梭乳酸阶 第2阶段 物质变阶 第1阶段 物质变 生化反应C6H1O5 n nH2O n 微生物厌氧细菌(兼性或专性的水解淀蛋脂素阶2013-04-影酸乙酸甲烷2013-04-影酸乙酸甲烷生物可降解 宏量营养物料的颗粒尺 微量营养物质、抑制物和促进厌氧消化过程环境条pH和碱 生物 温氢分 搅水阶 第4阶段：甲烷 微生物古细菌-产甲烷菌(专性厌氧嗜酸型产甲烷Me nosarcinaceae(甲烷八叠球菌科Me nosaetaceae

10、(甲烷鬃菌科嗜氢型产甲烷Me nobacteriales(甲烷杆菌目Me nococcales(甲烷球菌目Me nomicrobiales(甲烷微菌目Me nopyrales(甲烷火菌目阶 第4阶段：甲烷 物质变 生化反阶 第3阶段：乙酸 物质变 生化反与产甲对氢分 微生物厌氧细菌(专性菌共非常敏2013-04-影 固2013-04-影 固体废物原料性 生物可降解 物料的颗粒尺 宏量营解除抑微量营养物质、抑制物和促进剂 从废物流中去除毒性物 厌氧消化过程环境条 形成不溶性化合物或与毒性物共沉通过控制pH影 固体废物原料性 生物可降解 PO4 物料的颗粒尺 宏量营 微量营养物质、抑制物和促进 厌

11、氧消化过程环境条影 固体废物原料性 生物可降解 物料的颗粒尺 宏量营 微量营养物质、抑制物和促进 厌氧消化过程环境条影 固体废物原料性有机 生物可降解成和结 物料的颗粒尺 微生物降解此类有 宏量营养物的能 微量营养物质、抑制物和促进 厌氧消化过程环境条易降难降2013-04-2013-04-影 固体废物原料性 厌氧消化过程环境条厌氧微生物量高，反应器的 温化效率及允许的处理负荷就 pH和碱 推流间歇 氢分 连续搅拌 生物 大比例污泥(出流)回 搅 固相液相二段式工影丙酸降解: 10-6 厌氧消化过程环境条 温 pH和碱 氢分 生物 搅影 固体废物原料性 厌氧消化过程环境条 碱度： 温 pH和碱

12、 氢分 生物 搅影 固体废物原料性中温 厌氧消化过程环境条高温 温 pH和碱 氢分 生物 搅2013-04- 分生物转2013-04- 分生物转化 分温中温(3040C) 高温半干式(10%20%) 干式(20%40%)进料方式 间歇连续搅柱塞流(plug单元组影 固体废物原料性 厌氧消化过程环境条 温 pH和碱 氢分 温度和浓度分布均匀，防止 搅部酸积有机质与厌氧微生物密切接2013-04-生物转2013-04-生物转化 典型两段湿式消化工生物转化 典型两段干式消化工Linde-BRV两段干式推流式系生物转化 典型单段湿式消化工生物转化 典型单段干式消化工A Dranco 工艺；B Komp

13、ogas工艺；C a工2013-04-过程控制2013-04-过程控制 监测项 pH、碱度、溶解氢浓度、沼气产量、沼气组成、进料 操作变 HRT、酸碱液的添加速率、加 控制模 反馈控制、推理控制和前馈控沼液沼渣利用单 沼渣与沼液 沼渣好氧堆 沼液处理利 残渣填沼气利用生物转化单 农村沼气工2013-04-沼气 根据甲烷气体的氧当量计V2013-04-沼气 根据甲烷气体的氧当量计V(EQS 1.42P V 产生的甲烷气体体积V理论产气率，V=0 35 m3/ E废物利用效率，正常范围为0 60 QS流入液体最终生化需氧量1 42细胞组织转化为最终生化需氧量的换算系数P 产生的净细胞组织质量，kg/d沼气 根据有机物化学组成产气C H O N +n-a-b-3cH On+a-b-3cCH +n-a +b+3cCO 4 2 4 2 8 4 2 8 4 碳水化合蛋白脂肪厌氧反应器的容有机物进料Qwaste TSwaste 有机负荷率及有效容 校核操作条 满足OLR条 满足HRT要HRT VV 主要工艺设计参 沼气产率：170320 VS降解率 有机负荷(OLR)：515 停留时间2013-04-固体废物原料2013-04-固体废物原