固体废物处理与资源化课件09第九章可生物降解固体废弃物的处理

1、本章重点掌握固体废物的堆肥化、沼气发酵的定义、原理、工艺及对工艺过程的影响因素，了解堆肥的作用 一堆肥化概述一堆肥化概述1堆肥化定义堆肥化定义 堆肥化（composting）：是在人工控制条件下，利用自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，促进来源于生物的有机废物发生生物稳定作用（Biostablization），使可被生物降解的有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。2堆肥化分类堆肥化分类按需氧程度分：好氧堆肥和厌氧堆肥；按温度分：中温堆肥和高温堆肥；按技术分：露天堆肥和机械堆肥。3堆肥的原料堆肥的原料 堆肥的原料有城市垃圾、禽畜粪便、污泥、农林废物、厨余和食品废物。二好氧堆肥化原理二好

2、氧堆肥化原理可用下式反映堆肥化过程中有机物氧化分解关系：CSHtNuOvaH2O+bO2 CwHxNyOzcH2O +dH2O(气温) + eH2O(液)+fCO2 +gNH3 +能量 堆肥化过程温度的变化过程，可大致分为三个阶段： 三好氧堆肥化基本工艺三好氧堆肥化基本工艺1好氧堆肥的基本工艺程序前处理： 在以家畜粪便、污泥等为堆肥原料时，前处理的主要任务是调整水分和碳氮比，或者添加菌种和酶制剂。在以城市垃圾为堆肥原料时，前处理往往包括破碎、分选、筛分等工序。通过破碎、分选和筛分可去除粗大垃圾和不能堆肥的物质，并通过破碎可使堆肥原料和含水率达到一定程度的均匀化。 一般说来，适宜的粒径范围是12

3、60，其最佳粒径随垃圾物理特性变化而变化。 主发酵（一次发酵）： 主发酵可在露天或发酵装置内进行，通过翻堆或强制通风向堆积层或发酵装置内堆肥物料供给氧气。物料在微生物的作用下开始发酵。首先是易分解物质分解，产生二氧化碳和水，同时产生热量，使堆温度上升。这时微生物吸取有机物的碳氮营养成分，在细菌自身繁殖的同时，将细胞中吸收的物质分解而产生热量。 以生活垃圾为主体的城市垃圾和家畜粪便好氧堆肥，主发酵期约为412d。后发酵（二次发酵）： 将主发酵工序尚未分解的易分解和较难分解的有机物进一步分解，使之变成腐殖酸、氨基酸等比较稳定的有机物，得到完全成熟的堆肥制品。通常，把物料堆积到12m高的堆层，通过自

4、然通风和间歇性翻堆，进行后发酵，并防止雨水流入。 后处理： 经过二次发酵后的物料中，经过一道分选工序以去除在预分选工序中没有去除的塑料、玻璃、陶瓷、金属、小石块等杂物，并根据需要，如生产精制堆肥等，则进行再破碎过程。脱臭：在堆肥过程中，由于堆肥物料局部或某段时间内产生的厌氧发酵会导致臭气产生，污染工作环境。因此，必须进行堆肥排气的脱臭处理。去除臭气的方法主要有化学除臭剂除臭、碱水和水溶液过滤、熟堆肥或活性碳、沸石等吸附剂过滤。 贮存：堆肥一般在春秋两季使用，夏冬两季生产的堆肥只能贮存，所以要建立可贮存6个月生产量的库房。 2典型的好氧堆肥工艺好氧静态堆肥工艺间歇式好氧动态堆肥工艺 间歇式堆肥采

5、用静态一次发酵的技术路线，其发酵周期缩短，堆肥体积减少。它是将原料一批批地发酵，一般采用间歇翻堆的强制通风垛或间歇进出料的发酵仓。 连续式好氧动态堆肥 连续式堆肥是一种发酵时间更短的动态二次发酵工艺。它是采用连续进料和连续出料的方式，原料在一个专设的发酵装置内进行一次性发酵过程。物料处于一种连续翻动的动态情况下，物料组分混合均匀，易于形成空隙，水分易于蒸发，因而使发酵周期缩短，可有效地杀灭病原微生物，并可防止异味的产生。 如DANO回转窑式发酵器（滚筒式即达诺系统）、浆叶立式发酵器 四好氧堆肥系统四好氧堆肥系统1条垛式系统场地 ：一是必须坚固，二是必须有坡度（不小于1%2%），便于排水 。 工

6、序包括：建堆：低宽35m；高23m，其断面大多为三角形长度不限。预处理：翻堆 ：翻堆是用人工或机械方法进行堆肥物料的翻转和重堆。翻堆的主要目的是通风，因此翻堆次数取决于条垛中微生物的耗氧量。 储存 2强制通风静态垛系统3反应器系统（发酵仓系统）按物料流向划分：可分为竖直流向反应器、水平或倾斜流向反应器和静止式。 按物料的流态：分为推流式和动态混合式。 五好氧堆肥过程的条件控制五好氧堆肥过程的条件控制 1堆肥中的有机物控制 堆肥原料中有机质含量低在发酵过程中产生的热量不足以维持堆肥所需要的温度要求，且堆肥的肥效低；若堆肥原料中的有机质含量过高又将给通风供氧带来不利影响，往往造成供氧不足而产生恶臭

7、。高温好氧堆肥中，有机物含量变化最适合范围为20%80%。2堆肥过程的碳氮比控制 当碳氮比为（2535）：1时发酵过程最快。若碳氮比过低（低于20：1），微生物的繁殖就会因能量不足而受到抑制，导致分解缓慢且不彻底。而一旦碳氮比过高（超过40：1），则在堆肥进入土壤后，将会发生夺取土壤中氮素的现象，产生“氮饥饿”状态，导致对作物生长产生不良影响。 3堆肥过程的水分控制 堆肥中水分的主要作用在于：溶解有机物，参与微生物的新陈代谢；水分蒸发时带走热量，起到调节堆肥温度的作用。 微生物的生长和对氧的要求均在含水率为50%60%时达到峰值。如图所示 4堆肥过程的温度及其控制 适宜的堆肥温度为5560。堆

8、肥过程中温度的控制是通过温度-通风反馈系统来控制的。即通过通风量的调节来控制温度。 5通风供氧的过程控制 通风供氧是好氧堆肥生产的基本条件之一，其主要作用在于：提供氧气，以促进微生物的发酵过程；通过供气量的控制，调节最适温度；在维持最适温度的条件下，加大通风量可以去除水分。 需氧量和耗氧速度是微生物活动强弱的宏观标志，它们的大小既能表征微生物活动的强弱，也可反映堆肥中有机物的分解程度。 在堆肥实际运行过程中，可根据以下空气近似估计方法来评价堆肥发酵情况，即：排气中O2的分压大于14%，则表示空气中氧的消耗不到1/3；最佳排气O2浓度为14%17%；如排气中O2体积浓度降至10%，则表示好氧发酵

9、停止；如用排气中CO2浓度来代替O2浓度作为监测参数，则最佳CO2的体积浓度应为3%6%。 6堆肥过程的pH值控制 pH值也是揭示堆肥分解过程的一个极好标志。适宜的pH值可使微生物有效地发挥其应有的作用，而过高或过低的pH值都会对堆肥的效率产生影响。一般认为pH值在7.58.5时，可获得最大堆肥速率。7物料的颗粒度 堆肥原料颗粒尺寸应有一定要求。物料颗粒平均适宜粒度为260，最佳粒径随垃圾物理特性而变化， 六堆肥六堆肥-人工腐殖质的作用与用途人工腐殖质的作用与用途1增加稳定的腐殖质，依靠土壤中微生物分泌的粘性物质及死亡菌体作用形成土壤的团粒结构，使土质松软、多空隙易耕作。 2肥料中的N、P、K

10、都是阳离子状态存在，由于腐殖质带“-”电荷，有吸附阳离子的作用，的助于粘土保住阳离子。即能保住养分提高保肥能力。 3腐殖质中某些成分有螯合作用（某些有机化合物和金属起特殊的结合，把金属维持在液化状态） 4腐殖质有缓冲作用。腐殖质的存在能使土壤对肥料、气象条件的变化有一定的缓冲能力。 5堆肥和化肥相比，肥效是相当低的。但堆肥中含有多种的微量元素（硫、钙、镁、锌、硼、钼、铜和铁等）。堆肥作为这些元素的供给源是有效的。稳供和长效，需要外界环境和微生物的作用才能释放出来并发挥作用。 6堆肥中含有化肥中所没有的成分，堆肥中含水量氨基酸、蛋白质、糖、脂肪、胡敏酸等各种有机养分。且作用缓慢堆肥是缓效性肥料。

11、7腐殖质的有机物具有调节植物生长作用，也有助于根系的发育和伸长，有助于扩大根部范围。8堆肥施于土壤中可增加土壤中微生物数量，微生物分泌的各种有效成分能直接或间接地被植物吸收而起到有益作用。9堆肥是二氧化碳的供给源。一、沼气发酵的定义 沼气发酵厌氧发酵甲烷发酵是指“在没有硝酸盐、硫酸盐、氧气和光线的条件下，经过厌氧微生物分解作用，复杂有机物中的碳素化合物彻底氧化分解成二氧化碳，一部分碳素彻底还原成甲烷的过程。” 二厌氧消化原理 厌氧消化的生化过程有三种见解，即两阶段理论、三阶段理论和四阶段理论。1两阶段理论：产酸阶段和产气阶段 3四阶段理论 ：四个阶段有独特的微生物菌群，各类群细菌的有效代谢均密

12、切连贯，达到一定的平衡，不能单独分开，是相互制约和促进的过程 。2三阶段理论：液化阶段、产酸阶段和产甲烷阶段 三、厌氧发酵微生物1不产甲烷菌不直接参与甲烷形成的微生物统称为不产甲烷菌。包括第一阶段的水解发酵细菌（分解菌）及第二阶段和产乙酸细菌。 其作用主要是：（1）为产甲烷菌提供营养，将大分子有机物变成小分子有机物，为产甲烷菌提供营养物质；（2）为产甲烷创造适宜的氧化还原条件；（3）为产甲烷菌消除部分有毒物质；（4）和产甲烷菌一起，共同维持发酵的PH值。 产甲烷菌有5个特点：（1）严格厌氧，对氧和氧化剂非常敏感；（2）要求中性偏碱环境条件；（3）菌体倍增期较长，有的45天才繁殖一代；（4）只能

13、利用少数简单化合物作为营养，所有产甲烷菌几乎都能利用分子氢；（5）代谢的主要终产物是甲烷和二氧化碳。2产甲烷菌分为两组，一组利用氢、二氧化碳产生甲烷；另一组利用乙酸产生甲烷。CO2+XHXCOOHXCHOXCH2OH XCH3CH3OH+XHCH3COOH+XHCH4+XH+2H-H2O+2H+2H-H2O-H2O-2H+2H-CO2甲烷形成的可能途径四、发酵工艺根据发酵温度分为： (1)自然温度发酵（常温发酵）； (2)中温发酵：2838；(3)高温发酵：4860。按进料方式分为： (1)批量进料；(2)半连续进料； (3)连续进料 。 按发酵方式分为： (1)二步发酵 (2)混合发酵 (1

14、)液体发酵：TS10%(2)固体发酵：TS20% 按原料的物理状况分为 ：(3)高浓度发酵：TS=1520%1、自然温度半批量投料发酵工艺(又称水压式沼气池工艺)新池检验旧池维修 备料配料搅拌接种入池堆沤加水封池发酵产气大换料活性污泥或其他接种物沼气定期或不定期出料农田定期或不定期加料池底泥10或发酵料液1030（58）35天（踩紧压实）（控制TS及C/N）（不漏水、气）（秸秆及粪便）2、大中型沼气工程的厌氧发酵工艺（1）酒厂酒糟液厌氧发酵的典型流程 热交换器 消化器喷淋冷却 空压机 水封 沉淀罐 贮存器 沉淀池酒糟液 防爆罐 用户污泥回流消化液热水沼气搅拌肥料、饲料（2）屠宰污水和畜粪(二级

15、沼气发酵)预处理池计量池消化池二级消化池屠宰污水猪栏粪便贮气罐污水过滤池肥料（3）城市粪便厌氧发酵集粪池格栅过滤沉淀浓缩池消化器 粪池 杂物 燃烧 粪池 锅炉二级处理贮存器排放农肥（高温）蒸汽五、影响沼气发酵的因素原料配比：C：N=2030：1 ，磷含量(以磷酸盐计)一般要求为有机物量的1/1000 温度：温度高，产气量增大。沼气发酵温度分为三种：自然温度(低温)：发酵温度随气候变化，多在20左右，产气量不高，不易达到杀灭病源菌和微生物的目的；中温发酵：3538左右，是甲烷菌的第一个最佳活性温区。产气量较大，氮损失较少。4050是高温菌和中温菌的过渡区；高温发酵：5065， 是甲烷菌的第二个最佳活性区，产气量量最高，有机物分解旺盛，发酵快，物料在沼气池内的停留时间短 。 厌氧消化过程要求温度相对稳定，一天内的温度变化保持在2。pH值 ： 甲烷菌要求的最适pH值范围很窄，甲烷细菌生长要求维持弱碱性环境，它的最佳pH值范围是6.87.5。 接种物 ：厌氧消化中菌数量的多少和质量的好坏直接影响沼气的产生。若反应器中厌氧微生物的量不够时，则需要从外界人为添加微生物 有毒物质 固体废物成分非常复杂，其中一些成分会对微生物有毒性或对其生长活动有抑制作用。 搅拌 ：搅拌可使消化物料分布均匀，增加微生物与物