固体废物的生物处理固体废弃物的处理与资源化教学

1、1会计学固体废物的生物处理固体废弃物的处理固体废物的生物处理固体废弃物的处理与资源化教学与资源化教学第1页/共83页为流行。目前世界上约有为流行。目前世界上约有150150多家这样的工多家这样的工厂。厂。第2页/共83页 我国自古以来就有成熟的积肥制肥工艺。随着农业生我国自古以来就有成熟的积肥制肥工艺。随着农业生产力大幅度提高，化肥投人量不断增大，在造成的环境污产力大幅度提高，化肥投人量不断增大，在造成的环境污染日趋加重的同时，由于逐渐丧失了传统农业中有机肥的染日趋加重的同时，由于逐渐丧失了传统农业中有机肥的投入，致使土壤肥力大幅度下降。投入，致使土壤肥力大幅度下降。第3页/共83页5-1-2

2、 5-1-2 堆肥的基本原堆肥的基本原理理一、高温堆肥（好氧）一、高温堆肥（好氧）二、堆肥工艺流程二、堆肥工艺流程第4页/共83页温堆肥。后者是利用微温堆肥。后者是利用微生物发酵造肥。生物发酵造肥。基本原理基本原理第5页/共83页 好氧堆肥是在有氧条件下，借好氧好氧堆肥是在有氧条件下，借好氧微生物（主要好氧菌）的作用来进行的微生物（主要好氧菌）的作用来进行的。第6页/共83页第7页/共83页 堆肥化过程是微生物对有机物实行生物降解的过程。含适量的水分和有机质在通风条件下，其中会自然繁殖出大量的微生物。各种微生物的生长过程即降解有机质产生二氧化碳和水蒸气及热量释放的过程。热量大于堆肥向环境的散热

3、，堆肥物料的温度会上升。此时耐温微生物就会死亡，耐热细菌就会快速地生长、大量地繁殖。 根据堆肥的温度变化过程，可将其分为三个阶段，起始阶段，高温阶段和熟化阶段。 起始阶段起始阶段，嗜温细菌、放线菌、酵母菌和真菌分解有机物中易降解的葡萄糖、脂肪和碳水化合物，分解所产生的热量又促使堆肥物料温度继续上升。当温度升到40一50时，则进入堆肥过程的第二阶段 高温阶段。 第8页/共83页 高温阶段，堆肥起始阶段的微生物就会死亡、取而代之的一系列高温菌，其生长所产生的热量又进一步使堆肥温度上升到70，在温度为6070的堆肥中、除一些孢子外所有的病原微生物都会在几小时内死亡。当有机物基本降解完时，高温菌就会由

4、于缺乏适当的养料而停止生长，产热也随之停止而堆肥温度就会由于散热而逐渐下降，此时，堆肥过程就进入第三阶段熟化阶段。 熟化阶段，一系列新的微生物（主要是真菌和放线菌），将借助于残余有机物（包括死掉的细菌残体）而生长最终完成堆肥过程。 因此、可以认为堆肥过程就是细菌生长、死亡的过程；也是堆肥物料温度上升和下降的动态过程。 第9页/共83页第10页/共83页主要生物化学反应主要生物化学反应: :第11页/共83页第12页/共83页第13页/共83页第14页/共83页第15页/共83页以家畜粪尿、污泥等为堆肥原料时，前处理主要是调整水分和以家畜粪尿、污泥等为堆肥原料时，前处理主要是调整水分和C/N比，

5、或者添加菌种和酶。但以城市生活垃圾为堆肥原料时，比，或者添加菌种和酶。但以城市生活垃圾为堆肥原料时，由于垃圾中含有大块的和非堆肥物质，因此有破碎和分选前处由于垃圾中含有大块的和非堆肥物质，因此有破碎和分选前处理工艺。通过破碎和分选，去除非堆肥物质，调整垃圾的粒径理工艺。通过破碎和分选，去除非堆肥物质，调整垃圾的粒径。家畜粪家畜粪尿尿调整水调整水分分调整调整C/N比比城市垃城市垃圾圾破碎破碎分选分选前前处处理理第16页/共83页第17页/共83页第18页/共83页第19页/共83页第20页/共83页第21页/共83页第22页/共83页第23页/共83页第24页/共83页第25页/共83页 过滤器

6、，当臭气通过该装置，恶臭成分被堆肥过滤器，当臭气通过该装置，恶臭成分被堆肥 ( (熟化后熟化后的的) )吸附，进而被其中好氧微生物分解而脱臭，也可用特种吸附，进而被其中好氧微生物分解而脱臭，也可用特种土壤代替堆肥使用，这种过滤器叫土壤脱臭过滤器。土壤代替堆肥使用，这种过滤器叫土壤脱臭过滤器。 部分堆肥工艺和堆肥物在堆制过部分堆肥工艺和堆肥物在堆制过程和结束后，会产生臭味，必须进行程和结束后，会产生臭味，必须进行脱臭处理。去除臭气的方法主要有化脱臭处理。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，学除臭剂除臭，碱水和水溶液过滤，熟堆肥或活性炭、沸石等吸附剂过滤熟堆肥或活性炭、沸石等吸附

7、剂过滤。在露天堆肥时，可在堆肥表面覆盖。在露天堆肥时，可在堆肥表面覆盖熟堆肥，以防止臭气逸散。较为多用熟堆肥，以防止臭气逸散。较为多用的除臭装置是堆肥的除臭装置是堆肥脱臭机脱臭机第26页/共83页 经引风机进入生物除臭器的臭气和有机废气，与喷淋而下的循环液在特制滤层填料从内到外互相交融，使臭气和有机废气溶解，由气相进入液相，微生物菌群通过代谢作用将臭气污染物一部分转换成细胞物质，一部分转换为营养物质，如含硫的被氧化分解成S、SO32-、SO42-等离子;含氮的被氧化分解成NH4+、 NO2+、NO3+;含碳、氢的分解成CO2和H2O，从而使恶臭成分得以去除， 经一级循环过滤净化，除臭率达，由于

8、恶臭物成分复杂多样，往往带有病原体微生物和病毒，经生物除臭二级生化循环液，气液交流、洗涤、溶解、吸收、消毒、灭菌，净化率可达%。整个过程遵循亨利(henry)定律和菲克(Fick)定律。 脱臭原理脱臭原理第27页/共83页第28页/共83页第29页/共83页一、影响堆肥的一、影响堆肥的因素因素第30页/共83页第31页/共83页第32页/共83页 3. 3. 氧气氧气 好氧堆肥，氧气是微生物赖以生存的物质条件，供氧不足会造成大量微生物死亡，使分解速度减慢。但提供冷空气量过大会使温度降低，尤其不利于耐高温茵的氧化分解过程。因此，供氧量要适当，实际所需空气量应为理论空气量的2-10倍，供氧方式是靠

9、强制通风和翻堆搅拌完成的。因此，保持物料间一定的空隙率很重要，物料颗粒太大使空隙率减小，颗粒大小其结构强度小，一旦受压会发生倾榻压缩而导致实际缝隙减小。因此颗粒大小要适当。 厌氧堆肥，尽可能地隔绝空气。 第33页/共83页 在垃圾堆中的氧在垃圾堆中的氧气与温度是影响反应气与温度是影响反应速度，气味污染的关速度，气味污染的关键所在。键所在。 现代堆肥技术现代堆肥技术 氧控制法堆氧控制法堆肥肥 控制系统根据在线检测得到的结果按照好氧生物过程的需氧控制系统根据在线检测得到的结果按照好氧生物过程的需氧量来自动确定通风量。量来自动确定通风量。 堆肥堆里的氧气及温度检测仪将在线检测的氧气浓度及温度堆肥堆里

10、的氧气及温度检测仪将在线检测的氧气浓度及温度传输至控制系统，控制系统即进行这些数据处理、运算与优化，并传输至控制系统，控制系统即进行这些数据处理、运算与优化，并自动启、停风机。自动启、停风机。 通过优化地进行通风，一方面保证系统中足够的氧气含量，通过优化地进行通风，一方面保证系统中足够的氧气含量，另一方面避免了由过量通风而引起的温度下降，同时将运行能耗降另一方面避免了由过量通风而引起的温度下降，同时将运行能耗降至最低。至最低。第34页/共83页第35页/共83页n调整堆肥原料的碳氮比能收到较理想的效调整堆肥原料的碳氮比能收到较理想的效果。果。第36页/共83页第37页/共83页第38页/共83

11、页保证好氧分解的酸碱度水平。保证好氧分解的酸碱度水平。第39页/共83页含水率含水率35%35%；C/NC/N比：比：20/120/1；堆肥；堆肥粒度粒度l0mml0mm。第40页/共83页第41页/共83页第42页/共83页5-1-4 5-1-4 好氧堆肥的主好氧堆肥的主要设备要设备 第43页/共83页第44页/共83页杭州垃圾堆肥杭州垃圾堆肥厂厂第45页/共83页第46页/共83页第47页/共83页上海安亭机械化堆肥上海安亭机械化堆肥技术技术第48页/共83页第49页/共83页第50页/共83页5-2 5-2 厌氧消化厌氧消化 厌氧消化也称为厌氧发酵或沼气发酵，是指有机物在厌氧细菌作用下转

12、化为甲烷（或沼气）的过程。特定的厌氧条件 微生物将有机质进行分解，其中一部分碳素物质转化为甲烷和二氧化碳。 能量大部转化储存在甲烷中，仅一小部分有机碳化物氧化成二氧化碳，释放的能量作为微生物生命活动的需要。 仅积储少量的微生物细胞。第51页/共83页CH4CO2 ，产酸阶段的H2和CO2再转化为CH4 。反应复杂是整个过程的控制步骤。第52页/共83页第53页/共83页第54页/共83页第55页/共83页葡萄糖葡萄糖 C C6 6H H1212O O6 6 3CH 3CH4 4 + 3 + 3 COCO2 2 蛋白质蛋白质 CHCH4 4 + CO + CO2 2 + H + H2 2S +

13、S + NHNH3 3 脂肪脂肪 CHCH4 4 + CO + CO2 2厌氧消化的主要反应式:第56页/共83页5-2-2 厌氧厌氧消化的影响消化的影响因素因素1 厌氧条件 无氧条件 厌氧菌存在 氧化还原电位-330mv以下2 营养物质(配比) 氮、磷是厌氧消化所需要的最主要的营养物质，这些元素是厌氧细胞合成与生长必需的。 C/N比为(20-30):1。 磷含量为有机物量的1/1000 。第57页/共83页5-2-2 厌氧厌氧消化的影响消化的影响因素因素3 温度 温度是影响微生物生命活动过程的重要因素，主要通过对酶活性的影响而影响微生物的生长速率与对基质的代谢速率。产甲烷化可以在2（海底沉淀

14、物中)到大于100（地热环境中)范围内进行。总体上，整个消化反应每升高10，反应速率增加一倍，但是在60以上时，反应速率迅速下降。 厌氧消化应用的三个主要温度范围是：20-25(常温)，30-40（中温）和50-60(高温)。中温消化、高温消化是两个生化速率最高和产气率最大的区间。4 pH 弱碱性pH=6.5-7.5 投加石灰等 第58页/共83页5-2-2 厌氧厌氧消化的影响消化的影响因素因素5 添加物与有毒物质 分别在发酵液中添加少量的硫酸锌、磷矿粉、炼钢渣、硫酸锌、磷矿粉、炼钢渣、碳酸钙、炉灰碳酸钙、炉灰等，均可不同程度地提高产气量、甲烷含量以及有机物质的分解率，其中以添加磷矿粉的效果为

15、最佳。添加过磷酸钙，能促进纤维素的分解，提高产气量。 添加少量钾、钠、钙、镁、锌、磷钾、钠、钙、镁、锌、磷等元素能促进产气、提高产气率的原因为： 促进沼气发酵菌的生长； 增加酶的活性。 尤其是镁、锌、锰等二价金属离子常常是酶活性中心的组成成分。Mn2+、Zn2+是水解酶的活化剂，能提高酶的活性和促进酶的反应速度，有利于纤维素等大分子化合物的分解。第59页/共83页有毒物质： 能抑制发酵微生物的生命活力。 种类很多。沼气发酵菌对它们有一定的忍耐程度，超过允许浓度，常使沼气发酵受阻。 无机和有机、植物性的和矿物性无机和有机、植物性的和矿物性的物质的物质。 原因： 发酵不正常而造成的有机酸的大有机酸

16、的大量积累量积累，以及氨浓度过高氨浓度过高所引起发酵发酵障碍障碍添加的一些有害物质，而使沼气发酵受到抑制。第60页/共83页5-2-2 厌氧厌氧消化的影响消化的影响因素因素6 接种量 接种的数量与质量对于厌氧消化中的产甲烷阶段的运行效果和稳定性非常重要。菌种量达料液的5%以上。7 搅拌-去浮渣、均匀物料、气固分离第61页/共83页 5-2-3 5-2-3 厌氧消化工艺厌氧消化工艺 按发酵温度分为：高温厌氧消化工艺和自然温度厌氧消化工艺。 高温厌氧消化工艺：47-55，高温菌的培养，高温的维持，原料的加入、排出方式，发酵物料的搅拌等。 自然温度厌氧消化工艺：自然温度厌氧发酵指在自然界温度影响下发

17、酵温度发生变化的厌氧发酵。目前我国农村都采用这种发酵类型，其工艺流程如下图所示。 第62页/共83页自然温度半批量投料厌氧发酵工艺流程自然温度半批量投料厌氧发酵工艺流程 第63页/共83页 5-2-3 5-2-3 厌氧发酵工艺厌氧发酵工艺按投料运转方式分为： 连续消化工艺。 半连续消化工艺 两步消化工艺第64页/共83页半连续消化工艺第65页/共83页连续消化工艺第66页/共83页第67页/共83页第68页/共83页第69页/共83页 两步消化工艺第70页/共83页第71页/共83页5-2-4 5-2-4 厌氧消化装置厌氧消化装置 水压式沼气池 长方形消化池第72页/共83页左图为左图为水压式

18、水压式沼气池沼气池 第73页/共83页作业：作业：P154P1541 1、 2 2、 6 6第74页/共83页 高温阶段，堆肥起始阶段的微生物就会死亡、取而代之的一系列高温菌，其生长所产生的热量又进一步使堆肥温度上升到70，在温度为6070的堆肥中、除一些孢子外所有的病原微生物都会在几小时内死亡。当有机物基本降解完时，高温菌就会由于缺乏适当的养料而停止生长，产热也随之停止而堆肥温度就会由于散热而逐渐下降，此时，堆肥过程就进入第三阶段熟化阶段。 熟化阶段，一系列新的微生物（主要是真菌和放线菌），将借助于残余有机物（包括死掉的细菌残体）而生长最终完成堆肥过程。 因此、可以认为堆肥过程就是细菌生长、死亡的过程；也是堆肥物料温度上升和下降的动态过程。 第75页/共83页 过滤器，当臭气通过该装置，恶臭成分被堆肥过滤器，当臭气通过该装置，恶臭成分被堆肥 ( (熟化后熟化后的的) )吸附，进而被其中好氧微生物分解而脱臭，也可用特种吸附，进而被其中好氧微生物分解而脱臭，也可用特种土壤代替堆肥使用，这种过滤器叫土壤脱臭过滤器。土壤代替堆肥使用，这种过滤器叫土壤脱臭过滤器。 部分堆肥工艺和堆肥物在堆制过部分堆肥工艺和堆肥物在堆制过程和结束后，会产生臭味，必须进行程和结束后，会产生臭味，必须进行脱臭处理。去除臭气的方法主要有化脱臭处理。去除臭气的方法主要有化