生物处理zhh上课讲义

生物处理zhh2014堆肥化包含四层含义：原料是来自生物的固体有机物（Bio-mass）；过程是在人工控制条件下进行；作用的主体是微生物，作用的过程是生物化学过程；产物是稳定的腐殖土。一、堆肥化的基本原理与影响因素1基本原理堆肥有机物（含C,H,O,N,S,P,CL）、氧和微生物能量(CO2,H2O,NH3,PO43-）细胞物质（微生物繁殖）+同化作用异化作用转入环境释放、转化为热（一）原理有机物好氧生物分解用通式表示为：有机物＋O2＋营养物细胞质＋H2O+CO2+NH3+SO42-＋抗性有机物＋热量微生物异化，同化2好氧堆肥过程适应新环境嗜温性细菌、酵母菌、放线菌分解最易分解的可溶性物质，淀粉、糖类，温度↗45℃嗜热性微生物、细菌；残留可溶性物质，纤维素、半纤维素、蛋白质，温度↗45~60℃嗜温性微生物、多为难分解物质，温度↘腐殖质增多稳定化理想的粒度：25~75mm温度：中温阶段30~45℃，高温阶段45~60℃。废物中的有机物含量适宜20~80%最严格控制因素，较适宜范围：25~35:1。C/P=75~150最佳含水率：50%~60%。当含水率低于40%，反应速率降低。最佳的堆肥条件：pH值：7.5~8.5影响因素pH值供氧量C/N比颗粒度含水率温度和有机物含量提供氧、保证较好的通风条件。主发酵

分选、破碎、筛分、混合、养分（C/N比）及水分调节发酵仓或露天堆积，强制通风或翻堆搅拌供氧主发酵期4-12d前处理

1

2

后发酵

进一步分解难分解有机物，变成腐殖质和稳定的有机物。条堆或静态堆肥20-30d3

贮存夏冬需贮存，容纳6个月产量的贮存设备；干燥透气6

脱臭

产生臭味。除臭剂；碱、水溶液过滤；熟堆肥生物除臭、沸石等吸附剂吸附5

后处理

去除前处理未去除的塑料、玻璃金属、小石块；加入N、P、K制复合肥4

固体废物有机固体废物预处理无机物搅拌机机械发酵池风机后处理后发酵贮藏出售二好氧堆肥工艺实际操作中经常将一种高C/N比的废物（稻草、废纸）与另一种低C/N比的废物（污泥）混合在一起，以获得最佳的C/N比。干原料中氮的含量，%干原料的重量，kg干原料中碳的含量，%用1kg的树叶，配成C/N比达到25的混合发酵原料，需污泥多少kg？混合后的含水率y？发酵原料C/N比含N量，%含水率，%树叶500.750活性污泥6.35.675干物质的重量解：1、求出2种原料中碳，氮的量对于1kg树叶：m水=1×0.5kg=0.5kg，m干物质=1－0.5=0.5kgmN=m干物质×0.007=0.0035kg，mc=50×0.0035=0.175kg同理，对于1kg污泥：m水=0.75kg，m干物质=0.25kg，mN=0.014kg，mc=0.0882kg满足含水率要求2计算污泥量使C/N=253计算混合物的含水率对于0.33kg的污泥:m水=0.33×0.75=0.25kg,m干物质=0.33－0.25=0.08则混合物含水率=三、堆肥腐熟度评价腐熟度——衡量堆肥进行程度的指标堆肥腐熟度——堆肥中的有机质经过矿化、腐殖化过程最后达到温度的程度。未形成一个完整的评价指标体系一般认为主要从物理方法、化学方法、生物活性、植物毒性分析4个方面对堆肥腐熟、稳定性进行判定。一般来说，仅用某一个单一参数很难确定堆肥的化学及生物学的稳定性，应由几个或多个参数共同确定。作多方面的监测较为可靠。化学方法——提供堆肥的基础数据，其中水溶性有机化合物的分析及C/N最为常用。生物活性测试——呼吸作用是较为成熟的评估堆肥稳定性的方法。植物毒性分析——是检验正在堆肥的有机质腐熟度的较精确、有效的方法，其中发芽指数的测定较为快速、简便，而植物生长分析则可最直接地反映堆肥对植物的影响，但存在着时间较长、劳动量大的缺点。一、厌氧消化原理二、厌氧消化影响因素三、厌氧消化工艺四、厌氧消化设备第二节固体废物的厌氧消化处理五、厌氧消化工艺与技术进展厌氧发酵：在厌氧状态下利用厌氧微生物使固体废物中的有机物质分解，转化为的CH4、CO2的过程，或称厌氧消化。沼气的成分：CH4:55～70％和CO2:25～40％。此外还有总量小于5%的CO、O2、H2、H2S、N2、碳氢化合物等。（一）基本概念一、厌氧消化原理堆肥有机物微生物

有机酸，醇类，O2，NH3，H2S等，能量，微生物

细胞物质

CO2，CH4等，能量

细胞物质

一、厌氧消化原理（二）厌氧消化的过程细胞物质(微生物繁殖)

有机酸、醇类、CO2、H2S、NH3、能量

堆肥有机物(C、N、O、H、P、S等)

细胞物质

CO2、CH4等，能量

酸性发酵阶段

碱性发酵阶段

（1）二阶段理论产酸细菌产甲烷细菌厌氧发酵过程的生化过程理论：（1）两阶段理论（2）三阶段理论（3）四阶段理论（2）三阶段理论发酵菌（水解菌）产氢产乙酸菌产甲烷菌兼性厌氧菌绝对厌氧菌厌氧消化的影响因素抑制剂-挥发性脂肪酸、重金属抑制接种物量5%pH6.5~7.5、碱度，投加石灰温度40-65℃—影响产气量有机物组分及含量提高含量可增加沼气量搅拌均匀、增加接触、防止酸积累、提高产气量厌氧条件营养物质C/N比（20~30）：1二、厌氧消化的影响因素氧化还原Eh=-300mV二、厌氧消化的影响因素产酸阶段产气阶段不产甲烷的微生物大多数是厌氧菌，需要在厌氧的条件下才能把复杂的有机物分解成简单的有机酸等产气阶段的产甲烷菌是专性厌氧菌，氧对产甲烷细菌有毒害作用，因而需要严格的厌氧环境厌氧条件营养物质C/N比（20~30）：1二、厌氧消化的影响因素为微生物提供“足量”，且“平衡”的养分，其中原料中碳与氮的平衡，亦即C/N尤为重要。磷含量一般要求为有机物量的1/1000——C/N比过小，过剩的氮会变成氨气，抑制产甲烷菌活动——C/N比大于35，反应速率降低，产气量明显下降温度40-65℃—影响产气量二、厌氧消化的影响因素厌氧消化可在较为广泛的温度范围内进行（40～65℃）。在一定范围内，温度愈高微生物活性愈强。低温消化的效率低、速度慢、产气量少。厌氧微生物的代谢速率在35～38℃和50～65℃时各有一个高峰，因此，一般常把温度控制在这两个范围内，以获得尽可能高的消化速率。（中温消化、高温消化）甲烷菌对温度的急剧变化非常敏感，温度上升过快或出现很大温差时会对产气量产生不良影响。厌氧消化过程还要求温度相对稳定，一天内的温度变化保持在2℃内为宜。pH6.5~7.5、碱度，投加石灰二、厌氧消化的影响因素＜6.3产酸菌适于在酸性条件下生长，最佳pH值5.8产甲烷菌需要在严格的碱性条件下生长抑制剂-挥发性脂肪酸、重金属抑制二、厌氧消化的影响因素抑制物质抑制浓度/(mg/L)抑制物质抑制浓度/(mg/L)挥发性脂肪酸>2000Cu5氨氮1500~3000Cd150溶解性硫化物>200Fe1710Ca2500~4500Cr6+3Mg1000~1500Cr3+500K2500~4500Ni2Na3500~5500根据消化温度划分工艺类型高温消化工艺自然温度消化工艺最佳温度范围是47-55℃，此时有机物分解旺盛，消化快，物料在厌氧池内停留时间短，非常适用于城市垃圾、粪便和有机污泥的处理培养高温消化菌、维持高温、投料和排料、搅拌消化物料

在自然温度下进行的沼气发酵。温度不受人为控制，基本上是随气温变化而不断变化，通常夏季产气率较高，冬季产气率较低。目前我国农村都采用这种消化类型。这种工艺的消化池结构简单、成本低廉、施工容易、便于推广，但受季节影响明显。三、厌氧消化工艺中温消化工艺发酵温度维持在30~38℃的沼气发酵。与高温发酵相比，中温发酵所需的热量要少得多。目前世界各国的大、中型沼气工程普遍采用此工艺。根据投料运转方式划分工艺类型连续消化工艺半连续消化工艺两步消化工艺连续定量地添加消化原料和排出旧料；消化时间能长期连续进行。工艺易于控制，能保持稳定的有机物消化速率和产气率。要求原料固形物浓度较低。启动时一次性投入较多的消化原料，当产气量趋于下降时，开始定期添加新料和排出旧料，以维持比较稳定的产气率。农村较适用

两个反应器；根据两段理论设计三、厌氧消化工艺回流搅拌

厌氧消化反应池

沉淀池

贮气柜

备料池

有机固体废物

回流备料

肥料

用户

池底污泥或消化料液

消化产气

加水封池

入池堆沤

大换料

拌料接种

备料

肥料

定期或不定期出料

定期或不定期加料

活性污泥或其他接种物

连续消化工艺半连续消化工艺三、厌氧消化工艺四、厌氧消化装置第三节其它生物处理技术一、蚯蚓处理固体废物的原理是蚯蚓和微生物共同处理废物的过程，构成了以蚯蚓为主导的蚯蚓-微生物处理系统。一方面，蚯蚓直接吞食废物，经消化后形成蚓粪颗粒，蚓粪颗粒是微生物生长的理想基质；另一方面，经微生物分解的有机物是蚯蚓的优质食物。二者相互依存，促进有机废物分解。对垃圾中的有机物质有选择作用蚯蚓通过沙囊和消化道，研磨和破碎有机物垃圾中的