固废综合处理技术

单元四

固体废物的处理与处置固体废物处理与处置

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固体废物处理与处置

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【概念】焚烧、热解、填埋

堆肥、厌氧消化（沼气）【方法原理】

堆肥原理；厌氧消化原理；焚烧原理；

热解原理。

【知识目标】

掌握焚烧、热解、填埋处理的工艺流程；重点掌握堆肥、沼气发酵等生物处理技术。

。

本章重点常用的处理技术：焚烧与垃圾发电技术卫生填埋处理技术热解处理技术生物处理技术固体废物处理与处置

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生物处理方法好氧堆肥处理厌氧消化处理微生物浸出其它生物处理方法堆肥化（composting）:在人工控制的环境下,依靠自然界中广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的微生物学过程厌氧消化:也称厌氧发酵，指在厌氧状态下利用微生物使固体废物中有机物转变为CH4和CO2的过程微生物浸出:利用微生物新陈代谢过程或代谢产物将废物中目的元素转变为易溶状态并得以分离的过程蚯蚓床技术废物生产单细胞蛋白等1423第一节固体废物的生物处理概念：利用微生物的新陈代谢作用使固体废物分解、矿化或氧化的过程，称为固体废物的生物处理技术。作用：可将大量的固体废物通过各种工艺转换为有用的物质和能源,无害化处理。例如：提取各种有价金属，生产肥料、沼气、葡萄糖和微生物蛋白质等。固体废物处理与处置

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（一）堆肥化的定义与分类堆肥化：是在人工控制条件下，使来源于生物的有机废物发生生物稳定作用的过程。具体讲就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，在一定的人工条件下，有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程，其实质是一种发酵过程。废物经过堆肥化处理，制得的成品叫做堆肥。它是一类棕色的、泥炭般的腐殖质含量很高的疏松物质，故也称为“腐殖土”。生物处理技术之一—好氧堆肥分类：根据堆肥化过程中氧气的供应情况可以把堆肥化过程分成两种。

1、好氧堆肥（高温堆肥）：在通气条件好，氧气充足的条件下通过好氧微生物的代谢活动降解有机物。特点：一般在55～60℃时比较好，有时可高达80～90℃，堆制周期短，也称为高温堆肥或高温快速堆肥。2、厌氧堆肥：是在氧气不足的条件下借助厌氧微生物发酵堆肥。特点：堆制温度低，工艺较简单，厌氧堆肥中氮素保留比较多，但堆制周期过长，需3～12个月，异味浓烈，分解不够充分。合成(同化作用)氧化堆肥有机物(含C、H、O、N、S、P)，氧，微生物细胞物质(微生物繁殖)CO2，H2O，NH3

，PO42-，SO42-能量随水或气体排入环境释放能量转化为热供生物合成用(异化作用)+腐殖物质+（二）好氧堆肥原理1、好氧堆肥过程堆肥有机物分解过程图（2）中温阶段（产热或起始阶段）

堆制初期，15～45℃，嗜温性微生物利用堆肥中可溶性有机物进行旺盛繁殖。温度不断上升，此阶段以中温、需氧型微生物为主，主要是一些无芽孢细菌，真菌和放线菌。在目前的堆肥化设备中，此阶段一般在12小时以内。（1）潜伏阶段（亦称驯化阶段）

指堆肥化开始时微生物适应新环境的过程，亦称为驯化过程。固体废物处理与处置

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（3）高温阶段

45℃以上，嗜热性微生物为主，复杂的有机物如半纤维素、纤维素和蛋白质等开始被强烈分解。

50℃左右主要是嗜热性真菌和放线菌；

60℃时，几乎仅为嗜热性放线菌和细菌在活动；

70℃以上大多数嗜热性微生物不适应，大批死亡、休眠。大多数微生物在45～65℃范围内最活跃，所以最佳温度一般为55℃，最易分解有机物，病原菌和寄生虫大多数可被杀死。固体废物处理与处置

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微生物活性示意图1.微生物活性

2.O2利用率0时间对数增长期减速增长期内源呼吸期微生物在高温阶段的生长过程细分为：对数增长期、减速增长期和内源呼吸期。此后，堆积层内开始发生腐殖质的形成过程。固体废物处理与处置

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（4）降温阶段(腐熟阶段)

在内源呼吸后期，只剩下部分较难分解的有机物和新形成的腐殖质，此时微生物的活性下降，发热量减少，温度下降。嗜温性微生物又占优势，腐殖质不断增多且稳定化，堆肥进入腐熟阶段，需氧量和含水量降低。堆肥物孔隙增大，氧扩散能力增强，此时只须自然通风，最终使堆肥稳定，完成堆肥过程。固体废物处理与处置

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2、影响堆肥化的因素（1）化学因素①C/N和C/P比:初始物料的C/N比在30:1较好，最佳为25:1~35:1;C/P比在75~150为宜。为保证成品肥料中的C/N比为10～20:1，初始原料的一般C/N比都高于最佳值，多为35:1。②氧浓度:适宜的氧浓度为18%,最低不应小于8%。③营养元素:足够的K和微量元素对于微生物的新陈代谢是必须的，一般它们不是限制条件。④pH值:堆肥微生物最佳的pH=5.5~8.5。（2）物理因素①温度:一般认为最佳温度在50~65℃之间②颗粒尺寸:适宜的粒径范围是12~60mm。③含水率:堆肥原料的最佳含水率通常是在50%~60%（与原料的物理组成有关）。

（三）好氧堆肥工艺1、前处理以城市生活垃圾为堆肥原料时,包括破碎、分选、筛分等工序；以家畜粪便、污泥等为堆肥原料时，主要任务是调整水分和碳氮比，或者添加菌种和酶制剂，以促进发酵过程正常或快速进行。降低水分、增加透气性、调整碳氮比的主要方法是添加有机调理剂和膨胀剂。2、主发酵（一次发酵）将堆肥化物料温度升高到开始降低为止的阶段，称为主发酵阶段（或主发酵期）。堆肥过程的中温阶段和高温阶段，时间约10～12天。3、后发酵（二次发酵）将主发酵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、氨基酸等较稳定的有机物，得到完全成熟的堆肥制品。也称为熟化阶段，堆肥过程的腐熟阶段，发酵时间通常在20～30天以上。4、后处理分选以去除杂物，并根据需要再破碎。5、脱臭化学除臭剂除臭、碱水和水溶液过滤、熟堆肥或活性炭、沸石等吸附剂过滤。例：土壤过滤器。6、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。贮存方式可直接堆存在二次发酵仓中或袋装，要求干燥而透气。（五）堆肥的质量控制指标

1、发酵周期与堆肥腐熟度的概念（1）发酵周期指固体废物经好氧发酵过程由原材料成为稳定无害的堆肥产品所需要的时间。堆肥发酵周期的长短是评价堆肥工艺好坏的一个重要指标。碳氮比、通风量、温度和水分等是否处于最佳条件均能使发酵周期受到直接影响。传统的静态堆肥法，依靠自然通风和翻堆来实现好氧堆肥的全过程，因此，发酵周期需时2~3个月，有时甚至长达半年。

而目前一些高效快速动态堆肥技术，可使堆肥发酵周期控制在7d以内，。

（2）堆肥腐熟度堆肥腐熟度是指成品堆肥的稳定程度。在工程上，它是衡量堆肥反应完成的信号，在农业上，它是堆肥质量的指标。腐熟度的基本含义是：（1）通过微生物的作用，堆肥的产品要达到稳定化、无害化，亦即不对环境产生不良影响；（2）堆肥产品的使用不影响作物的生长和土壤耕作能力。

（1）氮化合物随着堆肥化过程进行，氨态氮(NH4-N)↓和硝态氮(NO3-N)↑，完全腐熟的堆肥，氮基本上以硝酸盐形式存在，未腐熟的堆肥则含氨，而基本不含硝酸盐。目前尚未得出一个具体指标，只能相对比较。（2）阳离子交换量(CEC)阳离子交换量(CEC)能反应有机质的降低程度，是堆肥的腐殖化程度及新形成的有机质的重要指标，可作为评价腐熟度的参数。对城市垃圾堆肥，建议CEC>60mmol/100g样品时，作为堆肥腐熟的指标。影响腐熟度的因素：①种子发芽可用发芽指数GI（germinationindex）来评价堆肥的腐熟程度：GI(％)=(堆肥处理的种子发芽率×种子原本的种子发芽率×种子根长)×100当GI>50%时认为堆肥基本腐熟并达到了可接受的程度；当GI达到80%~85%时，堆肥完全腐熟。②植物生物量堆肥有明显地促进植物生长的作用，可以测定一些农作物的生物量来测试堆肥的腐熟度。包括黑麦草、黄瓜、大白菜、胡萝卜、向日葵、番茄和莴苣等都曾做过测试。（4）植物毒性分析法（5）卫生学方法污泥和城市垃圾中含有大量致病细菌、霉菌、病毒及寄生虫和草种等，它们都会直接影响堆肥的安全性。根据生活垃圾的特点，我国明确了无害化堆肥的温度、蛔虫卵死亡率和粪大肠菌值的卫生学评价指标。综上所述，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。堆肥化产品的质量要求和标准CJ/T3059——1996《城市生活垃圾堆肥处理厂技术评价指标》，质量标准：粒度：农用堆肥产品粒度不大于12mm，山林果园用堆肥产品粒度不大于50mm含水率：≦35%pH值：6.5——8.5.全氮

(以N计：≧0.5%全磷(以P2O5计)：≧0.3%全钾

(以K2O计)：≧1.0%有机质(以全C计)：≧10%（六）堆肥设备及辅助机械1、计量装置2、存料区与贮料池3、给料装置（1）起重机抓斗（2）扳式给料机（3）前端斗式装载机4、堆肥厂内运输与传动装置5、铁金属和其他可回收物资的分选设备

6、堆肥设备（1）立式堆肥发酵塔：立式多层圆筒式发酵塔；立式多层板闭合门式发酵塔；立式多层浆叶刮板式发酵塔；立式多层移动床式发酵塔（2）筒仓式堆肥发酵仓：筒仓式静态发酵仓；筒仓式动态发酵仓（3）卧式堆肥发酵滚筒：旋转发酵池（4）箱式堆肥发酵池：卧式刮板发酵池；戽斗翻倒式发酵池；卧式浆叶发酵池（5）堆集式：气流箱式；定箱槽式

7、熟化设备

8、后处理设备：造粒设备，除臭设备

9、回返堆肥设备：（1）输送机回返式；（2）仓贮存式；（3）直接回返式；（4）气动运输式

10、添料装置

11、污染防治主要污染因素有粉尘、振动、噪音、污水、臭气。(1)粉尘

安装粉尘去除设备,破碎设备配备收尘装置，排气中的粉尘浓度小于0.1g/m3(标)。(2)振动(3)噪音(4)废水处理(5)脱臭

堆肥化系统中产生的臭气物质主要是氨、硫化氢、甲硫醇、胺等。主要的脱臭技术有如下8种：

①气洗法：是将臭气通入水、海水、酸(各种酸、臭氧水、二氧化氯、高锰酸钾等)、碱(苛性碱、次氯酸钠)等液体，臭气成分被吸收或转化为无味成分。

②臭氧氧化法:利用臭氧的强氧化能力，同时依靠臭氧气味起掩蔽作用。（七）堆肥过程的污染防治

③直接燃烧法:

将臭气送入锅炉燃烧室、焚烧炉等设备燃烧可燃成分。

④吸附法和中和法:

臭气成分被具有强吸附能力的物质吸附除去;中和法可降低总臭气浓度，中和剂与臭气成分进行反应及吸附。⑤氧化处理法:是用氯、次氯酸钠、次氯酸钙及二氧化氯等氧化剂进行氧化脱臭。

⑥空气氧化法:用水吸收臭气中硫化氢，硫化氢再经空气氧化成无臭无害的硫代硫酸钠。

⑦土壤氧化法:

通过各种土壤细菌的生化作用分解和去除臭气物质。

⑧离子交换树脂法：臭气成分被离子交换树脂吸附并应用带电的离子交换去除。八、大型垃圾堆肥厂工艺流程图

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基本原理堆肥过程中同化、异化作用反应式。物质变化、能量释放与获取堆肥过程堆肥过程四阶段，物质、温度、微生物相变化影响因素六个主要因素堆肥工艺六个阶段及内容堆肥设备四类123451好氧堆肥处理评价指标6四类，15个好氧堆肥演示

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1好氧堆肥处理异化作用

同化作用

细胞物质(微生物繁殖)

CO2,H2O,NH3,PO43-,O42-

能量

堆肥有机物(含C，H，O，N，P，S，Cl)、氧和微生物转入环境

释放、转化为热

+

好氧堆肥基本原理固体废物处理与处置

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1好氧堆肥处理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、糖类增多，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↗45~70℃嗜温性微生物、多为难分解物质，温度↘固体废物处理与处置

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1好氧堆肥处理影响因素及工艺堆肥化效果供氧量含水率温度和有机物含量颗粒度C/N和C/PpH主发酵

分选、破碎、筛分、混合、养分及水分调节发酵仓或露天堆积，强制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，条堆或静态堆肥，20~30d3

贮存夏冬需贮存，容纳6个月的贮存设备；干燥透气6

脱臭

产生氨、硫化氢、甲基硫醇、胺类等。化学除臭剂；碱、水溶液过滤；熟堆肥、沸石等吸附剂吸附5

后处理

分选设备去除塑料、玻璃金属、小石块；加入N、P、K制复肥4

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1好氧堆肥处理堆肥化设备

堆肥化设备破碎设备混合设备输送设备分离设备斗式装载机或推土机、垮式翻堆机、侧式翻堆机应堆肥产品质量高、操作员少、臭味控制有效、空间限制少、环境影响小等优点。垂直、倾斜及水平固体流

生物过滤器：熟化的堆肥、树皮、木片、粒状的泥炭等，负荷为80~120m3•m-3•h-1)，出气温度维持在20~40℃；

物料处理设备翻堆设备反应器堆肥系统除臭设备固体废物处理与处置

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1好氧堆肥处理腐熟度评价指标

化学指标pH/COD/BOD/VS/碳氮比/氮化物/腐殖酸

工艺指标温度耗氧速率400mg/(kg·h)堆肥腐熟度评价指标

物理学指标气味/粒度/色度

生物学指标呼吸作用/生物活性/发芽指数复习思考题1、解释名词：堆肥化；堆肥；高温好氧快速堆肥；一次发酵；二次发酵；发酵周期；腐熟度。2、好氧堆肥过程可分为哪几个阶段？各阶段的特点是什么？3、堆肥中发挥作用的微生物主要有哪些？各有什么作用？4、影响堆肥化的因素有哪些？如何控制？5、试比较条垛式系统、强制通风静态垛系统和反应器系统的特点、主要技术环节及优缺点。6、试述好氧堆肥的通风供氧方式及其应用场合。7、试述评价成熟堆肥的方法及其参数和指标。8、试比较立式堆肥发酵塔、筒仓式堆肥发酵仓和卧式堆肥发酵滚筒的结构特点及优缺点。9、堆肥化的污染防治措施有哪些？固体废物处理与处置

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2厌氧消化原理厌氧消化影响因素厌氧消化工艺厌氧消化设备1234厌氧消化处理沼气发酵过程演示

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2厌氧消化处理厌氧消化原理

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

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2厌氧消化处理厌氧消化原理

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

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2厌氧消化处理厌氧消化的影响因素添加物和抑制物厌氧条件接种物温度原料配比搅拌pH其它因素固体废物处理与处置

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2厌氧消化处理厌氧消化工艺

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

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。消化周期须视季节和地区的不同加以控制固体废物处理与处置

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2厌氧消化处理厌氧消化工艺

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投料启动后，经一段时间的消化产气，连续定量的添加消化原料和排出旧料；其消化时间能够长期连续进行。工艺易于控制，能保持稳定的有机物消化速率和产气率，但该工艺要求较低的原料固形物浓度

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；根据两段理论设计固体废物处理与处置

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2厌氧消化处理厌氧消化工艺

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固体废物处理与处置

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3微生物浸出微生物浸出内容提要

微生物浸出史浸矿细菌细菌浸出机理细菌浸出工艺细菌浸出处理放射性废渣固体废物处理与处置

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3微生物浸出微生物浸出史

1887年发现1922年浸出ZnS1947年发现ThiolacillusFerrooniclans

1954年高效1958年专利申请1

2

3

4

5

20~40年工业应用历史贫矿、尾矿废渣U、Zn、Mn、As、Ni、Co、Mo等固体废物处理与处置

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3微生物浸出细菌浸出工艺

浸出喷洒法灌溉法垂直管法均匀分布pH<2金属回收循环浸出置换电积其它金属菌液再生pH再生池固体废物处理与处置

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4其它生物技术蚯蚓床技术

蚯蚓农林废物、城市生活垃圾、污水厂污泥蚯蚓粪微生物分解、半分解有机质蚯蚓床固体废物处理与处置

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4其它生物技术蚯蚓床技术

垃圾预处理垃圾分离收集堆料、最终产品处理垃圾堆放Successfactors蚯蚓处理工艺放置蚯蚓添加有益微生物料堆状况检查固体废物处理与处置

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4其它生物技术蚯蚓床技术

温度<30℃湿度60%~70%消化彻底、肥效高减容效果好过程安全可获大量蚯蚓体蚯蚓特点

是将可燃性固体废物与空气中的氧在高温下发生燃烧反应，使其氧化分解，达到减容、解毒除害并回收能源的高温处理过程。通过焚烧处理，废物的体积可减少80％～95％，残余物为化学性质比较稳定的无机质灰渣，燃烧过程中产生的有害气体和烟尘经处理后可达标排放。

5、固体废物的焚烧处理垃圾焚烧技术的特点

利用燃烧过程对垃圾进行高温处理，垃圾中病原体破坏十分彻底，无害化、减量化效果好，还可以进行能量回收。因此，“三化”都可以实现（无害化是针对垃圾本身而言的）。大气污染问题，特别是二噁英、重金属污染问题；投资运行成本高，管理水平要求高。应用领域：生活垃圾处理——WasteToEnergy(WTE)；危险废物（医疗废物）处理。燃烧法处置垃圾的优点可大幅度减少垃圾体积(燃烧后体积可减少90%以上)垃圾的处理速度快,储存期短垃圾就地燃烧,不需要长距离运输可以回收能量用于发电和供热通过合理组织燃烧及尾气净化可实现清洁燃烧

层状燃烧技术过程稳定、技术成熟、应用广固定炉排焚烧炉、水平机械焚烧炉、倾斜机械焚烧炉等辐射、烟气对流，翻转及搅动炉型设计和配风设计

流化燃烧技术较成熟，可处理低热值、高水分废物，但对入料要求均匀化、细小化流化床焚烧炉空气流和烟气流快速移动，物料流态化状态

旋转燃烧技术较成熟、效率高回转窑焚烧炉滚筒、抄板

焚烧技术A控制燃烧温度和停留时间；B减少烟