环境工程固废

环境工程固废第一页，共三十五页，编辑于2023年，星期一①前处理当以城市可生化垃圾为堆肥原料时，由于所收集的垃圾粒径不一，还混有会影响垃圾处理机械正常运行异物，需要用到分选、破碎、筛分等预处理工序。通过分选和筛分可去除粗大垃圾和去除混入的异物，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。同时，破碎、筛分使原料的表面积增大，便于微生物繁殖，从而提高发酵速度。从理论上讲，粒径越小越容易分解。但是，考虑到在增加物料表面积的同时，还必须保持其一定程度的空隙率，以便于通风而使物料能够获得充足的氧气。一般地说，适宜的粒径范围是25-75mm。6.2.3.1好氧发酵工艺过程第二页，共三十五页，编辑于2023年，星期一②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供给氧气。堆肥时，由于原料和土壤中存在的微生物作用而开始发酵。首先是易分解物质分解，产生CO2和H2O，同时产生热量，使堆温上升。这些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。发酵初期物质的分解发酵作用是靠中温菌（30-40℃为最适宜生长温度）进行的，随着堆温上升，最适宜温度50-60℃的高温菌取代了中温菌。在此温度下，各种病原菌均可被杀死。一般将温度升高到温度开始降低的阶段称为主发酵阶段，可生化垃圾及家畜粪尿好氧堆肥，主发酵期约为3-10d。第三页，共三十五页，编辑于2023年，星期一③后发酵（二次发酵）经过主发酵的半成品被送到后发酵工序，将主发酵工序尚未分解的易分解有机物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。一般把物料堆积到1-2m高，进行后发酵，并要有防止雨水流入的装置。有的场合还需要翻堆和通风，但通常不进行通风，而是每周进行一次翻堆。后发酵时间通常在20-30d以上。6.2.3.1好氧发酵工艺过程第四页，共三十五页，编辑于2023年，星期一④后处理经一、二次发酵后的产品为粗堆肥。为提高堆肥质量、精化堆肥产品，需对粗堆肥进行后处理。例如：经过一道筛分，使产品粒径均匀；加入氮、磷、钾有效成分生产精制堆肥（如有必要）。第五页，共三十五页，编辑于2023年，星期一⑤脱臭部分堆肥工艺和堆肥物在堆制过程和堆肥结束后，由于局部厌氧的原因,都会有臭气产生，主要有氨、硫化氢、甲基硫醇、胺类等，必须进行脱臭处理。去除臭气的方法主要有化学除臭剂除臭，碱水和水溶液吸收法，熟堆肥、活性炭、沸石等吸附剂吸附法。在露天堆肥时，可在堆肥表面覆盖熟堆肥，以防止臭气逸散。较为多用的除臭装置是堆肥过滤器，当臭气通过该装置，恶臭成分被堆肥（熟化后的）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菌种使用，这种过滤器叫土壤脱臭过滤器。第六页，共三十五页，编辑于2023年，星期一⑥贮藏堆肥一般在春秋两季进行，在夏冬必须积存，所以要建立贮存六个月生产量的设备。贮存方式可直接堆存在发酵池中或袋装，要求干燥而透气，闭气和受潮会影响制品的质量。废物经过堆肥化制得的成品叫做堆肥（compost）。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”。废物经过堆制，体积一般只有原体积的50%-70%。6.2.3.1好氧发酵工艺过程第七页，共三十五页，编辑于2023年，星期一第八页，共三十五页，编辑于2023年，星期一表现鉴别法:1、颜色和气体2、温度3、密度堆肥经微生物降解腐熟后，其表现特征为：外观呈茶褐色或暗灰色，没有恶臭味，具有土壤的霉味，不再吸引蚊绳；质地疏松，手捏之成团，松之即散；草茎树叶之类用手一拉即断；温度下降接近常温；堆肥产品由于真菌的生长出现白色或灰白色。此法是凭经验观察堆肥的物理性状，可以作为定性的判定标准。化学方法:1、碳氧化(C/N)2、氮化合物（总氮等）3、阳离子交换量(CEC)4、有机化合物（水溶性或可浸提有机碳、还原糖、脂类等化合物、纤维素、半纤维素、淀粉等）5、腐殖质（腐殖质指数、腐殖质总量和功能基团）6.2.3.2评估成熟堆肥的方法第九页，共三十五页，编辑于2023年，星期一生物活性:1、呼吸作用（耗氧速率、CO2释放速率）2、微生物种群和数量3、酶学分析植物毒性分析1、发芽实验2、植物生长实验卫生学检测致病微生物指标等6.2.3.2评估成熟堆肥的方法第十页，共三十五页，编辑于2023年，星期一城市生活垃圾好氧静态堆肥处理技术规程(CJJ／T52—93)堆肥原料:进仓原料应符合的要求堆肥工艺类型和流程堆肥发酵期和发酵条件堆肥制品须符合现行国家标准《城镇垃圾农用控制标准》的规定。堆肥制品可按用途分别制成初级堆肥、腐熟堆肥和专用堆肥等不同品级。堆肥厂(场)的环境要求,环境监测生产工艺检测,检测方法

6.2.3.2评估成熟堆肥的方法第十一页，共三十五页，编辑于2023年，星期一（1）物理因素温度、颗粒尺寸、含水率。（2）化学因素有机质含量;C/N比;O2浓度;P、K和微量元素;pH6.2堆肥化6.2.4堆肥化的影响因素及其控制第十二页，共三十五页，编辑于2023年，星期一6.2.4堆肥化的影响因素及其控制第十三页，共三十五页，编辑于2023年，星期一1.碳氮比碳氮比（C/N比）是影响微生物生长最重要的营养因素之一。在微生物的新陈代谢过程中，对于碳和氮的需求量是不同的。微生物新陈代谢过程所要求的最佳C/N比大约在30～35（干重比）左右。在理论上，物料中的可生物降解有机物的C/N比也应控制在这个范围。不过由于大部分不含氮的有机物比含氮有机物难降解，所以以重量计算得到的C/N比与微生物实际能够摄取到的C/N比并不完全符合。实际所应用的C/N比的范围大约在25～50之间，而实践证明：当C/N比为25～35时发酵过程最快。6.2.4堆肥化的影响因素及其控制第十四页，共三十五页，编辑于2023年，星期一1.碳氮比C/N比过低如果物料中C/N比过低，会因产生大量氨抑制微生物的繁殖，导致分解缓慢且不彻底，而且超过微生物生长需要的多余氮就会以氨的形式逸散，并可能污染环境；C/N比过高C/N比过高，将影响有机物的分解和细胞质的合成，微生物的繁殖就会受到氮源的限制，导致有机物分解速率降低和最终的分解率，延长发酵时间。同时，若是以C/N比过高的堆肥施入土壤后，将会发生夺取土壤中氮素的现象，产生土壤的“氮饥饿”状态，导致对作物生长产生不良的影响。总的情况是：随着堆肥发酵的进行，其整个过程中的C/N比呈逐渐下降趋势。6.2.4堆肥化的影响因素及其控制第十五页，共三十五页，编辑于2023年，星期一1.碳氮比堆肥原料中C/N比的调整为保证成品堆肥中一定的碳氮比和在堆肥过程中使分解速度有序地进行，必须调整好堆肥原料的C/N比，适合堆肥的垃圾C/N比为20～30。一般初始原料的C/N比均高于最佳值，调整的方法是加入人粪尿、畜粪以及城市污泥等调节剂，使之降至30以下。当有机原料的碳氮比已知时，可按下式计算所需添加的氮源物料数量。K＝6.2.4堆肥化的影响因素及其控制式中，K为混合源中的碳氮比，通常其最佳范围值在配合后为35：1；C1、C2、N1、N2分别为有机原料和添加物料的碳、氮质量数。第十六页，共三十五页，编辑于2023年，星期一1.碳氮比全氮的测定全氮的测定采用凯氏定氮法，有首先利用铬粒将硝态氮还原为铵态氮，其次用浓硫酸将有机氮化合物水解成简单氮基酸，再用氧化剂将氨基酸转化成氨进行测定。全碳的测定用重铬酸钾法，利用碳的还原性，借助于氧化剂重铬酸钾将其氧化，过剩氧化剂用硫酸亚铁溶液回滴，以消耗的氧化剂量计算所氧化的碳量。6.2.4堆肥化的影响因素及其控制第十七页，共三十五页，编辑于2023年，星期一2.含水率由于水是溶剂废物中有机物和营养物质以及合成微生物细胞质必不可少的物质，所以堆肥化物质中必须维持一定的含水率。堆肥中水分的主要作用在于：溶解有机物并参与微生物的新陈代谢；通过水分蒸发带走热量，以调节堆肥的温度。原料垃圾含水包括内部水和空隙水，只有后者能影响微生物摄取溶解性养分。由于适量的含水率对堆肥发酵的速度和腐熟程度可产生直接影响，因而是好氧堆肥化的重要关键因素之一。6.2.4堆肥化的影响因素及其控制第十八页，共三十五页，编辑于2023年，星期一2.含水率最佳的含水率范围应该是50%～70%。含水率过高若含水率过高，水就会阻碍空气流通，出现厌氧状况，甚至使营养物和病原微生物随水流出，当含水率＞65%时，水分将充满空隙而使空气含量减少，堆肥由好氧向厌氧转化，温度急剧下降，于是形成发臭的中间产物（硫化氢、硫醇、氮等）以及源于硫化物而导致堆料腐败发黑；含水量过低若含水量过低，会使分解速率降低。当含水率低于12%，微生物的繁殖就会停止。实际上原料垃圾含水率的高低主要取决于其物理组成，一般情况是：若有机物百分含量＜50%，最适宜含水率为45%～50%；有机物百分含量达到60%时，最适宜含水率也可达60％.第十九页，共三十五页，编辑于2023年，星期一6.2.4堆肥化的影响因素及其控制2.含水率含水率调节剂量计算含水率可通过对不同废物按一定比例混合来调整，若含水率过高，可以使一定比例的堆肥产品循环使用来调节。若含水率低于最佳时，一般需添加调节剂如污水、污泥、人畜尿、粪便等以提高其含水量。在中温或高温阶段，若水分散失过多，则需要及时补充水分。所需添加的调节剂量与垃圾原料量有关，可按下式计算。M＝式中，M为调节剂与垃圾之质量（湿重）比；Wm、Wc、Wb分别为混合原料、垃圾或调节剂之含水率。第二十页，共三十五页，编辑于2023年，星期一3.混合和接种为了达到较合适的C/N比和含水率，常常需要将两种或两种以上的废物混合在一起。在实际应用中，在把不同的废物互相混合之前，首先要进行必要的试验和分析，以确定不同废物的数量之比。如果所要处理的固体废物中含有大量的纸张或其他一些高C/N比的物质，则可以向其中添加庭院废物、粪便或废水污泥等低C/N比的废物，以获得最佳C/N比。与此类似，也可以将高含水率的废物和低含水率的废物混合在一起，以获得将适宜的含水率。如在高含水率的废物中添加松散或吸水物（常用的有：稻草、谷壳、干叶、木屑和堆肥产品等），以辅助吸收水分，增加其空隙容积。接种是向废物中添加适当的微生物以加快好氧堆肥的反应速率。6.2.4堆肥化的影响因素及其控制第二十一页，共三十五页，编辑于2023年，星期一4.通风通风是好氧堆肥得以成功的重要因素之一，其主要作用在于：提供氧气，以促进微生物的繁殖及分解有机物所用；通过供氧量的控制，调节最适宜温度；在维持最适宜温度的条件下，加大通风量可以去除水分。①通风效果的衡量标准从理论上讲，由于有机物在堆肥过程中分解的不确定性，难以根据垃圾的含碳量变化精确确定需氧量。目前，研究人员往往通过测定堆层中的氧浓度和耗氧速度间接地了解堆层的生物活动过程和需氧量多少，从而达到控制供氧量的目的。需氧量和耗氧速度是微生物活动强弱的宏观标准，其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。6.2.4堆肥化的影响因素及其控制第二十二页，共三十五页，编辑于2023年，星期一图表示出以不同有机物含量的生活垃圾堆肥时的典型耗氧速率变化曲线。图中耗氧速率单位为△O2mol/min。许多研究表明：在以不同组分和不同物料的堆肥作业中，相互间的耗氧速度差异很大，因此可以说，不同的堆肥堆供氧的需求程度是不相同的。6.2.4堆肥化的影响因素及其控制第二十三页，共三十五页，编辑于2023年，星期一在通风供氧过程供氧的浓度控制。适合的氧浓度应根据试验测定。一般可取>10%。严格来说，应为原料空隙中的氧浓度不致因受氧的扩散阻力而影响微生物降解（耗氧速率）的最低浓度，其值一般不能<8%。若低于此数，氧将成为好氧堆肥中限制微生物生命活动的因素，并易使堆肥产生恶臭。适宜的通气量一般取0.6～1.8m3/(d•kg)挥发性固体，或将氧浓度控制在10%～18%。6.2.4堆肥化的影响因素及其控制第二十四页，共三十五页，编辑于2023年，星期一4.通风②通风供氧的方式根据不同堆肥对供氧要求的差异和堆肥反应器结构及工艺过程的不同，高温好氧堆肥的供氧方式主要有以下数种。a.自然扩散法。利用空气的自然扩散，可使氧由堆层表面向里扩散。经近似测算，在一次发酵阶段，通过表面扩散的供氧只能保证其堆体表层约20cm厚的物料内有氧存在。显然，仅以自然通风法为此时的供氧，是远不能满足其内层所需的氧量，而势将出现厌氧状态。而在二次发酵阶段，氧可自堆层表面扩散至内部约1.5m处。因此，实际生产中若堆高在此范围以下，则其二次发酵不仅可采用自然扩散的供氧方式，而且还是一种节能的供氧方法。6.2.4堆肥化的影响因素及其控制第二十五页，共三十五页，编辑于2023年，星期一4.通风②通风供氧的方式b.翻堆法利用堆料的翻动或搅拌，使空气通过包裹进入固体颗粒的空隙中。这种供氧方式较为有效，一般在条垛堆肥系统中常有所使用。c．被动通气法（自然通气之一）此法是指由于热空气上升引起所谓“烟囱”效应而使空气通过堆体的过程，在条垛式堆肥系统一般是使用这种通气方式，称之为被动通风条垛系统。其具体的做法是堆体的底部铺以孔眼朝上的穿管孔，或是空心竹竿竖直的插入堆肥体中，当堆体内的热空气上升时，其所形成的抽吸作用能使外部空气进入堆体内，达到自然通气的效果。由于此式通气无需翻堆或强制通风，因而较之于条垛式或强制通风静态垛系统可以使投资和运行费用均大有降低。6.2.4堆肥化的影响因素及其控制第二十六页，共三十五页，编辑于2023年，星期一4.通风②通风供氧的方式d.强制通气法此种通气法有鼓气、抽气和鼓抽气混合的三种方式，与其他堆肥样式相比，强制通气法易于操作和控制，是堆料供氧的最为有效方法。例如，强制通风静态垛系统和发酵仓（反应器）系统常采用此种通气以供氧。关于强制通风的风量一般以满足不同目的作为设计根据再加以计算得出。通常用于通风散热以控制维持堆体的适宜温度，必须以所需空气量的9倍供气方可满足要求。堆肥装置的强制通风量常取用0.05～0.2m3(min•m3)作为设计参考。e．翻堆与强制通风的结合法在强制通风条垛系统中常采用此种通气方式。6.2.4堆肥化的影响因素及其控制第二十七页，共三十五页，编辑于2023年，星期一4.通风③强制通风的控制强制通风的控制方式与堆肥和风机的运行情况有关。a．控制方式当风机间歇运行时，其控制方式可分为：恒定时间的通风速率控制；变化时间式；温度反馈式；速率变化的时间-温度式；微电脑控制式；O2与CO2含量反馈控制式等数种。b.控制指标。强制通风的控制指标有：通风控制有温度反馈式、O2含量反馈控制式、由温度与O2含量反馈控制组合的混合式三种。6.2.4堆肥化的影响因素及其控制第二十八页，共三十五页，编辑于2023年，星期一试计算用动态密闭型堆肥法对1t生活垃圾进行好氧堆肥化所需的通风量。已知：该生活垃圾中有机组分的化学组成式为C60.0H94.3O37.8N；该生活垃圾中有机组分的含水率=25%；挥发性固体占总固体的比例VS/TS=0.93；可降解挥发性固体占挥发性固体的比例BVS/VS=0.60；可降解挥发性固体的降解率=95%；堆肥时间=5d；这5d中每天需氧量占总需氧量的比例分别为20%、35%、25%、15%、5%；在堆肥过程中产生的氨气全部进入大气；空气中氧气的质量百分比=23%，空气的密度=1.2kg/m3；通风装置的安全系数=2。解：1.求出1t生活垃圾中可降解挥发性固体的质量。可降解发挥性固体的质量=1×（1-25%）×0.93×0.60=0.4185t=418.5kg2.求出得到降解的可降解挥发性固体的质量。得到降解的可降解挥发性固体的质量=418.5×95%=397.6kg3.求出降解1kg可降解挥发性固体的需氧量。【例】动态密闭型堆肥法的通风量计算第二十九页，共三十五页，编辑于2023年，星期一C60.0H94.3O37.8N+63.93O2→60.0CO2+45.7H2O+NH31433.12045.82640.0822.617.0需氧量-2045.8/1433.1＝1.43kgO2/kg可降解挥发性固体4.求出1t生活垃圾所需的通风量。通风量==2060m3空气5.求出通风装置的供气能力。供气能力=2060×35%×2/1440=1m3/min说明：通风装置的供气能力按需氧量最大的一天计算。在实际的堆肥化过程中，一部分可降解挥发性固体被微生物用于合成细胞物质，但是由于细胞物质的合成也许需要消耗氧气，因此，在本例题中，假定所有可降解挥发性固体都得到了好氧分解是合理的。【例】动态密闭型堆肥法的通风量计算第三十页，共三十五页，编辑于2023年，星期一5.温度在堆肥过程中，温度的控制对于微生物的生长乃至细菌种群的繁殖和生物的活性（分解有机物的速度）均有重要影响。在堆肥过程中，随着物料中微生物活动的加剧，微生物分解有机物所释放的热量大于堆肥的热耗时，堆肥温度就上升。因此，温升是微生物活动剧烈程度的最好参数。6.2.4堆肥化的影响因素及其控制第三十一页，共三十五页，编辑于2023年，星期一5.温度对有机物的降解效率而论，一般认为高温菌对有机物的降解效率高于中温菌，现在的快速、高温、好氧堆肥正是利用了这一点。堆体温度一般与环境温度相近，经过中温菌1～2d的作用，堆肥温度便能达到高温菌的理想温度50～65℃，此时嗜温菌受到抑制而嗜热菌进入激发状态。后者的大量繁殖和温度的迅速提高促使堆肥发酵由中温进入高温，并将稳定一段时间，在此温度范围内，堆肥中的寄生虫和病原菌均被杀死，一般只需5～6d无害化过程即可完成。此间腐殖质开始形成，堆肥达到初