第8章固体废物处理处置生物技术.ppt

第八章第八章 固体废物处理处置生物技术固体废物处理处置生物技术第一节 固体废物处理处置与资源化方法概论第二节 固体废物的堆肥法处置生物技术第三节 固体废物的填埋处置技术第一节 固体废物处理处置与资源化方法概论 固体废物是指人类在生产、生活过程中产生的对所有者不再具有使用价值而被废弃的固态和半固态物质，包括从废水、废气中分离出来的固体颗粒物质。工业固体废物工业固体废物农业固体废物农业固体废物矿业固体废物矿业固体废物城市垃圾城市垃圾放射性废物放射性废物按来源可分为五类：固体废物对环境的危害固体废物对环境的危害侵占土地侵占土地污染大气污染大气污染水体污染水体污染土壤污染土壤危害危害 有害气体如有害气体如SOSO2 2，NHNH3 3，CHCH4 4和和粉尘等粉尘等固废处理方法化学法生物法物理法固体废物处理方法固体废物处理方法固体废物固体废物处理技术处理技术堆肥法堆肥法热处理热处理 填埋填埋焚烧法焚烧法固体废物生物处理技术 生物处理是指依靠自然界广泛分布的微生物的作用，通过生物转化，将固体废物中易于生物降解的有机组分转化为腐殖质肥料、沼气或其他转化产品（如饲料蛋白、乙醇或糖类）等，从而达到固体废物无害化或综合利用的一种处理方法。目前，对于可生物降解的有机固体废物的处理，世界各同主要采用堆肥、卫生填埋、厌氧发酵等方法。第二节 固体废物的堆肥法处置生物技术一、堆肥法、堆肥化和堆肥的概念一、堆肥法、堆肥化和堆肥的概念堆肥法：俗称堆肥，是一种古老的微生物处理有机固体废弃物的方法。农村将秸秆、落叶和禽畜粪便和尿一起用土堆堆集，依靠现存的微生物和土壤微生物发酵腐熟后施农田，其产品为堆肥。堆肥化是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌等微生物，有效地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。堆肥是堆肥化的产品。堆肥是优质的土壤改良剂和有机肥。二、生物固体的堆肥化处理好氧堆肥：在通气条件下通过好氧微生物使有机废弃物得到降解稳定的过程。此过程速度快，堆肥温度高。厌氧堆肥：实际是微生物的固体发酵，对有机固体进行降解和稳定化，需通过更复杂的生物化学反应，该过程堆肥速度缓慢，堆肥时间是好氧堆肥法的3-4倍甚至更多。1.1.好氧堆肥机理好氧堆肥机理 好氧堆肥是在通气条件下，好氧微生物分解大分子有机固体废物为好氧堆肥是在通气条件下，好氧微生物分解大分子有机固体废物为小分子有机物，部分有机物被矿化成无机物。并放出大量的热量，小分子有机物，部分有机物被矿化成无机物。并放出大量的热量，使温使温度升高至度升高至50506565，如果不通风，温度会高到如果不通风，温度会高到80809090。这期间。这期间发酵微发酵微生物不断地分解有机物，吸收、利用中间代谢产物合成自身细胞物质，生物不断地分解有机物，吸收、利用中间代谢产物合成自身细胞物质，生长繁殖。以其更大数量的微生物群体分解有机物，最终有机固体废弃生长繁殖。以其更大数量的微生物群体分解有机物，最终有机固体废弃物完全腐熟成稳定的腐殖质。物完全腐熟成稳定的腐殖质。有机物质有机物质有机物质有机物质+好氧菌好氧菌好氧菌好氧菌+氧气氧气氧气氧气+水水水水二氧化碳二氧化碳二氧化碳二氧化碳+水（蒸汽状态）水（蒸汽状态）水（蒸汽状态）水（蒸汽状态）+硝酸盐硝酸盐硝酸盐硝酸盐+硫酸盐硫酸盐硫酸盐硫酸盐+氧化物氧化物氧化物氧化物好氧堆肥分解过程好氧堆肥分解过程好氧堆肥分解过程好氧堆肥分解过程好 氧 堆 肥 生 产 车 间 堆肥发酵 堆肥及翻堆机 好 氧 堆 肥 中 试 过 程污泥堆肥成品供应给园林所栽培植物试验用污泥堆肥成品供应给园林所栽培植物试验用 已腐熟堆肥已腐熟堆肥 脱水污泥脱水污泥 1.脱水污泥脱水污泥 2.已腐熟堆肥已腐熟堆肥 高效菌（高效菌（HEM）12 发酵车间全貌发酵车间全貌 堆肥待出料堆肥待出料 堆肥正在出料堆肥正在出料 2.2.好氧堆肥过程好氧堆肥过程01 发热阶段：发热阶段：堆层温度1545，嗜温菌活跃，可溶性糖类、淀粉等消耗迅速，温度不断升高；以细菌、真菌、放线菌为主。02 高温阶段高温阶段 堆肥温度上升到50以上时，即进入堆肥过程的第二阶段一高温阶段。温度上升到60时，真菌几乎完全停止活动，温度上升到70以上时，对大多数嗜热性微生物己不适宜，微生物大量死亡或进入休眠状态，除一些孢子外，所有的病原微生物都会在几小时内死亡，其它种子也被破坏。03降温阶段降温阶段 中温微生物又开始活跃起来，重新成为优势菌，对残余较难分解的有机物作进一步分解，腐殖质不断增多，且稳定化。当温度下降并稳定在40左右时，堆肥基本达到稳定。04腐熟阶段 堆肥进入腐熟阶段，降温后，需氧量大大减少，含水量也降低，物料间隙率增大，氧扩散能力强，此时只需自然通风。3.3.好氧堆肥发酵微生物好氧堆肥发酵微生物中温好氧的细菌和真菌中温好氧的细菌和真菌中温好氧的细菌和真菌中温好氧的细菌和真菌好热性的细菌、放线菌和真菌好热性的细菌、放线菌和真菌好热性的细菌、放线菌和真菌好热性的细菌、放线菌和真菌嗜热高温细菌和放线菌嗜热高温细菌和放线菌嗜热高温细菌和放线菌嗜热高温细菌和放线菌好氧堆肥好氧堆肥好氧堆肥好氧堆肥发酵微生物发酵微生物发酵微生物发酵微生物堆肥发酵微生物群落的演替堆肥发酵微生物群落的演替中温好氧细菌和真菌中温好氧细菌和真菌好热性的细菌、放线菌和真菌好热性的细菌、放线菌和真菌好热性的细菌和放线菌好热性的细菌和放线菌致病菌和寄生虫卵被致病菌和寄生虫卵被杀死，嗜热高温细菌杀死，嗜热高温细菌和放线菌停止活动和放线菌停止活动505060607070温度缓慢上升温度缓慢上升 分解碳水化合物、分解碳水化合物、蛋白质、脂肪蛋白质、脂肪分解纤维素和分解纤维素和半纤维素半纤维素分解纤维素和分解纤维素和半纤维素半纤维素堆肥腐熟稳定堆肥腐熟稳定堆肥中的微生态系堆肥中的微生态系是临时组成是临时组成堆肥初期堆肥初期:微生物处在迟滞期，微生物处在迟滞期，由中温好氧的细菌和真菌由中温好氧的细菌和真菌 通过分解易降解的糖类、蛋白质、脂肪等获得营养，逐渐生长繁殖，产生大通过分解易降解的糖类、蛋白质、脂肪等获得营养，逐渐生长繁殖，产生大量热量，量热量，使使堆温升高至堆温升高至5050。接着接着:由好热性的细菌、放线菌和真菌由好热性的细菌、放线菌和真菌分解纤维素和半纤维素，微生物数量不断增加，分解纤维素和半纤维素，微生物数量不断增加，温温度不断上升至度不断上升至6060，真菌停止活动。真菌停止活动。根据堆肥卫生标准规定：根据堆肥卫生标准规定：堆温要维持堆温要维持55556060持续持续5 57d7d。以使致病菌和虫卵被杀死。以使致病菌和虫卵被杀死。堆肥中的微生态系堆肥中的微生态系是临时组成是临时组成之后之后:继续由好热的细菌和放线菌继续由好热的细菌和放线菌分解纤维素和半纤维素，分解纤维素和半纤维素，温度升至温度升至7070，此时，若温度继续升高，一般的嗜热高温细菌和放此时，若温度继续升高，一般的嗜热高温细菌和放线菌也停止活动，线菌也停止活动，堆肥腐熟稳定堆肥腐熟稳定堆肥中的微生态系堆肥中的微生态系是临时组成是临时组成3.3.有机堆肥好氧分解要求的条件有机堆肥好氧分解要求的条件pp碳氮比在碳氮比在(20(2035)135)1发酵最好发酵最好,有机物含量若不够，可有机物含量若不够，可掺掺杂粪肥。杂粪肥。pp堆肥堆肥湿度要适当：湿度要适当：通常情况下，通常情况下，含水率维持在含水率维持在6060为宜为宜，堆肥发，堆肥发 酵良好。酵良好。3030时，含水量应控制在时，含水量应控制在4545；4545时，含水率控制在时，含水率控制在5050左右。左右。pp氧要供应充足氧要供应充足,通气量通气量0.050.050.2m0.2m3 3/(min/(min m m3 3)。pp有有一定数量的氮和磷，可加快堆肥速率一定数量的氮和磷，可加快堆肥速率 ，增加成品的肥力。，增加成品的肥力。pp最适温度：嗜温菌最适温度：嗜温菌发酵最适温度发酵最适温度30304040，嗜热菌，嗜热菌发酵最适温度发酵最适温度 55556060，5 57d 7d 能达到卫生无害化。能达到卫生无害化。pppH=5.5pH=5.58.5,8.5,能自身调节，好氧发酵的前几天由于产生有机酸，能自身调节，好氧发酵的前几天由于产生有机酸，pH=4.5pH=4.55 5，随温度升高氨基酸分解产生氨，一次发酵完毕，随温度升高氨基酸分解产生氨，一次发酵完毕，pHpH上升至上升至8.08.08.58.5，二次发，二次发酵氧化氨产生硝酸盐，酵氧化氨产生硝酸盐，pHpH下降至下降至7.57.5为中偏碱性肥料。由此看出：在整个发酵为中偏碱性肥料。由此看出：在整个发酵过程中，不需外加任何中和剂。过程中，不需外加任何中和剂。4.4.好氧堆肥的优点好氧堆肥的优点p好氧堆肥分解有机物快，产热量大，堆肥升温快而能保持高温时间长，可有效杀死致病微生物和虫卵。p腐熟速率快，腐熟程度高，p除臭效果好,异臭物质如氨、硫化氢和硫醇在好氧条件下转化为无臭味的氧化物NO3-和SO42-，堆肥成品无臭味。p肥效好，达到城镇垃圾农用控制标准值。p发酵周期短，一次和二次发酵时间20d左右，堆肥基本稳定。5.好氧堆肥工艺流程与设备（1）好氧堆肥工艺流程堆肥原料AC主发酵E后处理B前处理D后发酵F成品l前处理前处理 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。以城市垃圾为堆肥原料时，垃圾中含有粗大物件和不能堆肥的物质，故前处理包括破碎、分选、筛分等工序，使堆料表面积增大，便于微生物繁殖，从而提高发酵速度。适宜的粒径范围是1260mm。l主发酵主发酵 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的物料供给氧气。发酵初期物质的分解是靠嗜温菌3040为最适宜生长温度进行的，由于堆温上升，最适宜温度为4565的嗜热菌取代嗜温菌，堆温进入高温阶段。通常，在严格控制通风量的情况下，将堆温升高至开始降低为止的阶段作为主发酵阶段。对以生活垃圾为主体的城市垃圾和家畜粪便好氧堆肥而言，其主发酵期约为412天。后发酵后发酵 经过主发酵的半成品被送往后发酵工序，在这里将此前尚未分解的易分解和较难分解的有机物进一步分解，使之变成比较稳定的腐殖质类有机物，从而得到完全成熟的堆肥制品。在该工序中通常将物料堆积到12m后进行发酵，一般进行自然通风，有时需加以翻堆或作必要的通风处理。后发酵时间一般在2030天。l后处理后处理 分选去除预分选未去除的塑料、玻璃、陶瓷、金属、小石块等，若生产精堆肥，应进行再破碎过程。生产复合肥，需加入N、P、K。l成品储存成品储存 由于施用堆肥有一定季节性，故需适当的库存容量将富余堆肥产品贮存起来。一般以能贮存6个月堆肥生产量为宜。连续连续发酵发酵装置装置类型类型旋转式发酵槽旋转式发酵槽翻覆式发酵槽翻覆式发酵槽多塔式发酵槽多塔式发酵槽分批式发酵设备分批式发酵设备餐厨废弃物处理厂生化处理车间 在无氧条件下，厌氧微生物将有机废弃物（包括城市垃圾、人畜粪便、植物秸秆、污水处理厂的剩余污泥等）进行厌氧发酵，制成有机肥料，使固体废弃物无害化的过程。厌氧堆肥的原理和废水厌氧消化原理相同。不同的是：废水厌氧消化是液体发酵，厌氧堆肥是固体发酵，其发酵过程如下所示：有机物质+厌氧菌+二氧化碳+水甲烷+氨+脂肪酸+乙醛+硫醇+硫化氢 厌氧发酵第三节 固体废物的填埋处置技术 卫生填埋法是在堆肥法的基础上发展起来的，其处理原理与厌氧堆肥原理相同，在其中起发酵作用的微生物以兼性厌氧微生物和厌氧微生物为主，其表层有好氧微生物。1.概述垃圾填埋场垃圾填埋场卫生填埋作业区卫生填埋作业区导气井导气井防渗膜防渗膜 填埋场选址通常在市郊，底部要铺水泥层，以防止渗滤液渗漏到地下水。有机固体废物一层一层倒入填埋场，压实，按一定路径铺设排气管以收集甲烷气体。底部铺设渗滤液收集管，以便排放到渗滤液处理场处理。2.有机垃圾在填埋场内的生物化学变化有机垃圾在填埋场内的生物化学变化（1）好氧氧化阶段）好氧氧化阶段 在填埋初期及填埋场中有通风设施者，土壤微生物中好氧微生物利用氧气，将垃圾中一部分有机物质分解的过程。（2）厌氧阶段）厌氧阶段 在缺氧或厌氧条件下，土壤与垃圾中的厌氧微生物群落相继起作用，将生物固体和有机垃圾先“液化”，使固体物质变成可溶性有机物，然后经“酸发酵”和“碱发酵”，把有机物转化为甲烷、二氧化碳和水及一部分稳定细胞质，含氮有机物中氮转化为氨氮。（3）填埋稳定阶段）填埋稳定阶段 垃圾中较易分解的有机物历时500d后多数能被分解接近稳定状态。正常情况下，在最初的2年里产气量最大，以后开始逐渐降低，其持续产气期可达10-20年之久或更长。3.垃圾渗滤液的处理技术1.渗滤液的来源渗滤液的来源大气大气大气浆液1Lorem ipsum dolor sit amet2垃圾3大气降雨和径流垃圾中原有含水垃圾填埋后由于微生物分解产生的水2.渗滤液的特征渗滤液的特征水质复杂；污染物浓度高；有机污染物含量高，成分复杂；金属含量高，很多为有毒、有害的重金属；渗滤液中微生物营养元素比例严重失调；渗滤水水质、水量变化大。焚烧处理技术焚烧处理技术焚烧法是将垃圾集中焚烧的处理方法，此方法适合热值较高的生活垃圾，它是城市生活垃圾的主要处理方式之一。对垃圾焚烧过程中产生的余热可以通过能量再转换等形式加以回收利用，不仅能够满足垃圾焚烧厂自身设备运转的需要，还能向外界提供热能和动力，以获得比较客观的经济效益。缺点是高温的作用下易产生致癌物二噁英，因此必须对焚烧后的烟气进行处理。焚烧厂外景焚烧厂外景焚烧厂监测系统焚烧厂监测系统焚烧工艺流程焚烧工艺流程蚯蚓床生物技术蚯蚓床生物技术蚯蚓床生物技术蚯蚓床生物技术蚯蚯蚓蚓床床技技术术蚯蚓蚯蚓蚯蚓蚯蚓农林废物、城市生活农林废物、城市生活农林废物、城市生活农林废物、城市生活垃圾、污水厂污泥垃圾、污水厂污泥垃圾、污水厂污泥垃圾、污水厂污泥蚯蚓粪蚯蚓粪蚯蚓粪蚯蚓粪微生物微生物微生物微生物分解、半分解有机质分解、半分解有机质分解、半分解有机质分解、半分解有机质蚯蚓床蚯蚓床 固体废弃物的蚯蚓分解处理固体废弃物的蚯蚓分解处理是根据蚯蚓在自然生态系统中具有促进是根据蚯蚓在自然生态系统中具有促进有机物质分解转化的功能而在垃圾发酵处理的基础上发展起来的一项主有机物质分解转化的功能而在垃圾发酵处理的基础上发展起来的一项主要针对农业废弃物、城市有机生活垃圾和污水厂污泥的生物处理技术。要针对农业废弃物、城市有机生活垃圾和污水厂污泥的生物处理技术。由于蚯蚓分布广、适应性强、繁殖快、抗病力强、养殖简单，可以大规由于蚯蚓分布广、适应性强、繁殖快、抗病力强、养殖简单，可以大规模进行饲养与野外自然增殖。因此，利用蚯蚓处理固体废弃物是一种投模进行饲养与野外自然增殖。因此，利用蚯蚓处理固体废弃物是一种投资少，见效快，简单易行且效益高的工艺方法。资少，见效快，简单易行且效益高的工艺方法。蚯蚓处理固体废弃物的过程实际上是蚯蚓和微生物共同处理的过程。蚯蚓处理固体废弃物的过程实际上是蚯蚓和微生物共同处理的过程。二者构成了以蚯蚓为主导的蚯蚓二者构成了以蚯蚓为主导的蚯蚓微生物处理系统。在此系统中，蚯蚓微生物处理系统。在此系统中，蚯蚓直接吞食垃圾，经消化后，可将垃圾中有机物质转化为可给态物质，这直接吞食垃圾，经消化后，可将垃圾中有机物质转化为可给态物质，这些物质同蚯蚓排出的钙盐与黏液结合即形成蚓粪颗粒，蚓粪颗粒是微生些物质同蚯蚓排出的钙盐与黏液结合即形成蚓粪颗粒，蚓粪颗粒是微生物生长的理想基质。另一方面微生物分解或半分解的有机物质是蚯蚓的物生长的理想基质。另一方面微生物分解或半分解的有机物质是蚯蚓的优质食物，二者构成了相互依存的关系，共同促进有机固体废弃物的分优质食物，二者构成了相互依存的关系，共同促进有机固体废弃物的分解。解。收集垃收集垃圾圾机械分机械分选选有机碎有机碎块块蚯蚓转蚯蚓转化化放置蚯放置蚯蚓蚓筛筛 选选玻玻 璃璃金金 属属塑塑 料料纸纸 张张蚯蚯 蚓蚓蚓蚓 粪粪待处理料分待处理料分堆堆2、蚯蚓处理生活垃圾工艺流程、蚯蚓处理生活垃圾工艺流程