第五章 固体废物生物处理.ppt

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1、第一节第一节 固体废物好氧固体废物好氧堆肥处理堆肥处理 一、概述一、概述（P126）堆肥化：在堆肥化：在控制条件下控制条件下，使，使可生物降解可生物降解的有机废物，的有机废物，向稳定的向稳定的腐殖质腐殖质转化的微生物学过程。转化的微生物学过程。堆肥化的产物堆肥化的产物称为堆肥。称为堆肥。2.2.堆肥作用：增加土壤中腐殖质，改善土壤物理、化堆肥作用：增加土壤中腐殖质，改善土壤物理、化学、生物性质，适于农作物生长。学、生物性质，适于农作物生长。第五章第五章 固体废物的生物处理固体废物的生物处理1.1.堆肥化、堆肥堆肥化、堆肥 固体废物生物处理固体废物生物处理指利用指利用生物体生物体的机能，对固体废

2、物的的机能，对固体废物的某些组成进行某些组成进行转化转化以降低或消除污染物产生的生产工艺。以降低或消除污染物产生的生产工艺。根据微生物生长环境分为好根据微生物生长环境分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种。氧堆肥和厌氧堆肥两种。通常指好氧堆肥。通常指好氧堆肥。二、堆肥化原理和影响因素（二、堆肥化原理和影响因素（P127)（一）原理（一）原理1、好氧堆肥好氧堆肥原理原理合成合成合成合成(同化作用同化作用同化作用同化作用)氧化氧化氧化氧化堆肥有机物堆肥有机物堆肥有机物堆肥有机物(含含含含C C、HH、OO、NN、SS、P)P)，氧，微生物氧，微生物氧，微生物氧，微生物细胞物质细胞物质细胞物质细胞物质(微生物繁

3、殖微生物繁殖微生物繁殖微生物繁殖)COCO2 2，HH2 2OO，NHNH3 3，POPO4 42-2-，SOSO4 42-2-能量能量能量能量随水或气随水或气随水或气随水或气体排入环境体排入环境体排入环境体排入环境释放能量释放能量释放能量释放能量转化为热转化为热转化为热转化为热供生物合成用供生物合成用供生物合成用供生物合成用(异化作用异化作用异化作用异化作用)+腐殖物腐殖物腐殖物腐殖物质质质质+图图图图5-15-1好氧堆肥基本原理示意图好氧堆肥基本原理示意图好氧堆肥基本原理示意图好氧堆肥基本原理示意图 好氧微生物使堆肥原料中的有机好氧微生物使堆肥原料中的有机物转化为稳定的腐殖质过程。物转化为

4、稳定的腐殖质过程。2.2.好氧堆肥化过程好氧堆肥化过程(P129)(P129)10080604020时间时间潜潜伏伏阶阶段段中中温温阶阶段段高温阶段高温阶段腐熟阶段腐熟阶段度度温温 图图5-2 5-2 好氧堆肥化过程中温度的变化好氧堆肥化过程中温度的变化嗜温性微生物利用废物中的嗜温性微生物利用废物中的可溶性物质可溶性物质大量繁殖，并大量繁殖，并释放热量，堆层温度不断上升。释放热量，堆层温度不断上升。（2 2）中温阶段（产热阶段）中温阶段（产热阶段）（3 3）高温阶段）高温阶段堆层温度达到堆层温度达到4545以上以上：以嗜热性微生物为主。可溶性以嗜热性微生物为主。可溶性有机物质继续分解，有机物质

5、继续分解，复杂的有机物质复杂的有机物质开始被强烈分解。开始被强烈分解。（4 4）腐熟阶段：易分解的有机物大部分被分解，微生物）腐熟阶段：易分解的有机物大部分被分解，微生物活性下降，温度降低，腐殖质增多。活性下降，温度降低，腐殖质增多。（1 1）潜伏阶段）潜伏阶段(驯化阶段驯化阶段)：（二）影响因素（二）影响因素（P130)1 1、供氧量、供氧量通风作用：通风作用：供氧供氧，调节堆层温度调节堆层温度和和水分含量水分含量。例例5-15-1：用一成分为：用一成分为C C3131H H5050NONO2626的堆肥物料进行好氧堆的堆肥物料进行好氧堆肥，肥，每每1000kg1000kg堆料在堆肥化后仅剩

6、下堆料在堆肥化后仅剩下200kg200kg，测定产品测定产品成分为成分为C C1111H H1414NONO4 4，试求每，试求每1000kg1000kg物料的理论需氧量。物料的理论需氧量。解：（解：（1 1）堆肥物料）堆肥物料C C3131H H5050NONO2626分子量为分子量为852852，则，则1000kg1000kg堆料有机物的量堆料有机物的量=(1000/852)=1.173kmol=(1000/852)=1.173kmol。（2 2）堆肥产品）堆肥产品C C1111H H1414NONO4 4分子量为分子量为224224，则每，则每molmol堆料生堆料生成的堆肥产品摩尔数为

7、成的堆肥产品摩尔数为n n200/200/（1.173224)=0.76kmol1.173224)=0.76kmol由由a=31,b=50,c=1,d=26,w=11,x=14,y=1a=31,b=50,c=1,d=26,w=11,x=14,y=1，z=4,z=4,可得可得（3 3）堆肥过程可表示为堆肥过程可表示为（书上错误书上错误）4 4）堆肥过程所需氧量）堆肥过程所需氧量m=0.5(0.764+222.64+19.32-26)1.17332=781.5kgm=0.5(0.764+222.64+19.32-26)1.17332=781.5kg3 3、温度和有机物含量、温度和有机物含量温度温度

8、:50:506565之间，高温有利于杀菌。之间，高温有利于杀菌。有机物含量影响有机物含量影响堆肥温度与通风供氧堆肥温度与通风供氧要求。适宜有机物要求。适宜有机物含量含量20208080。4 4、颗粒度：、颗粒度：影响供风通氧影响供风通氧；堆肥前需破碎、分选等去除；堆肥前需破碎、分选等去除不可堆肥化物质，使物料粒度均匀化。不可堆肥化物质，使物料粒度均匀化。5 5、C/NC/N和和N/PN/P比比碳为生物发酵提供动力和能源，氮主要用于合成微生碳为生物发酵提供动力和能源，氮主要用于合成微生物体，也是反应速率的控制因素；物体，也是反应速率的控制因素；C/NC/N为（为（26263535）:1;C/P:

9、1;C/P为（为（7575150150）：）：1 1。2 2、含水率、含水率 水分作用水分作用：溶解有机物，参与微生物新陈代谢；调节：溶解有机物，参与微生物新陈代谢；调节温度。适宜含水率为温度。适宜含水率为505060%60%。例例5-25-2：废物混合最适宜：废物混合最适宜C/NC/N比计算，树叶比计算，树叶C/NC/N为为5050，与，与来自污水处理厂的活性污泥混合，活性污泥来自污水处理厂的活性污泥混合，活性污泥C/NC/N为为6.36.3。分别计算各组分的比例，使混合分别计算各组分的比例，使混合C/NC/N比达到比达到2525。条件如。条件如下：污泥含水率下：污泥含水率75%75%；树叶

10、含水率；树叶含水率50%50%；污泥含氮率；污泥含氮率5.6%5.6%；树叶含氮率；树叶含氮率0.7%0.7%；(P132)(P132)解：（解：（1 1）计算树叶和污泥的含量）计算树叶和污泥的含量对于对于1kg1kg的树叶的树叶对于对于1kg1kg的污泥的污泥 （2 2）计算加入到树叶中的污泥量使混合）计算加入到树叶中的污泥量使混合C/N=25C/N=25（3 3）计算混合后的）计算混合后的C/NC/N和含水率和含水率对于对于0.33kg0.33kg的污泥的污泥对于对于0.33kg0.33kg的污泥的污泥+1kg+1kg的树叶的树叶6 6、pHpH值值:适宜适宜pHpH值值7.57.58.5

11、8.5。则则固固体体废物废物有机固有机固体废物体废物前处理前处理无机物无机物主发酵主发酵机械发机械发酵池酵池风机风机后处理后处理后发酵后发酵贮藏贮藏出售出售二、好氧堆肥工艺二、好氧堆肥工艺图图5-3好氧堆肥工艺流程好氧堆肥工艺流程1.1.前处理前处理 包括包括破碎破碎、分选分选、筛分筛分、混合混合及及养分、水分的调节养分、水分的调节等。等。2.2.主发酵（一次发酵，主发酵（一次发酵，4 412d12d）在露天或发酵装置内进行，通过在露天或发酵装置内进行，通过翻堆翻堆或或强制通风强制通风供氧供氧。堆肥过程中堆肥过程中温度升高到开始降低的阶段温度升高到开始降低的阶段称为主发酵期。称为主发酵期。3.

12、3.后发酵（二次发酵，后发酵（二次发酵，202030d）将主发酵工序将主发酵工序尚未分解的有机物尚未分解的有机物进一步分解，得到腐熟进一步分解，得到腐熟的堆肥制品。通常采用条堆或静态堆肥的方式。的堆肥制品。通常采用条堆或静态堆肥的方式。4.4.后处理：去除杂质，或按需要加入后处理：去除杂质，或按需要加入N N、P P和和K K等添加剂。等添加剂。5.5.脱臭：化学除臭剂；碱水或水溶液过滤；生物除臭法；脱臭：化学除臭剂；碱水或水溶液过滤；生物除臭法；吸附法。吸附法。6.6.贮存贮存2.2.评价指标评价指标三、堆肥腐熟度评价三、堆肥腐熟度评价（P134)1 1、腐熟度、腐熟度:指堆肥中指堆肥中有机

13、质有机质的的稳定程度稳定程度。（1）物理指标：）物理指标：气味气味、粒度粒度、色度色度、温度温度（2 2）化学指标）化学指标 pHpH、有机质变化指标（、有机质变化指标（CODCOD、BODBOD5 5、VSVS）、碳氮比、氮）、碳氮比、氮化合物（总氮、化合物（总氮、NHNH4 4-N-N、NONO3 3-N-N、NONO2 2-N-N）；腐殖酸。）；腐殖酸。（3 3）生物指标）生物指标耗氧速率、微生物数量及种群。耗氧速率、微生物数量及种群。第二节第二节 固体废物厌氧消化处理固体废物厌氧消化处理一、概述（一、概述（P135)P135)1 1、厌氧消化（甲烷发酵）：指、厌氧消化（甲烷发酵）：指厌

14、氧条件下厌氧条件下，厌氧微生物厌氧微生物使有机物转化为使有机物转化为COCO2 2、CHCH4 4过程。过程。2 2、特点、特点过程可控、生产过程全封闭；能源化效果好；运行成本低；过程可控、生产过程全封闭；能源化效果好；运行成本低；产物可再利用；处理效率低，设备体积大；产生恶臭。产物可再利用；处理效率低，设备体积大；产生恶臭。二、厌氧消化原理二、厌氧消化原理(一）三阶段理论一）三阶段理论图图5-4 5-4 有机物的厌氧发酵过程有机物的厌氧发酵过程固体物质变成溶于水的固体物质变成溶于水的物质。细菌再将其分物质。细菌再将其分解成不同的产物。解成不同的产物。可溶性有机物在产氢和产酸菌可溶性有机物在产

15、氢和产酸菌作用下进一步分解。作用下进一步分解。对对不溶性有机废物不溶性有机废物而言，水解阶段是厌氧消化控制步骤。而言，水解阶段是厌氧消化控制步骤。对可溶性有机废水而言，产甲烷阶段是厌氧消化控制步骤。对可溶性有机废水而言，产甲烷阶段是厌氧消化控制步骤。2 2、两段理论、两段理论分为分为酸性发酵阶段酸性发酵阶段和和碱性发酵阶段碱性发酵阶段，相应起作用的微生，相应起作用的微生物分为产酸细菌和产甲烷细菌。物分为产酸细菌和产甲烷细菌。二、厌氧消化影响因素二、厌氧消化影响因素1 1、厌氧条件、厌氧条件 用氧化还原电位（用氧化还原电位（EhEh）表示，）表示，Eh-330mVEh-330mV。2、原料配比原

16、料配比 C/NC/N比（比（20203030）：）：1 1。磷（以磷酸盐计）为有机物量。磷（以磷酸盐计）为有机物量的的1/10001/1000。3 3、温度、温度中温发酵（中温发酵（35353838）和高温发酵（）和高温发酵（50506565）。高温）。高温有利于杀菌。有利于杀菌。4 4、pHpH值：值：6.56.57.57.5。5 5、添加物和抑制物、添加物和抑制物添加少量添加少量磷矿粉磷矿粉、钢渣、炉灰等，有利于厌氧发酵。、钢渣、炉灰等，有利于厌氧发酵。抑制物指一些金属离子、杀菌剂和人工合成的化合物。抑制物指一些金属离子、杀菌剂和人工合成的化合物。6 6、接种物：提高消化液中、接种物：提高

17、消化液中微生物的种类和数量微生物的种类和数量。7 7、搅拌、搅拌 物料、温度分布均匀；增加微生物与物料的接触，防物料、温度分布均匀；增加微生物与物料的接触，防止局部酸积累。止局部酸积累。三、三、厌氧消化工艺厌氧消化工艺 （一）按消化温度划分（一）按消化温度划分1 1、高温消化工艺（、高温消化工艺（47475555）程序如下：程序如下：高温消化菌培养：高温消化菌培养：菌种取自污水池污泥。菌种取自污水池污泥。高温维持：池内布设盘管，通入蒸汽加热料浆；高温维持：池内布设盘管，通入蒸汽加热料浆；原料投入与排出：连续投入新料与排出消化液；原料投入与排出：连续投入新料与排出消化液；搅拌：搅拌：2 2、自然

18、消化工艺、自然消化工艺出出图图5-65-6自然温度自然温度半批量投料半批量投料消化工艺流程消化工艺流程 包括预处理、消化反应器、消化气包括预处理、消化反应器、消化气净化与贮存、消化液与污泥的净化与贮存、消化液与污泥的分离、处理与利用。分离、处理与利用。消化池结构简单、成本低。消化池结构简单、成本低。消化周期视季节和地区的消化周期视季节和地区的不同加以控制。不同加以控制。（二）按（二）按投料方式投料方式分分1 1、连续消化工艺、连续消化工艺图图5-75-7固体废物连续消化工艺流程固体废物连续消化工艺流程 定量添加消化原料和排出旧料，消化连续运行。定量添加消化原料和排出旧料，消化连续运行。2 2、

19、半连续消化工艺（图、半连续消化工艺（图5-85-8）3 3、两步消化两步消化工艺工艺第一反应器功能：水解、液化固态有机物；缓冲和稀释负第一反应器功能：水解、液化固态有机物；缓冲和稀释负荷冲击与有害物质，截留难降解的固态物质。荷冲击与有害物质，截留难降解的固态物质。第二反应器功能：保持厌氧条件和第二反应器功能：保持厌氧条件和pHpH，消化、降解前一阶，消化、降解前一阶段产物，产生消化气，截留悬浮固体，改善出料性质。段产物，产生消化气，截留悬浮固体，改善出料性质。启动时投入较多原料启动时投入较多原料，当，当产气量下降时产气量下降时，定期和不定，定期和不定期的添加新料和排出旧料，维持稳定的产气率。期

20、的添加新料和排出旧料，维持稳定的产气率。四、厌氧消化装置四、厌氧消化装置（一）水压式沼气池（一）水压式沼气池 多多用用于于我我国国农农村村,多多采采用用地地下下埋设。埋设。优优点点：池池顶顶有有活活动动盖盖板板，便便于于检检修修。结结构构简简单单，造造价价低低，施施工方便。工方便。缺缺点点：气气压压不不稳稳定定，池池温温低低、原料利用率、产气率低。原料利用率、产气率低。（二）长方形或方形甲烷消化（二）长方形或方形甲烷消化池池1.进料口；进料口；2.出料口；出料口；3.发酵室；发酵室；4.气体储藏室；气体储藏室；5.木板盖；木板盖；6.储水库；储水库；7.搅拌器；搅拌器；8.通水穴；通水穴；9.

21、出料门洞；出料门洞；10粪水溢水管；粪水溢水管；11.导气喇叭口。导气喇叭口。（三）红泥塑料沼气池（三）红泥塑料沼气池1 1、半塑式沼气池、半塑式沼气池:图图5-115-11。2 2、两模全塑式沼气池、两模全塑式沼气池图图5-12 5-12 两模全塑式沼气池两模全塑式沼气池3 3、袋式全塑沼气池、袋式全塑沼气池图图5-13 5-13 袋式全塑沼气池袋式全塑沼气池4 4、干湿交替发酵沼气池、干湿交替发酵沼气池图图5-14 5-14 干湿交替发酵沼气池干湿交替发酵沼气池（b b）古典型古典型（a a）欧美型欧美型（c c）蛋型蛋型（d d）欧洲平底型欧洲平底型图图5-15 5-15 现代化大型工业发酵设备现代化大型工业发酵设备思考题：思考题：P241P241，第，第1 1、2 2、3 3、4 4、6 6、1010、1111