第五章-固体废物的生物处理314.ppt
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1、生物处理技术生物处理技术堆肥堆肥生物处理技术生物处理技术l概念:利用微生物的新陈代谢作用使固体废物分解、矿化或概念:利用微生物的新陈代谢作用使固体废物分解、矿化或氧化的过程氧化的过程l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。和能源。例如:提取各种有价金属,生产肥料、沼气、葡萄糖和微生例如: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。物蛋白质等。生物处理技术生物处理技术堆肥堆肥第一节第一节 固体废物的好氧堆肥处理固体废物的好氧堆肥处理(一)堆肥化的定义与分类(一)堆肥化的定义与分类l堆肥化堆肥化(Compost
2、ing):(Composting):在人工控制的条件下,依靠自然界中在人工控制的条件下,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程l堆肥堆肥(Compost):堆肥化产物。:堆肥化产物。生物处理技术生物处理技术堆肥堆肥分类:根据堆肥化过程中氧气的供应情况分类:根据堆肥化过程中氧气的供应情况分类:根据堆肥化过程中氧气的供应情况分类:根据堆肥化过程中氧气的供应情况1 1、好氧堆肥(高温堆肥):、好氧堆肥(高温堆肥):好氧微生物在与空气
3、充分接触的条好氧微生物在与空气充分接触的条件下,使堆肥原料中的有机物发生一系列放热分解反应,最件下,使堆肥原料中的有机物发生一系列放热分解反应,最终使有机物转化为简单而稳定的腐殖质的过程。终使有机物转化为简单而稳定的腐殖质的过程。特点:特点:一般在一般在5555555560606060时比较好,有时可高达时比较好,有时可高达80809090,堆制,堆制周期短,也称为高温堆肥或高温快速堆肥周期短,也称为高温堆肥或高温快速堆肥 。2 2、厌氧堆肥:、厌氧堆肥:在氧气不足的条件下借助厌氧微生物发酵堆肥。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,成品堆肥中氮素保留比较多,
4、特点:堆制温度低,工艺较简单,成品堆肥中氮素保留比较多,但堆制周期过长,需但堆制周期过长,需3 31212个月,异味浓烈,分解不够充分。个月,异味浓烈,分解不够充分。生物处理技术生物处理技术堆肥堆肥堆肥原料和堆肥微生物堆肥原料和堆肥微生物l常用的堆肥原料常用的堆肥原料:生活垃圾、有机污泥、人和禽畜粪便及农林废物等。生活垃圾、有机污泥、人和禽畜粪便及农林废物等。这些物质中含有堆肥微生物所需要的各种基质这些物质中含有堆肥微生物所需要的各种基质碳水化合物、脂类、碳水化合物、脂类、蛋白质。蛋白质。l好氧堆肥微生物:好氧堆肥微生物:嗜温菌和嗜热菌嗜温菌和嗜热菌l嗜温菌和嗜热菌活动的温度范围(嗜温菌和嗜热
5、菌活动的温度范围()细菌细菌最低最低适宜适宜最高最高嗜温菌嗜温菌1525254043嗜热菌嗜热菌2545405085生物处理技术生物处理技术堆肥堆肥生物处理技术生物处理技术堆肥堆肥合成合成合成合成(同同同同化化化化作作作作用用用用)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
6、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(异异异异化化化化作作作作用用用用)+腐殖物腐殖物腐殖物腐殖物质质质质+好氧堆肥原理好氧堆肥原理1、好氧堆肥过程、好氧堆肥过程堆肥有机物分解过程图堆肥有机物分解过程图堆肥有机物分解过程图堆肥有机物分解过程图 生物处理技术生物处理技术堆肥堆肥2、好氧堆肥化反应机理、好氧堆肥化反应机理 有机物的氧化有机物的氧化l不含氮的有机物不含氮的有机物(CxHyOz)CxHyOz +(x+1/4y-1/2z)O2xCO2+1/2yH2O+能量能量l含氮的有机物含
7、氮的有机物(CsHtNuOvaH2O)CsHtNuOvaH2O+bO2CwHxNyOzcH2O(堆肥堆肥)+dH2O(气气)+eH2O(液液)+fCO2+gNH3+能量能量生物处理技术生物处理技术堆肥堆肥细胞质的合成(包括有机物的氧化以细胞质的合成(包括有机物的氧化以NH3为氮源)。为氮源)。n(CxHyOz)+NH3+(nx+ny/4-nz/2-5x)O2C5H7NO2(细胞质细胞质)+(nx-5)CO2+1/2(ny-4)H2O+能量能量细胞质的氧化细胞质的氧化C5H7NO2(细胞质细胞质)+5O25CO2+2H2O+NH3+能量能量生物处理技术生物处理技术堆肥堆肥生物处理技术生物处理技术
8、堆肥堆肥堆肥化过程堆肥化过程l大致可分为以下四个阶段:大致可分为以下四个阶段:潜伏阶段潜伏阶段中温阶段(产热阶段)中温阶段(产热阶段)高温阶段高温阶段腐熟阶段腐熟阶段生物处理技术生物处理技术堆肥堆肥堆制初期,堆制初期,1545,嗜温性微生物利用堆肥中可溶性有机,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,一些无芽孢细菌,真菌和放线菌。此阶段一般在生物为主,一些无芽孢细菌,真菌和放线菌。此阶段一般在12小时小时以内。以内。(2)中温阶段中温阶段(产热或起始阶段)(产热或起始阶段)生物处理技术生物
9、处理技术堆肥堆肥45以上,嗜热性微生物为主,复杂的有机物如半纤维以上,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。素、纤维素和蛋白质等开始被强烈分解。50左右左右主要是嗜热性真菌和放线菌;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;时,几乎仅为嗜热性放线菌和细菌;70以上大多数嗜热性微生物不适应,大批死亡、休眠。以上大多数嗜热性微生物不适应,大批死亡、休眠。(3)高温阶段)高温阶段生物处理技术生物处理技术堆肥堆肥微微生生物物活活性性示示意意图图1.1.微生物活性微生物活性2.O2.O2 2利用率利用率0 0时间时间对数增长期对数增长期减速增长期减
10、速增长期内源呼吸期内源呼吸期微生物在高温阶段的生长过程细分为微生物在高温阶段的生长过程细分为:对数生长期、减:对数生长期、减速生长期和内源呼吸期。此后,堆积层内开始发生腐殖速生长期和内源呼吸期。此后,堆积层内开始发生腐殖质的形成过程,堆肥过程逐步进入稳定状态。质的形成过程,堆肥过程逐步进入稳定状态。生物处理技术生物处理技术堆肥堆肥嗜温性微生物占优势,腐殖质不断增多且稳定化,嗜温性微生物占优势,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
11、定,完成堆肥过程。然通风,最终使堆肥稳定,完成堆肥过程。(3)降温阶段)降温阶段(腐熟阶段腐熟阶段)生物处理技术生物处理技术堆肥堆肥4、影响堆肥化的因素、影响堆肥化的因素(1)化学因素)化学因素C/N比和比和C/P比比:C/P比在比在75150为宜为宜氧浓度氧浓度pH值值:堆肥微生物最佳的堆肥微生物最佳的pH=7.58.5。(2)物理因素)物理因素温度温度:最佳温度最佳温度5065颗粒尺寸颗粒尺寸含水率含水率:在在50%60%。生物处理技术生物处理技术堆肥堆肥l固体废物的含水率固体废物的含水率(水分含量或水分水分含量或水分):l测定方法:测定方法:1.废物样品测取其初始质量后(测定无机物时,可
12、称废物样品测取其初始质量后(测定无机物时,可称取样品取样品20 g左右,在左右,在105下干燥,恒重至下干燥,恒重至0.1g,测定水分含,测定水分含量。量。l2.测定样品中的有机物时测定样品中的有机物时,应称取样品应称取样品20 g左右左右,于于60下干燥下干燥24 h,确定水分含量),在控温于,确定水分含量),在控温于1051的干燥箱内进行烘的干燥箱内进行烘干,直至恒重(要求:在最初连续烘干干,直至恒重(要求:在最初连续烘干24 h后,间隔后,间隔1 h将样将样品取出称重,如间隔称重的差值品取出称重,如间隔称重的差值0.005 g或样品总质量的或样品总质量的2/1000,则可认为达到恒重),
13、该样品的含水率按下式计算后,则可认为达到恒重),该样品的含水率按下式计算后给出:给出:生物处理技术生物处理技术堆肥堆肥例题例题1l用一种成分为用一种成分为C31H50NO26的堆肥物料进行实验的堆肥物料进行实验室规模的好氧堆肥实验。实验结果:每室规模的好氧堆肥实验。实验结果:每1000kg堆堆料在完成堆肥化后仅剩下料在完成堆肥化后仅剩下200kg,测定产品成分,测定产品成分为为C11H14NO4,试求每,试求每1000kg物料的化学计算物料的化学计算理论需氧量。理论需氧量。生物处理技术生物处理技术堆肥堆肥例题例题2l废物混合最适宜的废物混合最适宜的C/N比计算:树叶的比计算:树叶的C/N比为比
14、为50,与来自污水处理厂的活性污泥混合,活性污泥,与来自污水处理厂的活性污泥混合,活性污泥的的C/N比为比为6.3,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/N比达到比达到25.假定条件如下:污泥含水率假定条件如下:污泥含水率75%;树叶含水率树叶含水率50%;污泥含氮率;污泥含氮率5.6%,树叶含氮率,树叶含氮率0.7%生物处理技术生物处理技术堆肥堆肥(三)(三)堆肥的基本工序堆肥的基本工序1 1、前处理、前处理 预处理工序、调节水分和养分预处理工序、调节水分和养分2 2、主发酵(一次发酵)、主发酵(一次发酵)将堆肥化物料温度升高到开始降低将堆肥化物料温度升高到开始降低为止的
15、阶段,堆肥过程的中温阶段和为止的阶段,堆肥过程的中温阶段和 高高温阶段,时间约温阶段,时间约4 412 d12 d。生物处理技术生物处理技术堆肥堆肥3 3、后发酵(二次发酵)、后发酵(二次发酵)腐殖酸、氨基酸等较稳定的有机物熟化阶段,堆肥过腐殖酸、氨基酸等较稳定的有机物熟化阶段,堆肥过程的腐熟阶段,发酵时间通常在程的腐熟阶段,发酵时间通常在202030 d30 d以上。以上。4 4、后处理、后处理 分选以去除杂物,并根据需要再破碎。分选以去除杂物,并根据需要再破碎。5 5、脱臭、脱臭6 6、贮存、贮存 生物处理技术生物处理技术堆肥堆肥生物处理技术生物处理技术堆肥堆肥生物处理技术生物处理技术堆肥
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- 第五 固体废物 生物 处理 314
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