固體廢物處理與資源化課件09第九章可生物降解固體廢棄物的處理

1、本章重點(diǎn)掌握固體廢物的堆肥化、沼氣發(fā)酵的定義、原理、工藝及對(duì)工藝過(guò)程的影響因素，了解堆肥的作用 一堆肥化概述一堆肥化概述1堆肥化定義堆肥化定義 堆肥化（composting）：是在人工控制條件下，利用自然界廣泛分布的細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物，促進(jìn)來(lái)源于生物的有機(jī)廢物發(fā)生生物穩(wěn)定作用（Biostablization），使可被生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的生物化學(xué)過(guò)程。2堆肥化分類堆肥化分類按需氧程度分：好氧堆肥和厭氧堆肥；按溫度分：中溫堆肥和高溫堆肥；按技術(shù)分：露天堆肥和機(jī)械堆肥。3堆肥的原料堆肥的原料 堆肥的原料有城市垃圾、禽畜糞便、污泥、農(nóng)林廢物、廚余和食品廢物。二好氧堆肥化原理二好

2、氧堆肥化原理可用下式反映堆肥化過(guò)程中有機(jī)物氧化分解關(guān)系：CSHtNuOvaH2O+bO2 CwHxNyOzcH2O +dH2O(氣溫) + eH2O(液)+fCO2 +gNH3 +能量 堆肥化過(guò)程溫度的變化過(guò)程，可大致分為三個(gè)階段： 三好氧堆肥化基本工藝三好氧堆肥化基本工藝1好氧堆肥的基本工藝程序前處理： 在以家畜糞便、污泥等為堆肥原料時(shí)，前處理的主要任務(wù)是調(diào)整水分和碳氮比，或者添加菌種和酶制劑。在以城市垃圾為堆肥原料時(shí)，前處理往往包括破碎、分選、篩分等工序。通過(guò)破碎、分選和篩分可去除粗大垃圾和不能堆肥的物質(zhì)，并通過(guò)破碎可使堆肥原料和含水率達(dá)到一定程度的均勻化。 一般說(shuō)來(lái)，適宜的粒徑范圍是12

3、60，其最佳粒徑隨垃圾物理特性變化而變化。 主發(fā)酵（一次發(fā)酵）： 主發(fā)酵可在露天或發(fā)酵裝置內(nèi)進(jìn)行，通過(guò)翻堆或強(qiáng)制通風(fēng)向堆積層或發(fā)酵裝置內(nèi)堆肥物料供給氧氣。物料在微生物的作用下開始發(fā)酵。首先是易分解物質(zhì)分解，產(chǎn)生二氧化碳和水，同時(shí)產(chǎn)生熱量，使堆溫度上升。這時(shí)微生物吸取有機(jī)物的碳氮營(yíng)養(yǎng)成分，在細(xì)菌自身繁殖的同時(shí)，將細(xì)胞中吸收的物質(zhì)分解而產(chǎn)生熱量。 以生活垃圾為主體的城市垃圾和家畜糞便好氧堆肥，主發(fā)酵期約為412d。后發(fā)酵（二次發(fā)酵）： 將主發(fā)酵工序尚未分解的易分解和較難分解的有機(jī)物進(jìn)一步分解，使之變成腐殖酸、氨基酸等比較穩(wěn)定的有機(jī)物，得到完全成熟的堆肥制品。通常，把物料堆積到12m高的堆層，通過(guò)自

4、然通風(fēng)和間歇性翻堆，進(jìn)行后發(fā)酵，并防止雨水流入。 后處理： 經(jīng)過(guò)二次發(fā)酵后的物料中，經(jīng)過(guò)一道分選工序以去除在預(yù)分選工序中沒(méi)有去除的塑料、玻璃、陶瓷、金屬、小石塊等雜物，并根據(jù)需要，如生產(chǎn)精制堆肥等，則進(jìn)行再破碎過(guò)程。脫臭：在堆肥過(guò)程中，由于堆肥物料局部或某段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的厭氧發(fā)酵會(huì)導(dǎo)致臭氣產(chǎn)生，污染工作環(huán)境。因此，必須進(jìn)行堆肥排氣的脫臭處理。去除臭氣的方法主要有化學(xué)除臭劑除臭、堿水和水溶液過(guò)濾、熟堆肥或活性碳、沸石等吸附劑過(guò)濾。 貯存：堆肥一般在春秋兩季使用，夏冬兩季生產(chǎn)的堆肥只能貯存，所以要建立可貯存6個(gè)月生產(chǎn)量的庫(kù)房。 2典型的好氧堆肥工藝好氧靜態(tài)堆肥工藝間歇式好氧動(dòng)態(tài)堆肥工藝 間歇式堆肥采

5、用靜態(tài)一次發(fā)酵的技術(shù)路線，其發(fā)酵周期縮短，堆肥體積減少。它是將原料一批批地發(fā)酵，一般采用間歇翻堆的強(qiáng)制通風(fēng)垛或間歇進(jìn)出料的發(fā)酵倉(cāng)。 連續(xù)式好氧動(dòng)態(tài)堆肥 連續(xù)式堆肥是一種發(fā)酵時(shí)間更短的動(dòng)態(tài)二次發(fā)酵工藝。它是采用連續(xù)進(jìn)料和連續(xù)出料的方式，原料在一個(gè)專設(shè)的發(fā)酵裝置內(nèi)進(jìn)行一次性發(fā)酵過(guò)程。物料處于一種連續(xù)翻動(dòng)的動(dòng)態(tài)情況下，物料組分混合均勻，易于形成空隙，水分易于蒸發(fā)，因而使發(fā)酵周期縮短，可有效地殺滅病原微生物，并可防止異味的產(chǎn)生。 如DANO回轉(zhuǎn)窯式發(fā)酵器（滾筒式即達(dá)諾系統(tǒng)）、漿葉立式發(fā)酵器 四好氧堆肥系統(tǒng)四好氧堆肥系統(tǒng)1條垛式系統(tǒng)場(chǎng)地 ：一是必須堅(jiān)固，二是必須有坡度（不小于1%2%），便于排水 。 工

6、序包括：建堆：低寬35m；高23m，其斷面大多為三角形長(zhǎng)度不限。預(yù)處理：翻堆 ：翻堆是用人工或機(jī)械方法進(jìn)行堆肥物料的翻轉(zhuǎn)和重堆。翻堆的主要目的是通風(fēng)，因此翻堆次數(shù)取決于條垛中微生物的耗氧量。 儲(chǔ)存 2強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)垛系統(tǒng)3反應(yīng)器系統(tǒng)（發(fā)酵倉(cāng)系統(tǒng)）按物料流向劃分：可分為豎直流向反應(yīng)器、水平或傾斜流向反應(yīng)器和靜止式。 按物料的流態(tài)：分為推流式和動(dòng)態(tài)混合式。 五好氧堆肥過(guò)程的條件控制五好氧堆肥過(guò)程的條件控制 1堆肥中的有機(jī)物控制 堆肥原料中有機(jī)質(zhì)含量低在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的熱量不足以維持堆肥所需要的溫度要求，且堆肥的肥效低；若堆肥原料中的有機(jī)質(zhì)含量過(guò)高又將給通風(fēng)供氧帶來(lái)不利影響，往往造成供氧不足而產(chǎn)生惡臭

7、。高溫好氧堆肥中，有機(jī)物含量變化最適合范圍為20%80%。2堆肥過(guò)程的碳氮比控制 當(dāng)碳氮比為（2535）：1時(shí)發(fā)酵過(guò)程最快。若碳氮比過(guò)低（低于20：1），微生物的繁殖就會(huì)因能量不足而受到抑制，導(dǎo)致分解緩慢且不徹底。而一旦碳氮比過(guò)高（超過(guò)40：1），則在堆肥進(jìn)入土壤后，將會(huì)發(fā)生奪取土壤中氮素的現(xiàn)象，產(chǎn)生“氮饑餓”狀態(tài)，導(dǎo)致對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生不良影響。 3堆肥過(guò)程的水分控制 堆肥中水分的主要作用在于：溶解有機(jī)物，參與微生物的新陳代謝；水分蒸發(fā)時(shí)帶走熱量，起到調(diào)節(jié)堆肥溫度的作用。 微生物的生長(zhǎng)和對(duì)氧的要求均在含水率為50%60%時(shí)達(dá)到峰值。如圖所示 4堆肥過(guò)程的溫度及其控制 適宜的堆肥溫度為5560。堆

8、肥過(guò)程中溫度的控制是通過(guò)溫度-通風(fēng)反饋系統(tǒng)來(lái)控制的。即通過(guò)通風(fēng)量的調(diào)節(jié)來(lái)控制溫度。 5通風(fēng)供氧的過(guò)程控制 通風(fēng)供氧是好氧堆肥生產(chǎn)的基本條件之一，其主要作用在于：提供氧氣，以促進(jìn)微生物的發(fā)酵過(guò)程；通過(guò)供氣量的控制，調(diào)節(jié)最適溫度；在維持最適溫度的條件下，加大通風(fēng)量可以去除水分。 需氧量和耗氧速度是微生物活動(dòng)強(qiáng)弱的宏觀標(biāo)志，它們的大小既能表征微生物活動(dòng)的強(qiáng)弱，也可反映堆肥中有機(jī)物的分解程度。 在堆肥實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，可根據(jù)以下空氣近似估計(jì)方法來(lái)評(píng)價(jià)堆肥發(fā)酵情況，即：排氣中O2的分壓大于14%，則表示空氣中氧的消耗不到1/3；最佳排氣O2濃度為14%17%；如排氣中O2體積濃度降至10%，則表示好氧發(fā)酵

9、停止；如用排氣中CO2濃度來(lái)代替O2濃度作為監(jiān)測(cè)參數(shù)，則最佳CO2的體積濃度應(yīng)為3%6%。 6堆肥過(guò)程的pH值控制 pH值也是揭示堆肥分解過(guò)程的一個(gè)極好標(biāo)志。適宜的pH值可使微生物有效地發(fā)揮其應(yīng)有的作用，而過(guò)高或過(guò)低的pH值都會(huì)對(duì)堆肥的效率產(chǎn)生影響。一般認(rèn)為pH值在7.58.5時(shí)，可獲得最大堆肥速率。7物料的顆粒度 堆肥原料顆粒尺寸應(yīng)有一定要求。物料顆粒平均適宜粒度為260，最佳粒徑隨垃圾物理特性而變化， 六堆肥六堆肥-人工腐殖質(zhì)的作用與用途人工腐殖質(zhì)的作用與用途1增加穩(wěn)定的腐殖質(zhì)，依靠土壤中微生物分泌的粘性物質(zhì)及死亡菌體作用形成土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使土質(zhì)松軟、多空隙易耕作。 2肥料中的N、P、K

10、都是陽(yáng)離子狀態(tài)存在，由于腐殖質(zhì)帶“-”電荷，有吸附陽(yáng)離子的作用，的助于粘土保住陽(yáng)離子。即能保住養(yǎng)分提高保肥能力。 3腐殖質(zhì)中某些成分有螯合作用（某些有機(jī)化合物和金屬起特殊的結(jié)合，把金屬維持在液化狀態(tài)） 4腐殖質(zhì)有緩沖作用。腐殖質(zhì)的存在能使土壤對(duì)肥料、氣象條件的變化有一定的緩沖能力。 5堆肥和化肥相比，肥效是相當(dāng)?shù)偷?。但堆肥中含有多種的微量元素（硫、鈣、鎂、鋅、硼、鉬、銅和鐵等）。堆肥作為這些元素的供給源是有效的。穩(wěn)供和長(zhǎng)效，需要外界環(huán)境和微生物的作用才能釋放出來(lái)并發(fā)揮作用。 6堆肥中含有化肥中所沒(méi)有的成分，堆肥中含水量氨基酸、蛋白質(zhì)、糖、脂肪、胡敏酸等各種有機(jī)養(yǎng)分。且作用緩慢堆肥是緩效性肥料。

11、7腐殖質(zhì)的有機(jī)物具有調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)作用，也有助于根系的發(fā)育和伸長(zhǎng)，有助于擴(kuò)大根部范圍。8堆肥施于土壤中可增加土壤中微生物數(shù)量，微生物分泌的各種有效成分能直接或間接地被植物吸收而起到有益作用。9堆肥是二氧化碳的供給源。一、沼氣發(fā)酵的定義 沼氣發(fā)酵厭氧發(fā)酵甲烷發(fā)酵是指“在沒(méi)有硝酸鹽、硫酸鹽、氧氣和光線的條件下，經(jīng)過(guò)厭氧微生物分解作用，復(fù)雜有機(jī)物中的碳素化合物徹底氧化分解成二氧化碳，一部分碳素徹底還原成甲烷的過(guò)程?！?二厭氧消化原理 厭氧消化的生化過(guò)程有三種見解，即兩階段理論、三階段理論和四階段理論。1兩階段理論：產(chǎn)酸階段和產(chǎn)氣階段 3四階段理論 ：四個(gè)階段有獨(dú)特的微生物菌群，各類群細(xì)菌的有效代謝均密

12、切連貫，達(dá)到一定的平衡，不能單獨(dú)分開，是相互制約和促進(jìn)的過(guò)程 。2三階段理論：液化階段、產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階段 三、厭氧發(fā)酵微生物1不產(chǎn)甲烷菌不直接參與甲烷形成的微生物統(tǒng)稱為不產(chǎn)甲烷菌。包括第一階段的水解發(fā)酵細(xì)菌（分解菌）及第二階段和產(chǎn)乙酸細(xì)菌。 其作用主要是：（1）為產(chǎn)甲烷菌提供營(yíng)養(yǎng)，將大分子有機(jī)物變成小分子有機(jī)物，為產(chǎn)甲烷菌提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；（2）為產(chǎn)甲烷創(chuàng)造適宜的氧化還原條件；（3）為產(chǎn)甲烷菌消除部分有毒物質(zhì)；（4）和產(chǎn)甲烷菌一起，共同維持發(fā)酵的PH值。 產(chǎn)甲烷菌有5個(gè)特點(diǎn)：（1）嚴(yán)格厭氧，對(duì)氧和氧化劑非常敏感；（2）要求中性偏堿環(huán)境條件；（3）菌體倍增期較長(zhǎng)，有的45天才繁殖一代；（4）只能

13、利用少數(shù)簡(jiǎn)單化合物作為營(yíng)養(yǎng)，所有產(chǎn)甲烷菌幾乎都能利用分子氫；（5）代謝的主要終產(chǎn)物是甲烷和二氧化碳。2產(chǎn)甲烷菌分為兩組，一組利用氫、二氧化碳產(chǎn)生甲烷；另一組利用乙酸產(chǎn)生甲烷。CO2+XHXCOOHXCHOXCH2OH XCH3CH3OH+XHCH3COOH+XHCH4+XH+2H-H2O+2H+2H-H2O-H2O-2H+2H-CO2甲烷形成的可能途徑四、發(fā)酵工藝根據(jù)發(fā)酵溫度分為： (1)自然溫度發(fā)酵（常溫發(fā)酵）； (2)中溫發(fā)酵：2838；(3)高溫發(fā)酵：4860。按進(jìn)料方式分為： (1)批量進(jìn)料；(2)半連續(xù)進(jìn)料； (3)連續(xù)進(jìn)料 。 按發(fā)酵方式分為： (1)二步發(fā)酵 (2)混合發(fā)酵 (1

14、)液體發(fā)酵：TS10%(2)固體發(fā)酵：TS20% 按原料的物理狀況分為 ：(3)高濃度發(fā)酵：TS=1520%1、自然溫度半批量投料發(fā)酵工藝(又稱水壓式沼氣池工藝)新池檢驗(yàn)舊池維修 備料配料攪拌接種入池堆漚加水封池發(fā)酵產(chǎn)氣大換料活性污泥或其他接種物沼氣定期或不定期出料農(nóng)田定期或不定期加料池底泥10或發(fā)酵料液1030（58）35天（踩緊壓實(shí)）（控制TS及C/N）（不漏水、氣）（秸稈及糞便）2、大中型沼氣工程的厭氧發(fā)酵工藝（1）酒廠酒糟液厭氧發(fā)酵的典型流程 熱交換器 消化器噴淋冷卻 空壓機(jī) 水封 沉淀罐 貯存器 沉淀池酒糟液 防爆罐 用戶污泥回流消化液熱水沼氣攪拌肥料、飼料（2）屠宰污水和畜糞(二級(jí)

15、沼氣發(fā)酵)預(yù)處理池計(jì)量池消化池二級(jí)消化池屠宰污水豬欄糞便貯氣罐污水過(guò)濾池肥料（3）城市糞便厭氧發(fā)酵集糞池格柵過(guò)濾沉淀濃縮池消化器 糞池 雜物 燃燒 糞池 鍋爐二級(jí)處理貯存器排放農(nóng)肥（高溫）蒸汽五、影響沼氣發(fā)酵的因素原料配比：C：N=2030：1 ，磷含量(以磷酸鹽計(jì))一般要求為有機(jī)物量的1/1000 溫度：溫度高，產(chǎn)氣量增大。沼氣發(fā)酵溫度分為三種：自然溫度(低溫)：發(fā)酵溫度隨氣候變化，多在20左右，產(chǎn)氣量不高，不易達(dá)到殺滅病源菌和微生物的目的；中溫發(fā)酵：3538左右，是甲烷菌的第一個(gè)最佳活性溫區(qū)。產(chǎn)氣量較大，氮損失較少。4050是高溫菌和中溫菌的過(guò)渡區(qū)；高溫發(fā)酵：5065， 是甲烷菌的第二個(gè)最佳活性區(qū)，產(chǎn)氣量量最高，有機(jī)物分解旺盛，發(fā)酵快，物料在沼氣池內(nèi)的停留時(shí)間短 。 厭氧消化過(guò)程要求溫度相對(duì)穩(wěn)定，一天內(nèi)的溫度變化保持在2。pH值 ： 甲烷菌要求的最適pH值范圍很窄，甲烷細(xì)菌生長(zhǎng)要求維持弱堿性環(huán)境，它的最佳pH值范圍是6.87.5。 接種物 ：厭氧消化中菌數(shù)量的多少和質(zhì)量的好壞直接影響沼氣的產(chǎn)生。若反應(yīng)器中厭氧微生物的量不夠時(shí)，則需要從外界人為添加微生物 有毒物質(zhì) 固體廢物成分非常復(fù)雜，其中一些成分會(huì)對(duì)微生物有毒性或?qū)ζ渖L(zhǎng)活動(dòng)有抑制作用。 攪拌 ：攪拌可使消化物料分布均勻，增加微生物與物