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固体废物生物处理第一节概述有机物是固体废物污染的重要来源1、生活垃圾中50-60%是有机物，会腐烂变质，释放臭气，污染环境；会孳生蚊蝇，危害健康。2、粪便、污水处理厂污泥大部分是有机物，堆放过程中会释放污染物，污染环境。3、农业废弃物基本上全是有机物，倾倒水体中会释放污染物；焚烧会污染大气。一、生物处理定义生物处理就是以固体废物中的可降解有机物或其他组分为对象，利用生物对其作用，转化为稳定产物、能源和其他有用物质的一种处理技术。二、生物处理方法好氧生物处理法在提供游离氧的条件下，以好氧微生物为主使有机物降解、稳定的无害化处理方法。固体废物存在的各种有机物(相对分子质量大、能位高)作为微生物的营养源，经过一种生化反应，逐级释放能量，最终转化成相对分子质量小、能位低物质而稳定下来，达到无害化的要求，以便利用或进一步妥善处理，使其回到自然环境中去。厌氧生物处理化在没有游离氧的情况下，以厌氧微生物为主对有机物进行降解、稳定的一种无害化处理。在这种厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解，转化为简单、稳定的化合物，同时释放能量。其中，大部分能量以甲烷形式出现，这是一种可燃气体，可回收利用。同时，仅少量有机物被转化、合成为新的细胞组成部分。三、主要生物处理技术堆肥化技术厌氧消化废物养殖蚯蚓微生物浸出回收金属第二节沤肥技术一、沤肥技术原理利用需氧性微生物的活动，快速分解有机物，并产生大量的热能使堆体内的温度不断上升，一般可达到50--70℃，并维持一定时间，从而将堆料的病菌、蠕虫卵、蝇蛆等杀死，达到无害化的目的，并进行有机物的降解。二、简易沤肥方法污水坑沤肥法平地沤肥法半坑式沤肥法三、简易沤肥的影响因素及其控制1、原料有机成分含量控制有机物含量25%以上，C/N比例约为25：1。2、微生物量为了加速沤肥的腐熟，可加入一些富含高温纤维分解菌的骡、马粪或几经腐熟的堆肥体，加入量一般为堆体的10%～20%。3、含水率含水率需根据原料质量、性质、季节而定，一般以30%--50%为适宜。4、pH值沤肥过程微生物一般适于在中性和弱碱性的环境中生长繁殖。5、空气供给沤肥中需氧菌的活动需要有良好的通风，一般在温度上升期通风量要大些，温度下降期应限制通风量；冬季为保温，通风量要小些。6、封泥泥的厚度一般以5-6cm为宜，冬季可适当加大厚度。四、简易沤肥的无害化处理加生石灰法加农药处理法加尿素法第三节有机固体废物堆肥化处理技术一、基本概念二、原料来源及质量控制三、堆肥化原理四、堆肥化工艺五、堆肥化设备六、堆肥化过程技术参数及控制七、堆肥腐熟度及其质量标准八、堆肥肥效与利用一、基本概念1、堆肥化定义在人工控制的条件下，利用自然界中广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物的新陈代谢作用，在中高温好氧条件下，把固体废物中可降解的有机物转化为稳定的腐殖质的过程。深褐色、质地松散、有泥土味的物质。这种物质的养料价值不高，但却是一种极好的土壤调节剂和改良剂，其主要成分是腐殖质。根据微生物生长的环境可将堆肥化分为：好氧堆肥化厌氧堆肥化2、堆肥化发展过程厌氧堆肥化农业废弃物、落叶、杂草、粪便城市生活垃圾好氧堆肥化、机械化堆肥堆肥厂停产倒闭堆肥化技术又开始回升垃圾成分动植物残余、灰渣垃圾产生速度快、产量大工业革命，工业制成品及有害物混入垃圾中填埋、焚烧等缺陷分类、分选技术发展二、原料来源及质量控制1、原料来源生活垃圾矿业工业林业农业来源2、质量控制密度（容重）：适于堆肥的垃圾密度为350-650kg/m3；组分（湿质）%：有机物≥20%，并按照易腐物（动物性+植物性）、灰渣（≥15mm称渣砾，＜15mm为灰土）和废品（纸类、布类、塑料、金属、玻璃）分别统计用于堆肥化处理的城市生活垃圾组成成分。含水率：适合堆肥的垃圾含水率为40-60%；碳/氮比（C/N）：适合堆肥的C/N比为20：1~30：1；粒度：适合堆肥的物料粒度为12-60mm，蔬菜类易腐废物尺寸可略大一些。三、堆肥化原理好氧堆肥是以好氧菌为主对废物中的有机物进行吸收、氧化、分解及转化，微生物把一部分有机物氧化成简单的无机物，并释放出能量，把另一部分有机物转化成为新的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多的生物体。1、总的反应方程式有机SW+O2CO2+H2O+细胞体+腐殖质+杂质+Q好氧微生物生物化学转化2、理论方程式中r=0.5[b-nx-3(c-ny)]；s=a-nw；n为降解效率(摩尔转化率1)；CaHbNcOd和CwHxNyOz分别代表堆肥原料和堆肥产物的成分。3222)()2(5.0NHnycOrHsCOONHnCOdrsnzONHCzyxwdcba例题用一种成分为C31H50NO26的堆肥物料进行实验室规模的好氧堆肥化试验。试验结果，每1000kg堆料在完成堆肥化后仅剩下200kg，测定产品成分为C11H14NO4，试求每1000kg物料的化学计算理论需氧量。解(1)计算出堆肥物料C31H50NO26千摩尔质量为852kg，则参加过程的有机物摩尔数=(1000/852)kmol=1.173kmol；(2)堆肥产品C11H14NO4的千摩尔质量为224kg，可算出每摩尔参加过程的残余有机物摩尔数即n=200/(1.173×224)=0.76；(3)由已知条件：a=31，b=50，c=1，d=26，w=11，x=14，y=1，z=4。可以算出r=0.5[50-0.76×14-3(1-0.76×1)]=19.32S=31-0.76×11=22.64(4)所需的氧量为：W=[0.5(0.76×4+2×22.64+19.32-26)×1.173×32]kg=781.5kg3、生物化学转化过程驯化阶段中温发酵阶段高温发酵阶段腐熟化阶段温度的变化来表征有氧呼吸的强度3.1驯化阶段堆层温度没有变化，温度维持在20℃，生物化学作用主要表现为菌群替代，适者生存的微生物开始繁殖，并逐渐占主导地位；不适应堆肥环境的微生物衰退死亡。3.2中温发酵阶段堆层温度从室温急剧升高到45℃，表明生物化学作用剧烈进行，嗜温菌（细菌、真菌和放线菌）开始大量吞噬易降解有机质，使其转化生成大量有机酸（氨基酸、脂肪酸），并在热力、压力作用下脱水缩合，生成腐殖酸。3.3高温发酵阶段当肥堆温度升到45℃以上时，即进入高温阶段。在这阶段，嗜温性微生物受到抑制甚至死亡，嗜热性微生物逐渐代替了嗜温性微生物的活动，堆肥中残留的和新形成的可溶性有机物质继续分解转化，复杂的有机化合物如半纤维素、纤维素和蛋白质等开始被强烈分解。通常在50℃左右进行活动的主要是嗜热性真菌和放线菌；温度上升到60℃时，真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热性放线菌与细菌在活动；温度升到70℃以上时，对大多数嗜热性微生物已不适宜，微生物大量死亡或进入休眠状态。与细菌的生长繁殖规律一样，可将微生物在高温阶段生长过程细分为三个时期，即对数生长期、减速生长期和内源呼吸期。在高温阶段微生物活性经历了三个时期变化后，堆积层内开始发生与有机物分解相对应的另一过程，即腐殖质的形成过程，堆肥物质逐步进入稳定化状态。3.4腐熟化阶段在内源呼吸后期，只剩下部分较难分解及难分解的有机物和新形成的腐殖质，此时微生物活性下降，发热量减少，温度下降。在此阶段嗜温微生物又占优势，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，此时堆肥即进入腐熟阶段。降温后，需氧量大大减少，含水量也降低，堆肥物孔隙增大，氧扩散能力增强，此时只须自然通风。四、堆肥化工艺野外人工堆肥固体废物有机固体废物预处理无机物搅拌机机械发酵池风机后处理后发酵贮藏出售工厂化机械堆肥工艺流程工厂机械化堆肥预处理包括破碎、分选等，主要是除去堆肥原料中大块和非堆肥化物质。但不同的堆肥原料，预处理过程有所不同。如家畜粪便、污泥、城市生活垃圾。一般，粒径，有机物分解速度，但物料间的空隙率，通气效果。适宜的粒径范围是12～60mm。如果堆肥物质结构坚固，不易挤压，粒径应小些，否则粒径应大些。此外，决定垃圾粒径大小时，还应考虑它的经济性，因为粒度，动力消耗，处理垃圾的费用。主发酵（一次发酵）通常将堆肥开始到堆肥温度升高到开始降低为止的阶段，称为主发酵阶段。主发酵阶段是堆肥生物化学反应的基本阶段，在发酵池内进行。后发酵经过主发酵的半成品被送去后发酵。在主发酵工序尚未分解的易分解及较难分解的有机物可能全部分解变成腐植酸、氨基酸等比较稳定的有机物，得到完全成熟的堆肥成品。一般，把物料堆积到1～2米高度进行后发酵，此时，需要防止雨水的装设，有些场合还需进行翻堆和通风。有时即使不进行通风，也需要每周左右进行一次翻堆。后处理经过二次发酵后的物料中，几乎所有的有机物都变细碎和变了形，数量也减少了。然而，在城市固体废物发酵堆肥时，在前处理工序中还没有完全去除的塑料、玻璃、陶瓷、金属、小石块等杂物依然存在，因此，还要经过一道分选工序以去除杂物，可以用回转式振动筛、振动式回转筛、磁选机、风选机、惯性分离机、硬度差分离机等预处理设备分离去除上述杂质，并根据需要（如生产精制堆肥）进行再破碎。脱臭在堆肥化工艺过程中，每个工序系统有臭气产生，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；水、酸、碱水溶液等吸收剂吸收法；臭氧氧化法；活性炭、沸石、熟堆肥等吸附剂吸附法等。其中，经济而实用的方法是堆肥氧化吸附除臭法。将源于堆肥产品的腐熟堆肥置入脱臭器，堆高约0.8～1.2m，将臭气通入系统，使之与生物分解和吸附及时作用，氨、硫化氢的去除效率均可达到98％以上。也可用特种土壤(如鹿沼土、白垩土等)代替堆肥，此种设备称土壤脱臭过滤器。贮存堆肥的供应期多半是集中在秋天和春天(中间隔半年)。因此,一般的堆肥化工厂有必要设置至少能容纳6个月产量的贮藏设备。堆肥成品可以在室外堆放，但此时必须有不透雨水的覆盖物。贮存方式可直接堆存在二次发酵仓内，或袋装后存放。加工、造粒、包装可在贮藏前也可在贮存后销售前进行。要求包装袋干燥而透气，如果密闭和受潮会影响堆肥产品的质量。好氧静态堆肥工艺通常采用露天的静态强制通风剁形式，或在密闭的发酵池、发酵箱、静态发酵仓内进行。一批原料堆积成条垛或置于发酵装置内后，不再添加新料和翻倒，直到堆肥腐熟后运出。缺点：有机物和微生物分布不均匀，容易造成厌氧状态。间歇式发酵工艺间歇式发酵工艺是将原料一批一批地发酵，一批原料堆积之后不再添加新料，待完成发酵成为腐殖质运出。由于该工艺的一次发酵周期只需10天左右，故可加快发酵池的周转，建池数量可比周期30天的一次发酵方式减少2/3，还由于第一次发酵后将非堆腐物排除，可使堆肥体积减少1/2，此外，因堆肥由一次发酵转入二次发酵时，经过机械翻倒，故加快了腐熟化进程，缩短了发酵周期。连续发酵工艺连续发酵工艺采取连续进料和连续出料方式发酵，原料在一个专设的发酵装置内完成中温和高温发酵过程。这种系统除具有发酵时间短，能杀灭病源微生物外，还能防止异味，成品质量比较高，已在美国、日本、欧洲广为采用。计量板式给料机初选（人工）发酵仓出仓二次发酵垃圾入场磁选滚筒筛堆肥污水粪便计量废铁填埋回收物粪便入场武汉市城市垃圾堆肥发酵系统粪便输送垃圾发酵仓熟料振动筛细料通风磁选农肥粗料分拣利用浸滤液集水井冲洗水调节池初沉池污泥曝气池竖流池污泥回用池上海市城市垃圾堆肥发酵系统工艺流程城市生活垃圾贮料池抓吊废铁滚筒筛人工分选粗大无机物去填埋混合滚筒污水池风机出料机二次发酵出料机风机一次发酵振动给料机散装堆肥装袋机填埋出售滚筒筛杭州市垃圾堆肥厂工艺流程图脱臭戽斗式翻堆机贮槽定量给料器一次发酵仓家畜尿回转振动筛二次发酵仓杂质污水池土壤脱臭装置干净气体长野县堆肥化系统流程图手选锤式破碎机振动传输带废纸捆包机非堆肥物收集箱轻质物：纸及塑料磁选机罐头盒双螺旋混合机空气发酵仓（4座）粉碎机（3台）旋风分离器气体燃料空气加热器旋风分离器污泥水：到下水道搅拌机布料机浓缩污泥槽离心机高温空气空气旋转干燥器堆肥德克萨斯州休斯敦日处理360吨垃圾堆肥厂流程五、堆肥化