第5章生物处理.

山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置第五章固体废物的生物处理山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置堆肥化：依靠自然界广泛分布的微生物，有控制地促进可生物降解的有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。堆肥：堆肥化制得的产物称为堆肥。是一类腐殖质含量很高的疏松物质，也称为“腐殖土”过程产物山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置•好氧堆肥化•厌氧堆肥化通常所说的堆肥化一般指好氧堆肥。欧洲一些国家对堆肥化概念进行了统一：“在有控制的条件下，微生物对固体和半固体有机物的好氧中温或高温分解，并产生稳定腐殖质的过程”。我国常用定义:是在有氧存在状态下，好氧微生物对废物中的有机物进行分解转化的过程；最终产物主要是CO2、H2O、热量和腐殖质。好氧堆肥堆温高，一般在50-60℃，最高可达80-90℃，也称为高温快速堆肥。山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置二、堆肥化的基本原理与影响因素1基本原理堆肥有机物（含C,H,O,N,S,P,CL）、氧和微生物能量(CO2,H2O,NH3,PO43-）细胞物质（微生物繁殖）+同化作用异化作用转入环境释放、转化为热（一）原理山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置•有机物好氧生物分解用通式表示为：•有机物＋O2＋营养物细胞质＋H2O+CO2+NH3+SO42-＋抗性有机物＋热量微生物异化，同化山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置2好氧堆肥过程适应新环境嗜温性细菌、酵母菌、放线菌分解最易分解的可溶性物质，淀粉、糖类，温度↗45℃嗜热性微生物、细菌；残留可溶性物质，纤维素、半纤维素、蛋白质，温度↗45~60℃嗜温性微生物、多为难分解物质，温度↘腐殖质增多稳定化山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置理想的粒度：25~75mm温度：中温阶段30~45℃，高温阶段45~60℃。废物中的有机物含量适宜最严格控制因素，较适宜范围：25~50。最佳含水率：50%~60%。当含水率低于40%，反应速率降低。最佳的堆肥条件：pH值：7.5~8.5（二）影响因素pH值供氧量C/N比颗粒度含水率温度和有机物含量提供氧、保证较好的通风条件。山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置主发酵分选、破碎、筛分、混合、养分（C/N比）及水分调节发酵仓或露天堆积，强制通风或翻堆搅拌供氧主发酵期4-12d前处理12后发酵进一步分解难分解有机物，变成腐殖质和稳定的有机物。条堆或静态堆肥20-30d3贮存夏冬需贮存，容纳6个月产量的贮存设备；干燥透气6脱臭产生臭味。除臭剂；碱、水溶液过滤；熟堆肥生物除臭、沸石等吸附剂吸附5后处理去除前处理未去除的塑料、玻璃金属、小石块；加入N、P、K制复合肥4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三好氧堆肥工艺（一）基本工艺流程山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置实际操作中经常将一种高C/N比的废物（稻草、废纸）与另一种低C/N比的废物（污泥）混合在一起，以获得最佳的C/N比。各种原料的氮重量各种原料的碳重量混合原料的碳氮比KiiiiXNXCK干原料中氮的含量，%干原料的重量，kg干原料中碳的含量，%山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置用1kg的树叶，配成C/N比达到25的混合发酵原料，需污泥多少kg？混合后的含水率y？发酵原料C/N比含N量，%含水率，%树叶500.750活性污泥6.35.675iiiiCXKNX干物质的重量解：1、求出2种原料中碳，氮的量对于1kg树叶：m水=1×0.5kg=0.5kg，m干物质=1－0.5=0.5kgmN=m干物质×0.007=0.0035kg，mc=50×0.0035=0.175kg同理，对于1kg污泥：m水=0.75kg，m干物质=0.25kg，mN=0.014kg，mc=0.0882kg山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置满足含水率要求2计算污泥量使C/N=25014.00035.00882.0175.025的含量所加污泥中的含量树叶中的含量所加污泥中的含量树叶中NNCCkg33.03计算混合物的含水率对于0.33kg的污泥:m水=0.33×0.75=0.25kg,m干物质=0.33－0.25=0.08则混合物含水率=%39.56%10033.125.05.0山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置一、厌氧消化原理二、厌氧消化影响因素三、厌氧消化工艺四、厌氧消化设备第二节固体废物的厌氧消化处理五、厌氧消化工艺与技术进展山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置厌氧发酵：在厌氧状态下利用厌氧微生物使固体废物中的有机物质分解，转化为的CH4、CO2的过程，或称厌氧消化。沼气的成分：CH4:55～70％和CO2:25～40％。此外还有总量小于5%的CO、O2、H2、H2S、N2、碳氢化合物等。（一）基本概念一、厌氧消化原理山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置堆肥有机物微生物有机酸，醇类，O2，NH3，H2S等，能量，微生物细胞物质CO2，CH4等，能量细胞物质一、厌氧消化原理（二）厌氧消化的过程山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置细胞物质(微生物繁殖)有机酸、醇类、CO2、H2S、NH3、能量堆肥有机物(C、N、O、H、P、S等)细胞物质CO2、CH4等，能量酸性发酵阶段碱性发酵阶段（1）二阶段理论发酵性细菌--水解和发酵产甲烷细菌厌氧发酵过程的生化过程理论：（1）两阶段理论（2）三阶段理论（3）四阶段理论无产酸阶段山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置（2）三阶段理论发酵菌（水解菌）产氢产乙酸菌产甲烷菌兼性厌氧菌绝对厌氧菌山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置厌氧消化的影响因素抑制剂-挥发性脂肪酸、重金属抑制接种物量5%pH6.5~7.5、碱度，投加石灰温度40-65℃—影响产气量有机物组分及含量提高含量可增加沼气量搅拌均匀、增加接触、防止酸积累、提高产气量厌氧条件营养物质C/N比（20~30）：1二、厌氧消化的影响因素山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置氧化还原Eh=-300mV二、厌氧消化的影响因素产酸阶段产气阶段不产甲烷的微生物大多数是厌氧菌，需要在厌氧的条件下才能把复杂的有机物分解成简单的有机酸等产气阶段的产甲烷菌是专性厌氧菌，氧对产甲烷细菌有毒害作用，因而需要严格的厌氧环境厌氧条件山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置营养物质C/N比（20~30）：1二、厌氧消化的影响因素为微生物提供“足量”，且“平衡”的养分，其中原料中碳与氮的平衡，亦即C/N尤为重要。磷含量一般要求为有机物量的1/1000——C/N比过小，过剩的氮会变成氨气，抑制产甲烷菌活动——C/N比大于35，反应速率降低，产气量明显下降山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置温度40-65℃—影响产气量二、厌氧消化的影响因素厌氧消化可在较为广泛的温度范围内进行（4～65℃）。在一定范围内，温度愈高微生物活性愈强。低温消化的效率低、速度慢、产气量少。甲烷菌对温度的急剧变化非常敏感，温度上升过快或出现很大温差时会对产气量产生不良影响。厌氧消化过程还要求温度相对稳定，一天内的温度变化保持在2℃内为宜。山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置pH6.5~7.5、碱度，投加石灰二、厌氧消化的影响因素＜6.3产酸菌适于在酸性条件下生长，最佳pH值5.8产甲烷菌需要在严格的碱性条件下生长山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置抑制剂-挥发性脂肪酸、重金属抑制二、厌氧消化的影响因素抑制物质抑制浓度/(mg/L)抑制物质抑制浓度/(mg/L)挥发性脂肪酸2000Cu5氨氮1500~3000Cd150溶解性硫化物200Fe1710Ca2500~4500Cr6+3Mg1000~1500Cr3+500K2500~4500Ni2Na3500~5500山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置根据消化温度划分工艺类型高温消化工艺自然温度消化工艺最佳温度范围是47-55℃，此时有机物分解旺盛，消化快，物料在厌氧池内停留时间短，非常适用于城市垃圾、粪便和有机污泥的处理培养高温消化菌、维持高温、投料和排料、搅拌消化物料目前我国农村都采用这种消化类型。这种工艺的消化池结构简单、成本低廉、施工容易、便于推广，但受季节影响明显消化周期须视季节和地区的不同加以控制三、厌氧消化工艺山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置根据投料运转方式划分工艺类型连续消化工艺半连续消化工艺两步消化工艺连续定量地添加消化原料和排出旧料；消化时间能长期连续进行。工艺易于控制，能保持稳定的有机物消化速率和产气率。要求原料固形物浓度较低。启动时一次性投入较多的消化原料，当产气量趋于下降时，开始定期添加新料和排出旧料，以维持比较稳定的产气率。农村较适用两个反应器；根据两段理论设计三、厌氧消化工艺山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置回流搅拌厌氧消化反应池沉淀池贮气柜备料池有机固体废物回流备料肥料用户池底污泥或消化料液消化产气加水封池入池堆沤大换料拌料接种备料肥料定期或不定期出料定期或不定期加料活性污泥或其他接种物连续消化工艺半连续消化工艺三、厌氧消化工艺山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置四、厌氧消化装置山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置第三节其它生物处理技术山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置一、蚯蚓处理固体废物的原理是蚯蚓和微生物共同处理废物的过程，构成了以蚯蚓为主导的蚯蚓-微生物处理系统。一方面，蚯蚓直接吞食废物，经消化后形成蚓粪颗粒，蚓粪颗粒是微生物生长的理想基质；另一方面，经微生物分解的有机物是蚯蚓的优质食物。二者相互依存，促进有机废物分解。山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置对垃圾中的有机物质有选择作用蚯蚓通过沙囊和消化道，研磨和破碎有机物垃圾中的有机物经消化道作用后，以颗粒状排出，利于与其他物质分离蚯蚓的活动可改善垃圾中的水气循环蚯蚓自身通过同化和代谢作用使有机物降解，并释放出N、P、K等营养元素可对垃圾处理过程及其产品进行毒理监察1、蚯蚓在垃圾处理中的作用山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置2、蚯蚓处理生活垃圾工艺流程收集垃圾金属蚯蚓转化有机碎块放置蚯蚓机械分选玻璃塑料橡胶待处理料分堆筛选蚯蚓蚓粪山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置3、蚯蚓处理生活垃圾的物料配比蚯蚓以垃圾中的腐烂有机质为食，要求垃圾中有机质含量要高垃圾中有机质含量小于40%，会影响蚯蚓生长繁殖山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置二、利用蚯蚓处理固体废物的优势及局限性1、优势是生物处理过程，无不良环境影响，对有机物消化彻底，最终产物有较高肥效使养殖业和种植业产生的副产物得到合理利用对废弃物减容效果明显，超过30%还可获得大量蚯蚓体山东建筑大学市政与环境工程学院固体废物处理与处置2、局限性蚯蚓不能耐受高温，蚯蚓生存温度不能超过30℃蚯蚓生存需要潮湿环境，理想湿度60%~70%