张燕生-第6章畜禽废弃物处理与利用.

第六章畜禽废弃物处理与利用第六章畜禽废弃物处理与利用6-1畜禽粪便环境危害与特性6-2畜禽粪便收集、输送6-3畜禽粪便处理工艺方法6-4厌氧生物处理6-5好氧生物处理6-6堆肥张燕生[e-mail]第六章畜禽废弃物处理与利用主要污染项目：臭气污水粪便集约化畜禽养殖高强度排污，超过周围环境系统纳污能力，使环境系统自净能力丧失，生态系统失衡进入恶性循环状态。6-1畜禽粪便环境危害与特性SH2NH3第六章畜禽废弃物处理与利用6.1.1污染物质与环境危害1.可降解有机污染物动植物性废弃物，几乎所有的非人工合成有机物，主要为碳水化合物，蛋白质、脂肪和木质素等。可在微生物作用下最终分解为简单的无机物。2.难降解物质指那些人工合成的、难于被微生物分解的废弃物。比如化学农药、抗生素等第六章畜禽废弃物处理与利用3.植物营养物（富营养物）主要是指各种形态的氮、磷等元素，有时也包钾、硫等植物生长所必需的元素。水体生态的严重失衡污泥积累、湖水退化。蓝细菌的蛋白类毒素富集食物链中毒供水质量下降、成本升高化合态氮毒害作用第六章畜禽废弃物处理与利用4、有毒物质汞、镉、铬、砷、铅都是毒性较大的重金属，还有铜、钴、锡、锌也有一定的毒性。隔取代骨中的钙引起骨痛病；氟可因起软骨病；长期饮用含铬水可致口角糜烂、腹泻和消化道机能紊乱。闻名于世的水俣病是受汞污染的水体通过藻类、浮游生物、贝类、鱼类食物链不断富集放大后最终进入人体的典型的生物放大事例。有毒重金属污泥积累长期危害某些生物同化作用后毒性增加。食物链的生物富集放大此外常见的有毒物质还有工业污染物中的氰化物、酚、吡啶、硝基苯、多环芳烃等等。第六章畜禽废弃物处理与利用甲基汞(MethylMercuryCH3Hg)甲基化：食物链富集：汞被水中微生物转化为甲基汞而进入浮游生物体内，再经过“浮游生物——小鱼——大鱼”等食物链的富集，使大鱼中有机汞浓度达到海水汞浓度的几万倍正常人即使在生活和工作中从未接触过汞，其体内及尿中仍可检出少量汞存在。据估计，自然界的汞循环量每年可达25至150万吨。甲基汞（有机态）微生物短链烷基汞易渗入细胞烷基汞与-SH基等的亲和力使其毒性比可溶性无机汞高10～100倍汞化物毒性排行榜上烷基汞第一名。（无机态）汞第六章畜禽废弃物处理与利用4.酸碱及无机盐类冶金、加工业的酸洗废水，冶金、矿山的硫化物氧化产生的酸性废水，二氧化硫形成的酸雨，造纸、纺织、纤维、制革、洗涤剂、染料、制碱等工业排水。直接污染土壤、表面水体、地下水体，一旦污染影响长久，不易治理。5.色度破坏景观、影响水质。6.病原微生物生活、畜禽、养殖、食品、屠宰等。第六章畜禽废弃物处理与利用6.1.2自净化作用与纳污容量污染自然污染人为污染自然地理因素等原因人类活动原因污染物在物系循环流动过程中发生演变，自然地减少消失或无害化，称为物系的自净。污染物浓度自然降低的能力称为自净能力环境系每年允许的最大纳污量称为该环境系的纳污容量环境容量自净物理作用化学作用稀释，沉淀，挥发，凝聚，吸附，过滤生物作用分解与化合，氧化与还原，酸碱反应等使污染物浓度降低或毒性丧失。微生物代谢活动使污染物分解转化成无害物质物理污染化学污染生物污染污染物分类来源特性点源：主要指工业废水与都市生活排水，均有固定的排放口面源：主要指来源于流域广大面积上的降雨径流污染，如农药化肥第六章畜禽废弃物处理与利用细菌群载体水底固形物氧气有机物污染水有机物被各种微生物菌群分解代谢细菌群载体水底固形物虫有机物污染水微生物菌群被微小动物消耗，水体透明度好转细菌浓度升高水底固形物氧气水中有机物污染被细菌系分解净化水体透明度下降生物作用下的水体自净化过程举例第六章畜禽废弃物处理与利用有毒重金属、难降解物质特别加以处理水质净化良性循环与生化处理方法原理第六章畜禽废弃物处理与利用6.1.3畜禽粪便特性一物理学特性1、颗粒尺寸新收集畜禽粪便颗粒尺寸分布见表6-1（p274）直径μmμm0.0030.3溶解固体胶质体悬浮体氯离子，乙酸、乙醇病毒细菌0.5－10μm砂20－1000μm沉降分离超滤分子筛离心膜过滤生物、化学方法请参考《废水工程处理及回顾》p31第六章畜禽废弃物处理与利用2、TS、VS、灰分105℃，105℃，24小时TS600℃，600℃2小时TS灰分VS（挥发性固体）总固体水悬浮液3、含水率、容重（鸡粪除外）一般鲜粪含水率高于80%，实际收集到的粪便含水率与收集方式有关。悬浮固体物与TS的区别？第六章畜禽废弃物处理与利用二生物化学特性生物化学需氧量（BOD)BOD是指1L污水中的有机物在耗氧微生物的作用下进行氧化分解时所消耗的溶氧量(mg/L)。废水中有机物数量繁多，但大多数有机物都可在耗氧微生物作用下氧化分解，有机物数量同耗氧量成正比。实际测定时常采用BOD5，即水样在20℃的条件下培养5天的生化需氧量。BOD5=NBOD+CBODNBOD是还原态氮氧化成硝态氮或亚硝态氮的需氧量，通常较CBOD小得多。实验研究表明：第一阶段中有机物在各个时刻的好氧速度与该时刻的污水中有机物浓度成正比关系。30℃20℃9℃day51020304050BOD(mg/L)50100200300第一阶段第二阶段污水的有机物浓度指标和可生化性指标更详细的讨论请参考《废水工程处理及回顾》p56第六章畜禽废弃物处理与利用有机物＋O2能量CO2+H2O+NH3好氧菌第一阶段第二阶段NH3＋3O22HNO2+2H2O亚硝化菌2HNO2＋O22HNO3硝化菌第一阶段常温下一般需要20天接近完成第二阶段常温下一般需要近百天才能完成第六章畜禽废弃物处理与利用（1）降解：有机物＋O2CO2+H2O+NH3微生物第一阶段的三部分BOD（2）合成：有机物＋O2＋能量新细胞（3）内源呼吸：老细胞＋O2CO2+H2O+NH3BOD表示有机污染物参数时存在明显的缺陷，即使衡量耗氧量时也是如此。因为内源呼吸耗氧量与硝化耗氧量可能引起很大误差。当进口BOD200mg/L,出口BOD无硝化时20mg/L，有硝化时40mg/L，则去除率分别为90%、80%，实际上有机物去除率应该是一样的。第六章畜禽废弃物处理与利用进口BOD=200mg/L出口BOD=NBOD+CBOD=0+20mg/L=20mg/L污水含氮极低进口BOD=200mg/L出口BOD=NBOD+CBOD=20+20mg/L=40mg/L污水含氮很高去除BOD系统去除BOD系统BOD去除率=90%BOD去除率=80%一般污水的BOD5=NBOD+CBOD≈CBOD5，与含氮量无关。假设有两种污水除含氮量不同外其他成分完全一样，则BOD5也相同。第六章畜禽废弃物处理与利用化学需氧量（COD)COD是指在酸性条件下，用强氧化剂使1L被测废水中有机物进行化学氧化时所消耗的氧量(mg/L)。COD越高表明废水的有机物越多，目前常用的氧化剂为重铬酸甲（K2Cr2O7)和高锰酸钾（KMnO4)。KMnO4氧化力较弱，文献中COD未加注明时，大多是指重铬酸甲法的CODcr。COD一般较BOD为高，其差值表示不能被微生物降解的有机物含量。废水种类ab生活污水1.6411.36家禽废水1.4555.7啤酒废水2.3246.2据Ademoroti(1986)研究认为，COD与BOD常有一定的相关关系，大多为线性关系。COD=aBOD5+b废水生物处理，上海环保局，同济大学出版社，1999，P21BOD5COD0.3适宜生物处理第六章畜禽废弃物处理与利用三化学特性肥料元素：N、P、K金属元素：Cu、Zn、Fe、B、As酸碱度:鸡粪偏酸pH=6~7；猪、羊、牛、马粪为弱碱性pH=7.3~8.6。鸡粪、猪粪、牛粪相比较，鸡消化道很短未经彻底消化残留于粪中的营养物最多，含有大量的粗蛋白等，猪粪次之，牛粪有较高的粗纤维，含营养物最少，鸡粪还含较高的磷与硫。不同畜禽粪便沼气发酵等生物处理时，应注意C、N、P、S比例与含水率等特点。牛粪：C/N/P比是否过高，某些微量元素是否欠缺，含沙量高猪粪：氨氮是否过高，抑制微生物发酵、BOD5误差问题等鸡粪：氨氮是否过高，是否含硫过高，腐蚀、臭气、抑制、硫酸盐还原菌竞争等问题，高含沙量问题第六章畜禽废弃物处理与利用SO42-NO3-酸雨酸雨是自然污染吗2、大型畜禽养殖场污染是点源还是面源3、酸雨是自然污染吗？畜禽养殖有酸性气体污染物吗？1、请举例说出水系的自净能力、纳污容量点源与面源污染。4、“最优方法”这种概念起码在理论上几乎没有价值。更应该关注的是特征，而不是一味追求理论上的普遍性。你同意以上观点吗？请发表你的观点。5、BOD5作为有机物参数有那些不足第六章畜禽废弃物处理与利用6-2畜禽粪便收集6.2.1粪便收集方式分干清粪和水冲粪两种清粪方式。我国多为干清粪，发达国家以水冲式清粪为主清粪方法与设备刮板式:自落积存式自流式水冲式第六章畜禽废弃物处理与利用鸡笼环流风机排气风机鸡粪鸡粪自落积存式更换鸡群时一次性清理1.7~2.0m第六章畜禽废弃物处理与利用自流式清粪缝隙地板第六章畜禽废弃物处理与利用水冲式清粪带仔母猪仔猪育肥猪前期育肥猪后期妊娠母猪奶牛与肉牛冲水量m3/头.天0.1330.0150.0380.0570.0950.38表6-4每日最少冲洗量最小用水量主要根据经验资料得到第六章畜禽废弃物处理与利用畜禽粪便产量（p274表6-2）可参考《设施农业工程工艺及建筑设计》教材p216的计算公式以及表8-1~8-4。注意：养殖畜禽工艺设计-----小粪污处理工艺设计-----大工艺设计中常见到的取值偏差现象的原因思考问题：第六章畜禽废弃物处理与利用6.2.2粪便输送方式固态：低于70%车半固态：70%-80%输送带、螺旋输送机械半液态：80%-90%管道、污泥泵液态：高于90%第六章畜禽废弃物处理与利用6-3畜禽粪便处理工艺方法6.3.1物理处理一级处理大尺寸固形物，砂泥格栅二沉池污泥超滤第六章畜禽废弃物处理与利用沉降分离固液分离机械分离（离心、压滤、筛分）干燥（常温干燥、高温干燥、微波干燥）工艺与设备设计（专业课程：化工原理或单元操作过程）6.3.1物理处理主要用于一级处理第六章畜禽废弃物处理与利用6.3.2化学处理氧化法（臭氧氧化；次氯酸、氯气消毒等等）絮凝沉淀法（明矾、硫酸铝、硫酸亚铁等絮凝剂）酸碱中和法主要用于预处理或后期处理第六章畜禽废弃物处理与利用6.3.3生物化学处理二级处理的主体。成本低，应用广泛，技术成熟微生物适宜的环境特点分类好氧（微生物）法兼氧（微生物）法厌氧（微生物）法比如实践常见的好氧兼氧厌氧生物塘、反应器第六章畜禽废弃物处理与利用废水微生物处理方法很多，若根据微生物的呼吸类型，可分为好氧处理、厌氧处理和兼氧处理。如果根据微生物存在的状态，可分为悬浮生长系统和固定膜系统。对于废水微生物处理方法综合归纳如下：第六章畜禽废弃物处理与利用粪尿处理系统也不尽相同，较为典型的粪尿处理系统有以下几种：第一种方式处理系统靠人工清扫或机械刮粪，粪尿分离分别进行处理。第二种方式是猪粪尿直接进行厌氧发酵处理后排放或利用。第三种方式是将猪粪尿通过自然沉淀而分离为浓稠物和稀液分别进行处理。第四种方式则通过固液分离机把粪尿水固液分离，然后分别处理。第六章畜禽废弃物处理与利用第六章畜禽废弃物处理与利用“能源生态型”工艺（Processof“energyecological”disposingandusing）畜禽养殖场污水经厌氧消化处理后作为农田水肥利用的处理利用工艺。“能源环保型”处理利用工艺一般在厌氧处理后需再经好氧工艺处理以使排水达到国家标准。“能源环保型”工艺（Processof“energyenvironment”disposingandusing）畜禽养殖场的畜禽污水处理后达标排放或以回用为最终目标的处理工艺。厌氧处理沼气沼渣、沼液作为肥料利用厌氧处理沼气达标排放好氧处理等第六章畜禽废弃物处理与利用沼气池高产出率（小型高速产气）指标沼气池排水高净化（高度降解率）指标反应器设计无法同时获得高指标。第六章畜禽废弃物处理与利用qs