固体废物生物处理技术

第三篇固体废物生物处理技术西南交通大学李启彬内容和要求1、概述2、好氧生物处理技术⑴好氧生物处理基本原理⑵好氧生物处理工艺过程⑶生物好氧处理设备⑷生物好氧处理设施运行管理3、厌氧生物处理技术⑴厌氧生物处理基本原理及技术要求⑵厌氧生物处理反应器类型及其运行影响因素⑶厌氧生物处理工程案例分析概述（B）固体废物的生物处理技术是指利用微生物的代谢作用，在有氧或缺氧的条件下对固体废物中的分子量大、能位高的有机物进行分解，使之转化为分子量小、能位低的简单物质，达到固体废物减量化、无害化和资源化的目标，以便利用或采取进一步妥善处理的技术。概述（B）生物处理技术包括好氧堆肥、厌氧发酵和生物酶解技术。机械生物处理（MBT）MunicipalSolidWasteTreatmentSystemMBT(MechanicalBiologicalTreatment).flv第一章好氧生物处理技术第一节好氧生物处理基本原理（C）一、好氧生物处理的基本原理堆肥有机物（含C、N、O、P、S）氧气，微生物细胞物质（微生物繁殖）CO2、H2O、NH3、PO43－、SO42－能量合成氧化排入环境释放、转换为热或提供生物合成用＋有机物的好氧堆肥分解过程二、好氧生物处理的几个阶段一个完整的好氧堆肥过程包括升温阶段（堆肥初期，15-45℃）、高温阶段（45℃以上，有机物降解强烈，嗜热微生物为主）、降温阶段（嗜温微生物为主）和腐熟阶段。第一章好氧生物处理技术第一节好氧生物处理基本原理（C）三、好氧生物处理的影响因素有机含量和营养物水分含量温度C/N比pH值氧浓度：在好氧堆肥的通风供氧过程中，对于强制通风静态条垛堆肥，采用时间控制的通风方式要求堆体内氧浓度在10-15%，而对于密闭反应器系统，采用氧含量控制的通风方式要求堆体内氧浓度在15-20%。第一章好氧生物处理技术第一节好氧生物处理基本原理（C）四、好氧生物处理无害化工艺条件热灭活与无害化无害化条件：堆体温度55℃以上维持5-7d，或堆体温度70℃维持3-5d第一章好氧生物处理技术第一节好氧生物处理基本原理（C）第一章好氧生物处理技术第二节好氧生物处理工艺过程（A）一、前处理破碎：12-60mm，太小影响通风供氧分选：剔除惰性物调节水分、C/N比第一章好氧生物处理技术第二节好氧生物处理工艺过程（A）二、主发酵主发酵可在露天或发酵装置内进行，通过翻堆或强制通风向堆积层或发酵装置内的物料供给氧气。采用翻堆作业进行通风时，堆体高度不超过1.8m。发酵初期物质的分解是靠嗜温菌30－40℃为最适宜生长温度进行的，由于堆温上升，最适宜温度为45－65℃的嗜热菌取代嗜温菌，堆温进入高温阶段。通常，在严格控制通风量的情况下，将堆温升高至开始降低为止的阶段作为主发酵阶段。对以生活垃圾为主体的城市垃圾和家畜粪便好氧堆肥而言，其主发酵期约为4-12d。第一章好氧生物处理技术第二节好氧生物处理工艺过程（A）三、后发酵经过主发酵的半成品被送往后发酵工序，在这里将此前尚未分解的易分解和较难分解的有机物进一步分解，使之变成比较稳定的腐殖质类有机物，从而得到完全成熟的堆肥制品。在该工序中通常将物料堆积到1－2m后进行发酵，一般进行自然通风，有时需加以翻堆或作必要的通风处理。后发酵时间一般在20－30d，需将含水率降至不高于35%。第一章好氧生物处理技术第二节好氧生物处理工艺过程（A）四、后处理分选去除预处理未去除的塑料、玻璃、陶瓷、金属、小石块等。若生产精堆肥，应进行再破碎。生产复合肥，需加入N、P、K。第一章好氧生物处理技术第二节好氧生物处理工艺过程（A）五、脱臭产生臭气物质：氨、硫化氢、甲硫醇、胺类等除臭方法：吸收法；高温分解法；臭氧氧化法；吸附法；生化法等。对于中等臭源，可用熟堆肥氧化吸附除臭法第一章好氧生物处理技术第二节好氧生物处理工艺过程（A）六、贮存贮存6个月堆肥产量为宜。第一章好氧生物处理技术第二节好氧生物处理工艺过程（A）第一章好氧生物处理技术第三节生物好氧处理设备（A）原料接收设备→预处理设备→布料设备→一次发酵设备→二次发酵设备→后处理设备→产品深加工设备一、供料进料设备地磅秤：不低于20t/h卸料台进料门贮料仓装载机械进料漏斗运输机械第一章好氧生物处理技术第三节生物好氧处理设备（A）二、预处理设备破袋机破碎机筛选机混合搅拌机第一章好氧生物处理技术第三节生物好氧处理设备（A）三、堆肥化设备第一章好氧生物处理技术第三节生物好氧处理设备（A）好氧静态堆肥工艺第一章好氧生物处理技术第三节生物好氧处理设备（A）第一章好氧生物处理技术第三节生物好氧处理设备（A）第一章好氧生物处理技术第三节生物好氧处理设备（A）动态发酵仓静态发酵仓矩形固定式梨翻倒发酵池第一章好氧生物处理技术第四节生物好氧处理设施运行管理（A）一、供料进料系统：如板式给料机作业前和作业时检查，故障排除后或确定无故障时需空转3-5min，方可重新满负荷运行。二、预处理系统三、主发酵系统四、后发酵系统见讲义p79-85堆肥实例——香港沙岭堆肥厂禽畜农户用承办商提供的防漏废物收集桶存放禽畜废物，承办商的收集车会定期到农场收集禽畜废物。部份禽畜废物会送到沙岭堆肥厂进行堆肥处理，其余便运往堆填区处置。禽畜废物运到沙岭堆肥厂后会加入木糠，以维持最佳湿度，然后排列放置。此外，承办商会每天用堆肥机搅拌及翻动堆肥一次，以提供足够氧气，进行堆肥处理。整个堆肥处理过程需时约8周，堆肥产品会售作泥土改良剂。为确保堆肥质素，承办商每月会测试样本。收集禽畜废物用木糠作为混合物把堆肥排列放置把堆肥翻动堆肥产品以20公斤包装，售作土壤改良剂沙岭堆肥厂生产的堆肥成品测试结果参数20051月2月3月4月5月酸碱值6.07.27.16.15.9湿度(%w/w)6067535755化学需氧量(mg/kg)3,500,0005,000,0004,100,0004,000,0003,600,000总凯氏氮(mg/kg)22,00026,00020,00018,00024,000碳氮比7:18:110:110:18:1总磷(mg/kg)3,4009,5005,3005,8008,200实例——餐厨垃圾生物处理成都市中心城区餐厨垃圾无害化处理项目建设地点：成都市双流县西航港街道办事处江安村；建设单位：四川嘉博文生物科技有限公司；建设内容：包括预处理车间、生化处理车间、产品加工车间、污水处理设施、生活办公综合用房及绿化、水、电等；用地面积：约30亩；建设规模：日处理餐厨垃圾200吨；总投资：7000万。餐厨废弃物处理厂生化处理车间资源型高速高温生化处理机在技术上采用高速高温热循环加热的发酵干燥技术。发酵干燥炉内物料加热时，循环风温度始终控制在250℃至400℃之间；物料发酵和干燥的温度始终控制在65℃至75℃之间；微生物水分活度在逐渐降低，以确保除特定菌群外的大部分微生物菌的无法生存，同时炉内压力始终保持在-0.01Kpa至-0.04Kpa之间；设备采用PLC（可编程逻辑控制器）智能电气仪表控制着发酵干燥炉内的温度、压力、和氧气的供给，间接控制着物料的湿度，平衡气相，保证菌群特定的发酵环境，促进其快速繁殖。单位条件下物料的生产周期，包括发酵、干燥和冷却的时间不超过10小时。餐厨垃圾在生化处理机经过高温微生物菌接种，均匀搅拌后，高温好氧发酵、烘干、稳定熟化后的物料排入皮带输送机中，其产出物的主要成分是芽胞杆菌及乳酸菌、酵母菌等的代谢物。5实例——污泥蚯蚓养殖项目位于双流区金桥镇昆山社区1、4、7组，占地面积197亩，主要建设内容为：污泥收集池900m2（上部结构为彩钢大棚1200m2）、发酵大棚4032m2、草料大棚两座共计4400m2、机械停放棚636m2、蚯蚓养殖大棚30000m2、半成品堆场900m2、办公区生活板房120m2、生活物资库房60m2、工人宿舍84m2，配套建设停车场、地磅及绿化等。项目建成后，形成年产蚯蚓粪约16200吨、蚯蚓约280吨的能力。第二章厌氧生物处理技术第一节厌氧生物处理基本原理及技术要求(C)一、微生物学过程H2,CO2醇类、羧基酸（乙酸除外）乙酸可溶有机物CH4,CO2产氢产乙酸菌同型产乙酸菌发酵细菌耗氢产甲烷菌20%52%4%76%24%72%28%乙酸产甲烷菌复杂有机物水解菌1、水解阶段复杂的非溶解性聚合物转化为溶解性单体或二聚体的过程。2、发酵阶段水解产生可溶性小分子有机物被转化为挥发性脂肪酸的过程。3、产氢产乙酸阶段发酵阶段的产物进一步转化为乙酸、氢、二氧化碳的过程。4、产甲烷阶段产甲烷菌利用乙酸、H2和CO2生成甲烷气体的过程。第二章厌氧生物处理技术第一节厌氧生物处理基本原理及技术要求(C)二、有机物分解代谢过程纤维素+营养物外纤维酶例：(C6H12O5)n+H2O→n(C6H12O6)可溶性葡萄糖+营养物例：C6H12O6=2CH3CHOHCOOH（乳酸）C6H12O6=CH3CH2CH2COOH+2CO2+2H2C6H12O6=2CH3CH2OH+2CO2产酸菌阶段2：酸化细菌细胞+挥发性脂肪酸+CO+H+其它产物（醇类、乳酸等）产甲烷菌细胞例：4H2+CO2=CH4+2H2O2CH3CH2OH+CO2=2CH3COOH+CH4CH3COOH=CH4+CO22CH3CH2CH2COOH+2H2O+CO2=4CH3COOH+CH4阶段3：甲烷化细菌细胞+CH4+CO2（在液相中）CH4和CO2传递到气相中阶段1：水解第二章厌氧生物处理技术第一节厌氧生物处理基本原理及技术要求(C)二、有机物分解代谢过程纤维素纤维素酶，H2O纤维二糖纤维二糖酶，H2O葡萄糖半纤维素多聚糖类单糖+糖醛酸H2,CO2,乙酸,丁酸,甲酸和醇类等H2OH2O半纤维酶多聚糖酶发酵蛋白质蛋白酶(内肽酶)，H2O蛋白胨蛋白酶(内肽酶)，H2O多肽氨基酸肽酶(外肽酶)，H2O第二章厌氧生物处理技术第一节厌氧生物处理基本原理及技术要求(C)第二章厌氧生物处理技术第二节厌氧生物反应器类型及其运行影响因素（A）厌氧发酵系统由罐体、搅拌系统、换热和保温系统、沼气输出和沼渣液排料系统组成。一、类型干式、湿式连续式、序批式完全混合式、活塞流式(1)湿式厌氧消化工艺（含固率10-15%）气液分离器排到空气混合池化学污泥或市政污泥加料真空过滤器固体到垃圾填埋场消化器60℃泵泥浆气体分离器CH4CO2其他能量转化单元空气分离器重组分磁分离器粉碎器城市固体废弃物铁类物质消化气过滤轻组分湿式厌氧消化工艺流程图第二章厌氧生物处理技术第二节厌氧生物反应器类型及其运行影响因素（A）⑵干式厌氧消化（含固率20-40%）与湿式厌氧消化工艺基本相同，只是污泥的脱水和处置工作量相对较少。由于固体浓度更高，氨浓度等环境参数的影响较大。难点：生物反应在高固体含量条件下进行；输送、搅拌；需要让进料和接种物充分混合，防止反应器局部有机负荷超高以及消化物质的酸化。优点:反应器单位体积的需水量低，产气量高;缺点:运行经验有限。第二章厌氧生物处理技术第二节厌氧生物反应器类型及其运行影响因素（A）搅拌浮渣层塑料加水磁选进料金属沉淀高温消毒产气中温水解（第一阶段）水和固体残渣堆肥化产甲烷（第二阶段，固定膜反应器）液体液体回流两相“湿-湿”厌氧消化系统固体脱水2单相厌氧消化工艺和两相厌氧消化工艺第二章厌氧生物处理技术第二节厌氧生物反应器类型及其运行影响因素（A）3序批式和连续式序批式连续式第二章厌氧生物处理技术第二节厌氧生物反应器类型及其运行影响因素（A）新成熟老4高温消化工艺和常温消化工艺高温消化工艺50-60℃中温消化工艺30-40℃自然温度消化工艺第二章厌氧生物处理技术第二节厌氧生物反应器类型及其运行影响因素（A）二、厌氧生物处理影响因素物理因素：温度、水力停留时间、粒径、含固率、搅拌化学因素：有机负荷、pH、碱度、VFA、氨氮、营养物质、C/N、盐分、重金属毒性第二章厌氧生物处理技术第二节厌氧生物反应器类型及其运行影响因素（A）二、厌氧生物处理影响因素（一）物理因素1、温度在环境条件中，以温度的影响较为明显。根据温度的不同，