固体废物处理与资源化城市垃圾与农业固废的资源化

——城市垃圾与农业固废的资源化2007级环境科学专业第三节城市垃圾的资源化本节要点了解目前城市垃圾资源化的特点与趋势。掌握根据垃圾的组成与性质设计垃圾综合利用的方法。一、概述(一)城市垃圾的分类1、据垃圾的性质：可燃性、燃烧热值→可否焚烧的参考指标化学成分、堆腐性→选择处理方式的重要指标，特别是堆肥化及其他生物处理法。2、据垃圾的组成：可回收废品、易堆腐物、可燃物、其他无机废物。简单分为：有机物(动物、植物)→堆肥；无机物→填埋；可回收废品(纸张、塑料、破布、金属、玻璃)→回收使用。3、据产生及收集来源家庭垃圾(食品垃圾和普通垃圾)是城市垃圾的主要对象。(二)城市垃圾的性质城市垃圾的性质主要包括物理、化学、生物化学及感观性能。1、感观性能废物的颜色、臭味、新鲜或腐败的程度等。2、物理性质与组成密切相关，含水量、垃圾容重、垃圾的粒度组成。3、化学性质挥发分、灰分及灰分熔点、元素组成、发热值。4、生物学性质1)垃圾本身的生物性质2)垃圾的可生化性(三)城市特征对垃圾构成的影响1.大城市与中小城市垃圾构成有十分明显的区别。大城市：有机物成分占总量的31％～36％，无机成分约占60％，废品约占4％-6％；中小城市的生活垃圾有机成分约占其总量的20％，无机成分约占65％，废品的比重更低。2.城市气化率、集中供热面积及人均煤购买量对垃圾的产量和构成具有明显的影响。3.包装废物在城市垃圾中的比重增加，并对环境造成极大污染。（四）处理趋势城市生活垃圾处理方式主要有卫生填埋、高温堆肥和焚烧等。1.工业发达国家由于能源、土地资源日益紧张，焚烧处理比例逐渐增多；2.填埋法作为垃圾的最终处置手段一直占有较大比例；3.农业型的发展中国家大多数以堆肥为主；4.其它一些新技术，如热解法、填海、堆山造景等技术，正不断取得进展。二、处理技术实例（一）城市垃圾分选技术发达国家设计了一系列的分选回收成套设备。将破碎、输送、分选等工序有机的结合起来。分选回收工艺系统的特点：1.基本上“干式”回收有用成分，极少数在工艺结束时辅以“湿式”回收。2.通用工艺流程均为原始垃圾→破碎→分选→处理→回收。3.采用综合技术方法进行，很少用单一方法处理。4.各处理工艺能回收的产品有黑色金属、有色金属、纸浆、塑料、有机肥料、饲料、玻璃以及焚烧热等。（二）城市垃圾堆肥技术1.德国FLESBURG高速堆肥系统FLESBURG高速堆肥厂位于德国FLESBURG，每天处理量350-400吨。堆肥原料是城市生活废弃物及污泥。液压式压力机水处理系统除臭系统化滚筒转动消破碎机金属填埋磁选机筛分机分选机农用垃圾2.法国SILODA快速堆肥系统法国贝鲁特家庭废物处理厂，建筑面积4500m2，日处理量700吨，原料为城市生活垃圾。城市生活垃圾→破碎、筛选、磁选→一定粒径(约5cm)的可堆废物→可逆式皮带机→一次发酵仓（旋转式搅拌机翻动、搅拌及输送）7~10天→二次静态发酵场30~60天→振动筛分→优质肥料3.北京南宫垃圾堆肥厂强制通风隧道式耗氧发酵技术处理垃圾。日处理垃圾能力为400吨，每年可处理垃圾14万吨。垃圾→称重计量→布料机→主发酵隧道（2个星期的高温发酵）→后熟化区（3周）→筛分→肥料（熟化3周）→成品垃圾肥。（三）其他资源化技术1.生活垃圾提取乙醇和气体技术乌克兰、美国和英国提取工业乙醇试验主要用盐酸作为催化剂，在高温下将垃圾浮选后产生的轻质成分(含有大量纤维素)进行水解，同时提取糖，糖水发酵后还原成乙醇，在水解过程中还产生电能。试验室提取乙醇浓度为1.6％，经蒸馏后其浓度可达95％。2．垃圾制取纸浆技术要求精制纸浆含纸率在80％以上才能供给工程应用，因此预处理装置提供符合要求的纸浆化原料成为实现工艺目的的关键。3．蒸氧垃圾砖技术蒸氧垃圾砖是一种水胶性硅酸盐建筑材料，是利用无机垃圾中的活性SiO2和A12O3(主要在煤灰中)，在一定的温度和湿度条件下，与石灰中的有效CaO作用，生成有胶结能力的水化硅酸钙和水化铝酸钙。垃圾砖具有墙体材料所需要的强度和力学性能。此方法可以根据实际情况应用在燃煤为主的中小城市。（四）亟待解决的技术问题1．细化垃圾成分指标2．垃圾分选的细化3.二次污染的预防措施第四节农业固废的资源化本节要点：了解畜禽粪便的组成与性质；掌握畜禽粪便肥料化、饲料化和能源化的主要技术；了解畜禽粪便的综合处理发展趋势了解农作物秸秆的组成和特点；掌握农作物秸秆的主要资源化技术了解秸秆综合利用的现状与途径。一、畜禽粪便的资源化2002年全国畜禽粪便年排放量达18.84亿吨，相当于工业废物排放量的3.4倍。其中氮约1597万吨、磷约363万吨、COD约6400万吨、BOD约5400万吨。流失率：25~30%；COD排放总量、氮、磷流失量已超过化肥。氮磷污染：地下水硝酸盐超标；地表水富营养化；重金属铜、锌、砷污染；恶臭物质污染；生物病源污染；药物添加剂污染。（一）饲料化技术畜禽粪便中含有大量的蛋白质(15.8~23.5%)、粗纤维（12.7~16.8%）、维生素B1217.6μg/g。处理后可做饲料。畜禽粪便经适当处理，禁用治疗期的粪便，在动物宰杀前减少粪便的使用量或停用，畜禽粪便饲料化是安全的。饲料化对畜产品的影响不大，且经济效益较高。1.用新鲜粪便直接作饲料适用于鸡粪，鸡的肠道短，70%的营养物质未吸收而排出。鸡粪中粗蛋白含量为20~30%，氨基酸含量与玉米等谷物饲料相当，还含有微量元素等。但也含有病原微生物等有害物质。可用含甲醛37%的福尔马林混合24h去除，也可先接种米曲霉或白地霉，然后用瓮灶蒸锅杀菌。2.青贮由于粪便中碳水化合物的含量低，不宜单独青贮，常和一些禾本科青饲料一起青贮。青贮饲料具有酸香味，且可杀死粪便中病原微生物、寄生虫等。3.干燥法常用的处理方法。主要利用热效应和喷放机械。处理效率较高。干燥方法主要有以下4种：日光自然干燥、高温快速干燥、烘干膨化干燥、机械脱水。4.分解法利用优良品种的蝇、蚯蚓和蜗牛等低等动物分解畜禽粪便，达到既提供动物蛋白质又能处理畜禽粪便的目的。比较经济，生态效益显著。5.热喷技术利用热效应和喷放机械，使畜禽粪转变为鸡朊粉，生产高蛋白饲料，既除臭又能彻底杀菌灭虫卵，达到卫生防疫和生产商品饲料的要求。（二）肥料化技术1、好氧堆肥技术2、厌氧发酵－－沼渣、沼液（三）能源化技术1、焚烧2、厌氧发酵－沼气（四）技术展望将现有的资源化技术在一定程度上进行科学组合，综合治理，使畜禽粪便得到多层次的循环利用，才能有效地解决养殖业的环境污染问题。发展方向：几种方法有机结合。养殖场固液分离沉淀酸化调节厌氧反应器SBR混凝沉淀排放污泥脱水污泥浓缩池好氧连续式生物堆肥发酵复合有机肥料气体净化贮气柜发电、烧锅炉、民用二、农作物秸秆的资源化（一）概述1.秸秆的组成和特点组成：有机质含量平均为15%，平均含碳44.22%、氮0.62%、磷0.25%、钾1.44%，还有镁、钙、硫及其他重要的微量元素。特点：1.蛋白质、可溶性碳水化合物、矿物质和胡萝卜素含量低，而粗纤维含量高，适口性不好，家畜采食量小，消化率低。2.与纺织纤维相类似，但粗纤维含量较高，密度小于粘胶纤维，堆积密度和断裂强度较小；而自身含有大量孔隙，吸湿回潮率大于棉纤维，灰分含量较大。2.我国秸秆资源化利用现状3.秸秆焚烧的危害（1）浪费资源田间焚烧仅能利用所含钾的40%，其余氮、磷、有机质和热能则全部损失。（2）污染环境（3）引发火灾（4）损伤地力（5）危害周围生态动植物（二）秸秆还田技术宏观秸秆还田可以草养田、以草压草，达到用地养地相结合，培肥地力。微观秸秆还田能提高土壤有机质含量；改善土壤理化状况，增加通透性；保存和固定土壤氮素，避免养分流失，归还氮、磷、钾和各种微量元素；促进土壤微生物活动，加速土地养分循环。1.秸秆直接还田（1）机械直接还田（2）覆盖栽培还田（3）机械旋耕翻埋还田注意：秸秆覆盖量，一般每亩300~400kg；配合施用氮、磷肥，施N0.6~0.8kg/100kg；减少病虫害传播。2.秸秆间接还田（1）堆沤腐解还田（2）烧灰还田（3）过腹还田（4）菇渣还田（5）沼渣还田3.秸秆生化腐熟快速还田采用先进技术培养能分离粗纤维的优良微生物菌种，生产出可加快秸秆腐熟的化学制剂，并采用现代化设备控制温度、湿度、数量、质量和时间，经机械翻抛、高温堆腐、生物发酵等过程，使秸秆→有机肥。（1）催腐剂堆肥技术（2）速腐剂堆肥技术（3）酵素菌堆肥技术实例：由工业废液生产高浓缩秸秆复合肥造纸黑液→工业化沤制发酵→氨化处理→磷化处理→高温高压处理→颗粒型复合肥。4.配套的农艺技术和机具（1）技术：为秸秆腐解创造条件；调解土壤水分和C/N比、C/P比（土壤湿度要求在田间持水量的60~80%、每亩应补施7~10kg尿素和20~25kg过磷酸钙；加强后续田间管理；因地制宜，采取不同的还田时间和方法；避免有病秸秆还田。（2）机具：秸秆还田旋耕机；甩刀式碎土灭茬机；装有覆土器的深耕犁、高架深耕犁；秸秆粉碎抛撒机。（三）秸秆饲料利用技术秸秆的主要成分是粗纤维，包括纤维素、半纤维素和木质素等，一般约占秸秆干物质的20~50%。未经处理的秸秆消化率和能量利用率较低，因为秸秆中的木质素和糖类结合在一起，很难分解；蛋白质含量低和其他必要营养物质缺乏。处理目的：为动物的消化吸收创造条件；提高秸秆饲料的营养价值。处理方法：物理；化学；生物。1.物理处理（1）切短、粉碎机软化简单有效，采食量增加20~30%。（2）粉碎后压块成型铡切（5cm段）→烘干（含水16%）→压制成型（圆柱或块状）。优点：密度大，含水量低，便于运输、贮存和饲喂；高温挤压使消化率提高25%；有浓郁糊香味和轻微甜度感，适口性提高；卫生条件好；可实现工厂化生产，全年进行加工。设备：挤压式环模压块机、平模压块机和压缩式压块机等。铡草粉碎机环模颗粒饲料压制机饲草秸秆揉搓机（3）秸秆挤压膨化技术原理：将秸秆加水调质后输入专用挤压机的挤压腔，依靠秸秆与挤压腔中螺套壁及螺杆之间相互挤压、摩擦作用，产生热量和压力，当秸秆被挤出喷嘴后，压力骤然下降，使秸秆体积膨大。主要设备：螺杆式挤压膨化机。工艺流程：秸秆→清选→粉碎→调质→挤压膨化→冷却→包装。膨化后易吸收的无氮浸出物含量提高，粗纤维与酸性洗涤纤维下降；且适口性好；便于运输贮存。家用多功能饲料膨化机（4）热喷处理原理：铡碎的秸秆（8cm），混入饼粕、鸡粪等，装入饲料热喷机内，在一定的热饱和蒸汽下，保持一定时间，然后突然降压，使物料从机内喷爆而出，从而改变其结构和某些化学成分，并消毒、除臭，使物料可食性和营养价值提高。设备：饲料热喷机，实质为一种间歇式蒸汽膨化机。2.化学处理利用化学制剂作用于作物秸秆，破坏秸秆细胞中半纤维素与木质素形成的共价键，以利于瘤胃微生物对纤维素与半纤维素的分解，从而达到提高秸秆消化率与营养价值的目的。方法：碱化、氨化、氧化还原、复合化学处理。（1）碱化处理原理：在一定浓度的碱液的作用下，打破粗纤维中纤维素、半纤维素、木质素之间的醚键或酯键，并溶去大部分木质素和硅酸盐，从而提高秸秆饲料的营养价值。方法：①湿法：每吨秸秆需NaOH8~10kg，水3~5L浸泡、冲洗；②干法：将20~40%浓NaOH溶液喷于粉碎或切断的秸秆上（30ml/100g），然后用酸中和。用碱量大，须用大量水冲洗，易造成环境污染。（2）氧化剂处理主要指利用SO2、O3及碱性过氧化氢（AHP）处理秸秆，破坏木质素分子间的共价键，溶解部分半纤维素和木质素，使纤维基质中产生较大孔隙，从而增加纤维素酶和细胞壁成分的接触面积，提高饲料消化率。效果较好，但成本太高。（3）氨化处理原理：用氨水、液氨、尿素或碳铵等含氨物质，在密闭条件下处理秸秆，氨与秸秆发生碱化作用（打破木质素和纤维素的酯