固體廢物的處理與處置課件2

1、 固體廢物的處理與處置 Trentment and Disposal of solid waste 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院College of chemistery and environmental science 1第八章 生物處理技術(shù)第一節(jié) 概述 第二節(jié) 固體廢物堆肥化技術(shù)第三節(jié) 固體廢物厭氧消化2知識(shí)點(diǎn)：固體廢物的生物處理技術(shù)基本方法及一般原理、堆肥化處理技術(shù)的生物機(jī)理、工藝流程原理、堆肥產(chǎn)品質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)與平定方法、厭氧消化技術(shù)原理、厭氧消化器選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、厭氧消化產(chǎn)物與利用。重 點(diǎn)：好氧中高溫堆肥化工藝原理與過(guò)程控制技術(shù)和方法、厭氧消化處理的技術(shù)原理、生物化學(xué)機(jī)理。難 點(diǎn)：生物轉(zhuǎn)化（或

2、生物代謝）動(dòng)力學(xué)和厭氧消化器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)選擇與計(jì)算。3第一節(jié) 概述 定義：固體廢物生物處理技術(shù)的實(shí)質(zhì)是生物轉(zhuǎn)化技術(shù)，它是指人類(lèi)通過(guò)各種手段，利用微生物所具有的巨大的氧化分解有機(jī)物并使之轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物的生物能，實(shí)現(xiàn)可降解固體有機(jī)物的穩(wěn)定化、資源化和減量化。4好氧生物處理法：在供氧條件下，利用好氧微生物新陳代謝，使固體有機(jī)物降解、轉(zhuǎn)化成相對(duì)低能位、低分子量物質(zhì)而穩(wěn)定下來(lái)，同時(shí)放出熱量，減量化和無(wú)害化效果明顯。厭氧生物處理法： 是在沒(méi)有游離氧情況下，利用厭氧微生物新陳代謝作用使固體有機(jī)質(zhì)降解、轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的化合物，同時(shí)放出能量（其中大部分能量以CH4的形式出現(xiàn)），僅少部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化成新的細(xì)胞質(zhì)組分

3、，減量化和資源化效果明顯。5意義：對(duì)固體廢物進(jìn)行消納處理，實(shí)現(xiàn)可降解有機(jī)固廢的三化；促進(jìn)人類(lèi)社會(huì)與自然界物質(zhì)循環(huán)，改良土壤，保護(hù)農(nóng)田；回收沼氣、生產(chǎn)堆肥，合成微生物蛋白質(zhì)和葡萄糖等。前景：城市生活垃圾、淤泥、人畜糞便和農(nóng)業(yè)秸桿等固體廢物中含有豐富的生物固體有機(jī)物，來(lái)源廣泛，數(shù)量龐大，在當(dāng)前世界性自然資源和能源嚴(yán)重短缺情況下，開(kāi)發(fā)固體廢物生物處理技術(shù)，回收和利用固體廢物中所蘊(yùn)含的大量有用物質(zhì)及能源意義深遠(yuǎn)，前景廣闊。6第二節(jié) 固體廢物堆肥化技術(shù) 一、基本概念 二、原料來(lái)源及質(zhì)量控制 三、堆肥化原理 四、堆肥化工藝 五、堆肥化設(shè)備 六、堆肥化過(guò)程技術(shù)參數(shù)及控制 七、堆肥腐熟度及其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)7一、堆肥

4、化（composting）定義 （畢振明、婁性義）： 是在人工控制的條件下，使來(lái)源于生物的有機(jī)固體廢物進(jìn)行生物穩(wěn)定作用（Biostablization）的過(guò)程。8（聶永豐）：依靠自然界中廣泛分布的細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物，人為地促進(jìn)可生物降解的有機(jī)物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)生化轉(zhuǎn)化的微生物學(xué)過(guò)程。（歐、美）：在有控制的條件下，微生物對(duì)固體、半固體有機(jī)物的好氧中溫或高溫分解，并產(chǎn)生穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的過(guò)程（區(qū)別于簡(jiǎn)易好氧或厭氧堆肥）。9堆肥化包含四層含義： 堆肥化的原料是來(lái)自生物的固體有機(jī)物（Bio-mass）； 堆肥化過(guò)程是在人工控制條件下進(jìn)行； 作用的主體是微生物，作用的過(guò)程是生物化學(xué)過(guò)程； 產(chǎn)物是穩(wěn)定的

5、腐殖。10堆肥的效能與作用堆肥：是有機(jī)固體廢物經(jīng)過(guò)堆肥化處理得到的成品（或產(chǎn)品），主要由疏松多孔的腐殖質(zhì)組成。 堆肥中的腐殖質(zhì)可改善土壤的物理、化學(xué)和生物特性，增進(jìn)化肥肥效，保持土壤環(huán)境適于農(nóng)作物的良好狀態(tài)。11使土質(zhì)松軟、多孔，增加保水性、透氣性及滲水性，改善土壤的物性；由于腐殖質(zhì)帶陽(yáng)電荷，有助于吸附和粘住化肥中氮、鉀、銨等陽(yáng)離子，保持土壤養(yǎng)分，提高肥力；腐殖質(zhì)與酸性土壤中的活性鋁等結(jié)合（或螯合）后能抑制活性鋁與磷酸結(jié)合，并促進(jìn)有機(jī)質(zhì)分解和氮肥等養(yǎng)分供應(yīng)。減輕施肥過(guò)程，以及氣候等條件惡化對(duì)農(nóng)作物的影響，起緩沖作用；堆肥中的氮肥幾乎都是以蛋白質(zhì)的形式存在，要經(jīng)過(guò)氮微生物分解或硝酸鹽氮后方能被植

6、物吸收，故可保持土壤長(zhǎng)期肥力而不對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生損害。有助于促進(jìn)植物根系發(fā)育及生長(zhǎng)，并可提供CO2。12使用堆肥應(yīng)注意事項(xiàng)成熟的堆肥富有活的微生物，其耗氧量雖然比未成熟堆肥要少，仍易成為厭氧狀態(tài)，所以在使用時(shí)需要充分注意。用于農(nóng)田施肥時(shí)，不要將堆肥埋起來(lái)，最好讓其在土壤表面暴露于空氣中。新鮮堆肥宜用作底肥。粗堆肥最好用于粘質(zhì)、淤泥和結(jié)板的土壤；細(xì)堆肥用于干燥、疏散及多沙的土壤。城市垃圾堆肥C/N比大，即含氮量低，最好和氮肥配合使用，以免出現(xiàn)土壤的“氮饑餓”現(xiàn)象。堆肥不應(yīng)裝在密封的袋里搬運(yùn)或保存，必要時(shí)，在袋上開(kāi)空氣流通口。13二 、原料來(lái)源及質(zhì)量控制來(lái)源：可用作堆肥化處理的廢物種類(lèi)很多，來(lái)源廣泛，

7、 如城市生活垃圾、農(nóng)業(yè)秸桿、鋸末、樹(shù)皮、污泥及厭氧發(fā)酵殘?jiān)取?目前，我國(guó)堆肥化原料主要是兩類(lèi)： 生活垃圾+糞便或生活垃圾+生活污泥 農(nóng)業(yè)秸桿+糞便14質(zhì)量控制A、密度（容重）：適于堆肥的垃圾密度為350-650kg/m3；B、組分（濕質(zhì)）%：有機(jī)物20%，并按照易腐物（動(dòng)物性+植物性）、灰渣（15mm稱(chēng)渣礫，15mm為灰土）和廢品（紙類(lèi)、布類(lèi)、塑料、金屬、玻璃）分別統(tǒng)計(jì)用于堆肥化處理的城市生活垃圾組成成分。C、含水率：適合堆肥的垃圾含水率為40-60%；D、碳/氮比（C/N）：適合堆肥的C/N比為20：130：1；E、粒度：適合堆肥的物料粒度為12-60mm，蔬菜類(lèi)易腐廢物尺寸可略大一些。1

8、5三、好氧堆肥化機(jī)理 好氧堆肥是在通風(fēng)條件下和有游離氧存在情況下，依靠好氧微生物（即好氧細(xì)菌）的分解發(fā)酵作用下進(jìn)行的。 如果將廢物中的有機(jī)物用CaHbOcNd表示，堆肥產(chǎn)品（難降解抗性有機(jī)物）的有機(jī)質(zhì)用CwHxOyNz表示，則好氧分解代謝過(guò)程可表示為：CaHbOcNd+0.5ny+2s+r-cO2n CwHxOyNzd H2O（氣） + f H2O（液）+s CO2+（d-nx）NH316堆肥化過(guò)程 通常都是根據(jù)堆層溫度變化為主要標(biāo)志，將堆肥化過(guò)程分為下列若干段：A、潛伏階段，又稱(chēng)馴化階段，是堆肥中的微生物適應(yīng)新環(huán)境，在優(yōu)勝劣汰中馴化，形成優(yōu)勢(shì)菌群的過(guò)程。B、中溫階段，堆肥初期，堆層基本呈中溫

9、，嗜溫性微生物較為活躍，并利用堆肥中可溶性有機(jī)物旺盛繁殖。C、高溫階段，當(dāng)肥堆溫度上升到45以上時(shí)，即進(jìn)入高溫階段。D、腐熟階段，在內(nèi)源呼吸后期，只剩下部分難分解的有機(jī)物和新形成的腐殖質(zhì)，此時(shí)微生物活性下降，發(fā)熱量減少，溫度下降。17A、前處理：分選、破碎、調(diào)質(zhì)、配料、菌種馴化、投放及投加酶制劑、有機(jī)調(diào)理劑及膨脹劑等，以利于發(fā)酵過(guò)程正常進(jìn)行。B、主發(fā)酵：是由溫度升高到開(kāi)始降低為止的發(fā)酵過(guò)程。C、后發(fā)酵：是指將經(jīng)主發(fā)酵的半成品中尚未分解的有機(jī)質(zhì)分解變?yōu)楦迟|(zhì)、氨基酸等比較穩(wěn)定的有機(jī)物和完全腐熟的堆肥產(chǎn)品過(guò)程。D、后處理：包括分選除雜志、除臭和精制過(guò)程等。E、精制：根據(jù)用途和需要破碎，添加N、P、

10、K等添加劑生產(chǎn)復(fù)合肥，或固化造粒等。F、貯存：凈化后的散裝堆肥產(chǎn)品可以直接銷(xiāo)售給客戶(hù)，或者進(jìn)行貯存。前處理主發(fā)酵后發(fā)酵原處理貯存四、堆肥化工藝流程18堆肥化技術(shù)分類(lèi)根據(jù)堆肥化工藝技術(shù)發(fā)展演化歷史及工藝特點(diǎn)分類(lèi)如下：厭氧堆肥化好氧堆肥化露天（敞開(kāi)）式堆肥化封閉式堆肥化無(wú)發(fā)酵袋置堆肥化有發(fā)酵袋置堆肥化人工土法堆肥化機(jī)械化堆肥化靜態(tài)發(fā)酵堆肥化動(dòng)態(tài)（機(jī)械化）發(fā)酵化19 根據(jù)堆肥化過(guò)程中通風(fēng)方式可進(jìn)一步分為：攪拌翻堆條垛式堆肥工藝特點(diǎn)：物料以條垛狀堆置并排成多條平行垛；通風(fēng)方式通過(guò)翻動(dòng)垛來(lái)實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)效率高，成本低，但占地面積大。周期：一次發(fā)酵周期約3-4周；強(qiáng)制通風(fēng)式固定垛發(fā)酵工藝特點(diǎn)：物料堆肥化過(guò)程不

11、進(jìn)行翻堆，氧氣的供給是通過(guò)機(jī)械抽風(fēng)使空氣滲透到料堆內(nèi)部來(lái)實(shí)現(xiàn)。其主要優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，生產(chǎn)效率高、周?chē)h(huán)境好，操作管理方便，但堆肥成本相對(duì)較高。周期：一次發(fā)酵停存周期一般為三周。20五、堆肥設(shè)備堆肥化設(shè)備按照堆肥化工藝流程包括：進(jìn)料供料設(shè)備預(yù)處理設(shè)備一次發(fā)酵設(shè)備二次發(fā)酵設(shè)備后處理設(shè)備產(chǎn)品精加工設(shè)備等。供料設(shè)備：地磅稱(chēng)、貯料倉(cāng)、進(jìn)料斗、起重機(jī)等。預(yù)處理設(shè)備：破包機(jī)、撕碎機(jī)、分選機(jī)、混合攪拌機(jī)等。發(fā)酵設(shè)備：一次發(fā)酵設(shè)備、二次發(fā)酵設(shè)備等。后處理設(shè)備：篩選機(jī)、烘干造粒機(jī)、配肥、包裝機(jī)等。其它設(shè)備：脫臭裝置、污水導(dǎo)排與處理裝置、配電與控制裝置；21六、堆肥化過(guò)程技術(shù)參數(shù)及控制 1、通風(fēng)作用及其控制 2、

12、含水率及其控制 3、倉(cāng)內(nèi)溫度及其控制 4、有機(jī)質(zhì)含量 5、顆粒度 6、碳氮比（C/N） 7、碳磷比 8、pH值22通風(fēng)作用及其控制作用：維持好氧微生物的生物活性；帶走水蒸氣，干化 物料；調(diào)節(jié)發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)堆層的溫度等。A、堆肥化過(guò)程需氧量計(jì)算（見(jiàn)下一頁(yè)）B、通風(fēng)方法及控制主要方式：自然通風(fēng)、堆層內(nèi)置通風(fēng)管、機(jī)械翻堆通風(fēng)、強(qiáng)制通風(fēng)等控制方法：利用需氧量與堆肥物料水分和堆層溫度密切相關(guān)性；通常用堆層溫度變化來(lái)控制通風(fēng)量； 利用耗氧速率（或氧的吸收率）可作為衡量堆層內(nèi)生物氧化作用及有機(jī)質(zhì)分解程度指示劑的特點(diǎn)，在機(jī)械化連續(xù)堆肥中，利用排氣中氧的含量或CO2含量變化（與發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)氧的濃度和吸收率有相關(guān)性）控制通

13、風(fēng)量。排氣中適宜的體積濃度控制標(biāo)準(zhǔn)為14-17%。23堆肥化過(guò)程需氧量計(jì)算根據(jù)堆肥化過(guò)程有機(jī)物氧化分解下列反應(yīng)式推算理論氧化分解需氧量，進(jìn)而折算出理論空氣量： CsHtNuOia H2O+b O2CwHxNyOz c H2O+d H2O(氣) +e H2O(液)+f CO2+g NH3+Q （其中w=5-10；x=7-17；y=1；z=2-8）根據(jù)下列化學(xué)計(jì)算式推算理論需氧量（考慮降解效率n時(shí)）： CaHbNcOd+0.5（Nz+2s+r-d） O2 nCwHxNyOz+s C O2 +r H2O +（c-ny）NH3 （其中n為降解效率，其摩爾轉(zhuǎn)化率1），即堆肥需氧量 V= 0.5（Nz+2

14、s+r-d）*32kmol r=0.5b-nx-3（c-ny），s=a-nw n=堆肥化產(chǎn)品重量/堆肥產(chǎn)品千摩爾質(zhì)量（kg）經(jīng)驗(yàn)法 ：通常為理論空氣量二倍以上，靜態(tài)堆肥中取0.05-0.2M3/（minm3），在動(dòng)態(tài)堆肥化中則需做生產(chǎn)性試驗(yàn)確定。24含水率及其控制 微生物只能攝取溶解性養(yǎng)料，微生物體內(nèi)的水（80%）和流動(dòng)狀態(tài)的水是微生物生化反應(yīng)的介質(zhì)，并影響堆肥發(fā)酵速度和腐熟程度，有資料顯示，當(dāng)物料中含水率12%時(shí)，微生物將停止繁殖。因此含水率也是好氧堆肥化關(guān)鍵工藝條件之一，并對(duì)通風(fēng)等其它工藝技術(shù)參數(shù)產(chǎn)生影響。極限含水量：又稱(chēng)最大含水量，是指從透氣性角度出 發(fā)，將固體粒子內(nèi)部細(xì)孔被水填滿(mǎn)時(shí)的含

15、水率稱(chēng)之。城市垃圾最大含水率65%。其中煤渣45.1%、菜皮92.0%、厚紙板65.5%、報(bào)紙74.4%、破布74.3%、碎磚瓦15.9%、玻璃1.1%、塑料5.7%、金屬1.1%臨界水分：是指堆肥化過(guò)程中既考慮微生物活性需要，又考慮到保持物料孔隙率和透氣性需要的綜合指標(biāo)。當(dāng)含水率65%時(shí)，水分將充滿(mǎn)物粒間隙，堆層內(nèi)空氣量降低，由好氧狀態(tài)向厭氧轉(zhuǎn)化，溫度劇降，并產(chǎn)生惡臭氣體。25含水率調(diào)節(jié)與控制回流物料平衡法 濕料平衡Xc+Xr=Xm（料倉(cāng)內(nèi)混合物料總濕重） 干料平衡ScXc+SrXr=SmXm（Sm料倉(cāng)內(nèi)混合物料含固量） 濕重回流比Rw=Xr/Xc=（Sm-Sc）/（Sr-Sm） 干重回流比

16、Rd=SrXr/（ScXc）=（Sm/Sc-1）/（1-Sm/Sr）摻加調(diào)理劑（干調(diào)理劑鋸末，濕調(diào)理劑污泥或糞便等） 適宜的含水率范圍是45-60%，以55%為最佳，因?yàn)榕R界水分與物料有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)，當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量50%時(shí)，臨界水分45-50%；當(dāng)有機(jī)物含量達(dá)到60%時(shí)，臨界水分為60%。26含水率與干化關(guān)系 在混合進(jìn)料時(shí)，單位質(zhì)量可降解有機(jī)物中的水分質(zhì)量為w，當(dāng)w10時(shí)，堆肥化過(guò)程中所產(chǎn)生的能量（熱）足以提供堆肥化或全部干化所需，當(dāng)w10時(shí)，則堆肥溫度較低而減弱預(yù)期干化條件。這時(shí)，必須限制干化程度以減輕蒸發(fā)負(fù)荷，使堆肥化過(guò)程得以正常進(jìn)行。27倉(cāng)內(nèi)溫度及其控制 溫度決定著微生物活性大小和堆肥化進(jìn)

17、程快慢，同樣是好氧堆肥化重要工藝技術(shù)參數(shù)之一。溫度太低，不僅不利于有機(jī)質(zhì)氧化分解和微生物新陳代謝，而且也達(dá)不到熱滅活（即高溫殺滅蟲(chóng)卵、病原菌和寄生蟲(chóng)等）的無(wú)害化要求，故一般采用好氧高溫堆肥。但是，當(dāng)溫度超過(guò)70時(shí)，堆肥中的放線菌等有益細(xì)菌（存活于植物根部周?chē)怪参镒聣殉砷L(zhǎng)）將被殺滅，孢子量不活動(dòng)狀態(tài)，分解速度減慢。故堆肥化適宜溫度為55-60 。 發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)溫度變化與發(fā)酵裝置、保溫條件和通風(fēng)供氧量有關(guān)。所以在實(shí)際工作中通常由溫度通風(fēng)反饋系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)堆層溫度的自動(dòng)控制。大量試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，一次發(fā)酵平均通風(fēng)量選擇0.2m3/（minm3）較為適宜。28有機(jī)質(zhì)含量：堆肥化原料中的有機(jī)質(zhì)含量高低對(duì)堆層

18、溫度和通風(fēng)量均有影響，有機(jī)質(zhì)含量太低，分解所產(chǎn)生的熱量不足以維持堆肥化所需熱滅活溫度，且影響堆肥成品質(zhì)量；有機(jī)質(zhì)含量太高則給通風(fēng)供養(yǎng)帶來(lái)困難，易出現(xiàn)厭氧狀態(tài)。適宜的有機(jī)質(zhì)含量為20-80%。顆粒度顆粒度影響堆層空隙率和透氣性。物料顆粒的平均適宜粒度為12-60mm，并隨垃圾物性變化而變化，紙類(lèi)（含紙板）的破碎粒度為3.8-5.0cm，材質(zhì)較硬者的粒度要求小一些（0.5-1.0cm），廚房食品垃圾為主的廢物破碎尺寸可大一些，以免破碎成漿狀影響透氣性。29碳氮比（C/N比） 在堆肥過(guò)程中，大部分碳源被微生物代謝分解成CO2排入大氣，少部分碳成細(xì)胞膜。而氮?jiǎng)t主要消耗在細(xì)胞原生質(zhì)合成并留于系統(tǒng)中。因此

19、，對(duì)于微生物營(yíng)養(yǎng)需求而言，C/N比是影響微生物生長(zhǎng)活性的最主要營(yíng)養(yǎng)因素。微生物體本身的C/N 4-30（干重比），用作營(yíng)養(yǎng)的C/N比最好在此范圍內(nèi)（C/N比10左右，有機(jī)物被微生物分解速率最大）。C/N太低，多余的氮將以氨的形式逸散并污染環(huán)境；C/N比太高，微生物繁殖受到氮源限制而使有機(jī)質(zhì)分解不完全，影響最終的分解效率或降解效率（n值）。30碳磷比（C/P比）磷也是微生物繁殖和新陳代謝所必需的，對(duì)有機(jī)物發(fā)酵影響很大，堆肥化原料適宜的C/P比為5-15。pH值堆肥化過(guò)程中堆層pH值隨時(shí)間和溫度變化而變化，pH值是揭示堆肥化分解過(guò)程的一個(gè)極好標(biāo)志。最初階段由于有機(jī)酸產(chǎn)生，pH值回降低到以下；隨后，

20、隨著有機(jī)酸被逐漸分解，pH值逐漸上升到8左右，一般認(rèn)為pH=7.5-8.5時(shí)堆肥化效率最高。 31七 、堆肥腐熟度及其質(zhì)量控制定義：指堆肥中有機(jī)質(zhì)因氧化分解而穩(wěn)定化程度稱(chēng)作堆肥腐熟度?；竞x：堆肥產(chǎn)品達(dá)到穩(wěn)定化，無(wú)害化程度，即對(duì)環(huán)境 不產(chǎn)生不良影響； 堆肥產(chǎn)品使用不影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)和土壤的耕 作能力。32 標(biāo)準(zhǔn)： 直觀標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)激烈分解、低溫、茶褐色或黑色，無(wú)惡臭，手感松軟易碎，無(wú)明顯纖維素和木質(zhì)結(jié)構(gòu)等； 化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)：包括堆肥中的COD、Vs、淀粉和纖維素、碳氧比、凝膠色譜、氧化還原電位、堿性基本交換量、硝酸氨等。 工藝參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)：包括堆層溫度，水分物料平衡，耗氧速率等。33堆肥腐熟度的檢測(cè)方法氨

21、 實(shí) 驗(yàn) 方 法：完全腐熟的堆肥含有硝酸氮和少量氨氮，未腐熟的堆肥則只含有氨氮而不含硝酸氮。根據(jù)這一特性，可利用特定的顯色反應(yīng)來(lái)測(cè)試堆肥樣品中是否含有氨氮和硝酸氮（可由硝酸氮還原產(chǎn)生），從而判定堆肥是否腐熟及腐熟程度。耗氧速率方法：其基本原理是在一次發(fā)酵末期，好氧速率趨于平穩(wěn)，堆溫開(kāi)始下降；二次發(fā)酵期間，耗氧速率變化不大，總體呈下降趨勢(shì)。當(dāng)堆肥穩(wěn)定時(shí)相對(duì)耗氧速率基本穩(wěn)定在0.02O2%/min左右，由此判斷堆肥腐熟度。34第三節(jié) 固體廢物厭氧消化 一、概述 二、厭氧消化生物化學(xué)機(jī)理 三、厭氧消化工藝技術(shù)條件及控制 四、厭氧消化處理的工藝流程 五、厭氧消化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)35 在斷絕與空氣接觸的

22、條件下，依賴(lài)兼性厭氧菌和專(zhuān)性厭氧菌的生物化學(xué)作用，對(duì)有機(jī)物進(jìn)行生物降解的過(guò)程，稱(chēng)為厭氧生物處理法或厭氧消化法。 厭氧生物處理法的處理對(duì)象是：高濃度有機(jī)工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)污水的污泥、動(dòng)植物殘?bào)w及糞便等。 一、固體廢物厭氧消化概述36厭氧生物處理的方法和基本功能有二：（1）酸發(fā)酵的目的是為進(jìn)一步進(jìn)行生物處理提供易生物降解的基質(zhì)；（2）甲烷發(fā)酵的目的是進(jìn)一步降解有機(jī)物和生產(chǎn)氣體燃料。 37定義：在人工控制的厭氧條件下，利用厭氧微生物將廢物中可降解有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)化成甲烷、二氧化碳和其它穩(wěn)定物質(zhì)的生物化學(xué)處理過(guò)程。歷史：自然界中厭氧消化產(chǎn)沼現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)于1630年，到二十世紀(jì)初厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)得以應(yīng)用并發(fā)展；厭氧

23、消化處理技術(shù)應(yīng)用于固體廢物處理始于英國(guó)。種類(lèi)：根據(jù)厭氧消化處理的廢物性質(zhì)（或性狀）分為：低固厭氧消化和高固厭氧消化。38二、厭氧消化生物化學(xué)反應(yīng)代謝方程1、總生化反應(yīng)式當(dāng)有機(jī)物用CaHbOcNd表示時(shí)，其完全厭氧分解反應(yīng)式為：2、碳水化合物分解代謝方程式：393、脂類(lèi)化合物在厭氧消化原料中含量低，其代謝過(guò)程為：4、蛋白質(zhì)類(lèi)化合物在厭氧發(fā)酵原料中所占比例變化大，養(yǎng)殖場(chǎng)廢物中有時(shí)高達(dá)20%，其代謝過(guò)程為：40厭氧消化代謝過(guò)程（理論）兩階段理論：按生化作用是否產(chǎn)氣，將厭氧消化過(guò)程分為兩個(gè)階段水解酸化階段或產(chǎn)酸階段（液化階段）和產(chǎn)氣階段，即：三階段理論：厭氧消化過(guò)程分為三階段，分別由三個(gè)不同細(xì)菌菌群作

24、用完成：41四階段論：認(rèn)為厭氧消化過(guò)程可分為四個(gè)階段并由四個(gè)獨(dú)特性質(zhì)的微生物菌群代謝完成。4243表9-1 有機(jī)物厭氧消化過(guò)程生化階段 物態(tài)變化液化（水解）酸化（1）酸化（2）氣 化生化過(guò)程大分子不溶態(tài)有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子溶解態(tài)有機(jī)物小分子溶解態(tài)有機(jī)物轉(zhuǎn)化為（H2+CO2）及A、B兩類(lèi)產(chǎn)物B類(lèi)產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為（H2+CO2）及乙酸等CH4、CO2等菌 群發(fā)酵細(xì)菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌甲烷細(xì)菌發(fā)酵工藝甲烷發(fā)酵酸 發(fā) 酵44厭氧消化微生物不產(chǎn)甲烷菌：指厭氧消化過(guò)程中不直接參與甲烷生成反應(yīng)的微生物統(tǒng)稱(chēng)，包括水解性細(xì)菌和產(chǎn)酸細(xì)菌等。其作用是： 為產(chǎn)甲烷菌提供養(yǎng)分； 為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造適宜的氧化還原條件； 為產(chǎn)甲烷菌消除部

25、分有毒物質(zhì)； 和產(chǎn)甲烷菌一起，共同維持發(fā)酵的pH值。45厭氧消化微生物產(chǎn)甲烷菌：隸屬于原核生物。其主要生態(tài)特征有： 嚴(yán)格厭氧，對(duì)氧和氧化劑非常敏感； 宜于中性偏堿性環(huán)境條件下繁殖； 菌體倍增時(shí)間長(zhǎng)，4-5天才系列增殖1代； 只能利用少數(shù)簡(jiǎn)單化合物作營(yíng)養(yǎng)，但卻都能利用分子氫作代謝能量； 代謝最終產(chǎn)物是CH4和CO2。46厭氧消化工藝技術(shù)條件（影響因素） 1、厭氧條件：確保厭氧消化系統(tǒng)厭氧條件對(duì)于固體飛舞厭氧消化處理來(lái)說(shuō)，至關(guān)重要； 2、溫度：在35-38或50-65范圍內(nèi)為佳； 3、pH值：最佳pH值范圍是7-8； 4、營(yíng)養(yǎng)素或養(yǎng)分：C/N=15-30：1、P/C=5：1、N/NH3適宜； 5、

26、攪拌：一般情況下需要安裝攪拌設(shè)備； 6、添加劑與毒害物：添加劑有硫酸鋅、磷礦粉、鋼渣、碳酸鈣、爐灰等；但超過(guò)發(fā)酵菌耐受度即成為毒害物； 7、進(jìn)料方式：通常采用批量進(jìn)料、半連續(xù)進(jìn)料和連續(xù)進(jìn)料； 8、發(fā)酵方式：通常有二相發(fā)酵、混合發(fā)酵兩種； 9、原料性狀：可分為液體、固體和高濃度發(fā)酵三種；10、發(fā)酵裝置（anaerobic degester）：分常規(guī)發(fā)酵裝置和高效發(fā)酵裝置兩種47二、發(fā)酵的控制條件（以下重點(diǎn)討論甲烷發(fā)酵的控制條件。）（一）營(yíng)養(yǎng)與環(huán)境條件 廢水、污泥及廢料中的有機(jī)物種類(lèi)繁多，只要未達(dá)到抑制濃度，都可連續(xù)進(jìn)行厭氧生物處理。對(duì)生物可降解性有機(jī)物的濃度并無(wú)嚴(yán)格限制，但若濃度太低，比耗熱量高

27、，經(jīng)濟(jì)上不合算；水力停留時(shí)間短，生物污泥易流失，難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行。一般要求COD大于1000mg/L。 CODNP=20051 48（1）氧化還原電位（ORP或Eh） 厭氧環(huán)境是厭氧消化過(guò)程賴(lài)以正常進(jìn)行的最重要的條件。厭氧環(huán)境，主要以體系中的氧化還原電位來(lái)反映。 一般情況下，氧的溶入無(wú)疑是引起發(fā)酵系統(tǒng)的氧化還原電位升高的最主要和最直接的原因。但是，除氧以外，其它一些氧化劑或氧化態(tài)物質(zhì)的存在（如某些工業(yè)廢水中含有的Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-以及酸性廢水中的H+等），同樣能使體系中的氧化還原電位升高。當(dāng)其濃度達(dá)到一定程度時(shí)，同樣會(huì)危害厭氧消化過(guò)程的進(jìn)行。 49高溫厭氧消化系統(tǒng)

28、適宜的氧化還原電位為-500-600mV；中溫厭氧消化系統(tǒng)及浮動(dòng)溫度厭氧消化系統(tǒng)要求的氧化還原電位應(yīng)低于-300-380mV。產(chǎn)酸細(xì)菌對(duì)氧化還原電位的要求不甚嚴(yán)格，甚至可在+100-100mV的兼性條件下生長(zhǎng)繁殖；甲烷細(xì)菌最適宜的氧化還原電位為-350mV或更低。 50（2）溫度 溫度是影響微生物生命活動(dòng)過(guò)程的重要因素之一。溫度主要影響微生物的生化反應(yīng)速度，因而與有機(jī)物的分解速率有關(guān)。 工程上：中溫消化溫度為3038（以3335為多）；高溫消化溫度為5055。厭氧消化對(duì)溫度的突變也十分敏感，要求日變化小于2。溫度突變幅度太大，會(huì)招致系統(tǒng)的停止產(chǎn)氣。 51（3）pH值及酸堿度 由于發(fā)酵系統(tǒng)中的C

29、O2分壓很高（20.340.5kPa），發(fā)酵液的實(shí)際pH值比在大氣條件下的實(shí)測(cè)值為低。一般認(rèn)為，實(shí)測(cè)值應(yīng)在7.27.4之間為好。（4）毒物 凡對(duì)厭氧處理過(guò)程起抑制或毒害作用的物質(zhì)，都可稱(chēng)為毒物。 52四、厭氧消化處理的工藝流程1、水壓式沼氣池工藝流程；2、浮罩式消化池工藝流程；3、兩相式厭氧發(fā)酵工藝流程；4、中高溫厭氧發(fā)酵工藝流程； 5、三級(jí)循環(huán)間歇式厭氧消化工藝流程；6、聯(lián)合的高固體厭氧消化與好氧堆肥化工藝流程。（下圖） 經(jīng)預(yù)處理的 城市垃圾高固體厭氧消化器好氧堆肥化發(fā)酵器供熱 供熱沼氣空氣土壤調(diào)節(jié)劑肥粒53五、厭氧消化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)54一、化糞池和雙層沉淀池（早期用于處理廢水） 化糞池是一個(gè)矩形密閉的池子，用隔墻分為兩室或三室，各室之間用水下連接管接通。廢水由一