固體廢物的生物處理課件

固體廢物的生物處理

城市生活垃圾1995年己超過1億t，每年增長(zhǎng)10％(全世界平均年增長(zhǎng)速度8.42％)。無害化處理的不足10％。污水處理廠幹污泥每年產(chǎn)生約2×105t，以濕污泥計(jì)約為(38~50)

l05t，且以每年20％的速度增長(zhǎng)。農(nóng)業(yè)廢棄物作物秸稈、草木枝葉、人和畜禽糞便等。作物秸稈每年產(chǎn)量約（5~6)

l08t。（薪柴、就地焚燒）集約化畜禽生產(chǎn)，糞便年排放量約18.8×108t。1、城市固體有機(jī)廢棄物現(xiàn)狀2、固體有機(jī)廢物的處理和處置原則資源化、無害化和減量化資源化有機(jī)固體廢物被稱為“放錯(cuò)地點(diǎn)的原料”，為“二次資源”或“再生資源”，可用於生產(chǎn)生物能源、生物肥料和飼料。無害化殺滅或去除固體廢棄物中的病原菌、害蟲和寄生蟲（害蟲和寄生蟲卵）、雜草種子和有害化學(xué)物質(zhì)，處置過程需符合國(guó)家的無害化標(biāo)準(zhǔn)。

減量化經(jīng)過最終處理、處置的部分能減量到最少的程度。Mushrooms(Agaricusbisporus)growingincompost3、處理有機(jī)固體廢物的方法主要有堆制法、厭氧消化法、填埋法和焚燒法處理方法類型應(yīng)用堆制法、厭氧消化法和填埋法生物處理法處理可生物降解的有機(jī)固體廢物焚燒法化學(xué)處理法處理不可隨意排放的危險(xiǎn)性廢物以及生活垃圾等IncineratorDiagram第一節(jié)堆制處理一、堆制的概念及其優(yōu)缺點(diǎn)1、堆制(Composting)的概念堆制處理是利用多種微生物人為地促進(jìn)生物來源的有機(jī)廢物好氧分解和穩(wěn)定化的過程。有機(jī)質(zhì)無機(jī)物、礦物質(zhì)+腐殖質(zhì)+能量微生物堆制處理後，產(chǎn)物中含豐富的氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)，故稱為堆肥(Compost)。好氧堆制定義的含義原料為可生物降解廢物，固體或半固體；人工控制下進(jìn)行；多種微生物聯(lián)合作用實(shí)現(xiàn)，不同階段，不同的微生物起主導(dǎo)作用。堆制過程好氧、放熱，為穩(wěn)定化過程；能殺死病原菌和寄生蟲和害蟲卵，達(dá)到無害化、安全性；4、堆制處理的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)廢物分解並達(dá)到穩(wěn)定化易腐敗的有機(jī)廢物和有毒廢物被轉(zhuǎn)化為比較穩(wěn)定的物質(zhì)，體積大大縮小(40％~60％幹有機(jī)質(zhì)被分解)，便於處置和運(yùn)輸。有毒化學(xué)品(如農(nóng)藥)形成腐殖質(zhì)，消除毒性。幹化作用人糞尿、動(dòng)物糞便和污泥含水達(dá)80％~95％，經(jīng)過堆制處理，大大降低其含水率。殺滅有害生物堆制過程釋放大量熱能，堆溫較高。據(jù)測(cè)定，60~70℃維持3d，可使脊髓灰質(zhì)炎病毒、病原細(xì)菌和蛔蟲卵失活。堆溫50~60℃，持續(xù)6~7d，即可殺滅病原和蟲卵。堆肥是植物良好的肥料和土壤改良劑4、堆制處理的優(yōu)點(diǎn)5、堆肥處理存在的問題堆肥品質(zhì)不易穩(wěn)定；原料來源不同、隨季節(jié)變化，給標(biāo)準(zhǔn)化處理帶來困難；物料溫度不均勻；受社會(huì)、文化、經(jīng)濟(jì)因素的影響；二、好氧堆制的微生物學(xué)過程1、微生物學(xué)過程及特點(diǎn)根據(jù)溫度變化和微生物生長(zhǎng)情況，分為潛育期、中溫期、高溫期、腐熟期四個(gè)時(shí)期潛育期(latentphase)物料中帶入的微生物剛進(jìn)入一個(gè)新環(huán)境後的一段調(diào)整適應(yīng)時(shí)期。在該時(shí)期，微生物基本上不生長(zhǎng)繁殖，堆溫基本上沒變化。中溫期(mesophilicphase)中溫型好氧微生物為主，大量生長(zhǎng)繁殖，最常見的是無芽孢細(xì)菌、芽孢細(xì)菌和黴菌等；分解易降解的有機(jī)物(如簡(jiǎn)單糖類、澱粉、蛋白質(zhì)等)，產(chǎn)生大量熱能，堆溫不斷升高，直至達(dá)到50℃左右，這一過程也稱升溫期，或稱發(fā)熱階段。高溫期(thermophilicphase)中溫期後期，溫度上升至65~70℃甚至更高，即進(jìn)入高溫期。是有機(jī)質(zhì)的分解和有害生物的殺滅最有效的時(shí)期。腐殖化過程；高溫型好氧微生物成為優(yōu)勢(shì)種。主要是好熱性細(xì)菌、放線菌和真菌的一些種群；殺滅病原生物，50~60℃持續(xù)6~7d，可有效殺滅蟲卵和病原菌。Compostingpile腐熟期(maturationphase,curingphase)腐熟期內(nèi)，中溫型微生物又成為優(yōu)勢(shì)微生物類型。殘餘有機(jī)物被分解，腐殖質(zhì)不斷積累，堆制處理進(jìn)入。有機(jī)質(zhì)的分解量較小，過程較緩慢，有利於腐殖化。一些複雜的有機(jī)質(zhì)與鐵、鈣、氮等物質(zhì)相結(jié)合形成腐殖質(zhì)膠體(humiccolloids)，完成了有機(jī)質(zhì)的分解和再合成過程。堆溫回復(fù)到40℃左右時(shí)，表示物料已基本達(dá)到穩(wěn)定，基本達(dá)到腐熟的程度，可以便用或用於配製複合肥料的原料。2、腐熟堆肥的特徵表面呈白色或灰白色，內(nèi)部呈黑褐色或棕黑色：秸稈和糞塊等完全腐熟，質(zhì)地鬆軟，無糞臭，散發(fā)出泥土氣味，不招引蚊蠅；pH8-9，呈弱鹼性。三、堆制過程中的生物及其演替1．一般規(guī)律參與的主要是微生物，包括：細(xì)菌(含放線菌)真菌原生動(dòng)物等類群一些無脊椎動(dòng)物如線蟲、蚯蚓、蟎類等。微生物群落的變化規(guī)律50℃左右，高溫菌出現(xiàn)，嗜熱性真菌和細(xì)菌(放線菌)為主。堆溫60℃時(shí)，真菌幾乎完全停止活動(dòng)，嗜熱性放線菌與細(xì)菌繼續(xù)活動(dòng)。高溫細(xì)菌主要是芽孢細(xì)菌屬、高溫放線菌屬。中溫型細(xì)菌(含放線菌)和真菌首先起作用，嗜熱脂肪芽孢桿菌StreptomycesandThermomonosporaisolatedfromcompostThermomonosporaformosensistypestrain煙麯黴

AspergillusfumigatusAdissolvingcellulosefibre-ClostridiumthermocellumbacteriabarelyvisiblecelostructureSchematicalpresentationofthecellulosomeofClostridiumthermocellum:CipAproteinisdrawningreen,catalyticalcomponentsinorange,cell-wallbindingcomponentsinblue,thebacterialcellinbrownandthecellulosemicrofibrilinblack.TheS-layerispunctuated.Thecohesinmodulesarenumbered1to9.Thebindingoftheenzymestospecificpositions(cohesins)ishypothetical,asisthelinearorientationofthescaffoldin.Thescaffoldins(CipA)boundtoOlpBareonlysketchedpartially.Allcellulosomecomponentsarenotdrawntoscale.白地黴

Geotrichumcandidum65~70℃時(shí)，大多數(shù)嗜熱性微生物也無法生活，或死亡，或休眠。最後，溫度下降，放線菌重新定殖成為優(yōu)勢(shì)菌群，堆肥表面呈現(xiàn)白色或灰色。蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生的氨轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的過程主要在腐熟期進(jìn)行。堆制過程中的食物鏈第一級(jí)消費(fèi)者是細(xì)菌、放線菌和真菌，其中以細(xì)菌數(shù)量最多分解最快，放線菌在易降解物質(zhì)下降水分減少時(shí)更為顯著，真菌更耐低水分、低pH和低氧條件，容易降解木質(zhì)材料和難降解材料。堆制過程中的食物鏈第二級(jí)消費(fèi)者是蟎類、甲蟲幼蟲、線蟲、原生動(dòng)物和輪蟲等，它們以第一級(jí)消費(fèi)者為食。第三級(jí)消費(fèi)者是蜈蚣、隱翅蟲和螞蟻等，它們捕食第二級(jí)消費(fèi)者。2．特殊規(guī)律農(nóng)業(yè)廢物以植物殘?bào)w為主，堆制過程中的微生物相：細(xì)菌、真菌→纖維分解菌→放線菌→能分解本質(zhì)素的微生物城市污水處理廠剩餘污泥、城市生活垃圾堆制過程中，厭氧菌和脫氮菌很多。細(xì)菌與放線菌數(shù)量之比可作為堆肥腐熟的指標(biāo)之一。堆制時(shí)間好氣細(xì)菌與放線菌數(shù)量之比堆制前8030d後3560d後30四、影響堆制過程的因素影響堆制過程的因素有物料的有機(jī)質(zhì)含量、營(yíng)養(yǎng)平衡、通氣量、水分、溫度和粒徑等。有機(jī)質(zhì)含量靜態(tài)發(fā)酵工藝，物料含20％~40％有機(jī)質(zhì)為宜有機(jī)成分>60％，採(cǎi)用動(dòng)態(tài)發(fā)酵工藝；2、營(yíng)養(yǎng)平衡碳氮比(C/N)是營(yíng)養(yǎng)平衡最重要的參數(shù)之一。

物料最佳的C/N為25~35之間為宜，物料C/N>35，會(huì)延長(zhǎng)堆制的時(shí)間。原料C/N<5，氮素會(huì)轉(zhuǎn)化為氨逸出，特別是在高溫、高pH值和強(qiáng)制通氣的情況下氮的逸失更為嚴(yán)重。

碳磷比(C/P)也很重要。適宜的C/P為75~l00。原污泥的C/P低，需和其他原料配合。

C/N和堆制時(shí)間之間關(guān)係初始C/N堆制時(shí)間2012d20~2514d7821d美國(guó)加州大學(xué)試驗(yàn)結(jié)果含碳率計(jì)算公式(誤差為2％~10％)關(guān)係式：含碳率(％)＝[100-灰分(％)]/1.8灰分％系指經(jīng)550℃燃燒比所剩的物質(zhì)占幹重的百分率。堆制過程中，物料的C/N逐漸降低。腐熟堆肥的適宜C/N應(yīng)為10~20。3、通氣量通氧的作用充氧，調(diào)節(jié)堆溫和排除過多的水分的作用。通氧方式：人工或機(jī)械進(jìn)行間隙或連續(xù)翻料；在堆肥中作通氣孔道；最有效的供氧方式是強(qiáng)制性機(jī)械通風(fēng)，即用泵將空氣壓入或抽出肥堆。理論需氧量的計(jì)算可以根據(jù)廢物氧化反應(yīng)式簡(jiǎn)單計(jì)算理論通氣量已知合流污水污泥的化學(xué)成分C10H19O3N，其完全氧化的計(jì)量化學(xué)方程為

C10H19O3N+12.5O2=10CO2+8H2O+4NH3(201)(400)1g的C10H19O3N完全氧化約需要2g的O2。實(shí)際供氧量為理論供應(yīng)量的兩倍。不同時(shí)期供氧量也不一樣，高溫期是中溫期和熟化期的好幾倍。在機(jī)械化連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)可通過測(cè)定排氣中氧和CO2的含量來衡量氧氣情況。排氣中氧的體積濃度為14%~17％，CO2的體積濃度為3%~6％為宜。若氧濃度降低到10％以下，好氣發(fā)酵會(huì)停止。4、水分含水量在50％~70％，以60％為宜。若有機(jī)質(zhì)含量高，含水量應(yīng)高一些；有機(jī)質(zhì)含量低，含水量應(yīng)低一些。5、溫度兩個(gè)主要作用：提高有機(jī)物分解速度殺死物料中病原體。堆制過程的適宜溫度較寬，約為35~55℃。35℃以下發(fā)酵速度不高，45~55℃發(fā)酵速度增加較快，超過55℃，發(fā)酵速率減緩，超過65~77℃發(fā)酵作用微弱。對(duì)大部分病原體來說，超過50℃就會(huì)失活。一般溫度控制在55℃。6、粒徑顆?？障犊蔀槎阎七^程提供充足的氧氣。間隙大小取決於顆粒的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度：麥類秸稈等硬質(zhì)原料的粒徑應(yīng)小一些，一般為1~2cm；蔬菜等質(zhì)軟原料的粒徑應(yīng)大一些；人糞尿、動(dòng)物糞尿、污泥等顆粒細(xì)的物質(zhì)，應(yīng)添加鋸末、稻草、稻殼等膨松劑，既減少容重，又增加物料的空隙率，還調(diào)整了C/N。五、堆制工藝固體廢物堆制處理的工藝類型很多：操作是否連續(xù)間歇式堆制連續(xù)式堆制反應(yīng)器特點(diǎn)非反應(yīng)器型：靜態(tài)堆制工藝反應(yīng)器型：機(jī)械攪拌式、立倉式堆制工藝、滾筒式堆制工藝等反應(yīng)器型堆制發(fā)酵一般分兩階段，第一階段高溫發(fā)酵，發(fā)酵結(jié)束以後移出反應(yīng)器進(jìn)行二次發(fā)酵(熟化)。1、靜態(tài)堆制工藝(staticcomposting)靜態(tài)堆制工藝又稱為常規(guī)堆制工藝(conventionalcomposting)我國(guó)長(zhǎng)期使用的一種有機(jī)肥堆制法；原料預(yù)處理，調(diào)整含水量和C/N；垃圾70％~80％與20％~30％的稀糞混合，條形堆制，堆底寬2.5~3.0m，高1.75m左右，長(zhǎng)度不限，自然通風(fēng)；堆好後呈龜背形，堆中豎插竹竿或木棒，堆好後用稀泥封堆，以防熱量散失。可插入作物秸稈或草束通氣；2~3d後，堆溫上升至50℃以上(中心部位可達(dá)65℃以上)，維持10~20d，整個(gè)工藝過程需要60~90d產(chǎn)物才能達(dá)到穩(wěn)定；蛔蟲卵致死率90％以上。通氣方式插竹竿，自然通氣；人工翻堆方式通氣。人工翻堆每週1~2次，機(jī)械翻堆可1~2d一次，後期腐熟階段可每週翻一次。場(chǎng)地要求及特點(diǎn)場(chǎng)地堅(jiān)實(shí)不滲水，有頂棚遮蓋，大風(fēng)頻繁的地區(qū)應(yīng)在逆風(fēng)面設(shè)置擋風(fēng)牆。工藝特點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備少，處理成本低，但工藝時(shí)間長(zhǎng)。2、攪拌式堆制工藝(mixingcomposting)堆制在料倉內(nèi)進(jìn)行；機(jī)械攪拌通入空氣。第一階段為前5~7d的動(dòng)態(tài)發(fā)酵，此階段好氧菌活性強(qiáng)，升溫快，溫度高，有機(jī)物分解快，發(fā)酵7d絕大部分致病菌死亡。7d後用皮帶輸送發(fā)酵半成品到另一車間進(jìn)行靜態(tài)二次發(fā)酵，使有機(jī)質(zhì)進(jìn)一步降解至穩(wěn)定，20~25d達(dá)到腐熟。3.滾筒式堆制工藝也稱臥式旋轉(zhuǎn)法，由丹麥人首先研製和使用的一種連續(xù)推制法。關(guān)鍵設(shè)備：長(zhǎng)20~30m、直徑3~4m、傾角2％~3％的可迴旋轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬圓筒，轉(zhuǎn)速0.5~1轉(zhuǎn)/M，機(jī)械送風(fēng)。有機(jī)廢物被送入滾筒後，隨滾筒的旋轉(zhuǎn)翻動(dòng)並向滾筒尾部(出料部位)移動(dòng)，在此過程中完成有機(jī)質(zhì)的降解、升溫、殺菌等，筒內(nèi)溫度60℃以上。物料在反應(yīng)器內(nèi)停留3~5d，出料後的初產(chǎn)物再靜態(tài)堆制5~6d，達(dá)到腐熟穩(wěn)定。達(dá)諾(DANO)生物穩(wěn)定法4．塔式堆制工藝又稱為澤西(Jersey)法。主要設(shè)施：立式筒狀發(fā)酵倉，倉高10~15m，分5~6層，主要用於城市垃圾處理。分選、破碎後的垃圾由皮帶輸送至倉頂層，受自重力和柵板的控制每日下降一層，一共停留5~6d，出料後靜態(tài)發(fā)酵30~60d。機(jī)械通入空氣，水分從頂部補(bǔ)充，倉內(nèi)溫度高，升溫快，24h可上升至50℃以上，70℃可維持3d，之後溫度逐漸下降。該工藝占地少，垃圾分解徹底，運(yùn)行費(fèi)用低，但水分分佈不均勻。六、接種劑在堆制處理中的應(yīng)用添加劑有三種：天然接種劑(inoculant)、微生物接種劑和起爆劑。天然接種劑有糞肥、腐熟堆肥、耕層土壤等。微生物接種劑由從堆肥中分離的或其他來源的細(xì)菌、放線菌、黴菌等組成，具有分解蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、纖維素、木質(zhì)素、蟹殼和除臭等功能，中溫型與高溫型微生物組合使用。起爆劑(starter)不含有微生物接種體，是一些微生物容易分解的有機(jī)質(zhì)如糖蜜、蔗糖和蛋白質(zhì)等，其作用是為了縮短潛育期。

第二節(jié)衛(wèi)生填埋衛(wèi)生填埋(sanitarylandfill)始於20世紀(jì)60年代，是在傳統(tǒng)堆制的基礎(chǔ)上，避免環(huán)境免受二次污染而發(fā)展起來的一種較好的固體廢物處理法；優(yōu)點(diǎn)：投資少，容量大，見效快。衛(wèi)生填埋的類型主要有厭氧、好氧和半好氧三種。填埋類型特點(diǎn)及應(yīng)用情況厭氧填埋操作簡(jiǎn)單，施工費(fèi)用低，可回收甲烷氣體，目前廣泛採(cǎi)用。好氧和半好氧填埋分解速度快，垃圾穩(wěn)定化時(shí)間短，但工藝要求較複雜，費(fèi)用較高，尚處於研究階段。AnaerobicBioreactorLiquidsStorageGas

Collection

toGenerate

EnergyGroundwater

MonitoringBioreactorProgramAerobicBioreactorLiquidsStorageAir

InjectionGroundwater

MonitoringBioreactorProgramFacultativeBioreactorLiquidsStorageGas

Collection

toGenerate

EnergyGroundwater

MonitoringBioreactorProgram一、填埋場(chǎng)地的建設(shè)與運(yùn)行根據(jù)地形、地貌和土壤條件、水文地質(zhì)、氣候、運(yùn)輸距離、出入道路條件等進(jìn)行選擇，使填埋處理不影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳詈徒】?。?chǎng)地底部要構(gòu)築不漏水的防水層、集水管和集水井等設(shè)施，四周要防止水流沖刷、防止地下水和地面水受污染，避免一般填埋出現(xiàn)的衛(wèi)生條件差，二次污染頻繁的問題出現(xiàn)。1、場(chǎng)地的建設(shè)ConceptillustrationofaTypicalSanitaryLandfillSite2、垃圾填埋處理將垃圾在填埋場(chǎng)內(nèi)分區(qū)分層進(jìn)行填埋。每天的垃圾，在限定範(fàn)圍鋪散為40~75cm的薄層，然後壓實(shí)。垃圾層厚度應(yīng)為2.5~3m。一次性填埋處理垃圾層最大厚度為9m。每層垃圾壓實(shí)後覆土20~30cm。廢物層和土壤覆蓋層共同構(gòu)成一個(gè)單元，即填埋單元(cell)。當(dāng)天的垃圾，當(dāng)天壓實(shí)覆土，成為一個(gè)填埋單元。具有同樣高度的一系列相互銜接的填埋單元構(gòu)成一個(gè)填埋層。按上述工序完成的衛(wèi)生填埋場(chǎng)由一個(gè)或幾個(gè)填埋層組成。當(dāng)填埋到最終的設(shè)計(jì)高度以後，再在該填埋層上層蓋一層90~120cm的土壤，壓實(shí)後就成為一個(gè)比較標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)生填埋場(chǎng)。TheStevensCountySanitaryLandfill,openedonJuly5,1979,isafacilitythatwasdesignedtoservethewasteneedsofthecitizensofStevensCounty.二、填埋的微生物學(xué)過程根據(jù)垃圾在衛(wèi)生填埋過程中的分解情況、氣體產(chǎn)生和微生物活動(dòng)情況，將整個(gè)過程人為地劃分為四個(gè)階段。四個(gè)階段的特點(diǎn)分別為：1、好氧分解階段垃圾好氧分解主要是開始階段。此階段時(shí)間的長(zhǎng)短取決於分解速度，由幾天到幾個(gè)月。填埋層內(nèi)的氧耗盡後進(jìn)入第二階段。2、厭氧產(chǎn)酸階段在此階段，好氧微生物的生命活動(dòng)中止；無氧呼吸的細(xì)菌，如硝酸還原細(xì)菌和硫酸還原細(xì)菌等，以物料中的NO3?、SO42-的氧作為最終電子受體進(jìn)行無氧呼吸，使有機(jī)質(zhì)進(jìn)一步被分解產(chǎn)生多種有機(jī)酸。有機(jī)酸積累、pH下降，甲烷菌開始活動(dòng)，主要產(chǎn)物是N2，H2S、NH3、CO2等。3、甲烷產(chǎn)生加速階段在嚴(yán)格厭氧菌和一些兼性厭氧菌的作用下，有機(jī)酸被進(jìn)一步分解，產(chǎn)生甲烷，甲烷含量達(dá)到50％~60％(v/v)，有機(jī)酸含量下降，pH值升高，產(chǎn)乙酸菌、解纖維菌和產(chǎn)甲烷菌數(shù)量很多。收集、利用甲烷的關(guān)鍵時(shí)期。4、甲烷產(chǎn)生下降階段有機(jī)酸濃度下降，甲烷產(chǎn)率下降。水分、水流、pH、粒徑、接種劑的添加、培養(yǎng)物濃度、溫度等多種因素影響到填埋有機(jī)物的分解及產(chǎn)甲烷作用。