固体废物的生物处理 ppt课件.ppt
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,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,第六章固体废物生物处理,Chapter6BiologicalTreatmentofSolidWaste,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,生物处理:
采用生物处理技术,利用微生物(细菌、放线菌、真菌)和动物(蚯蚓等)分解废物中的有机质,回收能源和资源,实现有机废物的资源化、减量化和无害化,即变废为宝,又解决环境污染。
因此,生物处理技术是一项经济、实惠、切实可行的有机废物处理技术。
生物处理有机固废的方法有多种,如堆肥化,厌氧消化,纤维素水解,垃圾养蚯蚓等。
其中,最主要的并且能大规模地处理有机固体废物的方法是好氧堆肥法和厌氧消化法,本章将重点介绍。
其它的生物处理技术虽不能大规模处理,但能从废物中回收高附加值生物制品,因此也得到了较多的研究,例如纤维素水解生产化工原料及生物制品,养殖蚯蚓生产生物蛋白等。
固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,生物处理的作用和特点有以下四个方面:
(1)稳定化和杀菌、消毒作用
(2)减量化有机废物经生物处理后,可减量3050%,减量效果明显。
(3)回收能源(4)回收有用物质,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,作用与特点,有机固体废物经生物氧化分解后转化为H2O,CO2,CH4,NH3,H2S等气体,和性质稳定的难降解有机物(抗性有机物)从而达到稳定化的效果,其产品不会对环境造成污染。
有机物分解过程中的厌氧环境以及反应热形成的高温可以杀灭废物中绝大多数病原体而达到无害化。
稳定化杀菌作用,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,人类生活中大量使用的各种生物物质是重要的太阳能储存体,蕴藏着巨大的潜在能源,利用生物技术可使其转化为可直接利用的能源,开发生物能已经成为一种时代的潮流。
例如,污泥和生活垃圾的厌氧消化处理可使其中的有机物转化为具有较高能源价值的沼气,并可进一步转化为热能或电能。
回收能源,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,回收有用物质,用生物处理技术从固体废物中回收有用物质的方法除好氧堆肥和厌氧发酵制取沼气外,还可利用纤维素水解生产化工原料及其他生物制品。
固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,【概念】堆肥化厌氧消化生物处理【方法原理】堆肥原理;厌氧消化原理;微生物浸出机理。
重点,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,处理方法,好氧堆肥处理,厌氧消化处理,微生物浸出,其它生物处理方法,堆肥化(composting):
在人工控制的环境下,依靠自然界中广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的微生物学过程,厌氧消化:
也称厌氧发酵,指在厌氧状态下利用微生物使固体废物中有机物转变为CH4和CO2的过程,微生物浸出:
利用微生物新陈代谢过程或代谢产物将废物中目的元素转变为易溶状态并得以分离的过程,蚯蚓床技术废物生产单细胞蛋白等,1,4,2,3,一、堆肥化基本概念与发展过程1、概念,堆肥化(composting)就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物,以及由人工培养的工程菌等,在一定的人工条件下,有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程,其实质就是一种生物代谢过程。
堆肥化的产物叫堆肥(compost)。
固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,2、堆肥化工艺的分类,
(1)好氧堆肥
(2)厌氧堆肥(3)兼氧堆肥,通常所说的堆肥化一般是指好氧堆肥好氧微生物在与空气充分接触的条件下,使堆肥原料中的有机物发生一系列放热分解反应,最终使有机物转化为简单而稳定的腐殖质的过程。
因为厌氧微生物对有机物分解速率缓慢,处理效率低,容易产生恶臭,其工艺条件也较难控制。
固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,3、堆肥原料,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,4、堆肥的效用,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,堆肥实质就是人工腐殖质,一般含水率30%;pH78.5;碳含量11%;N(0.51.5%)、P(国外0.40.8%)、K(0.31.0%);重金属含量符合标准,杂质粒度5mm。
(1)改善土壤的性能施用堆肥对土壤性质的影响主要包括3个方面:
土壤物理性质,天然化学性质和土壤微生物性质。
4、堆肥的效用,
(2)肥料养分比较全面,成分比较多样化,其中还含有多种植物生长所必需的微量元素,满足植物生长对不同养分的需求。
(3)肥效期较长,堆肥属缓效性肥料,堆肥养分的释放缓慢、持久,故肥效期较长,有利于满足农作物长时间内对养分的需求,也不会出现旋用化肥那样短暂有效或施肥过头的情况。
并且堆肥中氮、钾、铵等都是以阳离子形态存在,由于腐殖质带阴电荷,有吸附阳离子的作用,有助于粘土保住阳离子,既能保住养分提高保肥能力,使粘土的离子交换容量提高几十倍。
(4)微生物的作用强,堆肥中含有大量有益微生物,是一种“生物肥料”。
施用堆肥可以增加土壤中微生物的数量,通过微生物的活动改善土壤的结构和性能,微生物分泌的各种有效成分还可直接或间接地被植物吸收而起到有益的作用。
5)腐殖质具有螯合作用,施用堆肥时,对于作物有害的铜、铅、镉等重金属也可与腐殖质反应而降低其危害程度,利于作物生长。
但与化肥相比,堆肥的肥效较低,且体积大,运输和施用起来不方便。
固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,堆肥的效用堆肥农用的不利因素,肥效不高:
NPK混合含量一般3。
因此,不能把堆肥等同于传统的农家肥,只能作为土壤的改良剂或调节剂。
大量施用堆肥,可能会使土壤富集有害元素。
堆肥设备投资大,产品的成本高。
固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,堆肥化处理的经济效益主要有两方面,一是对固体废物的消纳作用,二是作有机肥料和土壤调节剂。
前者由于其可以将固体废物直接转化为有机肥料,还原大自然,它不像填埋处理需要占用大量的土地,也不像焚烧那样产生大量尾气,从资源化的角度,可以说是最理想的处理方法。
但是,随着生活水平的提高和生活方式的多样化,固体废物的成分日趋复杂,要得到理想的堆肥化产品,除了需要传统的发酵过程外,必须设置复杂的分选、破碎过程,从而大大增加了堆肥化处理的费用。
同时,由于固体废物中大量杂质和有毒有害化学物质的混入,从而使得堆肥化产品作为肥料或土壤改良剂的价值大大降低,不妥当的处理还可能带来对土壤的污染和对农作物的危害。
4、堆肥的效用,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,基本原理,堆肥过程中同化、异化作用反应式。
物质变化、能量释放与获取,堆肥过程,堆肥过程四阶段,物质、温度、微生物相变化,影响因素,六个主要因素,堆肥工艺,六个阶段及内容,堆肥设备,四类,1,2,3,4,5,1,好氧堆肥处理,评价指标,6,四类,15个,一、堆肥化的基本原理1、好氧堆肥的基本原理,好氧堆肥是在有氧的条件下,借好氧微生物(主要是好氧菌)的作用来进行的。
在堆肥过程中,生活垃圾中的溶解性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜而为微生物所吸收,固体的和胶体的有机物先附在微生物体外,由生物所分泌的胞外酶分解为溶解性物质,再渗入细胞。
微生物通过自身的生命活动氧化、还原、合成等过程,把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物,并放出生物生长活动所需要的能量,把一部分有机物转化为生物体所必需的营养物质,合成新的细胞物质,于是微生物逐渐生长繁殖,产生更多的生物体。
固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,1、好氧堆肥的基本原理,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,1好氧堆肥基本原理,如果将固体废物中的有机物统一表示为的形式,而难以进一步降解的堆肥产品中的腐殖质统一表示为,则好氧分解反应可表示为,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,2、好氧堆肥过程,一个完整的好氧堆肥过程包括潜伏阶段(亦称驯化阶段)、中温阶段(亦称产热阶段,1545,嗜温微生物为主)、高温阶段(45以上,有机物降解强烈,嗜热微生物为主)、腐熟阶段(嗜温微生物为主)。
固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,2、好氧堆肥过程,、潜伏阶段指堆肥化开始时微生物适应新环境的过程,即驯化过程。
、中温阶段堆层温度1545,嗜温菌活跃,可溶性糖类、淀粉等消耗迅速,温度不断升高,以细菌、真菌、放线菌为主。
、高温阶段当堆肥温度上升到45以上时,即进入堆肥过程的第三阶段(高温阶段),堆层温度上升至45以上,不到一周可达6570,随后又逐渐降低。
在此阶段,嗜热性微生物代替嗜温性微生物,堆肥中残留和新形成的可溶性有机物质继续分解转化,复杂的有机物如半纤维素、纤维素和蛋白质等开始强烈分解。
温度上升到60时,真菌几乎完全停止活动,温度升至70以上时,对大多数嗜热性微生物已不适宜,微生物大量死亡或进入休眠状态,除一些孢子外所有的病原微生物会在几小时内死亡,其他种类也被破坏。
其中:
50左右,嗜热性真菌、放线菌活跃;60左右,嗜热性放线菌和细菌活跃;大于70微生物大量死亡或进入休眠状态。
、腐熟阶段在此阶段,中温微生物又开始活跃起来,重新成为优势菌。
对残余的较为难分解的有机物做进一步分解,腐殖质不断增多,且稳定化。
当温度下降并稳定在40左右时,堆肥基本达到稳定。
固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,3、好氧堆肥的生物化学和生物学,堆肥过程中的微生物,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,3、好氧堆肥的生物化学和生物学,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,3、好氧堆肥的生物化学和生物学,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,3、好氧堆肥的生物化学和生物学,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,4、堆肥过程的生物动力学基础,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,降解,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,4堆肥过程中的生物动力学基础在高浓度底物中,细胞酶系统和底物处于饱和状态,物料的转化非常迅速,增加底物浓度不会引起底物消耗速率的增加,即KsS,上式可简化为反之,在低浓度底物中,底物的供给成为控制步骤,假设SKs,则Monod方程简化为:
固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,4堆肥过程中的生物动力学基础,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,4堆肥过程中的生物动力学基础,氧,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,二、好氧堆肥的影响因素与调控、好氧堆肥的影响因素化学因素:
C/N比(30:
1);含氧量(10%);营养平衡;pH值(7.5-8.5).物理因素:
温度(55-60),颗粒度(25-75mm);含水率(5060%)在堆肥化过程中,物料的粒度影响其体密度、内部摩擦力和流动性。
足够小的粒度可以增加废物与微生物及空间的接触面积,加快生物化学反应速率;理想的粒度是2575mm。
对静态堆肥,粒度可适当增大,以起到支撑结构的作用,增加空隙率,有利于通风。
2、好氧堆肥的条件控制,有机物问题对于快速机械化堆肥而言,首要要求是物料热值和产生的温度间的平衡问题。
有机质含量低,发酵过程中产生热量不足,同时最终肥效低;有机质过高,通风供氧较为困难,易造成供氧不足而产生恶臭。
有机质最适合范围为20%-80%。
我国多数垃圾无机物含量过高,需对垃圾进行预处理,去除无机成分;发酵前掺入一定粪水、污泥等;垃圾与污泥混合堆肥。
固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,2、好氧堆肥的条件控制,
(2)碳氮比控制碳为微生物生命活动提供能源,氮则用于合成细胞原生质。
堆肥发酵过程中,碳氮比逐渐下降。
碳氮比最佳为25-35:
1;低于20:
1时,微生物繁殖因能量不足而受到抑制,分解缓慢且不彻底;高于40:
1时,堆肥施入土壤导致“氮饥饿”,夺取土壤中的氮。
通过在垃圾中加入人粪尿、畜粪以及城市污泥等调节剂,使碳氮比调到30以下。
堆肥过程中C/P的变化是微生物分解有机物的重要标志,堆肥原料的C/P应控制在75150。
堆肥原料的C/P一般高于此值,排水污泥的C/P低(富磷原料),可用来作为堆肥原料配料时的调整剂,调整堆肥原料的C/P比。
固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,2、好氧堆肥的条件控制,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,(3)堆肥水分控制水分作用在于:
溶解有机物,参与微生物的新陈代谢;水分蒸发时散热以调节温度。
含水率50-60%为佳。
水分过多,降低游离孔隙,影响空气扩散,易造成厌氧状态,同时产生渗滤液处理问题;水分低于40%,微生物活性降低,堆肥温度随之下降。
含水率低,添加污水、污泥、人粪尿、粪便等;水分过高,将垃圾摊开搅拌,促进水分蒸发,或加入稻草、谷壳、干叶、木屑和堆肥产品等吸水。
2、好氧堆肥的条件控制,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,(4)堆肥温度控制温度升高是微生物活动剧烈程度的最好参数。
温度影响微生物的生长,高温菌降解效率高于中温菌。
堆肥初期,处于环境温度,中温菌作用l-2d后,堆肥温度便上升到高温菌的较理想温度50-60,该温度维持56d,无害化即可完成。
温度宜控制在50-65间,最好55-60,高于60,微生物生长受到抑制。
温度过高也会过度消耗有机质,并降低堆肥产品质量。
可通过通风来降低堆体温度,若无通风系统,则通过定期翻堆来实现通风控温。
2、好氧堆肥的条件控制,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,(4)堆肥温度控制,2、好氧堆肥的条件控制,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,(5)通风供氧调控通风作用在于:
提供氧气,以促进微生物的发酵过程,通过供气量的控制,调节最适温度;在维持最适温度条件下加大通风量可去除水分。
堆肥过程中合适的氧浓度应大于18%,最低不小于8%,否则,缺氧使好氧堆肥受限,并产生恶臭。
通风供氧方式包括:
自然扩散(主发酵仅能扩散20cm厚,后发酵扩散1.5m,故只能用于后发酵);翻堆(条垛堆肥常用);强制通风(正压鼓风、负压抽风、混合通风,强制通风静态垛系统和发酵仓系统常用);翻堆与强制通风结合;被动通风(热空气上升引起的烟囱效应而使空气通过堆体,条垛堆肥系统常用)。
2、好氧堆肥的条件控制,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,(5)通风供氧调控强制通风控制方式:
通风速率恒定的时间控制(会造成某些阶段通风过量或某些阶段风量不足);通风速率变化的时间控制(根据不同的堆肥阶段,间歇式通风的风量控制可分为三个阶段:
第一阶段,通气量应尽量小,以保证在好氧条件的前提下使气体对堆肥的冷却作用最小,使堆肥尽快达到5560最佳温度范围;第二阶段,应加大通气量,使反应热和散热量持平,以控制堆温不至过高;第三阶段,反应速率因有机物含量的减少而下降,无法产生足够热量以维持最佳堆温,温度开始降低,最好逐渐减小气量);温度反馈控制;O2和CO2含量反馈控制,2、好氧堆肥的条件控制,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,(6)堆肥PH控制pH表征微生物生活环境,同时也是揭示堆肥分解过程的一个标志。
PH在7.5-8.5时,可获得最大堆肥速率。
pH一般能通过堆肥过程自身得到调节,没必要添加中和剂,若pH过低,可通过通风来补救。
固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,三、好氧堆肥工艺流程前处理(预处理)以家畜粪便、污泥等为堆肥原料时,前处理的主要任务是调整水分和碳氮比,或者添加菌种和酶制剂。
以城市垃圾为堆肥原料时,垃圾中含有粗大物件和不能堆肥的物质,故前处理包括破碎、分选、筛分等工序,使堆料表面积增大,便于微生物繁殖,从而提高发酵速度。
适宜的粒径范围是2575mm。
固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,三、好氧堆肥工艺流程2主发酵(也称一级发酵或初级发酵),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。
发酵初期物质的分解是靠3040为最适宜生长温度的嗜温菌进行,由于堆温上升,最适宜温度为4565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412天。
由中温和高温两个阶段的微生物代谢过程组成,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,三、好氧堆肥工艺流程3后发酵(也称二级发酵或次级发酵),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12m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2030天。
腐熟阶段,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,三、好氧堆肥工艺流程3后发酵,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,三、好氧堆肥工艺流程3后发酵,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,堆肥质量的含意,a.有适合农作物生长所需的营养成分。
b.符合卫生要求,无害化,要求堆肥中的重金属含量和致病微生物的数量必须低于一定的数量范围。
c.堆肥应达到稳定的腐熟度。
固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,三、好氧堆肥工艺流程4后处理,分选去除预分选未去除的塑料、玻璃、陶瓷、金属、小石块等,若生产精堆肥,应进行再破碎过程。
生产复合肥,需加入N、P、K。
5脱臭在堆肥化工艺过程中,因微生物的分解,会有臭味产生,必须进行脱臭。
常见的产生臭味的物质有氨、硫化氢、甲基硫醇、胺类。
去除臭气的方法主要有化学除臭剂除臭,碱水和水溶液过滤,熟堆肥或活性炭、沸石等吸附剂吸附等。
其中,经济而实用的方法是熟堆肥吸附的生物除臭法。
固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,三、好氧堆肥工艺流程6贮存,由于施用堆肥有一定季节性,故需适当的库存容量将富余堆肥产品贮存起来。
一般以能贮存6个月堆肥生产量为宜。
固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,乡村简易堆肥法,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,搅拌翻堆条垛式发酵工艺,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,强制通风式固定垛发酵工艺,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,四、堆肥工艺与堆肥装置1好氧堆肥工艺
(1)好氧静态堆肥工艺通常采用的静态堆肥形式为露天强制通风剁,或在密闭的发酵池、发酵箱、静态发酵仓内进行。
固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,四、堆肥工艺与堆肥装置1好氧堆肥工艺
(2)好氧动态堆肥工艺,间隙式好氧动态堆肥工艺采用间隙翻堆的强制通风垛或间隙进出料的发酵仓,将物料批量地进行发酵处理。
连续式好氧动态堆肥工艺是发酵时间更短的动态发酵技术。
固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,堆肥化设备,堆肥化设备,破碎设备冲击磨、破碎机等混合设备搅拌机、装载机等输送设备带式、刮板输送机等分离设备筛子,斗式装载机或推土机、垮式翻堆机、侧式翻堆机,使堆肥产品质量高、操作员少、臭味控制有效、空间限制少、环境影响小等优点。
生物过滤器:
熟化的堆肥、树皮、木片、粒状的泥炭等,负荷为80120m3m-3h-1),出气温度维持在2040;,物料处理设备,翻堆设备,反应器堆肥设备,除臭设备,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,四、堆肥工艺与堆肥装置2堆肥设备,立式堆肥发酵塔立式堆肥发酵塔通常由5-8层组成。
由塔顶加入堆肥物料进入塔内,在塔内通过不同形式的机械运动,堆肥物料由塔顶一层层地向塔底移动。
通常经过5-8d的好氧发酵,堆肥物即可由塔顶移至塔底完成一次发酵。
立式堆肥发酵塔通常为密闭结构,塔式装置的供氧通常以风机强制通风,以满足微生物对氧的需要,塔内温度由上到下逐渐升高。
通常为密闭结构,堆肥时产生的臭气可进行收集并加以处理,因此其环境条件较好。
包括:
立式多段圆筒式、立式多段闭合门式、立式多段浆叶刮板式、立式多段移动床式等。
动画模拟,固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste,卧式回转窑式发酵仓卧式回转窑式发酵仓又称丹诺式,该发酵装置主体设备是一个长2035m,直径23.5m的卧式滚筒。
筒体斜置,废物由稍高的一端加入,靠与筒体内表面的摩擦沿旋转方向提升,同时借助自身重量落下。
通过如此反复升落,废物靠微生物的作用进行发酵,并
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