1、,固體廢物處理與處置,第九章可生化降解固體廢物的處理 與利用,多 媒 體 網(wǎng) 絡(luò),第九章:可生化降解固體廢物的處理與利用,第一節(jié):好氧生物降解制堆肥 堆肥化是在控制條件下，使來源于生物的有機(jī)廢物，發(fā)生生物穩(wěn)定作用的過程。 堆肥原料來自生物界；堆制過程需在人工控制下進(jìn)行，不同于衛(wèi)生填埋、廢物的自然腐爛與腐化；堆制過程的實(shí)質(zhì)是生物化學(xué)過程。,堆肥,堆肥:廢物經(jīng)過堆肥化處理，制得的成品,堆肥化系統(tǒng)分類方法,按堆制方式可分為間歇堆積法和連續(xù)堆積法； 按原料發(fā)酵所處狀態(tài)可分為靜態(tài)發(fā)酵法和動(dòng)態(tài)發(fā)酵法； 按堆制過程的需氧程度可分為好氧法和厭氧法。,（二）好氧法堆肥原理,好氧法制堆肥是以好氧菌為主對(duì)廢物進(jìn)行吸

2、收、氧化、分解。 微生物通過自身的生命活動(dòng)，把一部分被吸收的有機(jī)物氧化成簡單的無機(jī)物，并放出生物生長活動(dòng)所需要的能量，把另一部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化合成為新的細(xì)胞物質(zhì)，使微生物生長繁殖，產(chǎn)生更多的生物體。,1有機(jī)物的氧化,3、細(xì)胞質(zhì)的氧化,2、細(xì)胞質(zhì)的合成（包括有機(jī)物的氧化，并以NH3作氮源）,（三）堆肥原料與堆肥微生物,1、堆肥原料 生活垃圾、有機(jī)污泥、人和禽畜糞便以及農(nóng)廢物等都含有堆肥微生物所需要的各種基質(zhì)碳水化合物、脂類、蛋白質(zhì)，因而是常用的堆肥原料。在生活垃圾中，不可堆腐的物質(zhì)較多，需通過預(yù)處理，適當(dāng)排除，才能用作堆肥原料。 人和禽畜糞便 有機(jī)污泥 農(nóng)林廢物,2堆肥微生物,好氧法制堆肥，參與有機(jī)

3、物生化降解的微生物包括兩類：嗜溫菌和嗜熱菌。,固體廢物好氧微生物降解過程,（1）中溫階段 ； （2）高溫階段 ； （3）降溫階段 。,二、好氧堆肥程序、工藝、裝置和影響因素,（一）堆肥程序 1原料預(yù)處理 2原料發(fā)酵 3后處理,（二）發(fā)酵工藝與裝置,1間歇式發(fā)酵工藝與裝置 2連續(xù)發(fā)酵工藝與裝置,影響好氧發(fā)酵過程的主要因素,1、有機(jī)物的含量 2、含水率 3、通風(fēng)和耗氧速率 4、碳氮比 5、溫度 6、pH值,1、有機(jī)物的含量,堆肥物料適宜的有機(jī)物含量為20-80%，有機(jī)物含量過低，不能提供足夠的熱能，影響嗜熱菌增殖，難以維持高溫發(fā)酵過程。有機(jī)物含量大于80%時(shí)，堆制過程要求大量供氧，實(shí)踐中常因供氧不

4、足而發(fā)生部分厭氧過程。,2、含水率,垃圾含水率與細(xì)菌生長和氧攝入量的關(guān)系曲線，其中微生物的生長和對(duì)氧的要求均在含水率為50-60%時(shí)達(dá)到峰值。故在用生活垃圾制堆肥時(shí)，一般以含水率55%為最佳。通常，生活垃圾的含水率均低于此值，可添加糞稀或污水污泥等進(jìn)行調(diào)節(jié)。添加的調(diào)節(jié)劑與垃圾的重量比，可根據(jù)下式求出： M=Wm-Wc/Wb-Wm,3、通風(fēng)和耗氧速率,堆層中氧的濃度和耗氧速率能表征微生物活動(dòng)的強(qiáng)弱和有機(jī)物的分解程度。微生物的耗氧速率一般在發(fā)酵反應(yīng)的60-80小時(shí)達(dá)到峰值；在200小時(shí)左右時(shí)進(jìn)入初步穩(wěn)定階段，耗氧速率變化緩慢。曲線還表明，堆肥原料中有機(jī)物含量不同，其耗氧速率也不同，有機(jī)物含量越高，

5、耗氧速率上升越快，到達(dá)峰值的時(shí)間越短。,4、碳氮比,微生物每利用30份碳就需要1份氮，故初始物料的碳氮比為30:1合乎堆肥需要，其最佳值在26:1-35:1之間。成品堆肥的適宜碳氮比為10:1-20:1之間。由于初始原料的碳氮比一般都高于前述最佳值，故應(yīng)加入氮肥水溶液、糞便、污泥等調(diào)節(jié)劑，使之調(diào)到30以下。當(dāng)有機(jī)原料的碳氮比為已知時(shí)（可通過分析測出），可按下式計(jì)算所需添加的氮源物質(zhì)的數(shù)量：K=（C1+C2）/（N1+N2）,5、溫度,堆肥過程的較佳溫度是35-55。 有機(jī)物含量對(duì)堆肥溫度有一定影響。據(jù)報(bào)導(dǎo)，當(dāng)有機(jī)物含量由20%上升到50%時(shí)，相應(yīng)地初堆時(shí)間（以55為界），可由原來的60小時(shí)縮短

6、到44小時(shí)，而55以上的穩(wěn)定時(shí)間可由56小時(shí)延長到72小時(shí)。,6、pH值,好氧堆肥初期，pH值一般可下降為5-6，爾后又開始上升，發(fā)酵完成前可達(dá)8.5-9.0，最終成品達(dá)到7.0-8.0。對(duì)用石灰調(diào)節(jié)再經(jīng)真空過濾或加壓脫水得到的污泥濾餅，其pH值一般可高達(dá)12，當(dāng)采用此種污泥濾餅作堆肥原料時(shí)，需作pH值調(diào)整。,三、堆肥質(zhì)量,堆肥質(zhì)量包括適于農(nóng)用的成分和養(yǎng)分，符合衛(wèi)生要求的無害化和腐熟度。,一堆肥的成分和養(yǎng)分,堆肥的成分和養(yǎng)分依其所用原料、工藝和堆制周期不同而有差異。我國城市垃圾堆肥成分和養(yǎng)分含量比較低，其中，含水率、pH、碳含量均與國外垃圾堆肥大體相同，唯氮、磷、鉀低于國外額定范圍：全氮0.5

7、-1.5%，全磷0.4-0.8%，全鉀0.3-1%。,二堆肥的無害化,農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)（GB4284）、城鎮(zhèn)垃圾農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)（GB8172-87）以及包括高溫堆肥的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB7959-87）,三堆肥的腐熟度,堆肥的腐熟度是指成品堆肥的穩(wěn)定程度。,2、腐熟度評(píng)定方法,（1）直觀經(jīng)驗(yàn)法 （2）淀粉測試法 （3）耗氧速率法,四、堆肥的農(nóng)業(yè)效用,（1）堆肥的改土作用 1、增加土壤有機(jī)質(zhì) 2、改善土壤結(jié)構(gòu) 3、提高土壤功能 4、促進(jìn)植物根系增長,（2）堆肥的增產(chǎn)作用,施用堆肥只要得當(dāng)，都有增產(chǎn)作用。日本土壤學(xué)會(huì)對(duì)垃圾堆肥的農(nóng)業(yè)效用所做的評(píng)價(jià)是堆肥對(duì)于水稻一般都有增產(chǎn)作

8、用，施量大時(shí)，稻苗返青期推遲，最高分蘗期前的生長雖然受到暫時(shí)抑制，但后期葉色轉(zhuǎn)深，生長旺盛，產(chǎn)量略低于標(biāo)準(zhǔn)施肥地區(qū)，但高于空白地區(qū)。對(duì)于不同土壤上的旱作物，連施4年堆肥，馬鈴薯、蘿卜都有增產(chǎn)效果，施量大，增產(chǎn)效果明顯。,（3）堆肥農(nóng)用的不利因素,堆肥中N、P、K混合含量一般不高，很少有達(dá)到3%的。因此，不應(yīng)將其等同于傳統(tǒng)的農(nóng)家肥，而只能將其作為“土壤改良劑”或“土壤調(diào)節(jié)劑”對(duì)待。 農(nóng)田大量施用堆肥，土壤中可能富集有害元素。 堆肥設(shè)備投資大，成品的成本偏高，其競爭力敵不過商品化肥，因而影響到堆肥方法的普及推廣。,第二節(jié) 厭氧發(fā)酵制沼氣,厭氧發(fā)酵也稱沼氣發(fā)酵或甲烷發(fā)酵，是指有機(jī)物在厭氧細(xì)菌作用下轉(zhuǎn)

9、化為甲烷（或稱沼氣）的過程。,一、有機(jī)物的厭氧發(fā)酵過程,有機(jī)物厭氧發(fā)酵依次分為液化、產(chǎn)酸、產(chǎn)甲烷三個(gè)階段，每一階段各有其獨(dú)特的微生物類群起作用。,二、發(fā)酵原料,堆肥原料都可以作沼氣發(fā)酵原料。,（一）常見沼氣發(fā)酵原料的理論產(chǎn)氣量,計(jì)算沼氣發(fā)酵原料的理論產(chǎn)氣量，可先分別測定每種發(fā)酵原料中碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂類化合物的含量，然后依據(jù)下式計(jì)算甲烷的產(chǎn)量（E）： E=0.37A+0.49B+1.04C 式中：E每克發(fā)酵原料的理論產(chǎn)甲烷量，L；A、B、C分別為每克發(fā)酵原料中碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂類化合物的重量g。 然后，再依下式計(jì)算二氧化碳的理論產(chǎn)量（D）： D=0.37A+0.49B+0.36C 式中

10、：D每克發(fā)酵原料的理論二氧化碳產(chǎn)量，L；,（二）原料的產(chǎn)氣率和甲烷含量,沼氣發(fā)酵原料產(chǎn)生率是指單位重量的原料在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的沼氣量。,（三）原料的總固體百分含量和總固體量,原料的總固體百分含量和總固體量可按下式計(jì)算： MTS=W2/W1100% WTS=WMTS 式中：MTS發(fā)酵原料總固體百分含量； W1發(fā)酵原料樣品重量； W2樣品在10502條件下烘干衡重量； W發(fā)酵原料重量；,（四）原料的碳氮比,比值大的為貧氮原料，如作物的秸桿、葉、莖等；比值小的為富氮原料，如人畜糞便。厭氧發(fā)酵原料的適宜碳氮比為20比1至30比1，碳氮比達(dá)到35比1時(shí)，產(chǎn)氣量明顯下降。 為使發(fā)酵過程有一個(gè)較高的產(chǎn)氣量，

11、可將貧氮原料與富氮原料適當(dāng)配合成具有適宜碳氮比的混合原料。,式中：K混合原料的碳氮比；C、N分別為原料中碳、氮含量，%；X原料的重量，kg。,2發(fā)酵料漿的配制計(jì)算,式中：MTS沼氣發(fā)酵料漿中總固體百分含量；X各種原料（包括水）的重量；M各種原料總固體的百分含量。,三、發(fā)酵工藝和影響發(fā)酵的因素,1、自然溫度半批量投料發(fā)酵工藝,2、自然溫度連續(xù)投料發(fā)酵工藝,沼氣發(fā)酵池的發(fā)酵容積、水力滯留時(shí)間和進(jìn)料總固體百分比 式中：V0發(fā)酵池有效容積，m3； Vt每天進(jìn)料體積，m3/d； HRT水力滯留時(shí)間，d； W每天進(jìn)料總固體量，kg/d；分濃度關(guān)系式如下：,（二）影響發(fā)酵的因素,1、溫度； 2、pH ； 3

12、、攪拌 ；,四、發(fā)酵裝置水壓式沼氣池,（一）結(jié)構(gòu)與工作原理 1啟動(dòng)前的狀態(tài) 2啟動(dòng)后的狀態(tài) 3使用沼氣時(shí),（二）設(shè)計(jì),1、設(shè)計(jì)參數(shù) （1）氣壓：7480pa（即80cm水柱）為宜。 （2）池容產(chǎn)氣率：池容產(chǎn)氣率系指每立方米發(fā)酵池容積1晝夜的產(chǎn)氣量，單位為m3沼氣/（m3池容d）。我國通常采用的池容產(chǎn)氣率包括0.15、0.2、0.25和0.3幾種。 （3）貯氣量：貯氣量系指氣箱內(nèi)的最大沼氣貯存量。農(nóng)村家用水壓式沼氣池的最大貯氣量以12小時(shí)產(chǎn)氣量為宜，其值與有效水壓間的容積相等。 （4）池容：池容系指發(fā)酵間的容積。農(nóng)村家用水壓式沼氣池的池容積有4、6、8、10m3等幾種。 （5）投料率：投料率系指

13、最大限度投入的料液所占發(fā)酵間容積的百分比，一般在85-95%之間為宜。,2、發(fā)酵間的設(shè)計(jì),（1）確定池容,（2）確定貯氣量,貯氣量=池容產(chǎn)氣率池容1/2,（3）計(jì)算圓筒形發(fā)酵間容積,圓筒形發(fā)酵間由池蓋、池身、池底組成 。,（4）確定進(jìn)出料管安裝位置,水壓式沼氣池進(jìn)出料管的水平位置，一般都確定在發(fā)酵間直徑的兩端。,3、水壓間的設(shè)計(jì),（1）水壓間的底面標(biāo)高：此標(biāo)高應(yīng)確定在發(fā)酵間初始工作狀態(tài)時(shí)的液面位置O-O水平。 （2）水壓間的高度（H）：此高度應(yīng)等于發(fā)酵間最大液位下降值（H1）與水壓間液面最大上升值（H2）之和，即H=H1+H2 （3）水壓間容積：此容積等于池內(nèi)最大貯氣量。,五、城市污水污泥與糞

14、便的厭氧發(fā)酵處理,（一）污水污泥厭氧消化處理,（二）糞便厭氧發(fā)酵處理,1、糞便厭氧發(fā)酵處理衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) 沼氣發(fā)酵溫度為532，持續(xù)2天；糞大腸菌值，常溫發(fā)酵為10-1，高溫發(fā)酵為10-1-10-2。,2、糞便厭氧發(fā)酵處理工藝,A化糞池 化糞池的工作原理：它兼有污水沉淀和污泥發(fā)酵雙重作用。糞水流入化糞池后，速度減慢。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化糞池中，糞水停留時(shí)間為12-24小時(shí)，比重大的懸浮固體下沉到池底?；S池大約可將70%的懸浮固體抑留下來。被抑留的懸浮固體受厭氧菌的分解作用，產(chǎn)生氣體上浮，將分解后的疏松物質(zhì)牽引到液面，形成一層浮渣皮。浮渣中的氣體逸散后，懸浮固體再次下沉成為污泥。如此反復(fù)分解、消化，浮渣和污泥逐漸液化，最終，容積只有原懸浮固體的1%。,化糞池容積及其計(jì)算公式,E服務(wù)人口，人；Q每人每天污水量，L；Tq污水在池內(nèi)停留時(shí)間，一般取0.5-1.0d；S每人每天污泥量，一般取0.8-1.0L；Ts清泥周期，一般按100-360d；C污泥消化體積減小系數(shù)，一般為0.7；PW生污泥含水率，一般為95%；PW池內(nèi)污泥含水率，上部下部平均取95%。,糞便厭氧發(fā)酵池,常溫發(fā)酵：這種發(fā)酵，在不加新料的情況下，需經(jīng)35天