固體廢物的生物處理及處置技術(shù)

第一節(jié)概述2固體廢棄物人類在生產(chǎn)建設(shè)、日常生活和其他活動(dòng)中產(chǎn)生的，在一定時(shí)間和地點(diǎn)無法利用而被丟棄的污染環(huán)境的固體、半固體廢棄物質(zhì)。3固體廢棄物的分類按性質(zhì)分類有機(jī)廢物無機(jī)廢物按來源分類工業(yè)固體廢棄物城市生活垃圾農(nóng)業(yè)廢棄物放射性固體廢棄物城市生活垃圾又稱為城市固體廢物，它是指在城市居民日常生活中或?yàn)槌鞘腥粘Ｉ钐峁┓?wù)的活動(dòng)中產(chǎn)生的固體廢物。4主要特點(diǎn)：數(shù)量巨大、處理率低；成分復(fù)雜，有機(jī)物含量高。城市生活垃圾6城市生活垃圾城市垃圾已成為一個(gè)世界性的公害。全世界每年產(chǎn)生的4.9億噸垃圾中，中國城市就占到1.3億噸。污水處理廠干污泥每年產(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、草木枝葉等。作物秸稈每年產(chǎn)量約（5-6)l08t。集約化畜禽生產(chǎn)，糞便年排放量約18.8×108t。固體廢棄物的現(xiàn)狀7固體廢棄物的危害1、污染水體垃圾、廢渣隨雨水徑流而進(jìn)入地面水體；垃圾、廢渣中的滲漏水，通過土壤進(jìn)入地下水體；細(xì)顆粒的垃圾、廢渣還能隨風(fēng)飄揚(yáng)落入地面水體，有些城市竟將垃圾、廢渣直接倒入湖泊、河流或海洋造成更嚴(yán)重的污染。910固體廢棄物的危害2、污染大氣有機(jī)物在微生物分解過程中發(fā)生惡臭；細(xì)顆粒的廢棄物、運(yùn)輸和處理過程中產(chǎn)生的有害氣體和粉塵，都可隨風(fēng)飄散；工業(yè)廢棄物煤矸石含全硫量達(dá)1.5%時(shí)會(huì)自燃，達(dá)3%以上就會(huì)發(fā)火，放出大量的二氧化硫。11固體廢棄物的危害3、占用土地固體廢物不加利用時(shí)，需占地堆放。每堆積1萬噸廢物，占地約需1畝。12固體廢棄物的危害4污染土壤工業(yè)廢渣及污泥中的有毒化學(xué)物質(zhì)、醫(yī)院、屠宰廠礦廢棄物中的病原菌因廢物堆放而帶入土壤，使土壤遭受污染。在被污染的土壤上種植農(nóng)作物，不但使土壤肥力下降，而且使作物吸收、富集有毒物質(zhì)，然后通過食物影響人的健康。1314漓江固體廢棄物的危害5、傳播疾病不少固體廢棄物和垃圾含有毒有害物質(zhì)以及病原體，除通過水、氣的媒介傳播外，還通過生物來傳播。目前我國90%以上的糞便、垃圾未經(jīng)無害化處理，直接傾倒，而且醫(yī)院、傳染病院的糞便、垃圾也混入普通糞便、垃圾之中，廣泛傳播肝炎、腸炎、痢疾以及各種蠕蟲?。纳x病）等。1516白色污染-塑料到2000年已達(dá)到2億噸左右，并且還在以每年30%的速度遞增。塑料制品一旦進(jìn)入環(huán)境就會(huì)長(zhǎng)期存在，尤其是在土壤中。它們?cè)谕寥乐屑炔环纸猓膊桓癄€。17垃圾場(chǎng)旁的鐵絲網(wǎng)上飛揚(yáng)的塑料袋限塑令19臘芙運(yùn)河垃圾案件1947年，美國胡克化學(xué)公司在尼亞加拉瀑布城附近的臘芙運(yùn)河（LoverCanal）的廢河谷里填埋固體廢物。1953年，廢河谷被2萬噸垃圾填滿后，改場(chǎng)地以1美元的價(jià)格專賣給了當(dāng)?shù)卣．?dāng)?shù)卣谏厦嫘藿▽W(xué)校和運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，建立住宅區(qū)。幾年后，這里出現(xiàn)地面塌陷，兒童皮疹患者增多等現(xiàn)象。紐約州衛(wèi)生部門對(duì)居民健康狀況作了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)早產(chǎn)新生兒缺陷、癲癇、肝障礙等發(fā)病率高。1978年，紐約環(huán)境部門對(duì)當(dāng)?shù)氐目諝?、地下水和土壤進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)六六六、氯苯、2等82種有毒物質(zhì)，其中11中是致癌物質(zhì)。1978年8月，美國總統(tǒng)宣布該地區(qū)處于“衛(wèi)生緊急狀態(tài)”，并疏散居民，關(guān)閉學(xué)校。20公眾“拒絕垃圾”2000年3月27日，安徽省發(fā)生了由于垃圾污染而引起公眾“拒絕垃圾”的事件。起因是某市郊區(qū)有一個(gè)垃圾處理場(chǎng)，1987年初建時(shí)，市區(qū)人口不足10萬，日產(chǎn)垃圾只有30噸，所以垃圾場(chǎng)周圍的居民并不介意，十幾年過去了，隨著人口的激增，日產(chǎn)垃圾增加了10多倍，然而垃圾依舊是簡(jiǎn)單的堆放而不作無害化處理，使周圍十幾個(gè)村莊的井水和河流遭到污染，附近村民飲用了污水，許多人患上了肝炎、膽腎結(jié)石等疾病。用污染的河水灌溉農(nóng)田，使糧食受到污染，河塘里魚蝦絕跡。在弄清了罪魁禍?zhǔn)字螅?00多村民封堵了通往垃圾場(chǎng)的道路。21固體有機(jī)廢物的處理和處置原則資源化有機(jī)固體廢物被稱為“放錯(cuò)地點(diǎn)的原料”，或“二次資源”或“再生資源”，可用于生產(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、雜草種子和有害化學(xué)物質(zhì)。減量化經(jīng)過最終處理，處置的部分能減量到最少的程度。22處理有機(jī)固體廢物的方法處理方法類型應(yīng)用堆肥法、厭氧發(fā)酵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2324焚燒爐示意圖垃圾焚燒2526深圳垃圾發(fā)電廠垃圾焚燒存在的問題28二惡英二惡英(Dioxin)，是一種無色無味、毒性嚴(yán)重的脂溶性物質(zhì)，它指的并不是一種單一物質(zhì)，而是結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都很相似的包含眾多同類物或異構(gòu)體的兩大類有機(jī)化合物。類型多氯二苯并二惡英（簡(jiǎn)稱PCDDs）；多氯二苯并呋喃（簡(jiǎn)稱PCDFs。29二惡英多氯二苯并二惡英（簡(jiǎn)稱PCDDs）有75種異構(gòu)體，多氯二苯并呋喃（簡(jiǎn)稱PCDFs），有135種異構(gòu)體。國際癌癥研究中心已將其列為人類一級(jí)致癌物?！岸河ⅰ背Ｒ晕⑿〉念w粒存在于大氣、土壤和水中，主要的污染源：化工冶金工業(yè)、垃圾焚燒、造紙以及生產(chǎn)殺蟲劑等產(chǎn)業(yè)。

30第二節(jié)堆肥32堆肥處理

堆肥處理(Composting)的概念依靠自然界廣泛分布的細(xì)菌、放線茵、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)轉(zhuǎn)化的微生物學(xué)過程。堆肥處理的產(chǎn)物稱作堆肥。有機(jī)質(zhì)無機(jī)物、礦物質(zhì)+腐殖質(zhì)+能量微生物堆肥處理的產(chǎn)物中含有豐富的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)，故稱為堆肥(Compost)。腐殖質(zhì)是土壤有機(jī)質(zhì)的主要部分。是黑色的、無定形的、酸性、含氮量高的膠體狀的高分子有機(jī)化合物。腐殖質(zhì)在土壤中，在一定條件下緩慢地分解，釋放出以氮和硫?yàn)橹鞯酿B(yǎng)分來供給植物吸收。33腐殖質(zhì)形成的過程第一階段：分解階段產(chǎn)生構(gòu)成腐殖質(zhì)主要成分的原始材料，即由各種形態(tài)和狀態(tài)的有機(jī)物質(zhì)組成的混合物，在微生物作用下分解為各種簡(jiǎn)單的化合物；第二階段：合成階段即由微生物為主導(dǎo)的生化過程。將原始材料合成腐殖質(zhì)的單體分子，進(jìn)而再通過聚合作用形成不同分子量的復(fù)雜環(huán)狀化合物。34堆肥用途可以用作農(nóng)田、果園、菜園、苗圃、庭院綠化、風(fēng)景區(qū)綠化等的種植肥料，可以作蘑菇蓋面、過濾材料、隔音板及制作纖維板等。35Mushrooms(Agaricusbisporus)growingincompost.36堆肥根據(jù)堆肥過程中微生物對(duì)氧氣的要求不同分類好氧堆肥法厭氧堆肥法37好氧堆肥

在有氧條件下，通過好氧微生物的作用使有機(jī)廢棄物達(dá)到穩(wěn)定化，轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣谧魑镂丈L(zhǎng)的有機(jī)物的方法。38好氧堆肥的微生物學(xué)過程

根據(jù)溫度變化和微生物生長(zhǎng)情況，分為中溫期、高溫期、腐熟期三個(gè)時(shí)期。39中溫期(mesophilicphase)分解易降解的有機(jī)物(如糖類、淀粉、蛋白質(zhì)等)，產(chǎn)生大量熱能，堆溫不斷升高，直至達(dá)到45℃左右，這一過程也稱發(fā)熱階段。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)菌和霉菌等；40高溫期(thermophilicphase)當(dāng)溫度上升到45℃以上時(shí)，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。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。41堆肥42腐熟期(maturationphase)腐熟期內(nèi)，中溫型微生物又成為優(yōu)勢(shì)微生物類型。殘余有機(jī)物被分解，腐殖質(zhì)不斷積累，堆肥處理進(jìn)入腐熟階段。有機(jī)質(zhì)的分解量較小，過程較緩慢，有利于腐殖化。一些復(fù)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，可以使用或用作配制復(fù)合肥料的原料。43腐熟堆肥的特征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)地松軟，無糞臭，散發(fā)出泥土氣味，不招引蚊蠅；pH8-9，呈弱堿性。

厭氧堆肥類似廢水厭氧處理過程，包括三個(gè)階段：水解階段產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段產(chǎn)甲烷階段44好氧堆肥工藝45前處理主發(fā)酵（一次發(fā)酵）后處理后發(fā)酵（二次發(fā)酵）前處理為堆肥處理提供養(yǎng)分、水分和物理結(jié)構(gòu)盡可能均勻一致的發(fā)酵原料。分選、破碎、篩分和混合等；調(diào)節(jié)水分和養(yǎng)分。46主發(fā)酵通過微生物的作用，將可生物降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的物質(zhì)的過程。包括升溫段、高溫段和降溫段。47后發(fā)酵經(jīng)過主發(fā)酵的半成品被送到后發(fā)酵工序，將尚未分解的有機(jī)物進(jìn)一步分解，得到成熟的堆肥產(chǎn)品。48后處理進(jìn)一步的篩選、粉碎等處理，獲得高質(zhì)量的堆肥產(chǎn)品。49堆肥設(shè)備立式多層發(fā)酵塔、臥式發(fā)酵池、筒倉式發(fā)酵倉。回轉(zhuǎn)窯發(fā)酵筒等。水平（臥式）發(fā)酵滾筒有多種形式。其中典型形式為著名的丹諾(Dano)式滾筒。50臥式堆肥發(fā)酵滾筒丹諾式滾筒是世界各國最廣泛采用的發(fā)酵設(shè)備，其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以采用較大粒度的物料，使預(yù)處理設(shè)備簡(jiǎn)單化，物料在滾筒內(nèi)反復(fù)升高、跌落，同樣可使物料的溫度、水分均勻化，達(dá)到曝氣的目的，可以完成物料預(yù)發(fā)酵的功能。杭州市機(jī)械化堆肥處理技術(shù)前處理一次發(fā)酵二次發(fā)酵后處理53武漢市機(jī)械化堆肥處理技術(shù)武漢市生活垃圾堆肥廠設(shè)在北郊塔子湖邊。該工藝采用先發(fā)酵，后分選的工藝。設(shè)備投資及操作費(fèi)用低，且全料進(jìn)倉發(fā)酵，從無害衛(wèi)生化角度看比較有利，但發(fā)酵倉容積的有效利用率及堆肥產(chǎn)品降解率較低。臥式達(dá)諾滾筒發(fā)酵的堆肥化系統(tǒng)56堆肥處理的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)廢物分解并達(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％有機(jī)質(zhì)被分解)，便于處置和運(yùn)輸。有毒化學(xué)品(如農(nóng)藥)形成腐殖質(zhì)，消除毒性。干化作用人糞尿、動(dòng)物糞便和污泥含水達(dá)80％－95％，經(jīng)過堆肥處理，大大降低其含水率。57堆肥處理的優(yōu)點(diǎn)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58堆肥處理存在的問題堆肥質(zhì)量不易穩(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；氮的損失較大，肥效下降；消耗動(dòng)力較多，能量不能回收。第三節(jié)生態(tài)填埋60填埋

填埋(sanitarylandfill)始于20世紀(jì)60年代，是進(jìn)行固體廢物最終處置的較為理想的方法之一，它是由傳統(tǒng)的廢物堆放和填地技術(shù)發(fā)展起來的一種處置技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)：投資少，容量大，見效快。

生態(tài)填埋主要是利用工程手段，采取有效技術(shù)措施，防止?jié)B濾液及有害氣體對(duì)水體、大氣和土壤環(huán)境的污染，使整個(gè)填埋作業(yè)及廢物穩(wěn)定過程對(duì)公共衛(wèi)生安全及環(huán)境均無危害的一種土地處置廢物的方法。6162ConceptillustrationofaTypicalSanitaryLandfillSite生態(tài)填埋

處理原理與堆肥原理相同，均利用好氧微生物、兼性厭氧微生物和厭氧微生物處理。生態(tài)填埋填埋場(chǎng)處置原則區(qū)別對(duì)待、分類處置、嚴(yán)格管制危險(xiǎn)廢物和放射性廢物原則；最大限度將危險(xiǎn)廢物、放射性廢物固體廢物與生物圈相隔離；集中處置原則。64生態(tài)填埋

主要特征防滲層：將滲濾液與周圍環(huán)境隔離。滲濾液回收及處理系統(tǒng)：滲濾液收集及后處理。填埋場(chǎng)氣體收集及利用系統(tǒng)：對(duì)填埋場(chǎng)產(chǎn)生氣體的收集及利用。65填埋場(chǎng)地的建設(shè)1、填埋場(chǎng)地選擇規(guī)模：合理確定填埋面積：一般滿足10年以上；交通：運(yùn)輸距離適中，并有全天候公路；土質(zhì)與地形：土質(zhì)防滲能力強(qiáng)，地形利于泄洪；氣候：蒸發(fā)大于降水，盡量背風(fēng)；水文：地下水距填埋物大于1.5m；噪音：不影響附近居民；開發(fā)：封場(chǎng)后要便于開發(fā)利用。6667填埋場(chǎng)地的建設(shè)1、填埋場(chǎng)地選擇丘陵之間的谷地是理想的場(chǎng)地。深圳市下坪垃圾填埋場(chǎng)填埋場(chǎng)地的建設(shè)武漢市二妃山垃圾填埋場(chǎng)69填埋場(chǎng)地的建設(shè)2、防滲層填埋場(chǎng)地底部要構(gòu)筑不漏水的防水層。鋪設(shè)防滲膜填埋場(chǎng)地的建設(shè)武漢二妃山垃圾填埋場(chǎng)使用的有機(jī)防滲層填埋場(chǎng)地的建設(shè)武漢二妃山垃圾填埋場(chǎng)的防滲層保護(hù)層防滲層鋪設(shè)防滲襯層結(jié)構(gòu)圖74填埋場(chǎng)地的建設(shè)3、滲濾液回收系統(tǒng)鋪設(shè)集水管和集水井等設(shè)施。滲濾液收集管76填埋場(chǎng)地的建設(shè)4、填埋場(chǎng)氣體收集系統(tǒng)鋪設(shè)集氣管網(wǎng)收集氣體。77北京市豐臺(tái)區(qū)永合莊垃圾填埋場(chǎng)78垃圾填埋操作將垃圾在填埋場(chǎng)內(nèi)分區(qū)分層進(jìn)行填埋。每天的垃圾，在限定范圍鋪散為40－75cm的薄層，然后壓實(shí)。垃圾層厚度應(yīng)為2.5－3m。每層垃圾壓實(shí)后覆土20－30cm。垃圾層和土壤覆蓋層共同構(gòu)成一個(gè)單元，即填埋單元(cell)。79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)高度以后，再在該填埋層上層蓋一層90－120cm的土壤，壓實(shí)后就成為一個(gè)比較標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)生填埋場(chǎng)。垃圾填埋操作80垃圾填埋操作重慶長(zhǎng)生橋垃圾填埋場(chǎng)垃圾填埋操作武漢市二妃山垃圾填埋場(chǎng)垃圾填埋操作武漢市二妃山垃圾填埋場(chǎng)848586TheStevensCountySanitaryLandfill,openedonJuly5,1979,isafacilitythatwasdesignedtoservethewasteneedsofthecitizensofStevensCounty.87生態(tài)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，目前廣泛采用。好氧和半好氧填埋分解速度快，垃圾穩(wěn)定化時(shí)間短，但工藝要求較復(fù)雜，費(fèi)用較高，尚處于研究階段。88AnaerobicBioreactorLiquidsStorageGas

Collection

toGenerate

EnergyGroundwater

MonitoringBioreactorProgram89AerobicBioreactorLiquidsStorageAir

InjectionGroundwater

MonitoringBioreactorProgram90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。911、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)短取決于分解速度，由幾天到幾個(gè)月。待填埋層內(nèi)的氧耗盡后進(jìn)入第二階段。922、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。933、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、降解纖維菌和產(chǎn)甲烷菌數(shù)量很多。此階段是收集、利用甲烷的關(guān)鍵時(shí)期。944、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。水分和pH在填埋物產(chǎn)甲烷中起關(guān)鍵作用。需要有適宜的水分和中性的pH。9596滲濾液的處理垃圾分解過程中產(chǎn)生的液體以及滲出的地下水和滲入的地表水，統(tǒng)稱為填埋場(chǎng)滲濾液。滲濾液的性質(zhì)主要取決于所埋垃圾的種類，滲濾液的數(shù)量取決于填埋場(chǎng)滲濾液的來源、填埋場(chǎng)的面積、垃圾狀況和下層土壤等。滲濾液的處理武漢二妃山垃圾填埋場(chǎng)浸出液收集與處理池98滲濾液收集集水管、集水井等設(shè)施；滲