固廢固體廢物生物處理好氧

固廢固體廢物生物處理好氧第1頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2主要內(nèi)容：一、生物處理技術(shù)概述二、好氧堆肥三、厭氧消化教學目標:掌握堆肥化概念和好氧堆肥原理；熟悉好氧堆肥程序、工藝、裝置并掌握好氧堆肥的影響因素；掌握厭氧發(fā)酵過程；理解并掌握厭氧發(fā)酵的影響因素及其控制。2第2頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、生物處理技術(shù)概述

固體廢物生物處理技術(shù)利用生物體的機能，以固廢中可降解有機物為對象，使之轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定產(chǎn)物、能源和其他有用物質(zhì)的處理技術(shù)。根據(jù)利用目的的不同，生物處理技術(shù)可分為：降解利用產(chǎn)物利用營養(yǎng)基質(zhì)化利用3→多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、殺蟲劑等的生物降解→獲得生物代謝過程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，甲烷、乙醇、氫→以固體廢物為營養(yǎng)基質(zhì)，獲得新生物體或制取酶制劑書P1413第3頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月書P138微生物的分類根據(jù)微生物對各種碳素營養(yǎng)物同化能力的不同無機營養(yǎng)型（自養(yǎng)型微生物）有機營養(yǎng)型（異養(yǎng)型微生物）光能自養(yǎng)型化能自養(yǎng)型光能異養(yǎng)型化能異養(yǎng)型4第4頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)電子受體的不同，微生物的呼吸類型分為有氧呼吸無氧呼吸以分子氧O2為最終電子受體含氧無機物（NO2-,CO32-,CO2等）發(fā)酵以自己的中間代謝產(chǎn)物為電子受體5第5頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)最適宜生長的溫度不同嗜寒微生物（低溫菌）嗜溫微生物（中溫菌）嗜熱微生物（高溫菌）6第6頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月固體廢物中的生物質(zhì)降解糖類的代謝淀粉、纖維素→葡萄糖→丙酮酸蛋白質(zhì)分解及氨基酸的代謝蛋白質(zhì)→多肽→氨基酸脂類代謝脂肪→甘油和脂肪酸脫氨基作用→a-酮酸和氨脫羧基作用→胺和CO2淀粉酶、纖維素酶脂肪酶7第7頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月生物處理方法堆肥化處理厭氧消化處理微生物浸出其它生物處理方法堆肥化（composting）:在人工控制的環(huán)境下,依靠自然界中廣泛分布的細菌、放線菌、真菌等微生物人為地促進可生物降解的有機物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的微生物學過程。厭氧消化:也稱厭氧發(fā)酵，指在厭氧狀態(tài)下利用微生物使固體廢物中有機物轉(zhuǎn)變?yōu)镃H4和CO2的過程。微生物浸出:利用微生物新陳代謝過程或代謝產(chǎn)物將廢物中目的元素轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹軤顟B(tài)并得以分離的過程蚯蚓床技術(shù)廢物生產(chǎn)單細胞蛋白等ADBC8第8頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月生物質(zhì)生物質(zhì)生長來自太陽的光有機廢棄物加工能源有機肥回歸土壤秸稈禽畜糞便厭氧發(fā)酵好氧堆肥9第9頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月沼氣池10第10頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、好氧堆肥1.堆肥化和堆肥2.好氧堆肥的過程3.好氧堆肥的原理4.影響好氧堆肥的因素5.好氧堆肥裝置和工藝過程6.好氧堆肥產(chǎn)品的評估7.堆肥的發(fā)展現(xiàn)狀11第11頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月1.堆肥化和堆肥堆肥化（composting）：依靠自然界廣泛分布的細菌、放線菌、真菌等微生物，在一定的人工條件下，有控制地促進可被生物降解的有機物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的生物化學過程。堆肥：廢物經(jīng)過堆肥化處理，制得的成品叫做堆肥(Compost)它是一類棕色的腐殖質(zhì)含量很高的疏松物質(zhì)，也稱為“腐殖土”。1212第12頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月腐殖質(zhì)是土壤有機質(zhì)的主要組成部分，是一系列有機化合物的混合物，以胡敏酸和富里酸為主。主要組成元素為C、H、O、S、N、P等。腐殖質(zhì)能改善土壤的物理、化學和生物性質(zhì)，使土壤環(huán)境保持適于農(nóng)作物生長的良好狀態(tài)，腐殖質(zhì)還具有增進化肥肥效的作用。13第13頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月堆肥的原料：堆肥的本質(zhì)是生化降解過程，凡是富含微生物所需的碳水化合物、糖類、脂肪、蛋白質(zhì)的固體廢物均可作堆肥原料：城市生活垃圾（廢紙、廚余、果皮）樹皮、落葉、秸稈等紙漿廠、食品廠等排水處理設(shè)施排出的污泥糞便消化污泥、家畜糞尿14第14頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月中國擁有世界上最大的畜禽養(yǎng)殖量：商品豬、商品牛、家禽，年產(chǎn)生畜禽糞便數(shù)量43億噸中國農(nóng)作物秸稈數(shù)量巨大，年秸稈產(chǎn)量達6~7億噸，秸稈過剩、焚燒秸稈現(xiàn)象在東部地區(qū)非常普遍15第15頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月Ⅰ.好氧堆肥在通氣條件好，氧氣充足的條件下通過好氧微生物的代謝活動降解有機物。特點：堆肥溫度一般在55～60℃，有時可高達80～90℃；堆制周期短；好氧堆肥也稱為高溫堆肥或高溫快速堆肥。Ⅱ.厭氧堆肥是在氧氣不足的條件下借助厭氧微生物發(fā)酵堆肥。特點：堆制溫度低，工藝較簡單，成品堆肥中氮素保留比較多，但堆制周期過長，需3～12個月，異味濃烈，分解不夠充分。根據(jù)堆肥化過程中氧氣的供應情況可以把堆肥化過程分成兩種：16第16頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月書P1432.好氧堆肥的過程潛伏階段升溫階段高溫階段降溫階段腐熟階段17第17頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月好氧堆肥化過程五階段降溫階段升溫階段腐熟階段溫度達到45℃以上，嗜熱性微生物代替嗜溫微生物，物料中殘留的可溶性有機物繼續(xù)分解，難降解的纖維素等也開始分解。所有易降解和大部分難降解有機物已基被分解，逐漸形成腐殖質(zhì)；病原微生物被高溫殺滅，物料已基本達到穩(wěn)定適應新環(huán)境（馴化）嗜溫微生物(細菌、放線菌、酵母菌等）利用易降解的可溶性有機物（淀粉、蛋白質(zhì)）快速繁殖，同時釋放熱能，使堆層溫度上升18第18頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月次發(fā)酵實現(xiàn)固體廢物的穩(wěn)定化和無害化實現(xiàn)固體廢物的腐熟化，獲得腐熟的堆肥產(chǎn)品兩階段19第19頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月在堆肥過程中，固體廢物中的溶解性的有機物可透過微生物的細胞壁和細胞膜被微生物直接吸收；不溶膠體和固體有機物，先附著在微生物體外，依靠微生物分泌的胞外酶，分解為可溶性物質(zhì)，再滲入細胞。3.好氧堆肥的原理20第20頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月合成(同化作用)氧化堆肥有機物(含C、H、O、N、S、P)，氧，微生物細胞物質(zhì)(微生物繁殖)CO2，H2O，NH3

，PO42-，SO42-能量隨水或氣體排入環(huán)境釋放能量轉(zhuǎn)化為熱供生物合成用(異化作用)+腐殖物質(zhì)+好氧堆肥基本原理示意圖

1-分解代謝：物質(zhì)分解和提供能量2-合成代謝：消耗能量并合成生物體21第21頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月書P1484.影響好氧堆肥的因素①顆粒尺寸:適宜的粒徑范圍是12~60mm。②溫度:一般認為最佳溫度在50~65℃之間。③含水率:堆肥原料的最佳含水率通常是在50%~60%。④氧濃度:適宜的氧濃度為18%,最低不應小于8%。⑤pH值:堆肥微生物最佳的pH=5.5~8.5。細菌-中性環(huán)境真菌-微酸性環(huán)境放線菌-微堿性環(huán)境當pH過高或過低，可以投加過磷酸鈣或Ca(OH)222第22頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月⑥

C/N比:微生物新陳代謝過程中，碳是微生物的能源，氮用于合成細胞。一般微生物每利用1份氮，要消耗30份碳。最佳C/N在25:1~30:1C/N比太低（<20:1）時，可供利用的碳素少，微生物活性降低，同時氮素相對過剩，會以NH3形式釋放，導致氮損失而降低肥效；C/N太高（>40:1）時，可供消耗的碳元素多，氮源相對不足，微生物活性下降，發(fā)酵過程加長C/N堆肥所需天數(shù)209~1230~5010~1980堆肥化不能進行23第23頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月名稱C/N值名稱C/N值鋸末屑秸稈垃圾人糞牛糞300～100070～10050～806～108～26豬糞雞糞活性污泥7～155～105～8

各種物料碳氮比值因此，當用秸桿、垃圾堆肥時，需添加C/N比低的廢物或氮肥，以使C/N調(diào)到較低水平。24第24頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月P212第8題樹葉與來自污水處理廠的活性污泥混合樹葉含水率=50%；樹葉含氮率=0.7%；樹葉C/N為50污泥含水率=75%；污泥含氮率=5.6%；污泥C/N為6.3為使混合后C/N比達到25，計算1kg樹葉中需添加多少污泥。25第25頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月5.好氧堆肥裝置和工藝過程5.1堆肥裝置（1）翻堆條垛式（2）靜態(tài)通風條垛式（3）發(fā)酵倉式26第26頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)翻堆條垛式將堆肥物料以條垛式條堆狀堆置，在好氧條件下進行發(fā)酵。垛的斷面可以是梯形、不規(guī)則四邊形或三角形。最常見的斷面大多為三角形；尺寸為底寬3～5m，高2～3m，長度不限27第27頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

翻堆條垛式堆肥是通過定期翻堆來實現(xiàn)堆體中的有氧狀態(tài)。翻推機28第28頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月翻堆條垛式的特點：優(yōu)點：所需設(shè)備簡單，投資相對較低；翻堆使堆肥易于干燥；產(chǎn)品的穩(wěn)定性相對較好。缺點：占地面積大；堆腐周期長；需要大量的翻堆機械和人力；需要更頻繁的監(jiān)測，才能保證通氣和溫度要求；翻堆會造成臭味的散發(fā)，影響周圍環(huán)境；運行操作受氣候影響大，雨季會破壞堆體結(jié)構(gòu)，冬季則使堆體熱量大量散失、溫度降低。29第29頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月30第30頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）靜態(tài)通風條垛式在條垛式堆肥系統(tǒng)上增加通風系統(tǒng)，可以是自然通風或與風機相連進行強制通風。自然通風：在堆肥場地開有通氣溝，并在垂直方向堅有通氣管31第31頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月b.強制通風：堆肥場地表面或地溝內(nèi)鋪設(shè)穿孔通風管道，管道上鋪一層木屑等多孔填充料，使布氣均勻。填充料上堆放堆肥物料，最外層覆蓋堆肥產(chǎn)品進行隔熱保濕。32第32頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月通風的控制方式：一般常用溫度或時間控制。在堆體中安裝溫度反饋系統(tǒng)，堆體內(nèi)部溫度超過60℃時，鼓風機自動開始工作，排出堆料熱量和水蒸汽，使堆體冷卻下來。也可每隔15min~20min(具體時間根據(jù)實際情況確定)通風供氧33第33頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）發(fā)酵倉式（反應器系統(tǒng)）發(fā)酵倉式堆肥化，是在封閉或半封閉的空間內(nèi)進行，通過控制通風和水分，使物料進行生物降解和轉(zhuǎn)化。發(fā)酵倉的形式：結(jié)構(gòu)：有進料口、布料裝置、出料口、布氣管、翻倒裝置。立式、臥式筒式、槽式回轉(zhuǎn)圓筒式34第34頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月立式(b)35第35頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月長槽式36第36頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月臥式回轉(zhuǎn)滾筒37第37頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

發(fā)酵倉式的特點優(yōu)點：設(shè)備占地面積?。荒苓M行很好的過程控制；堆肥過程不受氣候條件的影響；可對廢氣進行統(tǒng)一收集處理，防止環(huán)境的二次污染；可對熱量進行回收利用。缺點：堆肥的投資和運行、維護費用很高；堆肥周期較短，堆肥產(chǎn)品會有潛在的不穩(wěn)定性，堆肥的后熟期相對延長；由于機械化程度高，一旦設(shè)備出現(xiàn)問題，堆肥過程即受影響。38第38頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點缺點條垛式設(shè)備簡單，費用低；堆肥產(chǎn)品的穩(wěn)定性好占地面積大；需要翻堆機械和人力通風；需要頻繁監(jiān)測，保證通氣和溫度要求；翻堆會造成臭味的散發(fā)，二次污染影響周圍環(huán)境；操作受氣候影響大發(fā)酵倉式占地面積?。荒苓M行很好的過程控制；可對廢氣進行統(tǒng)一收集處理，防止二次污染不受氣候條件的影響；費用高；堆肥產(chǎn)品穩(wěn)定性不好39第39頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2堆肥工藝工藝組成單元進料供料單元（地磅秤、貯料倉、進料倉）預處理單元（分選、破碎、調(diào)節(jié)含水率、C/N）

生物轉(zhuǎn)化單元（主發(fā)酵、次發(fā)酵）中間處理單元（同預處理）后處理單元（堆肥產(chǎn)生精制、粒度調(diào)整）過程控制單元（溫度、水分、通風）二次污染控制單元（水、氣：滲瀝液、脫臭）40第40頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月堆肥工藝流程固體廢物有機固體廢物a.前處理無機物b.主發(fā)酵機械發(fā)酵倉風機f.后處理c.后發(fā)酵g貯存出售d.過程控制單元e.二次污染控制（脫臭）41第41頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月a.前處理

破碎、分選：去除不可生物處理物，調(diào)整粒徑調(diào)節(jié)物料養(yǎng)分（C/N比）、水分；添加菌種和酶。42第42頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月b.主發(fā)酵（一次發(fā)酵，4～12d）在露天或發(fā)酵裝置內(nèi)進行，通過翻堆或強制通風供氧c.后發(fā)酵（二次發(fā)酵，20～30d）采用條堆或靜態(tài)堆肥的方式，將主發(fā)酵中尚未分解的有機物進一步分解，得到腐熟的堆肥制品。43第43頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月d.過程控制單元溫度控制供氧控制（自然通風、翻堆或強制通風）濕度控制e.脫臭對臭氣進行有效的收集；處理方法：生物法：設(shè)置生物濾床處理設(shè)施進行除臭化學法：化學除臭劑；堿水或水溶液過濾；物理法：吸附其他方法：在露天堆肥時，可在堆肥表面覆蓋熟堆肥，惡臭成分被堆肥（熟化后的）吸附，被其中的好氧微生物分解。44第44頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月f.后處理去除雜物：粒度大于5mm的石塊比例不超過5%；粒度大于2mm的塑料金屬等雜物不超過0.5%；顆粒度控制：農(nóng)用堆肥產(chǎn)品粒度不大于12mm,山林果園用堆肥產(chǎn)品粒度不大于50mm；堆肥產(chǎn)品精制：按需要加入N、P和K等添加劑45第45頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月g.貯存堆肥一般在春秋兩季使用，在夏冬就必須積存，所以要建立儲存六個月生產(chǎn)量的設(shè)備；儲存方式可直接堆存在發(fā)酵池中或袋裝；要求干燥而透氣，閉氣和受潮會影響制品的質(zhì)量46第46頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月堆肥工藝類型分類依據(jù)工藝類型分段一次性發(fā)酵堆肥（連續(xù)式）二次性發(fā)酵堆肥（間歇式）物料運動方式靜態(tài)堆肥動態(tài)堆肥供氧方式強制通風、自然通風、翻堆通風發(fā)酵設(shè)備反應器形式條垛式（野積式）；發(fā)酵倉式（槽倉式、立式、滾筒式）47第47頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月書P1656.好氧堆肥產(chǎn)品的評估堆肥的腐熟度：成品堆肥的穩(wěn)定程度。工程上是衡量堆肥反應完成的信號；農(nóng)業(yè)上是堆肥質(zhì)量的指標。腐熟度的基本含義：①通過微生物的作用，堆肥的產(chǎn)品達到穩(wěn)定化、無害化，不對環(huán)境產(chǎn)生不良影響；②堆肥產(chǎn)品的使用不影響作物的成長和土壤耕作能力。48第48頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月腐熟度的評價方法方法參數(shù)或項目物理方法溫度；顏色；氣味；質(zhì)地化學方法碳氮比（C/N）；氮化合物（總氮、NH4-N、NO3-N、NO2-N）；陽離子交換量（CEC）有機化合物（水溶性或可浸提有機碳、還原糖、脂類等化合物、纖維素、半纖維素、淀粉等）腐殖質(zhì)（腐殖質(zhì)指數(shù)、腐殖質(zhì)總量和功能基團）生物活性法耗氧速率；微生物種群和數(shù)量；酶學分析；植物毒性分析法種子發(fā)芽；植物生物量衛(wèi)生學檢測致病微生物指標等49第49頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月物理方法（表觀鑒別法）①溫度：與環(huán)境溫度趨于一致，不再有明顯變化②氣味：具有潮濕泥土的氣味。③顏色：黑褐色或黑色。④質(zhì)地：質(zhì)地疏松，手捏之成團，松之即散；草莖樹葉之類用手一拉即斷。50第50頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月化學方法①碳氮比：堆肥的固相C/N值從初始的25~30:1降低到15~20:1以下。②氮化合物:隨著堆肥化過程進行，氨態(tài)氮(NH4-N)↓和硝態(tài)氮(NO3-N)↑，完全腐熟的堆肥，氮基本上以硝酸鹽形式存在，未腐熟的堆肥則主要含氨態(tài)氮，而基本不含硝酸鹽。5151第51頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月在整個堆肥過程中微生物種群的演替可很好地指示堆肥的腐熟程度。常采用生物量測定的方法。初期的中溫階段——主要是蛋白質(zhì)分解細菌，產(chǎn)氨細菌數(shù)量迅速增加；高溫期及降溫期——分解纖維素的細菌和真菌最多；降溫期——硝化細菌活動最旺盛，直到堆肥最后仍存在；堆肥腐熟期——主要以放