1、固体废弃物的生化处理学第三章：固体废弃物的生化处理 Biological Conversion Technologies of Solid Wastes固体废弃物的生化处理学有机物是固体废物污染的重要来源固体废弃物的生化处理学n原理:微生物降解技术微生物降解技术:依靠自然界广泛分布的微生物的作依靠自然界广泛分布的微生物的作用用,通过生物转化通过生物转化(氧化、分解有机固废氧化、分解有机固废)将将有机固废中易有机固废中易于生物降解的有机组分转化为腐殖肥料、沼气或其它化学于生物降解的有机组分转化为腐殖肥料、沼气或其它化学转化品。（塑料蛋白、乙醇或糖类）从而达到固废无害化转化品。（塑料蛋白、乙醇或糖
2、类）从而达到固废无害化的一种处理方法。的一种处理方法。目前主要包括：好氧堆肥技术、厌氧发酵技术目前主要包括：好氧堆肥技术、厌氧发酵技术 此外还有：此外还有：废物养殖蚯蚓废物养殖蚯蚓固体废弃物的生化处理学3-1 堆肥法（Compost）原料原料 传统：传统：秸秆、落叶、野草和禽畜粪便堆积秸秆、落叶、野草和禽畜粪便堆积发酵制作肥料。发酵制作肥料。本世纪本世纪2020年代后：生活垃圾、污水污泥、人和年代后：生活垃圾、污水污泥、人和禽畜粪便以及农林废物等禽畜粪便以及农林废物等工艺工艺传统传统:手工操作和自然堆积方式，并依靠自发的手工操作和自然堆积方式，并依靠自发的生物转化作用，发酵周期长，处理量小生物
3、转化作用，发酵周期长，处理量小本世纪本世纪2020年代后；出现了机械堆制技术年代后；出现了机械堆制技术固体废弃物的生化处理学一、堆肥化概念及发展过程1、堆肥化定义堆肥化（composting)是在控制条件下控制条件下，使来源于生物的有机废物，发生生物稳定作用(Biostablization)的过程。注意：l 堆肥原料来自生物界；堆肥原料来自生物界；l 堆制过程需在人工控制下进行堆制过程需在人工控制下进行;l 堆制过程的实质是生物化学过程。堆制过程的实质是生物化学过程。l 体积一般只有原体积积体积一般只有原体积积5050一一7070。固体废弃物的生化处理学、堆肥化发展过程固体废弃物的生化处理学p
4、 两个相关概念两个相关概念堆肥：废物经过堆肥化处理，制得的成品叫做堆肥堆肥：废物经过堆肥化处理，制得的成品叫做堆肥(compost)(compost)。腐殖土：堆肥是一类腐殖质含量很高的疏松物质，腐殖土：堆肥是一类腐殖质含量很高的疏松物质，故也称为故也称为“腐殖土腐殖土”。p分类分类 按堆制方式：间歇堆积法、连续堆积法按堆制方式：间歇堆积法、连续堆积法按原料发酵所处状态：静态发酵法、动态发酵法按原料发酵所处状态：静态发酵法、动态发酵法按堆制过程的需氧程度：好氧法、厌氧法按堆制过程的需氧程度：好氧法、厌氧法 二、堆肥化概述二、堆肥化概述1.1.堆肥化分类堆肥化分类固体废弃物的生化处理学p关于好氧
5、法、厌氧法关于好氧法、厌氧法好氧堆肥系统温度一般为好氧堆肥系统温度一般为5050一一6565，最高可达，最高可达8080一一9090，堆制周期短，故也称为高温快速堆肥。，堆制周期短，故也称为高温快速堆肥。厌氧堆肥厌氧堆肥，空气与发酵原料隔绝，堆制温度低，空气与发酵原料隔绝，堆制温度低，工艺比较简单，成品堆肥中氮素保留比较多，但堆工艺比较简单，成品堆肥中氮素保留比较多，但堆制周期过长，、需制周期过长，、需3 31212个月，异味浓烈，分解不个月，异味浓烈，分解不够充分。够充分。固体废弃物的生化处理学 2 2、好氧法堆肥原理、好氧法堆肥原理好氧法制堆肥是以好氧菌为主对废物进行好氧法制堆肥是以好氧菌
6、为主对废物进行吸收、氧化、分解。微生物通过自身的生命活吸收、氧化、分解。微生物通过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无动，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，把机物，并放出生物生长活动所需要的能量，把另一部分有机物转化合成为新的细胞物质，使另一部分有机物转化合成为新的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多生物体。微生物生长繁殖，产生更多生物体。固体废弃物的生化处理学三、堆肥原料与堆肥微生物三、堆肥原料与堆肥微生物1 1堆肥原料堆肥原料含碳水化合物、脂类、蛋白质较多的固废含碳水化合物、脂类、蛋白质较多的固废 人和禽畜粪便，已经经过胃肠系统的充分
7、消化，一般颗粒人和禽畜粪便，已经经过胃肠系统的充分消化，一般颗粒较小，合有大量低分子化合物较小，合有大量低分子化合物人和动物未吸收消化的中人和动物未吸收消化的中间产物，含水量较高，可直接用作原料。间产物，含水量较高，可直接用作原料。有机污泥富含微生物生活繁殖所需的营养成分有机污泥富含微生物生活繁殖所需的营养成分(表表9 91)1)，是，是堆肥的良好原料。堆肥的良好原料。农林废物均富含碳素，但有的因含纤维素、半纤维素类物质；农林废物均富含碳素，但有的因含纤维素、半纤维素类物质；有的因表面布有众多毛孔而其有疏水性，处理困难，故均需有的因表面布有众多毛孔而其有疏水性，处理困难，故均需作预处理作预处理
8、 生活垃圾中，不可堆腐的物质较多，需通过预处理，适当排生活垃圾中，不可堆腐的物质较多，需通过预处理，适当排除，才能用作堆肥原料。除，才能用作堆肥原料。固体废弃物的生化处理学2 2堆肥微生物堆肥微生物 嗜温菌和嗜热菌。繁殖的温度范围列于下表。嗜温菌和嗜热菌。繁殖的温度范围列于下表。菌 类 最低温度适 宜 最高温度 嗜温菌 15-25 25-40 43 嗜热菌 25-45 45-50 85 嗜温菌(细菌、放线菌、酵母菌)：吃糖类、淀粉；嗜热菌(细菌、真菌)：吃脂类、蛋白质、纤维。固体废弃物的生化处理学固体废弃物的生化处理学1 1。堆肥过程描述。堆肥过程描述(1)(1)起始阶段：堆制初期，堆层呈中温
9、起始阶段：堆制初期，堆层呈中温(15(1545)45)。此时，。此时，嗜温性微生物活跃，利用可溶性物质糖类、淀粉不断嗜温性微生物活跃，利用可溶性物质糖类、淀粉不断增殖，在转换和利用化学能的过程中产生的能量超过增殖，在转换和利用化学能的过程中产生的能量超过细胞合成所需的能量，加上物料的保温作用，温度不细胞合成所需的能量，加上物料的保温作用，温度不断上升。断上升。四、堆肥过程四、堆肥过程固体废弃物的生化处理学（3 3）熟化阶段）熟化阶段 冷却后的堆肥，一些新的微生物借冷却后的堆肥，一些新的微生物借助参与有机物（包括死掉的细菌残体）而生长，助参与有机物（包括死掉的细菌残体）而生长，将堆肥过程最终完成
10、。将堆肥过程最终完成。（2 2）高温阶段）高温阶段 嗜热性微生物迅速繁殖，在供养条件嗜热性微生物迅速繁殖，在供养条件下，大部分较难降解的有机物（蛋白质、纤维等）下，大部分较难降解的有机物（蛋白质、纤维等）继续氧化分解，同时释放能量，温度继续氧化分解，同时释放能量，温度60-7060-70度；度；有机物分解完毕，养料减少，嗜热性微生物停止活动，有机物分解完毕，养料减少，嗜热性微生物停止活动，当温度稳定在当温度稳定在4040度左右，堆肥基本达到稳定，形成度左右，堆肥基本达到稳定，形成腐殖质。腐殖质。固体废弃物的生化处理学2、堆肥过程参数、堆肥过程参数、供氧量、供氧量空气量少，大量微生物死亡，分解速
11、度空气量少，大量微生物死亡，分解速度慢；多，温度降低，不利于耐热菌。慢；多，温度降低，不利于耐热菌。最佳量：实际空气量为理论空气量的最佳量：实际空气量为理论空气量的2-2-1010倍倍方式：强制通风、翻堆搅拌，方式：强制通风、翻堆搅拌，需适当的物料空隙率需适当的物料空隙率固体废弃物的生化处理学、含水率、含水率影响：溶解有机物，参与微生物的新陈代谢影响：溶解有机物，参与微生物的新陈代谢 可以调节堆肥温度可以调节堆肥温度一般，含水率水分低于一般，含水率水分低于20%20%，微生物死亡；过高，原料紧缩，微生物死亡；过高，原料紧缩，空隙率小，导致空气量小，转化成厌氧反应；同时水分空隙率小，导致空气量小
12、，转化成厌氧反应；同时水分蒸发过多，温度达不到要求，影响堆肥效果。蒸发过多，温度达不到要求，影响堆肥效果。最佳含量：在最佳含量：在50-60%50-60%（质量分数）为宜，（质量分数）为宜，55%55%左右为最理左右为最理想，此时微生物分解速度最快。想，此时微生物分解速度最快。对高含水量的垃圾可采用机械压缩脱水，使脱水后的垃圾对高含水量的垃圾可采用机械压缩脱水，使脱水后的垃圾含水率在含水率在60%60%以下，也可以在场地和时间允许的条件下，以下，也可以在场地和时间允许的条件下，将物料摊开，搅拌使水分蒸发。还可以在物料中加入稻将物料摊开，搅拌使水分蒸发。还可以在物料中加入稻草、木屑、干叶等松散或
13、吸水物。而对低含水量的垃圾草、木屑、干叶等松散或吸水物。而对低含水量的垃圾（低于（低于30%30%），可添加污水、污泥、人畜尿粪等。），可添加污水、污泥、人畜尿粪等。固体废弃物的生化处理学、碳氮比、碳氮比 微生物每利用微生物每利用3030份碳就需要份碳就需要l l份氮，故初始物料的碳氮比份氮，故初始物料的碳氮比为为3030：1 1合乎堆肥需要，其最佳在合乎堆肥需要，其最佳在2626：1 13535：1 1之间。成之间。成品堆肥的适宜碳氮比为品堆肥的适宜碳氮比为10:1-20:110:1-20:1之间：出于初始原料的碳之间：出于初始原料的碳氮比一般都高于前述最佳值，放应加入氮肥水溶液、粪便、氮比
14、一般都高于前述最佳值，放应加入氮肥水溶液、粪便、污泥等调节剂，使之调到污泥等调节剂，使之调到3030以下。以下。影响影响:过高；氮缺乏，细菌和其它微生物发展受限制，堆肥过高；氮缺乏，细菌和其它微生物发展受限制，堆肥速度缓慢，时间长；另外还会造成成品堆肥的氮饥饿速度缓慢，时间长；另外还会造成成品堆肥的氮饥饿过低：氮素过剩，容易转化成氨气释放，造成肥效降低过低：氮素过剩，容易转化成氨气释放，造成肥效降低各物料的碳氮比见表各物料的碳氮比见表固体废弃物的生化处理学碳磷比：除碳和氮外，磷对微生物的生长也有很大影响。碳磷比：除碳和氮外，磷对微生物的生长也有很大影响。在垃圾发酵时添加污泥就是利用其中丰富的磷
15、来调整堆在垃圾发酵时添加污泥就是利用其中丰富的磷来调整堆肥原料的碳磷比。堆肥原料适宜的碳磷比为肥原料的碳磷比。堆肥原料适宜的碳磷比为75-15075-150。好氧堆肥初期，好氧堆肥初期，pHpH一般可下降为一般可下降为5 56 6，尔后又开始上升，发，尔后又开始上升，发酵完成前可达酵完成前可达8.5-9.08.5-9.0，最终达到，最终达到7 70 0一一8 80 0固体废弃物的生化处理学有机物含量有机物含量堆肥物料适宜的有机物含量为堆肥物料适宜的有机物含量为2020一一8080，有机物含量过低，有机物含量过低，不能提供足够的热能，影响嗜热菌增殖，难以维持高温发酵过不能提供足够的热能，影响嗜热
16、菌增殖，难以维持高温发酵过程。有机物含量大于程。有机物含量大于8080时，堆制过程要求大量供氧，实践中时，堆制过程要求大量供氧，实践中常因供氧不足而发生部分厌氧过程。常因供氧不足而发生部分厌氧过程。固体废物固体废物有机固体废物有机固体废物预处理预处理无机物无机物搅拌机搅拌机机械发酵池机械发酵池风机风机后处理后处理后发酵后发酵贮藏贮藏出售出售堆肥工艺流程堆肥工艺流程预处理：包括破碎、分选等，主要是除去堆肥原料中大块和非堆肥化物预处理：包括破碎、分选等，主要是除去堆肥原料中大块和非堆肥化物质。但不同的堆肥原料，预处理过程有所不同。如家畜粪便、污泥、城质。但不同的堆肥原料，预处理过程有所不同。如家畜
17、粪便、污泥、城市生活垃圾。市生活垃圾。一般，粒径一般，粒径，有机物，有机物分解速度分解速度，但，但物料间的空隙率物料间的空隙率 ，通气效果，通气效果。适宜的粒径范围是适宜的粒径范围是1260mm。如果堆肥物质结构坚固，不易挤压，粒径。如果堆肥物质结构坚固，不易挤压，粒径应小些，否则粒径应大些。此外，决定垃圾粒径大小时，还应考虑它的应小些，否则粒径应大些。此外，决定垃圾粒径大小时，还应考虑它的经济性，因为粒度经济性，因为粒度，动力消耗，动力消耗，处理垃圾的费用，处理垃圾的费用。五、堆肥程序五、堆肥程序主发酵（一次发酵）主发酵（一次发酵）通常将堆肥开始到堆肥温度升高到开始降低为止的阶段，通常将堆肥
18、开始到堆肥温度升高到开始降低为止的阶段，称为主发酵阶段。主发酵阶段是堆肥生物化学反应的基本阶称为主发酵阶段。主发酵阶段是堆肥生物化学反应的基本阶段，在发酵池内进行。周期一般需要天段，在发酵池内进行。周期一般需要天固体废物固体废物有机固体废物有机固体废物预处理预处理无机物无机物搅拌机搅拌机机械发酵池机械发酵池风机风机后处理后处理后发酵后发酵贮藏贮藏出售出售主发酵期应满足下述各工艺条件：主发酵期应满足下述各工艺条件：碳氮比碳氮比(C/N):(C/N):有机物被微生物分解速度随有机物被微生物分解速度随C/NC/N比而变。微生物比而变。微生物自身的自身的C/NC/N比约比约4 43030，用作其营养的
19、有机物，用作其营养的有机物C/NC/N比最好也在此数值比最好也在此数值范围内，特别当范围内，特别当C/NC/N比在比在1010左右时，有机物被微生物分解速度最大左右时，有机物被微生物分解速度最大。含水率含水率 :50:5060%60%重量时，微生物分解速度最快。重量时，微生物分解速度最快。供氧量供氧量 实际供氧量通常为理论量的实际供氧量通常为理论量的2 21010倍。但过量供氧易倍。但过量供氧易使温度下降，不利于发酵的正常进行。使温度下降，不利于发酵的正常进行。后发酵后发酵 经过主发酵的半成品被送去后发酵。在主发酵工序尚未分解的易分解及较经过主发酵的半成品被送去后发酵。在主发酵工序尚未分解的易
20、分解及较难分解的有机物可能全部分解变成腐植酸、氨基酸等比较稳定的有机物，得难分解的有机物可能全部分解变成腐植酸、氨基酸等比较稳定的有机物，得到完全成熟的堆肥成品。一般，把物料堆积到到完全成熟的堆肥成品。一般，把物料堆积到1 12 2米高度进行后发酵，此时米高度进行后发酵，此时，需要防止雨水的装设，有些场合还需进行翻堆和通风。有时即使不进行通，需要防止雨水的装设，有些场合还需进行翻堆和通风。有时即使不进行通风，也需要每周左右进行一次翻堆。当温度稳定在风，也需要每周左右进行一次翻堆。当温度稳定在4040左右时即达腐熟，一左右时即达腐熟，一般需般需2020一一3030天。天。后处理后处理 经过二次发
21、酵后的物料中，几乎所有的有机物都变细碎和变了形，数量也经过二次发酵后的物料中，几乎所有的有机物都变细碎和变了形，数量也减少了。然而，在城市固体废物发酵堆肥时，在前处理工序中还没有完全去减少了。然而，在城市固体废物发酵堆肥时，在前处理工序中还没有完全去除的塑料、玻璃、陶瓷、金属、小石块等杂物依然存在，因此，还要经过一除的塑料、玻璃、陶瓷、金属、小石块等杂物依然存在，因此，还要经过一道分选工序以去除杂物，可以用回转式振动筛、振动式回转筛、磁选机、风道分选工序以去除杂物，可以用回转式振动筛、振动式回转筛、磁选机、风选机、惯性分离机、硬度差分离机等预处理设备分离去除上述杂质，并根据选机、惯性分离机、硬
22、度差分离机等预处理设备分离去除上述杂质，并根据需要（如生产精制堆肥）进行再破碎。需要（如生产精制堆肥）进行再破碎。固体废物固体废物有机固体废物有机固体废物预处理预处理无机物无机物搅拌机搅拌机机械发酵池机械发酵池风机风机后处理后处理后发酵后发酵贮藏贮藏出售出售粪便粪便输送输送垃圾垃圾发酵仓发酵仓熟料熟料振动筛振动筛细料细料通风通风磁选磁选农肥农肥粗料粗料分拣分拣利用利用浸滤液浸滤液集水井集水井冲洗水冲洗水调节池调节池初沉池初沉池污泥污泥曝气池曝气池竖流池竖流池污泥污泥回用池回用池上海市城市垃圾堆肥发酵系统工艺流程上海市城市垃圾堆肥发酵系统工艺流程 武汉市城市垃圾堆肥发酵系统武汉市城市垃圾堆肥发酵
23、系统 计量计量板式给料机板式给料机初选（人工）初选（人工）发酵仓发酵仓出仓出仓二次发酵二次发酵垃圾入场垃圾入场磁选磁选滚筒筛滚筒筛堆肥堆肥污水粪便污水粪便计量计量废铁废铁填埋填埋回收物回收物粪便入场粪便入场固体废弃物的生化处理学杭州市垃圾堆肥厂工艺流程图杭州市垃圾堆肥厂工艺流程图NoImage城市生活垃圾城市生活垃圾贮料池贮料池抓吊抓吊废铁废铁滚筒筛滚筒筛人工分选人工分选粗大无机物去填埋粗大无机物去填埋混合滚筒混合滚筒污污水水池池风机风机出料机出料机二次发酵二次发酵出料机出料机风机风机一次一次发酵发酵振动给料机振动给料机散装堆肥散装堆肥装袋机装袋机填埋填埋出售出售滚筒筛滚筒筛固体废弃物的生化处
24、理学 长野县堆肥化系统流程图长野县堆肥化系统流程图NoImage脱臭脱臭戽斗式翻堆机戽斗式翻堆机贮槽贮槽定量给料器定量给料器一次发酵仓一次发酵仓家畜尿家畜尿回转振动筛回转振动筛二次发酵仓二次发酵仓杂质杂质污水池污水池土壤脱臭装置土壤脱臭装置干净气体干净气体固体废弃物的生化处理学六、堆肥方法六、堆肥方法1 1、间歇堆肥法（野积式堆肥）、间歇堆肥法（野积式堆肥）Windrows composting 传统方法；传统方法；是将原料一批一批地发酵，一批原料堆积之后，不再添加新料，待完成发酵成为腐殖土运出。一次发酵，周，每周翻动一次发酵，周，每周翻动-次次二次发酵，二次发酵，-周周全过程全过程-天，场地
25、坚实不渗水面积足够天，场地坚实不渗水面积足够固体废弃物的生化处理学固体废弃物的生化处理学固体废弃物的生化处理学说明：说明：野积式堆肥首先要求对堆肥原料进行前处理，然后根据其野积式堆肥首先要求对堆肥原料进行前处理，然后根据其含水率和碳氮比，确定原料配比，国外利用城市固体含水率和碳氮比，确定原料配比，国外利用城市固体废弃物生产堆肥的配料方法有纯垃圾堆肥、垃圾废弃物生产堆肥的配料方法有纯垃圾堆肥、垃圾-粪便粪便混合（混合（7 7：3 3）堆肥、垃圾）堆肥、垃圾-污泥混合污泥混合（7：3）堆肥三种。）堆肥三种。我国露天堆肥法一般是采用我国露天堆肥法一般是采用70-80%垃圾与垃圾与20-30%粪稀配粪
26、稀配比。比。固体废弃物的生化处理学2、好氧静态堆肥工艺Aerated Static Pile composting一般采用露天强制通风垛，一般采用露天强制通风垛，当一批物料堆积成垛后，不当一批物料堆积成垛后，不再添加新料和翻堆，直至物再添加新料和翻堆，直至物料腐熟后运出。料腐熟后运出。固体废弃物的生化处理学固体废弃物的生化处理学3 3、连续发酵、连续发酵In-Vessel composting连续发酵工艺采取连续进料和连续出料方式发酵，连续发酵工艺采取连续进料和连续出料方式发酵，原料在一个专设的发酵装置内完成中温和高温发原料在一个专设的发酵装置内完成中温和高温发酵过程。这种系统除具有发酵时间短
27、，能杀灭病酵过程。这种系统除具有发酵时间短，能杀灭病源微生物外，还能防止异味，成品质量比较高，源微生物外，还能防止异味，成品质量比较高，已在美国、日本、欧洲广为采用。已在美国、日本、欧洲广为采用。固体废弃物的生化处理学Unmixed vertical and horizontal reactor固体废弃物的生化处理学Mixed(dynamic)vertical and horizontal reactor固体废弃物的生化处理学固体废弃物的生化处理学七、七、腐熟度概念腐熟度概念堆肥的腐熟度是指成品堆肥的稳定程度。在工程上，它是的堆肥的腐熟度是指成品堆肥的稳定程度。在工程上，它是的衡量堆肥反应完成
28、的信号；在农业上，它是堆肥质量的指衡量堆肥反应完成的信号；在农业上，它是堆肥质量的指标。标。(I)(I)直观经验法：成品氓肥显棕色或陪灰色，并具有霉臭直观经验法：成品氓肥显棕色或陪灰色，并具有霉臭酌土壤气味，无明显的纤维。酌土壤气味，无明显的纤维。(2)(2)淀粉测试法：淀粉测试法的理论依据是在正常的发酵淀粉测试法：淀粉测试法的理论依据是在正常的发酵过程中，堆肥的淀粉量随时间增加而减少，一般当发酵到达第过程中，堆肥的淀粉量随时间增加而减少，一般当发酵到达第4 45 5周时，淀粉绝大部分分解，最终成品堆肥中，淀粉应全周时，淀粉绝大部分分解，最终成品堆肥中，淀粉应全部消失。测定方法是将堆肥样品加入
29、高氯酸溶液，搅拌、过部消失。测定方法是将堆肥样品加入高氯酸溶液，搅拌、过滤，用碘液检验滤液，如果变黄、略有沉淀物，表明堆肥已滤，用碘液检验滤液，如果变黄、略有沉淀物，表明堆肥已经稳定；如果呈现蓝色，表明堆肥未腐熟。经稳定；如果呈现蓝色，表明堆肥未腐熟。测试方法测试方法固体废弃物的生化处理学 (3)耗氧速率法通过仪器自动显示堆层O或CO浓度在单位时间内的变化值，以评定堆肥发酵程度和腐熟情况。固体废弃物的生化处理学八、堆肥的农业效用1、堆肥的改良土壤作用堆肥的改良土壤作用增加土壤有机质增加土壤有机质改善土壤结构：使粘质土壤松散、砂质土壤结团、增加改善土壤结构：使粘质土壤松散、砂质土壤结团、增加空隙
30、率空隙率提高土壤功能：提高保水能力、防止肥分流失提高土壤功能：提高保水能力、防止肥分流失促进植物根系增长促进植物根系增长2 2、堆肥的增产作用堆肥的增产作用固体废弃物的生化处理学3 3、堆肥农用的不利因素、堆肥农用的不利因素 、含量低、含量低 易富集有害元素易富集有害元素 投资大，成本偏高投资大，成本偏高固体废弃物的生化处理学堆肥产品的精制堆肥堆肥化肥化肥其他配料其他配料功能功能微生物微生物精制农肥精制农肥混合混合破碎破碎包装包装混合混合造粒造粒低温干燥低温干燥筛分筛分短期发酵短期发酵混合混合固体废弃物的生化处理学南宫堆肥厂南宫堆肥厂南宫堆肥厂位于北京市大兴县赢海乡南宫村,总建筑面积2.16万
31、平方米，其中厂房1.5万平方米。南宫堆肥厂日处理15-60mm的生活垃圾400吨，年处理量12.4万吨。年产12mm以下及12-25mm堆肥4万吨。南宫堆肥厂采用先进的强制通风隧道式发酵技术，处理由转运站送入的15-60mm的生活垃圾，生产0-12mm和12-25mm两种粒径分别适用于农业及园林的堆肥产品。本项目整套生产设备及工艺控制技术全部由德国提供，与国内同类产品相比，其体积小，技术含量高，全部采用自动控制技术，即在中央控制室可以直接对设备及工艺过程进行实时监控，完成信息采集、综合处理等工作。固体废弃物的生化处理学南宫堆肥厂南宫堆肥厂为防止生产过程中散发出氨气（NH3）、硫化氢（H2S）等
32、有害气体及臭味，堆肥厂建设了生物过滤池，能有效地过滤，抑制有害气体。堆肥厂生产废水在工艺中循环使用，不外排，而且厂区生产地面全部采用水泥地面，可防止垃圾渗沥液对地下水的污染；生活废水经污水处理系统处理后排放。堆肥厂设有化验室，定期测定垃圾成分和堆肥腐熟度，以确保堆肥产品质量。固体废弃物的生化处理学南宫堆肥厂工南宫堆肥厂工艺流程图艺流程图固体废弃物的生化处理学3-2 厌氧发酵制沼气 Anaerobic Biological Transformations固体废弃物的生化处理学一、一、厌氧消化概念及发展过程厌氧消化概念及发展过程1、厌氧消化定义厌氧消化是指在厌氧状态下，利用厌氧微生物，有控制地使废
33、物中可生物降解的有机物转化为CH4、CO2和稳定物质的生物化学过程固体废弃物的生化处理学、厌氧消化发展过程固体废弃物的生化处理学3、厌氧消化特点厌氧消化不需要通风动力，设施简单，运行成本低厌氧消化不需要通风动力，设施简单，运行成本低固体废弃物的生化处理学1 1、厌氧发酵的原理、厌氧发酵的原理整个发酵过程分为液化、产酸和产甲烷三个阶段；不整个发酵过程分为液化、产酸和产甲烷三个阶段；不同菌群同菌群固体废弃物的生化处理学 （低级挥发性脂肪醇类、中性化合物、H2、CO2）（不产甲烷菌、产甲烷菌）c c（CO2、H2、甲醇、甲酸、乙酸、CH4）不产甲烷菌产甲烷菌不产甲烷菌A.液化阶段液化阶段 a a（碳
34、水化合物、蛋白质、脂肪）b b（单糖或二糖、酞、氨基酸等）B.B.产酸阶段产酸阶段：b b C.C.产甲烷阶段产甲烷阶段：c CH4固体废弃物的生化处理学heatSHNHCHCOmatterorganictresiscellnewnutrientsOHmatterOrganic23422tan固体废弃物的生化处理学三阶段厌氧消化模式固体废弃物的生化处理学2.2.影响发酵的因素影响发酵的因素A.温度：常用的有三种发酵温度 a.低温发酵：大多处于20以下，产气不高；b.中温发酵：在37左右，这是甲烷菌第一个最佳活性区；c.高温发酵：在53左右，这是甲烷菌第二活性区。固体废弃物的生化处理学 B.pH
35、B.pH 甲烷菌对pH要求很窄，为7.0左右，一般应控制在6.8-7.5之间。一般情况下，发酵过程可以自身调解，但新进料时易降低，可少加石灰进行调解。固体废弃物的生化处理学 C.C.搅拌搅拌 一般高温时要求搅拌，以增强产气率和防止局部酸化。方式有：a.机械搅拌；b.充气搅拌；c.泵循环。固体废弃物的生化处理学1、低固体消化工艺 第一步：有机成分的准备。涉及废物接收、粉碎和分选第一步：有机成分的准备。涉及废物接收、粉碎和分选第二步：增加水分和养分，混合器内混合、调节pH值到6.8、加热物料到5560，进入消化器进行厌氧消化第三步：沼气收集、贮存及沼气分离，消化污泥的脱水和处置三、根据反应器中固体
36、浓度划分三、根据反应器中固体浓度划分固体废弃物的生化处理学2、高固体消化工艺固体浓度高（22%），不需要加水，反应器单位体积需水量低，产气量高。但进出物料泵复杂，有毒物质（盐和重金属）易使微生物中毒第一步：有机成分的准备。涉及废物接收、粉碎和分选第二步：增加养分，混合器内混合、调节pH值到6.8、加热物料到5560，进入消化器进行厌氧消化第三步：沼气收集、贮存以及沼气分离，消化污泥的简单脱水和处置固体废弃物的生化处理学四、厌氧消化装置固体废弃物的生化处理学水压式沼气池（一）结构与工作原理1 1、启动前状态、启动前状态 ：平衡：平衡2 2、启动后状态、启动后状态 ：产生的沼：产生的沼气将料液压向
37、水压箱，箱气将料液压向水压箱，箱内液面升高内液面升高3 3、使用沼气状态：料液压、使用沼气状态：料液压挤压沼气供气挤压沼气供气固体废弃物的生化处理学固体废弃物的生化处理学（二）设计1 1、设计参数、设计参数（1 1）气压：）气压：7480pa7480pa（即（即80cm80cm水柱）为宜。水柱）为宜。（2 2）池容产气率：池容产气率系指每立方米发酵池容积）池容产气率：池容产气率系指每立方米发酵池容积1 1昼昼夜的产气量，单位为夜的产气量，单位为m m3 3沼气沼气/（m m3 3池容池容d d）。我国通常采用）。我国通常采用的池容产气率包括的池容产气率包括0.150.15、0.20.2、0.2
38、50.25和和0.30.3几种。几种。（3 3）贮气量：贮气量系指气箱内的最大沼气贮存量。农村家）贮气量：贮气量系指气箱内的最大沼气贮存量。农村家用水压式沼气池的最大贮气量以用水压式沼气池的最大贮气量以1212小时产气量为宜，其值小时产气量为宜，其值与有效水压间的容积相等。与有效水压间的容积相等。（4 4）池容：池容系指发酵间的容积。农村家用水压式沼气池）池容：池容系指发酵间的容积。农村家用水压式沼气池的池容积有的池容积有4 4、6 6、8 8、10m10m3 3等几种。等几种。（5 5）投料率：投料率系指最大限度投入的料液所占发酵间容）投料率：投料率系指最大限度投入的料液所占发酵间容积的百分
39、比，一般在积的百分比，一般在85-95%85-95%之间为宜。之间为宜。固体废弃物的生化处理学2、发酵间的设计（1）确定池容 用气水平 家庭人口数池容预计池容产气率（2）确定贮气量 贮气量贮气量=池容产气率池容产气率池容池容1/2固体废弃物的生化处理学（3）计算圆筒形发酵间容积（4）确定进出料管安装位置 圆筒形发酵间由池盖、池身、池底组成 水压式沼气池进出料管的水平位置，一般确定在发酵间直径的两端固体废弃物的生化处理学3、水压间的设计（1 1）水压间的底面标高：此标高应确定在发酵间初始工）水压间的底面标高：此标高应确定在发酵间初始工作状态时的液面位置作状态时的液面位置O-OO-O水平水平（2
40、2）水压间的高度（）水压间的高度（H H）：此高度应等于发酵间最大）：此高度应等于发酵间最大液位下降值（液位下降值（H H1 1）与水压间液面最大上升值（）与水压间液面最大上升值（H H2 2）之和，）之和，即即H=HH=H1 1+H+H2 2（3 3）水压间容积：此容积等于池内最大贮气量）水压间容积：此容积等于池内最大贮气量固体废弃物的生化处理学化粪池（1 1）它兼有污水沉淀和污泥发酵双重作用。粪水流入）它兼有污水沉淀和污泥发酵双重作用。粪水流入化粪池后，速度减慢。在一个标准化粪池中，粪水化粪池后，速度减慢。在一个标准化粪池中，粪水停留时间为停留时间为12-2412-24小时，比重大的悬浮固
41、体下沉到池小时，比重大的悬浮固体下沉到池底。化粪池大约可将底。化粪池大约可将70%70%的悬浮固体截留下来的悬浮固体截留下来（2 2）被截留的悬浮固体受厌氧菌的分解作用，产生气）被截留的悬浮固体受厌氧菌的分解作用，产生气体上浮，将分解后的疏松物质牵引到液面，形成一体上浮，将分解后的疏松物质牵引到液面，形成一层浮渣皮。浮渣中的气体逸散后，悬浮固体再次下层浮渣皮。浮渣中的气体逸散后，悬浮固体再次下沉成为污泥。如此反复分解、消化，浮渣和污泥逐沉成为污泥。如此反复分解、消化，浮渣和污泥逐渐液化、降解掉渐液化、降解掉（一）工作原理固体废弃物的生化处理学（二）化粪池容积及其计算公式 E E服务人口，人；服
42、务人口，人；Q Q每人每天污水量，每人每天污水量，L L；T Tq q污水在池内停留时间，一般取污水在池内停留时间，一般取0.5-1.0d0.5-1.0d；S S每人每天污泥量，一般取每人每天污泥量，一般取0.8-1.0L0.8-1.0L；T Ts s清泥周期，一般按清泥周期，一般按100-360d100-360d；C C污泥消化体积减小系数，一般为污泥消化体积减小系数，一般为0.70.7，(D/(D/2 2)/(1/)/(1/1 1)P PW W生污泥含水率，一般为生污泥含水率，一般为95%95%；P PW W池内污泥含水率，上部下部平均取池内污泥含水率，上部下部平均取95%95%。wwsq
43、PPCTSTQEV%100%100固体废弃物的生化处理学（三）.化粪池结构改进 一格二格三格 一般：一格：分离沉淀，厌氧发酵；二格：充气搅拌，好氧发酵；三格：再次沉淀，上清液排入下水道。固体废弃物的生化处理学固体废弃物的生化处理学粪便厌氧发酵池分常温、中温、高温发酵。a.常温：不加料情况下，经35天，大肠杆菌值达卫生标准b.中温：40-38C，8-23天c.高温：50-55 C，可达无害化卫生标准城市垃圾城市垃圾加工、分选加工、分选破碎、筛分破碎、筛分轻组分轻组分重组分重组分有毒有害废物有毒有害废物配料、制浆配料、制浆水水污泥与粪便污泥与粪便加热加热厌氧发酵池厌氧发酵池沼气沼气沼气柜沼气柜剩余
44、污泥剩余污泥脱水干燥脱水干燥作为农肥或处置作为农肥或处置城市垃圾厌氧发酵工艺流程城市垃圾厌氧发酵工艺流程预处理预处理配料制配料制浆浆厌氧消化处理厌氧消化处理与沼气回收与沼气回收厨余垃圾厨余垃圾脱水脱水破碎破碎厌氧发酵厌氧发酵菌种投加菌种投加发酵产品外运或利用发酵产品外运或利用气体净化气体净化能源回收能源回收水处理水处理 厨余垃圾厌氧发酵工艺流程厨余垃圾厌氧发酵工艺流程 离心机离心机等脱水等脱水机械机械粗大物体如骨头兼性和厌兼性和厌氧微生物氧微生物菌种菌种去除发酵气中H2S等杂质气体固体废弃物的生化处理学有机废物有机废物进料进料分选分选料槽料槽废物废物破碎机破碎机天然气供应站天然气供应站加气站加
45、气站电网电网热交换热交换主变电站主变电站临时储存仓临时储存仓区域供热系统区域供热系统发电发电热储存罐热储存罐发酵热发酵热发酵仓发酵仓热交换热交换废液肥料脱水废液肥料脱水堆肥产品堆肥产品堆肥精制车间堆肥精制车间脱水脱水典型的大型工业化沼气发酵工艺流程典型的大型工业化沼气发酵工艺流程固体废弃物的生化处理学3-3 有机固体废物的蚯蚓处理蚯蚓处理固体废物的原理是蚯蚓和微生物共同处理废物的过程，构成了以蚯蚓为主导的蚯蚓-微生物处理系统。一方面，蚯蚓直接吞食废物，经消化后形成蚓粪颗粒，蚓粪颗粒是微生物生长的理想基质；另一方面，经微生物分解的有机物是蚯蚓的优质食物。二者相互依存，促进有机废物分解。固体废弃物
46、的生化处理学一、生活垃圾的蚯蚓处理技术对垃圾中的有机物质有选择作用蚯蚓通过沙囊和消化道，研磨和破碎有机物垃圾中的有机物经消化道作用后，以颗粒状排出，利于与其他物质分离蚯蚓的活动可改善垃圾中的水气循环蚯蚓自身通过同化和代谢作用使有机物降解，并释放出N、P、K等营养元素可对垃圾处理过程及其产品进行毒理监察1、蚯蚓在垃圾处理中的作用固体废弃物的生化处理学2、蚯蚓处理生活垃圾工艺流程收集垃圾收集垃圾金属金属蚯蚓转化蚯蚓转化有机碎块有机碎块放置蚯蚓放置蚯蚓机械分选机械分选玻璃玻璃塑料塑料橡胶橡胶待处理料分堆待处理料分堆筛选筛选蚯蚓蚯蚓蚓粪蚓粪固体废弃物的生化处理学3、蚯蚓处理生活垃圾的物料配比蚯蚓以垃圾中的腐烂有机质为食，要求垃圾中蚯蚓以垃圾中的腐烂有机质为食，要求垃圾中有机质含量要高有机质含量要高垃圾中有机质含量小于垃圾中有机质含量小于40%40%，会影响蚯蚓生长，会影响蚯蚓生长繁殖繁殖固体废弃物的生化处理学二、利用蚯蚓处理固体废物的优势及局限性1、优势是生物处理过程，无不良环境影响，对有机物消化彻底，最终产物有较高肥效使养殖业和种植业产生的副产物得到合理利用对废弃物减容效果明显，超过30%还可获得大量蚯蚓体
