1、第四部分：第四部分：固体废物的生物转化固体废物的生物转化 技术及其工程应用技术及其工程应用环境工程专业硕士研究生课程环境工程专业硕士研究生课程重庆大学城市建设与环境工程学院重庆大学城市建设与环境工程学院讲授人：彭绪亚讲授人：彭绪亚 教授教授主要内容n固体废物的生物转化好氧堆肥技术原理及工程应用厌氧消化技术原理及工程应用卫生填埋技术原理及工程应用 固体废物的生物转化固体废物的生物转化n固体废物生物转化技术的处理对象 生活垃圾中易腐部分（厨余等）、人畜粪便、城镇污泥、农副产品加工残余物等。n特点：含水率高、热值低，污染严重。n处理技术路线：生物转化（Bio-conversion）有机垃圾处理技术路
2、线有机垃圾处理技术路线城镇有机垃圾餐厨垃圾有机生活垃圾畜禽粪便城市污泥卫生填埋生物处理焚烧无害化、资源化好氧堆肥厌氧消化农副产品加工废物生物转化生物转化固体废物生物转化方法固体废物生物转化方法n从原理上可分为：好氧生物转化、厌氧生物转化 好氧堆肥好氧堆肥n从技术体系：厌氧消化厌氧消化（生物气化）（生物气化）厌氧填埋厌氧填埋 卫生填埋 好氧填埋（场地堆肥）好氧填埋（场地堆肥）准好氧填埋准好氧填埋好氧堆肥技术原理及工程应用好氧堆肥技术原理及工程应用堆肥概念及原理堆肥概念及原理n堆肥是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，有控制有控制地地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖转化的生物化学过程
3、，最终形成可作为肥料或土壤改良剂的类似腐殖质物质。n堆制处理后，产物中含丰富的氮、磷营养物质和有机物质，故称为堆肥(Compost)。n堆肥技术是实现城市垃圾资源化、无害化的一条重要途径。它不仅可以杀死垃圾中的病原菌，有效处理垃圾中的有机物，而且可生产有机肥料或土壤改良剂，增加土壤中的有机成份，特别适用以农业为主的国家。有机质有机质无机物、矿物质无机物、矿物质+腐殖质腐殖质+能量能量微生物微生物好氧堆肥定义的含义n原料为可生物降解废物，固体或半固体；n人工控制下进行（控制通风量、温度、含水率、ph、添加微生物等）；n多种微生物联合作用实现，不同阶段，不同的微生物起主导作用。n堆制过程好氧、放热
4、，为稳定化过程；n能杀死病原菌和寄生虫和害虫卵，达到无害化、安全性；好氧堆肥的微生物学过程好氧堆肥的微生物学过程 及特点n根据温度变化和微生物生长情况，潜育期潜育期(latent phase)l物料中带入的微生物刚进入一个新环境后物料中带入的微生物刚进入一个新环境后的一段调整适应时期。在该时期，微生物的一段调整适应时期。在该时期，微生物基本上不生长繁殖，堆温基本上没变化。基本上不生长繁殖，堆温基本上没变化。中温期中温期(mesophilic phase)n中温型好氧微生物为主，大量生长繁殖，最常见的是无芽孢细菌、芽孢细菌和霉菌等；n分解易降解的有机物(如简单糖类、淀粉、蛋白质等)，产生大量热能
5、，堆温不断升高，直至达到50左右，这一过程也称，或称。高温期高温期(thermophilic phase)n中温期后期，温度上升至6570甚至更高，即进入高温期。是有机质的分解和有害生物的杀灭最有效的时期。p腐殖化过程；p高温型好氧微生物成为优势种。主要是好热性细菌、放线菌和真菌的一些种群；p杀灭病原生物，5060持续67d，可有效杀灭虫卵和病原菌。腐熟期腐熟期(maturation phase,curing phase)n腐熟期内，中温型微生物又成为优势微生物类型。残余有机物被分解，腐殖质不断积累，堆制处理进入。n有机质的分解量较小，过程较缓慢，有利于腐殖化。一些复杂的有机质与铁、钙、氮等物
6、质相结合形成腐殖质胶体(humic colloids)，完成了有机质的分解和再合成过程。n堆温回复到40左右时，表示物料已基本达到稳定，基本达到腐熟的程度，可以便用或用于配制复合肥料的原料。腐熟堆肥的特征腐熟堆肥的特征表面呈白色或灰白色，内部呈黑褐色或棕黑色：秸秆和粪块等完全腐熟，质地松软，无粪臭，散发出泥土气味，不招引蚊蝇；pH8-9，呈弱碱性。堆制过程中的生物及其演替堆制过程中的生物及其演替 n参与的主要是微生物，包括：细菌(含放线菌)真菌原生动物等类群一些无脊椎动物如线虫、蚯蚓、螨类等。50左右，高温菌出现，嗜热性真菌和细左右，高温菌出现，嗜热性真菌和细菌菌(放线菌放线菌)为主。堆温为主
7、。堆温60时，真菌几乎时，真菌几乎完全停止活动，嗜热性放线菌与细菌继续完全停止活动，嗜热性放线菌与细菌继续活动。活动。高温细菌主要是芽孢细菌属、高温放线高温细菌主要是芽孢细菌属、高温放线菌属。菌属。中温型细菌中温型细菌(含放线菌含放线菌)和真菌首先起作用，和真菌首先起作用，6570时，大多数嗜热性微生物也无法生活，或死亡，或休眠。最后，温度下降，放线菌重新定殖成为优势菌群，堆肥表面呈现白色或灰色。n蛋白质分解产生的氨转化为硝酸盐的过程主要在腐熟期进行。嗜热脂肪芽孢杆菌嗜热脂肪芽孢杆菌 A dissolving cellulose fibre-Clostridium thermocellum b
8、acteria barely visible影响堆肥过程的因素影响堆肥过程的因素n影响堆制过程的因素有物料的有机质含量、营养平衡、通气量、水分、温度和粒径等。2 2、水水 分分n含水量在含水量在5070，以，以60为宜。为宜。n若有机质含量高，含水量应高一些；有机质含量低，含若有机质含量高，含水量应高一些；有机质含量低，含水量应低一些水量应低一些。3 3、营养平衡、营养平衡 4 4、通气量、通气量n通氧的作用充氧，调节堆温和排除过多的水分的作用。n通氧方式：人工或机械进行间隙或连续翻料；在堆肥中作通气孔道；最有效的供氧方式是强制性机械通风，即用泵将空气压入或抽出肥堆。n通气量：可以根据废物氧化
9、反应式简单计算理论通气量。理论需氧量的计算如：已知合流污水污泥的化学成分C10H19O3N，其完全氧化的 计量化学方程为：C10H19O3N+12.5O2=10CO2+8H2O+4NH3 (201)(400)1g的C10H19O3N 完全氧化约需要2g的O2。n实际供氧量为理论供应量的两倍。n不同时期供氧量也不一样，高温期是中温期和熟化期的好几倍。n在机械化连续生产系统可通过测定排气中氧和CO2的含量来衡量堆体中氧气情况。排气中氧的体积浓度为14%17，CO2的体积浓度为3%6为宜。若氧浓度降低到10以下，好氧发酵会停止。5 5、温度、温度n两个主要作用：提高有机物分解速度、杀死物料中病原体提
10、高有机物分解速度、杀死物料中病原体。n堆制过程的适宜温度较宽，约为3555。35以下发酵速度不高，4555发酵速度增加较快，超过55，发酵速率减缓，超过6577发酵作用微弱。n对大部分病原体来说，超过50就会失活。一般温度控制在55。6 6、粒、粒 径径n颗粒空隙可为堆制过程提供充足的氧气。间隙大小取决于颗粒的结构强度：麦类秸秆等硬质原料的粒径应小一些，一般为12cm；蔬菜等质软原料的粒径应大一些；人粪尿、动物粪尿、污泥等颗粒细的物质，应添加锯末、稻草、稻壳等膨松剂，既减少容重，又增加物料的空隙率，还调整了C/N。工程应用：堆肥工艺工程应用：堆肥工艺 操作是否连操作是否连续续间歇式堆间歇式堆制
11、制连续式堆连续式堆制制反应器特反应器特点点非反应器型：静态堆制工艺非反应器型：静态堆制工艺反应器型：机械搅拌式、反应器型：机械搅拌式、立仓式堆制工艺、滚筒立仓式堆制工艺、滚筒式堆制工艺等式堆制工艺等好氧堆肥技术分类好氧堆肥技术分类 条垛堆肥系统条垛堆肥系统 DanoDano滚筒堆肥系统滚筒堆肥系统 密闭仓式堆肥系统密闭仓式堆肥系统模块化堆肥系统模块化堆肥系统其它堆肥系统其它堆肥系统条垛堆肥系统条垛堆肥系统n料堆的截面为梯形状料堆的截面为梯形状,高度一高度一 般为般为2 2米左右米左右,宽度宽度4 4米左右；米左右；n通过机械翻堆来促进料堆与空气接触；通过机械翻堆来促进料堆与空气接触；n翻堆的机
12、械可以是装载机翻堆的机械可以是装载机,也有专用的堆肥也有专用的堆肥翻堆机。翻堆机。DanoDano滚筒式堆肥系统滚筒式堆肥系统n也称卧式旋转法，由丹麦人首先研制和使用的一种连续推制法。n关键设备：长2030m、直径34m、倾角23的可回旋转动的金属圆筒，转速0.51转/Min，机械送风。n一次发酵时间可缩短至72小时，温度可达70以上。n 垃圾经预处理后的可堆腐物进入专门的发酵车间垃圾经预处理后的可堆腐物进入专门的发酵车间n 采用专用联合翻堆设备翻倒垃圾采用专用联合翻堆设备翻倒垃圾n 一次发酵后的垃圾经二次发酵后再根据需要进行筛分处理一次发酵后的垃圾经二次发酵后再根据需要进行筛分处理密闭式机械
13、化翻堆堆肥密闭式机械化翻堆堆肥模块式堆肥系统模块式堆肥系统n在料堆底部沿着长度方向设在料堆底部沿着长度方向设置通风管或通风槽置通风管或通风槽,强制通风强制通风n能够对堆体的需氧量和含水能够对堆体的需氧量和含水量实现一定程度的控制量实现一定程度的控制n一次发酵的时间可缩短至一次发酵的时间可缩短至10102020天天Engineered Modular Composting System接种剂在堆肥处理中的应用接种剂在堆肥处理中的应用n添加剂有三种：天然接种剂添加剂有三种：天然接种剂(inoculant)、微生物接种剂和、微生物接种剂和起爆剂。起爆剂。天然接种剂有粪肥、腐熟堆肥、耕层土壤等。天然接
14、种剂有粪肥、腐熟堆肥、耕层土壤等。微生物接种剂由从堆肥中分离的或其它来源的细菌、放线微生物接种剂由从堆肥中分离的或其它来源的细菌、放线菌、霉菌等组成，具有分解蛋白质、脂肪、糖类、纤维素、菌、霉菌等组成，具有分解蛋白质、脂肪、糖类、纤维素、木质素、蟹壳和除臭等功能，中温型与高温型微生物组合木质素、蟹壳和除臭等功能，中温型与高温型微生物组合使用。使用。起爆剂起爆剂(starter)不含有微生物接种体，是一些微生物容易不含有微生物接种体，是一些微生物容易分解的有机质如糖蜜、蔗糖和蛋白质等，其作用是为了缩分解的有机质如糖蜜、蔗糖和蛋白质等，其作用是为了缩短潜育期。短潜育期。重庆大学开发的垃圾堆肥技术（
15、国家发明专利技术）重庆大学开发的垃圾堆肥技术（国家发明专利技术）垃圾渗出液微生物循环培养强化堆肥工艺垃圾渗出液微生物循环培养强化堆肥工艺有机垃圾的厌氧消化有机垃圾的厌氧消化n厌氧消化是将复杂有机物在无氧情况下首先降解成游离糖、乙醇、挥发性脂肪酸(VFA)、H2及C02，而后乙醇和挥发性脂肪酸被氧化成乙酸和H2，最后乙酸和H2被转化成CH4。n厌氧消化法处理有机垃圾与其他技术相比具有如下优点：厌氧消化后产生的沼气是清洁能源；固体物质被消化以后可以得到高质量的有机肥料和土壤 改良剂；在有机物质转变成甲烷的过程中实现了垃圾的减量化；与好氧过程相比，厌氧消化过程不需要氧气，降低动力消耗，因而使用成本降
16、低；厌氧消化减少了温室效应气体的排放量。厌氧消化技术的分类厌氧消化技术的分类1515“干式干式”与与“湿式湿式”厌氧消化技术厌氧消化技术nWet digestion(15%or less total solids)generally used with co-digestion of organic materials and liquid substrate such as manures/biosolids.nDry digestion(15%to 35%total solids)generally used for digestion of the organic fraction of
17、 the municipal solid waste stream(OFMSW).厌氧消化技术的应用厌氧消化技术的应用n130 large AD plants operating worldwide that use organic fraction of municipal solid waste(OFMSW)or organic industrial wastes(OIW)(e.g.over 95%located in Europe)nTotal capacity estimated at 6.6 million tons in 2001 with approximately 25%use
18、d for digestion of OFMSW,OIW,and sludge and the remaining for manuresnStart-up of most AD facilities taken place primarily over the last decadeAD Plant Number and Capacity(10 Major Providers)SystemType#PlantsTotal Capacity(tons/year)KruegerWet14950,400ValorgaDry10833,250LindeWet&Dry9499,400FarmaticW
19、et4409,200BWSCWet3403,700BTAMulti-Step13367,400KompogasDry15203,000Schwarting UhdeWet2193,600NIRASWet5189,750DrancoDry9188,650Total844,238,350q与好氧堆肥相比与好氧堆肥相比,改变了占改变了占地大、处理时间长地大、处理时间长,管理复管理复杂和有恶臭气味等问题。杂和有恶臭气味等问题。q与传统的卫生填埋相比与传统的卫生填埋相比,将将厌氧消化过程由几年缩短厌氧消化过程由几年缩短到到3030天以内。天以内。q厌氧消化处理具有过程可厌氧消化处理具有过程可控制、易操作
20、、降解快、控制、易操作、降解快、生产过程全封闭、能源化生产过程全封闭、能源化效果好等，产物可计量和效果好等，产物可计量和再利用等特点。再利用等特点。BTA厌氧发酵工艺.jpgBTA厌氧消化工艺流程厌氧消化工艺流程v现代卫生填埋是在传统的“堆、填、埋”基础上发展而来，根据现代土木工程与环境污染控制理论，对垃圾填埋产生的二次污染进行有效控制的一种工程系统。卫生填埋卫生填埋技术卫生填埋技术卫生填埋技术环境工程环境工程土木工程土木工程 卫生填埋较之传统垃圾填埋有以下特征 进行了系统的规划设计 场址选择、场内工程系统设计、污染控制措施 采用系统的工程措施控制二次污染l 场底防渗l 垃圾铺平压实覆盖作业l
21、 渗沥液收集、处理l 填埋气体收集控制与资源化利用l 蚊蝇、恶臭控制 以上5 个方面是区别卫生填埋与非卫生填埋的标志。我国城市生活垃圾填埋处理现状我国城市生活垃圾填埋处理现状 填埋是我国目前大多数城市解决生活垃圾出路的最主要方法，2003 年底全国共有 457 座生活垃圾填埋场，近 85%的城市生活垃圾采用填埋处理。根据工程措施是否齐全、环保标准能否满足来判断，可分为简易填埋场、受控填埋场和卫生填埋场三个等级。1、简易填埋场这是我国传统沿用的填埋方式，其特征是：基本上没有什么工程措施，或仅有部分工程措施，也谈不上执行什么环保标准。目前我国约有 50%的城市生活垃圾填埋场属于简易填埋场。2、受控
22、填埋场受控填埋场目前在我国约占 30%，其特征是：虽有部分工程措施，但不齐全；或者是虽有比较齐全的工程措施，但不能满足环保标准或技术规范。目前的主要问题集中在场底防渗、渗沥液处理、日常覆盖等不达标。3、卫生填埋场这是近年来我国不少城市开始采用的生活垃圾填埋技术，其特征是：既有比较完善的环保措施，又能满足或大部分满足环保标准，目前达到基本无害化的约占 15%，无害化约占 5%，深圳下坪、广州兴丰、上海老港四期生活垃圾卫生填埋场是其代表。垃圾填埋技术在垃圾管理中的作用 是垃圾管理的最终处置手段是垃圾管理的最终处置手段无害化最后防线；无害化最后防线；可处理不同成份垃圾，处理量大，并能适应冲击负荷，适
23、可处理不同成份垃圾，处理量大，并能适应冲击负荷，适应性好；应性好；工艺相对简单，技术复杂程度较低，管理水平要求较低；工艺相对简单，技术复杂程度较低，管理水平要求较低；投资及运行成本较低；投资及运行成本较低；占地大，对场址要求高，选址不易；占地大，对场址要求高，选址不易；易产生二次污染（恶臭、渗沥液、填埋气），影响时间长，易产生二次污染（恶臭、渗沥液、填埋气），影响时间长，且防治较为困难。且防治较为困难。是目前大多数国家城市垃圾的主要手段；是目前大多数国家城市垃圾的主要手段；是我国目前及今后一段时间城市垃圾的主要处理方式是我国目前及今后一段时间城市垃圾的主要处理方式。v卫生填埋技术应用及发展趋势
24、卫生填埋技术应用及发展趋势q对于经济发达国家填埋处理所占比例进入对于经济发达国家填埋处理所占比例进入19801980年代后有下降趋势。年代后有下降趋势。q 规模越来越大，数量减少；规模越来越大，数量减少；q 导致填埋场数量下降的原因有三条：导致填埋场数量下降的原因有三条：旧填埋场逐渐达到饱和状态。旧填埋场逐渐达到饱和状态。新填埋场选址困难。新填埋场选址困难。由于环境保护标准不断提高，一些不符合环由于环境保护标准不断提高，一些不符合环保要求的垃圾填埋场被迫关闭。保要求的垃圾填埋场被迫关闭。q 对垃圾填埋场的环境影响越来越重视；对垃圾填埋场的环境影响越来越重视；污染控制标准越来越高，成本增加；污染
25、控制标准越来越高，成本增加；垃圾填埋场的操作运行管理越来越严格垃圾填埋场的操作运行管理越来越严格。q 减少进入填埋场的有机垃圾数量；减少进入填埋场的有机垃圾数量；q 生态填埋技术生态填埋技术 “生物反应器生物反应器”填埋场；填埋场；好氧填埋场（场地堆肥）好氧填埋场（场地堆肥）准好氧填埋场准好氧填埋场中间及中间及封场覆盖封场覆盖铺摊压实覆盖铺摊压实覆盖填埋作业填埋作业计量和环境计量和环境监测系统监测系统场内外场内外道路系统道路系统地表、地下水地表、地下水导排系统导排系统填埋气收集填埋气收集利用系统利用系统场底防渗系统场底防渗系统渗沥液收集渗沥液收集处理系统处理系统垃圾填埋场垃圾填埋场 现代垃圾卫
26、生填埋场的系统构成现代垃圾卫生填埋场的系统构成现代卫生填埋场采取将垃圾现代卫生填埋场采取将垃圾与环境隔离的控制方式与环境隔离的控制方式。现代卫生填埋是在传统的“堆、填、埋”基础上，根据现代土木工程与环境污染控制理论，对垃圾填埋产生的二次污染进行有效控制的一种工程系统。卫生填埋场的技术特点v垃圾填埋场工程与一般凝固建筑有很大区别，总体而言它是流动（或动态）建筑。v填埋工程包括两部分:一部分是基础性工程，如土方开挖、基础防渗及污水处理等工程，这部分可看成是凝固建筑；另一部分是工艺性工程，工艺性工程一般是流动（动态）性的，是由填埋场营运者在营运过程中逐步建设的，如垃圾压实与覆盖、不同填埋阶段行车道路
27、的修建、雨水与污水在不同填埋阶段的分流工程、沼气管网的铺设以及填埋场的阶段性封场和生态恢复工程等，都是营运者逐日、逐月、逐年建设的。卫生填埋场的技术特点v流动性建筑的一个特点是它把填埋场设计 建设营运管理视为一个整体。整体把握填埋场设计、建设与营运的沟通与衔接，也就是用系统的观念、动态的观念建设和管理填埋场，用系统的观念、动态的观念建设和管理填埋场，这是现代化垃圾卫生填埋场的一个重要特征。v设计是基础，建设是保障，营运是关键。设计是基础，建设是保障，营运是关键。哪一个环节出问题都可能影响到填埋场的安全与环保。v 分区分单元填埋分区分单元填埋：分区分单元填埋是现代分区分单元填埋是现代垃圾填埋场建
28、设的重要指导垃圾填埋场建设的重要指导思想，带来系列好处：思想，带来系列好处：雨污水分流，减少渗雨污水分流，减少渗滤液产生量和处理量；滤液产生量和处理量；垃圾暴露面小，较少垃圾暴露面小，较少污染；污染；封场时间短，有利于封场时间短，有利于填埋气的回收利用；填埋气的回收利用；资金分批投入，降低资金分批投入，降低成本。成本。卫生填埋的类型卫生填埋的类型v根据垃圾填埋降解机理，主要有根据垃圾填埋降解机理，主要有厌氧、好氧和准厌氧、好氧和准（半）好氧（半）好氧三种。三种。填埋类型填埋类型特点及应用情况特点及应用情况厌氧填埋厌氧填埋操作简单，施工费用低，可回收甲烷气体，操作简单，施工费用低，可回收甲烷气体
29、，目前广泛采用。目前广泛采用。好氧和半好好氧和半好氧填埋氧填埋分解速度快，垃圾稳定化时间短，但工艺分解速度快，垃圾稳定化时间短，但工艺要求较复杂，费用较高，尚处于研究阶段。要求较复杂，费用较高，尚处于研究阶段。Anaerobic Bioreactor（厌氧填埋）（厌氧填埋）Liquids Storage Gas Collection to Generate Energy GroundwaterMonitoring Bioreactor Program Aerobic Bioreactor（好氧填埋（好氧填埋 堆肥）堆肥）Liquids Storage Air Injection Groundw
30、aterMonitoring Bioreactor Program Landfill Type and Leachate Collection System卫生填埋的类型卫生填埋的类型填埋场类型应根据场址地形分为：填埋场类型应根据场址地形分为：山谷型山谷型 平原型平原型 坡地型坡地型 总体布置应按填埋场类型，结合工艺要求、气象和地质条件总体布置应按填埋场类型，结合工艺要求、气象和地质条件等因素经过技术经济比较确定。总平面应工艺合理，按等因素经过技术经济比较确定。总平面应工艺合理，按功能分区功能分区布置，便于施工和作业；竖向设计应结合原有地形，便于雨污水布置，便于施工和作业；竖向设计应结合原有地
31、形，便于雨污水导排，并使土石方尽量平衡，减少外运或外购土石方。导排，并使土石方尽量平衡，减少外运或外购土石方。平地型垃圾卫生填埋场实例平地型垃圾卫生填埋场实例山谷型垃圾卫生填埋场实例山谷型垃圾卫生填埋场实例重庆市黑石子垃圾卫生填埋场重庆市黑石子垃圾卫生填埋场某市生活垃圾卫生填埋场坡地型填埋场垃圾填埋降解的微生物学过程v根据垃圾在卫生填埋过程中的根据垃圾在卫生填埋过程中的分解情况、分解情况、气体产生和微生物活动气体产生和微生物活动情况，将整个过程情况，将整个过程人为地划分为四个阶段。人为地划分为四个阶段。v四个阶段的特点分别为：四个阶段的特点分别为：1、好氧分解阶段、好氧分解阶段v垃圾好氧分解主
32、要是开始阶段。垃圾好氧分解主要是开始阶段。v此阶段时间的长短取决于分解速度，由此阶段时间的长短取决于分解速度，由几天到几个月。几天到几个月。v填埋层内的氧耗尽后进入第二阶段。填埋层内的氧耗尽后进入第二阶段。2、厌氧产酸阶段、厌氧产酸阶段v在此阶段，好氧微生物的生命活动中止；在此阶段，好氧微生物的生命活动中止；v无氧呼吸的细菌，如硝酸还原细菌和硫酸无氧呼吸的细菌，如硝酸还原细菌和硫酸还原细菌等，以物料中的还原细菌等，以物料中的NO3、SO42-的氧的氧作为最终电子受体进行无氧呼吸，使有机作为最终电子受体进行无氧呼吸，使有机质进一步被分解产生多种有机酸。质进一步被分解产生多种有机酸。v有机酸积累、
33、有机酸积累、pH下降，甲烷菌开始活动，下降，甲烷菌开始活动，主要产物主要产物是是N2，H2S、NH3、CO2等。等。3、甲烷产生加速阶段、甲烷产生加速阶段v在严格厌氧菌和一些兼性厌氧菌的作用下，在严格厌氧菌和一些兼性厌氧菌的作用下，有机酸被进一步分解，产生甲烷，甲烷含有机酸被进一步分解，产生甲烷，甲烷含量达到量达到5060(v/v)，v有机酸含量下降，有机酸含量下降，pH值升高，产乙酸菌、值升高，产乙酸菌、解纤维菌和产甲烷菌数量很多。解纤维菌和产甲烷菌数量很多。v收集、利用甲烷的关键时期。收集、利用甲烷的关键时期。4、甲烷产生下降阶段、甲烷产生下降阶段v有机酸浓度下降，甲烷产率下降。有机酸浓度
34、下降，甲烷产率下降。v水分、水流、水分、水流、pH、粒径、接种剂的添加、粒径、接种剂的添加、培养物浓度、温度等多种因素影响到填埋培养物浓度、温度等多种因素影响到填埋有机物的分解及产甲烷作用。有机物的分解及产甲烷作用。v水分和水分和pH在填埋物产甲烷中起关键作用。在填埋物产甲烷中起关键作用。需要有适宜的水分和中性的需要有适宜的水分和中性的pH。较高的水。较高的水分有利于可溶性基质和营养物的溶解以及分有利于可溶性基质和营养物的溶解以及微生物的移动。微生物的移动。v研究表明水分含量和甲烷产生速率呈正相研究表明水分含量和甲烷产生速率呈正相关。关。100806040200Gas composition(
35、b y volume)(%)L e achate characteristicsPhaseO2N2H2CO2CH4N2O2CODVFAFe,ZnpHTime填埋降解阶段划分填埋降解阶段划分Decomposition phases of landfill 填埋场地的建设与运行填埋场地的建设与运行v根据地形、地貌和土壤条件、水文地质、气候、运输距离、出入道路条件等进行选择，使填埋处理不影响当地居民的生活和健康。v场地底部要构筑不漏水的防水层、集水管和集水井等设施，四周要防止水流冲刷、防止地下水和地面水受污染，避免一般填埋出现的卫生条件差，二次污染频繁的问题出现。垃圾填埋场建设相关标准垃圾填埋场建设
36、相关标准v生活垃圾卫生填埋技术规范 CJJ 17-88/2001/2004v城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准 2001年v生活垃圾填埋污染控制标准 GB 16889-1997v城市生活垃圾填埋场无害化等级评估办法 2002年v城市生活垃圾卫生填埋场运行维护技术规程CJJ 93-2003v生活垃圾填埋场环境监测技术标准 CJ/T 3037-1995v生活垃圾填埋场环境监测技术要求 GB/T 18772-2002v城市生活垃圾处理和给水与污水处理工程项目建设用地指标 2005年 填埋场建设规模与使用年限填埋场建设规模与使用年限v填埋场建设规模分类类 总容量为1200以上（含1200）万m3
37、；类 总容量为500（含500）1200万m3；类 总容量为200（含200）500万m3；类 总容量为100（含100）200万m3。v填埋场建设规模日处理能力分级级 日处理量为1200以上（含1200）t/d；级 日处理量为500（含500）1200 t/d；级 日处理量为200（含200）500 t/d；级 日处理量为200 t/d以下。v填埋场使用年限应大于10年，特殊情况下不应低于8年。填埋场选址填埋场选址（应符合下列要求）（应符合下列要求）当地城市总体规划、城市区域环境规划及城市环境卫生专业规划等 专业规划要求；与当地的大气防护、水土资源保护、大自然保护及生态平衡要求相一致；应具备
38、较大库容以保证填埋场使用年限在10年以上，特殊情况下不应低于8年；交通方便，运距合理；人口密度、土地利用价值及征地费用均较低；位于地下水贫乏地区或地下水埋深宜大于2m的地区、环境保护目标区域的地下水流向下游地区及夏季主导风向下风向；选址应由建设项目所在地的建设（市政）、规划、环保、环卫、国土资源、水利、卫生监督等有关部门和专业设计单位的专业技术人员参加。填埋场选址填埋场选址（不应设在下列地区）（不应设在下列地区）地下水集中供水水源地及补给区；洪泛区和泄洪道；填埋库区边界距居民居住区或人畜供水点500m以内的地区填埋库区边界距河流和湖泊50m以内的地区；填埋库区边界距民用机场3km以内的地区；活
39、动的坍塌地带,尚未开采的地下蕴矿区,灰岩坑及溶岩洞区珍贵动植物保护区和国家、地方自然保护区；公园，风景、游览区，文物古迹区，考古学、历史学、生物学研究考察区；军事要地、基地，军工基地和国家保密地区。选址是垃圾填埋场建设的必要条件：有利于二次污染防治和节省投资（以最小的投资获得最大填埋容积）。选址程序 场址初选 在全面调查与分析基础上，确定3个或3个以上候选场址 场址预选 对候选场址进行踏勘，通过对场地的地形、地貌、植被、地质、水文、气象、覆盖土源、交通运输及场址周围人群居住情况等进行对比分析，推荐2个或2个以上预选场址 场址确定 对预选场址方案进行技术、经济、社会及环境比较，并对预选场址进行地
40、形测量、初步勘探和初步工艺方案设计，完成选址报告（或可行性研究报告），通过审查确定场址填埋场防渗v填埋场必须进行防渗处理，防止对地下水和地表水的污染，同时还应防止地下水进入填埋区。v天然粘土类衬里及改性粘土类衬里（如膨润土与粘土混合）的渗透系数不应大于1.010-7cm/s，且场底及四壁衬里厚度不应小于2m。v人工合成衬里的防渗结构宜采用单复合衬里防渗结构，位于地下水贫乏地区的防渗结构也可采用单层衬里，在特殊地质和环境要求非常高的地区（如水源地等），应采用双层衬里防渗结构。复合衬里复合衬里(库区边坡库区边坡)系统系统示意图示意图垃圾层土工织物层渗沥液导流层（30cm）膜上保护层HDPE土工膜膜
41、下防渗保护层（粘土厚度100cm、渗透系数不大于1.010-7cm/s，或GCL）地下水导流层（30cm）基础垃圾层渗沥液导流与缓冲层膜上保护层HDPE土工膜膜下防渗保护层（GCL）（粘土厚度 75c m、渗 透 系 数 不 大 于1.010-7cm/s）(或GCL)地下水导流层（30cm）基础复合衬里复合衬里(库区底部库区底部)系统系统示意图示意图渗沥液收集及处理渗沥液收集及处理 v渗沥液产生量和处理量应按填埋场类型、填埋库区划分及雨污水分流系统情况、填埋物性质及气象条件等因素确定。v渗沥液收集系统及处理系统包括导流层、盲沟、集液井（池）、调节池、泵房、污水处理设施等。v调节池容积应与填埋工
42、艺、停留时间、渗沥液产生量及配套污水处理设施规模等相匹配。v渗沥液应排入城市污水处理厂处理，不具备排入城市污水处理厂条件时也可建设配套污水处理设施。渗沥液的处理国内外渗沥液的处理一般有以下几种形式：回喷填埋场运输（或管道输送）至城市污水处理厂统一处理现场处理 渗沥液处理应优先考虑与城市污水处理相结合；在不具备排入城市污水处理厂条件时，要根据环保部门要求的排放标准建设污水处理设施。一级二级三级悬浮物70200400BOD530150600CODCr1003001000NH4-N1525大肠菌值101102101102mg/L （大肠菌值除外）（大肠菌值除外）渗沥液管理（渗沥液管理（国内状况国内状
43、况20032003）2003年渗沥液处理工艺统计（按填埋场数量分析，单位：座）处理方式处理方式膜处理膜处理生物处理生物处理进城市进城市管网管网其它其它无无合计合计数量（个）数量（个）1010727232326666156156336336比例（）比例（）2.98 2.98 21.43 21.43 9.52 9.52 19.64 19.64 46.43 46.43 100.0100.00 0场底防渗与渗滤液的收场底防渗与渗滤液的收集集老垃圾渗沥液中有机物分子重量分布19%20%17%11%5%28%10000050000-10000030000-5000010000-30000500-10000
44、10000500-10000500 垃圾渗沥液是一种高难度有机污水，“可生化性”随垃圾填埋的时间逐渐下降，处理难度高。渗沥液处理厂（场内预处理）渗沥液处理厂（场内预处理）英国英国垃圾渗沥液处理工艺流程垃圾渗沥液处理工艺流程填埋气体的收集与利用填埋气体的收集与利用v微生物厌氧发酵产生甲烷、二氧化碳、氨、一氧化碳、微生物厌氧发酵产生甲烷、二氧化碳、氨、一氧化碳、氢气、硫化氢、氮气等气体。氢气、硫化氢、氮气等气体。v填埋场产气量和气体成分与被分解的固体废物的种类有填埋场产气量和气体成分与被分解的固体废物的种类有关，并随填埋年限而变化。每千克挥发性有机固体的产关，并随填埋年限而变化。每千克挥发性有机固
45、体的产气量约为气量约为0.0130.047m3。v甲烷发酵进入稳定期的时间为甲烷发酵进入稳定期的时间为2年后，填埋场气体一般年后，填埋场气体一般含有含有3040甚至甚至6070的甲烷，以及多种其它种的甲烷，以及多种其它种类的气体。类的气体。v填埋场气体经过处理后可以作为能源加以利用填埋场气体经过处理后可以作为能源加以利用。vcellulose 829 L/kg,50%methanevprotein 988 L/kg,52%methanevfat 1430 L/kg,71%methanevEvery million m3 of gas extracted includes 6.7 to 81 m
46、3 of condensate填埋气体各成分的物理性质 项 目甲烷二氧化碳氢硫化氢一氧化碳氮相对比重(空气1)0.555 1.5200.0691.1900.9670.967可燃性可燃 可燃可燃可燃 与空气混合的爆炸体积范围（%）515 4 75.64.345.512.574 臭味无无 有轻微无毒性无无 有有无甲烷的去向：甲烷的去向：回收作能源，回收作能源，释放到环境；释放到环境；微生物氧化：厌氧甲烷氧化菌、好氧甲烷氧微生物氧化：厌氧甲烷氧化菌、好氧甲烷氧化菌（存在于填埋物培土中）。化菌（存在于填埋物培土中）。甲烷气体的好氧氧化作用过程：甲烷气体的好氧氧化作用过程：CH4 CH3OH HCHO
47、HCOO-CO2填埋气体管理技术要求v填埋场必须设置有效的填埋气体导排设施，严防填埋气体自然聚集、迁移引起的火灾和爆炸。v填埋场不具备填埋气体利用条件时，应主动导出并采用火炬法集中燃烧处理。未达到安全稳定的旧填埋场应设置有效的填埋气体导排和处理设施。v填埋场区上方甲烷气体含量必须低于5%；v建（构）筑物内甲烷气体含量严禁超过1.25%。国内填埋气体收集利用状况v对填埋气体进行收集和处理，不仅减少了环境污染，同时也是对减少温室气体排放的有效贡献；当填埋气体产生规模较大时，还可以进行发电或进行回收利用。目前我国填埋场填埋气体收集、处理和利用取得明显进展。杭州、广州、南京、西安、武汉、北京、深圳、福
48、州等城市的垃圾填埋场填埋气体发电厂已投入使用或正在筹建中。国内填埋气体收集利用状况v1998年10月,我国第一个填埋气体发电厂在杭州天子岭填埋场建成发电。投资350万美元,每年可发电近1600万度产值约790万元,每年可减少二氧化碳排放810万吨.v1999年6月25日广州大田山一期工程第一台机组投入运行，总投资280万美元，装机970千瓦，600立方米/小时抽气量。这些项目的实施,为我国填埋场填埋气体的开发利用奠定了基础。填埋气收集填埋气收集填埋气集中燃烧火炬填埋气集中燃烧火炬模块式填埋气发电机组模块式填埋气发电机组美国填埋气资源化利用情况美国填埋气资源化利用情况京都议定书界定的温室气体 温
49、室气体温室气体 全球温升潜力全球温升潜力(GWP)CO2（二氧化碳）1 CH4（甲烷）21N2O（氧化亚氮）310HFCs（氢氟碳化物）140-11,700PFCs（全氟化碳）6,500-9,200SF6（六氟化硫）23,9001992年5月9日通过了联合国气候变化框架公约；1994年3月21日生效。1997年12月11日，通过了联合国气候变化框架公约京都议定书；2005年2月16日生效。清洁发展机制基本内容 清洁发展机制（清洁发展机制（CDM）系）系 京都议定书第京都议定书第12条确立的机条确立的机制制,核心内涵是：发达国家通过提供资金和技术的方式，与发核心内涵是：发达国家通过提供资金和技术
50、的方式，与发展中国家合作，在发展中国家实施具有温室气体减排效果的展中国家合作，在发展中国家实施具有温室气体减排效果的项目，项目所产生的温室气体减排量用于发达国家履行京都项目，项目所产生的温室气体减排量用于发达国家履行京都议定书的承诺。议定书的承诺。简言之，就是简言之，就是“资金技术资金技术”换取更多的温室气体排放权换取更多的温室气体排放权潜在CDM项目垃圾填埋气收集利用v我国城市垃圾收运量约1.5亿吨/年，且城市生活垃圾每年以较高的速度递增v目前全国约650座垃圾处理处置设施，其中，有580多座垃圾填埋场，平均处理能力为26万吨/年v假设10%的垃圾填埋场在现有状况下增加填埋气收集利用措施，并
