固废-第五章固体废物生物处理
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第五章_固体废物的生物处理
固体废弃物的处理与处置
Treatment & Disposal of Solid Wastes
环境工程系 杨治广 Tel:15093757322 2011、9—2011、12
第五章 固体废物的生物处理
第一节 固体废物的好氧堆肥处理
第二节固体废物的厌氧消化处理
第三节固体废物的微生物浸出
第四节固体废物的其他生物处理技术
嗜热性微生物、细菌；残留可溶性物质，纤维素、半纤维 素、蛋白质，温度↗45~70℃
好 氧 堆 肥 过 程
适应新环境 （驯化阶段）
嗜温性微生物、多为难分解物质， 温度↘
嗜温性细菌、酵母菌、放线菌分解最易分解的可溶性物质， 淀粉、糖类增多，温度↗45℃（产热阶段）
供氧量由化学式计算
颗粒度2-60mm
翻堆设备
斗式装载机或推土机、垮式
堆 肥 化 设 备
破碎设备 冲击磨、破碎机等 混合设备 搅拌机、装载机等
翻堆机、侧式翻堆机
输送设备 带式、刮板输送机等
分离设备 筛子 应堆肥产品质量高、操
堆肥化设备
作员少、臭味控制有效、 空间限制少、 环境影响小等优 点。垂直、倾斜及水平固体流
有毒有害化学物质的混入，从而使得堆肥化产品作为肥料或土壤改良剂的价
值大大降低，不妥当的处理还可能带来对土壤的污染和对农作物的危害。
堆肥原料：
随着人类生活水平的日益提高，相应产生越来越多的固体废弃物，在这 些固体废弃物中，有相当大一部分是有机废物，特别是农牧渔业及其产品加 工产生的废弃物；生活用品废弃物，如废纸张、废布、废塑料袋等等生活垃 圾；人、畜、禽粪便；污水处理厂产生的有机废物污泥等，含有大量的有机 成分。有机废物进入环境，由于其中夹带大量病菌，会传染疾病；产生含高 浓度有机物的渗滤液，严重污染地下水和地表水；如堆积量过大，会因缺氧 产生大量沼气，聚积而出，遇明火发生爆炸，引起火灾，造成人身伤亡。因 此，如何处理这部分有机废物，加速有机物质的稳定，使有机废物无害化， 是必须解决的环境问题。 生活垃圾、有机污泥、人畜粪便、农林废物。
Treatment & Disposal of Solid Wastes
环境工程系 杨治广 Tel:15093757322 2011、9—2011、12
第五章 固体废物的生物处理
第一节 固体废物的好氧堆肥处理
第二节固体废物的厌氧消化处理
第三节固体废物的微生物浸出
第四节固体废物的其他生物处理技术
嗜热性微生物、细菌；残留可溶性物质，纤维素、半纤维 素、蛋白质，温度↗45~70℃
好 氧 堆 肥 过 程
适应新环境 （驯化阶段）
嗜温性微生物、多为难分解物质， 温度↘
嗜温性细菌、酵母菌、放线菌分解最易分解的可溶性物质， 淀粉、糖类增多，温度↗45℃（产热阶段）
供氧量由化学式计算
颗粒度2-60mm
翻堆设备
斗式装载机或推土机、垮式
堆 肥 化 设 备
破碎设备 冲击磨、破碎机等 混合设备 搅拌机、装载机等
翻堆机、侧式翻堆机
输送设备 带式、刮板输送机等
分离设备 筛子 应堆肥产品质量高、操
堆肥化设备
作员少、臭味控制有效、 空间限制少、 环境影响小等优 点。垂直、倾斜及水平固体流
有毒有害化学物质的混入，从而使得堆肥化产品作为肥料或土壤改良剂的价
值大大降低，不妥当的处理还可能带来对土壤的污染和对农作物的危害。
堆肥原料：
随着人类生活水平的日益提高，相应产生越来越多的固体废弃物，在这 些固体废弃物中，有相当大一部分是有机废物，特别是农牧渔业及其产品加 工产生的废弃物；生活用品废弃物，如废纸张、废布、废塑料袋等等生活垃 圾；人、畜、禽粪便；污水处理厂产生的有机废物污泥等，含有大量的有机 成分。有机废物进入环境，由于其中夹带大量病菌，会传染疾病；产生含高 浓度有机物的渗滤液，严重污染地下水和地表水；如堆积量过大，会因缺氧 产生大量沼气，聚积而出，遇明火发生爆炸，引起火灾，造成人身伤亡。因 此，如何处理这部分有机废物，加速有机物质的稳定，使有机废物无害化， 是必须解决的环境问题。 生活垃圾、有机污泥、人畜粪便、农林废物。
第五章 固体废物的生物处理 固体废弃物的处理与资源化 教学课件
家畜粪尿 调整水分 调整C/N比
城市垃圾
前
破碎
处
理
分选
去除非堆肥物质的理由
➢ 如不去除，会使发酵仓容积增大； ➢ 传送装置或翻堆搅拌装置可能会被纤维、 绳子
缠卷或被竹、金属等绞入而影响操作； ➢ 非堆肥物质妨碍发酵过程； ➢ 非堆肥物质虽然也可在后处理工序去除，但干
电池等物质里所含的重金属一旦混人堆肥原料， 就不能在后处理时选出，而混到成品堆肥中。
较为多用的除臭装置是堆肥脱臭机经引风机迚入生物除臭器的臭气和有机废气不喷淋而下的循环液在特制滤层填料从内到外互相交融使臭气和有机废气溶解由气相迚入液相微生物菌群通过代谢作用将臭气污染物一部分转换成细胞物质一部分转换为营养物质如含硫的被氧化分解成sso等离子
5-1 固体废物的好氧堆肥处理
5-2 固体废物的厌氧消化处理
• 发酵初期物质的分解发酵作用是靠中温菌 (30-40℃是 为量适宜生长温度)进行的，随着堆温上升，最适宜温度 45-65℃的高温菌取代了中温菌。在此温度下，各种病原 菌均可被杀死 如下表。一般将温度升高到开始降低为止 的阶段称为主发酵阶段，以生活垃圾为主体的城市垃圾及 家畜粪尿好氧堆肥，主发酵期约为3-10d。
• 为了保证成品堆肥中一定的碳氮比(一般为25-35:1)和 在堆肥过程中有理想的分解速度，必须调整好堆肥原料的 碳氮比(生活垃圾碳氮比一般在24:1左右)。一般调整的方 法是加人人粪尿，牲畜粪以及城市污泥等。表2-3所示的 有机废物的氮含量和碳氮比均较低，用来
• 调整堆肥原料的碳氮比能收到较理想的效果。
根据堆肥的温度变化过程，可将其分为三个阶段， 起始阶段，高温阶段和熟化阶段。
起始阶段，嗜温细菌、放线菌、酵母菌和真菌分解 有机物中易降解的葡萄糖、脂肪和碳水化合物，分解 所产生的热量又促使堆肥物料温度继续上升。当温度 升到40一50℃时，则进入堆肥过程的第二阶段— 高 温阶段。
第五章 固体废物的生物处理314
生物处理技 术——堆肥 堆肥
腐熟阶段) （3）降温阶段 腐熟阶段 ）降温阶段(腐熟阶段
嗜温性微生物占优势，腐殖质不断增多且稳定化， 嗜温性微生物占优势，腐殖质不断增多且稳定化， 堆肥进入腐熟阶段，需氧量和含水量降低。 堆肥进入腐熟阶段，需氧量和含水量降低。 堆肥物孔隙增大，氧扩散能力增强，此时只须自 堆肥物孔隙增大，氧扩散能力增强， 然通风，最终使堆肥稳定，完成堆肥过程。 然通风，最终使堆肥稳定，完成堆肥过程。
生物处理技 术——堆肥 堆肥
生物处理技 术——堆肥 堆肥
好氧堆肥原理
堆肥有机物分解过程图
合成 细胞物质 (微生物繁殖) 微生物繁殖) 腐殖物 + 质
1、好氧堆肥过程 、
堆肥有机物 (含C、H、O、N P)， 、S 、P)， 氧，微生物
(同化作用) 同化作用)
供生物合成用
氧化 (异化作用) 异化作用)
3、后发酵（二次发酵） 后发酵（二次发酵） 腐殖酸、氨基酸等较稳定的有机物熟化阶段， 腐殖酸、氨基酸等较稳定的有机物熟化阶段，堆肥过 程的腐熟阶段，发酵时间通常在20 20～ d以上 以上。 程的腐熟阶段，发酵时间通常在20～30 d以上。 4、后处理 分选以去除杂物，并根据需要再破碎。 分选以去除杂物，并根据需要再破碎。 5、脱臭 6、贮存
CO2，H2O， NH3 ，PO42-， SO42-
+ 能量
随水或气 体排入环境
释放能量 转化为热
生物处理技 术——堆肥 堆肥
2、好氧堆肥化反应机理 、
①有机物的氧化
不含氮的有机物（ 不含氮的有机物（CxHyOz） CxHyOz +(x+1/4y-1/2z)O2 →xCO2+1/2yH2O+能量 能量 含氮的有机物(CsHtNuOv•aH2O) 含氮的有机物 CsHtNuOv•aH2O+bO2 →CwHxNyOz•cH2O(堆 堆 肥)+dH2O(气)+eH2O(液)+f CO2+gNH3+能量 气 液 能量
第五章-固体废物生物处理
堆肥过程氧浓度应大于10%，最低不小于5%，若低 于此限，氧成为限制因素，易使堆肥产生恶臭，可确 定需要通风时刻。
例 固体废物好氧反应需氧量的计算。试计算氧化1000kg 有机固体废物的理论需氧量，已知：有机废物化学组成式 为C31H50NO26，反应后的残余物为200kg，残余有机物 的化学组成式为C11H14NO4，堆肥过程表示如下：
解：1、确定树叶和污泥的C、N量： 1kg树叶：干物质= 1*(1-50%)=0.5kg
N=0.5*0.7%=0.0035kg C=0.0035*50=0.175kg
1kg污泥：干物质=1*(1-75%)=0.25kg N=0.25*5.6%=0.014kg C=0.014*6.3=0.0882kg
2、堆肥的增产作用
增加土壤养分 提高农作物产量：10-30%
目前堆肥产品存在的问题
肥效低：混合收集；大量的街道清扫渣土；玻 璃；废电池；小石子，等等。
成本高：大量的前处理：人工分拣、磁选、破 碎、筛分、风力分选，等等；
第三节 固体废物的厌氧消化处理
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
好 氧 堆 肥 过 程
适应新 环境
嗜热性微生物、细菌；残留可溶性物质，纤 维素、半纤维素、蛋白质，温度↗45~70℃
嗜温性微生物、多为难分解物 质，温度↘
嗜温性细菌、酵母菌、放线菌分解最易分解的 可溶性物质，淀粉、糖类增多，温度↗45℃
三、堆肥化的影响因素及其控制
影
有机物含量
响
因 含水率
素
供氧量
含水率低于30%，分解速度缓慢，当水分低于 12%，微生物停止繁殖； 含水率超过65%，水会充满颗粒间空隙，使空气 含量减少，堆肥由好氧转向厌氧，温度急剧下降， 形成发臭的中间产物。
例 固体废物好氧反应需氧量的计算。试计算氧化1000kg 有机固体废物的理论需氧量，已知：有机废物化学组成式 为C31H50NO26，反应后的残余物为200kg，残余有机物 的化学组成式为C11H14NO4，堆肥过程表示如下：
解：1、确定树叶和污泥的C、N量： 1kg树叶：干物质= 1*(1-50%)=0.5kg
N=0.5*0.7%=0.0035kg C=0.0035*50=0.175kg
1kg污泥：干物质=1*(1-75%)=0.25kg N=0.25*5.6%=0.014kg C=0.014*6.3=0.0882kg
2、堆肥的增产作用
增加土壤养分 提高农作物产量：10-30%
目前堆肥产品存在的问题
肥效低：混合收集；大量的街道清扫渣土；玻 璃；废电池；小石子，等等。
成本高：大量的前处理：人工分拣、磁选、破 碎、筛分、风力分选，等等；
第三节 固体废物的厌氧消化处理
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
好 氧 堆 肥 过 程
适应新 环境
嗜热性微生物、细菌；残留可溶性物质，纤 维素、半纤维素、蛋白质，温度↗45~70℃
嗜温性微生物、多为难分解物 质，温度↘
嗜温性细菌、酵母菌、放线菌分解最易分解的 可溶性物质，淀粉、糖类增多，温度↗45℃
三、堆肥化的影响因素及其控制
影
有机物含量
响
因 含水率
素
供氧量
含水率低于30%，分解速度缓慢，当水分低于 12%，微生物停止繁殖； 含水率超过65%，水会充满颗粒间空隙，使空气 含量减少，堆肥由好氧转向厌氧，温度急剧下降， 形成发臭的中间产物。
固废
名词解释1．固体废物的生物处理：答：就是以固体废物中可降解的有机物为对象，通过生物（微生物）的作用使之转化为水、二氧化碳或甲烷等物质的过程。
2．compost：答：堆肥化（composting）就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，以及由人工培养的工程菌等，在一定的人工条件下，有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。
堆肥化的产物叫堆肥(compost）。
3．一次发酵：答：通常指堆肥开始到堆肥温度升高再到开始降低为止的阶段。
在发酵池内进行。
一次发酵期约为4－12天。
4．二次发酵：答：二次发酵时将主发酵工序尚未分解的易分解及较难分解的有机物进一步分解，使之变成腐植酸、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1～2米高度进行后发酵，后发酵时间一般在20－30天。
5.堆肥的腐熟度：答：堆肥的腐熟度是指堆肥中的有机质经过矿化、腐殖化过程最后达到稳定的程度。
6.蚯蚓处理技术：答：生活垃圾的蚯蚓处理技术是指将生活垃圾经过分选，除去垃圾中的金属、玻璃、塑料、橡胶等物质后，经初步破碎、喷湿、堆沤、发酵等处理，再经过蚯蚓吞食加工制成有机复合肥料的过程。
简答题1．堆肥过程中的碳氮比如何控制？答：C是堆肥化反应的能量来源，是生物发酵过程中的动力和热源；N是微生物的营养来源，主要用于合成微生物体，是控制生物合成的重要因素，也是反应速率的控制因素。
如果C/N比值过小，容易引起菌体衰老和自溶，造成N源浪费和酶产量下降；如果C/N比值过高，容易引起杂菌感染，同时由于没有足够量的微生物来产酶，会造成C源浪费和酶产量下降，也会导致成片堆肥的碳氮比过高，这样堆肥施入土壤后，将夺取土壤中的氮素，使土壤陷入“氮饥饿”状态，影响作物生长。
因此，应根据各种微生物的特性，恰当地选择适宜的C/N比值，C/N最佳为(25-35)：1。
2．适于堆肥的原料有什么特性？答：堆肥原料特性有：(1)密度350~650kg／m3；(2)组成成分(湿重)％有机物含量不少于20％(3)含水率40％~60％；(4)碳氮比(C／N) 20:1～30:13．简述好氧堆肥化的基本工艺过程。
固体废物的生物处理技术
第二节 堆肥化
一、 堆肥化基本概念与发展过程
5 堆肥化的发展
1925年 班加罗法Bangalore Process：英国人埃.霍 华德在印度将落叶、垃圾、粪便堆成1.5m高，隔数月翻 堆1-2次，进行6个月的厌氧发酵。
1932年，厌氧发酵＋好氧发酵：意大利人贝卡里将垃 圾在密闭系统中进行厌氧发酵后，再通入空气进行好氧 发酵。
两排发酵仓中间设出料皮带通道，出料时螺杆由两排仓的外侧向中间出料，通过两条皮带机送往中间处理，中间通道设排水口对发酵
2 堆肥化工艺的分类 仓内出料后渗出的水收集回用而使通道保持干燥，有利于出料皮带机的工作和养护。
第二节 堆肥化 三、好氧堆肥的影响因素与调控 2 好氧堆肥的条件控制 分选去除预分选未去除的塑料、玻璃、陶瓷、金属、小石块等，若生产精堆肥，应进行再破碎过程。
第二节 堆肥化
二、 堆肥化的基本原理
1 好氧堆肥的基本原理
合成 细胞物质 （微生物繁殖）
堆肥有机物
（含C、N、O、P、S）
氧气，微生物
CO2、H2O、NH3、 PO43－、SO42－
＋
氧化
能量
排入环境
释放、转换为热 或提供生物合成用
有机物的好氧堆肥分解过程
第二节 堆肥化
二、 堆肥化的基本原理
1 好氧堆肥的基本原理
第三阶段是90年代，这一阶段为推广应用阶段，堆肥处 理进一步发展。91年我国垃圾堆肥厂26座，3713t/d。96 年我国共有垃圾堆肥厂32座，5853t/d。2004年堆肥处理 量514万吨，占6.6%。此后由于销路问题，堆肥发展又受阻。
第二节 堆肥化
二、 堆肥化的基本原理
1 好氧堆肥的基本原理
第二节 堆肥化
第五章 固体废物的生物处理z
n(C6H12O6) (葡萄糖)
纤维素
+
n(C6H12O6) (葡萄糖)
微生物 6nH2O 6nCO2 能量
6nO2
12:35
20
例题 某堆肥化原料中含氮与不含氮有机物的重量比为1： ， 某堆肥化原料中含氮与不含氮有机物的重量比为 ：3，含氮 有机物计量分子式为： 有机物计量分子式为：C12H16O6N, 不含氮有机物计量分子式 若堆肥过程中有机物的降解率均为60%, 其中转 为：C2H3O;若堆肥过程中有机物的降解率均为 若堆肥过程中有机物的降解率均为 化为生物质的重量占1/10，生物质的计量分子式为： 化为生物质的重量占 ，生物质的计量分子式为： C5H7O2N；腐熟堆肥分子式为：C15H18O4N，不考虑生物质 ；腐熟堆肥分子式为： ， 的进一步降解时，计算每吨该种废物（含干有机物30%）堆 的进一步降解时，计算每吨该种废物（含干有机物 ） 肥化所需的理论空气量（ ）。空气中含氧 空气中含氧21%（体积比） 肥化所需的理论空气量（m3）。空气中含氧 （体积比） 氧体积为0.0224 m3 ，每mol氧体积为 氧体积为
12:355b源自 回收能源人类生活中大量使用的各种生物物质是 重要的太阳能储存体， 重要的太阳能储存体，蕴藏着巨大的潜 在能源， 在能源，利用生物技术可使其转化为可 直接利用的能源， 直接利用的能源，开发生物能已经成为 一种时代的潮流。例如， 一种时代的潮流。例如，污泥和生活垃 圾的厌氧消化处理可使其中的有机物转 化为具有较高能源价值的沼气， 化为具有较高能源价值的沼气，井可进 一步转化为热能或电能。 一步转化为热能或电能。
12:35
12
b.厌氧堆肥(anaerobic b.厌氧堆肥(anaerobic composting) 厌氧堆肥
纤维素
+
n(C6H12O6) (葡萄糖)
微生物 6nH2O 6nCO2 能量
6nO2
12:35
20
例题 某堆肥化原料中含氮与不含氮有机物的重量比为1： ， 某堆肥化原料中含氮与不含氮有机物的重量比为 ：3，含氮 有机物计量分子式为： 有机物计量分子式为：C12H16O6N, 不含氮有机物计量分子式 若堆肥过程中有机物的降解率均为60%, 其中转 为：C2H3O;若堆肥过程中有机物的降解率均为 若堆肥过程中有机物的降解率均为 化为生物质的重量占1/10，生物质的计量分子式为： 化为生物质的重量占 ，生物质的计量分子式为： C5H7O2N；腐熟堆肥分子式为：C15H18O4N，不考虑生物质 ；腐熟堆肥分子式为： ， 的进一步降解时，计算每吨该种废物（含干有机物30%）堆 的进一步降解时，计算每吨该种废物（含干有机物 ） 肥化所需的理论空气量（ ）。空气中含氧 空气中含氧21%（体积比） 肥化所需的理论空气量（m3）。空气中含氧 （体积比） 氧体积为0.0224 m3 ，每mol氧体积为 氧体积为
12:355b源自 回收能源人类生活中大量使用的各种生物物质是 重要的太阳能储存体， 重要的太阳能储存体，蕴藏着巨大的潜 在能源， 在能源，利用生物技术可使其转化为可 直接利用的能源， 直接利用的能源，开发生物能已经成为 一种时代的潮流。例如， 一种时代的潮流。例如，污泥和生活垃 圾的厌氧消化处理可使其中的有机物转 化为具有较高能源价值的沼气， 化为具有较高能源价值的沼气，井可进 一步转化为热能或电能。 一步转化为热能或电能。
12:35
12
b.厌氧堆肥(anaerobic b.厌氧堆肥(anaerobic composting) 厌氧堆肥
固废-第五章固体废物生物处理
适宜值
>5% v/v 45~65℃ 一次发酵3-15d 二次发酵 >30d 中性
同济大学固体废物处理与资源化研究所
2019/10/17
堆肥化原理
堆肥评价
卫生无害化：致病菌、寄生虫卵、有害昆虫卵 植物相容性：发芽率试验、植物生长试验 臭气 稳定化： 淀粉、org C/org C0、NO2--N、腐殖质、
2019/10/17
堆肥化原理
例题
某堆肥化原料中含氮与不含氮有机物的重量比为1：3，含氮有机 物计量分子式为：C12H16O6N, 不含氮有机物计量分子式为： C2H3O;若堆肥过程中有机物的降解率均为60%, 其中转化为生物 质的重量占1/10，生物质的计量分子式为：C5H7O2N；腐熟堆肥 分子式为：C15H18O4N，不考虑生物质的进一步降解时，计算每 吨该种废物（含干有机物30%）堆肥化所需的理论空气量（m3）。 空气中含氧21%（体积比），每mol氧体积为0.0224 m3
营养元素
N、P、K、Ca、Mg、Fe
其他
盐度、有害元素、有害化合物
同济大学固体废物处理与资源化研究所
2019/10/17
生物处理的途径
好氧/兼性
热量
废物
水溶性有机物 非水溶性有机物
水解
微生物代谢
CO2+H2O+N2+NH3+腐殖质
NOx- O2
生物量
同济大学固体废物处理与资源化研究所
2019/10/17
第五章 固体废物生物处理
5.1 概 述
生物处理的对象
以生物源物质为主要组分的各种固体废物
易腐生活垃圾 农业废弃物 食品加工废物
固体废物生物处理
搅拌翻堆设备
强制通风式固定垛发酵工艺（Aerated static pile）
该工艺与前者不同之处就在于物料在堆肥过程中不需要翻堆， 氧气的供应是通过机械鼓风或抽风方式来提供，该工艺在污泥堆 肥中应用非常普遍,其流程如图2-8所示。
具体做法
① 将脱水污泥与蓬松剂混合，体积比可为1:1, 1:2, 1:3； ② 在堆肥场地上铺设小木块或蓬松剂约20cm； ③ 在上述基础上，将污泥与蓬松剂的混合物堆成高约1.5～2M的垛； ④ 将垛的表面覆盖一层过筛后的堆肥产物(厚约20cm)或覆盖一层塑料
那些固体废物可进行生物处理？
无奈的处置方法——污泥的堆存
城市垃圾 污 泥
Continued
秸 秆 类
畜
禽
粪
便 类
中药药渣类
锯 木 屑
那些固体废物可进行生物处理(续）
此外，也有一些虽不是有机废物，但也能通过微生 物的直接与间接作用，去除其有害成分或通过生物处 理回收有益成分，从而达到废物资源化。如重金属或 有机物（如石油）污染的土壤、金属尾矿等。
#
Bacteria
Mesophilic
108
106
1011
6
Thermophilic
104
109
107
1
Actinomycetes
Thermophilic
104
108
105
14
Fungi
Mesophilic
106
103
Thermophilic
103
107
105
18
106
16
第三节 工艺装置
搅拌翻堆条垛式发酵工艺（Windrow composting）
2017《固体废弃物处理处置工程》考试复习重点
2017《固体废弃物处理处置工程》考试复习重点体废物处理处置复习重点第一章绪论1.解释：固体废物，固体废物处理，固体废物处置，危险废物，减量化，资源化，无害化，清洁生产。
固体废物：指在生产建设.日常生活和其他活动中产生的污染环境的固态. 半固态废弃物质。
固体废物处理：是指通过不同的物化或生化技术，将固体废物转化为便于运输.贮存、利用以及最终处置的另一种形体结构。
固体废物处置：是指对已无回收价值或确属不能再利用的固体废物，采取长期置于与生物圈隔离地带的技术措施，也称为最终处置技术。
危险废物：是指列入国家危险废物名录或者国家规定的危险废物鉴定标准和鉴定方法认定的、具有危险性的废物。
减量化：指通过实施适当的技术，减少固体废物的排出量和容量。
资源化：是指从固体废物中回收物质和能源，加速物质循环，创造经济价值的广泛的技术和方法。
无害化：指通过采用适当的工程技术对废物进行处理（如热解、分离.焚烧. 生化分解等方法），使其对环境不产生污染，不致对人体健康产生影响。
清洁生产：既可满足人们的需要又可合理使用自然资源和能源并保护环境的实用生产方法和措施。
2.根据《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》的界定，如何区分固体废物.废水和废气？如果废物是以液态或者气态存在，且污染成分主要是混入一定量（通常浓度很低）的水或气体（大气或气态物质）时，分别看作废水或废气。
固体废物包括所有经过使用而被气质的固态或半固态物质,甚至还包括具一定毒害性的液态或气态物质。
3.简述固体废物的种类和组成。
（1）固体废物是指在生产建设.日常生活和其他活动中产生的污染环境的固态、半固态废弃物质。
（2）固体废物分为工业固体废物（废渣）与城市垃圾和危险废物三类。
城市生活垃圾：城市生活垃圾又成为城市固体废物，指在城市日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定视为城市生活垃圾的固体废物。
主要包括居民生活垃圾、商业垃圾和建筑垃圾.工业固体废物：是指在工业、交通等生产活动中产生的固体废物，又称工业废渣或工业垃圾。
第五章 固废的生化处理
5.2.2 堆肥的原料
堆肥的原料很广泛，有城市生活垃圾．由纸 浆厂、食品厂等排水处理设施排出的污泥及 下水污泥，及粪尿消化污泥、家畜粪尿、树 皮、锯末、糠壳、秸秆等。在我国堆肥主要 原料是生活垃圾与粪便的混合物，也有的是 城市垃圾与生活污水污泥的混合物。
城市生活垃圾是最主要的原料，但其中可堆 肥物数量、碳氮比、水分等常常不能满足要 求，需要进行适当的预处理：配入粪便或某 些污泥可以有效地调整碳氮比和水分，并能 得到氮、磷、钾含量较高的有机肥。
稳态条件； 连续发酵仓——均匀——接近稳态条件。
5.2.7 好氧堆肥化的基本工艺和分类
一、好氧堆肥化方式分类
分类与发展趋势： 厌氧堆肥化——好氧堆肥化 露天堆积(敞开式)——封闭式 无发酵装置——有发酵装置 人工土法——机械化 慢速——半快速——快速 静态发酵——动态发酵 其中还有各种过渡形式
混合物料 强行供氧通风
(3)高温阶段
45℃以上：高温阶段
嗜温性微生物受到抑制甚至死亡，嗜热性 微生物逐渐代替了嗜温性微生物的活动
复杂有机化合物如半纤维素、纤维素和蛋 白质等开始被强烈分解。
50℃左右进行活动的主要是嗜热性真菌和放线 菌；
60℃时，真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热性 放线菌与细菌在活动；
70℃以上微生物大量死亡或进入休眠状态。
(一)搅拌翻堆条垛式发酵工艺
发酵周期：约3—4周
在有利的气候条件下，一般能使最终堆肥的 固体含量达到60％—70％。
对于温度较高的有机物：掺进一部分干燥的 回流堆肥产物，混合后含水量＜60％为宜— —形状不易变化，且物料的松散性和多孔性 大大改善，使得翻堆更有效地促进空气交换。
将碎木块、木屑、禾秆或稻壳之类的调理剂 同脱水污泥进行混合——相当于干堆肥化产 物
固体废物生物处理
3、降温阶段 当产生热量小于堆肥散失热量时，堆肥温 度下降。 木质素等难分解物质分解，新形成腐殖酸 嗜热微生物活动减弱，当温度下降到40 ℃度以下时，中温微生物逐渐成为优势菌。
4、熟化阶段 天然有机物大部分已经腐解，温度逐渐下降 至环境温度。可干燥制肥，或压实后进一步后 熟，再制肥。
厌氧堆肥生物学原理
卫生填埋一般过程
卫生填埋具体操作是分区分层进行填埋。 45－75cm厚时，进行压实，然后覆土20－ 30cm。当天的垃圾，当天覆土，成为一个填 埋单元。同样高度的相互衔接的填埋单元构成 一个填埋层。卫生填埋场有一或几个填埋层组 成。填埋到设计高度后，覆盖90－120cm土壤。
卫生填埋方法
主要三种方法 1、沟槽法 2、面积法 3、斜坡法
堆肥化技术处理糖厂废弃物
项目采用高效专用发酵剂对糖厂污染物进行快 速彻底发酵腐熟、再配入对甘蔗生长具明显促 进作用的复合菌剂，使糖厂所有的污染物全部 被资源化处理成优质生物有机肥，为国内首创， 项目技术在国际国内均处于领先水平。
项 目 建 设 示 意 图
公路 1km
N
350m
W E
发酵仓18×200m
垃圾渗透液处理方法
1、进污水处理厂处理 2、单独处理 活性污泥法，氧化塘，生物膜等。 处理需要前处理，添加磷等营养物质 3、填埋场喷洒循环 近十余年使用，可加速垃 圾稳定，减少渗透液。但不能完全消除渗透液， 仍有渗透液需要外排。美国应用较多，中国应 用较少。
内含4条堆肥垄
S
50×100m
门 库房
宽4m 宽6m
南
废液贮槽
2×2.5m
50×100m
烘房及包装 更衣室 维修间 发电房
Байду номын сангаас
第五章固体废物的生物处理
– 集约化畜禽生产，粪便年排放量约18.8×108 t。
固体有机废物的处理和处置原则
• 资源化、无害化和减量化 ① 资源化 有机固体废物被称为“放错地点
的原料”，为“二次资源”或“再生资 源”，可用于生产生物能源、生物肥料和 饲料。
② 无害化 杀灭或去除固体废弃物中的病原 菌、害虫和寄生虫（害虫和寄生虫卵）、 杂草种子和有害化学物质，处置过程需符 合国家的无害化标准。
• 产物：堆肥。好的堆肥是优秀的生态肥料， 能改善土壤结构，培养土壤肥力，促进植 物生长。堆肥中还含有大量微生物，能增 加土壤中微生物的含量。
好氧堆肥与厌氧堆肥
• 好痒堆肥
• 将要堆腐的有机物料 与填充料按一定比例 混合，在适宜条件下 堆腐，是微生物繁殖 并降解有机质，高温 杀死其中病菌和杂草 种子，从而使固体有 机废物达到稳定化
• 温度高，微生物活性 强，有机物分解废物分解转化
• 缺点：速度慢、效率 低、容易产生恶臭、 工艺难控制
• 通常所说的堆肥指好 氧堆肥
蚯蚓处理技术
• 在微生物的协同下，蚯蚓利用自身丰富的 酶系统将有机废弃物分解转化成自身和其 他生物易于利用的营养物质，加速堆肥稳 定
固体废物的生物处理
城市固体有机废弃物现状
• 城市生活垃圾
– 1995年己超过1亿t，每年增长10％(全世界平均 年增长速度8.42％)。无害化处理的不足10％。
• 污水处理厂干污泥
– 每年产生约2 × 105 t，以湿污泥计约为(38~50) l05t，且以每年20％的速度增长。
• 农业废弃物
– 作物秸秆、草木枝叶、人和畜禽粪便等。作物秸 秆每年产量约（5~6)l08t。（薪柴、就地焚烧）
处理对象：城市生活垃圾、禽畜粪 便、农作物秸秆废渣、有机污泥等
固体有机废物的处理和处置原则
• 资源化、无害化和减量化 ① 资源化 有机固体废物被称为“放错地点
的原料”，为“二次资源”或“再生资 源”，可用于生产生物能源、生物肥料和 饲料。
② 无害化 杀灭或去除固体废弃物中的病原 菌、害虫和寄生虫（害虫和寄生虫卵）、 杂草种子和有害化学物质，处置过程需符 合国家的无害化标准。
• 产物：堆肥。好的堆肥是优秀的生态肥料， 能改善土壤结构，培养土壤肥力，促进植 物生长。堆肥中还含有大量微生物，能增 加土壤中微生物的含量。
好氧堆肥与厌氧堆肥
• 好痒堆肥
• 将要堆腐的有机物料 与填充料按一定比例 混合，在适宜条件下 堆腐，是微生物繁殖 并降解有机质，高温 杀死其中病菌和杂草 种子，从而使固体有 机废物达到稳定化
• 温度高，微生物活性 强，有机物分解废物分解转化
• 缺点：速度慢、效率 低、容易产生恶臭、 工艺难控制
• 通常所说的堆肥指好 氧堆肥
蚯蚓处理技术
• 在微生物的协同下，蚯蚓利用自身丰富的 酶系统将有机废弃物分解转化成自身和其 他生物易于利用的营养物质，加速堆肥稳 定
固体废物的生物处理
城市固体有机废弃物现状
• 城市生活垃圾
– 1995年己超过1亿t，每年增长10％(全世界平均 年增长速度8.42％)。无害化处理的不足10％。
• 污水处理厂干污泥
– 每年产生约2 × 105 t，以湿污泥计约为(38~50) l05t，且以每年20％的速度增长。
• 农业废弃物
– 作物秸秆、草木枝叶、人和畜禽粪便等。作物秸 秆每年产量约（5~6)l08t。（薪柴、就地焚烧）
处理对象：城市生活垃圾、禽畜粪 便、农作物秸秆废渣、有机污泥等
固体废物的生物处理法
固体废物的生物处理法
固体废物是指在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固态、半固态和置于容器中的气态的物品、物质以及法律、行政法规规定纳入固体废物管理的物品、物质。
固废处理的原则为减量化、资源化、无害化减量化—清洁生产：最大限度地减少固废的产生量；资源化—综合利用：使有利用价值的固废变废为宝，实现资源的再循环利用；无害化—安全处置：对无利用价值的固废的最终处置（焚烧和填埋）。
总之，固废处理最后都绕不过焚烧和填埋，但是有些是需要对其进行预处理。
固体废物的生物处理是利用微生物分解固体废物中可降解的有机物，从而达到无害化和综合利用。
固体废物经过生物处理，在容积、形态、组成等方面，均发生重大变化，因而便于运输、贮存、利用和处置。
生物处理方法包括好氧处理、厌氧处理、兼性厌氧处理。
与化学处理方法相比生物处理在经济上一般比较便宜，应用也相当普遍，但处理过程所需时间较长，处理效率有时不够稳定。
生物处理主要用于处理有机废物，也称生物质废物，主要包括厨余垃圾（剩饭、剩菜、果皮等）、树皮、木屑、农作物秸秆、动物粪便、污泥等。
其他垃圾则不适合生物处理：包括塑料制品、玻璃、金属、橡胶、涂料等。
第五章固体废物的生物处理
mN 0.5 0.007 0.0035 kg mC 50 0.0035 0.175kg
②对于1kg的污泥 m水 1 0.75 0.75kg
m干物质 1 0.75 0.25kg
mN 0.25 0.056 0.014kg mC 6.3 0.014 0.0882 kg
（二）长方形或方形甲烷消化池
1.进料口；2.出料口；3.发酵室；4.气体储藏室； 5.木板盖；6.储水库；7.搅拌器；8.通水穴； 9.出料门洞；10粪水溢水管；11.导气喇叭口。
（三）红泥塑料沼气池 1、半塑式沼气池:图5-11。 2、两模全塑式沼气池
图5-12
两模全塑式沼气池
3、袋式全塑沼气池
（3）计算混合后的C/N和含水率 ①对于0.33kg的污泥
m水 0.33 0.75 0.25kg
mN 0.08 0.056 0.004kg
m干物质 0.33 0.25 0.08kg
mC 6.3 0.004 0.03kg
m干物质 0.08 0.50 0.58kg
第一反应器功能：水解、液化固态有机物；缓冲和稀释 负荷冲击与有害物质，截留难降解的固态物质。 第二反应器功能：保持厌氧条件和pH，消化、降解前一 阶段产物，产生消化气，截留悬浮固体，改善出料性质。
四、厌氧消化装置 （一）水压式沼气池 多用于我国农村, 多采用地下 埋设。 优点：池顶有活动盖板，便于 检修。结构简单，造价低，施 工方便。 缺点：气压不稳定，池温低、 原料利用率、产气率低。
（2）计算加入到树叶中的污泥量使混合C/N=25
C 1kg树 叶 中 C含 量 x（ 1kg污 泥 中 C含 量 ） 25 N 1kg树 叶 中 N含 量 x（ 1kg污 泥 中 N含 量 ）
②对于1kg的污泥 m水 1 0.75 0.75kg
m干物质 1 0.75 0.25kg
mN 0.25 0.056 0.014kg mC 6.3 0.014 0.0882 kg
（二）长方形或方形甲烷消化池
1.进料口；2.出料口；3.发酵室；4.气体储藏室； 5.木板盖；6.储水库；7.搅拌器；8.通水穴； 9.出料门洞；10粪水溢水管；11.导气喇叭口。
（三）红泥塑料沼气池 1、半塑式沼气池:图5-11。 2、两模全塑式沼气池
图5-12
两模全塑式沼气池
3、袋式全塑沼气池
（3）计算混合后的C/N和含水率 ①对于0.33kg的污泥
m水 0.33 0.75 0.25kg
mN 0.08 0.056 0.004kg
m干物质 0.33 0.25 0.08kg
mC 6.3 0.004 0.03kg
m干物质 0.08 0.50 0.58kg
第一反应器功能：水解、液化固态有机物；缓冲和稀释 负荷冲击与有害物质，截留难降解的固态物质。 第二反应器功能：保持厌氧条件和pH，消化、降解前一 阶段产物，产生消化气，截留悬浮固体，改善出料性质。
四、厌氧消化装置 （一）水压式沼气池 多用于我国农村, 多采用地下 埋设。 优点：池顶有活动盖板，便于 检修。结构简单，造价低，施 工方便。 缺点：气压不稳定，池温低、 原料利用率、产气率低。
（2）计算加入到树叶中的污泥量使混合C/N=25
C 1kg树 叶 中 C含 量 x（ 1kg污 泥 中 C含 量 ） 25 N 1kg树 叶 中 N含 量 x（ 1kg污 泥 中 N含 量 ）
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2021/2/14
同济大学固体废物处理与资源化研究所
堆肥化原理
解： 以1kg为计算单位
1）转化为生物质的含碳有机物量及其耗氧量 取n=5，配平前式：
5C2H3O
NH3
25 4
O2
C5H7O2 N
5CO2
11 2
H2O
生物质生成量=1kg 60% 1 0.06kg 60g 10
生物质分子量=5 12+7 1+114+2 16=113
生物处理的途径
基质化利用
废物
水解
营养液
微生物体 酶 其他微生物蛋白质
2021/2/14
同济大学固体废物处理与资源化研究所
生物处理的应用
堆肥 无害化、稳定化、有机质循环 农业/生活垃圾处理 受污染土壤处理
2021/2/14
同济大学固体废物处理与资源化研究所
生物处理的应用
厌氧消化 稳定化、能源利用、有机质循环 农业/生活垃圾/食品工业废物/污泥处理
同济大学固体废物处理与资源化研究所
2021/2/14
堆肥化原理
例题
某堆肥化原料中含氮与不含氮有机物的重量比为1：3，含氮有机 物计量分子式为：C12H16O6N, 不含氮有机物计量分子式为：C2H3O; 若堆肥过程中有机物的降解率均为60%, 其中转化为生物质的重量 占1/10，生物质的计量分子式为：C5H7O2N；腐熟堆肥分子式为： C15H18O4N，不考虑生物质的进一步降解时，计算每吨该种废物 （含干有机物30%）堆肥化所需的理论空气量（m3）。空气中含氧 21%（体积比），每mol氧体积为0.0224 m3
mu - 3mv -15
mCtHuOwNv [
4
]O2 C15H18O4N (mt -15)CO2 (
2
)H2O (mv -1)NH3
细胞质的氧化
n
CxHyOx
NH3
nx
ny 4
nz 2
5
O2
C5H 7O2 N
nx5 CO21Fra bibliotek2ny
4 H2O
能量
C5H7O2N 5O2 5CO2 2H2O NH3 能量
耗氧量= 336 9 32 563g 43 4
同济大学固体废物处理与资源化研究所
2021/2/14
堆肥化原理
3）含氮有机物降解耗氧量 取m=3配平
3C12H16O6N 20O2 C15H18O4N 21CO2 12H2O 2NH3 含氮有机物分子量270，降解量1kg 60% 1 0.15kg 150g
代 谢：
非溶解性有机物 胞外酶 溶解性基质好氧代谢 无机物+细胞质+热量
细胞质 原生动物 生物体+残余物+无机物
第五章 固体废物生物处
理
5.1 概 述
生物处理的对象
以生物源物质为主要组分的各种固体废物 易腐生活垃圾 农业废弃物 食品加工废物
2021/2/14
同济大学固体废物处理与资源化研究所
生物处理的对象
生物源物质的化学分析 生物质组成 可溶性糖、纤维素、半纤维素、木质素 蛋白质（水溶、非水溶）、脂肪 营养元素 N、P、K、Ca、Mg、Fe 其他 盐度、有害元素、有害化合物
蛋白质 脂肪酸
氨基酸 乳酸 醇类
乙酸 甲烷化 CHNHO2H2O24+
CNHH44++CO2
聚乳酸 生物塑料PHA
氢回收
2021/2/14
同济大学固体废物处理与资源化研究所
生物处理的途径
其他 Vemicomposting
废物
初腐化
蚯蚓代谢
蚓粪 蚓体
2021/2/14
同济大学固体废物处理与资源化研究所
4 耗氧量= 150 2032 118g
3 270
4）总耗氧量=106+563+118=787g
折算空气（标态）体积= 787 22.4 1 2623 L
换算为每吨原料，即需空气322623Nm30.21
2021/2/14
同济大学固体废物处理与资源化研究所
堆肥化原理
堆肥化微生物 细菌：化能异养型细菌 化能自养型细菌 放线菌 真菌：霉菌 酵母菌 原生动物
溶解性基质 好氧代谢 无机物+细胞质+热量
同济大学固体废物处理与资源化研究所
堆肥化原理
降温阶段 主导微生物：放线菌、真菌、原生动物
代 谢： 非溶解性有机物 胞外酶 溶解性基质好氧代谢 无机物+细胞质+热量
腐熟阶段 细胞质 原生动物 生物体+残余物+无机物 主导微生物：放线菌、真菌、原生动物、自养型细菌
其他高附加值利用 生物可降解聚合物、H2、电能、酶制剂
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同济大学固体废物处理与资源化研究所
5.2 固体废物堆肥化
堆肥工艺的定义与分类
定义 在受控条件下，通过微生物对有机物的代谢过程，使生物源废物转 化为稳定的有机残余物，堆肥产物应具有在堆存和运输过程中不腐 败发臭、相容于植物生长的特性
含碳有机物分子量=2 12+3 1+116=43
消耗含碳有机物= 60 5 43 114g 113
耗氧量 60 25 32 106g 113 4
同济大学固体废物处理与资源化研究所
2021/2/14
堆肥化原理
2）其余含碳有机物降解耗氧量
9
3
C2H3O 4 O2 2CO2 2 H2O
其余含碳有机物降解量 1kg 60% 3 0.114 0.336kg 336g 4
分类 进—出料
间歇/连续
物料运动 代谢环境
静态/动态 高温/中温
好氧/厌氧
2021/2/14
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堆肥化原理
计量方程 不含氮有机物的氧化
含CxH氮yO有x 机 物x 的4y 氧 2z化 O2
xCO2
y 2
H2O
能量
细m胞(u质 4的t -合3v成- 2w) - 67
2021/2/14
同济大学固体废物处理与资源化研究所
生物处理的途径
好氧/兼性
热量
废物
水溶性有机物 非水溶性有机物
水解
微生物代谢 NOx- O2
CO2+H2O+N2+NH3+腐殖质 生物量
2021/2/14
同济大学固体废物处理与资源化研究所
生物处理的途径
厌氧
水溶性
废物 非水溶性
腐殖质
水解
糖类 酸化/发酵 VFA 乙酸化
2021/2/14
同济大学固体废物处理与资源化研究所
堆肥化原理
堆肥过程与微生态 启动阶段 主导微生物：真菌、放线菌
代 谢：
升温阶段
生物质细胞
主导微生物：细菌、放线菌
胞外酶
溶解性基质
代 谢：
高主温导阶微段生物：细菌、溶（解放性线基菌质）好氧代谢 无机物+细胞质+热量
代 谢：
2021/2/14