典型固体废物处理与利用-农业固体废弃物资源化利用

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美国北卡罗来州A&T大学的畅·塞欧认为玉米芯、豆荚等 农副产品的下脚料可用于处理废水。
2.2 农业废弃物用于清洁油污地面
美国密西西比州的ERT公司利用棉籽加工废弃物纤维素 中的一种细菌,制成生物活性的吸收剂,可以用于受油污染 的土壤、水体或地面上,从而把油污降解掉。
2.3 农业废弃物开发作为能源
德国沼气发电工程数量:1992年的139家,2003年的 2000家;装机容量1999年50MW,2002年250MW。
农副产品加工后剩余物的特征分析
(第三性生产废弃物)
种类:作物残体、畜产废弃物、林产废弃物、 渔业废弃物和食品加工废弃物
1.作物残体:以纤维素、半纤维素和木质素为 主;
2.畜产废弃物:BOD,TP,TN,K含量高; 3.林产废弃物:纤维素45-50%、半纤维素20-
25%和木质素20-25%; 4.渔业废弃物:水产品加工的下脚料丢弃大; 5.食品加工废弃物:易分解,易腐败;
2 植物纤维性废弃物资源化利用技术
2.1 还田技术
秸秆中含有丰富的有机质和N、P、K、Ca、 Mg、S等肥料养分,是可利用的有机肥料资源。
作用: 增加土壤有机质和速效养分含量,培肥地力,
缓解N、P、K比例失调,改良土壤结构,降低土 壤容重,增加孔隙度,涵养水分。
2.2 秸秆还田方式
2.2.1 秸秆直接还田 机械直接还田,覆盖栽培还田,机械旋耕翻埋 还田
农业固体废弃物资源化利用
一、概述 二、植物纤维性废弃物资源化技术 三、堆肥化及沼气技术 四、乡镇工业废弃物资源化技术 五、塑料地膜资源化技术 六、工程实例
一、概述
1 农业废弃物的概念、特点及分 类
农业固体废弃物是指农业生产、 畜禽饲养、农副产品加工以及农村 居民生活活动排出的废物,如植物 秸秆、人和畜禽的粪便等。
1.1农业废弃物的特点
1.元素的组成
除C、O、H三元素的含量高达65%—90%外,还 含有丰富的N、P、K、Ca、Mg、S等。
2.化学组成
一是天然高分子聚合物及其混合物,如纤维素、 半纤维素、淀粉、木质素等;二是天然小分子 化合物。如氨基酸、生物碱、单糖、激素、抗 生素、脂肪酸等
3.物理性质
表面密度小、韧性大、抗拉、抗弯、抗冲击能 力强等。
主要由植物细胞壁组成,含有大量的粗纤维 和无氮浸出物,还有粗蛋白、粗脂肪、灰分等其 他物质。
表3 几种作物秸秆的化学组成(干重/%)
种类 粗纤维 灰分 果胶质 木质素 纤维素 半纤维素
稻草 35.6 13.4 — 12.50 32.00 24.00 麦秆 36.7 6.04 0.30 18.00 30.50 23.50 玉米秆 29.3 4.66 0.45 22.00 34.00 37.50 大豆秆 38.7 — — — 33.00 18.50
三、畜禽粪便资源化利用技术
1畜禽粪便概述 1.1特点
①富含营养,资源化潜力大; ②不同畜禽粪便成分差异大; ③不同畜禽的粪便量差异大; ④粪便量分布不均匀; ⑤距居民生活区近。
1.2畜禽粪便的污染
①对大气的污染:恶臭 ②对水体的污染:水体富营养化 ③对土壤的污染:土壤的营养积累 ④对生物的污染:传染病和寄生虫病蔓延
2.2.2 秸秆间接还田
堆沤腐解还田,烧灰还田,过腹还田,沼渣还 田,菇渣还田
2.2.3 秸秆生化腐熟快速还田
催腐剂堆肥,速腐剂堆肥,酵素菌堆肥
2.3 秸秆饲料化技术
2.3.1 微生物贮存技术(微贮技术)
原理:利用微生物菌剂对秸秆进行厌氧发酵 处理的一种技术。
优点:能将纤维素和半纤维素降解并转化为 菌体蛋白,具有污染少、效率高,利于工 业化生产等优点,是今后秸秆饲料的发展 趋势。
工艺:
微贮原料
切短
菌剂溶解复活
入窖 喷洒
压实 封窖
饲喂
出窖
发酵
微贮饲料具有 成本低、效益高、消化率高、
适口性好、采食量高、保存期长、制作季节长、 技术简单。
2.3.2 青贮法
原理:将新鲜的秸秆切短或铡碎,装入青贮池或青
贮塔内,通过封埋等措施造成厌氧条件,利用微 生物的发酵作用,以提高秸秆的营养价值和消化 率的一种方法。是生物处理法中最简单、应用最 广泛的方法。
1.2 农业废弃物的分类
农业废弃物
植物纤维性废弃物
按成分 畜禽粪便
第一性生产废弃物
第二性生产废弃物 按来源 农副产品加工后的剩余物
农村居民生活废弃物
第一性生产废弃物的特征分析
第一性生产废弃物是指作物秸秆、枯枝 落叶等,是农业废弃物中最主要的部分。
我国的纤维素物质10亿t/a;农业植物纤 维废料1.178亿t/a;作物秸秆7亿t/a。虽然具 有很高的利用价值,但我国的利用率仅为 33%左右。
优点: ① 炭的活性高; ② 挥发份高; ③ 秸秆含硫量低,降低了气体的脱硫净化费用; ④ 灰分少,降低了灰渣的处理费用。
设备: 上吸式气化炉及其改进型、下吸式气化炉、
层式下吸式气化炉、循环流化床气化炉
2.5 制备生产原料技术
2.5.1 膨化改性植物纤维技术
原理流程:
电磁感应加热 膨化、助膨化剂
对于畜禽排泄废弃物,主要有:饲料化、 能源化、肥料化等。
4 农业固体废弃物资源化利用的限制 因素
1. 政策、法规不完善 2.意识不到位 3.安全性不高 4.受时间上的限制 5.开发费用不足 6.技术问题
5 农业固体废弃物资源化利用 的发展动向
一、获取能量
制沼气,气化,液化,固化;
二、制肥料
堆肥,液体肥料,有机生物肥,有机复合肥;
三、生产饲料
氨化饲料,青贮饲料,生化蛋白饲料,酶化饲 料,碱化饲料;
四、生产工业及医药原料
有机产品,轻型建材,可降解包装材料,培养 基,药物,食用菌生产,生物滤床滤料。
二、植物纤维性废弃物资源化技术
1 植物纤维性废弃物资源和特点
1.1资源
光合作用产生的生物质量约1500亿吨/a,草 原和耕地产生约160亿吨/a,可作为人类和动物食 用的占40亿吨/a,废弃物产生量约有135亿吨/a。 1.2 特点
2.4 农业废弃物用作饲料原料、发电燃料
美国的Amoco公司与Stone&Webster公司合作,利用农 业废弃物生产乙醇。
2.5农业废弃物制作复合材料
废旧农膜、编织袋、食品袋等经过处理后,加入添加 剂,可加工成以球—球、球—纤维堆砌体系为基础的复合 材料。
3 中国农业废弃物资源化利用现状 与分析
原理:碱化作用、氨化作用和中和作用
碱化作用:破坏木质素和纤维素的结构,提 高消化率;
氨化作用:可以缓解氨的释放速率,促进瘤 胃微生物的活动,提高营养价值和消化率;
中和作用:降低了秸秆中的潜在碱度,形成 适宜瘤胃微生物活动的微碱环境,改善秸秆的适 口性,提高采食量和利用率。
工艺:
氨化原料 铡碎秸秆 备氨 堆垛 压实密封
③后发酵(二次发酵):将主发酵阶段未分解的有
机物进一步分解,使之达到完全腐熟;
④后处理:分选杂物,再次破碎;
⑤脱臭
⑥贮存
2.1.3影响因素:
有机物和营养物含量:有机物20%-80%,K、
Ca、Mg等;
含水率: 40%-60%;
通风供氧:适宜氧浓度为18%;
温度:50-65℃; C/N和C/P: C/N一般为(25-35):1, C/P为(75-
优点:
取用
注氨
防止饲料腐败,减少家畜疾病的发生;提高秸
秆的粗蛋白;提高适口性和消化率;投资少,成本 低、技术简单、经济效益好等。
2.4 气化技术
气化是指含碳物质在有限供氧条件下产 生可燃气体的热化学转化。
德国最早利用秸秆发电的Thuringian镇 电站,每年可处理秸秆3000吨;我国在海 南建设了1.2MW示范电站。是我国及亚洲 最大的生物质气化发电系统。
工艺:
青贮原料
切短
入窖
压实
取用
贮存
密封
优点: 1. 养分损失少,蛋白质、纤维素保存较多,
营养价值比秸秆高;
2. 可长期保存;
3. 可以预防家畜和农作物的病虫害;
4. 技术简单,便于推广。
2.3.3 氨化法
定义:
在秸秆中加入一定比例的氨水、无水 氨和尿素等,在密闭条件下通过它们的作 用,破坏木质素与纤维素之间的联系,促 进木质素与纤维素、半纤维素分离,使纤 维素和半纤维素部分分解、细胞膨胀、结 构疏松,从而提高秸秆的消化率、营养价 值和适口性的加工处理方法。
表2 2001年全国养殖业污染物排放量与工业城镇生 活污染物排放量比较/万t
项目 畜禽养殖业
工业 城镇生活
固体废物 140273.4 88745.7

废水CODcr 4536.6 607.5 799.0
利用价值:各种畜禽粪便都含有丰富的 有机质,较高的N、P、K及微量元素,是 很好的制肥原料。
有机质在积肥、施肥过程中,经过微生 物的加工分解及重新合成,最后形成腐殖 质贮存于土壤中。腐殖质具有改良土壤、 培肥地力等多方面的作用。
我国的农业废弃物以稻草、麦草和玉米 秆为主。稻草和麦草的产量达3亿吨,玉米 秆达2亿吨。由于各种原因,大部分都被丢 弃于田间地头,一部分靠自然腐烂,绝大 部分靠焚烧处理,每年约有3.5亿吨作物秸 秆被燃烧掉。
我国对农业废弃物的处理方式:
对于作物秸秆,如:将稻草、麦草制造空 心砖、墙体内装板等建筑材料;将其进行液化 处理,使其变为液化气后再生利用。
收重金属和热能;
②具有较高的表面积;
③具有较高化学活性,容易进行化学改性 ④比纤维材料更加容易交联,不易溶于水; ⑤可以处理重金属离子含量低的废水 (1~100ppm)。
2.6制取化学品技术
6.1低聚木糖 6.2糠醛 6.3淀粉 6.4白炭黑、活性炭和高模数硅酸钾 6.5膳食纤维 6.6草酸 6.7酒精
农村居民生活废弃物特征分析
(第四性生产废弃物)
我国生活垃圾的产生量以7%-8%的速度增长 其成分变化巨大:以前以菜叶瓜皮为主,发 展为以塑料袋、建筑垃圾、生活垃圾、作物 秸秆、腐败植物等组成的混合体。
垃圾容积密度大约为641-678Kg/m3。
2 发达国家农业固体废弃物资源化 利用现状与分析
2.1 农业废弃物用于处理废水
利用方式:秸秆还田;优化秸秆编织技 术和建材生产技术;能源利用。
第二性生产废弃物的特征分析
第二性生产废弃物主要是指畜禽粪便和 栏圈垫物等。
分布:牲畜排粪量由高到低的省份是, 四川、河南、山东、云南、湖南、广西、 内蒙古;
畜禽排粪量由高到低的省份是:广东、 山东、四川、安徽、河南、广西、福建。
污染物:1.粪便及分解产物,如有机物,恶臭 2.伴生物,如病原微生物,寄生虫 3.添加物,饲料添加剂,消毒剂等
TN 783.6
18206.7 30039.4 1182.4 1217.4 94.7 77.8 206.3
28335.1 —
80.5 131.2 17.0 13.4 682 0.6 0.5 1.2
142073.4 76847.8 3757.5 4536.6 434.8 220.7 1059.1
危害:污染卫生环境;污染空气(恶臭污染、 粉尘携带细菌的污染、分解气体污染);污 染水体;污染土壤;侵占土地。
表1 2001年全国养殖业污染物排放量/(万t/a)
畜禽 牛 猪 羊 家禽 合计

尿
BOD5 COD NH3-N TP
93616.7 46808.3 2484.0 3283.0 322.5 129.1
1.3防止污染的技术措施
①源头控制 ②饲养过程控制 ③末端治理
2资源化利用方式
2.1堆肥利用
堆肥化(Composting)就是指在人工 控制条件下,利用自然界广泛分布的细菌、 放线菌、真菌等微生物,促进有机废物发 生生物稳定作用(Biostabilization),使可 被生物降解的有机废物转化为稳定的腐殖 质的生物化学过程。
植物纤维 清理 粉碎 助膨化 筛分
植物改性纤维
技术应用
利用改性植物纤维研发钻井液用油气层保护暂堵剂; 利用改性植物纤维开发吸附剂; 改性植物纤维、木质素的高效分离与应用。
例:
活化剂
植物改性纤维
配料
混合 活化 成型
植物改性纤维吸附剂
包装
干燥
2.5.2 制备阳离子交换树脂吸附 重金属离子
特点: ①成本低,不需要再生,采用氧化的方法可回
150):1;
2.1.1原理:
生物合成
细胞物质
堆肥有机物
(微生物繁殖)
(含C、N、O、)
氧,微生物
氧化分解 CO2,H2O, NH3,PO43-
能量
排入环境
2.1.2堆肥工艺:
①前处理:破碎,分选,筛分;
②主发酵(一次发酵):在不同微生物的作用下分
解有机物,温度上升。通常将温度升高到开始降低这个阶 段为主发酵阶段;
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