固体废弃物的生物处理

生物处理就是以固体废物中的可降解有机物 或其他组分为对象，利用生物对其作用，转化为 稳定产物、能源和其他有用物质的一种处理技术。
二、生物处理方法
好氧生物处理法 在提供游离氧的条件下，以好氧微生物
为主使有机物降解、稳定的无害化处理方法 。固体废物存在的各种有机物(相对分子质量 大、能位高)作为微生物的营养源，经过一种 生化反应，逐级释放能量，最终转化成相对 分子质量小、能位低物质而稳定下来，达到 无害化的要求，以便利用或进一步妥善处理 ，使其回到自然环境中去。
泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物的新 陈代谢作用，在中高温好氧条件下，把固体 废物中可降解的有机物转化为稳定的腐殖质 的过程。
深褐色、质地松散、有泥土味的物质。这种物质的养料价 值不高，但却是一种极好的土壤调节剂和改良剂，其主要 成分是腐殖质。
二、原料来源及质量控制
1、原料来源
农业
生活垃圾
来源
3、生物化学转化过程
驯化阶段 中温发酵阶段 高温发酵阶段 腐熟化阶段
温度的变化来表征有氧 呼吸的强度
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↘
适应新 嗜温性细菌、酵母菌、放线菌分解最易分解的可
环境
溶性物质，淀粉、糖类增多，温度↗45℃
三、主要生物处理技术
堆肥化技术 填埋技术 废物养殖蚯蚓 微生物浸出回收金属
第三节 有机固体废物堆肥化处理技术
一、基本概念 二、原料来源及质量控制 三、堆肥化原理 四、堆肥化工艺 五、堆肥化设备 六、堆肥化过程技术参数及控制 七、堆肥腐熟度及其质量标准 八、堆肥肥效与利用
一、基本概念
1、堆肥化定义 在人工控制的条件下，利用自然界中广
固体废弃物的生物处理
固体废弃物：
指人类在生产、消费、生活和其他活动中产生的固态 、半固态废弃物质(国外的定义则更加广泛，动物活 动产生的废弃物也属于此类)，通俗地说，就是“垃 圾”。 主要包括固体颗粒、垃圾、炉渣、污泥、废 弃的制品、破损器皿、残次品、动物尸体、变质食品 、人畜粪便等。有些国家把废酸、废碱、废油、废有 机溶剂等高浓度 的液体也归为固体废弃物。
将源于堆肥产品的腐熟堆肥置入脱臭器，堆高 约0.8～1.2m，将臭气通入系统，使之与生物 分解和吸附及时作用，氨、硫化氢的去除效 率均可达到98％以上。
贮存
堆肥的供应期多半是集中在秋天和春天( 中间隔半年)。因此,一般的堆肥化工厂有必要 设置至少能容纳6个月产量的贮藏设备。堆肥 成品可以在室外堆放，但此时必须有不透雨 水的覆盖物。
厌氧生物处理化
在没有游离氧的情况下，以厌氧微生物 为主对有机物进行降解、稳定的一种无害化 处理。在这种厌氧生物处理过程中，复杂的 有机化合物被降解，转化为简单、稳定的化 合物，同时释放能量。其中，大部分能量以 甲烷形式出现，这是一种可燃气体，可回收 利用。同时，仅少量有机物被转化、合成为 新的细胞组成部分。
生物除臭
Der Gegenstromwäscher hat mehrere Funktionen: Entstaubung der Abluft Entfernung von Ammoniak Wasserdampfsättigung der Luft zur Befeuchtung des Biofiltermaterials
与细菌的生长繁殖规律一样，可将微生物 在高温阶段生长过程细分为三个时期，即对 数生长期、减速生长期和内源呼吸期。在高 温阶段微生物活性经历了三个时期变化后， 堆积层内开始发生与有机物分解相对应的另 一过程，即腐殖质的形成过程，堆肥物质逐 步进入稳定化状态。
3.4 腐熟化阶段
在内源呼吸后期，只剩下部分较难分解及 难分解的有机物和新形成的腐殖质，此时微 生物活性下降，发热量减少，温度下降。在 此阶段嗜温微生物又占优势，对残余较难分 解的有机物作进一步分解，腐殖质不断增多 且稳定化，此时堆肥即进入腐熟阶段。降温 后，需氧量大大减少，含水量也降低，堆肥 物孔隙增大，氧扩散能力增强，此时只须自 然通风。
(2)堆肥产品C11H14NO4的千摩尔质量为224kg，可算出每摩 尔参加过程的残余有机物摩尔数=200/224=0.89kmol
则降解效率为200/(1.173×224)=0.76；[0.89/1.173=0.76] (3)由已知条件：a=31，b=50，c=1，d=26，w=11，x=14， y=1，z=4。可以算出 r=0.5[50-0.76×14-3(1-0.76×1)]=19.32 S=31-0.76×11=22.64 (4)所需的氧量为： W=[0.5(0.76×4+2×22.64+19.32-26) ×1.173×32]kg=781.5kg
3.1 驯化阶段
堆层温度没有变化，温度维持在20℃，生 物化学作用主要表现为菌群替代，适者生存 的微生物开始繁殖，并逐渐占主导地位；不 适应堆肥环境的微生物衰退死亡。
3.2 中温发酵阶段
堆层温度从室温急剧升高到45℃，表明生 物化学作用剧烈进行，嗜温菌（细菌、真菌 和放线菌）开始大量吞噬易降解有机质，使 其转化生成大量有机酸（氨基酸、脂肪酸） ，并在热力、压力作用下脱水缩合，生成腐 殖酸。
1~30：1； 粒度：适合堆肥的物料粒度为12-60mm，蔬
菜类易腐废物尺寸可略大一些。
三、堆肥化原理
1.合成与分解
2、理论方程
Ca H b NcOd 0.5(nz 2s r d )O2 nCw H x N yOz sCO2 rH 2O (c ny)NH 3
式中 r=0.5[b-nx-3(c-ny)]； s=a-nw；n为降解效率(摩尔转化率<1)； CaHbNcOd和CwHxNyOz分别代表堆肥原料和
后处理
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 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 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，并根据需要（如生产精制堆肥） 进行再破碎。
①最佳排气O2浓度为14%～17% ②排气中O2分压大于14%，则表示空气中氧的消耗不到 1/3
③如排气中O2体积分数降至10%，则表示好氧发酵停止 ④如用排气中CO2体积分数来代替O2体积分数作为监测参 数，则最佳CO2的体积分数应为3%～6%
2、含水率及其控制
微生物需要从周围环境中不断吸收水分以维持其 生长代谢活动，微生物体内水及流动状态水是进行生 化反应的介质，微生物只能摄取溶解性养料，水分是 否适量直接影响堆肥发酵速度和腐熟程度，所以含水 率是好氧堆肥化的关键因素之一。下图是垃圾含水率 与细菌生长和氧摄人量的关系曲线，其中微生物的生 长和对氧的要求均在含水率为50～60％时达到峰值 。故在用生活垃圾制堆肥时，一般以含水率55％为 最佳。
卧式堆肥发酵滚筒
箱式堆肥发酵池
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1～2 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 风，也需要每周左右进行一次翻堆。
堆肥产物的成分。
例题
用一种成分为C31H50NO26的堆肥物料进行实验室规 模的好氧堆肥化试验。试验结果，每1000kg堆料在完 成堆肥化后仅剩下200kg，测定产品成分为C11H14NO4 ，试求每1000kg物料的化学计算理论需氧量。
解 (1)计算出堆肥物料C31H50NO26千摩尔质量为852kg，则参 加过程的有机物摩尔数=(1000/852)kmol=1.173kmol；
六、堆肥化过程技术参数及控制
通风作用及其控制 含水率及其控制 仓内温度及其控制 有机质含量 颗粒度 碳氮比（C/N） 碳磷比 pH值
1、通风作用及其控制
通风供氧是好氧堆肥化生产的基本条件之一，在机械堆肥 生产系统里，要求至少有50％的氧渗入到堆料各部分，以满 足微生物氧化分解有机物的需要。
按其组成可分为有机废物和无机废物
国内外现状：
焚烧与热解气化技术
欧盟、日本、新加波焚烧处理生活垃圾50% 以上
并不是所有垃圾都能燃烧，发达国家垃圾热 值9000KJ/kg;2000~4000kJ/kg
优点： 800~1000度高温使垃圾减少80%~95%； 彻底消灭病原菌； 产生的热量可以发电、供热
四、堆肥化工艺
野外人工堆肥
❖工厂机械化堆肥
固体废物
搅拌机
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
预处理 有机固体废物
后发酵
无机物
机械发酵池 风机
后处理
贮藏
出售
工厂化机械堆肥工艺流程
垃圾卸料
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、城市生活垃圾。
一般，粒径，有机物分解速度，但物料间的空 隙率 ，通气效果。
贮存方式可直接堆存在二次发酵仓内， 或袋装后存放。加工、造粒、包装可在贮藏 前也可在贮存后销售前进行。要求包装袋干 燥而透气，如果密闭和受潮会影响堆肥产品 的质量。
五、堆肥化设备
计量设备→进料供料设备→预处理设备→一次发 酵设备→二次发酵设备→后处理设备→产品精加工设 备等
计量设备：地磅称 供料设备：贮料仓、进料斗、起重机等。 预处理设备：破包机、撕碎机、分选机、混合搅 拌机等。 发酵设备：一次发酵设备、二次发酵设备等。 后处理设备：筛选机、烘干造粒机、配肥、包装 机等。 其它设备：脱臭装置、污水导排与处理装置、配 电与控制装置；
3.3 高温发酵阶段
当肥堆温度升到45℃以上时，即进入高温 阶段。在这阶段，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，堆肥中残留的和新形成的可溶 性有机物质继续分解转化，复杂的有机化合 物如半纤维素、纤维素和蛋白质等开始被强 烈分解。
通常在50℃左右进行活动的主要是嗜热性 真菌和放线菌；温度上升到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；温度升到70℃以上时，对大多数嗜 热性微生物已不适宜，微生物大量死亡或进 入休眠状态。
林业
矿业
工业
2、质量控制
密度（容重）：适于堆肥的垃圾密度为350650kg/m3；
组分（湿质）%：有机物≥20%，并按照易腐 物（动物性+植物性）、灰渣（≥15mm称渣砾 ，＜15mm为灰土）和废品（纸类、布类、塑 料、金属、玻璃）分别统计用于堆肥化处理 的城市生活垃圾组成成分。
含水率：适合堆肥的垃圾含水率为40-60%； 碳/氮比（C/N）：适合堆肥的C/N比为20：
适宜的粒径范围是12～60mm。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，还应考虑它的经济 性，因为粒度，动力消耗，处理垃圾的费用。
垃圾前处理-破碎,分选
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， 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。
第一节 概述
有机物是固体废物污染的重要来源 1、生活垃圾中50-60%是有机物，会腐烂变质
，释放臭气，污染环境；会孳生蚊蝇，危害 健康。 2、粪便、污水处理厂污泥大部分是有机物， 堆放过程中会释放污染物，污染环境。 3、农业废弃物基本上全是有机物，倾倒水体 中会释放污染物；焚烧会污染大气。
一、生物处理定义
废铁
人工分选
滚筒筛
抓吊
城市生活垃圾
粗大无机物去填埋
出料机 风机
一次 发酵
二次发酵
混合滚筒
风机
污
水
出料机
池
贮料池
滚筒筛
振动给料机
散装堆肥 出售
装袋机 填埋
杭州市垃圾堆肥厂工艺流程图
脱臭
在堆肥化工艺过程中，每个工序系统有臭 气产生，主要有氨、硫化氢、甲基硫醇、胺 类等，必须进行脱臭处理。去除臭气的方法 主要有化学除臭剂除臭；水、酸、碱水溶液 等吸收剂吸收法；臭氧氧化法；活性炭、沸 石、熟堆肥等吸附剂吸附法等。其中，经济 而实用的方法是堆肥氧化吸附除臭法。
通风的作用： （1）提供氧气，以促进微生物的发酵过程 （2）通过供气量的控制，调节最适合的温度 （3）在维持最适温度的条件下，加大通风量可以去除水分
通风量主要决定于堆肥原料有机物含量、挥发度(％)，可 降解系数(分解效率％)等 。
在堆肥实际运行过程中，可根据以下空气量近似估计的方 法来评价堆肥发酵情况