第三章 固体废物的生物处理及处置技术

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腐殖质形成的过程

第一阶段:分解阶段
产生构成腐殖质主要成分的原始材料,即由各种形态和 状态的有机物质组成的混合物,在微生物作用下分解为
各种简单的化合物;

第二阶段:合成阶段
即由微生物为主导的生化过程。将原始材料合成腐殖质
的单体分子,进而再通过聚合作用形成不同分子量的复 杂环状化合物。
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堆肥用途

污水处理厂干污泥
每年产生约2×105t,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、草木枝叶等。作物秸秆每年产量约 (5-6)l08t。 集约化畜禽生产,粪便年排放量约18.8×108t。
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固体废弃物的危害
1、污染水体
垃圾、废渣随雨水径流而进入地面水体; 垃圾、废渣中的渗漏水,通过土壤进入地下水体; 细颗粒的垃圾、废渣还能随风飘扬落入地面水体, 有些城市竟将垃圾、废渣直接倒入湖泊、河流或 海洋造成更严重的污染。
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固体废弃物的危害
2、污染大气
有机物在微生物分解过 程中发生恶臭; 细颗粒的废弃物、运输 和处理过程中产生的有 害气体和粉尘,都可随 风飘散; 工业废弃物煤矸石含全 硫量达1.5%时会自燃, 达3%以上就会发火,放 出大量的二氧化硫。
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固体废弃物的危害
3、占用土地
固体废物不加利用时,需占地堆放。 每堆积1万吨废物,占地约需1亩。
后处理
后发酵 (二次发酵)
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前处理

为堆肥处理提供养分、水分和物理结构尽可 能均匀一致的发酵原料。
分选、破碎、筛分和混合等; 调节水分和养分。
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主发酵

通过微生物的作用,将可生物降解的物质转
变为稳定的物质的过程。

包括升温段、高温段和降温段。
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后发酵

经过主发酵的半成品被送到后发酵工序,将 尚未分解的有机物进一步分解,得到成熟的 堆肥产品。

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高温期(thermophilic phase)

当温度上升到45℃以上时,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。
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; 杀灭病原生物,50-60℃持续6-7d,可有效 杀灭虫卵和病原菌。
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堆 肥
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腐熟期(maturation phase)

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,堆肥处理 进入腐熟阶段。
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。 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,可以使用或用作配制 复合肥料的原料。

杀灭有害生物
堆制过程释放大量热能,堆温较高。据测定, 60
-70℃维持3d,可使脊髓灰质炎病毒、病原细菌
和蛔虫卵失活。
堆温50-60℃,持续6-7d,即可杀灭病原和虫
卵。

堆肥是植物良好的肥料和土壤改良剂
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堆肥处理存在的问题


堆肥质量不易稳定;
原料来源不同、随季节变化,给标准化处理 带来困难; 氮的损失较大,肥效下降;
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城市生活垃圾
又称为城市固体废物,它是指在城市居 民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。
主要特点:数量巨大、处理率低;成分
复杂,有机物含量高。
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城市生活垃圾
固体废弃物的现状

城市生活垃圾
城市垃圾已成为一个世界性的公害。全世界每年 产生的4.9亿吨垃圾中,中国城市就占到1.3亿吨。
多氯二苯并二恶英 (简称PCDDs); 多氯二苯并呋喃 (简称PCDFs。
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二恶英

多氯二苯并二恶英(简称PCDDs)有75种异构 体,多氯二苯并呋喃 (简称PCDFs),有135 种异构体。
国际癌症研究中心已将其列为人类一级致癌 物。“二恶英” 常以微小的颗粒存在于大气、 土壤和水中,主要的污染源:化工冶金工业、 垃圾焚烧、造纸以及生产杀虫剂等产业。


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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。

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厌氧堆肥

类似废水厌氧处理过程,包括三个阶段:
水解阶段 产氢产乙酸阶段 产甲烷阶段
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好氧堆肥工艺
前处理 主发酵 (一次发酵)
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固体废弃物的危害
4 污染土壤
工业废渣及污泥中的有毒化学物质、医院、屠宰 厂矿废弃物中的病原菌因废物堆放而带入土壤, 使土壤遭受污染。在被污染的土壤上种植农作物, 不但使土壤肥力下降,而且使作物吸收、富集有 毒物质,然后通过食物影响人的健康。
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漓 江
ຫໍສະໝຸດ Baidu15
固体废弃物的危害
5、传播疾病
不少固体废弃物和垃圾含有毒有害物质以及病原 体,除通过水、气的媒介传播外,还通过生物来 传播。目前我国90%以上的粪便、垃圾未经无害 化处理,直接倾倒,而且医院、传染病院的粪便、 垃圾也混入普通粪便、垃圾之中,广泛传播肝炎、 肠炎、痢疾以及各种蠕虫病(寄生虫病)等。

可以用作农田、果园、菜园、苗圃、庭院绿 化、风景区绿化等的种植肥料,

可以作蘑菇盖面、过滤材料、隔音板及制作 纤维板等。
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Mushrooms (Agaricus bisporus) growing in compost.
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堆肥

根据堆肥过程中微生物对氧气的要求不同分 类
好氧堆肥法
厌氧堆肥法
堆肥处理的优点

有机废物分解并达到稳定化
易腐败的有机废物和有毒废物被转化为比较稳定 的物质,体积大大缩小(40%-60%有机质被分 解) ,便于处臵和运输。有毒化学品(如农药) 形成腐殖质,消除毒性。

干化作用
人粪尿、动物粪便和污泥含水达80%-95%,经 过堆肥处理,大大降低其含水率。
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堆肥处理的优点


消耗动力较多,能量不能回收。
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第三节 卫生填埋
卫生填埋

卫生填埋(sanitary landfill)始于20世纪60 年代,是在传统堆制的基础上,避免环境受 二次污染而发展起来的固体废物处理法; 优点:投资少,容量大,见效快。

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卫生填埋
运用各种天然屏障和工程屏障,尽可能将垃 圾与生态环境隔绝而实现填埋体内垃圾无害 化。 要求采取各种预防措施,以尽量减少填埋场 地对周围环境、大气和地下水源的污染。 处理原理与堆肥原理相同,均利用好氧微生 物、兼性厌氧微生物和厌氧微生物处理。
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固体有机废物的处理和处臵原则

资源化
有机固体废物被称为“放错地点的原料”,或 “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。

无害化
杀灭或去除固体废弃物中的病原菌、害虫和寄生 虫、杂草种子和有害化学物质。

减量化
经过最终处理,处臵的部分能减量到最少的程度。
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处理有机固体废物的方法
处理方法 类型 应用
堆肥法、厌氧发 生物处理法 处理可生物降解的 酵法和填埋法 有机固体废物
焚烧法
处理不可随意排放 化学处理法 的危险性废物以及 生活垃圾等
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焚烧炉示意图
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垃圾焚烧
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深圳垃圾发电厂
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垃圾焚烧存在的
问题
二恶英

二恶英(Dioxin),是一种无色无味、毒性严重的脂 溶性物质,它指的并不是一种单一物质,而是结构 和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大 类有机化合物。 类型

卫生填埋

主要特征
防渗层:将渗滤液与周围环境隔离。
渗滤液回收及处理系统:渗滤液收集及后处理。
填埋场气体收集及利用系统:对填埋场产生气体 的收集及利用。
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填埋场地的建设
1、填埋场地选择
丘陵之间的谷地是理想的场地。
深圳市下 坪垃圾填 埋场
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填埋场地的建设
2、防渗层
填埋场地底部要构筑不漏水的防水层。
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后处理

进一步的筛选、粉碎等处理,获得高质量的 堆肥产品。
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堆肥设备
立式多层发酵塔、卧式发酵池、筒仓式发酵 仓。回转窑发酵筒等。 水平(卧式)发酵滚筒有多种形式。其中典 型形式为著名的丹诺(Dano)式滚筒。

卧式堆肥发酵滚筒
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丹诺式滚筒是世界各国最广泛采用的发酵设备, 其主要优点是结构简单,可以采用较大粒度的物 料,使预处理设备简单化,物料在滚筒内反复升 高、跌落,同样可使物料的温度、水分均匀化, 达到曝气的目的,可以完成物料预发酵的功能。
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白色污染-塑料
到2000年已达到2亿吨左右,并且还在以每 年30%的速度递增。 塑料制品一旦进入环境就会长期存在,尤其 是在土壤中。 它们在土壤中既不分解,也不腐烂。

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垃圾场旁的 铁丝网上飞 扬的塑料袋
限塑令
腊芙运河垃圾案件

1947年,美国胡克化学公司在尼亚加拉瀑布城附近的腊芙运 河(Lover Canal)的废河谷里填埋固体废物。1953年,废 河谷被2万吨垃圾填满后,改场地以1美元的价格专卖给了当 地政府。当地政府在上面修建学校和运动场,建立住宅区。 几年后,这里出现地面塌陷,儿童皮疹患者增多等现象。纽 约州卫生部门对居民健康状况作了调查,发现早产新生儿缺 陷、癫痫、肝障碍等发病率高。1978年,纽约环境部门对当 地的空气、地下水和土壤进行检测,发现六六六、氯苯、2 等82种有毒物质,其中11中是致癌物质。1978年8月,美国 总统宣布该地区处于“卫生紧急状态”,并疏散居民,关闭 学校。

将垃圾在填埋场内分区分层进行填埋。
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公众“拒绝垃圾”

2000年3月27日,安徽省发生了由于垃圾污染而引 起公众“拒绝垃圾”的事件。起因是某市郊区有一 个垃圾处理场,1987年初建时,市区人口不足10万, 日产垃圾只有30吨,所以垃圾场周围的居民并不介 意,十几年过去了,随着人口的激增,日产垃圾增 加了10多倍,然而垃圾依旧是简单的堆放而不作无 害化处理,使周围十几个村庄的井水和河流遭到污 染,附近村民饮用了污水,许多人患上了肝炎、胆 肾结石等疾病。用污染的河水灌溉农田,使粮食受 到污染,河塘里鱼虾绝迹。在弄清了罪魁祸首之后, 200多村民封堵了通往垃圾场的道路。
杭州市机械化堆肥处理技术
前处理
一次发酵
后处理
二次发酵
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武汉市机械化堆肥处理技术 武汉市生活垃圾堆肥厂设在北郊塔子湖边。该工艺采 用先发酵,后分选的工艺。设备投资及操作费用低, 且全料进仓发酵,从无害卫生化角度看比较有利,但 发酵仓容积的有效利用率及堆肥产品降解率较低。
卧式 达诺 滚筒 发酵 的堆 肥化 系统
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好氧堆肥
在有氧条件下,通过好氧微生物的作用 使有机废弃物达到稳定化,转变为有利于作
物吸收生长的有机物的方法。
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好氧堆肥的微生物学过程
根据温度变化和微生物生长情况,分为 中温期、高温期、腐熟期三个时期。
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中温期(mesophilic phase)

分解易降解的有机物(如糖类、淀粉、蛋白 质等),产生大量热能,堆温不断升高,直 至达到45℃左右,这一过程也称发热阶段。 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和霉菌等;
第三章 固体废物的生物处理及 处臵技术
第一节 概述 第二节 堆肥
第三节 卫生填埋
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第一节 概述
固体废弃物
人类在生产建设、日常生活和其他活动 中产生的,在一定时间和地点无法利用而被 丢弃的污染环境的固体、半固体废弃物质。
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固体废弃物的分类

按性质分类
有机废物 无机废物

按来源分类
工业固体废弃物 城市生活垃圾 农业废弃物 放射性固体废弃物
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第二节 堆肥
堆肥处理
堆肥处理(Composting)的概念

依靠自然界广泛分布的细菌、放线茵、真菌等微生 物,人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖 质转化的微生物学过程。堆肥处理的产物称作堆肥。
微生物
有机质
无机物、矿物质+腐殖质+能量
腐殖质是土壤有机质的主要部分。是黑色的、无定形 的、酸性、含氮量高的胶体状的高分子有机化合物。 堆肥处理的产物中含有丰富的氮、磷营养物质 腐殖质在土壤中,在一定条件下缓慢地分解,释放出 以氮和硫为主的养分来供给植物吸收。 和有机物质,故称为堆肥 (Compost)。
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铺设防渗膜
防渗层铺设
防 渗 衬 层 结 构 图
填埋场地的建设
3、渗滤液回收系统
铺设集水管和集水井等设施。
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渗滤液收集管
填埋场地的建设
4、填埋场气体收集系统
铺设集气管网收集气体。
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北京市丰台区永合庄垃圾填埋场
72
卫生填埋场
重庆长生桥垃圾填埋场
卫生填埋场
深圳下坪垃圾填埋场
垃圾填埋处理
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