固体废物生物处理

细胞质 原生动物 生物体+残余物+无机物
NH4 O2 硝化 菌NO / NO2
同济大学固体废物处理与资源化研究所
2020/5/23
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
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
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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
耗氧量= 336 9 32 563g 43 4
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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
厌氧
生物处理的途径
水溶性
废物 非水溶性 水解
腐殖质
糖类 酸化/发酵
乙酸化
VFA
乙酸 甲烷化
CH4 +CO2
蛋白质
氨基酸
CO2
NH4+
脂肪酸
乳酸 醇类
H2 NH4+
聚乳酸
H2O
氢回收
生物塑料PHA
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生物处理的途径
其他
Vemicomposting
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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
细胞质 原生动物 生物体+残余物+无机物
腐熟阶段
主导微生物：放线菌、真菌、原生动物、自养型细菌 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
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
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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
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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
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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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
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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
细胞质的合成
n
CxHyOx
NHale Waihona Puke Baidu3
nx
ny 4
nz 2
5
O2
C5H 7O2 N
nx
5 CO2
1 2
ny
4 H2O
能量
细胞质的氧化
C5H7O2N 5O2 5CO2 2H2O NH3 能量
放线菌 真菌：霉菌
酵母菌 原生动物
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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：生物质细胞 胞外酶 溶解性基质
升温阶段
主导微生物：细菌、放线菌 代 谢：溶解性基质 好氧代谢 无机物+细胞质+热量
高温阶段
主导微生物：细菌、（放线菌） 代 谢：溶解性基质 好氧代谢 无机物+细胞质+热量
分类
进—出料 间歇/连续
物料运动 静态/动态
代谢环境 高温/中温
好氧/厌氧
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堆肥化原理
计量方程
不含氮有机物的氧化
CxHyOx
x
y 4
z 2
O2
xCO2
y 2
H2O
能量
含氮有机物的氧化
m(u 4t - 3v - 2w) - 67
营养元素
N、P、K、Ca、Mg、Fe
其他
盐度、有害元素、有害化合物
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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
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废物
初腐化
蚯蚓代谢
蚓粪 蚓体
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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
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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
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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
32
0.21
换算为每吨原料，即需空气2623Nm3
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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