有机固废
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有机固废:指人类在生产建设、日常生活和其他活动中产生的污染环境的固态、半固态有机废物。
有机固废有机质含量20%以上。
有机固废来源:(1)农业
种植业:秸秆
畜禽养殖业:畜禽废弃物
农副产品加工业:酒糟、酱醋糟、蔗渣、食品下脚料、果皮、木屑等(2)城市:生活垃圾、市政垃圾、污泥
(3)工业:石油化工、轻工业
有机固废种类:(1)根据来源分:种植业、生活、畜牧业、工业有机固废
(2)根据性质组成分:
按可降解程度:可降解、难降解有机固废
按可燃性:可燃、不可燃有机固废
按处置、回收、利用性分:可回收、易堆腐、可燃性、其他
有机固废特点:(1)来源多、种类多、产量大、急剧增长
(2)成分复杂、组成和产量受多重因素影响,不固定、区域差异大
(3)有机质含量高,具有可生化降解性或可燃性,潜力巨大,综合利用途径广泛
物理特性:组成:各成分占总质量百分比(湿基率),亦可用干基率表示
含水率:单位质量固体废弃物中含水量
容重:自然状态下单位体积质量
化学特性:元素组成:指C、H、O、N、P、S及灰分的质量分数
挥发分:指有机固废中挥发性固体的含量
发热值:单位质量有机固废完全燃烧并使反应产物回到参加反应物质起始温度时能放出的热量生物特性
生物特性:(1)有机固废本身所具有的生物性质及对环境的影响
含有病原菌、寄生虫卵等
腐败分解,污染环境
(2)有机固废可生化性:有机固废通过生物转化使有害污染物的毒性随之改变化学转化:热分解、水解、加H等
生物化学变化:堆肥化、沼气发酵化、废纤维糖化、蛋白化等
污染途径P5
利用潜力:有机质、养分、微量元素、热值
污染控制途径:源头控制优先,促进清洁生产
因地制宜、因废制宜
多途径资源化利用,实施产业化发展
实施区域联合,开展综合处理
全过程控制管理,禁止污染转移和转嫁
控制对策:制定有机固废产业政策,加强全过程管理
完善法规管理和加强执法检查与执法力度
鼓励有机固废的综合利用处理,提高资源化利用水平
加强环保宣传,提高群众对有机固废的认识
开展有机固废全过程管理技术体系域标准政策研究
开展有机固废综合生物处理技术研究
厌氧消化
厌氧消化:是指在厌氧微生物的作用下,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。由于产物甲烷占大部分,故又称为甲烷发酵。
两段理论:将厌氧消化分为水解酸化(酸性发酵)阶段和产甲烷(碱性发酵)阶段,相应起作用的微生物分为产酸细菌和产甲烷细菌。
三段理论:1979年由布赖恩提出,将厌氧消化依次分为水解(液化)阶段、产酸阶段、产甲烷阶段。起作用的细菌分别称为发酵细菌、乙酸分解菌、产甲烷细菌。
四段理论:Zeikus于1979年提出四种群学说,他认为在厌氧消化过程中共有四种群的复杂微生物参与厌氧发酵过程,分别是:水解发酵菌、产氢产乙酸菌,同型产氢产乙酸菌和产甲烷菌。
厌氧消化影响因素:
①pH:厌氧发酵微生物细胞内细胞质的pH一般呈中性反应,但产甲烷菌在偏碱性条件下有更好活性,因此,控制pH值在6.5~7.5比较合适,最佳7.0~7.2。
②温度:代谢速度在35~38℃有一个高峰,50~65℃有另一高峰。一般厌氧发酵常控制在这两个温度内,以获得尽可能高的降解速度。前者称为中温发酵,后者称为高温发酵,低于20℃的称为常温发酵。厌氧发酵过程还要求温度相对稳定,一天内的变化范围在1.5~2℃以内为宜。
③原料配比:厌氧发酵原料的C/N比以(20~30):1为宜,太高,细胞氮量不足,系统的缓冲能力低,pH值易降低;太低,氮量过多,pH值可能上升,铵盐容易积累,会抑制消化进程。
④厌氧条件:产甲烷细菌是专性厌氧菌,氧对产甲烷细菌有毒害作用,因此,必须创造厌氧的环境条件。一般控制在Eh为-300mV左右。
⑤搅拌:搅拌的目的是使发酵原料分布均匀,增加微生物与发酵基质的接触,也使发酵的产物及时分离,从而提高产气量。
⑥接种物:a、厌氧发酵中细菌数量和种群会直接影响甲烷的生成。b、不同来源的厌氧发酵接种物对产气量有不同的影响,添加接种物可有效提高消化液中微生物的种类和数量,从而提高反应器的消化处理能力和产气量。在开始发酵时,一般要求菌种量达到料液量的5%以上。
⑦添加物和抑制物:a、重金属离子对甲烷消化的抑制-使酶发生变性或者沉淀。与酶结合产生变性;与氢氧化物作用使酶沉淀。b、S2-等阴离子对甲烷消化有抑制,氨也有毒害作用,当[NH4+]>150mg/L时,消化受抑制。C、添加少量的K、Na、Mg、Zn、P等元素有助于提高产气率。
⑧其它
好氧堆肥
堆肥化:依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物,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。
堆肥作用:①改善土壤的物理性能(土壤松软、多孔隙、易耕作、增加保水性、透气性、渗水性)②保肥作用③螯合作用④缓冲作用⑤缓效作用⑥微生物对植物根部的作用
堆肥原料:①城市生活垃圾②纸浆厂、食品厂等排水处理设施排出的污泥③生活污泥④粪便消化污泥、家畜粪尿⑤树皮、锯末、糖壳、秸秆
堆肥主要原料:①生活垃圾与粪便的混合物②城市生活垃圾与生活污水的混合物
堆肥化是实现有机废物稳定化、无害化和资源化处理的有效方法之一。
堆肥化可减重、减容50%。
好氧堆肥周期短、无害化程度高、卫生条件好、易于机械化操作。
好氧堆肥(高温堆肥):在通气条件好,氧气充足的条件下通过好氧微生物的代谢活动降解有机物。
厌氧堆肥:是在氧气不足的条件下借助厌氧微生物发酵堆肥。
好氧堆肥过程:
通常,利用堆肥温度和变化作为堆肥过程的评价指标。
堆肥时期P68:①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。
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。
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。
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。