固体废物的生物处理,利用生物体或生物体的某些组成部分或某些功能，来处理固体废弃物，使其无害化，或者采用生物方法和技术在使废弃物无害化的同时来生产或回收有用的产品。简言之，凡采用与生物有关的技术来处理利用固体废物的方法，都可称之固体废物生物处理技术。 它是固体废物稳定化、无害化处理的重要方式之一，也是实现固体废物资源化、能源化的系统技术之一。与非生物处理方法相比，生物处理技术具有成本低廉，能耗低，简便易行，无或少二次污染，生产效率或物质转化效率高等优点。,何谓生物处理？,好氧堆肥技术（高温快速堆肥技术）； 厌氧发酵技术（沼气化） 糖化、蛋白化和乙醇化技术； 饲料化技术：将有机废弃物转化为食用菌栽培基质并形成担子菌发酵饲料； 有机废弃物制氢技术， 尾矿和低品位矿石的微生物湿法冶炼提取金属技术等。,生物处理的方法有哪些？,1. 微生物进行的方法,2.利用植物或动物的方法： 重金属污染土壤植物修复技术：利用重金属超积累植物吸取土壤中的重金属，使土壤得以净化。 有机废物的蚯蚓处理技术：利用蚯蚓将城市垃圾，污泥和农林废弃物转化为优质肥料，并获得蚯蚓蛋白饲料的技术等。,大多数有机废物， 它们能为微生物可降解，为生物活动提供物质和能量来源。如城市垃圾、污泥、农业秸秆、畜禽粪便、药渣等,那些固体废物可进行生物处理？,那些固体废物可进行生物处理？,城市垃圾,污泥,无奈的处置方法污泥的堆存,秸秆类,中药药渣类,畜禽粪便类,Continued,锯木屑,此外，也有一些虽不是有机废物，但也能通过微生物的直接与间接作用，去除其有害成分或通过生物处理回收有益成分，从而达到废物资源化。如重金属或有机物（如石油）污染的土壤、金属尾矿等。,那些固体废物可进行生物处理(续）,石油污染土壤的生物修复,堆肥化是在有控制的条件下，使有机废弃物在微生物（主要为细菌）作用下，发生降解，并同时使有机物发生生物稳定作用（向稳定的腐殖质方向转化）的过程。堆肥化后的产物称之为堆肥。 堆肥技术在中国源远流长，是古代劳动人民的智慧结晶，是为人类所掌握的“第一种”生物技术（First biotechnology)。现在在欧美的社区与个人庭院非常流行。 废弃物经过堆肥处理后，结构蓬松，无臭，病原菌能被大幅度灭活，体积减少，水分含量降低。另外，废弃物腐殖化程度极大提高，农地利用不会出现烧苗，烧根的现象。而且能极大改善土壤结构性能，提高土壤保水保肥能力，堆肥本身又富有大量的微生物，因而施用堆肥可明显提高土壤的生物活性，可有效加速土壤物质的生物化学循环。,一、固体废物的好氧堆肥处理,研究概念,按堆制过程的需氧过程可分为好氧堆肥和厌氧堆肥；按原料发酵所处状态可分为发酵仓式堆肥和无发酵装置系统堆肥；无发酵装置好氧堆肥系统又分为露天条垛式翻堆供氧堆肥法和固定堆强制通风堆肥法两种。 好氧堆肥化是在通风条件下，有游离氧存在时进行的分解发酵过程。好氧堆肥堆温高，一般在55以上，可维持7-11天，极限可达80以上，亦称高温堆肥法。由于好氧堆肥法具有堆肥周期短、无害化程度高、卫生条件好、易于机械化操作等优点，在有关污泥、城市垃圾、畜禽粪便和农业秸秆等堆肥中被广泛采用。,堆肥类型,碳氮是堆肥微生物所需要的主要能量来源和物质来源，合适的碳氮比是保证堆肥成功的关键因素之一，因此，堆肥常需要含碳较多的原料与含氮多的原料合理搭配（20：130：1） 。,堆肥原料,好氧堆肥是在有氧条件下，好氧微生物通过自身的分解代谢和合成代谢过程，将一部分有机物分解氧化成简单的无机物，从中获得微生物新陈代谢所需要的能量，同时将一部分的有机物转化合成新的细胞物质的过程（见图2-2）。,堆肥的结果是废弃物中有机物向稳定化程度较高的腐殖质方向转化,腐殖质的形成十分复杂，其生物学过程示意如下（图2-3）：,值得指出的是，腐殖质形成非常缓慢，在有限的堆肥时间不可能形成大量腐殖物质，但采用各种光谱分析的确发现，堆肥有机物结构芳构化程度明显有所提高。,减容除臭稳定化与无害化,堆肥的好处,堆肥中的微生物学,好氧堆肥的微生物学过程可大致分为如下三个阶段，每个阶段都有其独特的微生物类群：1）、产热阶段：堆肥初期（通常在1-3天），肥堆中嗜温性微生物利用可溶性和易降解性有机物作为营养和能量来源，迅速增殖，并释放出热能，使肥堆温度不断上升。此阶段温度在室温至45范围内，微生物以中温、需氧型为主，通常是一些无芽胞细菌。微生物类型较多，主要是细菌、真菌和放线菌。其中细菌主要利用水溶性单糖等，放线菌和真菌对于分解纤维素和半纤维素物质具有特殊的功能。,堆肥的微生物学过程,2）、高温阶段：当肥堆温度上升到45以上时，即进入高温阶段。通常从堆积发酵开始，只须3天时间肥堆温度便能迅速地升高到55，1周内堆温可达到最高值（最高温可达80）。此时，嗜温性微生物受到抑制，嗜热性微生物逐渐取而代之。除前一阶段残留的和新形成的可溶性有机物继续分解转化外，半纤维素、纤维素、蛋白质等复杂有机物 也开始强烈分解。 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，仅有嗜热性放线菌和细菌活动；温度上升到70以上时，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。 高温对于堆肥的快速腐熟起到重要作用，在此阶段中堆肥内开始了腐殖质的形成过程，并开始出现能溶解于弱碱的黑色物质。通过高温能有效杀灭有机废弃物中病原物，按我国高温堆肥卫生标准（GB7959-87），要求堆肥最高温度达5055以上，持续5-7天。表2-3列举了常见的病原物致死温度和时间，表2-4为我国高温堆肥的卫生标准。,3）、腐熟阶段：在高温阶段末期，只剩下部分较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。此时嗜温性微生物再占优势，对残留较难分解的有机物作进一步分解，腐殖质不断增多且趋于稳定化，此时堆肥进入腐熟阶段。降温后，需氧量大量减少，肥堆空隙增大，氧扩散能力增强，此时只需自然通风。在强制通风堆肥中常见的后熟处理，即是将通气堆翻堆一次后，停止通气，让其腐熟。,图2-5是采用翻堆供氧和强制通风供氧进行污泥堆肥的温度变化图，从中可明显区分出不同堆肥阶段。,强制通风供氧,翻堆供氧,堆肥过程中微生物群落变化,搅拌翻堆条垛式发酵工艺（Windrow composting） 物料以垛状堆置，可以排列成多条平行的条垛，条垛的断面形状通常为三角形或梯形，物料的成垛堆放可以用铲车进行操作（见图2-6a）。在大规模的条垛系统中，物料的翻动可通过移动式翻堆设备进行，图2-6b是融翻堆、粉碎、测温、测氧于一体的可移动的堆肥翻堆设备。 对于湿度较高的有机物，例如，城市污泥，畜禽粪便等等在堆置前必须与干燥的蓬松剂或调理剂混合，使其混合后堆料的含水率为55-65%。蓬松剂可采用各种农业秸秆、稻壳、木屑、树皮、甘蔗渣和干燥的回流堆肥产物等。,好氧堆肥的基本工艺程序,其发酵工艺流程见2-7,通常在堆置后每4-7天可翻堆一次，1个月后可停止翻堆，让其后熟。对于垃圾堆肥，堆肥前必须进行前处理，主要是对垃圾分选，去除粗大的无机物，回收各种金属，玻璃，塑料等，提高物料中可堆肥物质的比例。在前处理中有时需要对垃圾进行破碎处理，调整垃圾的粒度，适宜的粒度范围是1260mm。破碎与筛分可使原料的表面积增大，便于微生物繁殖，提高发酵速度。垃圾堆肥通常不需要加调理剂和蓬松剂，只有水分含量适宜，有机物含量达20%以上，通常便可以单独堆肥。,搅拌翻堆设备,强制通风式固定垛发酵工艺（Aerated static pile）,该工艺与前者不同之处就在于物料在堆肥过程中不需要翻堆，氧气的供应是通过机械鼓风或抽风方式来提供，该工艺在污泥堆肥中应用非常普遍,其流程如图2-8所示。, 将脱水污泥与蓬松剂混合，体积比可为1:1, 1:2, 1:3； 在堆肥场地上铺设小木块或蓬松剂约20cm； 在上述基础上，将污泥与蓬松剂的混合物堆成高约1.52M的垛； 将垛的表面覆盖一层过筛后的堆肥产物(厚约20cm)或覆盖一层塑料薄膜； 将鼓风机或抽风机与通风管道连接，肥堆堆积3-4天后开始通风，通风方式可以采用肥堆温度或氧气反馈装置自动调节。例如，在温度低于45时，风机开始工作，提供氧气，促进微生物的活动；当温度处于4570时，风机停止工作；当温度高于70时，风机再度工作，以降低肥堆的温度。也可以通过定时器控制风机的工作，例如，可每隔3小时通风1530分钟。 若采用抽风方式，风机出来的气体通常先通过腐熟后的堆肥过滤脱臭，再排入大气。 通常堆肥4周后，肥堆翻堆一次，并停止通风，让其后熟，若需要得到高度腐熟的堆肥，后熟时间最好为30天以上。 堆腐后的物料通常需要干燥，可以采用自然露天晾干的方法，也可以重新将鼓风机开启，保持大风量来驱逐水分。 若堆肥中的蓬松剂（例如小木块）需要循环利用，还必须对堆肥进行筛分,具体做法,现代化的城市垃圾堆肥法通常由预处理（包括分选、破碎、含水率和C/N比的调整等）、一次发酵（也称主发酵，指从发酵初期开始，经中温、高温然后到达温度开始下降的整个过程，一般为23周）、二次发酵（也称后发酵，指堆肥经过高温阶段，温度开始下降直至温度稳定至35-40、达到腐熟的阶段，一般需3-4周）、后处理（包括去除杂质和进行必要的破碎处理）、脱臭及贮存等工序组成。,发酵仓式堆肥法,图2-9是杭州市发酵仓式城市垃圾堆肥处理流程：,发酵仓式堆肥,其它,有机物含量高，养分丰富有恶臭含浓度不等的重金属等污染物粘结性和可塑性特强，干燥困难,污泥的出路已成为污水处理厂十分头痛的问题，也是危害水土环境的重要隐患,污泥主要特性,总体思路,一、污泥和畜禽粪便等高湿物料堆肥面临的问题投资与运行成本臭味控制干燥二、采用的工艺：强制间歇通风工艺,难点,工艺流程,负压吸风式间歇通风,正压鼓风式间歇通风,研究用堆肥场，5-8吨/次,20-50吨/次（中试）,1、适宜的C/N比为1540，即污泥与蓬松剂（药渣）按体积比1:11:3混合； 2、水份控制在6065，最直观的判断是“手紧握堆肥物料，有水迹出现，但水珠不滴出”为度。 3、肥堆的高度不超过2M； 4 、适宜通风强度为0.35m3/tmin，每隔3小时通风30min；为原位快速使场地周围无恶臭，通风工艺为：在堆肥前三天，采用低风量的连续负压抽风（0.1 m3/tmin)，三天后采用正常的间歇强制通风。可保证堆肥自始至终无恶臭 5、最好在通风的同时，每7天翻堆一次。或者在肥堆降温后，翻堆一次，以让其更好后熟。,主要工艺参数,二、固体废物的厌氧（发酵）,沼气发酵，又称厌氧发酵或厌氧消化，是指有机物质（如作物秸杆、杂草、人畜粪便、垃圾、污泥及城市生活污水和工业有机废水等）在厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、功能不同的各类微生物的分解代谢，最终产生沼气的过程。,沼气发酵是一种存在了数十亿年，在自然界非常普通的自然现象。夏天农村，许多粪池表面都有一层白色的气泡，若搅动粪池，泡沫就会从池底升起并聚集在液面，形成厚厚的一层泡沫，点燃一根火柴扔进粪池，就会看到蓝色的火苗在池面漫延，气泡消失了，火苗也灭了。这种现象就是粪池沼气燃烧形成的。,食品工业产生的大量有机废水，未经处理排放时，也会厌氧发酵产生大量的沼气。就是人类饲养的牛这类反刍动物，当其打嗝时，从嘴里也会呼出不少的沼气。有人测量过，一头成年牛，每天产生的沼气若能被利用的话，可煮好一顿饭。,沼气是一种可再生能源，是由微生物产生的一种可燃性混合气体，其主要成分是甲烷（CH4），大约占60%，其次是二氧化碳（CO2）大约占35%，此外还有少量其它气体，如水蒸气、硫化氢、一氧化碳、氮气等。不同条件下产生的沼气，其成分有一定的差异。例如人粪、鸡粪、屠宰废水发酵时，所产生的甲烷含量可达70%以上，农作物秸杆发酵所产生的沼气中甲烷含量一般为55%左右。甲烷实际上是一种优质的气体燃料，在与适量的空气混合发生燃烧时，可产生一种淡兰色的火焰，其火焰温度最高可达1400，同时放出大量的热。,