固体废物处理与处置第九章可生化降解固体废物的处理第九章可生化降解固体废物的处理与利用与利用多媒体网络第九章第九章:可生化降解固体废物的处理可生化降解固体废物的处理与利用与利用第一节第一节:好氧生物降解制堆肥好氧生物降解制堆肥 堆肥化堆肥化是在控制条件下，使来源于是在控制条件下，使来源于生物的有机废物，发生生物稳定作用生物的有机废物，发生生物稳定作用的过程。的过程。 堆肥原料来自生物界；堆制过程需在人工控制下进行，不同于卫生填埋、废物的自然腐烂与腐化；堆制过程的实质是生物化学过程。堆肥堆肥 堆肥堆肥:废物经过堆肥化处理，制得的成品 堆肥化系统分类方法 按堆制方式可分为按堆制方式可分为间歇堆积法间歇堆积法和和连续堆积法连续堆积法；按原料发酵所处状态可分为按原料发酵所处状态可分为静态发酵法静态发酵法和和动动态发酵法态发酵法；按堆制过程的需氧程度可分为按堆制过程的需氧程度可分为好氧法好氧法和和厌氧厌氧法法。（二）好氧法堆肥原理（二）好氧法堆肥原理好氧法制堆肥好氧法制堆肥是以好氧菌为主对废物进行吸收、氧化、分解。 微生物通过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并放出生物生长活动所需要的能量，把另一部分有机物转化合成为新的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多的生物体。1有机物的氧化有机物的氧化3、细胞质的氧化、细胞质的氧化2、细胞质的合成（包括有机物的氧化，并以、细胞质的合成（包括有机物的氧化，并以NH3作氮源）作氮源）（三）堆肥原料与堆肥微生物（三）堆肥原料与堆肥微生物1、堆肥原料、堆肥原料生活垃圾、有机污泥、人和禽畜粪便以及农废物等生活垃圾、有机污泥、人和禽畜粪便以及农废物等都含有堆肥微生物所需要的各种基质都含有堆肥微生物所需要的各种基质碳水化合碳水化合物、脂类、蛋白质，因而是常用的堆肥原料。在生物、脂类、蛋白质，因而是常用的堆肥原料。在生活垃圾中，不可堆腐的物质较多，需通过预处理，活垃圾中，不可堆腐的物质较多，需通过预处理，适当排除，才能用作堆肥原料。适当排除，才能用作堆肥原料。人和禽畜粪便人和禽畜粪便 有机污泥 农林废物 2堆肥微生物堆肥微生物好氧法制堆肥，参与有机物生化降解的微生物包括两类：嗜温菌嗜温菌和嗜热菌嗜热菌。 固体废物好氧微生物降解过程 （1）中温阶段）中温阶段 ；（2）高温阶段）高温阶段 ；（3）降温阶段）降温阶段 。二、好氧堆肥程序、工艺、装置和影二、好氧堆肥程序、工艺、装置和影响因素响因素（一）堆肥程序（一）堆肥程序1原料预处理原料预处理2原料发酵原料发酵3后处理后处理（二）发酵工艺与装置（二）发酵工艺与装置1间歇式发酵工艺与装置间歇式发酵工艺与装置2连续发酵工艺与装置连续发酵工艺与装置影响好氧发酵过程的主要因素影响好氧发酵过程的主要因素 1、有机物的含量、有机物的含量2、含水率、含水率3、通风和耗氧速率、通风和耗氧速率4、碳氮比、碳氮比5、温度、温度6、pH值值1、有机物的含量、有机物的含量堆肥物料适宜的有机物含量为20-80%，有机物含量过低，不能提供足够的热能，影响嗜热菌增殖，难以维持高温发酵过程。有机物含量大于80%时，堆制过程要求大量供氧，实践中常因供氧不足而发生部分厌氧过程。2、含水率、含水率垃圾含水率与细菌生长和氧摄入量的关系曲线，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。通常，生活垃圾的含水率均低于此值，可添加粪稀或污水污泥等进行调节。添加的调节剂与垃圾的重量比，可根据下式求出： M=Wm-Wc/Wb-Wm3、通风和耗氧速率、通风和耗氧速率堆层中氧的浓度和耗氧速率能表征微生物活动的强弱和有机物的分解程度。微生物的耗氧速率一般在发酵反应的60-80小时达到峰值；在200小时左右时进入初步稳定阶段，耗氧速率变化缓慢。曲线还表明，堆肥原料中有机物含量不同，其耗氧速率也不同，有机物含量越高，耗氧速率上升越快，到达峰值的时间越短。4、碳氮比、碳氮比微生物每利用30份碳就需要1份氮，故初始物料的碳氮比为30:1合乎堆肥需要，其最佳值在26:1-35:1之间。成品堆肥的适宜碳氮比为10:1-20:1之间。由于初始原料的碳氮比一般都高于前述最佳值，故应加入氮肥水溶液、粪便、污泥等调节剂，使之调到30以下。当有机原料的碳氮比为已知时（可通过分析测出），可按下式计算所需添加的氮源物质的数量：K=（C1+C2）/（N1+N2）5、温度、温度堆肥过程的较佳温度是堆肥过程的较佳温度是35-55。有机物含量对堆肥温度有一定影响。据报导，当有机物含量由20%上升到50%时，相应地初堆时间（以55为界），可由原来的60小时缩短到44小时，而55以上的稳定时间可由56小时延长到72小时。6、pH值值好氧堆肥初期，pH值一般可下降为5-6，尔后又开始上升，发酵完成前可达8.5-9.0，最终成品达到7.0-8.0。对用石灰调节再经真空过滤或加压脱水得到的污泥滤饼，其pH值一般可高达12，当采用此种污泥滤饼作堆肥原料时，需作pH值调整。三、堆肥质量三、堆肥质量堆肥质量包括适于农用的成分和养分，符合卫生要求的无害化和腐熟度。一堆肥的成分和养分堆肥的成分和养分堆肥的成分和养分依其所用原料、工艺和堆制周期不同而有差异。我国城市垃圾堆肥成分和养分含量比较低，其中，含水率、pH、碳含量均与国外垃圾堆肥大体相同，唯氮、磷、钾低于国外额定范围：全氮0.5-1.5%，全磷0.4-0.8%，全钾0.3-1%。二堆肥的无害化堆肥的无害化农用污泥中污染物控制标准（GB4284）、城镇垃圾农用控制标准（GB8172-87）以及包括高温堆肥的卫生标准在内的粪便无害化卫生标准（GB7959-87） 三堆肥的腐熟度堆肥的腐熟度堆肥的腐熟度是指成品堆肥的稳定程度。堆肥的腐熟度是指成品堆肥的稳定程度。 2、腐熟度评定方法、腐熟度评定方法（1）直观经验法）直观经验法 （2）淀粉测试法）淀粉测试法 （3）耗氧速率法）耗氧速率法 四、堆肥的农业效用四、堆肥的农业效用（1）堆肥的改土作用堆肥的改土作用1、增加土壤有机质、增加土壤有机质2、改善土壤结构、改善土壤结构3、提高土壤功能、提高土壤功能4、促进植物根系增长、促进植物根系增长（2）堆肥的增产作用堆肥的增产作用施用堆肥只要得当，都有增产作用。日本土壤学会对垃圾堆肥的农业效用所做的评价是堆肥对于水稻一般都有增产作用，施量大时，稻苗返青期推迟，最高分蘖期前的生长虽然受到暂时抑制，但后期叶色转深，生长旺盛，产量略低于标准施肥地区，但高于空白地区。对于不同土壤上的旱作物，连施4年堆肥，马铃薯、萝卜都有增产效果，施量大，增产效果明显。（3）堆肥农用的不利因素）堆肥农用的不利因素堆肥中N、P、K混合含量一般不高，很少有达到3%的。因此，不应将其等同于传统的农家肥，而只能将其作为“土壤改良剂”或“土壤调节剂”对待。农田大量施用堆肥，土壤中可能富集有害元素。 堆肥设备投资大，成品的成本偏高，其竞争力敌不过商品化肥，因而影响到堆肥方法的普及推广。 第二节第二节 厌氧发酵制沼气厌氧发酵制沼气厌氧发酵也称沼气发酵或甲烷发酵，是指有机物在厌氧细菌作用下转化为甲烷（或称沼气）的过程。 一、有机物的厌氧发酵过程一、有机物的厌氧发酵过程有机物厌氧发酵依次分为液化、产酸、产甲有机物厌氧发酵依次分为液化、产酸、产甲烷三个阶段，每一阶段各有其独特的微生物烷三个阶段，每一阶段各有其独特的微生物类群起作用。类群起作用。 二、发酵原料二、发酵原料堆肥原料都可以作沼气发酵原料。（一）常见沼气发酵原料的理论产气（一）常见沼气发酵原料的理论产气量量计算沼气发酵原料的理论产气量，可先分别测定每种发酵原料中碳水化合物、蛋白质、脂类化合物的含量，然后依据下式计算甲烷的产量（E）：E=0.37A+0.49B+1.04C式中：E每克发酵原料的理论产甲烷量，L；A、B、C分别为每克发酵原料中碳水化合物、蛋白质、脂类化合物的重量g。然后，再依下式计算二氧化碳的理论产量（D）：D=0.37A+0.49B+0.36C式中：D每克发酵原料的理论二氧化碳产量，L；（二）原料的产气率和甲烷含量原料的产气率和甲烷含量沼气发酵原料产生率是指单位重量的原料在发酵过程中产生的沼气量。 （三）原料的总固体百分含量和总固原料的总固体百分含量和总固体量体量原料的总固体百分含量和总固体量可按下式计算：MTS=W2/W1100%WTS=WMTS式中：MTS发酵原料总固体百分含量；W1发酵原料样品重量；W2样品在10502条件下烘干衡重量；W发酵原料重量；（四）原料的碳氮比原料的碳氮比比值大的为贫氮原料，如作物的秸杆、叶、茎等；比值小的为富氮原料，如人畜粪便。厌氧发酵原料的适宜碳氮比为20比1至30比1，碳氮比达到35比1时，产气量明显下降。为使发酵过程有一个较高的产气量，可将贫氮原料与富氮原料适当配合成具有适宜碳氮比的混合原料。式中：K混合原料的碳氮比；C、N分别为原料中碳、氮含量，%；X原料的重量，kg。2发酵料浆的配制计算式中：MTS沼气发酵料浆中总固体百分含量；X各种原料（包括水）的重量；M各种原料总固体的百分含量。三、发酵工艺和影响发酵的因素三、发酵工艺和影响发酵的因素1、自然温度半批量投料发酵工艺、自然温度半批量投料发酵工艺原料选择送 农 田定期出料加活性污泥大 出 料入池发酵产气配 料原料预处理2、自然温度连续投料发酵工艺、自然温度连续投料发酵工艺沼气发酵池的发酵容积、水力滞留时间和进料总固体百分比式中：V0发酵池有效容积，m3；Vt每天进料体积，m3/d；HRT水力滞留时间，d；W每天进料总固体量，kg/d；分浓度关系式如下：（二）影响发酵的因素（二）影响发酵的因素1、温度、温度；2、pH ；3、搅拌、搅拌 ； 四、发酵装置四、发酵装置水压式沼气池水压式沼气池（一）结构与工作原理（一）结构与工作原理1启动前的状态启动前的状态 2启动后的状态 3使用沼气时 （二）设计（二）设计1、设计参数、设计参数（1）气压：）气压：7480pa（即（即80cm水柱）为宜。水柱）为宜。（2）池容产气率：池容产气率系指每立方米发酵池容积）池容产气率：池容产气率系指每立方米发酵池容积1昼昼夜的产气量，单位为夜的产气量，单位为m3沼气沼气/（m3池容池容d）。我国通常采）。我国通常采用的池容产气率包括用的池容产气率包括0.15、0.2、0.25和和0.3几种。几种。（3）贮气量：贮气量系指气箱内的最大沼气贮存量。农村）贮气量：贮气量系指气箱内的最大沼气贮存量。农村家用水压式沼气池的最大贮气量以家用水压式沼气池的最大贮气量以12小时产气量为宜，其值小时产气量为宜，其值与有效水压间的容积相等。与有效水压间的容积相等。（4）池容：池容系指发酵间的容积。农村家用水压式沼气）池容：池容系指发酵间的容积。农村家用水压式沼气池的池容积有池的池容积有4、6、8、10m3等几种。等几种。（5）投料率：投料率系指最大限度投入的料液所占发酵间）投料率：投料率系指最大限度投入的料液所占发酵间容积的百分比，一般在容积的百分比，一般在85-95%之间为宜。之间为宜。2、发酵间的设计、发酵间的设计（1）确定池容 （2）确定贮气量 贮气量=池容产气率池容1/2（3）计算圆筒形发酵间容积 圆筒形发酵间由池盖、池身、池底组成 。（4）确定进出料管安装位置 水压式沼气池进出料管的水平位置，一般都确定在发酵间直径的两端。3、水压间的设计、水压间的设计（1）水压间的底面标高：此标高应确定在发酵间初始工作状态时的液面位置O-O水平。（2）水压间的高度（H）：此高度应等于发酵间最大液位下降值（H1）与水压间液面最大上升值（H2）之和，即H=H1+H2（3）水压间容积：此容积等于池内最大贮气量。五、城市污水污泥与粪便的厌氧发酵五、城市污水污泥与粪便的厌氧发酵处理处理（一）污水污泥厌氧消化处理（一）污水污泥厌氧消化处理（二）粪便厌氧发酵处理（二）粪便厌氧发酵处理1、粪便厌氧发酵处理卫生标准、粪便厌氧发酵处理卫生标准沼气发酵温度为沼气发酵温度为532，持续，持续2天；粪大肠天；粪大肠菌值，常温发酵为菌值，常温发酵为10-1，高温发酵为，高温发酵为10-1-10-2。 2、粪便厌氧发酵处理工艺、粪便厌氧发酵处理工艺A化粪池化粪池 化粪池的工作原理：它兼有污水沉淀和污泥发酵双重作用。粪水流入化粪池后，速度减慢。在一个标准化粪池中，粪水停留时间为12-24小时，比重大的悬浮固体下沉到池底。化粪池大约可将70%的悬浮固体抑留下来。被抑留的悬浮固体受厌氧菌的分解作用，产生气体上浮，将分解后的疏松物质牵引到液面，形成一层浮渣皮。浮渣中的气体逸散后，悬浮固体再次下沉成为污泥。如此反复分解、消化，浮渣和污泥逐渐液化，最终，容积只有原悬浮固体的1%。化粪池容积及其计算公式 E服务人口，人；Q每人每天污水量，L；Tq污水在池内停留时间，一般取0.5-1.0d；S每人每天污泥量，一般取0.8-1.0L；Ts清泥周期，一般按100-360d；C污泥消化体积减小系数，一般为0.7；PW生污泥含水率，一般为95%；PW池内污泥含水率，上部下部平均取95%。 粪便厌氧发酵池粪便厌氧发酵池 常温发酵：这种发酵，在不加新料的情况下，需经35天才能使大肠杆菌值达到卫生标准。在采用连续进料和出料时，投配率一般控制在5%，但不能达到无害化卫生指标。中温发酵：中温发酵温度为30-38度，一般需8-23天。若一次投料不再加新料，持续发酵2个月，可达到无害化卫生指标。 高温发酵：高温发酵温度一般为50-55度，可以达到无害化卫生指标。青岛市1979年建成的发酵总容积为4040立方米的三处高温厌氧发酵池，加入的粪便含水率为93%，投配率7%，发酵温度53正负2度。每立方米粪便产气量22.6-29.4立方米。