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有机固体废物堆肥与厌氧发酵生物处理.pdf

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资源描述

1、固体废物生物 处理第一节概述 有机物是固体废物污染的重要来源1、生活垃圾中50-60%是有机物,会腐烂变质,释放 臭气,污染环境;会孳生蚊蝇,危害健康。2、粪便、污水处理厂污泥大部分是有机物,堆放过 程中会释放污染物,污染环境。3、农业废弃物基本上全是有机物,倾倒水体中会释 放污染物;焚烧会污染大气。、生物处理定义生物处理就是以固体废物中的可降解有机物 或其他组分为对象,利用生物对其作用,转化为 稳定产物、能源和其他有用物质的一种处理技术。二生物处理方法 好氧生物处理法在提供游离氧的条件下,以好氧微生物为主使 有机物降解、稳定的无害化处理方法。固体废物存 在的各种有机物(相对分子质量大、能位高

2、)作为微 生物的营养源,经过一种生化反应,逐级释放能量,最终转化成相对分子质量小、能位低物质而稳定下 来,达到无害化的要求,以便利用或进一步妥善处 理,使其回到自然环境中去。厌氧生物处理化在没有游离氧的情况下,以厌氧微生物为主对 有机物进行降解、稳定的一种无害化处理。在这种 厌氧生物处理过程中,复杂的有机化合物被降解,转化为简单、稳定的化合物,同时释放能量。其中,大部分能量以甲烷形式出现,这是一种可燃气体,可回收利用。同时,仅少量有机物被转化、合成为 新的细胞组成部分。三、主要生物处理技术堆肥化技术厌氧消化废物养殖蚯蚓。微生物浸出回收金属第二节讴肥技术、混肥技术原理利用需氧性微生物的活动,快速

3、分解有机物,并 产生大量的热能使堆体内的温度不断上升,一般可 达到50-70,并维持一定时间,从而将堆料的病 菌、蠕虫卵、蝇蛆等杀死,达到无害化的目的,并 进行有机物的降解。二、简易泌肥方法污水坑讴肥法平地泅肥法半坑式泯肥法三、简易近肥的影响因素及其控制1、原料有机成分含量控制有机物含量25%以上,C/N比例约为25:1。2、微生物量为了加速淞肥的腐熟,可加入一些富含高温纤维分 解菌的骡、马粪或几经腐熟的堆肥体,加入量一般 为堆体的10%20%。3、含水率含水率需根据原料质量、性质、季节而定,一 般以30%-50%为适宜。4、pH值泅肥过程微生物一般适于在中性和弱碱性的环境 中生长繁殖。5、空

4、气供给讴肥中需氧菌的活动需要有良好的通风,一般在 温度上升期通风量要大些,温度下降期应限制通风 量;冬季为保温,通风量要小些。6、封泥泥的厚度一般以5-6cm为宜,冬季可适当加大厚度。四、简易泯肥的无害化处理:加生石灰法加农药处理法加尿素法第三节有机固体废物堆肥化处理技术 一、基本概念二、原料来源及质量控制三、堆肥化原理四、堆肥化工艺五、堆肥化设备六、堆肥化过程技术参数及控制七、堆肥腐熟度及其质量标准八、堆肥肥效与利用,、基本概念1、堆肥化定义在人工控制的条件下,利用自然界中广泛分布 的细菌、放线菌、真菌等微生物的新陈代谢作用,在中高温好氧条件下,把固体废物中可降解的有机 物转化为稳定的腐殖质

5、的过程。深褐色、质地松散、有泥土味的物质。这种物质的养料价 值不高,但却是一种极好的土壤调节剂和改良剂,其主要 成分是腐殖质。根据微生物生长的环境可将堆肥化分为:好氧堆肥化厌氧堆肥化2、堆肥化发展过程二、原料来源及质量控制1、原料来源(农业(生活垃圾L厂L(来源矿业林业2、质量控制密度(容重):适于堆肥的垃圾密度为350-650kg/m3;组分(湿质)%:有机物N20%,并按照易腐物(动 物性+植物性)、灰渣(215mm称渣砾,V15mm 为灰土)和废品(纸类、布类、塑料、金属、玻璃)分别统计用于堆肥化处理的城市生活垃圾组成成分。*含水率:适合堆肥的垃圾含水率为40-60%;:碳/氮比(C/N

6、):适合堆肥的C/N比为20:130:1;。粒度:适合堆肥的物料粒度为12-60mm,蔬菜类易 腐废物尺寸可略大一些。三、堆肥化原理好氧堆肥是以好氧菌为主对废物中的有机物进 行吸收、氧化、分解及转化,微生物把一部分有机 物氧化成简单的无机物,并释放出能量,把另一部 分有机物转化成为新的细胞物质,使微生物生长繁 殖,产生更多的生物体。有机物的好氧堆肥分解1、总的反应方程式有机SW+02 杂质+Q好氧微生物赢获天0。2+出。+细胞体+腐殖质+生物化学转化2、理论方程CaHbNcOd+0.5(nz+2s+厂 一 d)02 f nCwHxNy0_+sCO2+rH2O+(c-ny)NH3式中 r=0.5

7、b-nx-3(c-ny);s=a-nw;n为降解效率(摩尔转化率v1);CaHbNQd和CwHxNyOz分别代表堆肥原料和 堆肥产物的成分。例题用一种成分为C31H50NO26的堆肥物料进 行实验室规模的好氧堆肥化试验。试验结果,每1000kg堆料在完成堆肥化后仅剩下200kg,测定产品成分为C11H14NO4,试求每1000kg 物料的化学计算理论需氧量。解(1)计算出堆肥物料C31H5oNC)26千摩尔质量为852kg,则参力口过程的有机物摩尔数=(1000/852)kmol=1.173kmol;堆肥产品C11H14NO4的千摩尔质量为224kg,可算出每摩 尔参加过程的残余有机物摩尔数即

8、n=200/(1.173X224)=0.76;(3)由已知条件:a=31,b=50,c=1,d=26,w=11,x=14,y=1,z=4o可以算出r=0.550-0.76 X14-3(1-0.76 X1)=19.32S=31-0.76X11=22.64(4)所需的氧量为:W=0.5(0.76 X 4+2 X 22.64+19.32-26)X1.173X32kg=781.5kg3、生物化学转化过程。驯化阶段:中温发酵阶段:高温发酵阶段温度的变化来表征有氧 呼吸的强度腐熟化阶段3.1 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

9、导地位;不适应堆肥环境的微 生物衰退死亡。3.2 中温发酵阶段堆层温度从室温急剧升高到45C,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。3.3 高温发酵阶段当肥堆温度升到45c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。通常在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

10、几乎完全停 止活动,仅有嗜热性放线菌与细菌在活动;温度升 到70以上时,对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。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。3.4 腐熟化阶段在内源呼吸后期,只剩下部分较难分解及难分 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。在此阶段嗜温微生物 又占优势,对残余较难分解的有机物作进一步分解,腐殖质不断增多且稳定

11、化,此时堆肥即进入腐熟阶 段。降温后,需氧量大大减少,含水量也降低,堆 肥物孔隙增大,氧扩散能力增强,此时只须自然通 风。四、堆肥化工艺野外人工堆肥:工厂机械化堆肥固体废物预处理无机物搅拌机,后发酵 后处理 贮藏有机固体废物 丁丁!斤=4 r-一1 r-1和必卜一言/一-*L出售机械发酵池露工厂化机械堆肥工艺流程预处理包括破碎、分选等,主要是除去堆肥原料中大块和非堆 肥化物质。但不同的堆肥原料,预处理过程有所不同。如家 畜粪便、污泥、城市生活垃圾。(一般,粒径,有机物分解速度T,但物料间的空隙率通气效果适宜的粒径范围是1260mm。如果堆肥物质结构坚固 不易挤压,粒径应小些,否则粒径应大些。此

12、外,决定垃圾 粒径大小时,还应考虑它的经济性,因为粒度,动力消耗 T,处理垃圾的费用主发酵(一次发酵)通常将堆肥开始到堆肥温度升高到开始降低为止的阶段,称为主发酵阶段。主发酵阶段是堆肥生物化学反应的基本阶 段,在发酵池内进行。后发酵经过主发酵的半成品被送去后发酵。在主发酵工序尚 未分解的易分解及较难分解的有机物可能全部分解变成腐植 酸、氨基酸等比较稳定的有机物,得到完全成熟的堆肥成品 o 一般,把物料堆积到12米高度进行后发酵,此时,需要 防止雨水的装设,有些场合还需进行翻堆和通风。有时即使 不进行通风,也需要每周左右进行一次翻堆。后处理经过二次发酵后的物料中,几乎所有的有机物都变细 碎和变了

13、形,数量也减少了。然而,在城市固体废物发酵堆 肥时,在前处理工序中还没有完全去除的塑料、玻璃、陶瓷、金属、小石块等杂物依然存在,因此,还要经过一道分选 工序以去除杂物,可以用回转式振动筛、振动式回转筛、磁 选机、风选机、惯性分离机、硬度差分离机等预处理设备分 离去除上述杂质,并根据需要(如生产精制堆肥)进行再破 碎。脱臭在堆肥化工艺过程中,每个工序系统有臭气产 生,主要有氨、硫化氢、甲基硫醇、胺类等,必须 进行脱臭处理。去除臭气的方法主要有化学除臭剂 除臭;水、酸、碱水溶液等吸收剂吸收法;臭氧氧 化法;活性炭、沸石、熟堆肥等吸附剂吸附法等。其中,经济而实用的方法是堆肥氧化吸附除臭法。将源于堆肥

14、产品的腐熟堆肥置入脱臭器,堆高约0.8 1.2m,将臭气通入系统,使之与生物分解和吸附及 时作用,氨、硫化氢的去除效率均可达到98%以上。也可用特种土壤(如鹿沼土、白垩土等)代替堆肥,此种设备称土壤脱臭过滤器。贮存堆肥的供应期多半是集中在秋天和春天(中间隔 半年)。因此,一般的堆肥化工厂有必要设置至少能 容纳6个月产量的贮藏设备。堆肥成品可以在室外 堆放,但此时必须有不透雨水的覆盖物。贮存方式可直接堆存在二次发酵仓内,或袋装 后存放。加工、造粒、包装可在贮藏前也可在贮存 后销售前进行。要求包装袋干燥而透气,如果密闭 和受潮会影响堆肥产品的质量。好氧静态堆肥工艺通常采用露天的静态强制通风剁形式,

15、或在密 闭的发酵池、发酵箱、静态发酵仓内进行。一批原 料堆积成条垛或置于发酵装置内后,不再添加新料 和翻倒,直到堆肥腐熟后运出。缺点:有机物和微生物分布不均匀,容易造成厌氧 状态。间歇式发酵工艺间歇式发酵工艺是将原料一批一批地发酵,一批原料堆 积之后不再添加新料,待完成发酵成为腐殖质运出。由于该 工艺的一次发酵周期只需10天左右,故可加快发酵池的周转,建池数量可比周期30天的一次发酵方式减少2/3,还由于第 一次发酵后将非堆腐物排除,可使堆肥体积减少1/2,此外,因堆肥由一次发酵转入二次发酵时,经过机械翻倒,故加快 了腐熟化进程,缩短了发酵周期。连续发酵工艺连续发酵工艺采取连续进料和连续出料方

16、式发酵,原料 在一个专设的发酵装置内完成中温和高温发酵过程。这种系 统除具有发酵时间短,能杀灭病源微生物外,还能防止异味,成品质量比较高,已在美国、日本、欧洲广为采用。回收物堆肥垃圾入场粪便入场武汉市城市垃圾堆肥发酵系统通风细料农肥上海市城市垃圾堆肥发酵系统工艺流程抓吊滚筒筛城市生活垃圾贮料池粗大无机物去填埋滚筒筛风机慈出料机人工分选fi A 4jI A B W W W废铁散装堆肥填埋出售 装袋机混合滚筒一次二次发酵风机:吟出料机污水池振动给料机杭州市垃圾堆肥厂工艺流程图干净气体污水池长野县堆肥化系统流程图振动传输带手选高温空气气体燃料空气加热器空气废纸捆包机非堆肥物收集箱双螺旋混合机 空气污

17、泥旋风 分离器水:到下水道 布料机搅拌机_离心机堆肥旋转干燥器发酵仓(4座)粉碎机(3台)浓缩污泥槽罐头盒德克萨斯州休斯敦日处理360吨垃圾堆肥厂流程五、堆肥化设备计量设备一进料供料设备一预处理设备 一一次发酵设备一二次发酵设备一后处理设 备一产品精加工设备等计量设备:地磅称供料设备:贮料仓、进料斗、起重机等。预处理设备:破包机、撕碎机、分选机、混合搅 拌机等。发酵设备:一次发酵设备、二次发酵设备等。后处理设备:筛选机、烘干造粒机、配肥、包装 机等。其它设备:脱臭装置、污水导排与处理装置、配 电与控制装置;发酵系统流程东方仿 JICOPYRIGHT风机4下料门/发酵小池旋转臂驱动装置立式多层板

18、闭 合式堆肥发酵塔东方防 COPYRIGHT驱动装置进料口池体观察窗出料口风机立式多层圆筒式堆肥发酵塔东方仿真COPYRIGHTJ 污泥膨胀剂二级堆肥 皮带输送器(a)一斜仓东方仿 JICOPYRIGHT发薄仓(堆肥仓)卧式堆肥发酵滚筒箱式堆肥发酵池六、堆肥化过程技术参数及控制通风作用及其控制 含水率及其控制仓内温度及其控制 有机质含量 颗粒度碳氮比(C/N)碳磷比pH 值1、通风作用及其控制通风供氧是好氧堆肥化生产的基本条件之一,在机械堆肥 生产系统里,要求至少有50%的氧渗入到堆料各部分,以满 足微生物氧化分解有机物的需要。通风的作用:(1)提供氧气,以促进微生物的发酵过程(2)通过供气量

19、的控制,调节最适合的温度(3)在维持最适温度的条件下,加大通风量可以去除水分从理论上讲,堆肥过程的需氧量取决于被氧化的碳量,但由于有机物在此过程中分解的不确定性,难以根据垃圾 的含碳量变化精确确定需氧量。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。M第睇堆肥中不同有机物含法的耗氧速率有机物含於,2.产=30%?3.尸工20%)耗氧速率的单父 为 AO?%/min。通风量主要决定于堆肥原料有机物含量、挥发度(),可 降解系数(分解效率)等。常用的通风方式有:自然通风供氧;向肥堆内插入通风管(主要用在人工土法堆肥工艺);利用斗式装载机及各种专用翻推机横翻堆通风;用风机强制通

20、风供氧。后两者是现代化堆肥厂主要采用方式。强制通风控制方式:通风速率恒定的时间控制通风速率变化的时间控制温度反馈控制通风速率变化的时间-温度控制微电脑控制。2和CO2的控制在堆肥实际运行过程中,可根据以下空气量近似估计的方 法来评价堆肥发酵情况最佳排气。2浓度为14%17%排气中。2分压大于14%,则表示空气中氧的消耗不到1/3如排气中。2体积分数降至1。,则表示好氧发酵停止如用排气中CO2体积分数来代替。2体积分数作为监测参 数,则最佳CC2的体积分数应为3%6%2、含水率及其控制微生物需要从周围环境中不断吸收水分以维持其生长代 谢活动,微生物体内水及流动状态水是进行生化反应的介质,微生物只

21、能摄取溶解性养料,水分是否适量直接影响堆肥发 酵速度和腐熟程度,所以含水率是好氧堆肥化的关键因素之 一。下图是垃圾含水率与细菌生长和氧摄人量的关系曲线,其中微生物的生长和对氧的要求均在含水率为5060%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。G d 3,与 q)、l信底线io卜,一 2 083 O 6 a氧吸收37y培养io*箱io,香工O6O含水量(%)含水率与需氧量和细菌生长的关系通常,生活垃圾的含水率均低于此值,可添加 粪便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-Wm)式中:M一调节剂与垃圾的重量(湿重)比

22、;Wm、Wc、Wb分别为混合原料含水率、垃圾含水率、调节剂含水率。3、仓内温度及其控制在堆肥过程中,随着物料中微生物活动的加剧,微生物分解有机物所释放出来的热量大于堆肥的热 耗时,堆肥温度上升。因此,升温直接反映了微生 物活动的剧烈程度。温度决定着微生物活性大小和堆肥化进程快慢,同样 是好氧堆肥化重要工艺技术参数之一。温度太低,不仅不 利于有机质氧化分解和微生物新陈代谢,而且也达不到热 灭活(即高温杀灭虫卵、病原菌和寄生虫等)的无害化要 求,故一般采用好氧高温堆肥。但是,当温度超过70时,堆肥中的放线菌等有益细菌(存活于植物根部周围使植物 茁壮成长)将被杀灭,抱子量不活动状态,分解速度减慢。故

23、堆肥化适宜温度为55-60 o垃圾堆肥温度与Ch生成速率关系曲线4、有机质含量堆肥化原料中的有机质含量高低对堆层温度和 通风量均有影响,有机物含量过低,不能提供足够 的热能,影响嗜热菌生长,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。适宜的 有机质含量为20-80%。5、颗粒度颗粒度影响堆层空隙率和透气性。物料颗粒的 平均适宜粒度为12-60mm,并随垃圾物性变化而变 化,纸类(含纸板)的破碎粒度为3.8-5.0cm,材质 较硬者的粒度要求小一些(0.5-1.0cm),厨房食品 垃圾为主的废物破碎尺寸可大一些,以免破碎成浆 状影响透

24、气性。6、碳氮比(C/N)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26:135:1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 二 CYN,+N?式中:K一混合原料的碳氮比,通常取最佳范围值,配合后为35:1;C1、C2、N1、N2分别为有机原料和添加物料的碳、氮含量7、碳磷比碳和氮对营养微生物的繁殖是必要的。此外,磷也是非常必要的元素,磷的含量对

25、发酵起很大的 影响。有时在垃圾发酵时,添加污泥的原因之一就 是污泥含有丰富的磷。堆肥适宜的C/P为75150。8、pH值pH值是一项能对细菌环境做出估价的参数。在 堆肥的生物降解和发酵过程中,堆层pH值随时间和 温度变化而变化,pH值是揭示堆肥化分解过程的一 个极好标志。最初阶段由于有机酸产生,pH值回降 低到4.55;随后,随着有机酸被逐渐分解,pH值 逐渐上升至U8左右,一般认为pH=7.58.5时堆肥 化效率最局。七、堆肥腐熟度及其质量标准*定义:指堆肥中有机质因氧化分解而稳定化程度称作堆肥腐 熟度。基本含义:堆肥产品达到稳定化,无害化程度,即对环境不产生不良 影响;堆肥产品使用不影响农

26、作物的生长和土壤的耕作能力。堆肥腐熟度的检测方法1、直观经验法:温度下降至接近常温外观呈茶褐色或者暗灰色:无恶臭而有土壤的霉味,不吸引蚊蝇:呈疏松团粒结构堆肥腐熟度的检测方法2、淀粉测试法最终堆肥成品中,淀粉应全部消失。测 定原理是根据淀粉遇碘变蓝,如果碘液检测 出现黄色,表明堆肥已稳定,如果呈蓝色,表明堆肥未腐熟。但当堆肥原料淀粉含量很低时,不能采 用此方法判断是否腐熟。堆肥腐熟度的检测方法3、耗氧速率法耗氧速率标志着堆肥反应的进行程度。堆肥腐熟时,耗氧速率很低。认为当耗氧速 率降为0.020.1ZO2mol/miri时,堆肥已腐 熟。耗氧速率一般采用测氧仪测定。八、堆肥肥效与利用 1、垃圾

27、堆肥肥效垃圾堆肥产品中含有丰富的有机质、氮、磷等养分,所以不仅可用于改善土壤,作为 土壤的改良剂,而且可作为有机肥用于粮食、蔬菜、花卉、林木等方面的生产。垃圾堆肥主要通过三个方面来改善土壤。改善土壤结构增加土壤养分。提高土壤生物活性有机垃圾堆肥肥效影响因素。微生物:微生物通过直接和间接作用(加固氮、解磷、解钾和根际促生 作用)影响到有机肥的肥效。有机物质:C/N比、有机物中的硫代氨基酸等。养分:不同有机肥的组成,其养分含量和有效性不同,如含动物性废渣、禽粪等的有机肥,其肥效高于含畜粪、秸秆高的肥效。*钙:含钙量高的有机肥比含钙量低的有机肥具有更强的抗病作用,进而 肥效较高。*有机肥的腐熟度:未

28、完全腐熟的有机肥对土壤微生物的影响大,特别是 对微生物量、区系、密度、拮抗菌等影响大,进而导致肥效降低。2、堆肥产品的精制有机无机复合肥、营养基质、生物菌肥第四节有机固体废物厌氧发酵技术 一、基本概念二、原料来源三、厌氧发酵原理四、厌氧发酵工艺五、厌氧发酵设备六、厌氧发酵过程技术参数及控制七、沼气与沼渣的综合利用、基本概念 固体废物厌氧消化在人工控制厌氧条件下,利用厌氧微生 物将废物中可降解有机质分解转化成甲烷、二氧化碳和其它稳定物质的生物化学处理过 程。八原料来源堆肥原料都可以作厌氧发酵原料三、厌氧发酵原理1、总生化反应式有机物+H10+营养物 厌氧微生物细胞物质+“4+。02+母/3+/2

29、+/25+抗性有机物+热量2、理论方程(4 一 b 2c+3d、CaHbOcNd+-HiOI 4 J(4+。一 2c+3d A _-CH 4+(4 一。+2c+3d 1C0z+dNH388773、厌氧发酵过程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类群起作 用。液化阶段起作用的细菌称为发酵细菌,包括纤 维素分解菌,脂肪分解菌,蛋白质水解菌。产酸阶 段起作用的细菌是醋酸分解菌。这两个阶段起作用 的细菌统称为不产甲烷菌。产甲烷阶段起作用的细 菌是甲烷细菌。液化阶段碳水化合物 有机质:蛋白质发酵性细菌糖类 氨基酸产氢产乙酸细葭,:挥发酚醇类中性化合物玲,8?等产

30、甲烷细菌ch4i h2,N?,COj,脂肪脂肪酸甘油CO,H2s 等产酸阶段产甲烷阶段厌氧发酵三阶段在液化阶段,发酵细菌利用胞外酶对有机物进行体 外酶解,使固体物质变成可溶于水的物质,然后,细 菌再吸收可溶于水的物质,并将其酵解成为不同产物。在产酸阶段,产氢、产醋酸细菌把前一阶段产生 的一些中间产物丙酸、丁酸、乳酸,长链脂肪酸、醇 类等进一步分解成醋酸和氢。在产甲烷阶段,甲烷菌利用H2/CO2醋酸以及甲 醇、甲酸、甲胺等c1类化合物为基质,将其转化成 甲烷。其中,H2/CO2和醋酸是主要基质。一般认为,甲烷的形成主要来自出还原C02和醋酸的分解。根 据对中间产物转化成甲烷的过程所作的研究发现醋

31、 酸是厌氧发酵中最重要的中间产物。不产甲烷菌:指厌氧消化过程中不直接参与甲烷生成反应 的微生物统称,包括水解性细菌和产酸细菌等。其作用是:八 为产甲烷菌提供养分;为产甲烷菌创造适宜的氧化还原条件;为产甲烷菌消除部分有毒物质;和产甲烷菌一起,共同维持发酵的pH值。产甲烷菌:隶属于原核生物。其主要生态特征有:严格厌氧,对氧和氧化剂非常敏感;宜于中性偏碱性环境条件下繁殖;菌体倍增时间长,4-5天才系列增殖1代;只能利用少数简单化合物作营养,但却都能利用分 子氢作代谢能量;代谢最终产物是Cd和CO?。四、厌氧发酵工艺主要包括原料预处理,接种物的选择和 富集,沼气发酵装置形状的选择、启动和日 常运行管理

32、,副产品沼渣和沼液的处置等技 术措施。1、传统沼气发酵工艺类型。按温度分类高温发酵:发酵温度维持在50C60之间。其特点是微生 物特别活跃,有机物分解消化快,产气率高【一般在2m3/(m3料液0)以上】,滞留时间短。主要适用于处理温度较 高的有机废物。对于有特殊要求的有机物,例如杀灭人粪中 寄生虫卵和病菌,可采用该工艺。中温发酵:发酵温度维持在3035之间。此 发酵工艺有机物消化速度较快,产气率较高【一般 在1m3/(m3料液d)以上】,在实际中应用较多。常温发酵:指在自然温度下进行沼气发酵。该工 艺的发酵温度不受人为控制,基本上是随气温变化 而不断变化,通常夏季产率较高,冬季产期率较低。这种

33、工艺的优点是沼气池结构相对简单,造价较低。一般固体废物处理很少采用常温厌氧发酵。按发酵级数分类单级发酵:混合发酵只有一个沼气池,其沼气发酵 过程只在一个发酵池内进行。设备简单,但条件控 制较困难。两级和多级发酵:原料先在第一个发酵池滞留一定 时间进行分解、产气,然后料液从第一个发酵池进 入第二个或其余的发酵池继续发酵产气。该发酵工 艺滞留时间长,有机物分解彻底,但投资较高。按投料运转方式分类连续发酵半连续发酵批量发酵两步发酵2、现代大型工业化沼气发酵工艺流程主要特点:(1)能大量消纳有机物,适用于城市垃圾和污水处 理厂污泥的处理和处置(2)发酵周期比较短(3)产生的沼气量大、质量高、用途广泛。

34、(4)整个系统在运行过程中不会产生二次污染,不 会对周围的环境造成危害(5)整个系统的运行完全是自动化管理五、厌氧发酵设备厌氧发酵装置:厌氧发酵池,亦称厌氧消化器立式圆形水压式沼气池常用的发酵池V立式圆形浮罩式沼气池长方形(或方形)发酵池I现代大型工业化沼气发酵设备加料管 发酵间(贮气部分)出料间液面水压式沼气池工作原理示意图申3 j a27多用于我国农村大多采用地下埋设和水压式贮气发酵间为圆形,两侧带有进出料口 容积:6m3、8m3、10*12m3等 优点:池顶有活动盖板,便于检修。结构简单,造价低,施工方便。缺点:气压不稳定,池温低、原料 利用率低(仅1020%)、产气率低(平均0.1 0

35、.155/(m3d)浮罩进料口出料间号气管进料管出料联通管发酵间隔墙(a)顶浮罩式浮罩式沼气池示意图进料口活动盖进料管输气管卡具发酵间排气管/出料间/N7N/炬乩那华/TOW出料联通管 导向柱水池(b)侧浮罩式长方形发酵池自(a)欧美型(b)古典型(c)蛋型0欧洲平底型常用的大型发酵罐结构类型六、厌氧发酵过程技术参数及控制1、厌氧条件:确保厌氧消化系统厌氧条件对于固体 废物厌氧消化处理来说,至关重要;2、温度:在35-38。或50-65C范围内为佳;3、pH值:最佳pH值范围是7-8;4、营养素或养分:C/N=15-30:1、C/P=150:1、N/NH3适宜;5、搅拌:一般情况下需要安装搅拌

36、设备;6、添加剂与毒害物:添加剂有硫酸锌、磷矿粉、钢 渣、碳酸钙、炉灰等;但超过发酵菌耐受度即成为 毒害物;7、生物固体停留时间与负荷。影响甲烷形成的因子.:.A TPA TP是生物体能代谢的重要因子。研究表明,在甲烷菌 和甲烷八叠球菌中,已检测过的全部反应系统都需要A TP,才能由各种甲烷供体形成甲烷。*辅酶M辅酶F420。其他载体:维生素凡2及其衍生物参与了甲烷形成中的甲烷 转移七、沼气与沼渣的综合利用、沼气的利用据研究,沼气的发热量为37660kJ/m3,当含有 CO2时,其发热量为2092025100kJ/m3。平均 1kg有机物的纯沼气量为200300L,而1000m3的 沼气发热量

37、相当于600m3的天然气。沼气的利用沼气作生活燃料沼气作运输工具的动力燃料:沼气用来发电沼气作化工原料沼气孵化禽类。沼气用于蔬菜种植,增产效果显著。用沼气贮粮防虫.、沼液与沼渣的利用,在厌氧条件下,有机物经过沼气发酵后,除碳、氢组成沼气外,其他有利于农作物的元素氮、磷、钾几乎没有损失。这种发酵余物是一种优质的有机 肥,通常称为沼气肥。其中,沼液称为沼气水肥,沼渣称为沼气渣肥。1、沼液利用沼液是一种速效肥料,适于菜田或有灌溉条件 的旱田作追肥使用。长期施用可促进土壤团粒结构I 的形成,使突然疏松,增强土壤保肥保水能力,改)善土壤理化性状,使土壤有机质、全氮、全磷及有I 效磷等养分均有不同程度的提

38、高,因此对农作物有 明显的增肥效果。每亩用量约为10001500kg。2、沼渣利用沼渣含有较全面的养分和丰富的有机物,是一 种缓速并具有改良土壤功效的优质肥料。连年使用 渣肥,土壤中有机质与氮磷含量比未施渣肥的土壤 均有所增加,而土壤密度下降,孔隙度增加,土壤 的理化性状得到改善,保水保肥能力增强。第五节蚯蚓处理有机固体废物基本原理:蚯蚓在垃圾处理中的作用 处理工艺流程。主要影响因素。处理垃圾后产生的蚓粪和蚯蚓的主要用途 工程实例基本原理利用蚯蚓和微生物共同处理废物的过程,构成 了以蚯蚓为主导的蚯蚓-微生物处理系统。一方面,蚯蚓直接吞食废物,经消化后形成蚓粪颗粒,蚓粪 颗粒是微生物生长的理想基质;另一方面,经微生 物分解的有机物是蚯蚓的优质食物。二者相互依存,促进有机废物分解。二、蚯蚓在垃圾处理中的作用1、蚯蚓通过沙囊和消化道,研磨和破碎有机物2、垃圾中的有机物经消化道作用后,以颗粒状排出,利于与其他物质分离3、蚯蚓的活动可改善垃圾中的水气循环4、蚯蚓自身通过同化和异化作用使有机物降解,并 释放出N、P、K等营养元素5、可对垃圾处理过程及其产品进行毒理监察三、处理工艺流程有机碎块塑料橡胶

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