有机固体废物的生物处理_....

第五章有机固体废物的堆肥与发酵(生物处理)第5章有机固体废物的堆肥与发酵主要内容5.1概述5.2好（耗）氧堆肥与厌氧发酵原理5.3简易沤肥技术5.4有机废物的堆肥工艺与控制5.5好（耗）堆肥设备5.6堆肥肥效和利用5.7厌氧发酵设备与工艺5.8沼气与沼渣的综合利用第5章有机固体废物的堆肥与发酵定义与生物处理分类堆肥化(composting):是在控制条件下，利用自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，使可被生物降解的有机物转化为稳定的腐殖质的生物学过程。(促进来源于生物的有机废物发生生物稳定作用)堆肥化的产物——堆肥(compost)：一种深褐色、质地疏松、有泥土气味的物质，类似于腐殖质土壤，故也称为“腐殖土”，是一种具有一定肥效的土壤改良剂和调节剂。堆肥化的分类①温度:中温堆肥和高温堆肥②技术:露天堆肥和机械密封堆肥。特点：人工控制条件下进行；原料是固体废物中可降解的有机成分；实质是生物化学过程；堆肥产品对环境无害第5章有机固体废物的堆肥与发酵——堆肥微生物生理学定义：在没有外加氧化剂的条件下，被分解的有机物作为还原剂被氧化，而另一部分有机物作为氧化剂被还原的生物学过程。现代工业定义：利用微生物生产菌体、酶或各种代谢产物的过程(厌氧条件或有氧条件下发生)都称为发酵(或消化)环境污染治理角度：以废水或固体废物中的有机污染物为营养源，创造有利于微生物生长繁殖的良好环境，利用微生物的异化分解和同化合成的生理功能，使得这些有机污染物转化为无机物质和自身的细胞物质，从而达到消除污染、净化环境的目的。沼气生产技术的角度：在厌氧条件下，利用厌氧微生物(特别是产甲烷细菌)新陈代谢的生理功能，将有机物转化成沼气的整个工艺生产过程。——发酵定义与生物处理分类第5章有机固体废物的堆肥与发酵是指固体废物中的有机成分在厌氧条件下，利用厌氧微生物新陈代谢的功能，转化为无机物质和自身的细胞物质，从而达到消除污染、净化环境的目的。德国Kaiserslautern填埋场动态堆肥处理线德国Kaiserslautern填埋场发酵仓定义与生物处理分类5第5章有机固体废物的堆肥与发酵——有机固体废物厌氧发酵好（耗）氧堆肥与厌氧发酵的原料好氧堆肥与厌氧发酵的原料均为可通过生物化学过程降解转化的有机固体废物①城市垃圾:需经分选回收②畜禽粪便:有臭味，需进行除臭处理③污泥:工业废水处理污泥一般含有较高的重金属，要注意限制含重金属工业废水的排放，并从配方、添加剂、农艺措施等方面采取相应对策④农林废物:是进行堆肥和沼气发酵的理想材料⑤泔脚和食品废物:良好的堆肥和厌氧发酵用原料第5章有机固体废物的堆肥与发酵主要内容5.1概述5.2好（耗）氧堆肥与厌氧发酵原理5.3简易沤肥技术5.4有机废物的堆肥工艺与控制5.5好（耗）堆肥设备5.6堆肥肥效和利用5.7厌氧发酵设备与工艺5.8沼气与沼渣的综合利用第5章有机固体废物的堆肥与发酵5.2好（耗）氧堆肥与厌氧发酵原理好（耗）氧堆肥基本原理①好（耗）氧堆肥原理②好（耗）氧堆肥过程温度变化③好（耗）氧堆肥微生物④影响堆肥的因素⑤堆肥的腐熟度及其判断厌氧发酵原理第5章有机固体废物的堆肥与发酵好（耗）氧堆肥基本原理好（耗）氧堆肥是好氧微生物在与空气充分接触的条件下，使有机固体废物发生一系列放热反应，最终将其转化为简单、稳定的腐殖质的过程。通常好氧堆肥堆温高，一般在55-60℃，极限温度可达80-90℃，所以好氧堆肥也称为高温堆肥。第5章有机固体废物的堆肥与发酵0.3-0.5有机物的氧化分解有机物的合成堆肥中发挥作用的微生物主要为细菌和放线菌，其次还有真菌和原生动物等①来自有机垃圾固有的微生物种群（一般城市垃圾中的细菌数量在1014～1016个/kg）②来自人工加入的特殊菌种10第5章有机固体废物的堆肥与发酵好（耗）氧堆肥过程温度变化1.潜伏阶段微生物适应、驯化过程2.中温阶段也称产热阶段，堆肥初期，嗜温性微生物较为活跃。主要分解基质;糖类、淀粉类物质。堆体基本处于15～450C范围内的中温。3.高温阶段堆温升至450C以上，此阶段，嗜温性微生物受到抑制甚至死亡，嗜热性微生物成为主体。堆肥中较为复杂的有机物，如半纤维素、纤维素和蛋白质开始被快速分解4.腐熟阶段此时微生物的活性下降，发热量减少，温度下降。嗜温性微生物重占优势，对残余较难分解的有机物做进一步分解，腐殖质增多且稳定化，堆肥进入腐熟阶段。剩下的部分物质主要为难降解有机物和新形成的腐殖质。第5章有机固体废物的堆肥与发酵C/N比、C/P比C主要提供微生物活动所需能源和组成微生物细胞的物质，N、P则是构成蛋白质、核酸、氨基酸，酶等细胞生长所需物质的重要元素。堆肥过程理想的C／N比在30:1左右,一般认为，有机垃圾作为堆肥原料时，最佳C／N比在(26～35)：1。C／N比高，将导致N的不足，影响微生物的增长，使堆肥温度下降，有机物分解代谢减慢；C／N比低，N将过剩，并以氨气的形式释放，发出难闻的气味。C/P比一般为75-150：1，可用污泥调节。影响好氧堆肥的因素——化学因素O2是堆肥的基本保证，合适的氧浓度为18％，一旦低于8％，将制约好氧堆肥中微生物生命活动。——通风营养平衡微生物的新陈代谢必须保证足够的P、K和微量元素，磷是磷酸和细胞核的重要组成元素．也是生物能ATP的重要组成成分，一般堆肥料的C/P=（75-150）：1。pH值微生物的降解活动需要微酸性或中性的环境条件。第5章有机固体废物的堆肥与发酵温度：堆肥的最佳温度在50一60℃颗粒尺寸：降低颗粒物尺寸，增加表面积，将促进微生物的活动并加快堆肥速度；而颗粒太细，又会阻碍堆层中空气的流动，将减少堆层中可利用的氧气量，反过来又会减缓微生物活动的速度。一般地说，适宜的粒径范围是12-60mm含水率：堆肥原料的最佳含水率通常是在50％一60%，含水率太低将影响微生物的生命活动，太高也会降低堆肥化速度，导致厌氧分解并产生臭气以及营养物质的沥出。影响好氧堆肥的因素——物理因素影响好氧堆肥的因素——生物因素建立人工种群——堆肥发酵母液。堆肥化效果供氧量含水率温度和有机物含量颗粒度C/N和C/PpH第5章有机固体废物的堆肥与发酵腐熟度的基本含义是：(1)通过微生物的作用，堆肥的产品要达到稳定化、无害化，对环境无不良影响；(2)所产生的堆肥产品在使用期间，不能影响作物的生长和土壤的耕作能力。堆肥的腐熟度及其判断••化学指标pH/COD/BOD/碳氮比/氮化物/腐殖酸/碘液法工艺指标温度/耗氧速率400mg/(kg·h)堆肥腐熟度评价指标••物理学指标气味/粒度/色度生物学指标呼吸作用/生物活性/发芽指数第5章有机固体废物的堆肥与发酵适应新环境嗜温性细菌、酵母菌、放线菌分解最易分解的可溶性物质，淀粉、糖类增多，温度↗45℃嗜热性微生物、细菌；残留可溶性物质，纤维素、半纤维素、蛋白质，温度↗45~70℃嗜温性微生物、多为难分解物质，温度↘小结好（耗）氧堆肥过程15第5章有机固体废物的堆肥与发酵5.2耗氧堆肥与厌氧发酵原理好（耗）氧堆肥原理①好（耗）氧堆肥原理②好（耗）氧堆肥过程温度变化③好（耗）氧堆肥微生物④影响堆肥的因素⑤堆肥的腐熟度及其判断厌氧发酵原理第5章有机固体废物的堆肥与发酵厌氧发酵原理厌氧发酵原理厌氧发酵过程微生物群落甲烷的形成量的计算厌氧发酵的热力学厌氧发酵的动力学第5章有机固体废物的堆肥与发酵厌氧发酵原理第1阶段:不溶性大分子有机物经过水解而溶入水中，使颗粒状的各种可见物变成均质的溶液。此阶段起作用的为水解发酵细菌；第2阶段:接连发生两次产酸过程，使溶液酸度增加,pH下降。此阶段起作用的为产乙酸细菌；第3阶段:有机物中的碳最终以CH4和CO2等气态产物的形式释放到空气中。此阶段起作用的为甲烷菌。厌氧发酵分为酸发酵和甲烷发酵第5章有机固体废物的堆肥与发酵厌氧发酵过程微生物群落第5章有机固体废物的堆肥与发酵2020/1/2920影响发酵细菌功能的环境条件1、厌氧条件产酸、产气均需在厌氧条件下进行2、发酵细菌的营养及营养物比例C/N/P=（30-20）：1：0.23、温度因素常温发酵(自然发酵)中温发酵(28-38℃)高温发酵(48-60℃)4、pH值水解过程与发酵菌及产氢产乙酸菌对pH值的适应范围大致为5-6.5，而甲烷菌对pH值的适应范围为6.5-7.5。5、添加物、抑制物调节C/N比，避免重金属等有害物质6、接种物保证细菌量和种群7、搅拌防止局部酸积累和气阻第5章有机固体废物的堆肥与发酵甲烷的形成量的计算有机物厌氧分解的总反应:稳定的厌氧发酵产生的沼气其甲烷含量在55%-65%之间理论产甲烷量理论产CO2量第5章有机固体废物的堆肥与发酵主要内容5.1概述5.2耗氧堆肥与厌氧发酵原理5.3简易沤肥技术5.4有机废物的堆肥工艺与控制5.5耗氧堆肥设备5.6堆肥肥效和利用5.7厌氧发酵设备与工艺5.8沼气与沼渣的综合利用第5章有机固体废物的堆肥与发酵5.3简易沤肥技术定义简易沤肥技术是指将人粪尿、不能食用的菜叶、动物粪便、杂草、秸秆、废物垃圾等有机废物混合堆积、糊泥密封，在自然条件下利用微生物的发酵作用，使堆料中的有机物腐熟，达到土壤可接受的稳定程度，成为一种含氮丰富的腐殖质。这一过程基本不进行或者很少进行人为控制。这种简单的不使用机械设备的堆肥方法又称为简易堆肥，堆制出的产品称为沤肥。特点①简易沤肥技术一般介于好氧堆肥与厌氧发酵之间(没有强制通风装置)。②初期为好氧，主要是利用需氧性微生物的活动，快速分解有机物，并产生大量的热能使堆内的温度不断上升，一般可达到50～70℃，并可维持一定时间，从而将堆料的病菌、蠕虫卵、蝇蛆等杀死，达到无害化的目的；③随着有机垃圾降解的进行，逐步转为厌氧性微生物为主要微生物来降解有机物，在这一阶段，一般分解较缓慢，产生的热量少。第5章有机固体废物的堆肥与发酵简易沤肥方法①污水坑沤肥法②平地沤肥法③半坑式沤肥法简易沤肥的影响因素原料有机成分的含量微生物量含水率pH值空气供给封泥：保温、保肥、防蝇和减臭味第5章有机固体废物的堆肥与发酵简易沤肥的无害化处理(1)加生石灰法每担粪(约50kg)加生石灰0.5kg，搅匀后，2-3d便可达到无害化。但粪肥应在加生石灰3-5d后就施用，否则，会因加碱引起氨挥发，导致肥效降低。(2)加农药处理法每100kg粪便加“敌百虫”或“西维因”粉剂0.5kg，经混匀后，便可杀灭90%的钩虫卵和大部分蛔虫卵。(3)加尿素法每100kg粪便加1kg尿素，经2-4d后，就能杀灭大部分虫卵。这种肥施用时，要先兑水。稀释后再用，稀释比例一般按尿素与水之比为1：100为宜，否则浓度太大易损害农作物或园林植物。25第5章有机固体废物的堆肥与发酵主要内容5.1概述5.2好（耗）氧堆肥与厌氧发酵原理5.3简易沤肥技术5.4有机废物的堆肥工艺与控制5.5好（耗）氧堆肥设备5.6堆肥肥效和利用5.7厌氧发酵设备与工艺5.8沼气与沼渣的综合利用第5章有机固体废物的堆肥与发酵5.4有机废物的堆肥工艺与控制好（耗）氧堆肥的基本工艺典型耗氧堆肥工艺好（耗）氧堆肥过程控制第5章有机固体废物的堆肥与发酵好（耗）氧堆肥的基本工艺加入堆肥底料的物料(无机物或有机物)，主要目的是减小底料容重，增加底料空隙，从而有利于通风加入堆肥底料的一种有机物，用于增加可生化降解有机物的含量，从而增加混合物能量5.4有机废物的堆肥工艺与控制第5章有机固体废物的堆肥与发酵分选、破碎、筛分、混合、养分及水分调节通过破碎、分选和筛分可去除粗大垃圾和不能堆肥的物质，合适比表面积、合适的粒度(12-60mm)调节含水率和C/N比添加一些菌种和酶制剂好（耗）氧堆肥的基本工艺前处理第5章有机固体废物的堆肥与发酵主发酵(一次发酵)通常将堆体温度升高到开始降低为止的阶段称为主发酵期，城市有机固体废物的好氧堆肥主发酵期约为4～12d。主发酵可在露天或发酵装置内进行，通过翻堆或强制通风向堆积层或发酵装置内堆肥物料供给氧气。好（耗）氧堆肥的基本工艺30第5章有