污泥好氧发酵过程
- 格式:doc
- 大小:84.00 KB
- 文档页数:7
一、好氧生物处理的基本生物过程所谓“好氧”:是指这类生物必须在有分子态氧气(O2)的存在下,才能进行正常的生理生化反应,主要包括大部分微生物、动物以及我们人类;所谓“厌氧”:是能在无分子态氧存在的条件下,能进行正常的生理生化反应的生物,如厌氧细菌、酵母菌等。
好氧生物处理过程的生化反应方程式:①分解反应(又称氧化反应、异化代谢、分解代谢)异氧微生物CHONS + O2 CO2 + H2O + NH3 + SO42- +⋯+能量(有机物的组成元素)②合成反应(也称合成代谢、同化作用)C、H、O、N、S+ 能量C5H7NO2③内源呼吸(也称细胞物质的自身氧化)微生物C5H7NO2 + O2CO2+ H2O + NH3 + SO42- +⋯+能量在正常情况下,各类微生物细胞物质的成分是相对稳定的,一般可用下列实验式来表示:细菌:C5H7NO2;真菌:C16H17NO6;藻类:C5H8NO2;原生动物:C7H14NO3分解与合成的相互关系:1)二者不可分,而是相互依赖的;a、分解过程为合成提供能量和前物,而合成则给分解提供物质基础;b、分解过程是一个产能过程,合成过程则是一个耗能过程。
2)对有机物的去除,二者都有重要贡献;3)合成量的大小,对后续污泥的处理有直接影响(污泥的处理费用一般可以占整个城市污水处理厂的40~50%)。
不同形式的有机物被生物降解的历程也不同:一方面:结构简单、小分子、可溶性物质,直接进入细胞壁;结构复杂、大分子、胶体状或颗粒状的物质,则首先被微生物吸附,随后在胞外酶的作用下被水解液化成小分子有机物,再进入细胞内。
另一方面:有机物的化学结构不同,其降解过程也会不同,如:糖类;脂类;蛋白质二、影响好氧生物处理的主要因素①溶解氧(DO):约1~2mg/l;②水温:是重要因素之一,在一定范围内,随着温度的升高,生化反应的速率加快,增殖速率也加快;细胞的组成物如蛋白质、核酸等对温度很敏感,温度突升或降并超过一定限度时,会有不可逆的破坏;最适宜温度15~30︒C;>40︒C或< 10︒C后,会有不利影响。
畜禽粪便智能立体好氧发酵工艺介绍一、工艺描述:福航智能高温好氧发酵设备是专业处理畜禽粪便、生活污泥等有机废弃物的智能一体化成套设备。
工艺原理是利用微生物的活性,对废弃物中的有机质进行生物分解、腐熟,使有机废弃物转化成有机肥原料,用于土壤改良、园林绿化,最终实现有机废物的资源化利用。
二、工艺流程三、发酵原理有机废物本身就含有大量的细菌和真菌。
当温度、水分、氧量等条件合适时,这些微生物大量繁殖,并分解污泥中有机物。
污泥的高温好氧发酵过程实际上就是污泥中的微生物发酵的过程。
不溶性大分子有机物则先附着在微生物外,由微生物所分泌的胞外酶分解为可溶性小分子物质,再送入微生物细胞内被利用。
堆体基质的形态复杂,只有分解为简单形态才能为微生物利用。
例如:蛋白质的分解过程是:蛋白质--胨--肽--氨基酸--氨化物--细菌原生质及氮气或氨气碳水化合物的分解过程是:碳水化合物--单糖--有机酸--二氧化碳与细菌原生质。
通过微生物的生命活动合成及分解过程。
把一部分被吸收的有机质氧化成简单的无机物。
并提供生命活动所需要的能量,把另一部分有机物转化合成新的细胞物质,使微生物增殖。
当分解速度缓慢下降,释放的热量逐渐减少时,堆温也逐渐下降。
四、高温阶段是立体好氧发酵处理的关键(1)有机物发酵离不开高温。
只有在高温阶段,堆体内才能开始形成腐殖质的过程,并开始出现能溶于弱碱的黑色物质。
(2)高温有利于杀死病原微生物。
病原微生物的失活取决于温度和接触时间,一般来说,堆体温度50~60℃维持6~7天,可以达到较好的杀灭虫卵和病原菌的效果。
(3)高温阶段堆体内的优势微生物随着温度变化。
在50℃左右,主要是嗜热真菌和放线菌;温度升高到60℃时,真菌活动几乎完全停止,仅有嗜热放线菌继续活动;当温度升高到70℃时,堆体内的绝大部分微生物大量死亡或进入休眠状态。
因此,既要设法保持堆体的高温,又要预防温度升得太高。
好氧发酵腐熟的过程,关键是水分、通气性、温度。
污泥消化原理简介污泥消化原理简介通常指废水处理中所产生污泥的厌氧生物处理。
即污泥中的有机物在无氧条件下,被细菌降解为以甲烷为主的污泥气和稳定的污泥,下面为大家带来污泥消化原理简介,快来看看吧。
剩余污泥含有大量的有机物和病原菌,如果直接排放到自然界中,有机物将会受到微生物的作用而发臭,对环境造成严重危害,且病原体将直接或间接接触人体造成危害。
因此,污泥在脱水前通常要进行稳定处理,稳定污泥的常用方法是消化法,消化有好氧消化和厌氧消化。
1.污泥好氧消化⑴污泥好氧消化实际是活性污泥法的继续,在消化过程中,有机污泥经氧化可以转化成二氧化碳、氨以及氢等气体产物。
⑵好氧消化分类好氧消化过程分为普通好氧消化和自热高温好氧消化两类。
⑶好氧消化池构造上一般包括好氧消化室、泥液分离室、消化污泥排除管和曝气系统。
好氧消化法的操作较灵活,可以间歇运行操作,也可连续运行。
⑷好氧消化的优缺点优点:污泥中可生物降解有机物的降解程度高;清液BOD浓度低,消化污泥量少,无臭、稳定、易脱水,处置方便;消化污泥的肥分高,易被植物吸收;好氧消化池运行管理方便简单,构筑物基建费用低等。
因此,特别适合于中小污水处理厂的污泥处理。
缺点:运行能耗多,运行费用高;不能回收沼气;因好氧消化不加热,所以污泥有机物分解程度随温度波动大;消化后的污泥进行重力浓缩时,上清液SS浓度高等。
2.污泥厌氧消化厌氧消化是指污泥在无氧的条件下,由兼性菌及专性厌氧细菌将污泥中可生物降解的有机物分解为二氧化碳和甲烷气,使污泥得到稳定。
⑴原理污泥厌氧消化的过程极其复杂,可概括为三个阶段:第一阶段是在水解与发酵细菌作用下,使碳水化合物、蛋白质及脂肪水解与发酵转化成单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油、二氧化碳及氢等。
第二阶段是在产氢产酸菌的作用下,把第一阶段的产物转化成氢、二氧化碳和乙酸,参与的微生物是产氢产乙酸菌以及同型乙酸菌。
第三阶段是通过两组生理上不同的产甲烷菌的作用,一组把氢和二氧化碳转化成甲烷,另一组对乙酸脱羧产生甲烷,参与的微生物是甲烷菌,属于绝对的厌氧菌,主要代谢产物是甲烷。
城镇污水处理厂污泥好氧发酵工艺设计与运行管理指南(征求意见稿)中国计划出版社二〇年前言根据中国工程建设标准化协会〔2018〕建标协字第15号文《关于印发2018年第一批协会标准制订、修订计划的通知》,制订本指南。
污泥好氧发酵作为城镇污水处理厂污泥处理的主流技术之一,可实现污泥的稳定化、无害化和资源化利用,其工艺相对简单,运行维护要求较低,也是目前国际上最常用的污泥处理方法之一。
《城镇污水处理厂污泥处理处置污染防治最佳可行技术指南》(试行)(HJ-BAT-002)将污泥好氧发酵作为污泥处理处置污染防治最佳可行技术之一。
《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策》(试行)(建城〔2009〕23号)提出,污泥以园林绿化、农业利用为处置方式时,鼓励采用高温好氧发酵的污泥处理方式。
近年来,我国很多城市都进行了污水处理厂污泥好氧发酵的工程实践,工程规模也由小型向大中型发展,同时在臭气控制、自动控制、设备集成等方面进行了诸多技术研发和储备,实现了污泥好氧发酵成套设备国产化工程应用。
国内已发布的标准包括中国工程建设协会标准《城镇污水处理厂污泥好氧发酵技术规程》(T/CECS 536-2018)、行业标准《城镇污水处理厂污泥处理技术规程》(CJJ 131-2009)、《污泥堆肥翻堆曝气发酵仓》(JB/T 11245-2012)等,规定了污泥好氧发酵在设计、施工、运行和管理方面的核心技术要求。
本指南旨在进一步深化对污泥好氧发酵技术原理和工艺过程的理解,协同已发布的技术规程,指导和规范我国污泥好氧发酵的工艺设计和运行管理。
本指南编制过程中,梳理、借鉴了国内外相关技术文件,调查、研究了国内典型工程案例,总结、吸纳了国内外理论和实践认知。
本指南的主要内容包括:总则、术语和定义、污泥好氧发酵工艺、污泥好氧发酵设计、污泥好氧发酵运行维护、好氧发酵产物特性及利用。
本指南由中国工程建设标准化协会城市给水排水专业委员会归口管理,由上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司负责技术解释。
利用城市污泥无害化处置生产有机肥、微生物有机肥、腐殖酸有机肥、有机—无机肥可行性报告一概述1、城市污泥与环境污泥是城市污水的沉淀物,含有大量的有机物质和养分,其养分含量高于一般的泥肥,其中的氮以有机氮为主,磷的有效性也较高,有些也含钾和一些微量元素。
施用于土壤中既可以改良土壤,又可以为农作物生长提供各种养分。
如合理施用以污泥为原料生产的各类有机肥,既可提高土壤中的有机质含量和腐殖化程度,改善土壤物理性状,又可培养增强土壤肥力,增加农作物产量和品质,其效果优于一般猪牛粪等有机质。
目前许多地方还没有如何就污泥无害化处置和资源化利用结合起来,只采取简单的填埋或焚烧,特别是有些地方采取随便地异地倾倒,不仅造成土地的占用和减少,还产生二恶英气体造成环境的破坏和二次污染以及资源的浪费。
随着城市的发展和城乡一体化的推进,城市人口迅猛增加,城市生活污水污泥由此不断增多。
如何就污水污泥的减量化处理处置,资源化利用和无害化变废为宝,综合利用增加经济效益,避免更严重的二次污染巳成为目前世界上环境科学研究领域中的重要课题。
2、肥料与农业农业在国民经济中具有举足轻重的作用,历来中央和各级政府对农业都相当重视,使我国的农业生产自解放以来,特别是改革开放以来发生了翻天覆地的变化。
但随着城乡经济的发展,工业和城乡一体化,城市人口增加和土地的大量减少,粮食.人口.土地.环境的矛盾越来越突出。
为了实现农业和国民经济的可持续发展,在农业生产上推广良种良法.平衡施肥.测土施肥.资源节约.循环利用.保护环境越来越重要,而平衡施肥中有机+无机是关键。
肥料工业在农业生产中起着举足轻重的作用,可以说粮食要增产离不开肥料,肥料是粮食中的“粮食”,肥料在解决耕地、人口、城乡建设、工农业国民经济中发挥着不可替代的作用。
3、资源利用:为了解决人口、粮食、土地的矛盾,解决人们对物质生活的需要,在农业生产上就必须推行“良种良法”,而“良种良法”中的核心和保障就是肥料。
污泥好氧发酵工艺1 原理与作用1.1 污泥好氧发酵及其优缺点污泥好氧发酵通常是指高温好氧发酵,是通过好氧微生物的生物代谢作用,使污泥中有机物转化成稳定的腐殖质,从而实现污泥稳定化、无害化和资源化的一种处理工艺。
污泥好氧发酵具有以下优点:代谢过程中产生热量,堆体温度可升高至55C以上,有效杀灭病原菌、寄生虫卵和杂草种籽,提高好氧发酵产品的安全性;好氧发酵处理后,污泥有机物含量降低,有机养分形态有利于植物吸收;形成高质量、可销售的最终产品,无臭味,公众接受度高;好氧发酵工艺对于设备和操作的要求较简单,投资和运行成本相对较低。
污泥好氧发酵也存在一些缺点:好氧发酵过程需要较大的场地,如果可用土地不多或者土地价钱很高就会影响好氧发酵工艺的应用,对于高度城市化地区这一问题更为突出;辅料一般需要另外购买,提高了好氧发酵工艺的运行成本;好氧发酵过程需要臭气控制,操作环境较差。
1.2 污泥好氧发酵原理污泥好氧发酵原理是在有游离氧存在的条件下,利用堆料中好氧微生物的代谢作用对污泥进行生物降解和生物合成。
参与反应的三种主要微生物菌属包括细菌属、放线菌属和真菌属,大部分有机物的分解是由细菌完成的。
好氧发酵过程中,溶解性有机质透过微生物的细胞壁和细胞膜而被微生物所吸收;固体和胶体有机质先附着在微生物体外,由微生物所分泌的胞外酶分解为溶解性物质,再渗入细胞。
微生物通过氧化、还原、合成等过程,一部分被吸收的有机质氧化成简单的无机物,并释放出微生物生长活动所需要的能量;另一部分有机质转化为生物体所必需的营养物质,合成新的细胞物质,用于微生物的生长繁殖。
污泥好氧发酵过程中物质转化如图 3.1-1所示。
图3.1-1好氧发酵原理图好氧发酵过程大致可分为以下三个阶段:(1) 中温阶段。
好氧发酵过程初期,堆体基本呈15C ~45C 中温状态,嗜温 微生物较活跃,并利用糖类和淀粉类等较易利用的有机质进行旺盛的代谢活动。
(2) 高温阶段。
当堆体温度升至45C 以上时进入高温阶段,在这一阶段, 嗜温微生物受到抑制甚至死亡,取而代之的是嗜热微生物。
131智能环保NO.01 2020智能城市 INTELLIGENT CITY 污泥好氧堆肥技术及其应用李 敏(水电水利规划设计总院环境保护部,北京 100120)摘 要:文章在简单介绍污泥好氧堆肥技术原理的基础上,探讨了污泥好氧堆肥技术各因素对好氧堆肥过程的影响,分析了评价污泥好氧堆肥腐熟度的物理、化学、生物及卫生学指标;详细地对污泥好氧堆肥的相关技术以及对应的应用过程中的优势与劣势进行了分析。
关键词:污泥堆肥;工艺参数;腐熟度;臭味控制;产品出路1 污泥好氧堆肥技术1.1 概况我国每年污水污泥的产生量非常庞大,这些污泥当中含大量的有毒有害物质,如细菌、寄生虫等。
如果这些污泥不及时处理而随意堆放,不仅会占据大量的土地资源,且容易对环境造成二次污染。
污泥中含有大量植物生长所需要的氮、磷、钾等元素,且污泥中的有机腐殖质是土壤的改良剂,将污泥应用到园林绿化中具有较好的发展前景。
污泥堆肥可降低污泥恶臭程度、有效杀死病原体、改善污泥性质,还可以降解污泥中多种有毒有害物质。
1.2 技术原理 在空气流通的情况下,污泥好氧堆肥这项技术能够在微生物的作用下对有机废弃物进行化学降解,同时能够使有机物转化成为稳定的腐殖质[1]。
在此过程中,再将外加剂按照一定的比例加入其中 。
加入的外加剂可以分成两种,一种是调理剂,另一种是膨胀剂。
调理剂主要是稻壳、秸秆等腐熟以后形成的堆肥产物,使得堆体的含水率得到有效降低;膨胀剂主要是加入了玉米芯、锯末等物质,从而能够使堆体的孔隙率进一步增加,促使堆体内的气体和外界空气顺利交换。
污泥好氧堆肥的整个过程主要有4个步骤,分别为升温、消毒杀菌、降温以及腐熟。
堆肥初期,外加剂添加的量要采用合理的比例以及需要足够的通风量,这些条件缺一不可,为微生物的繁殖提供了适宜的生存条件。
微生物在这个过程中频繁活动,分解有机物,使反应器的温度大幅度上升,温度超过55 ℃后,能够有效抑制堆体内的微生物的活动频率,此时嗜热菌开始活动。
污泥处理技术三:好氧发酵1. 原理与作用好氧发酵通常是指高温好氧发酵,是通过好氧微生物的生物代谢作用,使污泥中有机物转化成稳定的腐殖质的过程。
代谢过程中产生热量,可使堆料层温度升高至55℃以上,可有效杀灭病原菌、寄生虫卵和杂草种籽,并使水分蒸发,实现污泥稳定化、无害化、减量化。
2. 应用原则污泥好氧发酵处理工艺既可作为土地利用的前处理手段,又可作为降低污泥含水率,提高污泥热值的预处理手段。
污泥好氧发酵厂的选址应符合当地城镇建设总体规划和环境保护规划的规定;与周边人群聚居区的卫生防护距离应符合环评要求。
污泥好氧发酵工艺使用的填充料可因地制宜,利用当地的废料(如秸杆、木屑、锯末、枯枝等)或发酵后的熟料,达到综合利用和处理的目的。
3. 好氧发酵工艺与设备3.1. 一般工艺流程好氧发酵工艺过程主要由预处理、进料、一次发酵、二次发酵、发酵产物加工及存贮等工序组成,如图1所示。
污泥发酵反应系统是整个工艺的核心。
图1污泥好氧发酵工艺流程3.2. 好氧发酵的工艺类型发酵反应系统是污泥好氧发酵工艺的核心。
工艺流程选择时,可根据工艺类型、物料运行方式、供氧方式的适用条件,进行合理的选择使用,灵活搭配构成各种不同的工艺流程。
1)工艺类型工艺类型分一步发酵工艺和二步发酵工艺。
一步发酵优点是工艺设备及操作简单,省去部分进出料设备,动力消耗较少;缺点是发酵仓造价略高,水分散发、发酵均匀性稍差。
二步发酵工艺优点是一次发酵仓数少,二次发酵加强翻堆效应,使堆料发酵更加均匀,水分散发较好;缺点是额外增加出料和进料设备。
2)物料运行方式按物料在发酵过程中运行方式分为静态发酵,动态发酵,间歇动态发酵。
静态发酵设备简单、动力消耗省。
动态发酵物料不断翻滚,发酵均匀,水分蒸发好,但能耗较大。
间歇动态发酵较均匀,动力消耗介于静态发酵与动态发酵之间。
3)发酵堆体结构形式发酵堆体结构形式主要分为条垛式和发酵池式。
条垛式堆体高度一般1~2m,宽度一般3~5 m。
污泥发酵堆肥的方法污泥堆肥是在好氧条件下,利用好氧的嗜温菌、嗜热菌的作用,将污泥中有机物分解,并杀灭传染病菌、寄生虫卵和病毒,提高污泥肥分,产生的肥料可以用于园艺和农业目的,是一种无害化、减容化、稳定化的综合处理技术。
实际上,所有含碳的可生物降解的物质在适宜的环境条件下均可作为堆肥材料。
这种环境就是具有适宜微生物生长和再生的条件:合适的湿度、好氧环境、微生物群落生长和再生时有町利用的碳源和氮源,平衡的营养物质和能量供应。
污泥堆肥设备生产工艺如下:1、从污水处理厂或牛粪等粪便发酵沼气后沼渣污泥经过压滤水分后进入污泥堆肥成套设备配料部分入料仓;2、污泥原料配料还有粉碎后的秸秆、木屑粉,除臭粉按不同比例分别加入污泥堆肥成套设备配料部分入料仓;3、配好的料进入总皮带上进入双轴强制搅拌机中连续搅拌,混料均匀;4、配好的物料经过皮带机输送到滚筒发酵机中进行前期发酵;5、发酵好物料通过皮带机输送到翻斗车中运到发酵池中进行二次发酵。
6、二次发酵采用污泥发酵翻抛机,这种翻抛机解决传通污泥好氧发酵通曝气方法曝气孔堵住效果基本没有的情况,污泥发酵翻抛机在翻抛过程中同时能给污泥补充氧气。
特点:A:发酵时间比传统发酵快3-5天;B:发酵过程中能自身补充氧气;C:工艺布局合理,先进;D:该工艺国内首创。
7、二次发酵好物料通过铲车装到翻斗车里运到污泥筛分机入料皮带机入口里;8、输送到筛分机里的物料通过筛分机把合格物料筛分出来输送到翻斗车里拉到园林施肥;9、输送到筛分机里的物料通过筛分机把不合格物料筛分出来输送到翻斗车里返回到发酵池中继续发酵。
通过生活垃圾分选设备把生活垃圾分选出塑料;有机质土;鞋袜、针棉质品,胶鞋,筷子等可燃物垃圾;石头,瓦块等无机物垃圾;啤酒瓶子盖等铁质物质;其中塑料,铁类可直接卖掉,其它物质不处理就可填埋,但填埋量大大减少,每天通过生活垃圾处理设备把城市生活垃圾分选后只有20%到30%的不可利用物需要填埋,大大减少了圾填埋占地面积大、占用时间长、污染地下水、污染土壤、污染大气的问题。
好氧堆肥工艺的原理及过程控制参数工艺原理好氧堆肥是在有氧条件下,好氧细菌对废物进行吸收、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,同时释放出可供微生物生长活动所需的能量,而另一部分有机物则被合成新的细胞质,使微生物不断生长繁忙殖,产生出更多的生物体的过程。
在有机物生化降解的同时,伴有热量产生,因堆肥工艺中该热能不会全部散发到环境中,就必然造成堆肥物料的温度升高,这样就会使一些不耐高温的微生物死亡,耐高温的细菌快速繁殖。
生态动力学表明,好氧分解中发挥主要作用的是菌体硕大、性能活泼的嗜热细菌群。
该菌群在大量氧分子存在下将有机物氧化分解,同时释放出大量的能量。
据此好氧堆肥过程应伴随着两次升温,将其分成三个阶段:起始阶段、高温阶段和熟化阶段。
起始阶段:不耐高温的细菌分解有机物中易降解的碳水化合物、脂肪等,同时放出热量使温度上升,温度可达15~4 0℃。
高温阶段:耐高温细菌迅速繁殖,在有氧条件下,大部分较难降解的蛋白质、纤维等继续被氧化分解,同时放出大量热能,使温度上升至60~70℃。
当有机物基本降解完,嗜热菌因缺乏养料而停止生长,产热随之停止。
堆肥的温度逐渐下降,当温度稳定在40℃,堆肥基本达到稳定,形成腐植质。
熟化阶段:冷却后的堆肥,一些新的微生物借助残余有机物(包括死后的细菌残体)而生长,将堆肥过程最终完成。
好氧堆肥的控制参数机械化好氧堆肥过程的关键,就是如何选择和控制堆肥条件,促使微生物降解的过程能快速顺利进行,一般来说好氧堆肥要求控制的参数有:供氧量对于好氧堆肥而言,氧气是微生物赖以生存的物质条件,供氧不足会造成大量微生物死亡,使分解速度减慢;但供冷空气量过大又会使温度降低,尤其不利于耐高温菌的氧化分解过程,因此供氧量要适当,一般为0.1~0.2m3/m3.min ,供氧方式是靠强制通风,因此保持物料间一定的空隙率很重要,物料颗粒太大使空隙率减小,颗粒太小其结构强度小,一旦受压会发生倾塌压缩而导致实际空隙减小。
100t/d污泥好氧堆肥处理方案北京机电院高技术股份有限公司2013.081.项目简介本项目污泥处理量为100t/d(含水率60%)。
采用好氧堆肥工艺对污泥进行处理,形成62t/d(含水率40%)有机肥产品,可用于园林绿化。
2.工艺流程说明污泥好氧堆肥工艺流程见图2-1。
100t/d脱水污泥由装载机送入发酵槽中,经过21天翻抛机翻倒和曝气系统曝气,使得物料充分发酵,含水率降低到40%以下。
熟料在发酵槽尾部由皮带机运出。
3.方案设计3.1总平面布置本项目占地面积约为4000m2。
主要包括污泥储存车间、好氧堆肥车间、风机房、除臭系统及产品包装车间等。
3.2工艺设计3.2.1堆肥系统设计①发酵槽根据发酵周期,并考虑配合翻抛机的使用来设计发酵槽。
进入发酵槽的物料量为100t/d,设计发酵周期为21d,则发酵槽至少需要21个,考虑1个发酵槽进行周转,则发酵槽的数量为22个。
②发酵槽的进出料设计本项目选择整体进出料工艺。
进料时,通过装载机一次性将发酵槽装满料;出料时,一次性将发酵槽中的物料全部搬运出来。
在发酵周期的前期不翻抛,只进行鼓风供氧,以满足无害化的持续高温要求;在发酵周期的后期,适当翻抛,以满足堆肥均匀性的要求。
③发酵槽的供氧考虑到翻抛供氧容易造成堆体温度呈锯齿形变化,不利于堆肥高温的持续,影响堆肥的无害化,因此采用前期风机强制供氧、后期风机强制供氧加翻抛供氧的两阶段供氧方式。
设计每个发酵槽的最大设计供气量为60m3/min。
④物料的输送进厂污泥进入料仓后,通过螺旋输送和装载机将污泥运送至发酵槽中,发酵后的产品经过皮带输送机输送至产品包装车间。
3.2.2除臭系统设计当堆体供氧不足或碳氮比不合适时,堆肥过程可能会产生氨气、硫化氢、硫醇、胺类等臭味气体,本项目选择生物除臭法。
3.2.3土建设计发酵槽墙体采用钢筋混凝土结构,地板采用素砼结构形式。
4.主要设备表5.投资估算6.运行成本计算运行成本(不含折旧),基本数据如表6-1:表6-1运行成本估算表(单位:万元)6.1能源动力费计算(1)电费总装机功率约300Kw,以工业用电单价1.2元/Kwh计,每年电费合52.56万元。
2015 年秋季学期研究生课程考核(读书报告、研究报告)考核科目:污泥好氧发酵过程复合控制技术学生所在院(系):市政环境工程学院学生所在学科:市政工程学生姓名:邢佳学号:15B927001学生类别:博士研究生考核结果阅卷人第 1 页(共7 页)固体废物堆肥过程中的安全控制问题及对策摘要:有机固体废弃物的处理长期以来一直受到重视,由于其含有大量的重金属及内在物质(玻璃、塑料、金属等),不能直接利用,而新鲜的有机质如果施人土壤,在被土壤微生物分解的同时,会生成一些对植物正常生长有抑制作用的中间代谢产物。
因此有机固体废弃物的堆肥化处理得到普遍采用,但是堆肥后的产物性质是否稳定。
以及是否达此,堆肥安全性一直是阻碍堆肥应用的关键问题。
本文就堆肥安全性控制做出如下概括说明。
关键词:固体废物;堆肥;安全控制;腐熟度;重金属1.堆肥的原理1.1堆肥的基本原理堆肥化(composting)是在微生物作用下通过高温发酵使有机物矿质化、腐殖化和无害化而变成腐熟肥料的过程,在微生物分解有机物的过程中,不但生成大量可被植物吸收利用的有效态氮、磷、钾化合物,而且又合成新的高分子有机物———腐殖质,它是构成土壤肥力的重要活性物质。
在堆肥过程中,生活垃圾中的溶解性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜而被微生物所吸收,固体的和胶体的有机物先附着在微生物体外,由生物所分泌的胞外酶分解为溶解性物质,再渗入细胞。
微生物通过自身的生命代谢活动,进行分解代谢(氧化还原过程)和合成代谢(生物合成过程)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的能量,把另一部分有机物转化合成新的细胞物质,使微生物生长繁殖,产生更多的生物体。
可以用图1.1简要的说明这种过程:图1.1 有机物的好氧堆肥分解下列方程式反映了堆肥中有机物的氧化和合成[1,2,3](1)有机物的氧化不含氮的有机物(CxHyOz)CxHyOz+(x+1/2y-1/2z)O2=xCO2+1/2yH2O+能量含氮有机物(CsHtNuOv﹒aH2O)CsHtNuOv﹒aH2O+bO2=CwHxNyOz﹒cH2O(堆肥)+dH2O(气)+cH2O(水)1.2堆肥的微生物变化过程城市生活垃圾堆肥的过程是一个生物化学反应的过程,不论是好氧堆肥,还是厌氧堆肥,起主导作用的有机物质分解成为肥料、二氧化碳、水及氨气等,并释放能量。
适宜于高温好氧堆肥的微生物种类很多,主要有细菌、真菌和放线菌,有时还有酵母和原虫参加。
这些微生物来自混入垃圾的土壤、食品废物或其它有机废弃物。
城市生活垃圾中一般细菌数量在1014-1016个/千克,其中,总大肠菌和粪性大肠菌分别占10%和1%。
[1]好氧堆肥化从废物堆积到腐熟的微生物生化过程比较复杂,但大致可分为以下三个阶段.(1)中温阶段(亦称产热阶段)堆肥初期,堆肥基本呈中温,嗜温性细菌较为活跃,并利用堆肥中可溶性有机物旺盛繁殖。
它们在转化和利用化学能的过程中,有一部分变成热能,由于堆料有良好的保温作用,温度不断上升。
此阶段微生物以中温、需氧型为主,通常是一些无芽孢细菌。
适合于中温阶段的微生物种类极多,其中最主要的是细菌。
细菌特别适应水溶性单糖类,放线菌和真菌对于分解纤维素和半纤维素具有特殊功能。
(2) 高温阶段当堆肥温度上升到45℃以上时,即进入堆肥过程的第二阶段——高温阶段。
此时,嗜温性微生物受到抑制甚至死亡,取而代之的是一系列嗜热性微生物(真菌、放线菌等)。
堆肥中残留的和新形成的可溶性有机物继续分解转化,复杂的和一些难分解的有机化合物如半纤维素、纤维素、蛋白质等也开始被逐渐分解,腐殖质开始形成,堆肥物质进入稳定状态。
高温阶段,各种嗜热性微生物的类群和种类是相互接替的,一般在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在活动;温度上升到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,除一些孢子外,所有的病原微生物都会在几小时内死亡,其它种子也被破坏。
与细菌的生长繁殖规律一样,根据微生物的活性,可将其在高温阶段的生长过程分为三个时期:①对数增长期:这一时期,嗜热性微生物处于对数增长期,营养过剩,其活性增长速度与有机物浓度无关,仅与温度及供氧量有关。
②减速增长期:在易分解和部分较难分解有机物不断消耗和新细胞不断合成后,堆肥中有机物含量急剧下降,直至有机物不再过剩,且成为微生物进一步生长的限制因素,嗜热性微生物便从对数增长期过度到减速增长期。
此时,微生物增长速度将直接与剩下的营养物浓度成正比。
③内源呼吸期:此时继续通入空气,微生物仍不断地进行代谢活动,但因堆肥中易分解和部分较易分解有机物几乎耗尽,微生物的代谢进入内源呼吸期,虽然在有机物充足时内源呼吸也存在,但细胞的合成远大于消耗,故其表现不明显,而在内源呼吸期则不然,因为此时微生物已不能从其周围环境中获得足够的能量以维持其生命,于是开始显著地代谢自身细胞内的营养物质,随后,微生物在维持其生命中逐渐死亡,细胞内部分酶开始分解细胞壁某些部分,营养物质便离开细胞本体向外扩散,以提供给活着的微生物较多营养,此时,细胞的生长虽没有完全停止,但被细胞的分解率所超越,致使微生物数量减少,由于此时能量水平低,耗氧减少,故通气量亦可减少。
在高温阶段微生物活性经历了三个时期变化后,堆积层内就开始发展与有机质分解相互对立的另一过程,即腐殖质的形成过程,堆肥物质逐步进入稳定状态。
(3) 腐熟阶段经过高温阶段,在内源呼吸后期,堆肥中有机物基本降解完,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,嗜热微生物由于缺乏适当的营养物质而停止生长,即其生物活性下降,发热量减少。
堆肥温度会由于散热而逐渐下降,堆肥过程进入第三阶段——腐熟阶段。
在此阶段,中温微生物又开始活跃起来,重新成为优势菌种,对残余较难分解的有机物作进一步分解,腐殖质不断增多,且稳定化。
当温度下降并稳定在40℃左右时,堆肥基本达到稳定。
堆肥进入腐熟阶段,降温后,需氧量大大减少,含水量也降低,物料孔隙率增大,氧扩散能力强,此时只需自然通风。
2.污泥堆肥土地利用所面临的安全性问题污泥堆肥古有一定量的重金属和盐分,施人土壤后,将引起土壤重金属和盐分含量增加,直接危害植物生长或成为潜在的威胁。
土壤中累积过多的重金属.重金属进入食物链或地下水.还能造成新的环境问题。
污泥中重金属主要有铜、锌、铅、铬、镉、镶、汞及砷(危害性上归为重金属)等。
由于污泥的来源和产生的时间不同,重金属含量变化很大。
根据美国科学院资料,美国东部6个州150个污水厂污泥重金属含量差异极大.相差最大的汞含量相差21200倍,其它重金属含量差异也有78至4130倍之多。
为减少重金属可能带来的危害,建议采用以下措施:(1)加入适量的调理剂和膨胀剂,降低枵泥堆肥中的重金属含量;(2)污泥堆肥中加入改良剂(如石灰等),降低重金属的迁移性及生物有效性;(3)选择种植对重金属不敏感的植物;(4)重金属含量过高的污泥堆肥应禁止农田特别是蔬菜地使用.以防止重金属进入食物链.这类污泥应选择用于林地和园林绿化;(5)避免连续大量使用重金属含量高的污泥堆肥,造成土壤中重金属积累。
为确保农用污泥使用的安全性,一些国家制定农用污泥重金属含量限制标准,不同国家标准差异很大(表1)。
表1 一些国家农用污泥重金属含量标准(mg/kg)国家Gu Zn Pb Cd Ni Cr As Hg Mo 中国1500 1000 1000 20 200 1000 15110 430 310 46 200 1330 35 99 美国(20t/hm2a)美国(非农地)3300 8600 1600 380 990 3100 36 30 230 芬兰3000 5000 1200 30 500 1000 25瑞典3000 300 15 500 1000 8日本 5 50 2欧盟1500 3000 1000 40 4003.堆肥安全控制指标3.1腐熟度3.1.1腐熟度的意义腐熟度指标(maturity indices)是国际上公认的衡量堆肥反应进行程度的一个概念性参数,即判定堆肥过程已经完成的标准是腐熟度[4]。
腐熟度作为衡量堆肥产品的质量指标早就被提出。
堆肥产品腐熟的基本含义包括:①通过微生物的作用,堆肥的产品要达到稳定化、无害化及不对环境产生不良影响;②堆肥产品的使用不影响作物的生长和土壤的耕作能力。
由此看出,腐熟度是对固体废物堆肥安全控制的重要指标判断堆肥腐熟度的指标一般可分为三类:物理学指标、化学指标和生物学指标。
物理学指标易于检测,常用于描述堆肥过程所处的状态;化学指标得到了广泛研究和应用;堆肥化是微生物对有机物的分解过程,可采用生物学指标进行评价。
此外还有光谱分析法等。
3.1.2腐熟度的检测指标3.1.2.1物理学指标包括温度,气味,色度,残余浊度,光学特征,热重分析等参数。
但是物理学指标难于定量表征堆肥过程中堆料成分的变化,也就不易定量说明堆肥的腐熟程度。
Sela等[5]用城市垃圾进行堆肥试验,将不同腐熟度的堆肥按比例与某些结构上有缺陷的土壤混合,在温度30℃下好氧培养一段时间,分析堆肥对土壤结构的影响以评价堆肥的腐熟度。
结果发现,堆肥时间为7~14 天的堆肥产物在改进土壤残余浊度和水电导率方面具有最适宜的影响。
同时混合物中多糖的成分也达最高。
但该研究只是初步的试验,需与植物毒性试验和化学指标结合进行综合研究。
Rajbanshi 等[6]以树叶为原料进行堆肥试验,发现堆肥的丙酮萃取物在665nm的吸光度随堆肥的时间呈下降趋势。
对不同时间堆肥的水萃取物在波长280nm、465nm和665nm的光学性质研究表明,由于个别有机成分的少量存在,抑制了对短波280nm、465nm的吸收,而对波长665nm的可见光影响较小。
通过检测堆肥在E665 nm(E665 nm表示堆肥萃取物在波长665 nm 的吸光度)的变化可反映堆肥腐熟度,腐熟堆肥E665 应小于0.008。
3.1.2.2化学指标常通过分析堆肥过程中堆料的化学成分或性质的变化来评价堆肥腐熟度。
如有机质或全碳,易降解有机质,碳氮比,PH等。
在堆肥过程中,最易降解的有机质可能被微生物用作能源而最终消失,所以一些研究者认为它们是最有用的参数[7]。
淀粉和可溶性糖:堆肥原料中一般含有3类碳水化合物,即:糖、淀粉和纤维素。
在堆肥过程中,糖首先消失,接着是淀粉,最后才是纤维素。
淀粉和可溶性糖是堆肥原料中典型的易降解有机质,易被微生物利用[8]。
Poincelot[9]试验显示,垃圾的糖和淀粉含量分别为5%及2%~8%,经过5~7周的可完全降解。
3.1.2.3生物学学指标堆料中微生物的活性变化及对植物生长的影响常用以评价堆肥腐熟度,这些指标主要有呼吸作用、生物活性及种子发芽率。