第五章固体废物的生物处理
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宁平《固体废物处理与处置》配套题库 课后习题(第五章 固体废物的生物处理)【圣才出品】
第五章固体废物的生物处理1．简述固体废物堆肥化的定义，并分析固体废物堆肥化的意义和作用。
答：（1）固体废物堆肥化的定义堆肥化是指在人工控制的条件下，依靠自然界中广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的微生物学过程。
堆肥化的产物称为堆肥，即人工腐殖质。
（2）固体废物堆肥化的意义和作用①对固体废物进行处理消纳，实现稳定化、减量化、无害化；②促进固体废物的适用组分重新纳入自然循环；③将大量有机固体废物转化为有用物质和能源，实现固体废物的资源化。
2．分析好氧堆肥的基本原理，好氧堆肥化的微生物生化过程是什么?答：（1）好氧堆肥的基本原理好氧堆肥是好氧微生物在与空气充分接触的条件下，使堆肥原料中的有机物发生一系列放热分解反应，最终使有机物转化为简单而稳定的腐殖质的过程。
在堆肥过程中，微生物通过同化和异化作用，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合成新的细胞物质，供微生物生长繁殖，好氧堆肥基本原理如图5-1所示。
图5-1 好氧堆肥基本原理示意图（2）好氧堆肥化的微生物生化过程①潜伏阶段（又称驯化阶段）指堆肥化开始时微生物适应新环境的过程，即驯化过程。
②中温阶段（又称产热阶段）在此阶段，嗜温性细菌、酵母菌和放线菌等嗜温性微生物利用堆肥中最容易分解的可溶性物质，如淀粉、糖类等而迅速增殖，并释放热量，使堆肥温度不断升高。
当堆肥温度升到45℃以上时，即进入高温阶段。
③高温阶段在此阶段，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，真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热性放线菌与细菌活动；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。
④腐熟阶段当高温持续一段时间后，易分解的有机物（包括纤维素等）已大部分分解，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。
第五章固体废物的生物处理
2、含水率 水分作用：溶解有机物，参与微生物新陈代谢；调节 温度。适宜的含水率为50～60%。 3、温度和有机物含量 温度:50～65℃之间，高温有利于杀菌。 有机物含量影响堆肥温度与通风供氧要求。适宜的有机 物含量20％～80％。 4、颗粒度：影响供风通氧；堆肥前需通过破碎、分选 等去除不可堆肥化物质，使物料粒度达到均匀化。 5、C/N和N/P比 碳为微生物生命活动提供动力和能源，氮主要用于合 成微生物体，也是反应速率的重要因素； C/N为（26～35）:1;C/P为（75～150）：1。
固体 废物 有机固 体废物 主发酵 后发酵 后处理 贮藏 出售 机械发 酵池 风机
0.75 ④ 含 水 率 0.75 0.58 100% 56.39%
前处理
无机物
图5-3 好氧堆肥工艺流程
1.前处理 包括破碎、分选、筛分、混合及养分、水分的调节等。 2.主发酵（一次发酵，4～12d） 在露天或发酵装置内进行，通过翻堆或强制通风供氧 。 堆肥过程中温度升高到开始降低的阶段称为主发酵期。 3.后发酵（二次发酵，20～30d ） 将主发酵中尚未分解有机物进一步分解，得到腐熟的堆 肥制品。通常采用条堆或静态堆肥的方式。 4.后处理：去除杂质，或按需要加入N、P和K等添加剂。 5.脱臭：去除堆肥化过程中产生的臭气。 化学除臭剂；碱水或水溶液过滤；生物除臭法；吸附法。 6.贮存
可溶性有机物在产氢产乙酸 菌作用下进一步分解。
图5-4 有机物的厌氧发酵过程
对有机废水，产甲烷阶段是厌氧消化的控制步骤。对有 机物污泥、垃圾等废物，水解阶段是消化的控制步骤。
2、两段理论 分为酸性发酵阶段和碱性发酵阶段，相应起作用的微生 物分为产酸细菌和产甲烷细菌。 二、厌氧消化影响因素 1、厌氧条件 用氧化还原电位（Eh）表示，Eh<-330mV。 2、原料配比 C/N比（20～30）：1。 磷（以磷酸盐计）一般为有机物的1/1000。 3、温度 中温发酵（35～38℃）和高温发酵（50～65℃）。 高温有利于杀菌。
第五章_固体废物的处理与资源化
易燃性、反应性、腐蚀性、传染性，因而可能对人类的生存环 境产生危害的废物。 （4）农业废物
农业生产（秸秆）、畜禽饲养（粪便）、农副产品加工以及 农村居民生活所产生的废物。
8
分类
矿业 废物
表4－1－1 固体废物的分类、来源和主要组成物 来源
主要组成物
矿山、选冶
废矿石、尾矿、金属、废木砖瓦、石灰等
冶金、交通、机械金属结构 金属、矿渣、砂石、模型、陶瓷、边角料、涂料、管道绝热材料、粘接剂、废木、
39
3 半封闭型填埋场
介于自然衰减型和全封闭型之间，顶部封闭系统
一般要求不高，底部一般设置单密封系统和渗滤 液收排系统，大气降水仍会部分进入填埋场，渗 滤液也可能会部分渗漏进入下包气带和地下含水 层，但大部分被收集排出。
处置城市生活垃圾的卫生填埋场一般属自然衰减
型或半封闭型填埋场
40
5、固体废物资源化
(1)资源化的含义 “资源化”，即废物的再循环利用，回收能源
和资源。 固体废物资源化：采取各种措施从固体废物中回 收有利用价值的物质和能源的过程。
随着工业发展速度的增长和生活水平的提高，固 体废物的数量以惊人的速度不断上升。在这种情况下， 如果能大规模地建立资源回收系统，必将减少原材料 的采用，减少废物的排放量、运输量和处理量。
4、固体废物的最终处置
海洋处置：包括深海投弃和海上焚烧 陆地处置：包括土地耕作、永久贮存或贮留地贮存、 土地填埋、深井灌注、深地层处置
36
第二节 固体废物的处理与处置
4、固体废物的最终处置——土地填埋
① 土地填埋处置的分类 ② 填埋场的基本构造
37
填埋场的构造
1 自然衰减型填埋场：
允许渗滤液由填埋场底部渗透，利用下部包气带
农业生产（秸秆）、畜禽饲养（粪便）、农副产品加工以及 农村居民生活所产生的废物。
8
分类
矿业 废物
表4－1－1 固体废物的分类、来源和主要组成物 来源
主要组成物
矿山、选冶
废矿石、尾矿、金属、废木砖瓦、石灰等
冶金、交通、机械金属结构 金属、矿渣、砂石、模型、陶瓷、边角料、涂料、管道绝热材料、粘接剂、废木、
39
3 半封闭型填埋场
介于自然衰减型和全封闭型之间，顶部封闭系统
一般要求不高，底部一般设置单密封系统和渗滤 液收排系统，大气降水仍会部分进入填埋场，渗 滤液也可能会部分渗漏进入下包气带和地下含水 层，但大部分被收集排出。
处置城市生活垃圾的卫生填埋场一般属自然衰减
型或半封闭型填埋场
40
5、固体废物资源化
(1)资源化的含义 “资源化”，即废物的再循环利用，回收能源
和资源。 固体废物资源化：采取各种措施从固体废物中回 收有利用价值的物质和能源的过程。
随着工业发展速度的增长和生活水平的提高，固 体废物的数量以惊人的速度不断上升。在这种情况下， 如果能大规模地建立资源回收系统，必将减少原材料 的采用，减少废物的排放量、运输量和处理量。
4、固体废物的最终处置
海洋处置：包括深海投弃和海上焚烧 陆地处置：包括土地耕作、永久贮存或贮留地贮存、 土地填埋、深井灌注、深地层处置
36
第二节 固体废物的处理与处置
4、固体废物的最终处置——土地填埋
① 土地填埋处置的分类 ② 填埋场的基本构造
37
填埋场的构造
1 自然衰减型填埋场：
允许渗滤液由填埋场底部渗透，利用下部包气带
第五章_固体废物的生物处理
固体废弃物的处理与处置
Treatment & Disposal of Solid Wastes
环境工程系 杨治广 Tel:15093757322 2011、9—2011、12
第五章 固体废物的生物处理
第一节 固体废物的好氧堆肥处理
第二节固体废物的厌氧消化处理
第三节固体废物的微生物浸出
第四节固体废物的其他生物处理技术
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℃
好 氧 堆 肥 过 程
适应新环境 （驯化阶段）
嗜温性微生物、多为难分解物质， 温度↘
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℃（产热阶段）
供氧量由化学式计算
颗粒度2-60mm
翻堆设备
斗式装载机或推土机、垮式
堆 肥 化 设 备
破碎设备 冲击磨、破碎机等 混合设备 搅拌机、装载机等
翻堆机、侧式翻堆机
输送设备 带式、刮板输送机等
分离设备 筛子 应堆肥产品质量高、操
堆肥化设备
作员少、臭味控制有效、 空间限制少、 环境影响小等优 点。垂直、倾斜及水平固体流
有毒有害化学物质的混入，从而使得堆肥化产品作为肥料或土壤改良剂的价
值大大降低，不妥当的处理还可能带来对土壤的污染和对农作物的危害。
堆肥原料：
随着人类生活水平的日益提高，相应产生越来越多的固体废弃物，在这 些固体废弃物中，有相当大一部分是有机废物，特别是农牧渔业及其产品加 工产生的废弃物；生活用品废弃物，如废纸张、废布、废塑料袋等等生活垃 圾；人、畜、禽粪便；污水处理厂产生的有机废物污泥等，含有大量的有机 成分。有机废物进入环境，由于其中夹带大量病菌，会传染疾病；产生含高 浓度有机物的渗滤液，严重污染地下水和地表水；如堆积量过大，会因缺氧 产生大量沼气，聚积而出，遇明火发生爆炸，引起火灾，造成人身伤亡。因 此，如何处理这部分有机废物，加速有机物质的稳定，使有机废物无害化， 是必须解决的环境问题。 生活垃圾、有机污泥、人畜粪便、农林废物。
Treatment & Disposal of Solid Wastes
环境工程系 杨治广 Tel:15093757322 2011、9—2011、12
第五章 固体废物的生物处理
第一节 固体废物的好氧堆肥处理
第二节固体废物的厌氧消化处理
第三节固体废物的微生物浸出
第四节固体废物的其他生物处理技术
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℃
好 氧 堆 肥 过 程
适应新环境 （驯化阶段）
嗜温性微生物、多为难分解物质， 温度↘
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℃（产热阶段）
供氧量由化学式计算
颗粒度2-60mm
翻堆设备
斗式装载机或推土机、垮式
堆 肥 化 设 备
破碎设备 冲击磨、破碎机等 混合设备 搅拌机、装载机等
翻堆机、侧式翻堆机
输送设备 带式、刮板输送机等
分离设备 筛子 应堆肥产品质量高、操
堆肥化设备
作员少、臭味控制有效、 空间限制少、 环境影响小等优 点。垂直、倾斜及水平固体流
有毒有害化学物质的混入，从而使得堆肥化产品作为肥料或土壤改良剂的价
值大大降低，不妥当的处理还可能带来对土壤的污染和对农作物的危害。
堆肥原料：
随着人类生活水平的日益提高，相应产生越来越多的固体废弃物，在这 些固体废弃物中，有相当大一部分是有机废物，特别是农牧渔业及其产品加 工产生的废弃物；生活用品废弃物，如废纸张、废布、废塑料袋等等生活垃 圾；人、畜、禽粪便；污水处理厂产生的有机废物污泥等，含有大量的有机 成分。有机废物进入环境，由于其中夹带大量病菌，会传染疾病；产生含高 浓度有机物的渗滤液，严重污染地下水和地表水；如堆积量过大，会因缺氧 产生大量沼气，聚积而出，遇明火发生爆炸，引起火灾，造成人身伤亡。因 此，如何处理这部分有机废物，加速有机物质的稳定，使有机废物无害化， 是必须解决的环境问题。 生活垃圾、有机污泥、人畜粪便、农林废物。
固体废物处理与资源化-第五章 第二节 厌氧消化
高分子有机物的水解速度很慢，主要受物料的性质、微生 物的浓度、温度和pH等条件的制约。
主要有机物的水解反应：
蛋白质+nH2O→氨基酸＋脂肪酸＋NH3＋CO2＋H2S
C3H5(RCO)3O3H2OC3H5(OH)33RCOOH
(脂肪）
（甘油） （脂肪酸）
2(C6H10O5)nnH2OnC12H22O112nC6H12O6 （碳水化合物）（双糖） （单糖）
70(CH4)+30(C02)
5950
700
67(CH4)+33(C02)
5650
a. 理论产气量的计算
在计算沼气发酵原料的理论产气量时，必须首先分别测定 各种发酵原料中碳水化合物(A)、蛋白质(B)和脂肪(C)的 含量，然后用下式计算出每克发酵原料的CH4和CO2的理论 产量。 CH4产量E（L）＝0.37A+0.49B+1.04C CO2产量D（L）＝0.37A+0.49B+0.36C 式中的A、B、C可在表中查到。
例 ， 以 稻 草 为 原 料 ， 其 A 、 B 、 C 值 分 别 为 ： 0.6026 ， 0.0316，0.0321。则： E=0.37×0.6026+0.49×0.0316+1.04×0.0321=0.2718(L/g) D=0.37×0.6026+0.49×0.0316+0.36×0.0321=0.2500(L/g)
发酵原料料浆的配制计算
将所需的各种发酵原料配制成料浆，可根据料浆中所 要求的总固体百分含量计算出加水量。
MTSXXM W10% 0
式中：MTS一发酵料浆中总固体Wt％； M 一各种原料的总固体Wt％； X一各种原料的重量(kg)； W一需加入的水量(kg)
主要有机物的水解反应：
蛋白质+nH2O→氨基酸＋脂肪酸＋NH3＋CO2＋H2S
C3H5(RCO)3O3H2OC3H5(OH)33RCOOH
(脂肪）
（甘油） （脂肪酸）
2(C6H10O5)nnH2OnC12H22O112nC6H12O6 （碳水化合物）（双糖） （单糖）
70(CH4)+30(C02)
5950
700
67(CH4)+33(C02)
5650
a. 理论产气量的计算
在计算沼气发酵原料的理论产气量时，必须首先分别测定 各种发酵原料中碳水化合物(A)、蛋白质(B)和脂肪(C)的 含量，然后用下式计算出每克发酵原料的CH4和CO2的理论 产量。 CH4产量E（L）＝0.37A+0.49B+1.04C CO2产量D（L）＝0.37A+0.49B+0.36C 式中的A、B、C可在表中查到。
例 ， 以 稻 草 为 原 料 ， 其 A 、 B 、 C 值 分 别 为 ： 0.6026 ， 0.0316，0.0321。则： E=0.37×0.6026+0.49×0.0316+1.04×0.0321=0.2718(L/g) D=0.37×0.6026+0.49×0.0316+0.36×0.0321=0.2500(L/g)
发酵原料料浆的配制计算
将所需的各种发酵原料配制成料浆，可根据料浆中所 要求的总固体百分含量计算出加水量。
MTSXXM W10% 0
式中：MTS一发酵料浆中总固体Wt％； M 一各种原料的总固体Wt％； X一各种原料的重量(kg)； W一需加入的水量(kg)
第五章 固体废物的生物处理 固体废弃物的处理与资源化 教学课件
家畜粪尿 调整水分 调整C/N比
城市垃圾
前
破碎
处
理
分选
去除非堆肥物质的理由
➢ 如不去除，会使发酵仓容积增大； ➢ 传送装置或翻堆搅拌装置可能会被纤维、 绳子
缠卷或被竹、金属等绞入而影响操作； ➢ 非堆肥物质妨碍发酵过程； ➢ 非堆肥物质虽然也可在后处理工序去除，但干
电池等物质里所含的重金属一旦混人堆肥原料， 就不能在后处理时选出，而混到成品堆肥中。
较为多用的除臭装置是堆肥脱臭机经引风机迚入生物除臭器的臭气和有机废气不喷淋而下的循环液在特制滤层填料从内到外互相交融使臭气和有机废气溶解由气相迚入液相微生物菌群通过代谢作用将臭气污染物一部分转换成细胞物质一部分转换为营养物质如含硫的被氧化分解成sso等离子
5-1 固体废物的好氧堆肥处理
5-2 固体废物的厌氧消化处理
• 发酵初期物质的分解发酵作用是靠中温菌 (30-40℃是 为量适宜生长温度)进行的，随着堆温上升，最适宜温度 45-65℃的高温菌取代了中温菌。在此温度下，各种病原 菌均可被杀死 如下表。一般将温度升高到开始降低为止 的阶段称为主发酵阶段，以生活垃圾为主体的城市垃圾及 家畜粪尿好氧堆肥，主发酵期约为3-10d。
• 为了保证成品堆肥中一定的碳氮比(一般为25-35:1)和 在堆肥过程中有理想的分解速度，必须调整好堆肥原料的 碳氮比(生活垃圾碳氮比一般在24:1左右)。一般调整的方 法是加人人粪尿，牲畜粪以及城市污泥等。表2-3所示的 有机废物的氮含量和碳氮比均较低，用来
• 调整堆肥原料的碳氮比能收到较理想的效果。
根据堆肥的温度变化过程，可将其分为三个阶段， 起始阶段，高温阶段和熟化阶段。
起始阶段，嗜温细菌、放线菌、酵母菌和真菌分解 有机物中易降解的葡萄糖、脂肪和碳水化合物，分解 所产生的热量又促使堆肥物料温度继续上升。当温度 升到40一50℃时，则进入堆肥过程的第二阶段— 高 温阶段。
第五章 固体废物的生物处理314
生物处理技 术——堆肥 堆肥
腐熟阶段) （3）降温阶段 腐熟阶段 ）降温阶段(腐熟阶段
嗜温性微生物占优势，腐殖质不断增多且稳定化， 嗜温性微生物占优势，腐殖质不断增多且稳定化， 堆肥进入腐熟阶段，需氧量和含水量降低。 堆肥进入腐熟阶段，需氧量和含水量降低。 堆肥物孔隙增大，氧扩散能力增强，此时只须自 堆肥物孔隙增大，氧扩散能力增强， 然通风，最终使堆肥稳定，完成堆肥过程。 然通风，最终使堆肥稳定，完成堆肥过程。
生物处理技 术——堆肥 堆肥
生物处理技 术——堆肥 堆肥
好氧堆肥原理
堆肥有机物分解过程图
合成 细胞物质 (微生物繁殖) 微生物繁殖) 腐殖物 + 质
1、好氧堆肥过程 、
堆肥有机物 (含C、H、O、N P)， 、S 、P)， 氧，微生物
(同化作用) 同化作用)
供生物合成用
氧化 (异化作用) 异化作用)
3、后发酵（二次发酵） 后发酵（二次发酵） 腐殖酸、氨基酸等较稳定的有机物熟化阶段， 腐殖酸、氨基酸等较稳定的有机物熟化阶段，堆肥过 程的腐熟阶段，发酵时间通常在20 20～ d以上 以上。 程的腐熟阶段，发酵时间通常在20～30 d以上。 4、后处理 分选以去除杂物，并根据需要再破碎。 分选以去除杂物，并根据需要再破碎。 5、脱臭 6、贮存
CO2，H2O， NH3 ，PO42-， SO42-
+ 能量
随水或气 体排入环境
释放能量 转化为热
生物处理技 术——堆肥 堆肥
2、好氧堆肥化反应机理 、
①有机物的氧化
不含氮的有机物（ 不含氮的有机物（CxHyOz） CxHyOz +(x+1/4y-1/2z)O2 →xCO2+1/2yH2O+能量 能量 含氮的有机物(CsHtNuOv•aH2O) 含氮的有机物 CsHtNuOv•aH2O+bO2 →CwHxNyOz•cH2O(堆 堆 肥)+dH2O(气)+eH2O(液)+f CO2+gNH3+能量 气 液 能量
第五章-固体废物生物处理
堆肥过程氧浓度应大于10%，最低不小于5%，若低 于此限，氧成为限制因素，易使堆肥产生恶臭，可确 定需要通风时刻。
例 固体废物好氧反应需氧量的计算。试计算氧化1000kg 有机固体废物的理论需氧量，已知：有机废物化学组成式 为C31H50NO26，反应后的残余物为200kg，残余有机物 的化学组成式为C11H14NO4，堆肥过程表示如下：
解：1、确定树叶和污泥的C、N量： 1kg树叶：干物质= 1*(1-50%)=0.5kg
N=0.5*0.7%=0.0035kg C=0.0035*50=0.175kg
1kg污泥：干物质=1*(1-75%)=0.25kg N=0.25*5.6%=0.014kg C=0.014*6.3=0.0882kg
2、堆肥的增产作用
增加土壤养分 提高农作物产量：10-30%
目前堆肥产品存在的问题
肥效低：混合收集；大量的街道清扫渣土；玻 璃；废电池；小石子，等等。
成本高：大量的前处理：人工分拣、磁选、破 碎、筛分、风力分选，等等；
第三节 固体废物的厌氧消化处理
1、厌氧消化定义
厌氧消化是指在厌氧状态下，利用厌氧微 生物，有控制地使废物中可生物降解的有 机物转化为CH4、CO2和稳定物质的生物化 学过程
好 氧 堆 肥 过 程
适应新 环境
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↘
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℃
三、堆肥化的影响因素及其控制
影
有机物含量
响
因 含水率
素
供氧量
含水率低于30%，分解速度缓慢，当水分低于 12%，微生物停止繁殖； 含水率超过65%，水会充满颗粒间空隙，使空气 含量减少，堆肥由好氧转向厌氧，温度急剧下降， 形成发臭的中间产物。
例 固体废物好氧反应需氧量的计算。试计算氧化1000kg 有机固体废物的理论需氧量，已知：有机废物化学组成式 为C31H50NO26，反应后的残余物为200kg，残余有机物 的化学组成式为C11H14NO4，堆肥过程表示如下：
解：1、确定树叶和污泥的C、N量： 1kg树叶：干物质= 1*(1-50%)=0.5kg
N=0.5*0.7%=0.0035kg C=0.0035*50=0.175kg
1kg污泥：干物质=1*(1-75%)=0.25kg N=0.25*5.6%=0.014kg C=0.014*6.3=0.0882kg
2、堆肥的增产作用
增加土壤养分 提高农作物产量：10-30%
目前堆肥产品存在的问题
肥效低：混合收集；大量的街道清扫渣土；玻 璃；废电池；小石子，等等。
成本高：大量的前处理：人工分拣、磁选、破 碎、筛分、风力分选，等等；
第三节 固体废物的厌氧消化处理
1、厌氧消化定义
厌氧消化是指在厌氧状态下，利用厌氧微 生物，有控制地使废物中可生物降解的有 机物转化为CH4、CO2和稳定物质的生物化 学过程
好 氧 堆 肥 过 程
适应新 环境
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↘
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℃
三、堆肥化的影响因素及其控制
影
有机物含量
响
因 含水率
素
供氧量
含水率低于30%，分解速度缓慢，当水分低于 12%，微生物停止繁殖； 含水率超过65%，水会充满颗粒间空隙，使空气 含量减少，堆肥由好氧转向厌氧，温度急剧下降， 形成发臭的中间产物。
第五章 固体废物的生物处理
有机酸、醇类、 CO2 、 H2S 、 NH3 、 能量
细胞物质 CO2 、 CH4 等，能量
酸性发酵阶段
碱性发酵阶段
固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste
2
厌氧消化处理
添加物和抑 制物 pH 其它因素
温度
厌氧消化的 影响因素
接种物
原料配比 厌氧条件/Eh
2
厌 氧 消 化 原 理
有机物 微生物
厌氧消化处理
细胞物质 有机酸，醇类，O2， NH3，H2S等，能量， 微生物 抗性物质 CO2，CH4等， 能量
固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste
2
厌 氧 消 化 原 理
厌氧消化处理
堆肥有机 物 (C、 N、 O、H、P、 S等 ) 细胞物质(微生物繁殖)
3 主发酵 后发酵 4 后处理 5 6 脱臭 贮存
分选、破 发酵仓或 进一步分 分选设备 产生氨、硫化氢、 夏冬需贮存，
堆 肥 工 艺
碎、筛分、 露天堆积，解难分解 混合、养 强制或翻 有机物， 分及水分 堆搅拌供 条堆或静 调节 氧主发酵 态堆肥， 期4~12d 20~30d
去除塑料、甲基硫醇、胺类 容纳6个月的 贮存设备；干 玻璃金属、等。化学除臭剂； 燥透气 小石块； 碱、水溶液过滤； 加入N、P、 熟堆肥、沸石等 K制复肥 吸 附剂吸附
3
微 生 物 浸 出 史
1 2
微生物浸出
20~40年工业应用历史 贫矿、尾矿、废渣 U、Zn、Mn、As、Ni、 Co、Mo等
3
5
1958年
4
1954年
固体废物处理与处置(厌氧发酵)ppt课件
(4)有毒物质
①重金属离子对甲烷发酵的抑制－使酶发生变性或者 沉淀。与酶结合产生变性；与氢氧化物使酶沉淀。
②阴离子的毒害：主要是S2- ，来源：无机硫酸盐还 原；蛋白质分解释放出S2-。
③氨的毒害： [NH4+]>150mg/L ，发酵受抑制。
物质浓度
碱金属和碱土金属Ca2+ ， Mg2+ ，Na+ ，K+ 重金属Cu2+ ，Ni2+ ，Zn2+ ， Hg2+ ，Fe2+ H+和OH ―
n 原料的收集和预处理； n 接种物的选择和富集； n 沼气发酵装置形状选择； n 启动和日常运行管理； n 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
(1)根据发酵温度分类 高温发酵：产气率高，但CH4比例低且不稳定； 中温发酵：产气率较高，能量回收较理想，应用普遍。太阳
能保温。
④甲烷化阶段：乙酸和H2 被甲烷细菌(乙酸分解甲
烷细菌和H2氧化甲烷细 菌)利用生成甲烷。
(四)、影响发酵的环境条件
(1)温度因素：随着温度升高有机物分解速度加快，产气量增大。 温度变化范围为(±1.5~2.0)℃。
①低温发酵：低于20℃ ，产气量低，受气候影响大，不加料情 况下35d。
②中温发酵： 37℃ ，产气量约1~1.3m3/(m3 ·d)；发酵时间20d ， 卫生化低。
n 浮沉式气罩由水封池和气罩两部 分组成。当沼气压力大于气罩重 量时，气罩便沿水池内壁的导向 轨道上升，直至平衡为止。当用 气时，罩内气压下降，气罩也随 之下沉。
n 特点： 将发酵间与贮气间分开， 具有压力低、发酵好、产气多等 优点。 顶浮罩式沼气贮气池造价 比较低，但气压不够稳定。侧浮 罩式沼气贮气池气压稳定，比较 适合发酵工艺的要求，但对材料 要求比较高，造价昂贵。
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生物处理技术是一项经济、实惠，切实可行的有机
废弃物处理技术。
第一节 好氧堆肥处理
堆肥化（composting）: 在人工控制的环境 下,依靠自然界中广泛分布的细菌、放线 菌、真菌等微生物人为地促进可生物降 解的有机物向稳定的腐殖质转化的微生 物学过程 。
6 评价指标 5 堆肥设备 四类，15个
堆肥的意义：
①对城市固体废物进行处理消纳,实现稳定化、无害化，可以避免和减 轻垃圾的大面积堆积，影响市容和城市垃圾自然腐败、散发臭气、传播疾病， 从而对人体和环境造成的危害。 ②可以将固体废物中的适用组分尽快地纳入自然循环系统（如堆肥可回 归农田生态系统中），促进自然物质循环与人类社会物质循环的统一； ③可以将大量有机固体废物通过某种工艺转换成有用的物质和能源（如 产生沼气、生产葡萄糖、微生物蛋白等）； ④堆肥化可减重、减容均约50%。由于城市固体废物和农业废物数量巨 大，其中农业物质资源（秸秆、稻壳、甘蔗渣、花生壳等）年产6×108t左 右，城市垃圾年产生量约1.4×108t，可生物转换利用的成分多，在当前世 界上普遍存在自然资源短缺及能源紧张的情况下，堆肥化回收和利用技术的 开发具有深远的意义。
用于城市固体废物堆肥系统的分离技术 技术 分离物料
大：塑料膜、大纸张、硬纸板、 风选 轻物料：纸、塑料 重物：金属、玻璃、有机废物 其他杂物 中：可回收物品、大部分有机 废物、其他杂物 小：有机废物、金属碎片、其 他杂物 湿选 漂浮物：有机废物、其他杂物 沉淀物：金属、玻璃、砂石、其他 杂物 冲击 轻物料：塑料、未分解的纸张中等 分选 重量物料； 堆肥重物料：金属、玻璃、砂石、 其他杂物
分离设备 筛子 应堆肥产品质量高、操
堆肥化设备
作员少、臭味控制有效、 空间限制少、 环境影响小等优 点。垂直、倾斜及水平固体流
反应器堆肥系统
生物过滤器：熟化的堆 肥、树皮、木片、粒状的 泥炭等，负荷为80~120 m3•m-3•h-1)，出气温度维持在 20~40℃； 除臭设备
表 技术 筛分 分离物料
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℃
好 氧 堆 肥 过 程
适应新环境 （驯化阶段）
嗜温性微生物、多为难分解物质， 温度↘
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℃（产热阶段）
供氧量由化学式计算
颗粒度2-60mm
第五章 固体废物的生物处理
第一节 固体废物的好氧堆肥处理
第二节固体废物的厌氧消化处理
第三节固体废物的微生物浸出
第四节固体废物的其他生物处理技术
生物处理：
采用生物处理技术，利用微生物（细菌、放线
菌、真菌）和动物（蚯蚓等）分解废物中的有机质，
回收能源和资源，实现有机废物的资源化、减量化
和无害化，既变废为宝，又解决环境污染。因此，
微生物学性质
污染物
重金属总量可浸提重金属量重金属 的生物有效性难降解有机污染物含 量
增大增大增大增大
施用有机肥对土壤理化性质的改变
处理 有机质 容重 总空隙度 持水量 pH值
含量/ ％
未用堆 2.06 肥
增加/ ％
容重 /(g/cm3)
1.62
降低 /(g/cm3)
含量/ ％
35.1
增加/ ％
持水量 增加/ /％ ％
C/N（9-12）和C/P（75影 堆肥化效果 含水率50-60% 150） 响 温度和有机物含量 因 1 55-602 pH7.5-8.5 ，20-80% 6 3 4 5 素 前处理 主发酵 后发酵 后处理 脱臭 贮存 夏冬需贮存， 及 分选、破 发酵仓或 进一步分 分选设备 产生氨、硫化氢、 碎、筛分、 露天堆积，解难分解 去除塑料、甲基硫醇、胺类 容纳6个月的 工 混合、养 强制或翻 有机物， 玻璃金属、等。化学除臭剂；贮存设备；干 条堆或静 小石块； 碱、水溶液过滤； 燥透气 艺 分及水分 堆搅拌供 氧主发酵 态堆肥， 加入N、P、 熟堆肥、沸石等 调节 期4~12d 20~30d K制复肥 吸 附剂吸附
堆料易压实；堆料混合不均匀； 条垛间距应≥10m，可利用的堆肥 场地小
控制臭味措施： 1.堆肥过程控制 2.调查可能的臭味来源 3.建立臭味收集系统 4.建立臭味处理系统 5.控制残留臭味的有效扩散
堆肥过程控制是减少臭味产生的关键因素，但 不能完全有效地控制臭味。
腐 熟 度 评 价 指 标
• 生物学指标 • 呼吸作用/生物活 性/发芽指数
• 化学指标 • pH/COD/BOD /VS/碳氮比/氮 化物/腐殖酸 堆肥腐熟度评价 指标 • 物理学指标 • 气味/粒度/色度 •
腐熟度：堆肥中的有机质经过矿化、腐殖化过程最后达到稳定的程度。
• 工艺指标 •温度 耗氧速率400 mg/(kg·h)
堆肥化产品的质量要求和标准
杂质 ﹥3% 粒度/mm 12 蛔虫卵死亡率 95-100% 大肠杆菌 10-1-10-2 有机质 ≧10% 总氮 ≧0.5% 温度 ﹥550C
总钾 ≧1.0%
Hg/(mg/kg) ≦5
Cb/(mg/kg) ≦3
Cr/(mg/k g) ≦300
Pb/(mg/kg) ≦100
As/(mg/kg) ≦30
总磷 ≧0.3%
第二节 厌氧消化处理
厌氧消化: 也称厌氧发酵，指在厌氧状态下 利用微生物使固体废物中有机物转变为 CH4和CO2的物 ( 含 C ， H ， O ， N ， P ， S ， Cl) 、 氧和微生物
细胞物质 (微生物繁殖)
CO2,H2O,NH3,PO + 异化作用 43-, O42转入环境
能量
释放、转化 为热
好氧微生物在于空气充分接触的条件下，使堆肥原料中的有机物 发生一系列放热反应，最终使有机物转化为简单而稳定的腐殖质 的过程。
4 堆肥工艺 四类 3 影响因素 六个阶段及内容 2 堆肥过程 六个主要因素
1 基本原理 堆肥过程四阶段，物质、温度、微生物相变化
堆肥过程中同化、异化作用反应式。物质变化、能量释放与获取
堆肥的历史：
1925年--印度的农艺学家埃· 霍华德（Albert Howard）发明“印多尔法”。 1932年意大利人贝卡里留把厌氧发酵和好氧发酵结合一起，把物料先放在密闭 系统进行厌氧发酵，然后再送入空气进行好氧发酵。 1933年，丹麦出现达诺法(利用回转窑发酵仓进行好氧发酵)并在西欧和日本得 到应用。德国开发了巴登· 巴登法 1940年，美国使用发酵槽进行机械化堆肥，厄普· 托马斯法(Earp-Thomas法)。 国际上出现了机械化较强的发酵装置――立流移动式搅拌发酵仓。 20世纪60年代，日本已经建成堆肥厂30多座。 从20世纪70年代初开始，化肥大规模的使用；同时，城市生活垃圾的成分也发 生了变化，垃圾中不可生物分解的成分日益增多，导致机械化程度较高的堆肥工艺 较难推广和堆肥产品的品质差、生产效率低等。堆肥逐渐不再为人们所重视，许多 堆肥厂陆续停产关闭。 近年来，由于垃圾填埋场地的缺乏和垃圾焚烧可能导致的大气污染，垃圾卫生 填埋和焚烧处理方法在某些方面受到较多的限制，堆肥处理又受到了较多的重视。
人工分选 可回收物品、惰性废物和化学 废物 磁分选 铁 涡流分选 有色金属
表
项目 优点 缺点 便宜，操作简单
不同翻堆设备的优缺点
垮式翻堆机 条垛间距小，堆肥 占地面积小 条垛大小受到严重 限制，处理的物料 少 侧式翻堆机 堆肥彻底，堆料混合均 匀；条垛大小不受限制 易损坏，翻堆能力小
斗式装载机或推土机
一次发酵：进行最初的微 生物分解，系高温发酵， 是实现垃圾无害化的阶段 二次发酵：进行无害化处 理后的垃圾进一步腐熟， 使之成为熟堆肥
物料处理设备
翻堆设备
斗式装载机或推土机、垮式
堆 肥 化 设 备
破碎设备 冲击磨、破碎机等 混合设备 搅拌机、装载机等
翻堆机、侧式翻堆机
输送设备 带式、刮板输送机等
表 常见有机废物的C/N比
物 木 稻 质 屑 壳 C/N比 70～100 200～1700 70～100 物 猪粪 鸡粪 污泥 质 C/N比 7～15 5～10 6～12
稻草、麦杆
树
牛
皮
粪
100～350
8～26 34.8
杂草
厨余 活性污泥
12～19
20～25 6.3
水果废物
表
C/N
不同C/N的堆肥化情况
有毒有害化学物质的混入，从而使得堆肥化产品作为肥料或土壤改良剂的价
值大大降低，不妥当的处理还可能带来对土壤的污染和对农作物的危害。
堆肥原料：
随着人类生活水平的日益提高，相应产生越来越多的固体废弃物，在这 些固体废弃物中，有相当大一部分是有机废物，特别是农牧渔业及其产品加 工产生的废弃物；生活用品废弃物，如废纸张、废布、废塑料袋等等生活垃 圾；人、畜、禽粪便；污水处理厂产生的有机废物污泥等，含有大量的有机 成分。有机废物进入环境，由于其中夹带大量病菌，会传染疾病；产生含高 浓度有机物的渗滤液，严重污染地下水和地表水；如堆积量过大，会因缺氧 产生大量沼气，聚积而出，遇明火发生爆炸，引起火灾，造成人身伤亡。因 此，如何处理这部分有机废物，加速有机物质的稳定，使有机废物无害化， 是必须解决的环境问题。 生活垃圾、有机污泥、人畜粪便、农林废物。
14.1 5.9
用堆肥 4.43
115
1.15
40
57.8
60
23.6
67
7.3
施用绿肥对荒漠绿洲地的改良效果
处理 容重/(g/cm3) 水稳性团粒/％ 速效氮(mg/kg)
＞0.25mm
亚田凊 对照 1.35 1.38 6.1 4.6
＜0.25mm
93.9 95.4 100 60