固废第五章固体废物生物处理2021优秀文档
固废处理复习资料
一、概论1、解释：固体废物，固体废物处理，固体废物处置，资源化，无害化，减量化。
固体废物：在生产建设、日常生活和其它活动中产生，在一定时间和地点无法利用而被丢弃的污染环境的固态、半固态废弃物质。
固体废物处理是通过物理、化学、生物等不同方法，使固体废物转化为适于运输、贮存、资源化利用以及最终处置的一种过程。
包括：物理处理方法、化学处理方法、生物处理方法。
固体废物处置是指最终处置或安全处置，是解决固体废物的归宿问题。
减量化就是通过适宜的手段减少固体废物数量、体积，并尽可能地减少固体废物的种类、降低危险废物的有害成分浓度、减轻或清除其危险特性等，从“源头”上直接减少或减轻固体废物对环境和人体健康的危害，最大限度地合理开发和利用资源和能源。
资源化就是指采用适当的技术从固体废物中回收有用组分和能源，加速物质和能源的循环，再创经济价值的方法。
无害化是指对已产生又无法或暂时尚不能资源化利用的固体废物，经过物理、化学或生物方法，进行对环境无害或低危害的安全处理、处置，达到废物的消毒、解毒或稳定化，以防止并减少固体废物的污染危害。
2、略述固体废物的污染特点与危害，管理原则以及管理程序、内容和方法。
主要特点：组成复杂、有机物含量高。
对固体废物从产生、收集、运输、利用、贮存、处理和处置的全过程及各个环节都实行控制管理和开展污染防治，故亦称为“从摇篮到坟墓”的管理原则。
一是防治固体废物污染，二是综合利用废物资源。
3、略述固体废物资源化方法和污染控制途径。
(1)物质回收，即处理废弃物并从中回收可回收物如纸张、玻璃、金属等物质；(2)物质转化，即利用废弃物制取新形态的物质，如利用废玻璃和废橡胶生产铺路材料，利用炉渣生产水泥和其他建筑材料，利用有机垃圾生产堆肥和有机复混肥料等；(3)能量转化，即从废物处理过程中回收能量，如通过可燃垃圾的焚烧处理回收热量，进一步发电，利用可降解垃圾的厌氧消化产生沼气，作为能源向居民或企业供热或发电等。
固废-第五章固体废物生物处理
2021/2/14
同济大学固体废物处理与资源化研究所
堆肥化原理
解： 以1kg为计算单位
1）转化为生物质的含碳有机物量及其耗氧量 取n=5，配平前式：
5C2H3O
NH3
25 4
O2
C5H7O2 N
5CO2
11 2
H2O
生物质生成量=1kg 60% 1 0.06kg 60g 10
生物质分子量=5 12+7 1+114+2 16=113
生物处理的途径
基质化利用
废物
水解
营养液
微生物体 酶 其他微生物蛋白质
2021/2/14
同济大学固体废物处理与资源化研究所
生物处理的应用
堆肥 无害化、稳定化、有机质循环 农业/生活垃圾处理 受污染土壤处理
2021/2/14
同济大学固体废物处理与资源化研究所
生物处理的应用
厌氧消化 稳定化、能源利用、有机质循环 农业/生活垃圾/食品工业废物/污泥处理
同济大学固体废物处理与资源化研究所
2021/2/14
堆肥化原理
例题
某堆肥化原料中含氮与不含氮有机物的重量比为1：3，含氮有机 物计量分子式为：C12H16O6N, 不含氮有机物计量分子式为：C2H3O; 若堆肥过程中有机物的降解率均为60%, 其中转化为生物质的重量 占1/10，生物质的计量分子式为：C5H7O2N；腐熟堆肥分子式为： C15H18O4N，不考虑生物质的进一步降解时，计算每吨该种废物 （含干有机物30%）堆肥化所需的理论空气量（m3）。空气中含氧 21%（体积比），每mol氧体积为0.0224 m3
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4
第五章_固体废物的生物处理
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。
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。
《固体废弃物处理处置工程》考试复习重点
固体废物处理处置复习重点第一章绪论1. 解释：固体废物，固体废物处理，固体废物处置，危险废物，减量化，资源化，无害化，清洁生产。
固体废物：指在生产建设、日常生活和其他活动中产生的污染环境的固态、半固态废弃物质。
固体废物处理：是指通过不同的物化或生化技术，将固体废物转化为便于运输、贮存、利用以及最终处置的另一种形体结构。
固体废物处置：是指对已无回收价值或确属不能再利用的固体废物，采取长期置于与生物圈隔离地带的技术措施，也称为最终处置技术。
危险废物：是指列入国家危险废物名录或者国家规定的危险废物鉴定标准和鉴定方法认定的、具有危险性的废物。
减量化：指通过实施适当的技术，减少固体废物的排出量和容量。
资源化:是指从固体废物中回收物质和能源，加速物质循环，创造经济价值的广泛的技术和方法。
无害化：指通过采用适当的工程技术对废物进行处理（如热解、分离、焚烧、生化分解等方法），使其对环境不产生污染，不致对人体健康产生影响。
清洁生产：既可满足人们的需要又可合理使用自然资源和能源并保护环境的实用生产方法和措施。
2. 根据《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》的界定，如何区分固体废物、废水和废气如果废物是以液态或者气态存在，且污染成分主要是混入一定量（通常浓度很低）的水或气体（大气或气态物质）时，分别看作废水或废气。
固体废物包括所有经过使用而被气质的固态或半固态物质，甚至还包括具一定毒害性的液态或气态物质。
3. 简述固体废物的种类和组成。
（1）固体废物是指在生产建设、日常生活和其他活动中产生的污染环境的固态、半固态废弃物质。
（2）固体废物分为工业固体废物（废渣）与城市垃圾和危险废物三类。
城市生活垃圾：城市生活垃圾又成为城市固体废物，指在城市日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定视为城市生活垃圾的固体废物。
主要包括居民生活垃圾、商业垃圾和建筑垃圾.工业固体废物：是指在工业、交通等生产活动中产生的固体废物，又称工业废渣或工业垃圾。
固体废物处理与处置全过程
系数
重
0.7~0.9
容器 容积
容器填充系 数 0.75~0.9
生活垃圾的收集与清运
清运操作
收集系统：两种类型;三种方式 拖曳容器系统： 搬运容器方式 交换容器方式 固定容器系统： 只收集垃圾不带走容器
收集系统四个基本用时集装时间 清运时间、 卸车时间、非生产性时间
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100
中
℃ 80 度 60 温
潜温 伏阶 阶段 段
40
20
高温阶段
腐熟阶段 时间
图5-2 好氧堆肥化过程示意图
堆肥过程中有机物氧化分解总的关系式
ＣａＨｂＯｃＮｄ+(ny+2s+rc/2)O2
nＣwＨxＯyＮz+sCO2+rH2O+dnzNH3
r=0 5bnx-3d-nz
s=anw
固体废物的厌氧消化处理
稳定化/固化处理技术
• 稳定化/固化处理是处理重金属废物和其他
非金属危险废物的重要手段
• 1稳定化
•
稳定化是指将有毒有害污染物转变为低溶
解性 低迁移性及低毒性的物质的过程。一般可
分为化学稳定化和物理稳定化。
• （2）固化
•
固化是指在危险废物中添加固化剂;使其
转变为不可流动固体或形成紧密固体的过程。
提供植物生长的场所;要求厚度 ≥30cm 防止上部植物根系以及挖洞动物 对下层的破坏;保护防渗层和排水 层的稳定 排泄通过保护层的降雨下渗水等; 排水层设计的最小渗透系数为 103cm/s，坡度一般≥3%
阻止入渗水进入填埋废物中;防止 LFG逸出填埋场，要求渗透系数为 ≤107cm/s，坡度一般≥2%
第五章-固体废物生物处理
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。
固体废弃物资源回收与利用重点
固废重点第一章绪论◆固体废物(solid wastes)。
固体废物是指在生产建设、日常生活和其它活动中产生的污染环境的固态、半固态废弃物质。
其中包括从废水和废气中分离出来的固体颗粒（垃圾、炉渣、废制品、破损器皿、残次品、动物尸体、变质食品、污泥、粪便等)。
◆固体废物处理(treatment of solid wastes)。
这是通过物理、化学、生物等不同方法，使固体废物转化为适于运输、贮存、资源化利用以及最终处置的一种过程。
固体废物的物理处理包括破碎、分选、沉淀、过滤、离心等处理方式，其化学处理包括焚烧、焙浇、浸出等处理方法，生物处理包括好氧和厌氧分解等处理方式。
◆固体废物处置(disposal of solid wastes) 是指最终处置或安全处置，是解决固体废物的归宿问题，如堆置、填埋、海洋投弃等。
◆减量化指通过适宜的手段减少固体废物的数量（质量）和容积。
◆无害化指将固体废物通过工程处理，达到不损害人体健康，不污染周围自然环境的目的。
◆资源化是指通过各种方法从废物中回收有用组分和能源，旨在减少资源消耗、加速资源循环，保护环境。
广义的资源化包括物质回收、物质和能量转换3个部分。
◆规模化：规模效益，南宫堆肥厂400t/d增加到1000t/d◆分类收集:依据物理组成和化学性质、粒径大小◆固体废物的性质（简答）1.直接占用土地并具有一定的空间；2.品种繁多，数量巨大；3.包括了有固体外形的危险液体及气体废物；4.对环境的压力大，处理费用高等。
◆固体废弃物的来源（选择填空）•生产废物: 生产过程中所产生的废物(不包括废气和废水);•生活废物: 在产品进入市场后,其流动过程中或使用消费后产生的固体废物。
◆固体废弃物的分类（选择填空）➢按组成：有机废物和无机废物;➢按其危害状况：有害废物(指腐蚀、腐败、剧毒、传染、自燃、锋刺、爆炸、放射性等废物）和一般废物;➢按其形状：固体废物(粉状、粒状、块状)和泥状废物(污泥);➢通常从管理角度来讲，按其来源：工业固体废物、矿业固体废物、农业固体废物、有害固体废物和城市垃圾五类。
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分类
进—出料 间歇/连续
物料运动 静态/动态
代谢环境 高温/中温
好氧/厌氧
同济大学固体废物处理与资源化研究所
2021/4/19
堆肥化原理
计量方程
不含氮有机物的氧化
C x H y O x x 4 y 2 z O 2 x C O 2 2 yH 2 O 能 量
含氮有机物的氧化
2021/4/19
生物处理的应用
厌氧消化
稳定化、能源利用、有机质循环 农业/生活垃圾/食品工业废物/污泥处理
其他高附加值利用
生物可降解聚合物、H2、电能、酶制剂
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2021/4/19
5.2 固体废物堆肥化
堆肥工艺的定义与分类
定义
在受控条件下，通过微生物对有机物的代谢过程， 使生物源废物转化为稳定的有机残余物，堆肥产 物应具有在堆存和运输过程中不腐败发臭、相容 于植物生长的特性
m C t H u O w N v [ m ( u 4 t - 3 4 v - 2 w ) - 6 7 ] O 2 C 1 5 H 1 8 O 4 N ( m t - 1 5 ) C O 2 ( m u - 3 2 m v - 1 5 ) H 2 O ( m v - 1 ) N H 3
细胞质的合成 n C x H y O x N H 3 n x n 4 y n 2 z 5 O 2 C 5 H 7 O 2 N n x 5 C O 2 1 2 n y 4 H 2 O 能 量
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2021/4/19
堆肥化原理
解： 以1kg为计算单位
1）转化为生物质的含碳有机物量及其耗氧量 取n=5，配平前式：
5 C 2 H 3 O N H 3 2 4 5 O 2 C 5 H 7 O 2 N 5 C O 2 1 2 1 H 2 O 生 物 质 生 成 量 = 1 k g 6 0 % 1 0 .0 6 k g 6 0 g
细胞质的氧化
C 5 H 7 O 2 N 5 O 2 5 C O 2 2 H 2 O N H 3 能 量
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2021/4/19
堆肥化原理
例题
某堆肥化原料中含氮与不含氮有机物的重量比为1：3，含氮有机 物计量分子式为：C12H16O6N, 不含氮有机物计量分子式为： C2H3O;若堆肥过程中有机物的降解率均为60%, 其中转化为生物 质的重量占1/10，生物质的计量分子式为：C5H7O2N；腐熟堆肥 分子式为：C15H18O4N，不考虑生物质的进一步降解时，计算每 吨该种废物（含干有机物30%）堆肥化所需的理论空气量（m3）。 空气中含氧21%（体积比），每mol氧体积为0.0224 m3
堆肥化原理
堆肥化微生物
细菌：化能异养型细菌 化能自养型细菌
放线菌 真菌：霉菌
酵母菌 原生动物
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113 4
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2021/4/19
堆肥化原理
2）其余含碳有机物降解耗氧量
9
3
C 2H 3O 4O 2 2C O 22H 2O
其 余 含 碳 有 机 物 降 解 量 1 k g 6 0 % 3 0 . 1 1 4 0 . 3 3 6 k g 3 3 6 g 4
废物
初腐化
蚯蚓代谢
蚓粪 蚓体
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生物处理的途径
基质化利用
废物
水解
营养液
微生物体 酶 其他微生物蛋白质
同济大学固体废物处理与资源化研究所
2021/4/19
生物处理的应用
堆肥
无害化、稳定化、有机质循环 农业/生活垃圾处理 受污染土壤处理
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营养元素
N、P、K、Ca、Mg、Fe
其他
盐度、有害元素、有害化合物
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生物处理的途径
好氧/兼性
热量
废物
水溶性有机物 非水溶性有机物 水解
微生物代谢
CO2+H2O+N2+NH3+腐殖质
NOx- O2
生物量
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耗 氧 量 =336932563g 43 4
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2021/4/19
堆肥化原理
3）含氮有机物降解耗氧量 取m=3配平
3 C 1 2 H 1 6 O 6 N 2 0 O 2 C 1 5 H 1 8 O 4 N 2 1 C O 2 1 2 H 2 O 2 N H 3 含 氮 有 机 物 分 子 量 2 7 0 ， 降 解 量 1 k g 6 0 % 1 0 . 1 5 k g 1 5 0 g
4 耗 氧 量 =1502032118g
3270
4）总耗氧量=106+563+118=787g
折 算 空 气 （ 标 态 ） 体 积 = 7 8 7 2 2 .4 1 2 6 2 3 L 3 2 0 .2 1
换算为每吨原料，即需空气2623Nm3
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2021/4/19
厌氧
生物处理的途径
水溶性
废物 非水溶性 水解
腐殖质
糖类 酸化/发酵
乙酸化
VFA
乙酸 甲烷化
CH4 +CO2
蛋白质
氨基酸
CO2
NH4+
脂肪酸
乳酸ห้องสมุดไป่ตู้醇类
H2 NH4+
聚乳酸
H2O
氢回收
生物塑料PHA
同济大学固体废物处理与资源化研究所
2021/4/19
生物处理的途径
其他
Vemicomposting
固废第五章固体废物生物 处理
5.1 概 述
生物处理的对象
以生物源物质为主要组分的各种固体废物
易腐生活垃圾 农业废弃物 食品加工废物
同济大学固体废物处理与资源化研究所
2021/4/19
生物处理的对象
生物源物质的化学分析
生物质组成
可溶性糖、纤维素、半纤维素、木质素 蛋白质（水溶、非水溶）、脂肪
1 0 生 物 质 分 子 量 = 5 1 2 + 7 1 + 1 1 4 + 2 1 6 = 1 1 3 含 碳 有 机 物 分 子 量 = 2 1 2 + 3 1 + 1 1 6 = 4 3 消 耗 含 碳 有 机 物 =6 0 54 31 1 4 g
1 1 3 耗 氧 量 602532106g