固体废物处理 生物处理课件
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固体废物的生物处理 ppt课件
过程或代谢产物将废物中目的元素
浸出 转变为易溶状态并得以分离的过程
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 3 变为CH4和CO2的过程
PPT课件
5
固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste
好氧/兼性
热量
废物
作用：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）或植物的新陈代谢作用，（各
种工艺）分解废物中的有机质，回收有用的物质和能源，
实现有机废物的减量化、资源化和无害化，既变废为宝，
又解决环境污染。
PPT课件
3
固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste
水溶性有机物 非水溶性有机物
水解
厌氧
微生物代谢
CO2+H2O+N2+NH3+腐殖质
NOx- O2
生物量
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 脂肪酸
氨基酸 乳酸 醇类
CO2 H2 NH4+
NH4+
H2O
聚乳酸
PPT课件
氢回收 6
生物塑料PHA
固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste
其他
Vemicomposting
废物
初腐化
蚯蚓代谢
蚓粪 蚓体
基质化利用
废物
水解
营养液
浸出 转变为易溶状态并得以分离的过程
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 3 变为CH4和CO2的过程
PPT课件
5
固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste
好氧/兼性
热量
废物
作用：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）或植物的新陈代谢作用，（各
种工艺）分解废物中的有机质，回收有用的物质和能源，
实现有机废物的减量化、资源化和无害化，既变废为宝，
又解决环境污染。
PPT课件
3
固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste
水溶性有机物 非水溶性有机物
水解
厌氧
微生物代谢
CO2+H2O+N2+NH3+腐殖质
NOx- O2
生物量
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 脂肪酸
氨基酸 乳酸 醇类
CO2 H2 NH4+
NH4+
H2O
聚乳酸
PPT课件
氢回收 6
生物塑料PHA
固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste
其他
Vemicomposting
废物
初腐化
蚯蚓代谢
蚓粪 蚓体
基质化利用
废物
水解
营养液
固体废物生物处理省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件
沼渣 /
粪便、污泥、沼液
C/N
沼液 /
秸秆、园林废物
厌氧消化工艺
过程
温度
pH值
微生态
PH2
毒害物
/ 进料流率 / 加热水流率 酸/ 碱
细胞质旳合成
n
CxHyOx
NH3
nx
ny 4
nz 2
5
O2
C5H 7O2 N
nx
5 CO2
1 2
ny
4 H2O
能量
细胞质旳氧化
C5H7O2N 5O2 5CO2 2H2O NH3 能量
堆肥化原理
例题
某堆肥化原料中含氮与不含氮有机物旳重量比为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旳降解率均为60%, 其中转化为生物 质旳重量占1/10，生物质旳计量分子式为：C5H7O2N；腐熟堆肥 分子式为：C15H18O4N，不考虑生物质旳进一步降解时，计算每 吨该种废物（含干有机物30%）堆肥化所需旳理论空气量（m3）。 空气中含氧21%（体积比），每mol氧体积为0.0224 m3
C/N比更高
细胞得率低、氮源需求少 过量NH4+积累易引起毒性效应
厌氧消化原理
过程
指标
影响
温度
生物代谢
合适值 32~40℃，50~55℃
中温与高温厌氧菌群旳代谢活力
中温菌群 高温菌群
活力单位
0 15 30 45 60 75 温度
厌氧消化原理
过程
指标 pH值
影响 生物代谢
合适值 6.8~7.6
好氧/厌氧
堆肥化原理
计量方程
固体废物的生物处理.ppt
• 堆温一般可达到65～70℃，或者更高。此时，嗜温菌受到 抑制或死亡，嗜热菌大量繁殖，逐渐替代嗜温菌的活动。
(nx
ny 4
nz 2
5x)O2
（C细5H胞7 N质02）＋（n
5)CO2
ny 2
4
H
2O
能量
c. 细胞质的分解反应(decomposition reaction)
• 细胞质的分解反应是细胞质内源呼吸所引起的反应：
C5 H 7 NO2 5O2 5CO2 2H 2O NH 3 能量
嗜热性微生物（细菌、放线菌和真菌的一些群落）；分 解残留可溶性物质，纤维素、半纤维素、蛋白质，温度 ↗45~70℃，可有效杀灭虫卵和病原菌
好
嗜温性微生物为主，残余有机物 被分解，腐殖质不断积累，温度
氧
↘40 ℃左右
堆
肥
过
程
微生物进入一个新环 嗜温性细菌、酵母菌、放线菌为主，分解最 境，微生物适应环境 易分解的可溶性物质——淀粉、单糖、蛋白 过程，温度不升高。 质等，产生大量热能，温度↗45℃
堆肥化过程(composting process)
Ca HbOc Nd
ny
2S 2
r
c
O2
nCwH xOy N zFra biblioteksCO2
rH 2O
(d
nx)HN3
能量
式中：S＝a nw
r 0.5 • b nx 3(d nx)
若有机物完全分解，则反应式表示为：
Ca H bOc N d
a
b 3d 4
C 2
O2
aCO2
b 3d 2
H 2O dHN3
解反应可表示为：
Cs H t N u Ov aH 2O bO2 Cw H x N y Oz CH 2O(堆肥) ＋dH 2O(气) eH 2O(水) fCO2 gNH 3 能量
(nx
ny 4
nz 2
5x)O2
（C细5H胞7 N质02）＋（n
5)CO2
ny 2
4
H
2O
能量
c. 细胞质的分解反应(decomposition reaction)
• 细胞质的分解反应是细胞质内源呼吸所引起的反应：
C5 H 7 NO2 5O2 5CO2 2H 2O NH 3 能量
嗜热性微生物（细菌、放线菌和真菌的一些群落）；分 解残留可溶性物质，纤维素、半纤维素、蛋白质，温度 ↗45~70℃，可有效杀灭虫卵和病原菌
好
嗜温性微生物为主，残余有机物 被分解，腐殖质不断积累，温度
氧
↘40 ℃左右
堆
肥
过
程
微生物进入一个新环 嗜温性细菌、酵母菌、放线菌为主，分解最 境，微生物适应环境 易分解的可溶性物质——淀粉、单糖、蛋白 过程，温度不升高。 质等，产生大量热能，温度↗45℃
堆肥化过程(composting process)
Ca HbOc Nd
ny
2S 2
r
c
O2
nCwH xOy N zFra biblioteksCO2
rH 2O
(d
nx)HN3
能量
式中：S＝a nw
r 0.5 • b nx 3(d nx)
若有机物完全分解，则反应式表示为：
Ca H bOc N d
a
b 3d 4
C 2
O2
aCO2
b 3d 2
H 2O dHN3
解反应可表示为：
Cs H t N u Ov aH 2O bO2 Cw H x N y Oz CH 2O(堆肥) ＋dH 2O(气) eH 2O(水) fCO2 gNH 3 能量
固废综合处理技术(共72张PPT)
③营养元素:足够的K和微量元素对于微生物的新陈代谢是必须的，一般它们不是限制条件。 ④ pH值:堆肥微生物最佳的pH=5.5~8.5。
（2）物理因素
①温度:一般认为最佳温度在50~65℃之间
②颗粒尺寸:适宜的粒径范围是12~60mm。
③含水率:堆肥原料的最佳含水率通常是在50%~60% （与原料的物理组成有关）。
+
腐殖物 质
供生物合成用
氧化 (异化作用)
CO2，H2O， NH3 ，PO42-，
SO42-
+ 能量
随水或气 体排入环境
释放能量 转化为热
固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste
（1）潜伏阶段（亦称驯化阶段）
指堆肥化开始时微生物适应新环境的过程，亦称为驯 化过程。
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，亦即不对 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耕作能力。
影响腐熟度的因素：
（1）氮化合物
随着堆肥化过程进行，氨态氮(NH4-N) ↓和硝态氮(NO3-N) ↑， 完全腐熟的堆肥，氮基本上以硝酸盐形式存在，未腐熟的堆 肥则含氨，而基本不含硝酸盐。目前尚未得出一个具体指标， 只能相对比较。
1、计量装置 2、存料区与贮料池 3、给料装置
（1）起重机抓斗
（2）扳式给料机
（3）前端斗式装载机
4、堆肥厂内运输与传动装置 5、铁金属和其他可回收物资的分选设备
6、堆肥设备 （1）立式堆肥发酵塔：立式多层圆筒式发酵塔；立式多层板闭合门式发酵塔；
立式多层浆叶刮板式发酵塔；立式多层移动床式发酵塔
（2）筒仓式堆肥发酵仓：筒仓式静态发酵仓；筒仓式动态发酵仓 （3）卧式堆肥发酵滚筒：旋转发酵池 （4）箱式堆肥发酵池：卧式刮板发酵池；戽斗翻倒式发酵池；卧式浆叶
（2）物理因素
①温度:一般认为最佳温度在50~65℃之间
②颗粒尺寸:适宜的粒径范围是12~60mm。
③含水率:堆肥原料的最佳含水率通常是在50%~60% （与原料的物理组成有关）。
+
腐殖物 质
供生物合成用
氧化 (异化作用)
CO2，H2O， NH3 ，PO42-，
SO42-
+ 能量
随水或气 体排入环境
释放能量 转化为热
固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste
（1）潜伏阶段（亦称驯化阶段）
指堆肥化开始时微生物适应新环境的过程，亦称为驯 化过程。
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，亦即不对 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耕作能力。
影响腐熟度的因素：
（1）氮化合物
随着堆肥化过程进行，氨态氮(NH4-N) ↓和硝态氮(NO3-N) ↑， 完全腐熟的堆肥，氮基本上以硝酸盐形式存在，未腐熟的堆 肥则含氨，而基本不含硝酸盐。目前尚未得出一个具体指标， 只能相对比较。
1、计量装置 2、存料区与贮料池 3、给料装置
（1）起重机抓斗
（2）扳式给料机
（3）前端斗式装载机
4、堆肥厂内运输与传动装置 5、铁金属和其他可回收物资的分选设备
6、堆肥设备 （1）立式堆肥发酵塔：立式多层圆筒式发酵塔；立式多层板闭合门式发酵塔；
立式多层浆叶刮板式发酵塔；立式多层移动床式发酵塔
（2）筒仓式堆肥发酵仓：筒仓式静态发酵仓；筒仓式动态发酵仓 （3）卧式堆肥发酵滚筒：旋转发酵池 （4）箱式堆肥发酵池：卧式刮板发酵池；戽斗翻倒式发酵池；卧式浆叶
固体废物的生物处理(3)
教学ppt
17
9.2.2堆肥化原理
细胞质的合成
n(CxHyOf)NH3(nxn4yn2z5x)O2 C5H7NO2(细 胞 质 )(nx5)CO21 2(ny4)H2O能 量
教学ppt
18
9.2.2堆肥化原理
细胞质的氧化
C 5 H 7 N 2 ( 细 O ) 5 O 胞 2 5 C 2 质 2 O H 2 O N 3 能 H
13
9.2.2堆肥化原理
好氧堆肥化是在有氧条件下，依靠好氧微生物 (主要是好氧细菌)的作用来进行的。
可溶性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜 被微生物直接吸收；
不溶的胶体有机物质，先被吸附在微生物体外， 依靠微生物分泌的胞外酶分解为可溶性物质， 再理
固体废物处理
使学生了解和掌握常见 固体废弃物资源化和处理的 常用技术和方法
教学ppt
1
第九章 固体废物的生物处理
教学目标:
1.掌握堆肥化概念和好氧堆肥原理； 2.了解并掌握堆肥化过程； 3.熟悉好氧堆肥程序、工艺、装置并掌握好氧堆肥
的影响因素； 4.掌握有机物的厌氧发酵过程； 5.理解并掌握厌氧发酵的影响因素及其控制；
各国有机固体废物数量逐年增加，需要对其处 理的卫生要求也日益严格，从节省资源与能源 角度出发，有必要把实现有机固体废物资源化 作为固体废物无害化处理、处置的重要手段。
教学ppt
9
9.1生物处理理论基础
厌氧生物处理法，是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。
C xH y O z (x 1 2 y 1 2 z)O 2 xC 2 1 2 O y2 H O 能量
教学ppt
16
9.2.2堆肥化原理
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。
第八章固体废物的生物处理优秀课件
8.1 好氧生物降解制堆肥
现如今堆肥发酵已实现机械化和自动化，并且已发展到以 城市生活垃圾、污水处理厂的污泥、人畜粪便、农业废物 及食品工业废物等为原料。
表8.1 常见可生物降解处理的固体废物种类和来源
固体废物种类 主要来源
城市固体废物 主要有污水处理厂剩余污泥和有机生活垃圾
工业固体废物 主要包括含纤维素类固体废物、高浓度有机废水、发酵工
⒈ 有机物含量 ①对生活垃圾进行预处理，通过破碎、筛分等工艺去掉原 料中的部分无机成分，使城市垃圾中有机物含量提高到50% 以上。 ②堆肥前可向垃圾原料中掺入一定比例的稀粪、城市污水、 畜粪等。在这些掺进物中，以掺稀粪者为最多，最主要的 理由是既可增加堆肥原料中的有机物含量，又可调节原料 的含水率，同时又解决了现代城市粪便处理或下水污泥处 理的出路问题。
（8-2）
8.1.2 堆肥的原理
②细胞质的合成（包括有机物的氧化，并以NH3做氮源）
n Cx HyOf
NH3
nx
ny 4
nz 2
5x
O2
C5H7
NO2
细胞质
+
nx
5
CO2
1 2
ny
4
H
2O
能量
（8-3）
③细胞质的氧化
C5H7 NO2 细胞质 +5O2 5CO2 2H2O NH3 能量 （8-4）
8.1.2 堆肥的原理
堆肥过程中主要经历两次升温，将其分为三个阶段：起始 阶段、高温阶段和熟化阶段。每一阶段各有其独特的微生 物类群。 ①起始阶段 堆制初期，堆层呈中温（15～45℃），故也称为中温阶段。 此时，嗜温菌活跃，并利用可溶性小分子物质（糖类、淀 粉等）不断增殖。
第六章 固体废物的生物处理.ppt
• 堆肥是一种人工过程，与卫生填埋场的自然降解 不同；堆肥是一个生物化学过程；堆肥化降解的 是固体废物中的可降解组分；其产品是腐殖质；
• 堆肥化产品称为堆肥，堆肥是一种深褐色、质地 疏松、有泥土气味的物质，类似于腐殖质土壤
6.1.2 堆肥基本原理
• 好氧堆肥是指在 有氧的条件下，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。
• 含水量过高时的调节方法是：采用锯末或稻草进 行调节
微生物
• 堆肥化是一个生物过程，整个过程受到微 生物的直接影响，因此所有的影响因素的 调节都是围绕促进微生物增殖服务。
• 微生物的接种与数量多少、种类也影响整 个堆肥化过程；在实践中采用微生物接种、 加入特殊菌剂等措施加速堆肥化进程
6.1.4 好氧堆肥工艺流程
• 堆肥过程中有机废物中的可溶性有机物可透过微 生物的细胞壁和细胞膜被微生物直接吸收，不同 的胶体有机物质，则先吸附于微生物体外，通过 微生物分泌的胞外酶分解为可溶性物质，再渗入 细胞
• 与微生物降解水中有机物过程相类似，产物是二 氧化碳和污泥，产物是二氧化碳和堆肥产品
好氧堆肥基本原理示意图
堆肥有机物 （含C、H、 O、N、S、 Cl）,氧合微 生物
• 现代化堆肥一般为好氧堆肥，其工艺流程 主要有以下几部分：
前处理 主发酵 后发酵 后处理 脱臭 储存
前处理
• 前处理的原因 • 由于生活垃圾中会含有粗大垃圾及不可堆肥化物
质，这些物质将影响垃圾处理机械的正常运行， 并降低发酵仓容积的有效使用，使堆温难以达到 无害化要求，影响堆肥产品的质量
• 时间为20～30d
后处理
• 后处理的主要作用是对堆肥化产物进行分 选、破碎，去除其中的没有完全降解的塑 料、玻璃、金属、小石块等，得到粒度比 较均匀的堆肥产品
• 堆肥化产品称为堆肥，堆肥是一种深褐色、质地 疏松、有泥土气味的物质，类似于腐殖质土壤
6.1.2 堆肥基本原理
• 好氧堆肥是指在 有氧的条件下，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。
• 含水量过高时的调节方法是：采用锯末或稻草进 行调节
微生物
• 堆肥化是一个生物过程，整个过程受到微 生物的直接影响，因此所有的影响因素的 调节都是围绕促进微生物增殖服务。
• 微生物的接种与数量多少、种类也影响整 个堆肥化过程；在实践中采用微生物接种、 加入特殊菌剂等措施加速堆肥化进程
6.1.4 好氧堆肥工艺流程
• 堆肥过程中有机废物中的可溶性有机物可透过微 生物的细胞壁和细胞膜被微生物直接吸收，不同 的胶体有机物质，则先吸附于微生物体外，通过 微生物分泌的胞外酶分解为可溶性物质，再渗入 细胞
• 与微生物降解水中有机物过程相类似，产物是二 氧化碳和污泥，产物是二氧化碳和堆肥产品
好氧堆肥基本原理示意图
堆肥有机物 （含C、H、 O、N、S、 Cl）,氧合微 生物
• 现代化堆肥一般为好氧堆肥，其工艺流程 主要有以下几部分：
前处理 主发酵 后发酵 后处理 脱臭 储存
前处理
• 前处理的原因 • 由于生活垃圾中会含有粗大垃圾及不可堆肥化物
质，这些物质将影响垃圾处理机械的正常运行， 并降低发酵仓容积的有效使用，使堆温难以达到 无害化要求，影响堆肥产品的质量
• 时间为20～30d
后处理
• 后处理的主要作用是对堆肥化产物进行分 选、破碎，去除其中的没有完全降解的塑 料、玻璃、金属、小石块等，得到粒度比 较均匀的堆肥产品
7-8固体废物的生物处理PPT课件
微生物新陈代谢作用使固体有机质降解、转化成简单、 稳定的化合物，同时放出能量(其中大部分能量以CH4 的形式出现)，仅少部分有机物转化成新的细胞质组分。 减量化和资源化效果明显。
微生物种类
7.2 堆肥化(composting)
• 概述 • 好氧堆肥原理 • 堆肥原料及堆肥微生物 • 堆肥化过程 • 好氧堆肥工艺 • 堆肥化的影响因素 • 堆肥质量 • 堆肥农业效用
• 堆温一般可达到65～70℃，或者更高。此时，嗜温菌受到抑制或死亡， 嗜热菌大量繁殖，逐渐替代嗜温菌的活动。
7-8.固体废物的生物处理
概述 堆肥化 厌氧发酵制沼气
7.1 概述
概念 作用与特点 基本生物原理
(1) 概念
利用微生物氧化（好氧堆肥）、分解（厌氧发酵）有机固体废物 的能力处理可降解的有机固体废物，使其达到无害化和资源化的 过程。
生物处理(biologic treatment)是处理和利用有机固废的一条重要 的途径。
yOz
NH 3
(nx
ny 4
nz 2
5x)O2
（C细5H胞7 N质0）2 ＋（n
5)CO2
ny 2
4
H
2O
能量
c. 细胞质的分解反应(decomposition reaction)
细胞质的分解反应是细胞质内源呼吸所引起的反应：
C5 H 7 NO2 5O2 5CO2 2H 2O NH 3 能量
都为单细胞。细菌一般只有0.5～lOμm大小。其比表面积大，容易让难 降解的有机物进入细胞并进行代谢活动。细菌的含水率约为80％，有机 物约占其总固体成分的90％。 • 真菌是有机营养型生物，结构比细菌复杂，可分为霉菌和酵母。 • 霉菌属好氧菌,而酵母在代谢活动中表现出好氧和厌氧两种特性。 • 真菌能在低水分条件下生长，能从具有高渗透压的介质中提取水分。
微生物种类
7.2 堆肥化(composting)
• 概述 • 好氧堆肥原理 • 堆肥原料及堆肥微生物 • 堆肥化过程 • 好氧堆肥工艺 • 堆肥化的影响因素 • 堆肥质量 • 堆肥农业效用
• 堆温一般可达到65～70℃，或者更高。此时，嗜温菌受到抑制或死亡， 嗜热菌大量繁殖，逐渐替代嗜温菌的活动。
7-8.固体废物的生物处理
概述 堆肥化 厌氧发酵制沼气
7.1 概述
概念 作用与特点 基本生物原理
(1) 概念
利用微生物氧化（好氧堆肥）、分解（厌氧发酵）有机固体废物 的能力处理可降解的有机固体废物，使其达到无害化和资源化的 过程。
生物处理(biologic treatment)是处理和利用有机固废的一条重要 的途径。
yOz
NH 3
(nx
ny 4
nz 2
5x)O2
（C细5H胞7 N质0）2 ＋（n
5)CO2
ny 2
4
H
2O
能量
c. 细胞质的分解反应(decomposition reaction)
细胞质的分解反应是细胞质内源呼吸所引起的反应：
C5 H 7 NO2 5O2 5CO2 2H 2O NH 3 能量
都为单细胞。细菌一般只有0.5～lOμm大小。其比表面积大，容易让难 降解的有机物进入细胞并进行代谢活动。细菌的含水率约为80％，有机 物约占其总固体成分的90％。 • 真菌是有机营养型生物，结构比细菌复杂，可分为霉菌和酵母。 • 霉菌属好氧菌,而酵母在代谢活动中表现出好氧和厌氧两种特性。 • 真菌能在低水分条件下生长，能从具有高渗透压的介质中提取水分。
固体废物生物处理ppt课件
堆肥原料
碳氮是堆肥微生物所需要的主要能量来源和物质来源，合 适的碳氮比是保证堆肥成功的关键因素之一，因此，堆肥常 需要含碳较多的原料与含氮多的原料合理搭配（20：1~30：1 ）。
好氧堆肥是在有氧条件下，好氧微生物通过自身的分解代谢和 合成代谢过程，将一部分有机物分解氧化成简单的无机物，从中 获得微生物新陈代谢所需要的能量，同时将一部分的有机物转化 合成新的细胞物质的过程（见图2-2）。
图2-5是采用翻堆供氧和强制通风供氧进行污泥堆肥的温度变化图 ，从中可明显区分出不同堆肥阶段。
翻堆供氧
强制通风供氧
堆肥过程中微生物群落变化
Organism
Mesophilic Thermophilic Stabilization Specie
stage
stage
stage
s
present
-------------------- # g-1 --------------------
搅拌翻堆设备
强制通风式固定垛发酵工艺（Aerated static pile）
该工艺与前者不同之处就在于物料在堆肥过程中不需要翻堆， 氧气的供应是通过机械鼓风或抽风方式来提供，该工艺在污泥堆 肥中应用非常普遍,其流程如图2-8所示。
具体做法
① 将脱水污泥与蓬松剂混合，体积比可为1:1, 1:2, 1:3； ② 在堆肥场地上铺设小木块或蓬松剂约20cm； ③ 在上述基础上，将污泥与蓬松剂的混合物堆成高约1.5～2M的垛； ④ 将垛的表面覆盖一层过筛后的堆肥产物(厚约20cm)或覆盖一层塑料
发酵仓式堆肥法
现代化的城市垃圾堆肥法通常由预处理（包括分选、破碎、 含水率和C/N比的调整等）、一次发酵（也称主发酵，指从发酵 初期开始，经中温、高温然后到达温度开始下降的整个过程，一 般为2～3周）、二次发酵（也称后发酵，指堆肥经过高温阶段， 温度开始下降直至温度稳定至35-40℃、达到腐熟的阶段，一般 需3-4周）、后处理（包括去除杂质和进行必要的破碎处理）、 脱臭及贮存等工序组成。
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系统能量平衡的计算
干空气升温显热 Qdry air
Q dryair M C dryair ( T m T a )
air
气流携带水蒸气升温显热 Qwater gas 生物产能 Qbio
Q bio VS H c BVS H c
Q watvap M air ω C watvap (T m T a )
0.05% 1.98% 11.63% 14.02% 0.24%
作业： 给定一组系统参数，和一 组实验测得的数据，根据 本节课的内容，计算在30 天的堆肥过程中，其物料 和能量的平衡
参数的选取
参数 单位 数值 来源
空气密度
水比热 干空气比热 水蒸汽 干固体比热 有机质热值 a,b,c PVC的热传导性
不同温度下的水蒸发潜热？
C latwat (1093 . 7 0 . 5683
T 32 5
9)
1055 454
kJ· -1 kg
基于热平衡应用
热量累积速率
d ( mcT ) dt G ( H i H o ) UA ( T T a ) d ( BVS ) dt
H
c
堆体升温速率
dT dt dVS dt ( H
c
) (
UA mc
mc
)( T T a )
dH 2 O dt
(
Le mc
)
可生物降解有机质降解速率
dBVS dt
d ( mcT )
dt
G ( H i H o ) UA ( T T a ) H
c
热量分配
72.09%
干空气显热 水蒸汽显热 物料中原有水分的显热 干固体显热 水蒸发潜热 热量散失
真空泵
一次发酵和二次发酵
温度 (℃) 一次 发酵 升温阶段 (30−40) 高温阶段 (45−65) 降温阶段 (<40)
过程 易生物降解物质快速降解， 初步稳定
时间 (d)
操作要点 强制通风 翻堆搅拌
4−12
尚未分解的易分解物质和较难分 二次 发酵 解的有机物进一步分解，变成腐 适温阶段 (30−40) 植酸、氨基酸等稳定物质，得到 20−30 自然通风 腐熟
充分成熟的堆肥成品
堆肥过程控制方法
一、原料调质
原料有机物含量>30%可满足成品质量以及升温与干化的要求
有机物含量： 越高越适宜，但过高将会使温度超过微生物耐受限度 含水率： 空隙率： 50−65%。粪便、污泥可用木屑、谷糠、秸秆等调节 > 40%。木屑、谷糠、秸秆、惰性填充物
C/N：
可调，取决于其生物有效C和有效N
物料水分升温显热 Qwater liquid
物料固体成分升温显热 Qdry solid 水蒸发潜热 Qevapo 外壁散热耗能 Qloss
Q evapo M
Q water M
water
C water T m C solid T m
Q solid M
eva
solid
污水厂污泥 → 19.6 MJ· -1VS kg
气流中含有多少水蒸汽？
pvs 10
((
a Tc
) b )
饱和蒸汽压 水蒸汽分压
单位：mmHg
pv pvs RH
MW MW pv p a pv
(
H 2O air
)(
)
kg水/kg干空气
Haug, 1993. The practical handbook of compost engineering
本节课内容
（一）堆肥过程控制方法 （二）堆肥装置及设计
以强制通风静态堆肥装置为例
原料预处理 分选 破碎 调质 含水率 孔隙度 C/N 接种
温度测定器 稻草覆盖层 空心棉隔温 混合物料 测氧仪 固体取样口
一次发酵
中间处理 破碎 均质
二次发酵
成品精制
工艺过程
分选
磨细 加富肥分
定时器
穿孔曝气板
·
气体流量计
C 4 H 9 NO
2
测定物料含水率，100℃干燥
2
5H 2O
2
每 kgVS 产水量：52.3%
x
Protein:
y O 2 4CO
2
4.5H
O NO
每 kgVS 产水量：78.6%
物料平衡计算方法
方法一：物料总重可测
WMaterial=WTotal-WColumn WWater=WMaterial* H2O% WDry =WMaterial* (1-H2O%) WVS= WDry* VS% 需测指标： 反应器和物料总重（WTotal） 物料含水率（H2O%） 物料有机质含量（VS%）
堆肥过程控制方法
二、 通风控制
按耗氧速率的演化、比例分配 按O2与温度进行反馈控制
[O 2 ] 5 % T 6 5 C
通 风 /翻 堆
堆肥过程控制方法
三、 臭气和渗滤液控制
臭气控制
密闭空间 气流处理
污水控制
贮存
通风控制
温度 时间 氧浓度
回喷
堆肥过程控制方法
四、物质平衡
重点：堆肥过程的 物料衡算与热量衡算
Stefan–Boltzmann 常数 kJ/(s m2 K4) W/m ℃
5.67×10-11 0.092
Ahn (2007) Mills(1995)
kg/m3
kJ/kg ℃ kJ/kg ℃ kJ/kg ℃ kJ/kg ℃ kJ/kg-VS -2238, 8.896, 273
1.29
4.184 1.004 1.841 1.046 19.6
Ideal gas law, 20℃, 1atm
Haug (1993) Haug (1993) Haug (1993) Mason (2008c) Haug (1993)
L latwat
Q radi A top ( T t T a ) Fa Fe
4 4
Q condu U A ( T m T a )
翻堆释放热量 Qturning
Q turning M
water
C water ( T m T a ) M solid C solid (T m T a )
有机质降解产生热量如何计算？
Q bio VS H c BVS H c
堆肥物料一般为生物有机质，其好氧降解产生的热量， 随不同物质的化学差异而不同。
混合有机物中包含许多未知组分，很难 通过标准焓值估算有机物反应热。但可以 通过量热计以及一些经验公式计算。
稻草 →17.6 MJ· -1VS kg 畜禽粪便→12.8 MJ· -1VS kg 生活垃圾→ 10 MJ· -1VS kg
教材名称 《固体废物处理与资源化技术》
第五章 固体废物生物处理
2010.1.9
第五章 固体废物生物处理
大纲 5.1 概述 5.2 固体废物堆肥化 5.3 固体废物厌氧消化 5.4 固体废物的水解与糖化处理 5.5 先进生物处理技术
5.2.1 堆肥工艺的定义与分类 5.2.2 堆肥化原理 5.2.3 堆肥化工艺 5.2.4 堆肥产物利用与精制
方法二：物料总重不可测
则假定灰分质量（Wash）恒定不变，
通过测得的灰分含量计算物料总重
系统能量平衡
外壁散热耗能热能
物料水分升温显热
水蒸发潜热
干空气升温显热
气流携带 水蒸汽升温显热
能量平衡
Q bio Q dryair Q watvap Q water Q solid Q evapo Q condu Q radi
物料平衡
一个堆肥系统中的物质变化 (kg)：
有机质 WVS
干基重 WDry 总物料重量 WMaterial 水分重 WWater
物料于550℃燃烧测定 其有机质含量及灰分值
灰分 Wash
原水分 WRaw-water 生物产水 WProduce-water
Carbohydrates:
C 6 H 10 O 5 6 O 2 6 CO