5.3.2 厌氧消化工艺(cont.)
工艺类型
– 厌氧消化生物转化单元
5.3.2 厌氧消化工艺(cont.)
工艺类型
– 典型的厌氧消化工艺
• 单段干式消化
5.3.2 厌氧消化工艺(cont.)
工艺类型
– 典型的厌氧消化工艺
• 单段干式消化
5.3.2 厌氧消化工艺(cont.)
工艺类型
5.2.5 堆肥化过程的相关规范(cont.)
选址 建设规模 建设项目构成 工艺和生产线 机械设备和建（构）筑物总体要求 垃圾进厂或进入发酵单元条件 产物去向 发酵工艺 环境保护、环境监测和安全生产
5.2.6 堆肥化过程的设计计算
原料参数 设计参数：主发酵、次级发酵 计算调理剂和调节水添加量 计算主发酵仓尺寸 计算主发酵仓强制通风风量 计算主发酵仓强制通风分压 计算次级发酵堆体尺寸
堆肥化过程
主发酵(一次发酵)
70 常 升
温温 潜阶
高温阶段
降温 阶段
45
伏 阶
段
段
20
次发酵(二次发酵) 常温腐熟阶段
堆体温度(oC)
堆置时间(天)
5.2.1好氧堆肥化原理(cont.)
生物演替
– 细菌：有机物降解，堆肥化全过程 – 放线菌亚门：分泌抗生素，堆制中后期 – 真菌：木质纤维素降解，堆制后期 – 原生动物、微型后生动物：腐殖化，堆制后期 – 自养型细菌：硝化细菌，堆制后期
5.3.1 厌氧消化原理(cont.)
物质转化
( n a b ) 22.4
Y0 CH 4
284 12n a 16b
YCH4 0.208 0.028蛋白质 0.712 脂肪 0.034 半纤维素+0.138 纤维素 -0.767 木质素
5.3.2 厌氧消化工艺
工艺影响因素
料
5.2.4 堆肥产物的评估(cont.)
堆肥产物的评估指标
理化和表观指标 营养指标 土壤改良 有机物稳定性指标
− 含水率、含杂率
− pH、电导率(盐度) −总养分
− 颜色、气味
−氮/磷/钾/Mg
− 粒径、容重
−NH4-N/NO3-N
相关指标
−有机质含量 −碱度
− 易降解有机物(淀粉) − 难降解有机物(纤维素\木质素) − 腐殖质 − 中间代谢物(有机酸) − 水淬性有机物的含量 − 生物稳定性指标(耗氧速率、
城市垃圾处理
材料员岗位知识与专 业技能
第五章 生活垃圾生主物编处理
• 吕凡 同济大学
目录
第一节 生物处理途径与方法
第二节 生活垃圾的堆肥处理 好氧堆肥化原理 好氧堆肥化工艺 堆肥化装置 堆肥产物的评估 堆肥化过程的相关规范和设计 堆肥过程的设计计算
第三节 生活垃圾的厌氧消化处理 厌氧消化原理 厌氧消化工艺 厌氧消化过程控制与规范 厌氧消化过程的设计计算
餐厨垃圾
园林废物
棉麻织物
物理组成
5.1 生物处理途径与方法(cont.)
生物处理技术分类
主流技术
衍生技术
新兴技术
−好氧堆肥 −厌氧消化
−机械生物处理 −生物干化 −生物稳定化
−制造生物燃料
生物乙醇/生物柴油/氢
−制造生物化学品
乳酸/醇/酮
5.2 生活垃圾的堆肥处理
5.2.1好氧堆肥化原理
定义
产甲烷潜力、自热潜力)
生物学指标
卫生指标
− 植物效应(种子发芽率)
− 可发芽种子及植物的 繁殖体含量
− 粪大肠菌群 − 蛔虫卵 − 沙门氏菌 − 大肠杆菌 − 根腐病菌
污染物浓度限值
− Na、盐份 − 油脂、矿物油
− Cd、Hg、Pb、Cr、As、Ni、Zn、 Cu等重金属
− 苯并(a)芘、PAH、PCB、 PCDD/PCDF、PFC、AOX、LAS、 NPE、DEHP等微量有机污染物
–氮
(3%-5%)
5.2.1好氧堆肥化原理(cont.)
物质转化
硫 – (0.5%)
• 微生物的半胱氨酸和蛋氨酸 • 生物素、维生素B1、硫辛酸 • 恶臭物质
– H2S – 硫醇类：甲硫醇、乙硫醇、丙硫醇、丁硫
醇、戊硫醇、己硫醇、二异丙硫醇、十二 碳硫醇 – 硫醚类：甲硫醚、二甲二硫、二乙硫、二
– 典型的厌氧消化工艺
• 单段干式消化
5.3.2 厌氧消化工艺(cont.)
工艺类型
– 典型的厌氧消化工艺
• 两段湿式消化
5.3.3 厌氧消化过程控制与规范
工艺与设施、设备 沼气的安全使用 沼气的储存与利用工艺 厌氧消化后处理工艺 消化残余物性质和利用要求
5.3.4 厌氧消化过程的设计计算
碱离子EC50抑制浓度 (pH 6~8)
其它抑制物的抑制阈值
6000~15000 mg/L 4000~6000 mg/L
30~43 g/L 高
1000~2500 mg/L 300~1500 mg/L 2500~5500 mg/L
低
1000~2500 mg/L 300~1500 mg/L 2500~5500 mg/L
5~10
产氢产乙酸菌
严格厌氧
20~60oC
6~8
产甲烷菌
严格厌氧
中温段: 30~43oC 高温段: 50~60oC
6~8
H2分压
基本没限制 最高可耐受 25%~40%
< 10-4 atm
氢营养型产甲烷菌
要求H2分压 > 10-6 atm
有机酸EC50抑制浓度(pH6~8) 氨EC50抑制浓度 (pH 6~8)
过程中产生的 各种代谢产物
培养功能微生物 制取酶制剂
制取生物乙醇
降解宏量 或微量污染物
5.1 生物处理途径与方法(cont.)
生活垃圾中的有机物分类
生 易生物降解 相对难生物降解 不可生物降解
物
质
组
易腐有机物
成
淀粉/蛋白质/脂肪
纤维素/半纤维素 木质素 果胶/腊
塑料 橡胶
化纤织物
厨余、果皮
废纸、竹木
5.2.2 好氧堆肥化工艺
工艺影响因素和操作控制
堆肥物料
环境参数
微生物活性
−有机物含量 −生物可降解性 −C/N质量比
物料混合调配
−温度 −氧气浓度 −含水率 −空隙率 −pH
通风 翻堆 物料混配
−微生物量 −代谢活性
接种
5.2.2 好氧堆肥化工艺(cont.)
工艺构成
5.2.3 堆肥化装置
乙酸化
产氢产乙酸菌
乙酸
蛋白 质
脂肪
氨基酸 甘油 LCFA
醇类 （C1~C2）
NH4+
HCO3-/CO2
H2
HCO3-/CO2 H2
甲烷化
产甲烷菌
CH4
CH4
HCO3-/CO2
NH4+ CO2
5.3.1 厌氧消化原理(cont.)
微生物生态
环境参数
溶解O2 温度
pH
水解酸化菌
兼性或专性厌氧
10~70oC
CH3COOH→CH4+CO2 CO2+4H2→CH4+2H2O 4CH3OH→3CH4+ CO2+2H2O 4H2+2CO2→CH3COOH+ 2H2O CH3COOH+ 2H2O→4H2+2CO2
ΔGo (kJ)
0 -206 -165 76.1 -31 -135.6 -104.9 -130.7 104.6
5.2.4 堆肥产物的评估
堆肥产物的消纳方式
– 有机肥（土壤改良剂）
• 农用、园林绿化用、林用、土地改良
– 废物衍生燃料RDF材料 – 填埋场日覆盖土 – 填埋场甲烷氧化生物活性覆土 – 受污染土壤修复用的生物活性土 – 生物滤床填料、VOCs/恶臭防控材料 – 水土侵蚀控制材料、草坪修复材料 – 人工造林材料、湿地恢复材料、栖息地复兴材
开放式
−翻堆条垛式 −静态通风垛/堆式
封闭式
−槽仓式 −滚筒式
5.2.3 堆肥化装置(cont.)
图5-5 翻堆条垛式堆肥系统
5.2.3 堆肥化装置(cont.)
图5-6 静态通风垛式堆肥系统
5.2.3 堆肥化装置(cont.)
图5-7 槽仓式堆肥系统
5.2.3 堆肥化装置(cont.)
图5-8 滚筒式堆肥系统
5.2.5 堆肥化过程的相关规范
生物有机质堆肥污染控制标准(国家标准, 制订中) 生活垃圾堆肥处理技术规范(CJJ51-2014) 生活垃圾堆肥处理工程项目建设标准(建标141-2010)
城市生活垃圾堆肥处理厂运行、维护及其安全技术规程(CJJ/T86-2000)
城市生活垃圾堆肥处理厂技术评价指标(CJJ/T3059-1996) 餐厨垃圾处理技术规范（CJJ 184-2012） 城镇垃圾农用控制标准(GB8172-87) 粪便无害化卫生要求(GB7959-2012) 城镇污水处理厂污泥处置-园林绿化用泥质(GB/T23486-2009) 城镇污水处理厂污泥处置-林地用泥质(CJT 362-2011) 湿垃圾处理残余物的稳定性评价方法(上海市地方标准, 制订中) 有机肥料(NY 525) 生物有机肥(NY 884)
5.1 生物处理途径与方法
定义
生活垃圾生物处理技术
利用自然生物（主要是微生物）的代谢功能
达到处理生活垃圾的目的
降解城市垃圾中的有机物 获得代谢产物 产生新的生物体
降解利用 产物利用
营养物基质化利用
5.1 生物处理途径与方法(cont.)
目的
营养物基质化利用
产物利用
降解利用
收获新生物体或酶 获得生物体新陈代谢