(固体废物处理与利用第三版课件)第四单元：固体废物的处理与处置(微生物分解).pptx

1、1固体废物的生物处理技术基本方法及一般原理、堆肥化处理技术的生物机理、工艺流程原理、技术参数及控制、堆肥产品质量控制标准与平定方法、厌氧发酵技术原理、技术参数及控制方法、厌氧发酵器选型及结构设计、厌氧发酵产物与利用。好氧中高温堆肥化工艺原理与过程控制技术和方法、厌氧发酵处理的技术原理、生物化学机理、技术参数及控制方法。生物转化（或生物代谢）动力学和厌氧发酵器结构设计参数选择与计算。2一、定义：一、定义：固体废物生物处理技术的实质是生物转化技术，它是指人类通过各种手段，利用微生物所具有的巨大的氧化分解有机物并使之转化为无机物的生物能，实现可降解固体有机物的稳定化、资源化和减量化。二、意义：二、意

2、义：对固体废物进行消纳处理，实现可降解有机固废的三化；促进人类社会与自然界物质循环，改良土壤，保护农田；回收沼气、生产堆肥，合成微生物蛋白质和葡萄糖等。三、前景：三、前景：城市生活垃圾、淤泥、人畜粪便和农业秸杆等固体废物中含有丰富的生物固体有机物，来源广泛，数量庞大，在当前世界性自然资源和能源严重短缺情况下，开发固体废物生物处理技术，回收和利用固体废物中所蕴含的大量有用物质及能源意义深远，前景广阔。3四、微生物的分类及其新陈代谢四、微生物的分类及其新陈代谢根据微生物新陈代谢过程需氧与否，大致可以分三类：好氧微生物：好氧微生物：指新陈代谢时需要氧气的微生物；厌氧微生物：厌氧微生物：指新陈代谢时不

3、需要氧气，即在无氧环 境中才能生长生活的微生物；兼氧微生物：兼氧微生物：指在有氧气或无氧气环境中都能生存并 进行代谢作用的微生物； 微生物的代谢作用与其它生物一样，要不断从周围环境中吸取养料，并在体内进行物质转化和交换，这一过程通常称之为新陈代谢作用：一方面将有机质分解并提供能量，即分解代谢；另一方面又消耗能量合成细胞及生物体，即合成代谢。这两种代谢过程是不可分割、相互依存的，故将其称为新陈代谢。4五、固废生物处理的分类五、固废生物处理的分类 根据固体废物处理过程中起主导作用的微生物种类和产物特点，固体废物生物处理可分为好氧生物处理和厌氧生物处理：好氧生物处理法：好氧生物处理法： 在供氧条件下

4、，利用好氧微生物新陈代谢，使固体有机物降解、转化成相对低能位、低分子量物质而稳定下来，同时放出热量，减量化和无害化效果明显。厌氧生物处理法：厌氧生物处理法： 是在没有游离氧情况下，利用厌氧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。5一、基本概念二、原料来源及质量控制三、好氧堆肥原理四、好氧堆肥过程技术参数及控制五、好氧堆肥工艺过程六、好氧堆肥方法及设备七、堆肥腐熟度及其质量标准6一、好氧堆肥（一、好氧堆肥（composting）定义定义（聂永丰）：（聂永丰）：依靠自

5、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生化转化的微生物学过程。（毕振明、娄性义）：（毕振明、娄性义）：是在人工控制的条件下，使来源于生物的有机固体废物进行生物稳定作用（Biostablization）的过程。（欧、美）：（欧、美）：在有氧条件下，微生物对固体、半固体有机物的好氧中温或高温分解，产生稳定的腐殖质的过程（区别于简易好氧或厌氧堆肥）。堆肥化包含四层含义：堆肥化包含四层含义： 堆肥化的原料是来自生物的固体有机物； 堆肥化过程是在人工控制条件下进行； 作用的主体是微生物，作用过程是生物化学过程； 产物是稳定的腐殖。7二、原料来源及质量控制二

6、、原料来源及质量控制1、来源：、来源：可作堆肥化处理的废物种类很多，来源广泛，如城市生活垃圾、农业秸杆、锯末、树皮、污泥及厌氧发酵残渣等。目前，我国堆肥化原料主要是两类：生活垃圾+粪便或生活垃圾+生活污泥农业秸杆+粪便2、质量控制：、质量控制：A、密度（容重）：密度（容重）：适宜堆肥的垃圾密度350-650kg/m3；B、组分（湿质）组分（湿质）%：有机物20%，并按照易腐物（动物性+植物性）、灰渣（15mm称渣砾，15mm为灰土）和废品（纸类、布类、塑料、金属、玻璃）分别统计用于堆肥化处理的城市生活垃圾组成成分。C、含水率：含水率：适合堆肥的垃圾含水率为40-60%；D、碳碳/氮比（氮比（C

7、/N）：）：适合堆肥的C/N比为2030；E、粒度：粒度：适合堆肥的物料粒度为12-60mm，蔬菜类易腐废物尺寸可略大一些。8三、好氧堆肥机理三、好氧堆肥机理1、原理：好氧堆肥、原理：好氧堆肥是在通风条件下和有游离氧存在情况下，依靠好氧微生物（即好氧细菌）的分解发酵作用下进行的。 如果将废物中的有机物用CaHbOcNd表示，堆肥产品（难降解抗性有机物）的有机质用CwHxOyNz表示，则好氧分解代谢过程可表示为：CaHbOcNd+0.5ny+2s+r-cO2n CwHxOyNzd H2O（气）+ f H2O（液）+s CO2+（d-nx）NH3910微生物学过程 嗜温菌和嗜热菌活动的温度范围 细

8、菌 最低适宜最高嗜温性15-2525-4043嗜热性25-4540-50 85112、堆肥化过程、堆肥化过程 通常都是根据堆层温度变化为主要标志，将堆肥化过程分为下列若干段：A、潜伏阶段，又称驯化阶段，潜伏阶段，又称驯化阶段，是堆肥中的微生物适应新环境，在优胜劣汰中驯化，形成优势菌群的过程。B、中温阶段，中温阶段，堆肥初期，堆层基本呈中温，嗜温性微生物较为活跃，并利用堆肥中可溶性有机物旺盛繁殖。C、高温阶段，高温阶段，当肥堆温度上升到45以上时，嗜热菌替代嗜温菌，即进入高温阶段。D、腐熟阶段，腐熟阶段，在内源呼吸后期，只剩下部分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，温

9、度下降。1213四、堆肥化过程技术参数及控制四、堆肥化过程技术参数及控制 1、通风作用及其控制、通风作用及其控制 2、含水率及其控制、含水率及其控制 3、仓内温度及其控制、仓内温度及其控制 4、有机质含量、有机质含量 5、颗粒度、颗粒度 6、碳氮比（、碳氮比（C/N） 7、碳磷比碳磷比 8、pH值值141、通风作用及其控制、通风作用及其控制作用：作用：维持好氧微生物的生物活性；带走水蒸气，干化 物料；调节发酵仓内堆层的温度等。A、堆肥化过程需氧量计算（见下一页）堆肥化过程需氧量计算（见下一页）B、通风方法及控制通风方法及控制主要方式：主要方式：自然通风、堆层内置通风管、机械翻堆通风、强制通风等

10、控制方法：控制方法：利用需氧量与堆肥物料水分和堆层温度密切相关性；通常用堆层温度变化来控制通风量； 利用耗氧速率（或氧的吸收率）可作为衡量堆层内生物氧化作用及有机质分解程度指示剂的特点，在机械化连续堆肥中，利用排气中氧的含量或CO2含量变化（与发酵仓内氧的浓度和吸收率有相关性）控制通风量。排气中适宜的体积浓度控制标准为14-17%。15堆肥化过程需氧量计算堆肥化过程需氧量计算根据堆肥化过程有机物氧化分解下列反应式推算理论氧化分解需氧量，进而折算出理论空气量： CsHtNuOia H2O+b O2CwHxNyOz c H2O+d H2O(气) +e H2O(液)+f CO2+g NH3+Q （其

11、中w=5-10；x=7-17；y=1；z=2-8）经验法 ：通常为理论空气量二倍以上，静态堆肥中取0.05-0.2M3/（minm3），在动态堆肥化中则需做生产性试验确定。162、含水率及其控制、含水率及其控制 微生物只能摄取溶解性养料，微生物体内的水（80%）和流动状态的水是微生物生化反应的介质，并影响堆肥发酵速度和腐熟程度，有资料显示，当物料中含水率12%时，微生物将停止繁殖。因此含水率也是好氧堆肥化关键工艺条件之一，并对通风等其它工艺技术参数产生影响。极限含水量：极限含水量：又称最大含水量，是指从透气性角度出 发，将固体粒子内部细孔被水填满时的含水率称之。城市垃圾最大含水率65%。其中煤

12、渣45.1%、菜皮92.0%、厚纸板65.5%、报纸74.4%、破布74.3%、碎砖瓦15.9%、玻璃1.1%、塑料5.7%、金属1.1%临界水分：临界水分：是指堆肥化过程中既考虑微生物活性需要，又考虑到保持物料孔隙率和透气性需要的综合指标。当含水率65%时，水分将充满物粒间隙，堆层内空气量降低，由好氧状态向厌氧转化，温度剧降，并产生恶臭气体。17含水率调节与控制含水率调节与控制掺加调理剂掺加调理剂（干调理剂锯末，湿调理剂污泥或粪便等） 适宜的含水率范围是45-60%，以55%为最佳，因为临界水分与物料有机质含量有关，当有机质含量50%时，临界水分45-50%；当有机物含量达到60%时，临界水

13、分为60%。183、仓内温度及其控制、仓内温度及其控制 温度决定着微生物活性大小和堆肥化进程快慢，同样是好氧堆肥化重要工艺技术参数之一。温度太低，不仅不利于有机质氧化分解和微生物新陈代谢，而且也达不到热灭活（即高温杀灭虫卵、病原菌和寄生虫等）的无害化要求，故一般采用好氧高温堆肥。但是，当温度超过70时，堆肥中的放线菌等有益细菌（存活于植物根部周围使植物茁壮成长）将被杀灭，孢子量不活动状态，分解速度减慢。故堆肥化适宜温度为55-60 。 发酵仓内温度变化与发酵装置、保温条件和通风供氧量有关。所以在实际工作中通常由温度通风反馈系统来实现堆层温度的自动控制。大量试验和经验数据表明，一次发酵平均通风量

14、选择0.2m3/（minm3）较为适宜。1920214、有机质含量：、有机质含量：堆肥化原料中的有机质含量高低对堆层温度和通风量均有影响，有机质含量太低，分解所产生的热量不足以维持堆肥化所需热灭活温度，且影响堆肥成品质量；有机质含量太高则给通风供养带来困难，易出现厌氧状态。适宜的有机质含量为20-80%。5、颗粒度、颗粒度颗粒度影响堆层空隙率和透气性。物料颗粒的平均适宜粒度为12-60mm，并随垃圾物性变化而变化，纸类（含纸板）的破碎粒度为3.8-5.0cm，材质较硬者的粒度要求小一些（0.5-1.0cm），厨房食品垃圾为主的废物破碎尺寸可大一些，以免破碎成浆状影响透气性。226、碳氮比（、碳

15、氮比（C/N比）比） 在堆肥过程中，大部分碳源被微生物代谢分解成CO2排入大气，少部分碳成细胞膜。而氮则主要消耗在细胞原生质合成并留于系统中。因此，对于微生物营养需求而言，C/N比是影响微生物生长活性的最主要营养因素。微生物体本身的C/N 4-30（干重比），用作营养的C/N比最好在此范围内（C/N比10左右，有机物被微生物分解速率最大）。C/N太低，多余的氮将以氨的形式逸散并污染环境；C/N比太高，微生物繁殖受到氮源限制而使有机质分解不完全，影响最终的分解效率或降解效率（n值）。237、碳磷比（、碳磷比（C/P比）比）磷也是微生物繁殖和新陈代谢所必需的，对有机物发酵影响很大，堆肥化原料适宜的

16、C/P比为75-150。8、pH值值堆肥化过程中堆层pH值随时间和温度变化而变化，pH值是揭示堆肥化分解过程的一个极好标志。最初阶段由于有机酸产生，pH值回降低到以下；随后，随着有机酸被逐渐分解，pH值逐渐上升到8左右，一般认为pH=7.5-8.5时堆肥化效率最高。 24A、前处理：前处理：分选、破碎、调质、配料、菌种驯化、投放及投加酶制剂、有机调理剂及膨胀剂等，以利于发酵过程正常进行。B、主发酵：主发酵：是由温度升高到开始降低为止的发酵过程。C、后发酵：后发酵：是指将经主发酵的半成品中尚未分解的有机质分解变为腐殖质、氨基酸等比较稳定的有机物和完全腐熟的堆肥产品过程。D、后处理：后处理：包括分

17、选除杂志、除臭和精制过程等。E、精制：精制：根据用途和需要破碎，添加N、P、K等添加剂生产复合肥，或固化造粒等。F、贮存：贮存：净化后的散装堆肥产品可以直接销售给客户，或者进行贮存。前处理前处理主发酵主发酵后发酵后发酵原处理原处理贮存贮存五、好氧堆肥的工艺过程五、好氧堆肥的工艺过程25六、好氧堆肥方法及设备六、好氧堆肥方法及设备根据堆肥化工艺技术发展演化历史及工艺特点分类如下：P80教材1、好氧堆肥方法、好氧堆肥方法厌氧堆肥化好氧堆肥化露天（敞开）式堆肥化封闭式堆肥化无发酵袋置堆肥化有发酵袋置堆肥化人工土法堆肥化机械化堆肥化静态发酵堆肥化动态（机械化）发酵化26根据堆肥化过程中通风方式可进一步

18、分为两种，搅 拌翻堆条垛式发酵堆肥化工艺 强制通风固定垛式发酵堆肥工艺搅拌翻堆条垛式堆肥工艺搅拌翻堆条垛式堆肥工艺特点：物料以条垛状堆置并排成多条平行垛；通风方式通过翻动垛来实现，生产效率高，成本低，但占地面积大。周期：一次发酵周期约3-4周；强制通风式固定垛发酵工艺强制通风式固定垛发酵工艺特点：物料堆肥化过程不进行翻堆，氧气的供给是通过机械抽风使空气渗透到料堆内部来实现。其主要优点是占地面积小，生产效率高、周围环境好，操作管理方便，但堆肥成本相对较高。周期：一次发酵停存周期一般为三周。27282、堆肥工艺及设备、堆肥工艺及设备堆肥化设备按照堆肥化工艺流程包括：进料供料设备进料供料设备预处理设

19、备预处理设备一次发酵设备一次发酵设备二次发酵二次发酵设备设备后处理设备后处理设备产品精加工设备产品精加工设备等。供料设备：供料设备：地磅称、贮料仓、进料斗、起重机等。预处理设备：预处理设备：破包机、撕碎机、分选机、混合搅拌机等。发酵设备：发酵设备：一次发酵设备、二次发酵设备等。后处理设备：后处理设备：筛选机、烘干造粒机、配肥、包装机等。其它设备：其它设备：脱臭装置、污水导排与处理装置、配电与控制装置；2930强制通风式固定垛发酵工艺 31露天堆肥工艺露天堆肥工艺32搅拌翻堆条垛式堆肥工艺搅拌翻堆条垛式堆肥工艺33固定垛强制通风堆肥工艺固定垛强制通风堆肥工艺343、堆肥设备、堆肥设备立式多层板闭

20、合式堆肥发酵塔立式多层圆筒式堆肥发酵塔卧式发酵器3536373839404142七、堆肥腐熟度及其质量控制七、堆肥腐熟度及其质量控制定义：定义：指堆肥中有机质因氧化分解而稳定化程度称作堆肥腐熟度。基本含义：基本含义：堆肥产品达到稳定化，无害化程度，即对环境 不产生不良影响； 堆肥产品使用不影响农作物的生长和土壤的耕 作能力。标准：标准：直观标准：无激烈分解、低温、茶褐色或黑色，无恶臭，手感松软易碎，无明显纤维素和木质结构等； 化学标准：包括堆肥中的COD、Vs、淀粉和纤维素、碳氧比、凝胶色谱、氧化还原电位、碱性基本交换量、硝酸氨等。 工艺参数标准：包括堆层温度，水分物料平衡，耗氧速率等。43高

21、温堆肥卫生标准（GB7959-87） 编号 项目卫生标准1堆肥温度 最高温度达5055以上，持续57天 2蛔虫卵死亡率 95100% 3粪大肠菌值 10-110-2 4苍蝇 有效控制苍蝇孳生，堆肥周围没有活的蛆、蛹或新羽化的成蝇 44堆肥腐熟度的检测方法堆肥腐熟度的检测方法氨氨 实实 验验 方方 法：法：完全腐熟的堆肥含有硝酸氮和少量氨氮，未腐熟的堆肥则只含有氨氮而不含硝酸氮。根据这一特性，可利用特定的显色反应来测试堆肥样品中是否含有氨氮和硝酸氮（可由硝酸氮还原产生），从而判定堆肥是否腐熟及腐熟程度。耗氧速率方法：耗氧速率方法：其基本原理是在一次发酵末期，好氧速率趋于平稳，堆温开始下降；二次发

22、酵期间，耗氧速率变化不大，总体呈下降趋势。当堆肥稳定时相对耗氧速率基本稳定在0.02O2%/min左右，由此判断堆肥腐熟度。45堆肥的效能与作用堆肥的效能与作用堆肥：堆肥：是有机固体废物经过堆肥化处理得到的成品（或产品），主要由疏松多孔的腐殖质组成。 堆肥中的腐殖质可改善土壤的物理、化学和生物特性，增进化肥肥效，保持土壤环境适于农作物的良好状态。使土质松软、多孔，增加保水性、透气性及渗水性，改善土壤的物性；由于腐殖质带阳电荷，有助于吸附和粘住化肥中氮、钾、铵等阳离子，保持土壤养分，提高肥力；腐殖质与酸性土壤中的活性铝等结合（或螯合）后能抑制活性铝与磷酸结合，并促进有机质分解和氮肥等养分供应。减

23、轻施肥过程，以及气候等条件恶化对农作物的影响，起缓冲作用；堆肥中的氮肥几乎都是以蛋白质的形式存在，要经过氮微生物分解或硝酸盐氮后方能被植物吸收，故可保持土壤长期肥力而不对农作物产生损害。有助于促进植物根系发育及生长，并可提供CO2。46使用堆肥应注意事项使用堆肥应注意事项成熟的堆肥富有活的微生物，其耗氧量虽然比未成熟堆肥要少，仍易成为厌氧状态，所以在使用时需要充分注意。用于农田施肥时，不要将堆肥埋起来，最好让其在土壤表面暴露于空气中。新鲜堆肥宜用作底肥。粗堆肥最好用于粘质、淤泥和结板的土壤；细堆肥用于干燥、疏散及多沙的土壤。城市垃圾堆肥C/N比大，即含氮量低，最好和氮肥配合使用，以免出现土壤的

24、“氮饥饿”现象。堆肥不应装在密封的袋里搬运或保存，必要时，在袋上开空气流通口。47一、概述二、厌氧发酵的原理三、厌氧发酵的工艺条件及控制四、厌氧发酵的工艺流程五、厌氧发酵设备48一、固体废物厌氧发酵概述一、固体废物厌氧发酵概述定义：定义：在人工控制的厌氧条件下，利用厌氧微生物将废物中可降解有机质分解转化成甲烷、二氧化碳和其它稳定物质的生物化学处理过程。历史：历史：自然界中厌氧发酵产沼现象发现于1630年，到二十世纪初厌氧发酵产沼技术得以应用并发展； 厌氧发酵处理技术应用于固体废物处理始于英国。49沼气是由微生物产生的一种可燃性混合气体，其主要成分是甲烷(CH4)，大约占60%，其次是二氧化碳(

25、CO2)大约占35%，此外还有少量其它气体，如水蒸气、硫化氢、一氧化碳、氮气等。不同条件下产生的沼气，其成分有一定的差异。例如人粪、鸡粪、屠宰废水发酵时，所产生的甲烷含量可达70%以上，农作物秸杆发酵所产生的沼气中甲烷含量一般为55%左右。 50沼气发酵的微生物种类：l第一类叫发酵细菌。包括各种有机物分解菌，它们能分泌胞外酶，主要作用是将复杂的有机物分解成较为简单的物质。例如多糖转化为单糖，蛋白质转化为肽或氨基酸，脂肪转化为甘油和脂肪酸。第二类叫产氢产乙酸细菌。其主要作用是前一类细菌分解的产物进一步分解成乙酸和二氧化碳。第三类细菌称产甲烷菌。它们的作用是利用乙酸、氢气和二氧化碳产生甲烷。在实际

26、的发酵过程中这三类微生物既相互协调，又相互制约，共同完成产沼气过程。 51厌氧发酵微生物厌氧发酵微生物不产甲烷菌：不产甲烷菌：指厌氧发酵过程中不直接参与甲烷生成反应的微生物，包括水解性细菌和产酸细菌等。其作用是：为产甲烷菌提供养分；创造适宜的氧化还原条件； 为产甲烷菌消除部分有毒物质； 和产甲烷菌一起，共同维持发酵的pH值。产甲烷菌：产甲烷菌：隶属于原核生物。其主要生态特征有： 严格厌氧，对氧和氧化剂非常敏感； 宜于中性偏碱性环境条件下繁殖； 菌体倍增时间长，4-5天才系列增殖1代； 只能利用少数简单化合物作营养，但却都能利用分子氢作代谢能量； 代谢最终产物是CH4和CO2。52厌氧发酵生物化

27、学反应代谢方程厌氧发酵生物化学反应代谢方程1、总生化反应式当有机物用CaHbOcNd表示时，其完全厌氧分解反应式为：2、碳水化合物分解代谢方程式：热量抗性有机物细胞物质营养物有机物厌氧微生物SHHNHCOCHOH2232423242832483244324dNHCOdcbaCHdcbaOHdcbaCaHbOcNd2461262510633nCOnCHOHnCOnHOHCn 产甲烷菌产酸菌水解丁酸乙酸葡萄糖纤维素533、脂类化合物在厌氧发酵原料中含量低，其代谢过程为：4、蛋白质类化合物在厌氧发酵原料中所占比例变化大，养殖场废物中有时高达20%，其代谢过程为：24COCH 产甲烷菌产酸菌水解乙酸丙

28、酮酸甘油脂肪酸类脂化合物54二、厌氧发酵代谢过程（理论）二、厌氧发酵代谢过程（理论）两阶段理论：两阶段理论：按生化作用是否产气，将厌氧发酵过程分为两个阶段水解酸化阶段或产酸阶段（液化阶段）和产气阶段，即：三阶段理论：三阶段理论：厌氧发酵过程分为三阶段，分别由三个不同细菌菌群作用完成：等等醇类脂肪酸有机质产甲烷菌产酸菌水解菌法侥性细菌243222)(NHNSHCOCOCH 等等中性化学物醇类挥发酚脂肪酸甘油氨基酸糖类有机质产甲烷菌产氢产酸菌水解菌SHCOCONHCHCOH2222422 55四阶段论：四阶段论：认为厌氧发酵过程可分为四个阶段并由四个独特性质的微生物菌群代谢完成。5657三、厌氧发

29、酵工艺技术条件（影响因素）三、厌氧发酵工艺技术条件（影响因素） 1、厌氧条件：确保厌氧发酵系统厌氧条件对于厌氧发酵处理至关重要； 2、原料的配比：（营养素或养分）C/N=15-30：1、P/C=5：1、N/NH3适宜； 3、温度：在35-38或50-65范围内为佳，产气量大； 4、 pH值：最佳pH值范围是6.8-7.5，为弱碱环境； 参考P83教材 58三、厌氧发酵工艺技术条件（影响因素）三、厌氧发酵工艺技术条件（影响因素） 5、搅拌：一般情况下需要安装搅拌设备； 6、添加剂与毒害物：添加剂有硫酸锌、磷矿粉、钢渣、碳酸钙、炉灰等；但超过发酵菌耐受度即成为毒害物； 7、进料方式：通常采用批量进

30、料、半连续进料和连续进料； 8、发酵方式：通常有二相发酵、混合发酵两种； 9、原料性状：可分为液体、固体和高浓度发酵三种；10、发酵装置（anaerobic degester）：分常规发酵装置和高效发酵装置两种59四、厌氧发酵处理的工艺流程及设备四、厌氧发酵处理的工艺流程及设备1、水压式沼气池工艺流程；2、浮罩式发酵池工艺流程；3、联合的高固体厌氧发酵与好氧堆肥化工艺流程。（下图） 经预处理的 城市垃圾高固体厌氧发酵器好氧堆肥化发酵器供热 供热沼气空气土壤调节剂肥粒6061特点：特点：工作原理工作原理62636465666768一、概述二、处理处置工艺三、污泥中水的赋存形式四、污泥浓缩五、污泥

31、消化六、污泥调理七、污泥脱水八、污泥处理与处置69一、概述一、概述1、定义：、定义：污泥是给水、排水及市政管网、各种污染防治设施及其运行处理过程中产生的沉淀物、漂浮物的统称。2、来源：、来源：污水中的沙砾，土粒、以及矿渣一类的无机物（沉渣）（沉渣）和有机颗粒状的悬浮固体可沉物质（污泥）。（污泥）。703、分类、分类1、按来源：、按来源：给水污泥、生活污水污泥、工业废水污泥；2、按成因：、按成因：沉淀污泥、生物污泥；3、按组成成分：、按组成成分：有机污泥、无机污泥；4、按稳定化程度：、按稳定化程度：生污泥、浓缩污泥、消化污泥、脱水污泥、干化污泥、干燥污泥；5、按污泥从污水中的分离过程：、按污泥从

32、污水中的分离过程：初沉污泥、活性污泥、化学污泥（深度处理时混凝沉淀污泥）、生物滤池污泥（腐殖污泥）71二、污泥处理处置工艺二、污泥处理处置工艺污泥处理的目的：污泥处理的目的：减量化：减量化：减少体积和含水率方便后续处理无害化：无害化：卫生化、稳定化资源化：资源化：综合利用1)污泥浓缩机械脱水滤饼处置；2)污泥浓缩机械脱水焚烧灰分处置；3)污泥浓缩消化调理机械脱水滤饼处置；4)污泥浓缩消化机械脱水焚烧灰分处置。72污泥处理的一般工艺污泥处理的一般工艺 自然干化污泥利用 | 污泥浓缩消化调理（预处理）机械脱水 | | 污泥与消化气利用 污泥利用 干燥与焚烧最终处置 |污泥利用与灰分处理以上流程，以

33、上流程， 可以根据实际情况进行取舍和组合可以根据实际情况进行取舍和组合73 污泥含水率及其状态含 水 率污 泥 状 态 90%以上80%90%70%80%60%70%50%几乎为液体粥 状 物柔 软 状几乎为固体粘 土 状74污泥中水的赋存形式污泥中水的赋存形式游离水或自由水：游离水或自由水：与污泥颗粒无关，可通过过滤去除，在不同种类污泥中，其含量变化很大。间隙水：间隙水：存在于污泥固体颗粒间隙中，为固体颗粒污泥所包围，一般可通过浓缩去除，约占污泥中的非自由水的70%。 毛细管水：毛细管水：存在于污泥固体颗粒内部毛细管内，受表面张力作用而存在，一般占污泥非自由水分的20%左右，可离心去除。表面

34、吸附水：表面吸附水：又称湿存水，吸附在污泥颗粒表面并形成一层薄的水膜，其含量与颗粒表面特性有关，约占污泥非自由水分的7%左右，可蒸发、离心去除。内部水：内部水：又称结合水，存在于颗粒内部或微生物细胞内，约占污泥非自由水分的3%，靠机械方法难以去除。75l污泥中水分与污泥颗粒结合的强度由大到小污泥中水分与污泥颗粒结合的强度由大到小的顺序大致为（该顺序也是污泥脱水的难易顺的顺序大致为（该顺序也是污泥脱水的难易顺序）：序）：l内部水表面吸附水毛细管结合水间隙水。 l污泥脱水的难易除与水分在污泥中的存在形式有关外，还与污泥颗粒的大小和有机物含量有关。污泥颗粒越细、有机物含量越高，其脱污泥颗粒越细、有机

35、物含量越高，其脱水的难度就越大。水的难度就越大。l为了改善这种污泥脱水性能，常采用污泥消化或化学调理等方法。l生产实践表明，污泥脱水用单一方法很难奏效，必须采用几种方法配合使用，才能收到良好的况水效果。常用的脱水方法和效果见表1：76表表1 ：常用的脱水方法及效果：常用的脱水方法及效果脱水方法含水率(%)推动力能 耗(kWh/m3污泥水)脱水后的污泥状态浓缩重力浓缩气浮浓缩离心浓缩9597重力浮力离心力0.0010.01近似糊状机械脱水真空过滤压力过滤滚压过滤离心过滤水中造粒60855570788680858286负压压力压力离心力化学、机械110泥饼泥饼泥饼泥饼干化冷冻、温式氧化、热处理干燥

36、焚烧1040010热能热能热能1000颗粒灰77污泥特性描述污泥特性描述1、干固含量（、干固含量（Ds）：）：污泥在105温度条件下干燥至恒重时测定的污泥含固量，g/L或%w；2、挥发性固体含量（挥发性固体含量（Vs）：）：以干固体含量的重量百分数来表示，指污泥中的干固体在550-600 高温条件下隔氧加热气化，以气化前后的重量差计算污泥Vs（%w），它是污泥中有机质含量的近似值。3、组成成分：、组成成分：元素分析（C、H、O、N、S、P、重金属）；4、理化参数：、理化参数：碱度、溶解度总量、BOD、COD等；5、表观粘度：、表观粘度：是关于污泥除变触变特性，反应污泥颗粒间作用力大小，以评估其

37、运输和泵输送过程特性。6、颗粒分布：、颗粒分布：评估污泥单元操作的特性指标。7、含、含 水水 性性 ：评估污泥中各种形式水分所占比例，尤其是游离水和结合水具有决定意义。8、污泥行为特性指标：、污泥行为特性指标：（压缩性、过滤性、脱水性）；78污泥体积计算污泥体积计算1、污泥含水率 Pw=w/（w+s）*100%（%）2、污泥含固量 Ps=s/（s+w） *100%（%）=100%-Pw（%）3、脱水后污泥体积改变 V=V*（100-Pw）/（100-Pw） 又s=VPs=VPs V=PsV/Ps79 污泥的含水率很高，一般达到96-99%，污泥浓缩的目的在于降低污泥中的水分含量，减少污泥体积，

38、以利于运输（保持其流动性）及后续处理和处置或利用。浓缩后的污泥含水率仍高达85-90%以上，故污泥浓缩仅仅去除污泥中的部分自由水和间隙水。常用的方法有重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩法等三种。 一、重力浓缩 二、气浮浓缩 三、离心浓缩法 四、微孔滤机浓缩法 五、隔膜浓缩法（超滤和反渗透）80（一）重力浓缩（一）重力浓缩1、脱水对象：、脱水对象：主要是自由水和间隙水。2、原理：、原理：利用自然重力沉降作用，分离出自由水和间隙水。既有效又简便，应用最广。81（一）重力浓缩（一）重力浓缩3、技术要求：、技术要求：1)上清液澄清2)排出污泥的含固量达到设计要求3)固体回收率大于95%。4、重力浓缩池结构与

39、构造、重力浓缩池结构与构造 重力浓缩法是最常用的污泥浓缩法。重力浓缩法的构筑物称为浓缩池。按其运行方式可分为间歇式浓缩池和连续式浓缩池两类。前者用于小型处理厂；后者用于大中型处理厂。82间歇式浓缩池特点：间歇式浓缩池特点： （教材（教材P87图图6-11） 污泥是间歇给入，在给入污泥前需先放空上清液，腾出池容。为此，在浓缩池的不同高度设有上清液排放管适用与小型污水厂和工厂。连续式浓缩池特点：连续式浓缩池特点： （教材（教材P88图图6-12） 连续式浓缩池多为圆锥形，一般设有中心管，稀泥浆从中心管给入池内，进行拥挤沉降与浓缩，澄清水由池表面周边溢流堰溢出。浓缩污泥从池底排出。当需要处理大量污泥

40、时，可选用带刮泥机的连续式辐射浓缩池。适用与大中型污水厂。83848586878889909192目的：目的：由于有机污泥均是以有机物微粒为主体的悬浊液，颗粒很细且具有胶体特性，和水有很大的亲和力，重力浓缩后的含水率仍在90-95%，尤其以活性污泥更是如此，脱水性能差。因此，有必要对污泥进行调理，改善污泥的脱水性能，提高污泥脱水效率。93方法：方法：洗涤法（淘洗）（淘洗）：简单方便，但效果差； 加药法：效果好，但成本高； 加热法：附近有废热可利用时效果好； 冻融法：以污泥做肥料再利用时，为防止有效成分分解，用冻融法； 941、加药调理（化学调理）概述、加药调理（化学调理）概述定义：定义：通过向

41、污泥加入助凝剂、混凝剂等化学药剂，促使污泥颗粒絮凝并改善其脱水性能的一种预处理方法。951、加药调理（化学调理）概述、加药调理（化学调理）概述目的：目的：污泥中固体粒子为细小带负电水合粒子并和污泥形成一种稳定的胶体悬浮液，影响固液分离。加药处理就是减少污泥粒子与水的亲和力，使粒子凝聚力增大而形成粗粒化。961、加药调理（化学调理）概述、加药调理（化学调理）概述原理：原理：各类混凝剂产生带正电荷离子，与污泥颗粒上负电荷相互吸引而中和，使电荷减小，从而相互排斥力下降，在范德华力作用下克服静电排斥力而凝聚。 加入混凝剂后增加污泥中离子浓度，通过正负电荷静电引力，使离子相互迅速靠近，破坏污泥中原有的漫

42、伞双电层，使其变薄，而颗粒凝聚增大，从而改善其沉降和脱水性能。97化学调理药剂化学调理药剂无机药剂：无机药剂：硫酸铝、明矾、绿矾、FeCl3、AlCl3为常用混凝剂，以石灰为助凝剂（5-25%），以调节pH值，确保Al3+和Fe3+等金属离子形成氢氧化物沉淀，停留时间5-10min，主要适用于真空过滤或压滤脱水的前处理。有机药剂：有机药剂：又称聚电解质，如淀粉、多糖、树胶、藻酸盐、聚丙烯酰胺、二甲基二苯基氯化胺机器衍生物等，一般无需助凝剂，安全可靠效果好，停留时间短，一般瞬间即可生成絮凝体，但易碎，故加药点应尽量靠近脱水装置，混合时间不宜太长，适用于离心脱水或带式过滤脱水。98化学调理药剂化学

43、调理药剂高分子混凝剂：高分子混凝剂：是高分子聚合电解质，如高聚合度非离子型聚丙烯酰胺（PAM）和聚合氯化铝（PAC）。助凝剂：助凝剂：本身一般不起混凝作用，只在于调节pH值，供给污泥以多孔状格网骨架，改变污泥结构，破坏胶体稳定性，提高混凝效果，增强絮凝体强度。常用的有硅藻土、珠光体、酸性白土、锯末、污泥焚烧灰、石灰等惰性物质。99药剂的选择和注意事项药剂的选择和注意事项用用Al、Fe盐等无机盐作混凝剂时，盐等无机盐作混凝剂时，pH值很重要。值很重要。 pH值4时，铝成为Al3+状态，pH值4时，则生成高价带正电荷氢氧化物聚合体，有利于中和污泥颗粒的负电荷并加强吸附作用，但是，当pH值8.2时A

44、l（OH）3则明显溶解成铝酸根离子AlO2-而丧失混凝作用，故铝盐混凝剂以pH值为5-7效果最好；Fe3+则以pH值8.7-9.6时混凝效果最好。用用Al、Fe盐等无机盐作混凝剂时，盐等无机盐作混凝剂时，泥量增大15-30%，肥效和热值降低。不适宜离心脱水，适宜用带式脱水机。而用聚丙烯酰胺（PAM）调理，泥量不增大，肥效和热值不降低。适宜离心脱水。要注意防腐蚀；要注意防腐蚀；1002、污泥洗涤（淘洗）概述、污泥洗涤（淘洗）概述定义：定义：污泥的洗涤又称污泥淘洗，即利用处理后的回用水与污泥混合（水：泥=2-5：1）淘洗后将污泥沉淀下来的一种预处理方法。目的：目的：降低污泥的碱度和粘度，节省药剂的

45、用量，提高机械脱水的效果，降低污泥脱水的运行费用。应用：应用：主要用于消化污泥的预处理，而不适用与生污泥，后者洗涤效果差，可以采取直接加药调理。101效果效果 使消化污泥的碱度从2000-3000ppm（=mg/L）下降到数百ppm，从而节省一半以上药剂用量。原因是厌氧消化污泥中大都含有相当数量的Ca、Mg和铵的 重碳酸盐，并易与药剂反应而消耗大量药剂；2FeCl3+3Ca(HCO3)22Fe(OH)3+3CaCl2+6CO2FeCl3+3NH4HCO3Fe(OH)3+3NH4Cl+3CO2Al3+3HCO- Al(OH)3+3CO2Al(SO4)3+3Ca(HCO3)2 Al(OH)3+6C

46、O2+3CaSO4102工艺流程、方法和注意事项工艺流程、方法和注意事项工艺流程：工艺流程： 用洗涤水稀释污泥用洗涤水稀释污泥搅拌搅拌沉淀分离沉淀分离撇除上清液撇除上清液工艺方法：工艺方法： 单级洗涤、双级串联洗涤、逆流洗涤等注意事项：注意事项： 洗涤后的上清液中BOD5和悬浮物浓度将明显升高，不能直接外排，要回流到处理系统中； 洗涤水会带走污泥中的氮，影响肥效； 生污泥洗涤效果差，不便采用。1033、加热调质、加热调质定义：定义：污泥加热调质又称蒸煮处理，通过加热使部分有机质分解、亲水性有机胶体水解、细胞分解，细胞膜中水分游离出来，从而改善污泥浓缩及脱水性能，对于活性污泥脱水预处理特别有效。

47、优点：优点：调质效果好，滤饼不增容，可灭菌；缺点：缺点：换热器腐蚀结垢，蒸汽口有恶臭，设备复杂，费用高。1043、加热调质、加热调质方法：方法：高温加压调理：高温加压调理：加热170-200，压力为1-1.5Mpa；低温加压调理：低温加压调理：温度150 以下，压力1.0Mpa，反应时间稍长，但锅炉负荷可减少30-40%；分离液中（BO2）比高温加压调理低40-50%，臭味也较小，近年发展较快。加热方式：加热方式：内热式、外热式。1054、冻融调理法、冻融调理法定义：定义：将污泥冷冻到零下20 后再融化的一种改善污泥沉降性能的预处理方法。原理：原理：由于温度大幅度变化，使污泥胶体脱稳凝聚且细胞

48、膜破裂，细胞内水分得到游离，从而提高污泥的沉降性能和脱水性能，沉降速度可提高2-6倍，过滤产率可提高到200kg/（m2hr），滤饼含水率为50-70%。应用：应用：目前已被广泛用于给水污泥处理优点：优点：无需加混凝剂，不增加滤饼量。106五、污泥的消化五、污泥的消化污泥的消化是在人工控制的条件下，通过微生物的代谢作用使污泥中的物质稳定化。污泥中的有机物含量很高，宜采用厌氧处理。厌氧消化工艺流程主要有标准消化法、高负荷消化法、两级消化法和厌氧接触消化法四种方法。107l1、标准消化法、标准消化法l标准消化池设有搅拌设备、定期排泥，定期标准消化池设有搅拌设备、定期排泥，定期投配，使消化池内混合不

49、均匀存在分层现象。投配，使消化池内混合不均匀存在分层现象。自上而下依次为浮渣层、悬浮层、活性层和自上而下依次为浮渣层、悬浮层、活性层和稳定固体层。稳定后的污泥最后沉积与池底稳定固体层。稳定后的污泥最后沉积与池底整个消化时间需整个消化时间需3060天。天。108l2、高负荷消化法、高负荷消化法l也称快速消化池。搅拌、污泥投配和熟污泥也称快速消化池。搅拌、污泥投配和熟污泥的排出连续进行。池内温度分布均匀，污泥的排出连续进行。池内温度分布均匀，污泥混合均匀不存在分层现象。全池都处于活跃混合均匀不存在分层现象。全池都处于活跃的消化状态，整个消化时间的消化状态，整个消化时间1015天。天。109l3、两

50、级消化法、两级消化法l将污泥的消化分在两个池子中完成。将污泥的消化分在两个池子中完成。l第一个池子加热、搅拌，不排除上清液，消第一个池子加热、搅拌，不排除上清液，消化时间短，化时间短，712天。天。l第二个池子作补充消化，不加热、不搅拌，第二个池子作补充消化，不加热、不搅拌，依靠剩余热量继续消化，同时还起到了污泥依靠剩余热量继续消化，同时还起到了污泥的浓缩作用。降低了能耗，减少了熟污泥的的浓缩作用。降低了能耗，减少了熟污泥的含水率。含水率。110l4、厌氧接触消化法、厌氧接触消化法l从第一快速消化池排出的污泥在第二消化池从第一快速消化池排出的污泥在第二消化池内进行沉降处理，从底部将熟污泥排出，