固體廢物第六章有機固體廢物堆肥與厭氧發(fā)酵

固體廢物第六章有機固體廢物堆肥與厭氧發(fā)酵第一頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五6.1堆肥原理及影響因素6.2有機廢物堆肥工藝6.3好氧堆肥設備6.4有機固體廢物的厭氧發(fā)酵原理6.5厭氧發(fā)酵設備與工藝6.6沼氣與沼渣的綜合利用目錄第二頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五6.1

堆肥原理與影響因素是常用的生物轉(zhuǎn)換技術是穩(wěn)定化、無害化、資源化的重要方式1、堆肥化（Composting）定義在人工控制的條件下，利用自然界中廣泛分布的細菌、放線菌真菌等微生物的新陳代謝作用，在中高溫好氧條件下，把固體廢物中可降解的有機物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的生物化學過程。第三頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五這個定義強調(diào)：作為堆肥化的原料是可生物降解的固體廢物；堆肥過程是在人工控制條件下進行，不同于衛(wèi)生填埋、廢物的自然腐爛與腐化；堆肥化的實質(zhì)是生物化學過程，堆肥產(chǎn)品對環(huán)境無害，即廢物達到相對穩(wěn)定。堆肥化的產(chǎn)物稱為堆肥（compost）它是一種深褐色、質(zhì)地疏松、有泥土氣味的物質(zhì)，類似于腐殖質(zhì)土壤，故也稱為“腐殖土”。是一種具有一定肥效的土壤改良劑和調(diào)節(jié)劑。第四頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五預處理方法：破碎、混合、分選提高有機物含量、調(diào)整物料粒度調(diào)整水分和C/N比預處理四大目的適合堆肥和厭氧發(fā)酵的有機廢物禽畜糞便城市垃圾污泥泔腳等食品廢物農(nóng)林廢物第五頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五堆肥的作用使土質(zhì)松軟，多孔隙，易耕作，增加保水性、透氣性及滲水性，改善土壤的物理性能。陽離子交換容量大，N、K、NH4+以陽離子形式存在腐殖質(zhì)中某種成分有鰲合作用，降低重金屬的危害蛋白質(zhì)氮的形式，緩效肥料增加土壤中微生物，是晝夜有效的廢料是CO2的供給源第六頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五使用堆肥的注意事項堆肥內(nèi)富含微生物，最好用于土壤表面。新鮮堆肥適用于底肥。粗堆肥最好用于粘質(zhì)、淤泥和板結(jié)的土壤，細堆肥用于干燥、疏散及多沙的土壤。城市垃圾堆肥一般含氮量低，最好和氮肥聯(lián)合使用，以免出現(xiàn)土壤的“氮饑餓”現(xiàn)象。不宜裝在密封袋中搬運和保存。第七頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五根據(jù)堆制過程的需氧程度，可以把堆肥化分成：好氧堆肥：通常好氧堆肥堆溫高，一般在55℃～60℃，極限可達80～90℃，堆制周期短，所以也稱為高溫快速堆肥厭氧堆肥：通氣條件差、氧氣不足的條件下借助厭氧微生物的發(fā)酵堆肥。周期長，3～12個月。第八頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五2.好氧堆廢原理細胞物質(zhì)（微生物繁殖）

有機物（C、H、O、N、P、S）合成同化作用分解異化作用排入環(huán)境＋CO2,H2O,NH3,PO43-,SO42-能量釋放、轉(zhuǎn)化為熱微生物氧氣有機物的好氧堆肥分解第九頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五1）有機物氧化不含氮有機物：含氮有機物CsHtNuOv?aH2O+bO2→CwHxNyOz·cH2O+dH2O(氣)+eH2O(液)+fCO2+gNH3+熱量堆肥第十頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五1）中溫階段初期，堆層呈中溫（15～45℃），嗜溫性微生物活躍，溫度不斷上升。嗜溫性微生物包括：細菌：以水溶性糖類為食真菌和放線菌：可分解纖維素和半纖維素物質(zhì)好氧堆肥過程第十一頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五2）高溫階段堆溫升至45℃以上，嗜熱微生物可溶性有機物質(zhì)繼續(xù)分解，復雜有機物如半纖維素、纖維素和蛋白質(zhì)也開始被強烈分解。

溫度升到70℃以上時，大多數(shù)嗜熱性微生物已不適應，死亡或進入休眠。好氧堆肥過程第十二頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五

表6-1幾種常見病菌與寄生蟲的死亡溫度名稱死亡情況沙門氏傷寒菌46℃以上不生長；55~60℃，30分鐘內(nèi)死亡沙門氏菌屬56℃，1小時內(nèi)死亡；60℃，15~20分鐘死亡志賀氏桿菌55℃，1小時內(nèi)死亡大腸桿菌55℃，1小時內(nèi)死亡；60℃，15~20分鐘內(nèi)死亡阿米巴屬68℃死亡無鉤滌蟲71℃，5分鐘內(nèi)死亡美洲鉤蟲45℃，50分鐘內(nèi)死亡流產(chǎn)布魯士菌61℃，3分鐘內(nèi)死亡化膿性細球菌50℃，10分鐘內(nèi)死亡釀濃鏈球菌54℃，10分鐘內(nèi)死亡結(jié)核分枝桿菌66℃，15~20分鐘內(nèi)死亡，有時在67℃死亡牛結(jié)核桿菌55℃，45分鐘內(nèi)死亡第十三頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五3）腐熟階段（降溫階段）

內(nèi)源呼吸后期，較難分解有機物。微生物活性下降，發(fā)熱量減少，溫度下降，嗜溫性微生物又占優(yōu)腐殖質(zhì)不斷增多且穩(wěn)定化，堆肥進入腐熟階段，需氧量大大減少，含水率也降低。好氧堆肥過程第十四頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五3.影響好氧堆肥的主要因素化學因素:C/N、O2、有機物含量，C/P、pH也有影響物理因素：溫度、顆粒物尺寸、含水率生物因素：微生物種群第十五頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五1）通風供氧目的：微生物分解有機物帶走水氣，干化物料方式：自然通風、通風管通風、斗式裝載機及翻推機、風機強制通風。第十六頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五2）含水率水分是微生物生命活動的介質(zhì)，影響物料孔隙度和透氣性適宜水分50%～60%太低時，可配以糞水或污泥調(diào)節(jié)第十七頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五3）溫度是影響微生物活動和堆肥工藝過程的重要因素一般認為最佳溫度在50～60℃之間考慮殺滅病菌和蟲卵，溫度大于55℃并保持幾天第十八頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五4）其它影響因素有機質(zhì)含量溫度和供氧20％～80％粒度表面積大小和供氧適宜12～60mmC/N比（4～30）:1C/P比（75～150）:1pH7.5～8.5第十九頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五4.堆肥的腐熟度及其判定（1）堆肥腐熟度定義指成品堆肥的穩(wěn)定程度通過微生物的作用，堆肥產(chǎn)品要達到穩(wěn)定化、無害化；在使用期間，不能影響作物的生長和土壤的耕作能力。工程上衡量堆肥反應完成的信號農(nóng)業(yè)上是堆肥質(zhì)量的指標第二十頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五（2）判定方法直觀經(jīng)驗法：茶褐色或黑褐色，無惡臭，質(zhì)地松散，具有泥土芳香氣味淀粉測試法：高氯酸+碘耗氧速率法：O2/CO2測定儀來自動顯示堆層O2和CO2濃度在單位時間內(nèi)的變化值

物理方法化學方法生物活性植物毒性分析第二十一頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五（一）好氧堆肥基本工藝

1.堆肥分類

1）按溫度范圍：中溫堆肥：15~45℃，不能有效殺滅病原菌，目前較少采用。高溫堆肥:一般在50~65℃，極限可達80~90℃，殺滅病菌，減少臭氣產(chǎn)生，采用較多。6.2有機廢物堆肥工藝第二十二頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五

2）按堆肥中物料運動形式間歇式堆肥：一批一批地堆制連續(xù)式堆肥：機械連續(xù)進料、出料，周期短（3~7d），殺滅病原微生物，防異味，成品質(zhì)量高等特點。3）按堆肥堆制方式露天式堆肥：裝置式堆肥：機械化程度高，堆肥時間短，占地面積小，環(huán)境條件好，堆肥質(zhì)量可控可調(diào)第二十三頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五2.好氧堆肥工藝

傳統(tǒng)采用厭氧露天堆積法，占地大，時間長?，F(xiàn)代化的堆肥生產(chǎn)一般采用好氧堆肥工藝。堆肥的基本工序通常都由前處理、主發(fā)酵（一次發(fā)酵）、后發(fā)酵（二次發(fā)酵）、后處理、脫臭及貯存等工序組成。固體廢物有機固體廢物預處理無機物攪拌機機械發(fā)酵池風機后處理后發(fā)酵貯藏出售工廠化機械堆肥工藝流程第二十四頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五1）前處理以城市生活垃圾為堆肥原料時，前處理通常包括破碎、分選、篩分等工序。除去雜物，調(diào)整含水率，增大表面積。在以家畜糞便、污泥等為堆肥原料時，前處理的主要任務是調(diào)整水分和碳氮比，或者添加菌種和酶制劑。第二十五頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五2）主發(fā)酵（一次發(fā)酵）在發(fā)酵倉內(nèi)進行，通過翻堆攪拌或強制通風供氧。中溫階段→高溫階段，嗜溫菌→嗜熱菌。大部分有機物被降解，病原菌被殺滅，堆層溫度開始下降。通常，將溫度升高到開始降低為止的階段為主發(fā)酵階段。以生活垃圾為主體的城市垃圾好氧堆肥化的主發(fā)酵期約為10～12d。第二十六頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五3）后發(fā)酵（二次發(fā)酵）將主發(fā)酵尚未分解的有機物進一步分解，使之變成腐殖酸、氨基酸等比較穩(wěn)定的有機物，得到完全成熟的堆肥制品。通常，把物料堆積到1～2m高的堆層，通過自然通風和間歇性翻堆，進行后發(fā)酵，并應防止雨水流入。時間較長，通常在20～40d。第二十七頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五4）后處理經(jīng)二次發(fā)酵，變細碎和變形，數(shù)量也有所減少（體積減少到50-70％），已成為粗堆肥。分選工序去除雜物，并根據(jù)需要，如生產(chǎn)精制堆肥等，則應進行再破碎過程。也可在散裝堆肥中加入N、P、K添加劑生產(chǎn)復合肥，做成袋裝產(chǎn)品。有時還需要固化造粒以利貯存。第二十八頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五5）脫臭堆肥過程中，物料局部或某段時間內(nèi)的厭氧會導致氨、硫化氫、甲基硫醇、胺類等臭氣產(chǎn)生。去除臭氣的方法：化學除臭劑除臭；水、酸、堿溶液吸收法；熟堆肥、活性炭或沸石等吸附劑吸附法；臭氧氧化法；土壤脫臭過濾器第二十九頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五6）貯存堆肥一般在春秋兩季使用，夏冬兩季生產(chǎn)的堆肥只能貯存，所以要建立可貯存6個月生產(chǎn)量的庫房。貯存方式：可直接堆存在二次發(fā)酵倉中，或裝入袋中。貯存的要求：是干燥而透氣的室內(nèi)環(huán)境。第三十頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五典型好氧堆肥工藝靜態(tài)好氧堆肥工藝通常采用露天的靜態(tài)強制通風剁形式，或在密閉的發(fā)酵池、發(fā)酵箱、靜態(tài)發(fā)酵倉內(nèi)進行。一批原料堆積成條垛或置于發(fā)酵裝置內(nèi)后，不再添加新料和翻倒，直到堆肥腐熟后運出。缺點：有機物和微生物分布不均勻，容易造成厭氧狀態(tài)。第三十一頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五間歇式發(fā)酵工藝

間歇式發(fā)酵工藝是將原料一批一批地發(fā)酵，一批原料堆積之后不再添加新料，待完成發(fā)酵成為腐殖質(zhì)運出。由于該工藝的一次發(fā)酵周期只需10天左右，故可加快發(fā)酵池的周轉(zhuǎn)，建池數(shù)量可比周期30天的一次發(fā)酵方式減少2/3，還由于第一次發(fā)酵后將非堆腐物排除，可使堆肥體積減少1/2，此外，因堆肥由一次發(fā)酵轉(zhuǎn)入二次發(fā)酵時，經(jīng)過機械翻倒，故加快了腐熟化進程，縮短了發(fā)酵周期。第三十二頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五連續(xù)發(fā)酵工藝

連續(xù)發(fā)酵工藝采取連續(xù)進料和連續(xù)出料方式發(fā)酵，原料在一個專設的發(fā)酵裝置內(nèi)完成中溫和高溫發(fā)酵過程。這種系統(tǒng)除具有發(fā)酵時間短，能殺滅病源微生物外，還能防止異味，成品質(zhì)量比較高，已在美國、日本、歐洲廣為采用。第三十三頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五第三十四頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五計量板式給料機初選（人工）發(fā)酵倉出倉二次發(fā)酵垃圾入場磁選滾筒篩堆肥污水糞便計量廢鐵填埋回收物糞便入場武漢市城市垃圾堆肥發(fā)酵系統(tǒng)

第三十五頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五糞便輸送垃圾發(fā)酵倉熟料振動篩細料通風磁選農(nóng)肥粗料分揀利用浸濾液集水井沖洗水調(diào)節(jié)池初沉池污泥曝氣池豎流池污泥回用池上海市城市垃圾堆肥發(fā)酵系統(tǒng)工藝流程第三十六頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五城市生活垃圾貯料池抓吊廢鐵滾筒篩人工分選粗大無機物去填埋混合滾筒污水池風機出料機二次發(fā)酵出料機風機一次發(fā)酵振動給料機散裝堆肥裝袋機填埋出售滾筒篩杭州市垃圾堆肥廠工藝流程圖第三十七頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五脫臭戽斗式翻堆機貯槽定量給料器一次發(fā)酵倉家畜尿回轉(zhuǎn)振動篩二次發(fā)酵倉雜質(zhì)污水池土壤脫臭裝置干凈氣體日本長野縣堆肥化系統(tǒng)流程圖第三十八頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五手選錘式破碎機振動傳輸帶廢紙捆包機非堆肥物收集箱輕質(zhì)物：紙及塑料磁選機罐頭盒雙螺旋混合機空氣發(fā)酵倉（4座）粉碎機（3臺）旋風分離器氣體燃料空氣加熱器旋風分離器污泥水：到下水道攪拌機布料機濃縮污泥槽離心機高溫空氣空氣旋轉(zhuǎn)干燥器堆肥德克薩斯州休斯敦日處理360噸垃圾堆肥廠流程第三十九頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五第四十頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五6.3好氧堆肥設備立式堆肥發(fā)酵塔筒

倉

式

堆

肥

發(fā)

酵

倉臥式堆肥發(fā)酵滾筒箱式堆肥發(fā)酵池堆

集

式計量設備→進料供料設備→預處理設備→一次發(fā)酵設備→二次發(fā)酵設備→后處理設備→產(chǎn)品精加工設備等第四十一頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五計量設備：地磅稱供料設備：貯料倉、進料斗、起重機等。預處理設備：破包機、撕碎機、分選機、混合攪拌機等。發(fā)酵設備：一次發(fā)酵設備、二次發(fā)酵設備等。后處理設備：篩選機、烘干造粒機、配肥、包裝機等。其它設備：脫臭裝置、污水導排與處理裝置、配電與控制裝置；第四十二頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五1.立

式

堆

肥

發(fā)

酵

塔（1）立式多層圓筒式呈多層圓筒形，密閉結(jié)構(gòu)強制通風溫度從上到下逐漸升高一次發(fā)酵時間：3~7天第四十三頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五第四十四頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五（2）立式多層閉合門式呈多層條形，每層堆高不超過1米。在每一層床都有閉合門，在反復切斷輸送的同時，利用打開閉合門來順序向下輸送原料。一次發(fā)酵時間：5~10天

第四十五頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五第四十六頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五立式堆肥發(fā)酵塔：優(yōu)點、缺點立式多層圓筒式發(fā)酵塔占地面積??；除臭設備體積小。堆積低，容積有效利用率低；裝置運行所需的動力大；在堆肥過程中物料容易呈壓實塊狀化，通氣性能差；多層結(jié)構(gòu)，整個裝置很高.優(yōu)點立式多層板閉合門式發(fā)酵塔占地面積??；除臭設備體積小。物料在輸送過程中是利用自由下落而進行重復切斷的，沒有破碎作用，通氣性能差；必須配備原料供給裝置；多層結(jié)構(gòu)，裝置很高。

缺點第四十七頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五（3）立式多層槳葉刮板式呈多層圓筒形，每層堆高1~1.5米。利用各段內(nèi)旋轉(zhuǎn)的刮板同時進行原料的反復切斷及輸送。原料落在與刮板相反方向的葉片上，按順序向下輸送。一次發(fā)酵時間：3~7天第四十八頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五（4）立式多層移動床式該裝置呈多層條形，每層堆高為2.5米。各層床構(gòu)成整體的移動床。由水平運動將原料推出，順序輸送到下層。一次發(fā)酵時間：8~10天第四十九頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五3）后發(fā)酵（二次發(fā)酵）立式堆肥發(fā)酵塔：優(yōu)點、缺點立式多層槳葉刮板式發(fā)酵塔利用旋轉(zhuǎn)刮板重復切斷，無壓實塊狀化；通氣阻力及動力消耗??；占地面積??；除臭設備體積小。

多層結(jié)構(gòu)，裝置很高。立式多層移動床式發(fā)酵塔占地面積??；除臭設備體積小物料容易壓實，通氣性能差；床的移動機構(gòu)復雜；多層結(jié)構(gòu),裝置很高。四、好氧堆肥設備第五十頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五2.臥

式

堆

肥

發(fā)

酵

滾筒旋轉(zhuǎn)發(fā)酵池結(jié)構(gòu)第五十一頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五第五十二頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五旋轉(zhuǎn)發(fā)酵池利用低速旋轉(zhuǎn)滾筒進行經(jīng)常的反復攪拌和輸送一次發(fā)酵天數(shù)：

2~5天

缺點原料滯留時間短，發(fā)酵不充分；密閉困難；容易產(chǎn)生壓實現(xiàn)象，通氣性能差，產(chǎn)品不易均質(zhì)化。優(yōu)點技術成熟，操作簡單；容易形成規(guī)模化；生產(chǎn)效率高，停留時間短，占地面積少；自然通風，能耗少環(huán)境條件較好第五十三頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五（1）筒倉式靜態(tài)發(fā)酵倉呈單層圓筒形，堆積高度4～5米。堆肥物由倉頂經(jīng)布料機進入倉內(nèi)，順序向下移動，由倉底的螺桿出料機出料。一次發(fā)酵時間：10~12天3.筒倉式

堆

肥

發(fā)

酵

倉第五十四頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五（2）筒倉式動態(tài)發(fā)酵倉單層圓筒型，堆積高度為1.5～2米，螺旋推進器在倉內(nèi)旋轉(zhuǎn)，自外圍投入的原料受到重復切斷后，又接著輸送到槽的中心部位的排出口排出一次發(fā)酵時間：5~7天第五十五頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五3）后發(fā)酵（二次發(fā)酵）筒倉式堆肥發(fā)酵倉：優(yōu)點、缺點筒倉式靜態(tài)發(fā)酵倉占地面積??；發(fā)酵倉利用率高。堆積高，呈壓實狀；通風阻力大，動力消耗大；產(chǎn)品難以均質(zhì)化。筒倉式動態(tài)發(fā)酵倉排出口的高度和原料的滯留時間均可調(diào)節(jié)原料滯留時間不均勻，產(chǎn)品呈不均質(zhì)狀；易呈塊狀，通氣性能差；不易密閉。第五十六頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五4.箱

式

堆

肥

發(fā)

酵

池戽斗翻倒式發(fā)酵池平面型（最大槽長為31米，高為1.5米），利用行走式戽斗同時進行原料的重復攪拌和輸送，原料到達戽斗的投入口時，向上提升到排出口再將戽斗返回。8~12天第五十七頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五臥式槳葉發(fā)酵池平面型（最大槽長為31米，堆高1.5米），利用行走螺旋輸送機的同時進行原料的反復攪拌和輸送，原料到達螺旋輸送機的投入端時提升到排出端后再返回。8~12天第五十八頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五臥式刮板發(fā)酵池：結(jié)構(gòu)第五十九頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五

戽斗翻倒式發(fā)酵池很少產(chǎn)生壓實成塊現(xiàn)象；通氣阻力小，動力消耗小。占地面積大；

環(huán)境條件差；戽斗的長度決定于槽的長度，發(fā)酵池的有效利用率低。臥式槳葉發(fā)酵池環(huán)境條件差；占地面積大；螺旋的總長度取決于槽的長度；易產(chǎn)生壓實成塊現(xiàn)象。箱式堆肥發(fā)酵池：優(yōu)點、缺點第六十頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五臥式刮板發(fā)酵池：優(yōu)點、缺點設備簡單，不能除臭；重復切斷時間長；易產(chǎn)生壓實現(xiàn)象，發(fā)酵時間長；產(chǎn)品均質(zhì)化困難。第六十一頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五5堆積式：概況室外堆積式（堆積高度為1.5~3米）。利用鏟式裝載機或其他專用機械堆積。60~90天左右室內(nèi)堆積式（堆積高度1.5~3米）。利用鏟式裝載機，在固定的角槽內(nèi)堆積。30~60天左右第六十二頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五6.4有機固體廢物的厭氧發(fā)酵原理1.有機固體廢物厭氧發(fā)酵定義：

固體廢物中的有機成分在厭氧條件下，利用厭氧微生物新陳代謝的功能，轉(zhuǎn)化為無機物質(zhì)和自身細胞物質(zhì)，從而達到消除污染、凈化環(huán)境的目的。

在人工控制厭氧條件下，利用厭氧微生物將廢物中可降解有機質(zhì)分解轉(zhuǎn)化成甲烷、二氧化碳和其它穩(wěn)定物質(zhì)的生物化學處理過程。甲烷發(fā)酵酸發(fā)酵第六十三頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五沼氣與厭氧發(fā)酵主要成分為：甲烷：

60～70%二氧化碳：

30～40%其他氣體：﹤5%，有CO、H2、O2.、N2、H2S.、NH3、PH3和CmHn等沼氣第六十四頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五人們把由60%CH4和40%CO2組成的沼氣稱為標準沼氣。有可燃性，綠色能源。甲烷含量30%時，可勉強點燃，50%時可正常燃燒比空氣略輕，對空氣的比重為0.851m3沼氣的熱值與1kg原煤相當，燃燒熱效率比煤大3.3倍，1m3沼氣能頂3.3kg原煤使用。第六十五頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五沼氣各組分的理化特性注：爆炸范圍指與空氣混合時的體積百分比。參數(shù)名稱分子量密度/g/L比重/空氣臨界溫度/℃臨界壓力/atm平均熱值/kJ/L爆炸范圍/%毒性CH416.040.7170.554-82.545.837.845.3-14—CO2441.9771.52831.172.9———H22.010.090.06-239.912.811.766-71—O2321.431.10-19847.7———N2281.250.967-14733.49———H2S341.531.18100.488.924.564-46劇毒CO281.2500.967-14034.5312.63劇毒標準沼氣—1.2240.94——22.76-12—第六十六頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五2.厭氧發(fā)酵原理液化階段水解、發(fā)酵細菌產(chǎn)乙酸階段產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸細菌產(chǎn)甲烷階段甲烷細菌第六十七頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五1)發(fā)酵的幾個階段和微生物群落液化（水解）階段：不溶性大分子有機物→水溶性小分子有機物在液化階段，發(fā)酵細菌利用胞外酶對有機物進行體外酶解，使固體物質(zhì)變成可溶于水的物質(zhì)，然后，細菌再吸收可溶于水的物質(zhì)，并將其酵解成為不同產(chǎn)物。水解發(fā)酵細菌，包括纖維素分解菌、蛋白質(zhì)水解菌。專性厭氧的梭菌屬（Clostridium），擬桿菌屬（Bacteriodes）雙歧桿菌（Bifidobacterium），兼性厭氧鏈球菌和腸道菌。梭菌擬桿菌雙歧桿菌鏈球菌大腸桿菌第六十八頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五酸化階段：小分子有機物→有機酸、乙醇、丙酮等有機物+

H2/CO2→乙酸及甲酸、甲醇、甲胺等C1類化合物+H2/CO2在產(chǎn)酸階段，產(chǎn)氫、產(chǎn)醋酸細菌把前一階段產(chǎn)生的一些中間產(chǎn)物丙酸、丁酸、乳酸，長鏈脂肪酸、醇類等進一步分解成醋酸和氫S菌株，脫硫弧菌第六十九頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五產(chǎn)甲烷階段：H2還原，CO2、乙酸的分解在產(chǎn)甲烷階段，甲烷菌利用H2/CO2醋酸以及甲醇、甲酸、甲胺等C1類化合物為基質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化成甲烷。其中，H2/CO2和醋酸是主要基質(zhì)。一般認為，甲烷的形成主要來自H2還原CO2和醋酸的分解。根據(jù)對中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成甲烷的過程所作的研究發(fā)現(xiàn)醋酸是厭氧發(fā)酵中最重要的中間產(chǎn)物。一組是將氫氣和二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷另一組是將乙酸脫羧生成甲烷和二氧化碳。第七十頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五2）影響厭氧發(fā)酵的環(huán)境條件1、厭氧條件：確保厭氧消化系統(tǒng)厭氧條件對于固體廢物厭氧消化處理來說，至關重要；2、溫度：在35-38℃或50-65℃范圍內(nèi)為佳；3、pH值：水解與發(fā)酵菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌5-6.5，產(chǎn)甲烷菌

6.6-7.54、營養(yǎng)素或養(yǎng)分：C/N=15-30：1、C/P=150：1、N/NH3適宜；5、攪拌：一般情況下需要安裝攪拌設備；6、添加劑與毒害物：添加劑有硫酸鋅、磷礦粉、鋼渣、碳酸鈣、爐灰等；但超過發(fā)酵菌耐受度即成為毒害物；7、生物固體停留時間與負荷。第七十一頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五4甲烷形成理論和產(chǎn)氣計算①二氧化碳還原理論4H2+CO2=CH4+2H2O②甲基形成理論14CH3COOH14CH4+CO2第七十二頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五影響甲烷形成的因子ATP：三磷酸腺苷A—P～P～P

ATP是生物體能代謝的重要因子。研究表明，在甲烷菌和甲烷八疊球菌中，已檢測過的全部反應系統(tǒng)都需要ATP，才能由各種甲烷供體形成甲烷。輔酶M輔酶F420其他載體：維生素B12及其衍生物參與了甲烷形成中的甲烷轉(zhuǎn)移第七十三頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五A—P～P～P，ATP是生命活動能量的直接來源

相鄰的兩個磷酸基之間的化學鍵非?；钴S，水解時可釋放約30.54kJ/mol的能量，因此稱為高能磷酸鍵，用“~”表示。在細胞的生命活動中，ATP遠離A的一個高能磷酸鍵易斷裂，釋放出一個磷酸和能量后成為腺苷二磷酸（ADP）。在有機物氧化分解或光合作用過程中，ADP可獲取能量，與磷酸結(jié)合形成ATP。人體中ATP的總量只有大約0.1摩爾。人體每天的能量需要水解100-150摩爾的ATP即相當于50至75千克。這意味著人一天將要分解掉相當于他體重的ATP。所以每個ATP分子每天要被重復利用1000-1500次。ATP不能被儲存，因為ATP的合成后必須在短時間內(nèi)被消耗。第七十四頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五理論產(chǎn)氣量計算（1）甲烷產(chǎn)量E＝0.37A+0.49B+1.04C式中：E—理論產(chǎn)氣量，L/g；

A、B、C—分別為每克發(fā)酵原料中碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪類化合物的重量，g。（2）二氧化碳產(chǎn)量E＝0.37A+0.49B+0.36C式中：E—理論產(chǎn)氣量，L/g；

A、B、C—分別為每克發(fā)酵原料中碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪類化合物的重量，g。第七十五頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五發(fā)酵原料每克干重物的組分（g）理論產(chǎn)氣量（L/g）碳水化合物蛋白質(zhì)脂類甲烷二氧化碳水葫蘆0.60730.11670.03860.32200.2958水花生0.59630.09720.02710.29640.2780玉米秸0.62630.06330.04630.31090.2794麥草0.63960.02980.02340.27560.2597稻草0.60260.03160.03210.27180.2500人糞0.41570.17530.08140.32440.2690豬糞0.42040.11480.06030.27450.2335雞糞0.47030.08820.04550.26450.2332馬糞0.45360.09460.02830.24360.2244牛糞0.27040.10460.05280.20620.1703農(nóng)村常見沼氣發(fā)酵原料的組分和理論產(chǎn)氣量第七十六頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五原料名稱干物質(zhì)沼氣量（m3/t）甲烷含量（％）產(chǎn)氣持續(xù)時間/d牲畜廄肥260～28050～60—豬糞5616560牛糞2805990馬糞200～3006090人糞2405030青草6307060亞麻梗3595990玉米稈2505390麥秸34259—松樹葉3106965雜樹葉210～29458—馬鈴薯梗葉260～2806060谷殼6516290向日葵梗30058—廢物污泥64050—酒廠廢水300～60058—碳水化合物75049—脂類化合物140072—蛋白質(zhì)98050—第七十七頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五6.5厭氧發(fā)酵設備與工藝加料管發(fā)酵間（貯氣部分）出料間液面水壓式沼氣池工作原理示意圖多用于我國農(nóng)村大多采用地下埋設和水壓式貯氣發(fā)酵間為圓形，兩側(cè)帶有進出料口容積：6m3、8m3、10m3、12m3等優(yōu)點：池頂有活動蓋板，便于檢修。結(jié)構(gòu)簡單，造價低，施工方便。缺點：氣壓不穩(wěn)定，池溫低、原料利用率低（僅10～20%）、產(chǎn)氣率低（平均0.1～0.15m3／(m3?d)）結(jié)構(gòu)比較簡單，造價低，施工方便。第七十八頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五三、創(chuàng)新點與國內(nèi)外影響3）后發(fā)酵（二次發(fā)酵）水壓式沼氣池工作原理示意圖第七十九頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五水壓式貯氣池的優(yōu)點結(jié)構(gòu)比較簡單，造價低，施工方便。水壓式貯氣池的缺點氣壓不穩(wěn)定，對產(chǎn)氣不利；池溫低，不能保持升溫，嚴重影響產(chǎn)氣量，原料利用率低（僅10%－20%）；大換料和密封都不方便；產(chǎn)氣率低（平均0.1－0.15M3/M3·天），而且這種沼氣池對防滲措施的要求較高，給燃燒器的設計帶來一定困難。第八十頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五進料口進料管發(fā)酵間浮罩出料聯(lián)通管出料間隔墻導氣管(a)頂浮罩式進料管發(fā)酵間出料聯(lián)通管出料間活動蓋輸氣管卡具排氣管水池導向柱進料口(b)側(cè)浮罩式浮罩式沼氣池示意圖第八十一頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五立式圓形浮罩式沼氣池優(yōu)缺點這種沼氣池也多采用地下埋設方式，它把發(fā)酵間和貯氣間分開，因而具有壓力低、發(fā)酵好、產(chǎn)氣多等優(yōu)點。產(chǎn)生的沼氣由浮沉式的氣罩貯存起來。氣罩可直接安裝在沼氣發(fā)酵池頂。浮沉式氣罩由水封池和氣罩兩部分組成。當沼氣壓力大于氣罩重量時，氣罩便沿水池內(nèi)壁的導向軌道上升，直至平衡為止。當用氣時，罩內(nèi)氣壓下降，氣罩也隨之下沉。頂浮罩式沼氣貯氣池造價比較低，但氣壓不夠穩(wěn)定。第八十二頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五三、創(chuàng)新點與國內(nèi)外影響立式圓形半埋式沼氣發(fā)酵池組第八十三頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五糞水溢水管進料口攪拌器出料門洞出料口發(fā)酵室木板蓋導氣喇叭口長方形發(fā)酵池第八十四頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五三、創(chuàng)新點與國內(nèi)外影響

聯(lián)合沼氣池第八十五頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五（b）古典型（a）歐美型（c）蛋型（d）歐洲平底型常用的大型發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)類型第八十六頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五第八十七頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五第八十八頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五沼氣發(fā)酵工藝包括從發(fā)酵原料到生產(chǎn)沼氣的整個過程所采用的技術和方法。它主要含有原料的收集和預處理、接種物的選擇和富集、沼氣發(fā)酵裝置形狀選擇、啟動和日常運行管理、副產(chǎn)品沼渣和沼液的處置等技術措施。

沼氣發(fā)酵工藝第八十九頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五傳統(tǒng)沼氣發(fā)酵工藝類型---根據(jù)發(fā)酵溫度根據(jù)發(fā)酵溫度可分為：高溫發(fā)酵中溫發(fā)酵常溫發(fā)酵第九十頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五1）高溫發(fā)酵指發(fā)酵溫度在50-60℃之間的沼氣發(fā)酵。其特點是微生物特別活躍，有機物分解消化快，產(chǎn)氣率高（一般在2.0m3/m3料液/d以上），滯留期短。高溫發(fā)酵工藝主要適用于處理溫度較高的有機廢物和廢水，如酒廠的酒糟廢液、豆腐廠廢水等。對于有特殊要求的有機廢物，例如殺滅人糞中的寄生蟲卵和病菌，也可采用該工藝。第九十一頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五2）中溫發(fā)酵發(fā)酵溫度維持在30-35℃的沼氣發(fā)酵。此發(fā)酵工藝有機物消化速度較快，產(chǎn)氣率較高（一般在1m3/m3料液/d以上）。與高溫發(fā)酵相比，中溫發(fā)酵所需的熱量要少得多。從能量回收的角度，該工藝被認為是一種較理想的發(fā)酵工藝類型。目前世界各國的大、中型沼氣工程普遍采用此工藝。第九十二頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五3）常溫發(fā)酵常溫發(fā)酵是指在自然溫度下進行的沼氣發(fā)酵。該工藝的發(fā)酵溫度不受人為控制，基本上是隨氣溫變化而不斷變化，通常夏季產(chǎn)氣率較高，冬季產(chǎn)氣率較低。這種工藝的優(yōu)點是沼氣池結(jié)構(gòu)相對簡單，造價較低。第九十三頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五傳統(tǒng)沼氣發(fā)酵工藝類型---根據(jù)沼氣池的數(shù)量根據(jù)發(fā)酵工藝系統(tǒng)中相互連通的沼氣池的數(shù)量的多少，可將沼氣發(fā)酵工藝分為：單級兩級多級發(fā)酵第九十四頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五1）單級發(fā)酵單級發(fā)酵只有一個沼氣池（或發(fā)酵裝置），其沼氣發(fā)酵過程只在一個發(fā)酵池內(nèi)進行。此發(fā)酵操作較方便，造價低。第九十五頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五2）兩級和多級發(fā)酵發(fā)酵為了提高有機物的消化率和去除率，開發(fā)了二級和多級沼氣發(fā)酵工藝。這種發(fā)酵類型的特點是發(fā)酵在兩或兩個以上的互相連通的發(fā)酵池內(nèi)進行。原料先在第一個發(fā)酵池滯留一定時間分解、產(chǎn)氣，然后料液從第一個發(fā)酵進入第二個或其余的發(fā)酵池繼續(xù)發(fā)酵產(chǎn)氣。該發(fā)酵工藝滯留期長，有機物分解徹底，但投資較高。第九十六頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五傳統(tǒng)沼氣發(fā)酵工藝類型---根據(jù)投料運轉(zhuǎn)方式根據(jù)投料運轉(zhuǎn)方式可分為：連續(xù)發(fā)酵半連續(xù)發(fā)酵批量發(fā)酵兩步發(fā)酵六、厭氧發(fā)酵設備與工藝第九十七頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五（1）連續(xù)發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵工藝是從投料啟動后，經(jīng)過一段時間的發(fā)酵產(chǎn)氣，每天或隨時連續(xù)定量地添加發(fā)酵原料和排出舊料，其發(fā)酵過程能夠長期連續(xù)進行。此發(fā)酵工藝易于控制，能保持穩(wěn)定的有機物消化速度和產(chǎn)氣率，適于處理來源穩(wěn)定的城市污水、工業(yè)廢水和大、中型畜牧場的糞便等。第九十八頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五（2）半連續(xù)發(fā)酵半連續(xù)發(fā)酵工藝的特點是：啟動時一次性投入較多的發(fā)酵原料，當產(chǎn)氣量趨于下降時，開始定期添加新料和排出舊料，以維持比較穩(wěn)定的產(chǎn)氣率。我國廣大農(nóng)村由于原料特點和農(nóng)村用肥集中等原因，主要是采用這種發(fā)酵工藝。第九十九頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五1）備料備料是沼氣發(fā)酵工藝的首要步驟，含原料的收集與預處理。由于城市生活有機垃圾來源于相應的垃圾收集系統(tǒng)，在設計處理系統(tǒng)時，須對所收集地區(qū)的垃圾產(chǎn)量做出科學的估算，從而確定出合理的處理負荷，以保證沼氣池運行中具有充足的發(fā)酵原料。固體有機物半連續(xù)沼氣發(fā)酵工藝的預處理通常是指適度的切碎，由于城市生活垃圾中很少有過大體積的有機物，因此可不做切碎處理。第一百頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五2）投料啟動投料啟動沼氣池通常包括：接種物的選取接種投料堆漚加水封池放氣試火等幾個步驟第一百零一頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五3）接種物的選取在各種有機物厭氧消化的地方采集接種物。下水道污泥、屠宰場、肉食品加工廠、豆腐房、酒廠、糖廠等地的陰溝污泥、湖泊、塘堰等沉積污泥、正常發(fā)酵的沼氣池底污泥或發(fā)酵料液，以及陳年老糞坑底部糞便等,均含有大量沼氣微生物，都可以采集為接種物。第一百零二頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五4）接種投料將接種物與發(fā)酵原料在池外混合均勻后投入沼氣池；或者采用分層加料、分層接種的方式投料入池。第一百零三頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五5）堆漚在已入池的接種原料中噴灑少量的水（用水量以淋濕為宜，一般不得超過總用水量的三分之一），敞口堆漚數(shù)天，一般夏、春季1－2天，秋、冬季3－5天為宜。加水封池，在池內(nèi)堆漚過程中，由于好氧和兼性微生物的作用，發(fā)酵料液的溫度不斷升高。當池內(nèi)發(fā)酵原料溫度上升到400C-600C時第一百零四頁，共一百一十五頁，編輯于2023年，星期五加水量以保證池內(nèi)發(fā)酵原料總固體濃度南方各省夏天6%，冬天10%