本章重点 第五章 固体废物生物处理 Biological Treatment of Solid Waste 【概念】堆肥化 厌氧消化

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1 本章重点 第五章 固体废物生物处理 Biological Treatment of Solid Waste 【概念】堆肥化 厌氧消化
【概念】堆肥化　厌氧消化 　　　　堆肥过程 影响因素 厌氧消化的两段、三段理论 浸出率　增容比 【方法原理】 堆肥原理； 厌氧消化原理； 微生物浸出机理。 本章重点

2 有机物是固体废物污染的重要来源 1、生活垃圾中50~60%是有机物，会腐烂变质，释放臭气，污染环境；会孳生蚊蝇，危害健康
2、粪便、污水厂污泥大部分是有机物，堆放过程中会释放污染物，污染环境 3、农业废弃物基本上全是有机物，倾倒水体中会释放污染物；焚烧会污染大气 有机污染物有必要进行治理 有机污染物通常是可生物降解的 生物处理是一种很好的途径

3 一、生物处理定义 生物处理就是指直接或间接利用生物体的机能，对固体废物的某些组成（可降解有机物或其它组分）进行转化以建立降低或消除污染物产生的生产工艺，或者能高效净化环境污染，同时又生产有用物质的工程技术。 这样，有机污染物通过生物处理，既消除了污染，又实现了资源化，生物处理是一种比较有前途的处理技术 3

4 二、主要生物处理技术 堆肥化 厌氧消化 废物养殖蚯蚓 纤维素水解、糖化、发酵，制取燃料乙醇 微生物浸出回收金属 4

5 第一节 有机固体废物的好氧堆肥处理 一、 堆肥化概念及发展过程
堆肥化是利用自然界广泛存在的微生物，有控制地促进固体废物中可降解有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。 根据微生物生长的环境可将堆肥化分为好氧堆肥化和厌氧堆肥化两种。

6 ２、堆肥化发展过程 厌氧堆肥化 农业废弃物、落叶、杂草、粪便 城市生活垃圾 垃圾成分动植物残余、灰渣 好氧堆肥化、机械化堆肥
堆肥厂停产倒闭 堆肥化技术又开始回升 垃圾成分动植物残余、灰渣 垃圾产生速度快、产生量大 工业革命，工业制成品及有害物混入垃圾中 填埋、焚烧缺陷，分类收集、分选技术发展

7 二、 好氧堆肥化 １、原理 好氧堆肥化是以好氧菌为主对废物中的有机物进行吸收、氧化、分解及转化，微生物把一部分有机物氧化成简单的无机物，并释放出能量，把另一部分有机物转化合成为新的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多的生物体。

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10 ＣａＨｂＯｃＮｄ+((ny+2s+r-c)/2)O2
可用下列反应式表示：（书上公式P128,130） ＣａＨｂＯｃＮｄ+((ny+2s+r-c)/2)O2 nＣwＨxＯyＮz+sCO2+rH2O+(d-nz)NH3 堆肥产物ＣwＨxＯyＮz r=0.5*[b-nx-3*(d-nz)] s=a-nw 10

11 堆肥过程中有机物的氧化与合成 有机物的氧化——不含氮有机物和含氮有机物的氧化 细胞物质的合成 细胞物质的氧化

12 ２、好氧堆肥化微生物 堆肥中含有的微生物种类主要有细菌、真菌和放线菌，堆肥过程中，随有机物的降解，堆肥微生物在数量和种群上会发生变化。高温阶段会出现较多的真菌。

13 好氧堆肥化过程(P129) 中 温 潜 伏 ℃ 阶 度 段 高温阶段 腐熟阶段 时间 100 80 60 40 20
图5-2 好氧堆肥化过程示意图

14 ３、好氧堆肥化过程温度变化规律 根据温度变化将好氧堆肥过程分为四个阶段 （1）潜伏阶段 也称作驯化阶段 堆肥化开始时微生物适应新环境的过程

15 （2）中温阶段（产热阶段） 嗜温性微生物比较活跃，主要利用堆肥中可溶性有机物（淀粉、糖）进行繁殖，并释放出能量，温度不断上升
这阶段的微生物主要是细菌和真菌

16 （3）高温阶段 当堆温升高到45℃以上即进入高温阶段，嗜热性微生物逐渐代替了嗜温性微生物，复杂的有机物如半纤维素、纤维素和蛋白质等也开始被强烈分解。 高温阶段，在50℃进行活动的主要是嗜热性真菌和放线菌，温度上升到60℃时，真菌停止活动，仅为嗜热性放线菌与细菌活动，温度升至70℃以上时，微生物大量死亡或进入休眠状态。 在该阶段后期，由于可降解有机物已大部分耗尽，微生物的内源呼吸占主导作用。

17 （4）降温阶段（腐熟阶段） 在此阶段，只剩下部分较难降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，温度下降至中温，并最终过渡到环境温度。 此阶段嗜温性微生物又占优势，对残余较难降解的有机物进一步分解，腐殖质不断增多且稳定化。

18 三、堆肥化的影响因素及其控制

19 1、通风（供氧量） （1）通风效果衡量：堆层中氧的浓度和耗氧速率能表征微生物活动的强弱。
可见，堆肥原料中有机物含量不同，其耗氧速率不同，有机物含量越高，耗氧速率上升越快，到达峰值的时间越短,通风频率越高 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

20 例 固体废物好氧反应需氧量的计算。试计算氧化1000kg有机固体废物的需氧量，已知：有机废物化学组成式为[C6H7O2(OH)3]5，反应后的残余物为400kg，残余有机物的化学组成式为[C6H7O2(OH)3]2 解：1、反应前后有机物的摩尔数： 反应前：1000/(30*12+50*1+25*16)=1000/810=1.23mol 反应后：400/(12*12+20*1+10*16)=400/324=1.23mol 2、反应前后有机物的摩尔数比：n=1.23/1.23=1

21 3、确定a、b、c、d、w、x、y、z，并计算出r和s的值：
有机废物[C6H7O2(OH)3]5 =C30H50O25：a=30,b=50,c=25,d=0 残余物[C6H7O2(OH)3]2 =C12H20O10：w=12,x=20,y=10,z=0 r=0.5*[b-nx-3*(d-nz)]=15，s=a-nw=18 4、需氧量： 方程式中O2的系数=(ny+2s+r-c)/2=18 需氧量=18*1.23*32=708 kg

22 （2）通风供氧方式 a. 自然通风法——有两种方法
一种是自然扩散法，利用空气的自然扩散，使氧由堆层表面向里扩散，一次发酵只能保证堆体表层约20cm厚的物料内有氧，二次发酵由于堆体疏松，氧能扩散到内部1.5m处，因此，一般二次发酵采用自然扩散供氧 另一种被动通风法。利用热空气上升所引起的“烟囱”效应使空气通过堆体达到供氧目的。做法是在堆体中插入带孔通风管，当堆体中热空气上升时，会形成抽吸作用使外部空气进入堆体内，达到自然通风效果，但由于一次发酵耗氧速率很高，通过此方法不能满足需氧量，所以很少采用

23 b. 翻堆法。利用堆料的翻动，使空气进入固体颗粒的间隙中，一般在条垛堆肥中采用。缺陷是频繁翻堆不利于高温的保持。
c. 强制通风法。有鼓风、吸风和鼓吸风结合三种方式，强制通风易于操作控制，是堆体供氧的有效方法，一般采取升温阶段吸风，有利于温度的保持，高温阶段鼓风，有利于降温。缺陷是不能保证堆体各个位置都能获得同样的供氧量。 漩涡式风机，风量小，风压大 d. 翻堆与强制通风结合法。可以克服翻堆、强制通风的缺陷，在条垛堆肥中常采用此方法。 23

24 2、含水率 因微生物只摄取溶解性养料，所以含水率是好氧堆肥的关键因素
含水率高低取决于物料成分，当有机质含量不超过50%时，堆肥最佳含水率为45~50%，如果有机质含量达到60%，则堆肥最佳含水率为60% 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

25 3、温度和有机物含量 温度是堆肥得以顺利进行的重要因素。 堆肥初期：与环境温度一致 在中温菌的作用下，温度逐渐上升
温度升高：可以加速分解消化过程；可杀灭虫卵、致病菌和杂草籽等 堆体最佳温度为55-60度 通过通风来控制温度

26 适宜的有机物含量为20~80% 有机物含量过低，不能提供足够的热能，影响嗜热菌增殖，难以维持高温发酵过程
有机物含量大于80%，堆制过程要求大量供氧，常因供氧不足而发生局部厌氧

27 4、颗粒度 氧气通过颗粒间的空隙分布到物流内部 理论上，颗粒应尽可能小，增大与空气接触面积 但如果太小，易造成厌氧条件
堆肥前需破碎、分选去除不可堆肥物质 物料粒度均匀

28 5、碳氮比和碳磷比 碳是堆肥反应的能量来源，氮是微生物的营养来源，磷是微生物必须的营养素之一
在微生物新陈代谢过程中，大部分碳通过氧化作用生成二氧化碳来提供能量，少部分碳则成为原生质和储存物，氮主要消耗在原生质合成中，可见需要的碳比氮多，合适的碳氮比为25~35:1 堆肥原料碳磷比为75-150：1

29 碳氮比低于20~25，超过微生物生长需要的多余氮，会转化氨，抑制微生物繁殖，导致有机物分解缓慢、不彻底，且释放的氨可能污染环境
碳氮比过高，微生物的繁殖会受到氮源限制，导致有机物分解速率降低和最终分解率降低，延长发酵时间，同时，碳氮比过高的堆肥施入土壤后，会夺取土壤中的氮素，对作物生长不利

30 例 为了使好氧堆肥化的物料的C/N比达到合适值25，将C/N比为50的树叶和C/N比为6
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

31 2、求1kg树叶中污泥的添加量xkg： C/N比=(1kg树叶中的C+xkg污泥中的C)/ (1kg树叶中的N +xkg污泥中的N) =( x)/( x)=25 计算得到x=0.33kg 3、验算混合废物的含水率： 含水率=(1*50%+0.33*75%)/(1+0.33) =( )/(1+0.33)=56% 含水率满足要求

32 6、pH值 适宜pH值可使微生物有效发挥作用，过高或者过低的pH值都会对堆肥效率产生影响， pH值在6.5~8.5时，堆肥效率最高

33 四、堆肥工艺

34 1、前处理 预处理工序：包括分选、破碎、筛分及混合等；调节养分、水分、碳氮比和碳磷比 目的：去除大块和非堆肥化物料
注意事项：颗粒度不能太小，适宜范围2-60mm；调好水分和碳氮比

35 2、主发酵 主发酵指从温度升高到开始降低的阶段 首先易分解的物质分解，产生二氧化碳和水，同时产生热量，使堆体升温
微生物吸收有机物的碳氮营养成分，在自身繁殖的同时，分解吸收的物质产生热量 初期中温菌起作用；45-60度时，高温菌代替中温菌，60-70度分解效率更高 主发酵期约4-12天

36 3、后发酵 将主发酵尚未分解的易分解有机物及较难分解的有机物进一步分解，使之变成腐殖质和氨基酸等 通常采用静态堆肥或条堆的方式
有时需翻堆或通气 时间通常为20-30天 几乎所有的有机物都被稳定化及减量化

37 4、后处理 5、脱臭 去除前处理没有完全去除的塑料、玻璃、金属、小石块等 可根据土壤情况加工生产精肥和复合肥 微生物的分解会产生臭味
产臭物质：氨、硫化钾、甲基硫醇、胺类等 去除方法：化学除臭剂、碱水和水溶液过滤、熟堆肥或活性炭、沸石等吸附法

38 6、贮存 堆肥一般在春秋两季，夏冬需要贮存 贮存设备至少能容纳6个月的产量。堆肥成品可以在室外堆放，但此时必须有不透雨水的覆盖物。
贮存方式可直接堆存在二次发酵仓内，或袋装后存放。加工、造粒、包装可在贮藏前也可在贮存后销售前进行。要求包装袋干燥而透气，如果密闭和受潮会影响堆肥产品的质量

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40 １、好氧静态堆肥工艺 一般采用露天强制通风垛，当一批物料堆积成垛后，不再添加新料和翻堆，直至物料腐熟后运出。
缺点是有机物和微生物分布不均匀，局部会发生厌氧。

41 ２、间歇式好氧动态堆肥工艺 采用间歇翻堆的强制通风垛或间歇进出料的发酵仓，将物料批量地进行发酵处理。
堆肥装置有垛体、长方形池式发酵仓、立筒形发酵仓等。

42 ３、连续式好氧动态堆肥工艺 是一种发酵时间更短的动态二次发酵技术，采取连续进料和连续出料的方式进行，物料在发酵装置内处于连续翻动状态下，组分易于混合均匀，形成空隙利于通风、水分蒸发迅速，使发酵周期缩短。堆肥装置有达诺筒和浆叶式发酵塔等。

43 武汉市城市垃圾堆肥发酵系统 计量 板式给料机 初选（人工） 发酵仓 出仓 二次发酵 垃圾入场 磁选 滚筒筛 堆肥 污水粪便 废铁 填埋
回收物 粪便入场 武汉市城市垃圾堆肥发酵系统

44 杭州市垃圾堆肥厂工艺流程图 城市生活垃圾 贮料池 抓吊 废铁 滚筒筛 人工分选 粗大无机物去填埋 混合滚筒 污 水 池 风机 出料机
二次发酵 一次 发酵 振动给料机 散装堆肥 装袋机 填埋 出售 杭州市垃圾堆肥厂工艺流程图

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47 2、化学指标 pH：随堆肥进行而变化 有机质变化指标：COD、BOD和VS 碳氮比：降至（10-20）:1时，认为达到腐熟
氮化合物：氨态氮、硝态氮和亚硝态氮的浓度变化 腐殖酸：含量上升

48 3、淀粉测试法 最终堆肥成品中，淀粉应全部消失。测定原理是根据淀粉遇碘变蓝，如果碘液检测出现黄色，表明堆肥已稳定，如果呈现蓝色，表明堆肥未腐熟。 但当堆肥原料淀粉含量很低时，不能采用此方法判断是否腐熟。

49 4、耗氧速率法 耗氧速率标志着堆肥反应的进行程度。堆肥腐熟时，耗氧速率很低。认为当耗氧速率降为0.02~0.1 △O2mol/min时，堆肥已腐熟。耗氧速率一般采用测氧仪测定

50 六、堆肥产品的利用与精制

51 1、堆肥的改良土壤作用 2、堆肥的增产作用 增加土壤有机质 改善土壤结构：使粘质土壤松散、砂质土壤结团、增加空隙率
提高土壤功能：提高保水能力、防止肥分流失 促进植物根系增长 2、堆肥的增产作用 增加土壤养分 提高农作物产量：10~30%

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53 3、堆肥产品的精制 堆肥 化肥 其他配料 功能 微生物 精制农肥 混合 破碎 包装 造粒 低温干燥 筛分 短期发酵
有机无机复合肥、营养基质、生物菌肥

54 第二节 固体废物的厌氧消化处理 一、 厌氧消化概念及发展过程
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

55 ２、厌氧消化发展过程 农业废弃物、农村人畜粪便 厌氧发酵 家庭取暖、照明、做饭 沼气 粪便、污泥 减量化、稳定化 (有机物减量30~50%)
厌氧消化技术受到重视 能源危机、石油价格上涨 替代能源 可生物降解有机垃圾 正处于研究和应用阶段

56 3、厌氧消化特点 优点： 生产过程全封闭 可将废弃物中低品位生物能转化为高品位沼气 厌氧消化不需要通风动力，设施简单，运行成本低
适于处理高浓度有机废水和废物 厌氧消化后的残渣已基本稳定，可做农肥、饲料或堆肥化原料 缺点： 厌氧微生物生长速度慢，处理效率低，设备体积大 会产生H2S等恶臭气体

57 二、 厌氧消化原理 ——三阶段理论 1、第一阶段(水解阶段)：在水解与发酵细菌作用下，大分子有机物如碳水化合物、蛋白质、脂肪，经水解与发酵转化为单糖、氨基酸、脂肪酸、 甘油及二氧化碳、氢等

58 参与第一阶段代谢的微生物 水解与发酵细菌 原生动物： 真菌： 纤维素分解菌 淀粉分解菌 蛋白质分解菌 脂肪分解菌 鞭毛虫 纤毛虫 变形虫
毛霉 根霉 曲霉 纤维素水解为葡萄糖，进而分解为二氧化碳、氢气、乙醇和乙酸 淀粉水解为葡萄糖，进而分解为丙酮、丁醇、乙酸和氢 蛋白质水解为氨基酸，进而分解为硫醇、氨和硫化氢 脂肪分解为简单脂肪酸 58

59 2、第二阶段(产酸阶段)：在产氢、产乙酸菌和同型乙酸菌作用下，把第一阶段产物转化成氢、二氧化碳和乙酸
CH3CH2CH2CH2COOH+2H2O CH3CH2COOH+CH2COOH+H2 CH3CH2COOH+2H2O CH3COOH+3H2+CO2 CH3COOH+2H2 CH3CH2OH+2H2O 2CO2+4H2 CH3COOH+2H2O

60 将丙酮酸及其它脂肪酸转化为乙酸、二氧化碳、氢气
参与第二阶段代谢的微生物 产氢、产乙酸菌 将丙酮酸及其它脂肪酸转化为乙酸、二氧化碳、氢气 同型乙酸菌 将二氧化碳、氢气转化为乙酸； 将甲酸、甲醇转化为乙酸 纤维素水解为葡萄糖，进而分解为二氧化碳、氢气、乙醇和乙酸 淀粉水解为葡萄糖，进而分解为丙酮、丁醇、乙酸和氢 蛋白质水解为氨基酸，进而分解为硫醇、氨和硫化氢 脂肪分解为简单脂肪酸 60

61 3、第三阶段(产甲烷阶段)：通过两组不同的产甲烷菌作用，将氢和二氧化碳转化为甲烷或者乙酸脱羧产生甲烷
4H2+CO2 CH4+2H2O CH3COOH CH4+CO2 参与第三阶段代谢的微生物 产甲烷菌： 纤维素水解为葡萄糖，进而分解为二氧化碳、氢气、乙醇和乙酸 淀粉水解为葡萄糖，进而分解为丙酮、丁醇、乙酸和氢 蛋白质水解为氨基酸，进而分解为硫醇、氨和硫化氢 脂肪分解为简单脂肪酸 甲烷杆菌 甲烷球菌 甲烷八叠球菌 甲烷螺旋菌 61

62 三阶段厌氧消化模式

63 厌氧消化过程可用以下方程式表示 CaHbOcNd+(a-0.25b-0.5c+0.75d)H2O
(0.5a+0.125b-0.25c-0.375d)CH4+ (0.5a-0.125b+0.25c+0.375d)CO2+dNH3 厌氧消化产气中甲烷含量50~60%； 1kg可降解有机物产生0.63~1.0m3的沼气

64 例 生活垃圾厌氧消化产气量计算。试计算在生活垃圾卫生填埋场中，单位质量填埋废物的理论产气量。
已知：生活垃圾中有机组分的化学组成式为C60.0H94.3O37.8N，有机物的含量为79.5%(包括水分)，有机物的含水率为27%，有机物中95%为可降解有机物 解：1、假定有100kg填埋废物，则有机物量为79.5kg 2、可降解有机物干重：79.5*(1-0.27)*95%=56.0kg

65 3、根据化学组成式C60.0H94.3O37.8N确定： a=60.0,b=94.3,c=37.8,d=1 4、根据反应方程式确定 H2O的系数： a-0.25b-0.5c+0.75d= * * *1=18.28 CH4的系数：0.5a+0.125b-0.25c-0.375d= 0.5* * * *1=31.96 CO2的系数：0.25a-0.125b+0.25c+0.375d= 0.5* * * *1=28.04 NH3的系数：d=1

66 5、该有机废物化学方程式为： C60.0H94.3O37.8N H2O 31.96CH CO2+NH3 1433.1 329.0 511.4 1233.8 17 6、产生的CH4和CO2 质量 CH4质量：56.0*511.4/1433.1=20.0kg CO2质量： 56.0*1233.8/1433.1=48.2kg

67 7、产生的CH4和CO2 体积 (CH4密度=0.7155kg/m3, CO2密度=1.9725kg/m3) CH4体积：20.0/0.7155=27.95m3 CO2体积： 48.2/1.9725=24.44m3 8、CH4和CO2 各占体积百分比 CH4(%)=27.95*100%/( )=53.3% CO2(%)=100%-53.3%=46.7% 9、单位填埋废物理论产气量 以填埋废物中可降解有机物干重为基准：( )/56.0=0.93m3/kg 以填埋废物为基准：( )/100.0=0.52m3/kg

68 二、 厌氧消化原理 ——两段理论 酸性发酵阶段：分解初期，产酸菌占主导，有机物被分解为有机酸、醇、二氧化碳、氨、硫化氢等；
二、 厌氧消化原理 ——两段理论 酸性发酵阶段：分解初期，产酸菌占主导，有机物被分解为有机酸、醇、二氧化碳、氨、硫化氢等； 分解后期，产甲烷菌占主导，有机酸、醇被产甲烷菌分解产生甲烷、二氧化碳 碱性发酵阶段：有机酸的分解以及产生氨的中和，使pH值上升；可降解有机物大部分被分解，消化趋于完成

69 三 厌氧消化的影响因素 1、厌氧条件 ——产酸阶段的厌氧菌，需要在厌氧条件下把有机物分解成有机酸
三 厌氧消化的影响因素 1、厌氧条件 ——产酸阶段的厌氧菌，需要在厌氧条件下把有机物分解成有机酸 ——产气阶段的专性厌氧菌产甲烷菌，需要严格的厌氧环境 ——用氧化还原电位表示厌氧程度，应维持在-300mV

70 2、原料配比——C/N比 ——最佳C/N比控制在20~30:1 ——C/N比过小，过剩的氮会变成氨气，抑制产甲烷菌活动

71 7、温度 3、温度 比较理想温度范围35~38℃和50~65 ℃ 在45℃有一个间断点，由于中温发酵和高温发酵分别由不同微生物种群起作用，在该温度，对中温和高温菌都不利。 当消化温度低于10 ℃时，产气量明显下降

72 4、pH值 产酸菌适于在酸性条件下生长，最佳pH值5.8 产甲烷菌需要在严格的碱性条件下生长，pH值低于6.2时会失去活性

73 5、添加物和抑制物 ①添加物 发酵液中添加少量硫酸锌、磷矿粉、炼钢渣、碳酸钙、炉灰等，有助于促进厌氧发酵，提高产气量和原料利用率； ②抑制物
有些物质能抑制发酵，在厌氧消化过程中尽量避免混合这些物质；

74 抑制物质 抑制浓度/(mg/L) 挥发性脂肪酸 >2000 Cu 5 氨氮 1500~3000 Cd 150 溶解性硫化物
Fe 1710 Ca 2500~4500 Cr6+ 3 Mg 1000~1500 Cr3+ 500 K Ni 2 Na 3500~5500 主要是挥发性脂肪酸和氨气累积，还有一些重金属

75 6、接种物 要求接种量达到料液量的5%以上 ——不同来源的厌氧发酵接种物，产气量不同
——添加接种物可加快有机物分解速率，提高产气量，还使产气时间提前 要求接种量达到料液量的5%以上

76 7、搅拌 有效搅拌可增加物料与微生物接触机会，使物料和温度分布均匀，防止局部出现酸积累，还可使反应产生的气体迅速排出
对于流态、半流态物料 采用气体搅拌、机械搅拌、泵循环 对于固态物料 采用循环浸出液方式

77 8、有机物组分与产气量 有机物种类 产气量 /(L/kg分解物) 气体组成 /% 热值(标准状态) /(kcal/m3) 碳水化合物 800
不同有机物成分，产气量有差异 有机物种类 产气量 /(L/kg分解物) 气体组成 /% 热值(标准状态) /(kcal/m3) 碳水化合物 800 50(CH4)+50(CO2) 4250 脂 肪 1200 70(CH4)+30(CO2) 5950 蛋白质 700 67(CH4)+33(CO2) 5650

78 9、有机物含量与去除率 正比 正比 沼气产量 有机物去除率 有机物含量 提高有机物含量来增加沼气产量

79 三、厌氧消化工艺

80 （一）根据消化温度划分 1、高温消化工艺 特点：消化温度维持在47~55℃ ，有机物分解、消化速度快，物料停留时间短 主要工艺步骤：
（1）高温消化菌培养：取污水池或排水道中产气泡的污泥，加到培养基上，扩大培养，消化稳定后作为接种菌种 （2）维持高温：在消化池内布设盘管，通入蒸汽加热料浆 （3）投料与排料：高温时物料消化速度快，一般连续投料、排料 （4）物料搅拌：对物料进行搅拌，保持全池温度均匀

81 2、自然消化工艺 特点：在自然温度下消化，消化温度随气温变化，通常夏季产气率较高，冬季产气率较低。结构简单、成本较低、施工容易、便于推广
工艺流程 原料选择 送 农 田 定期出料 加活性污泥 大 出 料 入池发酵产气 配 料 原料预处理 定期加料

82 （二）根据投料运转方式划分 1、连续消化工艺
特点：投料启动后，经过一段时间消化产气，开始连续投料、排料维持运行。有机物消化速率、产气率稳定，但该工艺要求较低的原料固体浓度 工艺流程 有机固体废物 用户 贮气柜 肥 料 沉淀池 厌氧消化 反应池 备料池 回流搅拌 回流备料

83 2、半连续消化工艺 特点：启动时投入较多原料，当产气量下降时，开始定期或不定期投料、排料，来维持产气率稳定。适合农村采用，原料、施肥有季节性
工艺流程 备料 大出料 入池堆沤 拌料接种 活性污泥或其他接种物 加水封池 消化产气 定期或不定期加料 定期或不定期出料 池底污泥或消化原料 肥料

84 3、两步消化工艺 特点：将沼气消化过程分成产酸、产甲烷两个阶段，在两个反应器中进行。提高产气率，实现渣、液分离 主要工艺步骤：
——第一个反应器：水解、液化有机物为有机酸；缓冲负荷冲击，稀释有害物质，并截留难降解固体物质。反应速率受纤维素水解速率限制。 ——第二个反应器：保持严格厌氧和pH值，利于产甲烷菌生长，消化、降解有机酸生成沼气。反应速率受产甲烷菌生长繁殖速率限制

85 1、低固体消化工艺 （三）根据反应器中固体浓度划分
特点：固体浓度低（ 4~8% ） ，容易混合均匀，进出物料泵简单，可稀释有毒物质。成本较高 工艺步骤-分三步 第一步：有机成分的准备。涉及废物接收、粉碎和分选 第二步：增加水分和养分，混合器内混合、调节pH值到6.8、加热物料到55~60℃ ，进入消化器进行厌氧消化 第三步：沼气收集、贮存及沼气分离，消化污泥的脱水和处置

86 2、高固体消化工艺 特点：固体浓度高（≥ 22%），不需要加水，反应器单位体积需水量低，产气量高。但进出物料泵复杂，有毒物质（盐和重金属）易使微生物中毒 工艺步骤-分三步 第一步：有机成分的准备。涉及废物接收、粉碎和分选 第二步：增加养分，混合器内混合、调节pH值到6.8、加热物料到55~60℃ ，进入消化器进行厌氧消化 第三步：沼气收集、贮存以及沼气分离，消化污泥的简单脱水和处置

87 四、厌氧消化装置

88 水压式沼气池（一）结构与工作原理 1、启动前状态 ：平衡 2、启动后状态 ：产生的沼气将料液压向水压箱，箱内液面升高
3、使用沼气状态：料液压挤压沼气供气

89 （二）设计 1、设计参数 （1）气压：7480pa（即80cm水柱）为宜。
（2）池容产气率：池容产气率系指每立方米发酵池容积1昼夜的产气量，单位为m3沼气/（m3池容·d）。我国通常采用的池容产气率包括0.15、0.2、0.25和0.3几种。 （3）贮气量：贮气量系指气箱内的最大沼气贮存量。农村家用水压式沼气池的最大贮气量以12小时产气量为宜，其值与有效水压间的容积相等。 （4）池容：池容系指发酵间的容积。农村家用水压式沼气池的池容积有4、6、8、10m3等几种。 （5）投料率：投料率系指最大限度投入的料液所占发酵间容积的百分比，一般在85-95%之间为宜。

90 2、发酵间的设计 （1）确定池容 （2）确定贮气量 贮气量=池容产气率×池容×1/2

91 （3）计算圆筒形发酵间容积 圆筒形发酵间由池盖、池身、池底组成 （4）确定进出料管安装位置
水压式沼气池进出料管的水平位置，一般确定在发酵间直径的两端

92 3、水压间的设计 （1）水压间的底面标高：此标高应确定在发酵间初始工作状态时的液面位置O-O水平
（2）水压间的高度（△H）：此高度应等于发酵间最大液位下降值（H1）与水压间液面最大上升值（H2）之和，即△H=H1+H2 （3）水压间容积：此容积等于池内最大贮气量

93 （二）化粪池容积及其计算公式 E—服务人口，人；Q—每人每天污水量，L； Tq—污水在池内停留时间，一般取0.5-1.0d；
S—每人每天污泥量，一般取 L； Ts—清泥周期，一般按 d； C—污泥消化体积减小系数，一般为0.7，(D/ρ2)/ (1/ρ1) PW—生污泥含水率，一般为95%； PW’—池内污泥含水率，上部下部平均取95%。