第六章 有機(jī)固體廢物堆肥與厭氧發(fā)酵

第六章有機(jī)固體廢物堆肥和厭氧發(fā)酵

一概述二堆肥原理及影響因素有機(jī)廢物堆肥工藝好氧堆肥設(shè)備有機(jī)固體廢物的厭氧發(fā)酵原理厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝沼氣與沼渣的綜合利用目錄一、概述

是常用的生物轉(zhuǎn)換技術(shù)是穩(wěn)定化、無(wú)害化、資源化的重要方式堆肥和厭氧發(fā)酵預(yù)處理方法：破碎、混合、分選提高有機(jī)物含量、調(diào)整物料粒度調(diào)整水分和C/N比預(yù)處理四大目的一、概述

適合堆肥和厭氧發(fā)酵的有機(jī)廢物禽畜糞便城市垃圾污泥泔腳等食品廢物農(nóng)林廢物1.堆肥化定義、作用堆肥化（Composting）：就是在控制條件下，利用自然界廣泛分布的細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物，使可被生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的生物化學(xué)過(guò)程。二、堆肥原理及影響因素這個(gè)定義強(qiáng)調(diào)：作為堆肥化的原料是可生物降解的固體廢物；堆肥過(guò)程是在人工控制條件下進(jìn)行，不同于衛(wèi)生填埋、廢物的自然腐爛與腐化；堆肥化的實(shí)質(zhì)是生物化學(xué)過(guò)程，堆肥產(chǎn)品對(duì)環(huán)境無(wú)害，即廢物達(dá)到相對(duì)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。二、堆肥原理及影響因素堆肥的作用使土質(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(yáng)離子交換容量大，N、K、NH4+以陽(yáng)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的供給源二、堆肥原理及影響因素使用堆肥的注意事項(xiàng)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(xì)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(yùn)和保存。二、堆肥原理及影響因素根據(jù)堆制過(guò)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(dá)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(zhǎng)，3～12個(gè)月。二、堆肥原理及影響因素2.好氧堆廢原理細(xì)胞物質(zhì)（微生物繁殖）

有機(jī)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(jī)物的好氧堆肥分解二、堆肥原理及影響因素1）有機(jī)物氧化不含氮有機(jī)物：含氮有機(jī)物CsHtNuOv?aH2O+bO2→CwHxNyOz·cH2O+dH2O(氣)+eH2O(液)+fCO2+gNH3+熱量堆肥二、堆肥原理及影響因素2）細(xì)胞質(zhì)的合成細(xì)胞質(zhì)二、堆肥原理及影響因素3）細(xì)胞質(zhì)的氧化C5H7NO2+5O2→5CO2+2H2O+NH3+能量二、堆肥原理及影響因素3.好氧堆肥的過(guò)程中溫階段高溫階段腐熟階段二、堆肥原理及影響因素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(xì)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)二、堆肥原理及影響因素二、堆肥原理及其影響因素2）高溫階段堆溫升至45℃以上，嗜熱微生物可溶性有機(jī)物質(zhì)繼續(xù)分解，復(fù)雜有機(jī)物如半纖維素、纖維素和蛋白質(zhì)也開(kāi)始被強(qiáng)烈分解。

溫度升到70℃以上時(shí)，大多數(shù)嗜熱性微生物已不適應(yīng)，死亡或進(jìn)入休眠。

表6-1幾種常見(jiàn)病菌與寄生蟲(chóng)的死亡溫度名稱死亡情況沙門氏傷寒菌46℃以上不生長(zhǎng)；55~60℃，30分鐘內(nèi)死亡沙門氏菌屬56℃，1小時(shí)內(nèi)死亡；60℃，15~20分鐘死亡志賀氏桿菌55℃，1小時(shí)內(nèi)死亡大腸桿菌55℃，1小時(shí)內(nèi)死亡；60℃，15~20分鐘內(nèi)死亡阿米巴屬68℃死亡無(wú)鉤滌蟲(chóng)71℃，5分鐘內(nèi)死亡美洲鉤蟲(chóng)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(xì)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(shí)在67℃死亡牛結(jié)核桿菌55℃，45分鐘內(nèi)死亡3）腐熟階段（降溫階段）

內(nèi)源呼吸后期，較難分解有機(jī)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(jìn)入腐熟階段，需氧量大大減少，含水率也降低。二、堆肥原理及影響因素4.影響好氧堆肥的主要因素對(duì)于高溫二次發(fā)酵堆肥工藝來(lái)說(shuō)，通風(fēng)供氧、堆料含水率、溫度是最主要的發(fā)酵條件有機(jī)質(zhì)含量、粒度、C/N、C/P、pH也有影響二、堆肥原理及影響因素1）通風(fēng)目的：微生物分解有機(jī)物帶走水氣，干化物料方式：自然通風(fēng)、通風(fēng)管通風(fēng)、斗式裝載機(jī)及翻推機(jī)、風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)。二、堆肥原理及影響因素2）含水率水分是微生物生命活動(dòng)的介質(zhì)，影響物料孔隙度和透氣性適宜水分45%～60%太低時(shí)，可配以糞水或污泥調(diào)節(jié)二、堆肥原理及影響因素3）溫度是影響微生物活動(dòng)和堆肥工藝過(guò)程的重要因素一般認(rèn)為最佳溫度在50～60℃之間考慮殺滅病菌和蟲(chóng)卵，溫度大于55℃并保持幾天二、堆肥原理及影響因素4）其它影響因素有機(jī)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）:1pH7.5～8.5二、堆肥原理及影響因素4.堆肥的腐熟度及其判定（1）定義指成品堆肥的穩(wěn)定程度工程上衡量堆肥反應(yīng)完成的信號(hào)農(nóng)業(yè)上是堆肥質(zhì)量的指標(biāo)二、堆肥原理及影響因素（2）判定方法直觀經(jīng)驗(yàn)法：茶褐色或黑褐色，無(wú)惡臭，質(zhì)地松散，具有泥土芳香氣味淀粉測(cè)試法：高氯酸+碘耗氧速率法：O2/CO2測(cè)定儀來(lái)自動(dòng)顯示堆層O2和CO2濃度在單位時(shí)間內(nèi)的變化值

二、堆肥原理及影響因素（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(dá)80~90℃，殺滅病菌，減少臭氣產(chǎn)生，采用較多。三、有機(jī)物堆肥工藝

2）按堆肥中物料運(yùn)動(dòng)形式間歇式堆肥：一批一批地堆制連續(xù)式堆肥：機(jī)械連續(xù)進(jìn)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(diǎn)。3）按堆肥堆制方式露天式堆肥：裝置式堆肥：機(jī)械化程度高，堆肥時(shí)間短，占地面積小，環(huán)境條件好，堆肥質(zhì)量可控可調(diào)三、有機(jī)物堆肥工藝2.好氧堆肥工藝

傳統(tǒng)采用厭氧露天堆積法，占地大，時(shí)間長(zhǎng)?，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。三、有機(jī)物堆肥工藝三、有機(jī)物堆肥工藝1）前處理以城市生活垃圾為堆肥原料時(shí)，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(shí)，前處理的主要任務(wù)是調(diào)整水分和碳氮比，或者添加菌種和酶制劑。2）主發(fā)酵（一次發(fā)酵）在發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行，通過(guò)翻堆攪拌或強(qiáng)制通風(fēng)供氧。中溫階段→高溫階段，嗜溫菌→嗜熱菌。大部分有機(jī)物被降解，病原菌被殺滅，堆層溫度開(kāi)始下降。通常，將溫度升高到開(kāi)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。三、有機(jī)物堆肥工藝3）后發(fā)酵（二次發(fā)酵）將主發(fā)酵尚未分解的有機(jī)物進(jìn)一步分解，使之變成腐殖酸、氨基酸等比較穩(wěn)定的有機(jī)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(guò)自然通風(fēng)和間歇性翻堆，進(jìn)行后發(fā)酵，并應(yīng)防止雨水流入。時(shí)間較長(zhǎng)，通常在20～30d。三、有機(jī)物堆肥工藝4）后處理經(jīng)二次發(fā)酵，變細(xì)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(yīng)進(jìn)行再破碎過(guò)程。也可在散裝堆肥中加入N、P、K添加劑生產(chǎn)復(fù)合肥，做成袋裝產(chǎn)品。有時(shí)還需要固化造粒以利貯存。三、有機(jī)物堆肥工藝5）脫臭堆肥過(guò)程中，物料局部或某段時(shí)間內(nèi)的厭氧會(huì)導(dǎo)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(xué)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(guò)濾器三、有機(jī)物堆肥工藝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(gè)月生產(chǎn)量的庫(kù)房。貯存方式：可直接堆存在二次發(fā)酵倉(cāng)中，或裝入袋中。貯存的要求：是干燥而透氣的室內(nèi)環(huán)境。三、有機(jī)物堆肥工藝四、好氧堆肥設(shè)備立式堆肥發(fā)酵塔筒

倉(cāng)

式

堆

肥

發(fā)

酵

倉(cāng)臥式堆肥發(fā)酵滾筒箱式堆肥發(fā)酵池堆

集

式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(qiáng)制通風(fēng)溫度從上到下逐漸升高一次發(fā)酵時(shí)間：3~7天四、好氧堆肥設(shè)備（2）立式多層閉合門式呈多層條形，每層堆高不超過(guò)1米。在每一層床都有閉合門，在反復(fù)切斷輸送的同時(shí)，利用打開(kāi)閉合門來(lái)順序向下輸送原料。一次發(fā)酵時(shí)間：5~10天

四、好氧堆肥設(shè)備立式堆肥發(fā)酵塔：優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)立式多層圓筒式發(fā)酵塔占地面積?。怀粼O(shè)備體積小。堆積低，容積有效利用率低；裝置運(yùn)行所需的動(dòng)力大；在堆肥過(guò)程中物料容易呈壓實(shí)塊狀化，通氣性能差；多層結(jié)構(gòu)，整個(gè)裝置很高.優(yōu)點(diǎn)立式多層板閉合門式發(fā)酵塔占地面積?。怀粼O(shè)備體積小。物料在輸送過(guò)程中是利用自由下落而進(jìn)行重復(fù)切斷的，沒(méi)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。

四、好氧堆肥設(shè)備（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(shí)進(jìn)行原料的反復(fù)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(shí)間：3~7天四、好氧堆肥設(shè)備（4）立式多層移動(dòng)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(dòng)床。由水平運(yùn)動(dòng)將原料推出，順序輸送到下層。一次發(fā)酵時(shí)間：8~10天四、好氧堆肥設(shè)備3）后發(fā)酵（二次發(fā)酵）立式堆肥發(fā)酵塔：優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)立式多層槳葉刮板式發(fā)酵塔利用旋轉(zhuǎn)刮板重復(fù)切斷，無(wú)壓實(shí)塊狀化；通氣阻力及動(dòng)力消耗??；占地面積??；除臭設(shè)備體積小。

多層結(jié)構(gòu)，裝置很高。立式多層移動(dòng)床式發(fā)酵塔占地面積??；除臭設(shè)備體積小物料容易壓實(shí)，通氣性能差；床的移動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜；多層結(jié)構(gòu),裝置很高。四、好氧堆肥設(shè)備（1）筒倉(cāng)式靜態(tài)發(fā)酵倉(cāng)呈單層圓筒形，堆積高度4～5米。堆肥物由倉(cāng)頂經(jīng)布料機(jī)進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)，順序向下移動(dòng)，由倉(cāng)底的螺桿出料機(jī)出料。一次發(fā)酵時(shí)間：10~12天2.筒倉(cāng)式

堆

肥

發(fā)

酵

倉(cāng)四、好氧堆肥設(shè)備（2）筒倉(cāng)式動(dòng)態(tài)發(fā)酵倉(cāng)單層圓筒型，堆積高度為1.5～2米，螺旋推進(jìn)器在倉(cāng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)，自外圍投入的原料受到重復(fù)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(shí)間：5~7天四、好氧堆肥設(shè)備3）后發(fā)酵（二次發(fā)酵）筒倉(cāng)式堆肥發(fā)酵倉(cāng)：優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)筒倉(cāng)式靜態(tài)發(fā)酵倉(cāng)占地面積小；發(fā)酵倉(cāng)利用率高。堆積高，呈壓實(shí)狀；通風(fēng)阻力大，動(dòng)力消耗大；產(chǎn)品難以均質(zhì)化。筒倉(cāng)式動(dòng)態(tài)發(fā)酵倉(cāng)排出口的高度和原料的滯留時(shí)間均可調(diào)節(jié)原料滯留時(shí)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。四、好氧堆肥設(shè)備3.臥

式

堆

肥

發(fā)

酵

滾筒旋轉(zhuǎn)發(fā)酵池結(jié)構(gòu)四、好氧堆肥設(shè)備旋轉(zhuǎn)發(fā)酵池：概況利用低速旋轉(zhuǎn)滾筒進(jìn)行經(jīng)常的反復(fù)攪拌和輸送一次發(fā)酵天數(shù)：

2~5天

四、好氧堆肥設(shè)備旋轉(zhuǎn)發(fā)酵池：優(yōu)點(diǎn)技術(shù)成熟，操作簡(jiǎn)單；容易形成規(guī)?；簧a(chǎn)效率高，停留時(shí)間短，占地面積少；自然通風(fēng)，能耗少環(huán)境條件較好

四、好氧堆肥設(shè)備原料滯留時(shí)間短，發(fā)酵不充分；密閉困難；容易產(chǎn)生壓實(shí)現(xiàn)象，通氣性能差，產(chǎn)品不易均質(zhì)化。旋轉(zhuǎn)發(fā)酵池：缺點(diǎn)四、好氧堆肥設(shè)備4.箱

式

堆

肥

發(fā)

酵

池臥式刮板發(fā)酵池：結(jié)構(gòu)四、好氧堆肥設(shè)備臥式刮板發(fā)酵池：概況平面型（最大槽長(zhǎng)為25米，堆積高度1.5米），能橫向行走的刮板進(jìn)行鋸齒形運(yùn)行，同時(shí)進(jìn)行原料的重復(fù)攪拌和輸送，原料緩慢堆積放在與刮板相反方向的葉片上。一次發(fā)酵天數(shù)：8~12天四、好氧堆肥設(shè)備臥式刮板發(fā)酵池：優(yōu)點(diǎn)利用旋轉(zhuǎn)刮板重復(fù)切斷，無(wú)壓實(shí)呈塊現(xiàn)象，通氣性能好，發(fā)酵時(shí)間短；

通氣阻力小，動(dòng)力消耗少；四、好氧堆肥設(shè)備臥式刮板發(fā)酵池：缺點(diǎn)占地面積大；環(huán)境條件差；除臭設(shè)備體積大。

四、好氧堆肥設(shè)備戽斗翻倒式發(fā)酵池臥式槳葉發(fā)酵池四、好氧堆肥設(shè)備戽斗翻倒式發(fā)酵池平面型（最大槽長(zhǎng)為31米，高為1.5米），利用行走式戽斗同時(shí)進(jìn)行原料的重復(fù)攪拌和輸送，原料到達(dá)戽斗的投入口時(shí)，向上提升到排出口再將戽斗返回。臥式槳葉發(fā)酵池平面型（最大槽長(zhǎng)為31米，堆高1.5米），利用行走螺旋輸送機(jī)的同時(shí)進(jìn)行原料的反復(fù)攪拌和輸送，原料到達(dá)螺旋輸送機(jī)的投入端時(shí)提升到排出端后再返回。四、好氧堆肥設(shè)備箱式堆肥發(fā)酵池：一次發(fā)酵天數(shù)戽斗翻倒式發(fā)酵池8~12天臥式槳葉發(fā)酵池8~12天四、好氧堆肥設(shè)備

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

環(huán)境條件差；戽斗的長(zhǎng)度決定于槽的長(zhǎng)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(zhǎng)度取決于槽的長(zhǎng)度；易產(chǎn)生壓實(shí)成塊現(xiàn)象。箱式堆肥發(fā)酵池：優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)四、好氧堆肥設(shè)備5.堆集

式氣

流

箱

式

定

箱

槽

式四、好氧堆肥設(shè)備堆積式：概況氣流箱式室外堆積式（堆積高度為1.5~3米）。利用鏟式裝載機(jī)或其他專用機(jī)械堆積。60~90天左右定箱槽式室內(nèi)堆積式（堆積高度1.5~3米）。利用鏟式裝載機(jī)，在固定的角槽內(nèi)堆積。30~60天左右四、好氧堆肥設(shè)備臥式刮板發(fā)酵池：優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)氣

流

箱

式設(shè)備簡(jiǎn)單，不能除臭；重復(fù)切斷時(shí)間長(zhǎng)；易產(chǎn)生壓實(shí)現(xiàn)象，發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)；產(chǎn)品均質(zhì)化困難。定箱槽式設(shè)備簡(jiǎn)單。

除臭設(shè)備體積大；重復(fù)切斷時(shí)間長(zhǎng)；易產(chǎn)生壓實(shí)現(xiàn)象，發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)；產(chǎn)品均質(zhì)化困難。四、好氧堆肥設(shè)備五、有機(jī)固體廢物的厭氧發(fā)酵原理（一）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.H2S、O2.N2.NH4.PH3和CmHn等1.沼氣五、有機(jī)固體廢物的厭氧發(fā)酵原理人們把由60%CH4和40%CO2組成的沼氣稱為標(biāo)準(zhǔn)沼氣。有可燃性，綠色能源。甲烷含量30%時(shí)，可勉強(qiáng)點(diǎn)燃，50%時(shí)可正常燃燒比空氣略輕，對(duì)空氣的比重為0.851m3沼氣的熱值與1kg原煤相當(dāng)，燃燒熱效率比煤大3.3倍，1m3沼氣能頂3.3kg原煤使用。表6-2沼氣各組分的理化特性注：爆炸范圍指與空氣混合時(shí)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(biāo)準(zhǔn)沼氣—1.2240.94——22.76-12—五、有機(jī)固體廢物的厭氧發(fā)酵原理2.厭氧發(fā)酵厭氧發(fā)酵：也稱沼氣發(fā)酵或甲烷發(fā)酵，是指在厭氧條件下，有機(jī)物被厭氧微生物轉(zhuǎn)化為甲烷（或稱沼氣）的過(guò)程。厭氧發(fā)酵工藝：采用人工方法，創(chuàng)造厭氧細(xì)菌所需的營(yíng)養(yǎng)條件，使其在一定設(shè)備內(nèi)具有很高的濃度，使厭氧分解過(guò)程大大加快。五、有機(jī)固體廢物的厭氧發(fā)酵原理（二）有機(jī)物厭氧發(fā)酵原理液化階段水解、發(fā)酵細(xì)菌產(chǎn)乙酸階段產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸細(xì)菌產(chǎn)甲烷階段甲烷細(xì)菌五、有機(jī)固體廢物的厭氧發(fā)酵原理1)發(fā)酵的幾個(gè)階段液化（水解）階段：不溶性大分子有機(jī)物→水溶性小分子有機(jī)物酸化階段：小分子有機(jī)物→有機(jī)酸、乙醇、丙酮等有機(jī)物+

H2/CO2→乙酸及甲酸、甲醇、甲胺等C1類化合物+H2/CO2產(chǎn)甲烷階段：H2還原CO2乙酸的分解五、有機(jī)固體廢物的厭氧發(fā)酵原理2）厭氧發(fā)酵過(guò)程微生物第一階段：水解發(fā)酵細(xì)菌，包括纖維素分解菌、蛋白質(zhì)水解菌。第二階段：產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸細(xì)菌，有S菌株第三階段：兩組不同的產(chǎn)甲烷細(xì)菌群：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。五、有機(jī)固體廢物的厭氧發(fā)酵原理（二）發(fā)酵原料和產(chǎn)氣計(jì)算1.發(fā)酵原料堆肥原料都可以作沼氣發(fā)酵原料有城市垃圾、禽畜糞便、污泥、農(nóng)林廢物、泔腳和食品垃圾五、有機(jī)固體廢物的厭氧發(fā)酵原理2.常見(jiàn)發(fā)酵原料的理論產(chǎn)氣量（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。五、有機(jī)固體廢物的厭氧發(fā)酵原理（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。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表6-3農(nóng)村常見(jiàn)沼氣發(fā)酵原料的組分和理論產(chǎn)氣量五、有機(jī)固體廢物的厭氧發(fā)酵原理3.原料的產(chǎn)氣率和甲烷含量沼氣發(fā)酵原料的產(chǎn)氣率：?jiǎn)挝恢亓康脑显诎l(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣量。通常用原料所含總固體（TS）的量作原料單位原料名稱干物質(zhì)沼氣量（m3/t）甲烷含量（％）產(chǎn)氣持續(xù)時(shí)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(shù)葉3106965雜樹(shù)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—五、有機(jī)固體廢物的厭氧發(fā)酵原理4.原料的總固體百分含量和總固體量原料的總固體百分含量：總固體量：WTS=W·MTS式中：MTS—發(fā)酵原料總固體百分含量，％；

W1—發(fā)酵原料樣品重量，g；W2—樣品在105±2℃下烘干重量，g；W—發(fā)酵原料重量，g；WTS—發(fā)酵原料所含總固體量，g五、有機(jī)固體廢物的厭氧發(fā)酵原理5.原料的碳氮比與好氧微生物相同，厭氧微生物對(duì)原料碳氮比也有一定要求。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝圖

沼氣發(fā)酵罐工作原理圖三、創(chuàng)新點(diǎn)與國(guó)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水壓式貯氣池的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，造價(jià)低，施工方便。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝水壓式貯氣池的缺點(diǎn)氣壓不穩(wěn)定，對(duì)產(chǎn)氣不利；池溫低，不能保持升溫，嚴(yán)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(duì)防滲措施的要求較高，給燃燒器的設(shè)計(jì)帶來(lái)一定困難。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝立式圓形浮罩式沼氣池

立式圓形浮罩式沼氣池優(yōu)缺點(diǎn)這種沼氣池也多采用地下埋設(shè)方式，它把發(fā)酵間和貯氣間分開(kāi)，因而具有壓力低、發(fā)酵好、產(chǎn)氣多等優(yōu)點(diǎn)。產(chǎn)生的沼氣由浮沉式的氣罩貯存起來(lái)。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(dāng)沼氣壓力大于氣罩重量時(shí)，氣罩便沿水池內(nèi)壁的導(dǎo)向軌道上升，直至平衡為止。當(dāng)用氣時(shí)，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(jià)比較低，但氣壓不夠穩(wěn)定。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝三、創(chuàng)新點(diǎn)與國(guó)內(nèi)外影響長(zhǎng)方形（或方形）發(fā)酵池三、創(chuàng)新點(diǎn)與國(guó)內(nèi)外影響

聯(lián)合沼氣池三、創(chuàng)新點(diǎn)與國(guó)內(nèi)外影響立式圓形半埋式沼氣發(fā)酵池組（二）沼氣系統(tǒng)沼氣系統(tǒng)包括沼氣的收集、運(yùn)輸、凈化、貯存、使用及附屬設(shè)備等。根據(jù)貯氣柜中沼氣壓力的不同，分為低壓沼氣系統(tǒng)和中壓沼氣系統(tǒng)。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝1.低壓和中壓沼氣系統(tǒng)1消化池；2排水器；3脫硫裝置；4貯氣柜；5鍋爐；6余氣燃燒器；7緩沖器8壓縮機(jī)a安全閥；b止火器；c流量計(jì)；d減壓閥；e緊急截止閥六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝2.集氣室集氣室建于沼氣反應(yīng)器的頂部，沼氣由集氣室的最高處用管道引出，集氣室要保持一定的容積，能維持沼氣壓力的相對(duì)穩(wěn)定，能防止浮渣或消化液進(jìn)入沼氣排出管。有三相分離器時(shí)，還要防止沼氣進(jìn)入沉淀室。集氣室要有良好的氣密性，防止沼氣外溢和空氣滲入。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝3.輸氣管和配氣管集氣室至貯氣柜間的沼氣管稱為輸氣管，貯氣柜至用戶之間的沼氣管道稱為配氣管。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝4.脫硫裝置為了防止H2S的危害，通常設(shè)置脫硫裝置將其除去。脫硫裝置一般設(shè)置在貯氣柜前的輸氣管上。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝脫硫方法干法是將氧化鐵屑（或鐵粉）和木屑拌合制成脫硫劑，以濕態(tài)（含水40%）填充于脫硫裝置內(nèi)，當(dāng)沼氣通過(guò)時(shí)，經(jīng)如下反應(yīng)而達(dá)到脫硫的目的：Fe2O3·3H2O+3H2S→Fe2S3+6H2OFe2O3·3H2O+3H2S→2FeS

+S+6H2O當(dāng)脫硫劑失效后，曝曬再生或更換新料。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝-----濕法濕法是用水或堿液洗滌沼氣。堿液比水洗的效果好。其反應(yīng)如下：Na2CO3+H2S→NaHS+NaHCO3Na2OH+H2S→NaHS+H2O堿洗后的廢液可采用催化法脫硫，再生后的堿液可循環(huán)再用。堿洗液種中的含堿量約為2~3%。經(jīng)過(guò)脫硫后，沼氣中的H2S含量應(yīng)低于50×10-6。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝5.貯氣柜（A）低壓貯氣柜；（B）中壓貯氣柜六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝6.止火器止火器（或逆火防止器）的作用是防止明火沿沼氣管道流竄，引起貯氣柜、集氣室及其它重要附屬設(shè)備的爆炸。止火器有濕式和干式兩種。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝（1）熱閥板式；（2）水封筒式；（3）金屬網(wǎng)式六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝1）干式止火器干式止火器由裝于法蘭盒中的多層金屬網(wǎng)組成，當(dāng)明火通過(guò)金屬網(wǎng)時(shí)，因散熱快而使溫度降至燃點(diǎn)以下，使火熄滅。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝2）濕式止火器濕式止火器實(shí)際上是一個(gè)水封筒，沼氣從中心管底口進(jìn)入，穿過(guò)水層，從側(cè)管流出。水封高度根據(jù)系統(tǒng)沼氣壓力而定，一般為300~500mm。為了維持水封高度穩(wěn)定，應(yīng)采用連續(xù)供水和溢流方式。水封筒還應(yīng)設(shè)有水位觀察管。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝（三）發(fā)酵工藝沼氣發(fā)酵工藝包括從發(fā)酵原料到生產(chǎn)沼氣的整個(gè)過(guò)程所采用的技術(shù)和方法。它主要含有原料的收集和預(yù)處理、接種物的選擇和富集、沼氣發(fā)酵裝置形狀選擇、啟動(dòng)和日常運(yùn)行管理、副產(chǎn)品沼渣和沼液的處置等技術(shù)措施。

1.沼氣發(fā)酵工藝六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝2.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。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝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(diǎn)是微生物特別活躍，有機(jī)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(jī)廢物和廢水，如酒廠的酒糟廢液、豆腐廠廢水等。對(duì)于有特殊要求的有機(jī)廢物，例如殺滅人糞中的寄生蟲(chóng)卵和病菌，也可采用該工藝。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝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(jī)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(rèn)為是一種較理想的發(fā)酵工藝類型。目前世界各國(guó)的大、中型沼氣工程普遍采用此工藝。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝3）常溫發(fā)酵常溫發(fā)酵是指在自然溫度下進(jìn)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(diǎn)是沼氣池結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝3.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：?jiǎn)渭?jí)兩級(jí)多級(jí)發(fā)酵六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝1）單級(jí)發(fā)酵單級(jí)發(fā)酵只有一個(gè)沼氣池（或發(fā)酵裝置），其沼氣發(fā)酵過(guò)程只在一個(gè)發(fā)酵池內(nèi)進(jìn)行。此發(fā)酵操作較方便，造價(jià)低。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝2）兩級(jí)和多級(jí)發(fā)酵發(fā)酵為了提高有機(jī)物的消化率和去除率，開(kāi)發(fā)了二級(jí)和多級(jí)沼氣發(fā)酵工藝。這種發(fā)酵類型的特點(diǎn)是發(fā)酵在兩或兩個(gè)以上的互相連通的發(fā)酵池內(nèi)進(jìn)行。原料先在第一個(gè)發(fā)酵池滯留一定時(shí)間分解、產(chǎn)氣，然后料液從第一個(gè)發(fā)酵進(jìn)入第二個(gè)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(zhǎng)，有機(jī)物分解徹底，但投資較高。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝3.傳統(tǒng)沼氣發(fā)酵工藝類型---根據(jù)投料運(yùn)轉(zhuǎn)方式根據(jù)投料運(yùn)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(shè)備與工藝（1）連續(xù)發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵工藝是從投料啟動(dòng)后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的發(fā)酵產(chǎn)氣，每天或隨時(shí)連續(xù)定量地添加發(fā)酵原料和排出舊料，其發(fā)酵過(guò)程能夠長(zhǎng)期連續(xù)進(jìn)行。此發(fā)酵工藝易于控制，能保持穩(wěn)定的有機(jī)物消化速度和產(chǎn)氣率，適于處理來(lái)源穩(wěn)定的城市污水、工業(yè)廢水和大、中型畜牧場(chǎng)的糞便等。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝（2）半發(fā)酵半連續(xù)發(fā)酵工藝的特點(diǎn)是：?jiǎn)?dòng)時(shí)一次性投入較多的發(fā)酵原料，當(dāng)產(chǎn)氣量趨于下降時(shí)，開(kāi)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(guó)廣大農(nóng)村由于原料特點(diǎn)和農(nóng)村用肥集中等原因，主要是采用這種發(fā)酵工藝。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝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(yù)處理。由于城市生活有機(jī)垃圾來(lái)源于相應(yīng)的垃圾收集系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)處理系統(tǒng)時(shí)，須對(duì)所收集地區(qū)的垃圾產(chǎn)量做出科學(xué)的估算，從而確定出合理的處理負(fù)荷，以保證沼氣池運(yùn)行中具有充足的發(fā)酵原料。固體有機(jī)物半連續(xù)沼氣發(fā)酵工藝的預(yù)處理通常是指適度的切碎，由于城市生活垃圾中很少有過(guò)大體積的有機(jī)物，因此可不做切碎處理。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝2）投料啟動(dòng)投料啟動(dòng)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(gè)步驟六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝3）接種物的選取在各種有機(jī)物厭氧消化的地方采集接種物。下水道污泥、屠宰場(chǎng)、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。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝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。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝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(guò)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(guò)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(dāng)池內(nèi)發(fā)酵原料溫度上升到400C~600C時(shí)六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝加水量以保證池內(nèi)發(fā)酵原料總固體濃度南方各省夏天6%，冬天10%，北方各省10%為宜。加水完畢，檢驗(yàn)發(fā)酵料液pH值，若pH在6以上時(shí)，即可封池；若pH低于6，加入適宜草木灰、氨水或澄清石灰水等堿性物質(zhì)調(diào)整至7左右后，再封池。六、厭氧發(fā)酵設(shè)備與工藝防氣試火，按上述工藝流程操作，一般在封池二、三天后所產(chǎn)生的沼氣即可使用，