固體廢物生物處理

固體廢物的生物處理2021/6/271

利用生物體或生物體的某些組成部分或某些功能，來(lái)處理固體廢棄物，使其無(wú)害化，或者采用生物方法和技術(shù)在使廢棄物無(wú)害化的同時(shí)來(lái)生產(chǎn)或回收有用的產(chǎn)品。簡(jiǎn)言之，凡采用與生物有關(guān)的技術(shù)來(lái)處理利用固體廢物的方法，都可稱(chēng)之固體廢物生物處理技術(shù)。

它是固體廢物穩(wěn)定化、無(wú)害化處理的重要方式之一，也是實(shí)現(xiàn)固體廢物資源化、能源化的系統(tǒng)技術(shù)之一。與非生物處理方法相比，生物處理技術(shù)具有成本低廉，能耗低，簡(jiǎn)便易行，無(wú)或少二次污染，生產(chǎn)效率或物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn)。何謂生物處理？2021/6/272好氧堆肥技術(shù)（高溫快速堆肥技術(shù)）；厭氧發(fā)酵技術(shù)（沼氣化）糖化、蛋白化和乙醇化技術(shù)；飼料化技術(shù)：將有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)化為食用菌栽培基質(zhì)并形成擔(dān)子菌發(fā)酵飼料；有機(jī)廢棄物制氫技術(shù)，尾礦和低品位礦石的微生物濕法冶煉提取金屬技術(shù)等。生物處理的方法有哪些？1.微生物進(jìn)行的方法

2021/6/2732.利用植物或動(dòng)物的方法：

重金屬污染土壤植物修復(fù)技術(shù)：利用重金屬超積累植物吸取土壤中的重金屬，使土壤得以凈化。有機(jī)廢物的蚯蚓處理技術(shù)：利用蚯蚓將城市垃圾，污泥和農(nóng)林廢棄物轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)肥料，并獲得蚯蚓蛋白飼料的技術(shù)等。

2021/6/274大多數(shù)有機(jī)廢物，它們能為微生物可降解，為生物活動(dòng)提供物質(zhì)和能量來(lái)源。如城市垃圾、污泥、農(nóng)業(yè)秸稈、畜禽糞便、藥渣等那些固體廢物可進(jìn)行生物處理？2021/6/275那些固體廢物可進(jìn)行生物處理？城市垃圾污泥無(wú)奈的處置方法——污泥的堆存2021/6/276秸稈類(lèi)中藥藥渣類(lèi)畜禽糞便類(lèi)Continued2021/6/277鋸木屑2021/6/278

此外，也有一些雖不是有機(jī)廢物，但也能通過(guò)微生物的直接與間接作用，去除其有害成分或通過(guò)生物處理回收有益成分，從而達(dá)到廢物資源化。如重金屬或有機(jī)物（如石油）污染的土壤、金屬尾礦等。那些固體廢物可進(jìn)行生物處理(續(xù)）2021/6/279石油污染土壤的生物修復(fù)2021/6/2710

堆肥化是在有控制的條件下，使有機(jī)廢棄物在微生物（主要為細(xì)菌）作用下，發(fā)生降解，并同時(shí)使有機(jī)物發(fā)生生物穩(wěn)定作用（向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)方向轉(zhuǎn)化）的過(guò)程。堆肥化后的產(chǎn)物稱(chēng)之為堆肥。堆肥技術(shù)在中國(guó)源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，是古代勞動(dòng)人民的智慧結(jié)晶，是為人類(lèi)所掌握的“第一種”生物技術(shù)（Firstbiotechnology)?，F(xiàn)在在歐美的社區(qū)與個(gè)人庭院非常流行。廢棄物經(jīng)過(guò)堆肥處理后，結(jié)構(gòu)蓬松，無(wú)臭，病原菌能被大幅度滅活，體積減少，水分含量降低。另外，廢棄物腐殖化程度極大提高，農(nóng)地利用不會(huì)出現(xiàn)燒苗，燒根的現(xiàn)象。而且能極大改善土壤結(jié)構(gòu)性能，提高土壤保水保肥能力，堆肥本身又富有大量的微生物，因而施用堆肥可明顯提高土壤的生物活性，可有效加速土壤物質(zhì)的生物化學(xué)循環(huán)。一、固體廢物的好氧堆肥處理研究概念2021/6/2711

按堆制過(guò)程的需氧過(guò)程可分為好氧堆肥和厭氧堆肥；按原料發(fā)酵所處狀態(tài)可分為發(fā)酵倉(cāng)式堆肥和無(wú)發(fā)酵裝置系統(tǒng)堆肥；無(wú)發(fā)酵裝置好氧堆肥系統(tǒng)又分為露天條垛式翻堆供氧堆肥法和固定堆強(qiáng)制通風(fēng)堆肥法兩種。

好氧堆肥化是在通風(fēng)條件下，有游離氧存在時(shí)進(jìn)行的分解發(fā)酵過(guò)程。好氧堆肥堆溫高，一般在55℃以上，可維持7-11天，極限可達(dá)80℃以上，亦稱(chēng)高溫堆肥法。由于好氧堆肥法具有堆肥周期短、無(wú)害化程度高、衛(wèi)生條件好、易于機(jī)械化操作等優(yōu)點(diǎn)，在有關(guān)污泥、城市垃圾、畜禽糞便和農(nóng)業(yè)秸稈等堆肥中被廣泛采用。堆肥類(lèi)型2021/6/2712碳氮是堆肥微生物所需要的主要能量來(lái)源和物質(zhì)來(lái)源，合適的碳氮比是保證堆肥成功的關(guān)鍵因素之一，因此，堆肥常需要含碳較多的原料與含氮多的原料合理搭配（20：1~30：1）。堆肥原料2021/6/2713

好氧堆肥是在有氧條件下，好氧微生物通過(guò)自身的分解代謝和合成代謝過(guò)程，將一部分有機(jī)物分解氧化成簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，從中獲得微生物新陳代謝所需要的能量，同時(shí)將一部分的有機(jī)物轉(zhuǎn)化合成新的細(xì)胞物質(zhì)的過(guò)程（見(jiàn)圖2-2）。2021/6/2714

堆肥的結(jié)果是廢棄物中有機(jī)物向穩(wěn)定化程度較高的腐殖質(zhì)方向轉(zhuǎn)化,腐殖質(zhì)的形成十分復(fù)雜，其生物學(xué)過(guò)程示意如下（圖2-3）：值得指出的是，腐殖質(zhì)形成非常緩慢，在有限的堆肥時(shí)間不可能形成大量腐殖物質(zhì)，但采用各種光譜分析的確發(fā)現(xiàn)，堆肥有機(jī)物結(jié)構(gòu)芳構(gòu)化程度明顯有所提高。2021/6/2715減容除臭穩(wěn)定化與無(wú)害化堆肥的好處2021/6/2716堆肥中的微生物學(xué)2021/6/2717好氧堆肥的微生物學(xué)過(guò)程可大致分為如下三個(gè)階段，每個(gè)階段都有其獨(dú)特的微生物類(lèi)群：1）、產(chǎn)熱階段：堆肥初期（通常在1-3天），肥堆中嗜溫性微生物利用可溶性和易降解性有機(jī)物作為營(yíng)養(yǎng)和能量來(lái)源，迅速增殖，并釋放出熱能，使肥堆溫度不斷上升。此階段溫度在室溫至45℃范圍內(nèi)，微生物以中溫、需氧型為主，通常是一些無(wú)芽胞細(xì)菌。微生物類(lèi)型較多，主要是細(xì)菌、真菌和放線菌。其中細(xì)菌主要利用水溶性單糖等，放線菌和真菌對(duì)于分解纖維素和半纖維素物質(zhì)具有特殊的功能。堆肥的微生物學(xué)過(guò)程2021/6/27182）、高溫階段：當(dāng)肥堆溫度上升到45℃以上時(shí)，即進(jìn)入高溫階段。通常從堆積發(fā)酵開(kāi)始，只須3天時(shí)間肥堆溫度便能迅速地升高到55℃，1周內(nèi)堆溫可達(dá)到最高值（最高溫可達(dá)80℃）。此時(shí)，嗜溫性微生物受到抑制，嗜熱性微生物逐漸取而代之。除前一階段殘留的和新形成的可溶性有機(jī)物繼續(xù)分解轉(zhuǎn)化外，半纖維素、纖維素、蛋白質(zhì)等復(fù)雜有機(jī)物也開(kāi)始強(qiáng)烈分解。在50℃左右進(jìn)行活動(dòng)的主要是嗜熱性真菌和放線菌；溫度上升到60℃時(shí)，真菌幾乎完全停止活動(dòng)，僅有嗜熱性放線菌和細(xì)菌活動(dòng)；溫度上升到70℃以上時(shí)，大多數(shù)嗜熱性微生物已不適宜，微生物大量死亡或進(jìn)入休眠狀態(tài)。高溫對(duì)于堆肥的快速腐熟起到重要作用，在此階段中堆肥內(nèi)開(kāi)始了腐殖質(zhì)的形成過(guò)程，并開(kāi)始出現(xiàn)能溶解于弱堿的黑色物質(zhì)。通過(guò)高溫能有效殺滅有機(jī)廢棄物中病原物，按我國(guó)高溫堆肥衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB7959-87），要求堆肥最高溫度達(dá)50～55℃以上，持續(xù)5-7天。表2-3列舉了常見(jiàn)的病原物致死溫度和時(shí)間，表2-4為我國(guó)高溫堆肥的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。2021/6/27192021/6/27202021/6/27213）、腐熟階段：在高溫階段末期，只剩下部分較難分解的有機(jī)物和新形成的腐殖質(zhì)，此時(shí)微生物活性下降，發(fā)熱量減少，溫度下降。此時(shí)嗜溫性微生物再占優(yōu)勢(shì)，對(duì)殘留較難分解的有機(jī)物作進(jìn)一步分解，腐殖質(zhì)不斷增多且趨于穩(wěn)定化，此時(shí)堆肥進(jìn)入腐熟階段。降溫后，需氧量大量減少，肥堆空隙增大，氧擴(kuò)散能力增強(qiáng)，此時(shí)只需自然通風(fēng)。在強(qiáng)制通風(fēng)堆肥中常見(jiàn)的后熟處理，即是將通氣堆翻堆一次后，停止通氣，讓其腐熟。

2021/6/2722圖2-5是采用翻堆供氧和強(qiáng)制通風(fēng)供氧進(jìn)行污泥堆肥的溫度變化圖，從中可明顯區(qū)分出不同堆肥階段。強(qiáng)制通風(fēng)供氧翻堆供氧2021/6/2723OrganismMesophilicstageThermophilicstageStabilizationstageSpeciespresent--------------------#g-1--------------------#BacteriaMesophilicThermophilic108104106109101110761ActinomycetesThermophilic10410810514FungiMesophilicThermophilic1061031031071051061816堆肥過(guò)程中微生物群落變化2021/6/2724

攪拌翻堆條垛式發(fā)酵工藝（Windrowcomposting）物料以垛狀堆置，可以排列成多條平行的條垛，條垛的斷面形狀通常為三角形或梯形，物料的成垛堆放可以用鏟車(chē)進(jìn)行操作（見(jiàn)圖2-6a）。在大規(guī)模的條垛系統(tǒng)中，物料的翻動(dòng)可通過(guò)移動(dòng)式翻堆設(shè)備進(jìn)行，圖2-6b是融翻堆、粉碎、測(cè)溫、測(cè)氧于一體的可移動(dòng)的堆肥翻堆設(shè)備。對(duì)于濕度較高的有機(jī)物，例如，城市污泥，畜禽糞便等等在堆置前必須與干燥的蓬松劑或調(diào)理劑混合，使其混合后堆料的含水率為55-65%。蓬松劑可采用各種農(nóng)業(yè)秸稈、稻殼、木屑、樹(shù)皮、甘蔗渣和干燥的回流堆肥產(chǎn)物等。

好氧堆肥的基本工藝程序2021/6/2725其發(fā)酵工藝流程見(jiàn)2-7通常在堆置后每4-7天可翻堆一次，1個(gè)月后可停止翻堆，讓其后熟。對(duì)于垃圾堆肥，堆肥前必須進(jìn)行前處理，主要是對(duì)垃圾分選，去除粗大的無(wú)機(jī)物，回收各種金屬，玻璃，塑料等，提高物料中可堆肥物質(zhì)的比例。在前處理中有時(shí)需要對(duì)垃圾進(jìn)行破碎處理，調(diào)整垃圾的粒度，適宜的粒度范圍是12～60mm。破碎與篩分可使原料的表面積增大，便于微生物繁殖，提高發(fā)酵速度。垃圾堆肥通常不需要加調(diào)理劑和蓬松劑，只有水分含量適宜，有機(jī)物含量達(dá)20%以上，通常便可以單獨(dú)堆肥。2021/6/27262021/6/2727攪拌翻堆設(shè)備2021/6/2728強(qiáng)制通風(fēng)式固定垛發(fā)酵工藝（Aeratedstaticpile）

該工藝與前者不同之處就在于物料在堆肥過(guò)程中不需要翻堆，氧氣的供應(yīng)是通過(guò)機(jī)械鼓風(fēng)或抽風(fēng)方式來(lái)提供，該工藝在污泥堆肥中應(yīng)用非常普遍,其流程如圖2-8所示。2021/6/2729①將脫水污泥與蓬松劑混合，體積比可為1:1,1:2,1:3；②在堆肥場(chǎng)地上鋪設(shè)小木塊或蓬松劑約20cm；③在上述基礎(chǔ)上，將污泥與蓬松劑的混合物堆成高約1.5～2M的垛；④將垛的表面覆蓋一層過(guò)篩后的堆肥產(chǎn)物(厚約20cm)或覆蓋一層塑料薄膜；⑤將鼓風(fēng)機(jī)或抽風(fēng)機(jī)與通風(fēng)管道連接，肥堆堆積3-4天后開(kāi)始通風(fēng)，通風(fēng)方式可以采用肥堆溫度或氧氣反饋裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)。例如，在溫度低于45℃時(shí)，風(fēng)機(jī)開(kāi)始工作，提供氧氣，促進(jìn)微生物的活動(dòng)；當(dāng)溫度處于45～70℃時(shí)，風(fēng)機(jī)停止工作；當(dāng)溫度高于70℃時(shí)，風(fēng)機(jī)再度工作，以降低肥堆的溫度。也可以通過(guò)定時(shí)器控制風(fēng)機(jī)的工作，例如，可每隔3小時(shí)通風(fēng)15～30分鐘。⑥若采用抽風(fēng)方式，風(fēng)機(jī)出來(lái)的氣體通常先通過(guò)腐熟后的堆肥過(guò)濾脫臭，再排入大氣。⑦通常堆肥4周后，肥堆翻堆一次，并停止通風(fēng)，讓其后熟，若需要得到高度腐熟的堆肥，后熟時(shí)間最好為30天以上。⑧堆腐后的物料通常需要干燥，可以采用自然露天晾干的方法，也可以重新將鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)啟，保持大風(fēng)量來(lái)驅(qū)逐水分。⑨若堆肥中的蓬松劑（例如小木塊）需要循環(huán)利用，還必須對(duì)堆肥進(jìn)行篩分具體做法2021/6/27302021/6/2731現(xiàn)代化的城市垃圾堆肥法通常由預(yù)處理（包括分選、破碎、含水率和C/N比的調(diào)整等）、一次發(fā)酵（也稱(chēng)主發(fā)酵，指從發(fā)酵初期開(kāi)始，經(jīng)中溫、高溫然后到達(dá)溫度開(kāi)始下降的整個(gè)過(guò)程，一般為2～3周）、二次發(fā)酵（也稱(chēng)后發(fā)酵，指堆肥經(jīng)過(guò)高溫階段，溫度開(kāi)始下降直至溫度穩(wěn)定至35-40℃、達(dá)到腐熟的階段，一般需3-4周）、后處理（包括去除雜質(zhì)和進(jìn)行必要的破碎處理）、脫臭及貯存等工序組成。發(fā)酵倉(cāng)式堆肥法2021/6/2732圖2-9是杭州市發(fā)酵倉(cāng)式城市垃圾堆肥處理流程：2021/6/2733發(fā)酵倉(cāng)式堆肥2021/6/27342021/6/2735其它2021/6/2736有機(jī)物含量高，養(yǎng)分豐富有惡臭含濃度不等的重金屬等污染物粘結(jié)性和可塑性特強(qiáng)，干燥困難

污泥的出路已成為污水處理廠十分頭痛的問(wèn)題，也是危害水土環(huán)境的重要隱患污泥主要特性2021/6/2737污泥等有機(jī)廢棄物成分動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)高效發(fā)酵技術(shù)小型發(fā)酵場(chǎng)構(gòu)建(研究型)野外大型發(fā)酵場(chǎng)(應(yīng)用型)肥料化基質(zhì)化應(yīng)用效果配方優(yōu)化配方優(yōu)化作用機(jī)理與應(yīng)用技術(shù)研究有機(jī)廢棄物基質(zhì)化和肥料化生產(chǎn)與應(yīng)用配套技術(shù)總體思路2021/6/2738一、污泥和畜禽糞便等高濕物料堆肥面臨的問(wèn)題投資與運(yùn)行成本臭味控制干燥二、采用的工藝：強(qiáng)制間歇通風(fēng)工藝難點(diǎn)2021/6/2739污泥混合與調(diào)節(jié)水分，溫度等蓬松劑強(qiáng)制通風(fēng)后熟干燥篩分出售或進(jìn)一步深加工

部分循環(huán)蓬松劑循環(huán)使用：工藝流程2021/6/2740尾氣過(guò)濾抽風(fēng)機(jī)腐熟肥堆導(dǎo)氣層污泥堆料空氣閥門(mén)負(fù)壓吸風(fēng)式間歇通風(fēng)2021/6/2741正壓鼓風(fēng)式間歇通風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)導(dǎo)氣層污泥堆料空氣閥門(mén)2021/6/2742研究用堆肥場(chǎng)，5-8噸/次2021/6/27432021/6/274420-50噸/次（中試）2021/6/27452021/6/27462021/6/27471、適宜的C/N比為15－40，即污泥與蓬松劑（藥渣）按體積比1:1～1:3混合；

2、水份控制在60－65％，最直觀的判斷是“手緊握堆肥物料，有水跡出現(xiàn)，但水珠不滴出”為度。

3、肥堆的高度不超過(guò)2M；4、適宜通風(fēng)強(qiáng)度為0.35m3/t·min，每隔3小時(shí)通風(fēng)30min；為原位快速使場(chǎng)地周?chē)鸁o(wú)惡臭，通風(fēng)工藝為：在堆肥前三天，采用低風(fēng)量的連續(xù)負(fù)壓抽風(fēng)（0.1m3/t·min)，三天后采用正常的間歇強(qiáng)制通風(fēng)?？杀ＷC堆肥自始至終無(wú)惡臭5、最好在通風(fēng)的同時(shí)，每7天翻堆一次。或者在肥堆降溫后，翻堆一次，以讓其更好后熟。主要工藝參數(shù)2021/6/2748二、固體廢物的厭氧（發(fā)酵）沼氣發(fā)酵，又稱(chēng)厭氧發(fā)酵或厭氧消化，是指有機(jī)物質(zhì)（如作物秸桿、雜草、人畜糞便、垃圾、污泥及城市生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水等）在厭氧條件下，通過(guò)種類(lèi)繁多、數(shù)量巨大、功能不同的各類(lèi)微生物的分解代謝，最終產(chǎn)生沼氣的過(guò)程。2021/6/2749沼氣發(fā)酵是一種存在了數(shù)十億年，在自然界非常普通的自然現(xiàn)象。夏天農(nóng)村，許多糞池表面都有一層白色的氣泡，若攪動(dòng)糞池，泡沫就會(huì)從池底升起并聚集在液面，形成厚厚的一層泡沫，點(diǎn)燃一根火柴扔進(jìn)糞池，就會(huì)看到藍(lán)色的火苗在池面漫延，氣泡消失了，火苗也滅了。這種現(xiàn)象就是糞池沼氣燃燒形成的。食品工業(yè)產(chǎn)生的大量有機(jī)廢水，未經(jīng)處理排放時(shí)，也會(huì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生大量的沼氣。就是人類(lèi)飼養(yǎng)的牛這類(lèi)反芻動(dòng)物，當(dāng)其打嗝時(shí)，從嘴里也會(huì)呼出不少的沼氣。有人測(cè)量過(guò)，一頭成年牛，每天產(chǎn)生的沼氣若能被利用的話，可煮好一頓飯。2021/6/2750沼氣是一種可再生能源，是由微生物產(chǎn)生的一種可燃性混合氣體，其主要成分是甲烷（CH4），大約占60%，其次是二氧化碳（CO2）大約占35%，此外還有少量其它氣體，如水蒸氣、硫化氫、一氧化碳、氮?dú)獾?。不同條件下產(chǎn)生的沼氣，其成分有一定的差異。例如人糞、雞糞、屠宰廢水發(fā)酵時(shí)，所產(chǎn)生的甲烷含量可達(dá)70%以上，農(nóng)作物秸桿發(fā)酵所產(chǎn)生的沼氣中甲烷含量一般為55%左右。甲烷實(shí)際上是一種優(yōu)質(zhì)的氣體燃料，在與適量的空氣混合發(fā)生燃燒時(shí)，可產(chǎn)生一種淡蘭色的火焰，其火焰溫度最高可達(dá)1400℃，同時(shí)放出大量的熱。沼氣2021/6/2751沼氣發(fā)酵是由多種微生物在厭氧條件下分解有機(jī)物來(lái)完成的。不同發(fā)酵原料和發(fā)酵條件下，沼氣微生物的種類(lèi)會(huì)有所不同。由于參與發(fā)酵的微生物種類(lèi)繁多，這就決定了發(fā)酵過(guò)程的復(fù)雜性，其產(chǎn)物除了沼氣以外也是多種多樣的。通常將參與沼氣發(fā)酵的微生物分為三類(lèi)：第一類(lèi)叫發(fā)酵細(xì)菌。包括各種有機(jī)物分解菌，它們能分泌胞外酶，主要作用是將復(fù)雜的有機(jī)物分解成較為簡(jiǎn)單的物質(zhì)。例如多糖轉(zhuǎn)化為單糖，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為肽或氨基酸，脂肪轉(zhuǎn)化為甘油和脂肪酸。第二類(lèi)叫產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌。其主要作用是前一類(lèi)細(xì)菌分解的產(chǎn)物進(jìn)一步分解成乙酸和二氧化碳。第三類(lèi)細(xì)菌稱(chēng)產(chǎn)甲烷菌。它們的作用是利用乙酸、氫氣和二氧化碳產(chǎn)生甲烷。在實(shí)際的發(fā)酵過(guò)程中這三類(lèi)微生物既相互協(xié)調(diào)，又相互制約，共同完成產(chǎn)沼氣過(guò)程。

沼氣發(fā)酵中的微生物2021/6/2752從物質(zhì)轉(zhuǎn)化的角度來(lái)說(shuō)，沼氣發(fā)酵過(guò)程可分為三個(gè)階段（見(jiàn)圖1）。第一階段是含碳有機(jī)聚合物的水解。纖維素、半纖維素、果膠、淀粉、脂類(lèi)、蛋白質(zhì)等非水溶性含碳有機(jī)物，經(jīng)細(xì)菌水解發(fā)酵生成水溶性糖、醇、酸等分子量較小的化合物，以及氫氣和二氧化碳；第二階段是各種水溶性產(chǎn)物經(jīng)微生物降解形成甲烷底物，主要是乙酸、氫氣和二氧化碳；第三階段是產(chǎn)甲烷菌轉(zhuǎn)化甲烷底物生成CH4和CO2。另外，在沼氣發(fā)酵過(guò)程中還存在某些逆向反應(yīng)，即由小分子合成大分子物質(zhì)的微生物過(guò)程。沼氣發(fā)酵的三個(gè)階段2021/6/2753沼氣發(fā)酵微生物的生命活動(dòng)，需要保證充足的營(yíng)養(yǎng)。有機(jī)物是沼氣發(fā)酵微生物的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是產(chǎn)生沼氣的物質(zhì)基礎(chǔ)。沼氣發(fā)酵原料分布廣泛、種類(lèi)繁多。一般認(rèn)為除木質(zhì)素和礦物油以外的有機(jī)廢棄物都可經(jīng)沼氣發(fā)酵轉(zhuǎn)化為甲烷。近來(lái)研究表明，木質(zhì)素降解的中間產(chǎn)物------10多種芳香烴的衍生物，也可厭氧降解產(chǎn)生甲烷。因此，自然界中幾乎所有的有機(jī)物質(zhì)都可作為沼氣發(fā)酵的原料。人工制取沼氣的主要原料是畜禽糞便污水、食品加工業(yè)、制藥和化工廢水、生活污水等。在農(nóng)村，也用農(nóng)作物秸桿制取沼氣。

2021/6/2754沼氣發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)：沼氣發(fā)酵后殘?jiān)杏袡C(jī)物含量減少；消化后殘?jiān)且环N氣味很小的固體或流體，不吸引蒼蠅或鼠類(lèi)；可產(chǎn)生有用的終產(chǎn)物—甲烷，它是清潔而方便的燃料；在沼氣發(fā)酵過(guò)程中雜草種子和一些病原物被殺滅；發(fā)酵過(guò)程中N、P、K等肥料成分幾乎得到全部保留，一部分有機(jī)氮被水解成氨態(tài)氮，速效性養(yǎng)分增加；發(fā)酵殘?jiān)勺鳛轱暳?；沼氣發(fā)酵在處理有機(jī)物可大量地節(jié)省曝氣消化所消耗的能量；厭氧活性污泥可保存數(shù)月而無(wú)需投加營(yíng)養(yǎng)物，當(dāng)再次投料時(shí)可很快啟動(dòng).沼氣發(fā)酵的缺點(diǎn)：設(shè)備較復(fù)雜，建設(shè)投資較高；要求高標(biāo)準(zhǔn)的施工、管理和保養(yǎng)；由于厭氧菌繁殖速度慢，工藝啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)；沼氣發(fā)酵的優(yōu)缺點(diǎn)2021/6/2755沼氣發(fā)酵工藝類(lèi)型及其特點(diǎn)（1）按發(fā)酵溫度分類(lèi)可將厭氧發(fā)酵工藝分為常溫發(fā)酵(自然發(fā)酵)、中溫發(fā)酵和高溫發(fā)酵。常溫發(fā)酵也稱(chēng)自然發(fā)酵、變溫發(fā)酵，其主要特點(diǎn)為發(fā)酵溫度隨自然氣溫的四季變化規(guī)律而變化，但沼氣產(chǎn)量不穩(wěn)定，因而轉(zhuǎn)化效率低。中溫發(fā)酵的溫度控制恒定在28~38℃，因而沼氣產(chǎn)量穩(wěn)定，轉(zhuǎn)化效率較高，主要用于大中型產(chǎn)沼工程、高濃度有機(jī)廢水的處理等。高溫發(fā)酵的溫度控制在48-60℃，因而分解速度快，處理時(shí)間短，產(chǎn)氣量高，能有效殺死寄生蟲(chóng)卵，但需加溫和保溫設(shè)備，主要適用于高濃度有機(jī)廢水、城市生活垃圾和糞便的無(wú)害化處理及農(nóng)作物秸桿的處理等。按照厭氧發(fā)酵的溫度、進(jìn)料方式、裝置類(lèi)型和原料的物理狀況、發(fā)酵裝置，可將厭氧發(fā)酵劃分為若干類(lèi)型。2021/6/2756（2）按進(jìn)料方式分類(lèi)厭氧發(fā)酵的進(jìn)料方式有批量進(jìn)料、半連續(xù)進(jìn)料和連續(xù)進(jìn)料。批量發(fā)酵

是指將發(fā)酵原料和接種物一次性裝滿沼氣池，中途不再添加新料，產(chǎn)氣結(jié)束后一次性出料。固體含量高的原料，如作物秸桿、有機(jī)垃圾等由于日常進(jìn)、出料不方便，進(jìn)行沼氣發(fā)酵常采用這一方法。此類(lèi)發(fā)酵方式的有機(jī)負(fù)荷率、池容產(chǎn)氣率只能計(jì)算平均值。產(chǎn)氣特點(diǎn)是初期少，以后逐漸增加，然后產(chǎn)氣保持基本穩(wěn)定，再后產(chǎn)氣又逐步減少，直到出料。連續(xù)發(fā)酵

是指沼氣池加滿料正常產(chǎn)氣后，每天分幾次或連續(xù)不斷地加入預(yù)先設(shè)計(jì)的原料，同時(shí)也排出相同體積的發(fā)酵料液。大中型沼氣工程通常采用。半連續(xù)發(fā)酵

是指沼氣池正常產(chǎn)氣后，不定期、不定量地添加新料，在發(fā)酵過(guò)程中，往往根據(jù)其它因素（如農(nóng)田用肥需要）不定量出料。我國(guó)農(nóng)村沼氣池通常采用這一方式。2021/6/2757（3）按原料的物理狀況分類(lèi)可分為液體發(fā)酵、固體發(fā)酵和高濃度發(fā)酵。液體發(fā)酵是指固體含量在10%以下，發(fā)酵物料呈流動(dòng)態(tài)的液狀物質(zhì)的厭氧發(fā)酵，如有機(jī)廢水的厭氧處理，農(nóng)村水壓式沼氣池的發(fā)酵等。固體發(fā)酵又稱(chēng)干發(fā)酵，其原料總固體含量在20%左右，物料中不存在可流動(dòng)的液體而呈固態(tài)，發(fā)酵過(guò)程中所產(chǎn)沼氣甲烷含量較低，氣體轉(zhuǎn)化效率較差，適用于垃圾發(fā)酵和農(nóng)村部分地區(qū)特別是缺水的北方地區(qū)的禽畜糞便處理。高濃度發(fā)酵介于液體廢酵和固體廢酵之間，發(fā)酵物料的總固體含量一般為15-20%，適用于農(nóng)村的沼氣發(fā)酵，糞便的厭氧發(fā)酵等。2021/6/2758（4）按發(fā)酵方式分類(lèi)按發(fā)酵階段劃分，厭氧發(fā)酵可分為一步(單級(jí))發(fā)酵、二步(或兩相)發(fā)酵或多步發(fā)酵。1．一步發(fā)酵

是指最常見(jiàn)的發(fā)酵類(lèi)型。簡(jiǎn)單地說(shuō)。就是產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷是在同一裝置中進(jìn)行。單級(jí)發(fā)酵對(duì)處理廢水廢物中的BOD來(lái)說(shuō)，不如兩級(jí)或多級(jí)理想，但從獲得能源的角度來(lái)說(shuō)是可行的。2．兩相發(fā)酵

它是根據(jù)產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷兩個(gè)不同階段是由兩類(lèi)不同的微生物所調(diào)節(jié)的原理而設(shè)計(jì)的。這兩類(lèi)微生物在生理學(xué)、營(yíng)養(yǎng)需要、生長(zhǎng)和代謝特征、對(duì)環(huán)境的要求和對(duì)環(huán)境刺激的敏感性等方面有重大差異。兩級(jí)發(fā)酵能大大提高產(chǎn)氣量和揮發(fā)性固體的分解效率，縮短發(fā)酵周期，節(jié)約成本和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，還能更有效地進(jìn)行廢物處理。其工藝流程為：2021/6/2759（1）纖維素原料進(jìn)行化學(xué)水解（如采用酸、堿），產(chǎn)生一定濃度的葡萄糖，進(jìn)入酸消化器發(fā)酵產(chǎn)酸，或者是將原料直接加入酸消化器。（2）加入接種物。一般加入各種活性污泥或消化器排出物。（3）維持酸消化器的適宜發(fā)酵條件，使產(chǎn)酸菌達(dá)到優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)，大量產(chǎn)生揮發(fā)酸。為此，必須控制pH在5.7左右，最多不能超過(guò)6.0，適宜Eh為－240mV，溫度22℃左右。采用加大纖維素濃度可降低pH，提高產(chǎn)酸量。這一階段的發(fā)酵產(chǎn)物為揮發(fā)酸，如乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸等，其中乙酸含量最高。（4）維持適宜的甲烷發(fā)酵條件。將酸消化器產(chǎn)生的大量揮發(fā)酸排入甲烷消化器?？刂苝H在7.4－7.5，適宜Eh為－330mV，適宜溫度36℃－37℃。（5）排氣兩相發(fā)酵的一般步驟2021/6/2760水壓式沼氣池是我國(guó)農(nóng)村目前推廣的主要池型，它合并發(fā)酵和貯氣于同一空間內(nèi)，下部為發(fā)酵間，上部為貯氣間。發(fā)酵時(shí)所產(chǎn)生的氣體從水中逸出后，聚集于貯氣間，使貯氣間壓力不斷升高。這樣發(fā)酵料液就被不斷升高的氣壓壓進(jìn)水壓間，使水壓間水位上升，直至池內(nèi)氣壓和水壓間與發(fā)酵間的水位差所形成的壓力相等為止。產(chǎn)氣越多，水位壓就越大，壓力也越大。當(dāng)沼氣被利用時(shí)，池內(nèi)氣體降低，水壓間的料液便返回發(fā)酵間。這樣，隨著氣體的產(chǎn)生和被利用，水壓間和發(fā)酵間的水位差也不斷變化，始終保持與池內(nèi)氣壓相平衡。常用發(fā)酵器2021/6/2761浮罩式沼氣池與水壓式沼氣池的區(qū)別在于：以浮罩代替氣箱。產(chǎn)氣時(shí)，沼氣輸入浮罩中貯存；用氣時(shí)，沼氣由浮罩內(nèi)輸出。浮罩式沼氣池有兩種“頂浮罩式沼氣池”（圖5）和“分離浮罩式沼氣池”（圖6）。頂浮罩式沼氣池多用作小型沼氣池，分離浮罩式沼氣池既可小型沼氣池，又可用作大、中型沼氣工程。浮罩式沼氣池的優(yōu)點(diǎn)是：沼氣輸出壓強(qiáng)恒定，給沼招氣燃燒器的使用帶來(lái)方便；發(fā)酵間的壓強(qiáng)小，減少了沼氣和料液的滲漏。所產(chǎn)生的沼氣，另外貯存于紅泥塑料氣袋或浮罩貯氣柜中，則稱(chēng)為氣袋式或分離浮罩式沼氣池。

常用發(fā)酵器2021/6/2762（1）厭氧條件產(chǎn)酸階段的不產(chǎn)甲烷微生物大多數(shù)是厭氧茵，需要在厭氧的條件下，把復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)分解成簡(jiǎn)單的有機(jī)酸等。而產(chǎn)氣階段的產(chǎn)甲烷細(xì)菌更是專(zhuān)性厭氧菌，不僅不需要氧，氧對(duì)產(chǎn)甲烷細(xì)菌反而有毒害作用，培養(yǎng)中要求氧化還原電位在-330毫伏以下。因此，必需創(chuàng)造厭氧的環(huán)境條件。甲烷菌的生長(zhǎng)需要嚴(yán)格的厭氧環(huán)境，在有氧的環(huán)境中，甲烷菌不增長(zhǎng)而受到抑制，但并不死亡。沼氣發(fā)酵的工藝條件及其控制2021/6/2763（2）溫度沼氣發(fā)酵與溫度有密切的關(guān)系。一般來(lái)講，池內(nèi)發(fā)酵液溫度在10℃以上，只要其他條件配合得好(如酸堿度適宜，發(fā)酵菌多)就可以開(kāi)始發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣。不過(guò)在一定范圍內(nèi)，溫度愈高微生物活性愈強(qiáng)。多年的試驗(yàn)結(jié)果表明，代謝速度在35-38℃有一個(gè)高峰，50-65℃有另一高峰。一般厭氧發(fā)酵常控制在這兩個(gè)溫度內(nèi)，以獲得盡可能高的降解速度，前者稱(chēng)為中溫發(fā)酵，后者稱(chēng)為高溫發(fā)酵，低于20℃的稱(chēng)為常溫發(fā)酵。甲烷菌對(duì)溫度的急劇變化非常敏感，即使溫度只降低2℃，也能立即產(chǎn)生不良影響，產(chǎn)氣下降，溫度再次上升才又開(kāi)始慢慢恢復(fù)其活性。另一方面，如果溫度上升過(guò)快，當(dāng)出現(xiàn)很大溫差時(shí)會(huì)對(duì)產(chǎn)氣量產(chǎn)生不良影響。因此，厭氧發(fā)酵過(guò)程還要求溫度相對(duì)穩(wěn)定，一天內(nèi)的變化范圍在±2℃內(nèi)為宜。2021/6/2764（3）pH沼氣池正常發(fā)酵時(shí)，通常是微堿性環(huán)境，pH值大都是在7.0～7.5。對(duì)于大中型沼氣發(fā)酵工程來(lái)說(shuō)，pH值通常是一個(gè)重要的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，其目的是在pH剛發(fā)生下降時(shí)，通過(guò)調(diào)整進(jìn)料或采取其他措施使發(fā)酵正常。在發(fā)酵過(guò)程中，pH的變化規(guī)律是：在發(fā)酵初期由于產(chǎn)酸菌的作用，有機(jī)酸大量形成，pH下降。隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，蛋白質(zhì)水解菌和氨化細(xì)菌的作用，產(chǎn)生緩沖劑—氨，中和有機(jī)酸并形成能緩沖發(fā)酵液pH環(huán)境的相應(yīng)鹽類(lèi)。在正常情況下，沼氣發(fā)酵的pH是一個(gè)自然平衡的過(guò)程，一般不需調(diào)節(jié)。只有在配料和管理不當(dāng)?shù)那闆r下才會(huì)出現(xiàn)揮發(fā)酸的大量積累，pH下降。調(diào)節(jié)措施有：

（1）稀釋發(fā)酵液的揮發(fā)酸，提高pH。（2）采用加草木灰或適量氨水來(lái)提高pH。（3）用石灰水調(diào)節(jié)pH，特別是當(dāng)發(fā)酵液過(guò)酸時(shí)。但需特別指出的是，加石灰水調(diào)節(jié)時(shí)，一定要采用澄清液，同時(shí)也要保證與發(fā)酵液充分混合。否則強(qiáng)堿區(qū)域內(nèi)微生物的活性要受到破壞。另外，在沼氣池加入石灰后，會(huì)與池中的CO2結(jié)合生成碳酸鈣沉淀。CO2是氫的受體，接受氫而形成甲烷。CO2過(guò)份減少，厭氧代謝就要受到抑制。

2021/6/2765（4）營(yíng)養(yǎng)和原料處理充足的發(fā)酵原料是產(chǎn)生沼氣的物質(zhì)基礎(chǔ)。各種微生物在其生命活動(dòng)過(guò)程中不斷地從外界吸收營(yíng)養(yǎng)，以構(gòu)成菌體和提供生命活動(dòng)所需的能量。同時(shí)，在降解有機(jī)質(zhì)過(guò)程中形成許多中間代謝產(chǎn)物。厭氧