固体废物堆肥处理技术课件.pptx

1、固体废物堆肥处理技术内容 1 概述 2 堆肥化的基本原理 3 好氧堆肥化的基本工艺过程 4 堆肥化处理过程的几种组合形式 5 影响固体废物堆肥化的主要因素1 1 概述概述 1、堆肥化定义 堆肥化（composting）是在人工控制下，在一定的水分、碳氮比和通风条件下，通过微生物的发酵作用，将有机物转变为肥料的过程。 更科学一点讲：堆肥化是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地将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。堆肥化的产物称为堆肥 (compost）。 有机固体废物的堆肥化技术是进行稳定化、无害化处理的重要方式之一，也是实现固体废物资源化、能源化的技术之一

2、。 在自然界中存在着大量依靠有机物生活的微生物，它们有氧化分解有机物并将其转化为无机物的巨大功能（生物能）。而且具有分布广，繁殖快，容易发生变异等特性。正是这些微生物（分解者），作为生态系统组成的重要环节，不断进行着有机物的分解与无机化（矿化），促进了上述循环的正常进行。 另一方面，人们生产和生活过程中不断产生各种各样的固体废物，对整个社会而言就是生产消费废物的一个不断的循环系统。 人类通过各种手段，借助于上述微生物的生物能，对固体废物进行生物处理，实现固体废物（主要是有机固体废物）的稳定化、无害化与资源化的技术就统称为固体废物的生物转换技术。 2、堆肥化的重要意义 （1） 对城市固体废物进行

3、处理消纳，实现稳定化、无害化，可以避免或者减轻城市垃圾的大量堆积，影响市容及城市垃圾自然腐败，散发臭气，传播疾病，从而对环境造成的恶劣影响。 （2） 可促进上述自然界物质循环与人类社会化物质循环的统一，可以把固体废物中的适用组分尽快地重新纳入自然循环（例如生产堆肥用以施肥、改造土壤，可回归农田生态系统中去）； （3） 可以将大量有机固体废物通过各种工艺转换成有 用的物质和能源（例如产生沼气、生产葡萄糖、微生物 蛋白质等）。 （4）堆肥化可减重、减容均约为50。 3、生物转换的理论基础 （1）微生物的代谢作用 微生物同所有生物一样，在生命活动过程中从周围环境吸取养料，并在体内不断进行物质转化和交

4、换作用，这种过程称之为新陈代谢，简称代谢。代谢作用大体上分二大类：物质分解及提供能量的代谢称为分解代谢；消耗能量合成生物体的代谢，称为合成代谢，两种代谢是不可分割，互为依存的。 （2）微生物的种类 在固体废物生物处理过程中，有各种微生物发挥作用。微生物种类繁多，大致可以作如下分类： 对于所有微生物来说，凡是生活时需要氧气的都可以称为好氧微生物，只有在无氧环境中才能生长的称为厌氧微生物，在无氧和有氧的环境中都能生活的统称为兼氧性微生物。 （3）生物处理方法 根据在处理过程中起作用的微生物对氧气要求的不同，生物处理可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两类。 好氧生物处理法 这是一种在提供游离氧的条件下

5、，以好氧微生物为主使有机物降解、稳定的无害化处理方法。固体废物中存在的各种有机物（分子量大、能位高）作为微生物的营养源，经过一种生化反应，逐级释放能量，最终转化成分子量小，能位低物质而稳定下来，达到无害化的要求，以便利用或进一步妥善处理，使其回到自然环境中去。 厌氧生物处理法 这是在没有游离氧的情况下，以厌氧微生物为主对有机物进行降解、稳定的一种无害化处理。在这种厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解、转化为简单、稳定的化合物，同时释放能量。其中，大部分能量以CH4形式出现，这是一种可燃气体，可回收利用。同时，仅少量有机物被转化、合成为新的细胞组成部分。 随着生产力发展和科技进步，堆肥化技

6、术得到不断改进。随着生产力发展和科技进步，堆肥化技术得到不断改进。 一方面，人工堆肥是有机肥，对一方面，人工堆肥是有机肥，对改善土壤性能与提高肥力改善土壤性能与提高肥力维维持农作物长期的优质高产方面都是有益的，是农业、林业生产需持农作物长期的优质高产方面都是有益的，是农业、林业生产需要的要的。 另一方面，各国有机固体废物数量逐年增加，需要对其处理另一方面，各国有机固体废物数量逐年增加，需要对其处理的卫生要求也日益严格，从的卫生要求也日益严格，从节省资源与能源节省资源与能源角度出发，有必要角度出发，有必要把实现有机固体废物资源化作为固体废物无害化处理、处置的把实现有机固体废物资源化作为固体废物无

7、害化处理、处置的重要手段。重要手段。 有机固体废物的堆肥化能同时满足上述两方面要求，所以得有机固体废物的堆肥化能同时满足上述两方面要求，所以得到各国应有的重视。到各国应有的重视。 （2）沼气化）沼气化 有机固体废物沼气化是另一种成熟的生物转换技术。沼有机固体废物沼气化是另一种成熟的生物转换技术。沼气亦称生物气，是有机物质在隔绝空气和保持一定的水分、气亦称生物气，是有机物质在隔绝空气和保持一定的水分、温度、酸碱度条件下，经过多种微生物的发酵分解作用产温度、酸碱度条件下，经过多种微生物的发酵分解作用产生的以甲烷为主的气体混合物。污泥厌氧消化过程产生的生的以甲烷为主的气体混合物。污泥厌氧消化过程产生

8、的消化气体。城市固体废物填埋场生物降解过程中产生的生消化气体。城市固体废物填埋场生物降解过程中产生的生物气以及广大农村用农业废物厌氧发酵收集的气体都是沼物气以及广大农村用农业废物厌氧发酵收集的气体都是沼气。因此，沼气化技术应用面十分广泛。气。因此，沼气化技术应用面十分广泛。 沼气是一种比较清洁且热值较高的气体燃料，固体废物的沼气是一种比较清洁且热值较高的气体燃料，固体废物的沼气化对节约能源、增加有机肥料、改善环境卫生都有重要沼气化对节约能源、增加有机肥料、改善环境卫生都有重要作用，因而是一种经济而理想的生物转换技术。作用，因而是一种经济而理想的生物转换技术。 使用堆肥后，能够增加土壤中稳定的腐

9、殖质，形成土壤的使用堆肥后，能够增加土壤中稳定的腐殖质，形成土壤的团粒结构，并有一系列作用：团粒结构，并有一系列作用：（1）使土质松软，多孔隙易耕作，增加保水性、透气性及）使土质松软，多孔隙易耕作，增加保水性、透气性及渗水性，渗水性，（2）肥料成分中氮、钾、铵等都以阳离子形态存在。由于）肥料成分中氮、钾、铵等都以阳离子形态存在。由于腐殖质带阴电荷，吸附阳离子，有助于粘土保住阳离子，即腐殖质带阴电荷，吸附阳离子，有助于粘土保住阳离子，即保住养分保住养分腐殖质阳离子交换容量是普通粘土腐殖质阳离子交换容量是普通粘土的几倍到几十倍；的几倍到几十倍；（3）腐殖质有）腐殖质有螯合作用和缓冲作用螯合作用和缓

10、冲作用。对于作物有害的铜、。对于作物有害的铜、铝、镉等重金属可与腐殖质发生螯合反应而降低其危害程度，铝、镉等重金属可与腐殖质发生螯合反应而降低其危害程度，有利于植物生长。当土壤中腐殖质多时，即使肥料施得过多或有利于植物生长。当土壤中腐殖质多时，即使肥料施得过多或过少，也不易受到损害；即使气象条件恶化也可减轻其影响；过少，也不易受到损害；即使气象条件恶化也可减轻其影响；即使其他条件稍微恶化，也能减少冲击和缓和影响。例如水分即使其他条件稍微恶化，也能减少冲击和缓和影响。例如水分不足时，可防止植物枯萎，起到似类于缓冲器的作用。不足时，可防止植物枯萎，起到似类于缓冲器的作用。（4）堆肥是）堆肥是缓效性

11、肥料缓效性肥料。腐殖化的有机物具有调节植物生。腐殖化的有机物具有调节植物生长的作用，也有助于根系发育和伸长；将富有微生物的堆肥施长的作用，也有助于根系发育和伸长；将富有微生物的堆肥施于土中可增加土壤中微生物数量。微生物分泌的各种有效成分于土中可增加土壤中微生物数量。微生物分泌的各种有效成分能直接或间接地被植物根吸收而起到有益作用，故堆肥是昼夜能直接或间接地被植物根吸收而起到有益作用，故堆肥是昼夜均有效的肥料。均有效的肥料。（5）堆肥是）堆肥是CO2的供给源的供给源。如与外界空气隔绝的密封罩内。如与外界空气隔绝的密封罩内CO2气浓度低，当大量施用堆肥后，罩内较高的温度可促使堆气浓度低，当大量施用

12、堆肥后，罩内较高的温度可促使堆肥分解放出肥分解放出CO2。（6）总之，）总之，腐殖质能改善土壤物理的，化学的，生物的性腐殖质能改善土壤物理的，化学的，生物的性质，使土壤环境保持适于农作物生长的良好状态。腐殖质又质，使土壤环境保持适于农作物生长的良好状态。腐殖质又有增进化肥肥效的作用有增进化肥肥效的作用。 堆肥的堆肥的用途用途很广，既可以用作农田、绿地果园、葡萄园、很广，既可以用作农田、绿地果园、葡萄园、菜园、苗圃、畜牧场、庭院绿化、风景区绿化、农业等的种菜园、苗圃、畜牧场、庭院绿化、风景区绿化、农业等的种植肥料，也可以作蘑菇盖面、过滤材料、隔音板及制作纤维植肥料，也可以作蘑菇盖面、过滤材料、隔

13、音板及制作纤维板等。板等。 堆肥用途一览表用 途肥料等级施肥频率施 肥 期施 用 法施 用 量谷物种植初级堆肥或 成品堆肥24a/次秋天或春天施入土壤表面40100 t/ha牧 场细粒的初级 堆肥或成品堆肥24a/次全年均可施入浅层表土2060 t/ha果树种植初级堆肥或3a/次除收获季节施入土壤表面100200 t/ha成品堆肥外均可葡萄种植腐植质供给初级堆肥或23a/次葡萄收获后施入浅层表土100250成品堆肥和返青前t/ha保护地力初级堆肥2a/次葡萄收获后均匀地撒于200300和返表前表面t/ha蔬菜种植初级堆肥或24a/次除收获季节浅表层60100特殊堆肥外均可t/ha温 室成品堆肥

14、或24a/次除收获季节浅层1015特殊堆肥外均可t/ha蘑菇培植成品堆肥45 次/a全年均可70%堆肥低于 20%黑泥炭和 5%石灰、5%粘土中（体积百分比）4050 kg/次苗 圃成品堆肥或 特殊堆肥2a/次全年均可表 层30406、堆肥的原料、堆肥的原料 堆肥的原料很广泛，有堆肥的原料很广泛，有城市生活垃圾城市生活垃圾，由纸浆厂、食品厂，由纸浆厂、食品厂等等排水处理设施排出的污泥及下水污泥排水处理设施排出的污泥及下水污泥，粪尿消化污泥粪尿消化污泥、家家畜粪尿畜粪尿、树皮树皮、锯末锯末、糠壳糠壳、秸杆秸杆等等。在我国堆肥主要原等等。在我国堆肥主要原料是生活垃圾与粪便的混合物。也有的是城市垃圾

15、与生活污料是生活垃圾与粪便的混合物。也有的是城市垃圾与生活污水污泥的混合物。水污泥的混合物。 城市生活垃圾是最主要的原料，但其中可堆肥物数量，碳氮城市生活垃圾是最主要的原料，但其中可堆肥物数量，碳氮比，水分等等常常不能满足要求，需要进行适当的比，水分等等常常不能满足要求，需要进行适当的预处理预处理。配配入粪便或某些污泥可以有效地调整碳氮比和水分，入粪便或某些污泥可以有效地调整碳氮比和水分，并能得到氮、并能得到氮、磷、钾含量较高的有机肥。此外不少农业废物也是堆肥的重要磷、钾含量较高的有机肥。此外不少农业废物也是堆肥的重要原料。原料。 我国实施的城镇建设业标准，我国实施的城镇建设业标准，CJ/T3

16、0591996 “城市生城市生活垃圾堆肥处理厂技术评价指标活垃圾堆肥处理厂技术评价指标”中规定，堆肥原料特中规定，堆肥原料特性有：性有： 密度：适用于堆肥的垃圾密度一般为密度：适用于堆肥的垃圾密度一般为350650kg/m3； 组成成分（湿重）组成成分（湿重）%：堆肥原料必须按：堆肥原料必须按分类统计各组成成分，分类统计各组成成分，其中有机物含量其中有机物含量不少于不少于20%； 含水率：适合堆肥的垃圾含水率为含水率：适合堆肥的垃圾含水率为40%60%； 碳氮化（碳氮化（C/N）:适合堆肥的垃圾碳氮比为适合堆肥的垃圾碳氮比为20:130:1。 7、堆肥产品质量及卫生要求、堆肥产品质量及卫生要求

17、 粒度：农用堆肥产品粒度不大于粒度：农用堆肥产品粒度不大于12mm，山林果园用堆肥，山林果园用堆肥产品粒度不大于产品粒度不大于50mm； 含水率：含水率：35%； pH值：值：6.58.5； 全氮（以全氮（以N计）：计）：0.5%； 全磷（以全磷（以P2O5计）：计）：0.3%； 全钾（以全钾（以K2O计）：计）：1.0%； 有机质（以有机质（以C计）：计）：10%； 重金属含量：总镉（以重金属含量：总镉（以Cd计）计）3mg/kg；总汞（以；总汞（以Hg计）计）5mg/kg；总铅（以；总铅（以Pb计）计）100mg/kg；总铬（以；总铬（以Cr计）计）300mg/kg；总砷（以；总砷（以As

18、计）计）30mg/kg； 堆肥温度（静态堆肥工艺）：堆肥温度（静态堆肥工艺）：55持续持续5d以上。以上。 蛔虫卵死亡率：蛔虫卵死亡率：95%100%； 粪大肠菌值：粪大肠菌值：101102 ；2 2 堆肥化的基本原理堆肥化的基本原理 自然界中有很多微生物具有氧化、分解有机物的能力，而城自然界中有很多微生物具有氧化、分解有机物的能力，而城市有机废物则是堆肥化微生物赖以生存，繁殖的物质条件。市有机废物则是堆肥化微生物赖以生存，繁殖的物质条件。根据生物处理过程中起作用的微生物对氧气要求不同，可以根据生物处理过程中起作用的微生物对氧气要求不同，可以把固体废物堆肥分为把固体废物堆肥分为好氧堆肥化好氧堆

19、肥化和和厌氧堆肥化厌氧堆肥化。 好氧堆肥化好氧堆肥化是在通风条件下，有游离氧存在时进行的分解发是在通风条件下，有游离氧存在时进行的分解发酵过程，由于堆肥堆温高，一般在酵过程，由于堆肥堆温高，一般在5565，有时高达，有时高达80，故亦称故亦称高温堆肥化高温堆肥化。 厌氧堆肥化厌氧堆肥化是利用厌氧微生物发酵造肥。是利用厌氧微生物发酵造肥。 由于好氧堆肥化具有发酵周期短，无害化程度高，卫生条由于好氧堆肥化具有发酵周期短，无害化程度高，卫生条件好，易于机械化操作等特点，故国内外用垃圾、污泥、件好，易于机械化操作等特点，故国内外用垃圾、污泥、人畜粪尿等有机废物制造堆肥的工厂，人畜粪尿等有机废物制造堆肥

20、的工厂，绝大多数都采用好绝大多数都采用好氧堆肥化氧堆肥化。 2.1 好氧堆肥化基本原理好氧堆肥化基本原理 1、原理介绍、原理介绍 好氧堆肥化好氧堆肥化是在有氧条件下，依靠好氧微生物（主要是好氧是在有氧条件下，依靠好氧微生物（主要是好氧细菌）的作用来进行的。在堆肥化过程中，有机废物中的可细菌）的作用来进行的。在堆肥化过程中，有机废物中的可溶性有机物质可透过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物直接溶性有机物质可透过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物直接吸收，而不溶的胶体有机物质，先被吸附在微生物体外，依吸收，而不溶的胶体有机物质，先被吸附在微生物体外，依靠微生物分泌的胞外酶分解为可溶性物质，再渗入细胞。靠微

21、生物分泌的胞外酶分解为可溶性物质，再渗入细胞。 微生物通过自身的生命代谢活动，进行微生物通过自身的生命代谢活动，进行分解代谢（氧化还原分解代谢（氧化还原过程）过程）和和合成代谢（生物合成过程），合成代谢（生物合成过程），把一部分被吸收的有把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并放出生物生长、活动所需要的机物氧化成简单的无机物，并放出生物生长、活动所需要的能量，把另一部分有机物转化合成新的细胞物质，使微生物能量，把另一部分有机物转化合成新的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多的生物体。可用下图简要地说明这种过生长繁殖，产生更多的生物体。可用下图简要地说明这种过程。程。 可用下列关系式反映堆肥

22、化过程中有机物氧化分解关系。可用下列关系式反映堆肥化过程中有机物氧化分解关系。 CSHtNUOVaH2O+bO2CWHXNYOZCH2O+dH2O(气气)+eH2O(液液)+fCO2+gNH3+能量能量 由于堆温较高，部分水以蒸气形式排出。由于堆温较高，部分水以蒸气形式排出。 堆肥成品堆肥成品CWHXNYOZCH2O与堆肥原料与堆肥原料CSHtNUOVaH2O之比为之比为0.30.5（这是氧化分解减量化的结果）。通常可取如下数（这是氧化分解减量化的结果）。通常可取如下数值范围：值范围：w=510, x=717, y=1, z=28。 好氧堆肥化从废物堆积到腐熟的微生物生化过程比较复杂，好氧堆肥

23、化从废物堆积到腐熟的微生物生化过程比较复杂，但大致可分为三个阶段：但大致可分为三个阶段：（亦称产热阶段）。堆肥初期，堆层基本呈（亦称产热阶段）。堆肥初期，堆层基本呈中温，中温，嗜温性微生物嗜温性微生物较为活跃并利用堆肥中可溶性有机物较为活跃并利用堆肥中可溶性有机物旺盛繁殖。它们在转换和利用化学能的过程中，有一部分旺盛繁殖。它们在转换和利用化学能的过程中，有一部分变成热能，由于堆料有良好的保温作用，温度不断上升。变成热能，由于堆料有良好的保温作用，温度不断上升。此阶段微生物以此阶段微生物以中温、需氧型中温、需氧型为主，通常是一些为主，通常是一些无芽胞细无芽胞细菌菌。适合于中温阶段微生物种类极多，

24、其中最主要是。适合于中温阶段微生物种类极多，其中最主要是细菌、细菌、真菌和放线菌真菌和放线菌，细菌细菌特别适应水溶性单糖类，特别适应水溶性单糖类，放线菌和真放线菌和真菌菌对于分解纤维素和半纤维素物质具有特殊功能；对于分解纤维素和半纤维素物质具有特殊功能；当肥堆温度升到当肥堆温度升到45以上以上时，即进入时，即进入。在这阶段，。在这阶段，嗜温性微生物嗜温性微生物受到抑制甚至死亡，受到抑制甚至死亡，嗜热性微生物嗜热性微生物逐渐代替逐渐代替了嗜温性微生物的活动，堆肥中残留的和新形成的可溶性了嗜温性微生物的活动，堆肥中残留的和新形成的可溶性有机物质继续分解转化，复杂的有机化合物如半纤维素、有机物质继续

25、分解转化，复杂的有机化合物如半纤维素、纤维素和蛋白质等开始被强烈分解。纤维素和蛋白质等开始被强烈分解。通常，在通常，在50左右进左右进行活动的主要是嗜热性真菌和放线菌；温度上升到行活动的主要是嗜热性真菌和放线菌；温度上升到60时，时，真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热性放线菌与细菌在活动；真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热性放线菌与细菌在活动；温度升到温度升到70以上时，对大多数嗜热性微生物已不适宜，以上时，对大多数嗜热性微生物已不适宜，微生物大量死亡或进入休眠状态。微生物大量死亡或进入休眠状态。 与细菌的生长繁殖规律一样，可将微生物在高温阶段生长过与细菌的生长繁殖规律一样，可将微生物在高温阶段生长过

26、程细分为三个时期，即程细分为三个时期，即对数生长期对数生长期，减速生长期减速生长期和和内源呼吸内源呼吸期期。在高温阶段微生物活性经历了三个时期变化后，堆积层。在高温阶段微生物活性经历了三个时期变化后，堆积层内开始发生与有机物分解相对应的另一过程，即腐殖质的形内开始发生与有机物分解相对应的另一过程，即腐殖质的形成过程，堆肥物质逐步进入稳定化状态；成过程，堆肥物质逐步进入稳定化状态；腐熟阶段腐熟阶段 在在内源呼吸后期内源呼吸后期，只剩下部分较难分解及难分解的有机物和，只剩下部分较难分解及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，温度下新形成的腐殖质，此时微生物活性下降，发热量

27、减少，温度下降。在此阶段嗜温微生物又占优势，对残余较难分解的有机物降。在此阶段嗜温微生物又占优势，对残余较难分解的有机物作进一步分解，腐殖质不断增多且稳定化，此时堆肥即进入作进一步分解，腐殖质不断增多且稳定化，此时堆肥即进入腐腐熟阶段熟阶段。降温后，需氧量大大减少，含水量也降低，堆肥物孔。降温后，需氧量大大减少，含水量也降低，堆肥物孔隙增大，氧扩散能力增强，此时只须自然通风。隙增大，氧扩散能力增强，此时只须自然通风。热灭活热灭活有一种温度有一种温度时间效应关系。热灭活作用是温度与时间两时间效应关系。热灭活作用是温度与时间两者的函数。一般设计认为者的函数。一般设计认为杀灭蛔虫卵杀灭蛔虫卵的条件也

28、可杀灭原生动物，孢的条件也可杀灭原生动物，孢子等，故可以子等，故可以把蛔虫卵作为灭菌程度的指标生物把蛔虫卵作为灭菌程度的指标生物（它的耐热性能与（它的耐热性能与其他肠道病原体大致相当）。其他肠道病原体大致相当）。消灭的时间温度温度的时间温度微 菌温度时间(min)温度时间(min)志贺氏（杆菌）内阿米巴溶组织的孢子绦虫微球菌属化脓菌链球菌属化脓菌结核分枝杆菌蛔 虫 卵埃希氏杆菌属大肠杆菌554555505466505560很短很短101015206060556760几秒短暂的1530 好氧堆肥化无害化工艺条件。根据上述热灭活概念分析可好氧堆肥化无害化工艺条件。根据上述热灭活概念分析可得出理论上

29、好氧堆肥无害化工艺条件如下：得出理论上好氧堆肥无害化工艺条件如下：堆层温度堆层温度55以以上需维持上需维持5-7天；堆层温度天；堆层温度70则需维持则需维持3-5天。天。即堆肥温度即堆肥温度较高维持时间较短时，可以达到同样的无害化要求。较高维持时间较短时，可以达到同样的无害化要求。2.3 2.3 厌氧堆肥化过程的原理厌氧堆肥化过程的原理 通过厌氧消化有机废物，可以加速有机物质的稳定，使有机通过厌氧消化有机废物，可以加速有机物质的稳定，使有机废物无害化，更主要的目的是通过厌氧分解产生沼气，收集后废物无害化，更主要的目的是通过厌氧分解产生沼气，收集后做为能源利用。做为能源利用。 有机废物的厌氧发酵

30、过程就是有机物质在特定的厌氧条件下，有机废物的厌氧发酵过程就是有机物质在特定的厌氧条件下，微生物将有机质进行分解，其中一部分碳素物质转化为甲烷和微生物将有机质进行分解，其中一部分碳素物质转化为甲烷和二氧化碳。在这个转化作用中，被分解的有机碳化物中的能量二氧化碳。在这个转化作用中，被分解的有机碳化物中的能量大部转化储存在甲烷中，仅一小部分有机碳化物氧化成二氧化大部转化储存在甲烷中，仅一小部分有机碳化物氧化成二氧化碳，释放的能量作为微生物生命活动的需要。因此，碳，释放的能量作为微生物生命活动的需要。因此，在这一分在这一分解过程中，仅积储少量的微生物细胞解过程中，仅积储少量的微生物细胞。 1、厌氧发

31、酵的微生物学过程、厌氧发酵的微生物学过程 由于厌氧发酵的原料来源复杂，参加反应的微生物种类繁由于厌氧发酵的原料来源复杂，参加反应的微生物种类繁多，使得厌氧发酵过程中物质的代谢、转化和各种菌群的作多，使得厌氧发酵过程中物质的代谢、转化和各种菌群的作用等非常复杂。目前，对厌氧发酵的生化过程有三种见解，用等非常复杂。目前，对厌氧发酵的生化过程有三种见解，即两阶段理论、三阶段理论和四阶段理论。即两阶段理论、三阶段理论和四阶段理论。 （1）两阶段理论）两阶段理论 （2）三阶段理论）三阶段理论 1979年由布赖恩提出，将厌氧发酵分成三个阶段，即三个年由布赖恩提出，将厌氧发酵分成三个阶段，即三个细菌营养群。

32、细菌营养群。 （3）四阶段理论）四阶段理论 将厌氧发酵过程分为四个阶段，每个阶段有独特的微生物将厌氧发酵过程分为四个阶段，每个阶段有独特的微生物菌群。各类群细菌的有效代谢均相互密切连贯，达到一定的菌群。各类群细菌的有效代谢均相互密切连贯，达到一定的平衡，不能单独分开，是相互制约和促进的过程。为了便于平衡，不能单独分开，是相互制约和促进的过程。为了便于研究不同营养类群的细菌，才分成四个阶段。研究不同营养类群的细菌，才分成四个阶段。 2、厌氧发酵微生物、厌氧发酵微生物 （1）不产甲烷菌）不产甲烷菌 在沼气发酵过程中，不直接参与甲烷形成的微生物统称为不在沼气发酵过程中，不直接参与甲烷形成的微生物统称

33、为不产甲烷菌，包括的种类繁多，有细菌、真菌和原生动物三大群。产甲烷菌，包括的种类繁多，有细菌、真菌和原生动物三大群。其中细菌的种类最多，作用也最大。已知的细菌有其中细菌的种类最多，作用也最大。已知的细菌有18属，属，51种，种，近年来又发现了许多种。按呼吸类型分为专性厌氧菌、好氧菌近年来又发现了许多种。按呼吸类型分为专性厌氧菌、好氧菌和兼性厌氧菌。其中以专性厌氧菌为主，种类和数量最多。和兼性厌氧菌。其中以专性厌氧菌为主，种类和数量最多。 不产甲烷菌不产甲烷菌的作用主要为：为产甲烷菌提供营养，将复杂的作用主要为：为产甲烷菌提供营养，将复杂的大分子有机物降解为简单的小分子有机化合物，为产甲烷菌的大

34、分子有机物降解为简单的小分子有机化合物，为产甲烷菌提供营养基质；为产甲烷菌创造适宜的氧化还原条件；为提供营养基质；为产甲烷菌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，共同维持发酵的酵的pH值。值。 （2）产甲烷菌）产甲烷菌 产甲烷菌在原核生物中由于它们能厌氧代谢产生甲烷而成为产甲烷菌在原核生物中由于它们能厌氧代谢产生甲烷而成为一个独特类群，在一个独特类群，在70年代后期被分类学家确认。年代后期被分类学家确认。 产甲烷菌有产甲烷菌有5个特点：严格厌氧，对氧和氧化剂非常敏感；个特点：严格厌氧，对氧和氧化剂非常敏感；要求中

35、性偏碱环境条件；菌体倍增时间较长，有的要求中性偏碱环境条件；菌体倍增时间较长，有的4-5天才天才繁殖繁殖1代；只能利用少数简单化合物作为营养，所有产甲烷代；只能利用少数简单化合物作为营养，所有产甲烷几乎都能利用分子氢；代谢的产物主要是几乎都能利用分子氢；代谢的产物主要是CH4和和CO2。 3、厌氧发酵的有机物分解代谢过程、厌氧发酵的有机物分解代谢过程 厌氧发酵是把碳水化合物、蛋白质和脂肪等在厌氧条件下厌氧发酵是把碳水化合物、蛋白质和脂肪等在厌氧条件下经过多种细菌的协同作用下，首先分解成简单稳定的物质，经过多种细菌的协同作用下，首先分解成简单稳定的物质，最后生成最后生成甲烷和二氧化碳等沼气的主要

36、成份甲烷和二氧化碳等沼气的主要成份。在排出的残渣。在排出的残渣中存在有环状化合物的聚合物中存在有环状化合物的聚合物-腐殖酸腐殖酸可做田间粮食生产的可做田间粮食生产的肥料。肥料。 （1）碳水化合物的分解代谢）碳水化合物的分解代谢 一般的碳水化合物包括纤维素、半纤维素、木质素、糖类、一般的碳水化合物包括纤维素、半纤维素、木质素、糖类、淀粉等和果胶质等。厌氧发酵的原料如农业废物等主要含碳水淀粉等和果胶质等。厌氧发酵的原料如农业废物等主要含碳水化合物，其中纤维素的含量最大。所以，厌氧发酵的速度与消化合物，其中纤维素的含量最大。所以，厌氧发酵的速度与消化池中纤维素分解的快慢密切相关。化池中纤维素分解的快

37、慢密切相关。 能够水解纤维素的酶有许多种，不同种类的纤维素的水解能够水解纤维素的酶有许多种，不同种类的纤维素的水解消化速度也不同。消化速度也不同。纤维素酶可以把纤维水解成葡萄糖纤维素酶可以把纤维水解成葡萄糖，反应，反应式为式为： (C6H10O5)n (纤维素纤维素) + nH2O = nC6H12O6 (葡萄糖葡萄糖) 葡萄糖经细菌的作用继续降解成丁酸、乙酸最后生成甲烷葡萄糖经细菌的作用继续降解成丁酸、乙酸最后生成甲烷和二氧化碳等气体和二氧化碳等气体。总的产气过程可用下述的综合表达式表。总的产气过程可用下述的综合表达式表达达： C6H12O6 = 3CH4 + 3CO2 先先由多糖分解为单糖

38、由多糖分解为单糖，然后是葡萄糖的酵解过程，与上述，然后是葡萄糖的酵解过程，与上述相同。相同。 （2）类脂化合物的分解代谢）类脂化合物的分解代谢 类脂化合物一般是指脂肪、磷脂、游离脂肪酸、蜡脂、油类脂化合物一般是指脂肪、磷脂、游离脂肪酸、蜡脂、油脂，在厌氧发酵的原料中含量很低。这类化合物的主要脂，在厌氧发酵的原料中含量很低。这类化合物的主要水解水解产物是脂肪酸和甘油产物是脂肪酸和甘油。然后，。然后，甘油转变为磷酸甘油脂，进而甘油转变为磷酸甘油脂，进而生成丙酮酸。在沼气菌的作用下，丙酮酸被分解成乙酸，然生成丙酮酸。在沼气菌的作用下，丙酮酸被分解成乙酸，然后形成甲烷和二氧化碳后形成甲烷和二氧化碳。

39、（3）蛋白质类的分解代谢）蛋白质类的分解代谢 主要是含氮的蛋白质化合物，在厌氧发酵原料中占有一定的主要是含氮的蛋白质化合物，在厌氧发酵原料中占有一定的比例。比例。在农家污水和猪圈废物中，蛋白质的含量最高可达在农家污水和猪圈废物中，蛋白质的含量最高可达20%。在细菌的作用下水解成在细菌的作用下水解成多肽和氨基酸多肽和氨基酸。其中的一部分氨基酸继。其中的一部分氨基酸继续水解成续水解成硫醇、胺、苯酚、硫化氢和氮硫醇、胺、苯酚、硫化氢和氮；一部分分解成；一部分分解成有机酸、有机酸、醇醇等其它化合物，最后生成等其它化合物，最后生成甲烷和二氧化碳甲烷和二氧化碳；还有一些氨基酸；还有一些氨基酸作为产沼细菌的

40、养分形成菌体。作为产沼细菌的养分形成菌体。 4、沼气的性质、沼气的性质 （1）物理性质）物理性质 沼气的主要成份是甲烷，其它伴生气体还有二氧化碳、沼气的主要成份是甲烷，其它伴生气体还有二氧化碳、氮气、一氧化碳、氢气、硫化氢和极少量的氧气。一般在氮气、一氧化碳、氢气、硫化氢和极少量的氧气。一般在沼气中甲烷的含量介于沼气中甲烷的含量介于50%-60%；二氧化碳在；二氧化碳在30%左右。由左右。由此可见，甲烷的性质决定了沼气的主要性质。此可见，甲烷的性质决定了沼气的主要性质。 （2）沼气的化学性质）沼气的化学性质 甲烷实际上是一种优质的气体燃料，在与适量的空气混合甲烷实际上是一种优质的气体燃料，在与

41、适量的空气混合发生燃烧时，可产生一种淡兰色的火焰，其火焰温度最高可发生燃烧时，可产生一种淡兰色的火焰，其火焰温度最高可达达1400，同时放出大量的热。它与氧气在常压下进行反应，同时放出大量的热。它与氧气在常压下进行反应的活化能是的活化能是20Kcal/mol。 甲烷燃烧的化学反应方程式为：甲烷燃烧的化学反应方程式为： CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 881.3 KJ/mol 沼气是一种很好的燃料，沼气是一种很好的燃料，1m3的沼气燃烧发热量相当于的沼气燃烧发热量相当于1kg煤或是煤或是0.7kg汽油，能发电汽油，能发电1.25kWh。燃料名称甲烷沼气煤气汽油柴油原煤燃料量1m

42、31m31m31kg1kg1kg发热量(KJ)35 82225 07516 72045 00039 17022 990备注纯含甲烷70%2.3 2.3 堆肥过程的动力学原理堆肥过程的动力学原理 2.3.1 2.3.1 酶促反应动力学酶促反应动力学 2.3.2 2.3.2 微生物反应动力学微生物反应动力学3 3 好氧堆肥化的基本工艺过程好氧堆肥化的基本工艺过程 3.1 好氧堆肥的基本工艺及分类好氧堆肥的基本工艺及分类 1、好氧堆肥化方式分类、好氧堆肥化方式分类 固体废物堆肥化历史悠久，其工艺发展至今已形成多种方固体废物堆肥化历史悠久，其工艺发展至今已形成多种方式，大致有如下分类与发展趋势：式，大

43、致有如下分类与发展趋势：!厌氧堆肥化厌氧堆肥化好氧堆肥化；好氧堆肥化；!露天堆积露天堆积(敞开式敞开式)封闭式；封闭式；!无发酵装置无发酵装置有发酵装置；有发酵装置；!人工土法人工土法机械化；机械化；!慢速慢速半快速半快速快速；快速；!静态发酵静态发酵动态发酵；动态发酵；其中还有各种过渡形式。其中还有各种过渡形式。国外无发酵装置堆肥化国外无发酵装置堆肥化工艺，可分为搅拌式和固工艺，可分为搅拌式和固定式固体床两种。定式固体床两种。图4-2-4 无发酵装置堆肥化系统通过空气流通和翻动供氧（传统）的最终产物沿料堆长度方向的周期翻动混合物料强行供氧通风（a）搅拌式固体床完成发酵的最终产物由垛内卸下强行

44、供氧放在堆中的混合物料完成批量循环条垛（b）固定式固体床（强制通风） 显然，快速、有发酵装置、机械化（动态）、好氧堆肥化显然，快速、有发酵装置、机械化（动态）、好氧堆肥化是最先进的，具有堆肥周期短（是最先进的，具有堆肥周期短（3-7天），物料混合均匀，供天），物料混合均匀，供氧效果好，机械化程度高，便于大规模连续操作运行等特点。氧效果好，机械化程度高，便于大规模连续操作运行等特点。特别用在产生大量城市垃圾的大城市堆肥化系统是很有前途特别用在产生大量城市垃圾的大城市堆肥化系统是很有前途的。这也是今后发展推广的方向。当前，国内外运用最广的的。这也是今后发展推广的方向。当前，国内外运用最广的堆肥化方

45、式是堆肥化方式是快速高温二次发酵堆肥化工艺快速高温二次发酵堆肥化工艺。适合于有机污。适合于有机污泥堆肥化系统的两种条垛式工艺流程如下：泥堆肥化系统的两种条垛式工艺流程如下： （1）搅拌翻堆条垛式发酵工艺）搅拌翻堆条垛式发酵工艺 在条垛式堆肥化系统中，物料以垛状堆置，可以排列成多条在条垛式堆肥化系统中，物料以垛状堆置，可以排列成多条平行的条垛，在大规模的条垛系统中，对垛的翻动是通过平行的条垛，在大规模的条垛系统中，对垛的翻动是通过可移可移动翻堆设备动翻堆设备来进行的。来进行的。 条垛的断面形状可以是长方形、不规则四边形和三角形，具条垛的断面形状可以是长方形、不规则四边形和三角形，具体采用哪种断面

46、形状取决于堆肥化物料的特性和用于翻堆的设体采用哪种断面形状取决于堆肥化物料的特性和用于翻堆的设备。条垛式系统用于各种有机污泥的堆肥化是很有效的。由于备。条垛式系统用于各种有机污泥的堆肥化是很有效的。由于条垛式堆肥化采用了机械化操作，因而生产率高，成本低，但条垛式堆肥化采用了机械化操作，因而生产率高，成本低，但占地面积较大。占地面积较大。 对于温度较高的有机物采用条垛式方法堆肥，必须掺进一对于温度较高的有机物采用条垛式方法堆肥，必须掺进一部分干燥的回流堆肥产物，掺入量以混合后物料含水量部分干燥的回流堆肥产物，掺入量以混合后物料含水量60%为宜。堆成垛后，其形状不易变化，而且由于物料的松散性为宜。

47、堆成垛后，其形状不易变化，而且由于物料的松散性和多孔性大大改善，使得翻堆更有效地促进空气交换。将碎和多孔性大大改善，使得翻堆更有效地促进空气交换。将碎木块、木屑、禾杆或稻壳之类的调理剂同脱水污泥进行混合木块、木屑、禾杆或稻壳之类的调理剂同脱水污泥进行混合(此时加与不加干堆肥化产物都可此时加与不加干堆肥化产物都可)，也能达到上述同样的效，也能达到上述同样的效果。果。 该发酵工艺流程图可示意如下：该发酵工艺流程图可示意如下： 用条垛式方法生产堆肥的用条垛式方法生产堆肥的一次发酵周期通常约一次发酵周期通常约34周周，在，在有利的气候条件下，一般能使最终堆肥的固体含量达到有利的气候条件下，一般能使最终

48、堆肥的固体含量达到6070%。 （2）强制通风式固定垛发酵工艺）强制通风式固定垛发酵工艺 强制通风式固定垛发酵工艺与前者不同之处在于物料堆肥强制通风式固定垛发酵工艺与前者不同之处在于物料堆肥化过程中不进行翻堆，供氧是通过机械抽风使空气渗透到料化过程中不进行翻堆，供氧是通过机械抽风使空气渗透到料堆内部来实现的。此外，在堆肥化供料中不采用回流堆肥，堆内部来实现的。此外，在堆肥化供料中不采用回流堆肥，而主要在脱水污泥中以加入木屑之类膨胀剂来调整湿度和改而主要在脱水污泥中以加入木屑之类膨胀剂来调整湿度和改善物料的松散性。污泥与木屑的容积比一般为善物料的松散性。污泥与木屑的容积比一般为1:21:3。也可

49、采。也可采用其他合适材料作膨胀剂。用其他合适材料作膨胀剂。 下图所示为通风式固定垛系统工艺流程： 其垛堆步骤如下：其垛堆步骤如下：将污泥与膨胀剂混合；将污泥与膨胀剂混合；将木屑或其他膨胀剂沿多孔通风管铺开；将木屑或其他膨胀剂沿多孔通风管铺开；将污泥与木屑的混合物在备用的床上堆成有一定深度的垛体；将污泥与木屑的混合物在备用的床上堆成有一定深度的垛体；将垛的表面覆盖一层过筛的或半过筛的堆肥物；将垛的表面覆盖一层过筛的或半过筛的堆肥物； 将风机与通风管连接起来。从风机出来的气体应先脱臭将风机与通风管连接起来。从风机出来的气体应先脱臭后再排入大气。通常用后再排入大气。通常用熟堆肥来进行过滤脱臭熟堆肥来

50、进行过滤脱臭。通风垛堆的。通风垛堆的停存时间一般是三周。停存时间一般是三周。 干化可在堆肥化期间通过保持大风量或在贮料堆中强制干化可在堆肥化期间通过保持大风量或在贮料堆中强制通风来完成，也可以辅成长条进行露天风干。通风来完成，也可以辅成长条进行露天风干。 2、好氧堆肥化工艺过程、好氧堆肥化工艺过程 现代化堆肥生产、通常由前（预）处理，主发酵（亦可现代化堆肥生产、通常由前（预）处理，主发酵（亦可称一次发酵，一级发酵或初级发酵）、后发酵（亦可称二称一次发酵，一级发酵或初级发酵）、后发酵（亦可称二次发酵、二级发酵或次级发酵）、后处理、脱臭及贮存等次发酵、二级发酵或次级发酵）、后处理、脱臭及贮存等工序