1、 l 是常用的生物转换技术l 是稳定化、无害化、资源化的重要方式堆肥和厌氧发酵堆肥和厌氧发酵预处理方法：预处理方法：破碎、混合、分选破碎、混合、分选提高有机物含量、提高有机物含量、调整物料粒度调整物料粒度调整水分和调整水分和C/N比比预处理四大目的预处理四大目的适合堆肥和厌氧发酵的适合堆肥和厌氧发酵的有机废物有机废物禽畜粪便禽畜粪便城市垃圾城市垃圾污泥污泥泔脚等食泔脚等食品废物品废物农林废物农林废物1.1.堆肥化定义、作用堆肥化定义、作用l 堆肥化（堆肥化（Composting）：就是在就是在控制条件控制条件下下，利用自然界广泛分布的，利用自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌细菌、放线菌、真菌等
2、微生物等微生物，使可被生物降解的，使可被生物降解的有机物转化为稳有机物转化为稳定的腐殖质定的腐殖质的生物化学过程。的生物化学过程。这个定义强调：这个定义强调：l 作为堆肥化的作为堆肥化的原料是可生物降解的固体废物原料是可生物降解的固体废物；l 堆肥过程是在堆肥过程是在人工控制条件人工控制条件下进行，不同于卫生下进行，不同于卫生填埋、废物的自然腐烂与腐化；填埋、废物的自然腐烂与腐化；l 堆肥化的实质是生物化学过程，堆肥产品对环境堆肥化的实质是生物化学过程，堆肥产品对环境无害，即废物达到相对稳定。无害，即废物达到相对稳定。堆肥化的产物称为堆肥堆肥化的产物称为堆肥（compost）l 它是一种深褐色
3、、质地疏松、有泥土气味的物质它是一种深褐色、质地疏松、有泥土气味的物质，类似于腐殖质土壤，故也称为，类似于腐殖质土壤，故也称为“腐殖土腐殖土”。l 是一种具有一定肥效的土壤改良剂和调节剂。是一种具有一定肥效的土壤改良剂和调节剂。堆肥的作用堆肥的作用l 使土质松软，多孔隙，易耕作，增加保水性、透气性及渗水性，改善土壤的物理性能改善土壤的物理性能。l 阳离子交换容量大，N、K、NH4+以阳离子形式存在l 腐殖质中某种成分有鳌合作用，降低重金属的危害l 蛋白质氮的形式，缓效肥料l 增加土壤中微生物，是昼夜有效的废料l 是CO2的供给源使用堆肥的注意事项使用堆肥的注意事项l 堆肥内富含微生物，最好用于
4、土壤表面。l 新鲜堆肥适用于底肥。粗堆肥最好用于粘质、淤泥和板结的土壤，细堆肥用于干燥、疏散及多沙的土壤。l 城市垃圾堆肥一般含氮量低，最好和氮肥联合使用，以免出现土壤的“氮饥饿”现象。l 不宜装在密封袋中搬运和保存。l 根据根据堆制过程的需氧程度，可以把堆肥化分成：，可以把堆肥化分成： 好氧堆肥：通常好氧堆肥堆温高，一般在5560，极限可达8090，堆制周期短，所以也称为高温快速堆肥 厌氧堆肥：通气条件差、氧气不足的条件下借助厌氧微生物的发酵堆肥。周期长，312个月。2.2.好氧堆废原理好氧堆废原理细胞物质细胞物质（微生物繁殖）（微生物繁殖） 有机物有机物（C、H、O、N、P、S）合成合成同
5、化作用同化作用分解分解异化作用异化作用排入环境排入环境CO2,H2O,NH3,PO43-, SO42-能量能量释放、转化为热释放、转化为热微生物微生物氧气氧气有机物的好氧堆肥分解有机物的好氧堆肥分解1 1）有机物氧化）有机物氧化l 不含氮有机物：不含氮有机物：l 含氮有机物含氮有机物CsHtNuOvaHaH2 2O O+bO2 CwHxNyOzcHcH2 2O+O+dH H2 2O(O(气气) )+eH H2 2O(O(液液) )+fCO2+gNH3+热量热量能量OHyxCOOzyOHCzyx2222)221(堆肥2 2）细胞质的合成）细胞质的合成23)524()(OxnznynxNHOHCn
6、zyx能量OHnyCOnxNOHC2227524)5(细胞质3 3）细胞质的氧化）细胞质的氧化l C5H7NO2+5O25CO2+2H2O+NH3+能量能量3.3.好氧堆肥的过程好氧堆肥的过程l 中温阶段中温阶段l 高温阶段高温阶段l 腐熟阶段腐熟阶段1 1）中温阶段）中温阶段l 初期，堆层呈中温（1545），嗜温性微生物活跃，温度不断上升。l 嗜温性微生物包括：细菌：以水溶性糖类为食细菌：以水溶性糖类为食真菌和放线菌：可分解纤维素和半纤维素物质真菌和放线菌：可分解纤维素和半纤维素物质2 2）高温阶段）高温阶段l 堆温升至45以上，嗜热微生物l 可溶性有机物质继续分解，复杂有机物如半纤维素、纤
7、维素和蛋白质也开始被强烈分解。 l 温度升到70以上时，大多数嗜热性微生物已不适应，死亡或进入休眠。 表表6-1 几种常见病菌与寄生虫的死亡温度几种常见病菌与寄生虫的死亡温度名称名称死亡情况死亡情况沙门氏伤寒菌沙门氏伤寒菌46以上不生长；以上不生长；5560，30分钟内死亡分钟内死亡沙门氏菌属沙门氏菌属56，1小时内死亡；小时内死亡；60，1520分钟死亡分钟死亡志贺氏杆菌志贺氏杆菌55，1小时内死亡小时内死亡大肠杆菌大肠杆菌55，1小时内死亡；小时内死亡；60，1520分钟内死亡分钟内死亡阿米巴属阿米巴属68死亡死亡无钩涤虫无钩涤虫71，5分钟内死亡分钟内死亡美洲钩虫美洲钩虫45，50分钟内
8、死亡分钟内死亡流产布鲁士菌流产布鲁士菌61，3分钟内死亡分钟内死亡化脓性细球菌化脓性细球菌50，10分钟内死亡分钟内死亡酿浓链球菌酿浓链球菌54，10分钟内死亡分钟内死亡结核分枝杆菌结核分枝杆菌66，1520分钟内死亡，有时在分钟内死亡，有时在67死亡死亡牛结核杆菌牛结核杆菌55，45分钟内死亡分钟内死亡3 3）腐熟阶段（降温阶段）腐熟阶段（降温阶段） l 内源呼吸后期，较难分解有机物。l 微生物活性下降，发热量减少，温度下降，嗜温性微生物又占优l 腐殖质不断增多且稳定化，堆肥进入腐熟阶段，需氧量大大减少，含水率也降低。4.4.影响好氧堆肥的主要因素影响好氧堆肥的主要因素l 对于高温二次发酵堆
9、肥工艺来说，对于高温二次发酵堆肥工艺来说，通风供氧、通风供氧、堆料含水率、温度堆料含水率、温度是最主要的发酵条件是最主要的发酵条件l 有机质含量、粒度、有机质含量、粒度、C/N、C/P、pH也有影响也有影响1 1）通风）通风l 目的：目的： 微生物分解有机物 带走水气，干化物料l 方式：方式：自然通风、通风管通风、斗式装载机及翻推机、风机强制通风。2 2）含水率）含水率l 水分是微生物生命活动的介质，影响物料孔隙度和透气性l 适宜水分45%60%l 太低时，可配以粪水或污泥调节3 3）温度）温度l 是影响微生物活动和堆肥工艺过程的重要因是影响微生物活动和堆肥工艺过程的重要因素素l 一般认为最佳
10、温度在一般认为最佳温度在5060之间之间l 考虑杀灭病菌和虫卵，温度大于考虑杀灭病菌和虫卵，温度大于5555并保持并保持几天几天4 4）其它影响因素）其它影响因素l 有机质含量 温度和供氧 2080l 粒度 表面积大小和供氧 适宜1260mml C/N比 （430）:1l C/P比 （75150）:1l pH 7.58.54.4.堆肥的腐熟度及其判定堆肥的腐熟度及其判定（1）定义）定义l 指成品堆肥的稳定程度l 工程上衡量堆肥反应完成的信号l 农业上是堆肥质量的指标（2）判定方法）判定方法l 直观经验法直观经验法：茶褐色或黑褐色，无恶臭，质地松散，具有泥土芳香气味l 淀粉测试法淀粉测试法：高氯
11、酸+碘l 耗氧速率法耗氧速率法：O2/CO2测定仪来自动显示堆层O2和CO2浓度在单位时间内的变化值 （一）好氧堆肥基本工艺（一）好氧堆肥基本工艺 1.堆肥分类堆肥分类 1 1）按温度范围：）按温度范围：l 中温堆肥：中温堆肥：1545，不能有效杀灭病原菌，不能有效杀灭病原菌，目前较少采用。目前较少采用。l 高温堆肥高温堆肥: :一般一般在在5065，极限可达，极限可达8090，杀灭病菌，减少臭气产生，采用较多。，杀灭病菌，减少臭气产生，采用较多。 2 2）按堆肥中物料运动形式）按堆肥中物料运动形式l 间歇式堆肥：一批一批地堆制间歇式堆肥：一批一批地堆制l 连续式堆肥：机械连续进料、出料，周期
12、短（连续式堆肥：机械连续进料、出料，周期短（37d），），杀灭病原微生物，防异味，成品质杀灭病原微生物，防异味，成品质量高等特点。量高等特点。3 3）按堆肥堆制方式）按堆肥堆制方式l露天式堆肥：露天式堆肥：l装置式堆肥：装置式堆肥：机械化程度高，堆肥时间短，机械化程度高，堆肥时间短，占地面积小，环境条件好，堆肥质量可控可调占地面积小，环境条件好，堆肥质量可控可调2.好氧堆肥工艺好氧堆肥工艺 l 传统采用厌氧露天堆积法，占地大，时间长。传统采用厌氧露天堆积法，占地大，时间长。现代化的堆肥生产一般采用现代化的堆肥生产一般采用好氧堆肥工艺。好氧堆肥工艺。l 堆肥的基本工序通常都由堆肥的基本工序通常都
13、由前处理、主发酵（一前处理、主发酵（一次发酵）、后发酵（二次发酵）、后处理、脱次发酵）、后发酵（二次发酵）、后处理、脱臭及贮存臭及贮存等工序组成。等工序组成。1 1）前处理）前处理l 以以城市生活垃圾城市生活垃圾为堆肥原料时，前处理通常包为堆肥原料时，前处理通常包括括破碎、分选、筛分破碎、分选、筛分等工序。除去杂物，调整等工序。除去杂物，调整含水率，增大表面积。含水率，增大表面积。l 在以在以家畜粪便、污泥家畜粪便、污泥等为堆肥原料时，前处理等为堆肥原料时，前处理的主要任务是的主要任务是调整水分和碳氮比，或者添加菌调整水分和碳氮比，或者添加菌种和酶制剂种和酶制剂。2 2）主发酵（一次发酵）主发
14、酵（一次发酵）l 在发酵仓内进行，通过翻堆搅拌或强制通风供氧。在发酵仓内进行，通过翻堆搅拌或强制通风供氧。l 中温阶段中温阶段高温阶段，嗜温菌高温阶段，嗜温菌嗜热菌。嗜热菌。l 大部分有机物被降解，病原菌被杀灭，堆层温度开始大部分有机物被降解，病原菌被杀灭，堆层温度开始下降。下降。l 通常，通常，将温度升高到开始降低为止的阶段为主发酵阶段。l 以生活垃圾为主体的城市垃圾好氧堆肥化的主发酵期以生活垃圾为主体的城市垃圾好氧堆肥化的主发酵期约为约为10101212d d。3 3）后发酵（二次发酵）后发酵（二次发酵）l 将主发酵尚未分解的有机物进一步分解，使之变成腐殖酸、氨基酸等比较稳定的有机物，得到
15、完全成熟的堆肥制品。l 通常，把物料堆积到12m高的堆层，通过自然通风和间歇性翻堆，进行后发酵，并应防止雨水流入。l 时间较长，通常在2030d。4 4）后处理）后处理l 经二次发酵，变细碎和变形，数量也有所减少（经二次发酵，变细碎和变形，数量也有所减少（体积减少到体积减少到50-70），已成为粗堆肥。），已成为粗堆肥。l 分选工序分选工序去除杂物，并根据需要，如生产精制堆去除杂物，并根据需要，如生产精制堆肥等，则应进行肥等，则应进行再破碎过程再破碎过程。l 也可在散装堆肥中加入也可在散装堆肥中加入N、P、K添加剂生产复合添加剂生产复合肥，做成袋装产品。肥，做成袋装产品。l 有时还需要固化造粒
16、以利贮存。有时还需要固化造粒以利贮存。5 5）脱臭）脱臭l 堆肥过程中，物料局部或某段时间内的厌氧会导致氨、硫化氢、甲基硫醇、胺类等臭气产生。l 去除臭气的方法：化学除臭剂除臭化学除臭剂除臭；水、酸、碱溶液吸收法溶液吸收法；熟堆肥、活性炭或沸石等吸附剂吸吸附法附法；臭氧氧化法氧化法；土壤脱臭过滤器过滤器6 6）贮存）贮存l 堆肥一般在春秋两季使用，夏冬两季生产的堆肥只能贮存，所以要建立可贮存6个月生产量的库房。l 贮存方式：可直接堆存在二次发酵仓中，或装入袋中。l 贮存的要求：是干燥而透气的室内环境。l 立立 式式 堆堆 肥肥 发发 酵酵 塔塔l 筒筒 仓仓 式式 堆堆 肥肥 发发 酵酵 仓仓
17、l 卧式堆肥发酵滚筒卧式堆肥发酵滚筒l 箱式堆肥发酵池箱式堆肥发酵池l 堆堆 集集 式式1.立 式 堆 肥 发 酵 塔驱 动 装 置进 料 口池 体出 料 口观 察 窗犁风 机进 气 管立 式 多 层 圆 筒 式 堆 肥 发 酵 塔（1 1）立式多层圆筒式）立式多层圆筒式l 呈多层圆筒形，密闭结呈多层圆筒形，密闭结构构l 强制通风强制通风l 温度从上到下逐渐升高温度从上到下逐渐升高l 一次发酵时间：一次发酵时间：37天天发酵小池下料门风机风机驱动装置旋转臂立式多层板闭合门式堆肥发酵塔（2 2）立式多层闭合门式）立式多层闭合门式l 呈多层条形，每层堆高不超呈多层条形，每层堆高不超过过1 1米。在
18、每一层床都有闭米。在每一层床都有闭合门，在反复切断输送的同合门，在反复切断输送的同时，利用打开闭合门来顺序时，利用打开闭合门来顺序向下输送原料。向下输送原料。l 一次发酵时间：一次发酵时间：510天天 立 式 堆 肥 发 酵 塔：优点、缺点l 立式多层圆筒式发酵塔 占地面积小； 除臭设备体积小。l 堆积低，容积有效利用率低；l 装置运行所需的动力大；l 在堆肥过程中物料容易呈压实块状化，通气性能差；l 多层结构，整个装置很高. 优点l 立式多层板闭合门式发酵塔 占地面积小； 除臭设备体积小。l 物料在输送过程中是利用自由下落而进行重复切断的，没有破碎作用，通气性能差；l 必须配备原料供给装置；
19、l 多层结构，装置很高。 （3）立式多层桨叶刮板式）立式多层桨叶刮板式l 呈多层圆筒形，每层堆高11.5米。利用各段内旋转的刮板同时进行原料的反复切断及输送。原料落在与刮板相反方向的叶片上，按顺序向下输送。l 一次发酵时间：一次发酵时间：37天天立式多层桨叶刮板式堆肥发酵塔风机可动驱动装置立式多层移动床式堆肥发酵塔进料排气管排料出料机活动板刮落装置（4）立式多层移动床式）立式多层移动床式l 该装置呈多层条形，每层堆高为2.5米。各层床构成整体的移动床。由水平运动将原料推出，顺序输送到下层。l 一次发酵时间：一次发酵时间：810天天3 3）后发酵（二次发酵）后发酵（二次发酵）立 式 堆 肥 发
20、酵 塔：优点、缺点l 立式多层桨叶刮板式发酵塔 l 利用旋转刮板重复切断，无压实块状化；l 通气阻力及动力消耗小；l 占地面积小；l 除臭设备体积小。 l 多层结构，装置很高。l 立式多层移动床式发酵塔l 占地面积小；l 除臭设备体积小l 物料容易压实，通气性能差；l 床的移动机构复杂；l 多层结构,装置很高。（1）筒仓式静态发酵仓）筒仓式静态发酵仓l 呈单层圆筒形，堆积高度45米。堆肥物由仓顶经布料机进入仓内，顺序向下移动，由仓底的螺杆出料机出料。l 一次发酵时间：一次发酵时间：1012天天进料散刮装置排出装置筒仓式静态发酵仓2.筒 仓 式 堆 肥 发 酵 仓（2）筒仓式动态发酵仓l 单层圆
21、筒型，堆积高度为1.52米，螺旋推进器在仓内旋转，自外围投入的原料受到重复切断后，又接着输送到槽的中心部位的排出口排出l 一次发酵时间：一次发酵时间：57天天原料供给口排出口空气吹出口筒仓式动态发酵仓3 3）后发酵（二次发酵）后发酵（二次发酵）筒 仓 式 堆 肥 发 酵仓：优点、缺点 筒仓式静态发酵仓筒仓式静态发酵仓l 占地面积小；l 发酵仓利用率高。l 堆积高，呈压实状；l 通风阻力大，动力消耗大；l 产品难以均质化。 筒仓式动态发酵仓筒仓式动态发酵仓l 排出口的高度和原料的滞留时间均可调节l 原料滞留时间不均匀，产品呈不均质状；l 易呈块状，通气性能差；l 不易密闭。3.卧 式 堆 肥 发
22、 酵 滚 筒l 旋转发酵池旋转发酵池 结构结构旋 转 发 酵 池旋转发酵池旋转发酵池：概况：概况l 利用低速旋转滚筒进行经常的反复搅拌和输送利用低速旋转滚筒进行经常的反复搅拌和输送l 一次发酵天数：一次发酵天数： 25天天 旋转发酵池旋转发酵池：优点：优点l 技术成熟，操作简单；容易形成规模化；l 生产效率高，停留时间短，占地面积少；l 自然通风，能耗少l 环境条件较好 l 原料滞留时间短，发酵不充分；l 密闭困难；l 容易产生压实现象，通气性能差，产品不易均质化。旋转发酵池旋转发酵池：缺点：缺点4.箱 式 堆 肥 发 酵 池l 卧式刮板发酵池：结构卧式刮板发酵池：结构发 酵 池进 料出 料卧
23、式刮板发酵池卧式刮板发酵池：概况：概况l 平面型（最大槽长为25米，堆积高度1.5米），能横向行走的刮板进行锯齿形运行，l 同时进行原料的重复搅拌和输送，原料缓慢堆积放在与刮板相反方向的叶片上。l 一次发酵天数：一次发酵天数：8 8 1212天天 卧式刮板发酵池卧式刮板发酵池：优点：优点l 利用旋转刮板重复切断，无压实呈块现象，通气性能好，发酵时间短；l 通气阻力小，动力消耗少；卧式刮板发酵池卧式刮板发酵池：缺点：缺点l 占地面积大；l 环境条件差；l 除臭设备体积大。 l 戽斗翻倒式发酵池戽斗翻倒式发酵池l 卧式桨叶发酵池卧式桨叶发酵池排 出投 入排 气 戽斗翻倒式发酵池戽斗翻倒式发酵池l
24、平面型（最大槽长为31米，高为1.5米），利用行走式戽斗同时进行原料的重复搅拌和输送，原料到达戽斗的投入口时，向上提升到排出口再将戽斗返回。 卧式桨叶发酵池卧式桨叶发酵池l 平面型（最大槽长为31米，堆高1.5米），利用行走螺旋输送机的同时进行原料的反复搅拌和输送，原料到达螺旋输送机的投入端时提升到排出端后再返回。箱 式 堆 肥 发 酵 池：一次发酵天数 戽斗翻倒式发酵池戽斗翻倒式发酵池l 812天天 卧式桨叶发酵池卧式桨叶发酵池l 812天天 戽斗翻倒式发酵池戽斗翻倒式发酵池 l 很少产生压实成块现象；l 通气阻力小，动力消耗小。l 占地面积大；l 环境条件差；l 戽斗的长度决定于槽的长度，
25、发酵池的有效利用率低。 卧式桨叶发酵池卧式桨叶发酵池l 环境条件差；l 占地面积大；l 螺旋的总长度取决于槽的长度；l 易产生压实成块现象。箱箱 式式 堆堆 肥肥 发发 酵酵 池：池：优点、缺点优点、缺点5.堆 集 式l 气气 流流 箱箱 式式l 定定 箱箱 槽槽 式式堆积式堆积式：概况：概况气气 流流 箱箱 式式l 室外堆积式（堆积高度为1.53米）。利用铲式装载机或其他专用机械堆积。l 6090天左右天左右定定 箱箱 槽槽 式式l 室内堆积式（堆积高度1.53米）。利用铲式装载机，在固定的角槽内堆积。l 3060天左右天左右卧式刮板发酵池卧式刮板发酵池：优点、缺点：优点、缺点l 气 流 箱
26、 式l 设备简单，l 不能除臭；l 重复切断时间长；l 易产生压实现象，发酵时间长；l 产品均质化困难。l 定 箱 槽 式l 设备简单。 l 除臭设备体积大；l 重复切断时间长；l 易产生压实现象，发酵时间长；l 产品均质化困难。（一）沼气与厌氧发酵（一）沼气与厌氧发酵l 主要成分为：主要成分为： 甲烷：甲烷： 606070%70% 二氧化碳：二氧化碳： 303040%40%其他气体：其他气体：5%5%，有CO、H2.H2S、O2.N2.NH4.PH3和CmHn等1.1.沼气沼气l 人们把由60%CH4和40%CO2组成的沼气称为标准沼气。l 有可燃性，绿色能源。甲烷含量30%时，可勉强点燃，
27、50%时可正常燃烧l 比空气略轻，对空气的比重为0.85l 1m3沼气的热值与1kg原煤相当，燃烧热效率比煤大3.3倍，1m3沼气能顶3.3kg原煤使用。表表6-2 沼气各组分的理化特性沼气各组分的理化特性注：爆炸范围指与空气混合时的体积百分比。参数参数名称名称分子分子量量密度密度/g/L/g/L比重比重/ /空气空气临界温临界温度度/临界压力临界压力/atm/atm平均热值平均热值/kJ/L/kJ/L爆炸范爆炸范围围/%/%毒性毒性CHCH4 416.0416.04 0.7170.717 0.5540.554 -82.5-82.545.845.837.8437.845.3-145.3-14C
28、OCO2 244441.9771.977 1.5281.52831.131.172.972.9H H2 22.012.010.090.090.060.06 -239.9-239.912.812.811.7611.766-716-71O O2 232321.431.431.101.10-198-19847.747.7N N2 228281.251.250.9670.967-147-14733.4933.49H H2 2S S34341.531.531.181.18100.4100.488.988.924.5624.564-464-46剧毒剧毒COCO28281.2501.250 0.9670.9
29、67-140-14034.5334.5312.6312.63剧毒剧毒标准沼气标准沼气1.2241.2240.940.9422.722.76-126-122.2.厌氧发酵厌氧发酵l 厌氧发酵：厌氧发酵：也称沼气发酵或甲烷发酵，是指在厌氧条件下，有机物被厌氧微生物转化为甲烷（或称沼气）的过程。l 厌氧发酵工艺：厌氧发酵工艺：采用人工方法，创造厌氧细菌所需的营养条件，使其在一定设备内具有很高的浓度，使厌氧分解过程大大加快。（二）有机物厌氧发酵原理（二）有机物厌氧发酵原理液化阶段水解、发酵细菌产乙酸阶段产氢、产乙酸细菌产甲烷阶段甲烷细菌1)1)发酵的几个阶段发酵的几个阶段l 液化（水解）阶段：液化（水
30、解）阶段：不溶性大分子有机物不溶性大分子有机物水水溶性小分子有机物溶性小分子有机物l 酸化阶段：酸化阶段：小分子有机物小分子有机物有机酸、乙醇、丙有机酸、乙醇、丙酮等有机物酮等有机物+ H2/ /CO2乙酸及甲酸、甲醇、乙酸及甲酸、甲醇、甲胺等甲胺等C1类化合物类化合物+H2/ /CO2l 产甲烷阶段：产甲烷阶段： H2还原CO2 乙酸的分解2 2）厌氧发酵过程微生物）厌氧发酵过程微生物l 第一阶段：第一阶段：水解发酵细菌，包括纤维素分解菌，包括纤维素分解菌、蛋白质水解菌。、蛋白质水解菌。l 第二阶段：第二阶段：产氢、产乙酸细菌，有，有S S菌株菌株l 第三阶段：两组不同的产第三阶段：两组不同
31、的产甲烷细菌群：群： 一组是将氢气和二氧化碳转化为甲烷 另一组是将乙酸脱羧生成甲烷和二氧化碳。（二）发酵原料和产气计算（二）发酵原料和产气计算1.1.发酵原料发酵原料l 堆肥原料都可以作沼气发酵原料l 有城市垃圾、禽畜粪便、污泥、农林废物、泔脚和食品垃圾2.2.常见发酵原料的理论产气量常见发酵原料的理论产气量（1）甲烷产量E0.37A+0.49B+1.04C式中：E理论产气量，L/g； A、B、C分别为每克发酵原料中碳水化合物、蛋白质、脂肪类化合物的重量，g。（2）二氧化碳产量E0.37A+0.49B+0.36C式中：E理论产气量，L/g； A、B、C分别为每克发酵原料中碳水化合物、蛋白质、脂
32、肪类化合物的重量，g。发酵发酵原料原料每克干重物的组分（每克干重物的组分（g）理论产气量（理论产气量（L/g）碳水化合物碳水化合物蛋白质蛋白质脂类脂类甲烷甲烷二氧化碳二氧化碳水葫芦水葫芦0.60730.60730.11670.11670.03860.03860.32200.32200.29580.2958水花生水花生0.59630.59630.09720.09720.02710.02710.29640.29640.27800.2780玉米秸玉米秸0.62630.62630.06330.06330.04630.04630.31090.31090.27940.2794麦草麦草0.63960.639
33、60.02980.02980.02340.02340.27560.27560.25970.2597稻草稻草0.60260.60260.03160.03160.03210.03210.27180.27180.25000.2500人粪人粪0.41570.41570.17530.17530.08140.08140.32440.32440.26900.2690猪粪猪粪0.42040.42040.11480.11480.06030.06030.27450.27450.23350.2335鸡粪鸡粪0.47030.47030.08820.08820.04550.04550.26450.26450.23320
34、.2332马粪马粪0.45360.45360.09460.09460.02830.02830.24360.24360.22440.2244牛粪牛粪0.27040.27040.10460.10460.05280.05280.20620.20620.17030.1703 表表6-3 农村常见沼气发酵原料的组分和理论产气量农村常见沼气发酵原料的组分和理论产气量3.3.原料的产气率和甲烷含量原料的产气率和甲烷含量l 沼气发酵原料的产气率：单位重量的原料在发酵过程中产生的沼气量。l 通常用原料所含总固体（TS）的量作原料单位原料名称原料名称干物质沼气量（干物质沼气量（m3/t）甲烷含量（）甲烷含量（）产
35、气持续时间产气持续时间/d牲畜厩肥牲畜厩肥2602805060猪粪猪粪5616560牛粪牛粪2805990马粪马粪2003006090人粪人粪2405030青草青草6307060亚麻梗亚麻梗3595990玉米秆玉米秆2505390麦秸麦秸34259松树叶松树叶3106965杂树叶杂树叶21029458马铃薯梗叶马铃薯梗叶2602806060谷壳谷壳6516290向日葵梗向日葵梗30058废物污泥废物污泥64050酒厂废水酒厂废水30060058碳水化合物碳水化合物75049脂类化合物脂类化合物140072蛋白质蛋白质980504.4.原料的总固体百分含量和总固体量原料的总固体百分含量和总固体量
36、l 原料的总固体百分含量：原料的总固体百分含量：l 总固体量：总固体量：WTS=WMTS式中：式中：MTS发酵原料总固体百分含量，；发酵原料总固体百分含量，； W1发酵原料样品重量，发酵原料样品重量，g； W2样品在样品在1052下烘干重量，下烘干重量，g； W发酵原料重量，发酵原料重量，g； WTS发酵原料所含总固体量，发酵原料所含总固体量，g%100M12WWTS5.5.原料的碳氮比原料的碳氮比l 与好氧微生物相同，厌氧微生物对原料碳氮比也有一定要求。图 沼气发酵罐工作原理图3 3）后发酵（二次发酵）后发酵（二次发酵）（a） 1.加料管 2.发酵间（贮气部分） 3.池内液面O-O 4.出料
37、间液面（b） 1.加料管 2.发酵间（贮气部分） 3.池内料液液面A-A 4.出料间 液面B-B（c） 1.加料管 2.发酵间（贮气部分） 3.池内料液液面A-A 4.出料间 液面B-B 5.导气管 6.沼气输气管 7.控制阀 H1(b)3A-AB-B(a)13O-O2244DHH26(c)A-A315724 B-B图10-3-1 水压式沼气池工作原理示意图水压式沼气池工作原理示意图水压式沼气池工作原理示意图水压式贮气池的优点水压式贮气池的优点l 结构比较简单，结构比较简单，l 造价低，造价低，l 施工方便。施工方便。水压式贮气池的水压式贮气池的缺点缺点l 气压不稳定，对产气不利；l 池温低，
38、不能保持升温，严重影响产气量，原料利用率低（仅10%20%）；l 大换料和密封都不方便；l 产气率低（平均0.10.15M3/M3天），而且这种沼气池对防渗措施的要求较高，给燃烧器的设计带来一定困难。（ a ） 顶 浮 罩 式 ： 1 进 料 口 ； 2 进 料 管 ； 3 发 酵 间 ； 4 浮 罩 ； 5 出 料 联 通 管 ； 6 出 料 间 ； 7 导 向 轨 ； 8 导 气 管 ； 9 导 向 槽 ； 1 0 隔 墙 ； 1 1 地 面（ b ） 侧 浮 罩 式 ： 1 进 料 口 ； 2 进 料 管 ； 3 发 酵 间 ； 4 地 面 ； 5 出 料 联 通 管 ； 6 出 料 间
39、 ； 7 活 动 盖 ； 8 导 气 管 ； 9 输 气 管 ； 1 0 导 向 柱 ； 1 1 卡 具 ； 1 2 进 气 管 ； 1 3 开 关 ； 1 4 浮 罩 ； 1 5 排 气 管 ； 1 6 水 池 123( b )5748691 01 61 41 31 01 21 51 187923( a )1 014561 1图 1 0 - 3 - 4 浮 罩 式 沼 气 池 示 意 图立式圆形浮罩式沼气池立式圆形浮罩式沼气池 立式圆形浮罩式沼气池优缺点立式圆形浮罩式沼气池优缺点l 这种沼气池也多采用地下埋设方式，它把发酵间和贮气间分开，因而具有压力低、发酵好、产气多等优点。l 产生的沼气由
40、浮沉式的气罩贮存起来。l 气罩可直接安装在沼气发酵池顶。l 浮沉式气罩由水封池和气罩两部分组成。l 当沼气压力大于气罩重量时，气罩便沿水池内壁的导向轨道上升，直至平衡为止。l 当用气时，罩内气压下降，气罩也随之下沉。l 顶浮罩式沼气贮气池造价比较低，但气压不够稳定。91 . 进 料 口 ； 2 . 出 料 口 ； 3 . 发 酵 室 ； 4 . 气 体 储 藏 室 ；5 . 木 板 盖 ； 6 . 储 水 库 ； 7 . 搅 拌 器 ； 8 . 通 水 穴 ；9 . 出 料 门 洞 ； 1 0 . 粪 水 溢 水 管 ； 1 1 . 导 气 喇 叭 口 37841261 151 0图 1 0
41、- 3 - 6 长 方 形 发 酵 池长方形（或方形）发酵池长方形（或方形）发酵池图10-3-7 联合沼气池 联合沼气池联合沼气池4000平面进料池发酵池2500立面2001300加料孔进料口出气孔出料池10001500200500图10-3-5 粪便发酵池组平面图立式圆形半埋式沼气发酵池组立式圆形半埋式沼气发酵池组（二）沼气系统（二）沼气系统l 沼气系统包括沼气的收集、运输、净化、贮存、使用及附属设备等。l 根据贮气柜中沼气压力的不同，分为低压沼气系统和中压沼气系统。 1.1.低压和中压沼气系统低压和中压沼气系统 1消化池；2排水器；3脱硫装置；4贮气柜；5锅炉；6余气燃烧器；7缓冲器 8压
42、缩机a 安全阀；b 止火器；c 流量计；d 减压阀；e 紧急截止阀2.2.集气室集气室l 集气室建于沼气反应器的顶部，沼气由集气室的最高处用管道引出，集气室要保持一定的容积，能维持沼气压力的相对稳定，能防止浮渣或消化液进入沼气排出管。l 有三相分离器时，还要防止沼气进入沉淀室。l 集气室要有良好的气密性，防止沼气外溢和空气渗入。3.3.输气管和配气管输气管和配气管l 集气室至贮气柜间的沼气管称为输气管，l 贮气柜至用户之间的沼气管道称为配气管。4.4.脱硫装置脱硫装置l 为了防止H2S的危害，通常设置脱硫装置将其除去。l 脱硫装置一般设置在贮气柜前的输气管上。脱硫方法脱硫方法l 干法是将氧化铁
43、屑（或铁粉）和木屑拌合制成脱硫剂，以湿态（含水40%）填充于脱硫装置内，l 当沼气通过时，经如下反应而达到脱硫的目的：Fe2O33H2O + 3H2S Fe2S3 + 6 H2O Fe2O33H2O + 3H2S 2FeS + S + 6 H2Ol 当脱硫剂失效后，曝晒再生或更换新料。-湿法湿法l 湿法是用水或碱液洗涤沼气。l 碱液比水洗的效果好。其反应如下：Na2CO3 + H2S NaHS + NaHCO3 Na2OH + H2S NaHS + H2Ol 碱洗后的废液可采用催化法脱硫，再生后的碱液可循环再用。l 碱洗液种中的含碱量约为23%。l 经过脱硫后，沼气中的H2S含量应低于5010
44、-6。5.5.贮气柜贮气柜（A）低压贮气柜；（B）中压贮气柜6.6.止火器止火器l 止火器（或逆火防止器）的作用是防止明火沿沼气管道流窜，引起贮气柜、集气室及其它重要附属设备的爆炸。l 止火器有湿式和干式两种。 （1）热阀板式；（2）水封筒式；（3）金属网式1 1）干式止火器）干式止火器l 干式止火器由装于法兰盒中的多层金属网组成，当明火通过金属网时，因散热快而使温度降至燃点以下，使火熄灭。2 2）湿式止火器）湿式止火器l 湿式止火器实际上是一个水封筒，沼气从中心管底口进入，穿过水层，从侧管流出。水封高度根据系统沼气压力而定，一般为300500mm。l 为了维持水封高度稳定，应采用连续供水和溢
45、流方式。l 水封筒还应设有水位观察管。（三）发酵工艺（三）发酵工艺l 沼气发酵工艺包括从发酵原料到生产沼气的整个过程所采用的技术和方法。l 它主要含有原料的收集和预处理、接种物的选择和富集、沼气发酵装置形状选择、启动和日常运行管理、副产品沼渣和沼液的处置等技术措施。 1.1.沼气发酵工艺沼气发酵工艺2.2.传统沼气发酵工艺类型传统沼气发酵工艺类型-根据发酵温度根据发酵温度l 根据发酵温度可分为：l 高温发酵、l 中温发酵、l 常温发酵。1 1）高温发酵）高温发酵l 指发酵温度在5060之间的沼气发酵。其特点是微生物特别活跃，有机物分解消化快，产气率高（一般在2.0m3/m3料液/d以上），滞留
46、期短。l 高温发酵工艺主要适用于处理温度较高的有机废物和废水，如酒厂的酒糟废液、豆腐厂废水等。l 对于有特殊要求的有机废物，例如杀灭人粪中的寄生虫卵和病菌，也可采用该工艺。2 2）中温发酵）中温发酵l 发酵温度维持在3035的沼气发酵。l 此发酵工艺有机物消化速度较快，产气率较高（一般在1m3/m3料液/d以上）。l 与高温发酵相比，中温发酵所需的热量要少得多。l 从能量回收的角度，该工艺被认为是一种较理想的发酵工艺类型。l 目前世界各国的大、中型沼气工程普遍采用此工艺。3 3）常温发酵）常温发酵l 常温发酵是指在自然温度下进行的沼气发酵。l 该工艺的发酵温度不受人为控制，基本上是随气温变化而
47、不断变化，通常夏季产气率较高，冬季产气率较低。l 这种工艺的优点是沼气池结构相对简单，造价较低。3.3.传统沼气发酵工艺类型传统沼气发酵工艺类型-根据沼气池的数量根据沼气池的数量l 根据发酵工艺系统中相互连通的沼气池的数量的多少，可将沼气发酵工艺分为：l 单级l 两级l 多级发酵1 1）单级发酵）单级发酵l 单级发酵只有一个沼气池（或发酵装置），其沼气发酵过程只在一个发酵池内进行。l 此发酵操作较方便，造价低。2 2）两级和多级发酵发酵）两级和多级发酵发酵l 为了提高有机物的消化率和去除率，开发了二级和多级沼气发酵工艺。l 这种发酵类型的特点是发酵在两或两个以上的互相连通的发酵池内进行。l 原
48、料先在第一个发酵池滞留一定时间分解、产气，然后料液从第一个发酵进入第二个或其余的发酵池继续发酵产气。l 该发酵工艺滞留期长，有机物分解彻底，但投资较高。3.3.传统沼气发酵工艺类型传统沼气发酵工艺类型-根据投料运转方式根据投料运转方式l 根据投料运转方式可分为：l 连续发酵l 半连续发酵l 批量发酵l 两步发酵（1 1）连续发酵）连续发酵l 连续发酵工艺是从投料启动后，经过一段时间的发酵产气，每天或随时连续定量地添加发酵原料和排出旧料，其发酵过程能够长期连续进行。l 此发酵工艺易于控制，能保持稳定的有机物消化速度和产气率，适于处理来源稳定的城市污水、工业废水和大、中型畜牧场的粪便等。（2 2）
49、半发酵）半发酵1 1）备料）备料2 2）投料启动）投料启动l 投料启动沼气池通常包括：l 接种物的选取l 接种l 投料l 堆沤l 加水封池l 放气试火等几个步骤3 3）接种物的选取）接种物的选取l 在各种有机物厌氧消化的地方采集接种物。l 下水道污泥、屠宰场、肉食品加工厂、豆腐房、酒厂、糖厂等地的阴沟污泥、湖泊、塘堰等沉积污泥、正常发酵的沼气池底污泥或发酵料液，以及陈年老粪坑底部粪便等,均含有大量沼气微生物，都可以采集为接种物。4 4）接种投料）接种投料l 将接种物与发酵原料在池外混合均匀后投入沼气池；l 或者采用分层加料、分层接种的方式投料入池。5 5）堆沤）堆沤l 在已入池的接种原料中喷洒
50、少量的水（用水量以淋湿为宜，一般不得超过总用水量的三分之一），敞口堆沤数天，一般夏、春季12天，秋、冬季35天为宜。l 加水封池，在池内堆沤过程中，由于好氧和兼性微生物的作用，发酵料液的温度不断升高。当池内发酵原料温度上升到400C600C时l 加水量以保证池内发酵原料总固体浓度南方各省夏天6%，冬天10%，北方各省10%为宜。l 加水完毕，检验发酵料液pH值，若pH在6以上时，即可封池；若pH低于6，加入适宜草木灰、氨水或澄清石灰水等碱性物质调整至7左右后，再封池。l 防气试火，按上述工艺流程操作，一般在封池二、三天后所产生的沼气即可使用，l 做点火实验，如能点燃，则说明沼气发酵已开始正常运
