固体废物生物处理

1、固体废物的生物处固体废物的生物处理理何谓生物处理？何谓生物处理？ 好氧堆肥技术（高温快速堆肥技术）；好氧堆肥技术（高温快速堆肥技术）； 厌氧发酵技术（沼气化）厌氧发酵技术（沼气化） 糖化、蛋白化和乙醇化技术；糖化、蛋白化和乙醇化技术； 饲料化技术：将有机废弃物转化为食用菌栽培基质饲料化技术：将有机废弃物转化为食用菌栽培基质并形成担子菌发酵饲料；并形成担子菌发酵饲料； 有机废弃物制氢技术，有机废弃物制氢技术， 尾矿和低品位矿石的微生物湿法冶炼提取金属技术尾矿和低品位矿石的微生物湿法冶炼提取金属技术等。等。生物处理的方法有哪些？生物处理的方法有哪些？1. 1. 微生物进行的方法微生物进行的方法 2

2、.2.利用植物或动物的方法：利用植物或动物的方法： 重金属污染土壤植物修复技术：利用重金属超重金属污染土壤植物修复技术：利用重金属超积累植物吸取土壤中的重金属，使土壤得以净化积累植物吸取土壤中的重金属，使土壤得以净化。 有机废物的蚯蚓处理技术：利用蚯蚓将城市垃有机废物的蚯蚓处理技术：利用蚯蚓将城市垃圾，污泥和农林废弃物转化为优质肥料，并获得圾，污泥和农林废弃物转化为优质肥料，并获得蚯蚓蛋白饲料的技术等。蚯蚓蛋白饲料的技术等。 大多数有机废物，大多数有机废物， 它们能为微生物可降解，为它们能为微生物可降解，为生物活动提供物质和能量来源。如城市垃圾、污泥生物活动提供物质和能量来源。如城市垃圾、污泥

3、、农业秸秆、畜禽粪便、药渣等、农业秸秆、畜禽粪便、药渣等那些固体废物可进行生物处理那些固体废物可进行生物处理？那些固体废物可进行生物处理？那些固体废物可进行生物处理？无奈的处置方法无奈的处置方法污泥的堆存污泥的堆存Continued 此外，也有一些虽不是有机废物，但也能通过微生此外，也有一些虽不是有机废物，但也能通过微生物的直接与间接作用，去除其有害成分或通过生物处物的直接与间接作用，去除其有害成分或通过生物处理回收有益成分，从而达到废物资源化。如重金属或理回收有益成分，从而达到废物资源化。如重金属或有机物（如石油）污染的土壤、金属尾矿等。有机物（如石油）污染的土壤、金属尾矿等。那些固体废物可

4、进行生物处理那些固体废物可进行生物处理( (续）续）石油污染土壤石油污染土壤的生物修复的生物修复 堆肥化是在有控制的条件下，使有机废弃物在微生物（主堆肥化是在有控制的条件下，使有机废弃物在微生物（主要为细菌）作用下，发生降解，并同时使有机物发生生物稳定要为细菌）作用下，发生降解，并同时使有机物发生生物稳定作用（向稳定的腐殖质方向转化）的过程作用（向稳定的腐殖质方向转化）的过程。堆肥化后的产物称。堆肥化后的产物称之为堆肥。之为堆肥。 堆肥技术在中国源远流长，是古代劳动人民的智慧结晶，堆肥技术在中国源远流长，是古代劳动人民的智慧结晶，是为人类所掌握的是为人类所掌握的“第一种第一种”生物技术（生物技

5、术（First First biotechnology)biotechnology)。现在在欧美的社区与个人庭院非常流行。现在在欧美的社区与个人庭院非常流行。 废弃物经过堆肥处理后，结构蓬松，无臭，病原菌能被大废弃物经过堆肥处理后，结构蓬松，无臭，病原菌能被大幅度灭活，体积减少，水分含量降低。另外，废弃物腐殖化程幅度灭活，体积减少，水分含量降低。另外，废弃物腐殖化程度极大提高，农地利用不会出现烧苗，烧根的现象。而且能极度极大提高，农地利用不会出现烧苗，烧根的现象。而且能极大改善土壤结构性能，提高土壤保水保肥能力，堆肥本身又富大改善土壤结构性能，提高土壤保水保肥能力，堆肥本身又富有大量的微生物，

6、因而施用堆肥可明显提高土壤的生物活性，有大量的微生物，因而施用堆肥可明显提高土壤的生物活性，可有效加速土壤物质的生物化学循环。可有效加速土壤物质的生物化学循环。一、固体废物的好氧堆肥处理一、固体废物的好氧堆肥处理研究概念研究概念 按堆制过程的需氧过程可分为按堆制过程的需氧过程可分为好氧堆肥好氧堆肥和和厌氧堆肥厌氧堆肥；按原；按原料发酵所处状态可分为料发酵所处状态可分为发酵仓式堆肥发酵仓式堆肥和和无发酵装置系统堆肥无发酵装置系统堆肥；无发酵装置好氧堆肥系统又分为无发酵装置好氧堆肥系统又分为露天条垛式翻堆供氧堆肥法露天条垛式翻堆供氧堆肥法和和固定堆强制通风堆肥法固定堆强制通风堆肥法两种。两种。 好

7、氧堆肥化是在通风条件下，有游离氧存在时进行的分解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酵过程发酵过程。好氧堆肥堆温高，一般在。好氧堆肥堆温高，一般在5555以上，可维持以上，可维持7-117-11天天，极限可达，极限可达8080以上，亦称高温堆肥法。由于好氧堆肥法具有以上，亦称高温堆肥法。由于好氧堆肥法具有堆肥周期短、无害化程度高、卫生条件好、易于机械化操作等堆肥周期短、无害化程度高、卫生条件好、易于机械化操作等优点，在有关污泥、城市垃圾、畜禽粪便和农业秸秆等堆肥中优点，在有关污泥、城市垃圾、畜禽粪便和农业秸秆等堆肥中被广泛采用。被广泛采用。堆肥类型堆肥类型 碳氮是堆肥微生物所需

8、要的主要能量来源和物质来源，合碳氮是堆肥微生物所需要的主要能量来源和物质来源，合适的碳氮比是保证堆肥成功的关键因素之一，因此，堆肥常适的碳氮比是保证堆肥成功的关键因素之一，因此，堆肥常需要含碳较多的原料与含氮多的原料合理搭配需要含碳较多的原料与含氮多的原料合理搭配（ 。堆肥原料堆肥原料 好氧堆肥是在好氧堆肥是在有氧条件有氧条件下，好氧微生物通过自身的下，好氧微生物通过自身的分解代谢分解代谢和和合成代谢合成代谢过程，将一部分有机物分解氧化成简单的无机物，从中过程，将一部分有机物分解氧化成简单的无机物，从中获得微生物新陈代谢所需要的能量，同时将一部分的有机物转化获得微生物新陈代谢所需要的能量，同时

9、将一部分的有机物转化合成新的细胞物质的过程（见图合成新的细胞物质的过程（见图2-22-2）。）。是废弃物中有机物向稳定化程度较高的腐殖质方向是废弃物中有机物向稳定化程度较高的腐殖质方向转化转化, ,腐殖质的形成十分复杂，其生物学过程示意如下（图腐殖质的形成十分复杂，其生物学过程示意如下（图2-32-3）：）：值得指出的是，腐殖质形成非常缓慢，在有限的堆肥时间不可能形值得指出的是，腐殖质形成非常缓慢，在有限的堆肥时间不可能形成大量腐殖物质，但采用各种光谱分析的确发现，堆肥有机物结构成大量腐殖物质，但采用各种光谱分析的确发现，堆肥有机物结构芳构化程度明显有所提高。芳构化程度明显有所提高。堆肥的好处

10、真核细胞类型原生动物藻类直菌蓝绿藻酵母菌霉菌细菌原核细胞类型微生物堆肥中的微生物学堆肥的微生物学过程堆肥的微生物学过程当肥堆温度上升到当肥堆温度上升到45以上时，即进入高温以上时，即进入高温阶段。通常从堆积发酵开始，只须阶段。通常从堆积发酵开始，只须3天时间肥堆温度便能迅速地天时间肥堆温度便能迅速地升高到升高到55，1周内堆温可达到最高值（最高温可达周内堆温可达到最高值（最高温可达80）。此）。此时，嗜温性微生物受到抑制，嗜热性微生物逐渐取而代之。除前时，嗜温性微生物受到抑制，嗜热性微生物逐渐取而代之。除前一阶段残留的和新形成的可溶性有机物继续分解转化外，半纤维一阶段残留的和新形成的可溶性有机

11、物继续分解转化外，半纤维素、纤维素、蛋白质等复杂有机物素、纤维素、蛋白质等复杂有机物 也开始强烈分解。也开始强烈分解。 在在50左右进行活动的主要是嗜热性真菌和放线菌；温度上左右进行活动的主要是嗜热性真菌和放线菌；温度上升到升到60时，真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热性放线菌和细菌时，真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热性放线菌和细菌活动；温度上升到活动；温度上升到70以上时，大多数嗜热性微生物已不适宜，以上时，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。 高温对于堆肥的快速腐熟起到重要作用，在此阶段中堆肥内高温对于堆肥的快速腐熟起到重要作用，在此阶段中堆肥

12、内开始了腐殖质的形成过程，并开始出现能溶解于弱碱的黑色物质开始了腐殖质的形成过程，并开始出现能溶解于弱碱的黑色物质。通过高温能有效杀灭有机废弃物中病原物，按我国高温堆肥卫。通过高温能有效杀灭有机废弃物中病原物，按我国高温堆肥卫生标准（生标准（GB7959-87），），要求堆肥最高温度达要求堆肥最高温度达5055以上，持以上，持续续5-7天。表天。表2-3列举了常见的病原物致死温度和时间，表列举了常见的病原物致死温度和时间，表2-4为我为我国高温堆肥的卫生标准。国高温堆肥的卫生标准。3）、）、在高温阶段末期，只剩下部分较难分解的有机物和新形成的腐在高温阶段末期，只剩下部分较难分解的有机物和新形成

13、的腐殖质，此时微生物活性下降，发热量减少，温度下降。此时嗜殖质，此时微生物活性下降，发热量减少，温度下降。此时嗜温性微生物再占优势，对残留较难分解的有机物作进一步分解温性微生物再占优势，对残留较难分解的有机物作进一步分解，腐殖质不断增多且趋于稳定化，此时堆肥进入腐熟阶段。，腐殖质不断增多且趋于稳定化，此时堆肥进入腐熟阶段。降温后，需氧量大量减少，肥堆空隙增大，氧扩散能力增强，降温后，需氧量大量减少，肥堆空隙增大，氧扩散能力增强，此时只需自然通风。在强制通风堆肥中常见的后熟处理，即是此时只需自然通风。在强制通风堆肥中常见的后熟处理，即是将通气堆翻堆一次后，停止通气，让其腐熟。将通气堆翻堆一次后，

14、停止通气，让其腐熟。 图2-5是采用翻堆供氧和强制通风供氧进行污泥堆肥的温度变化图，从中可明显区分出不同堆肥阶段。强制通风供氧强制通风供氧翻堆供氧翻堆供氧OrganismMesophilic stageThermophilic stageStabilization stageSpecies present - # g-1 -#Bacteria Mesophilic Thermophilic108104106109101110761Actinomycetes Thermophilic10410810514Fungi Mesophilic Thermophilic10610310310710510

15、61816堆肥过程中微生物群落变化堆肥过程中微生物群落变化 搅拌翻堆条垛式发酵工艺搅拌翻堆条垛式发酵工艺（ 物料以垛状堆置，可以排列成多条平行的条垛，条垛的物料以垛状堆置，可以排列成多条平行的条垛，条垛的断面形状通常为三角形或梯形，断面形状通常为三角形或梯形，物料的成垛堆放可以用铲物料的成垛堆放可以用铲车进行操作（见图车进行操作（见图2-62-6a a）。）。在大规模的条垛系统中，物料的在大规模的条垛系统中，物料的翻动可通过移动式翻堆设备进行，图翻动可通过移动式翻堆设备进行，图2-62-6b b是融翻堆、粉碎、是融翻堆、粉碎、测温、测氧于一体的可移动的堆肥翻堆设备。测温、测氧于一体的可移动的堆

16、肥翻堆设备。 对于湿度较高的有机物，例如，城市污泥，畜禽粪便等对于湿度较高的有机物，例如，城市污泥，畜禽粪便等等在堆置前必须与干燥的蓬松剂或调理剂混合，使其混合等在堆置前必须与干燥的蓬松剂或调理剂混合，使其混合后堆料的含水率为后堆料的含水率为55-65%55-65%。蓬松剂可采用各种农业秸秆、。蓬松剂可采用各种农业秸秆、稻壳、木屑、树皮、甘蔗渣和干燥的回流堆肥产物等。稻壳、木屑、树皮、甘蔗渣和干燥的回流堆肥产物等。 好氧堆肥的基本工艺程序其发酵工艺流程见2-7通常在堆置后每通常在堆置后每4-74-7天可翻堆一次，天可翻堆一次，1 1个月后可停止翻堆，让其后个月后可停止翻堆，让其后熟。熟。对于垃

17、圾堆肥，堆肥前必须进行前处理，主要是对垃圾分选，去对于垃圾堆肥，堆肥前必须进行前处理，主要是对垃圾分选，去除粗大的无机物，回收各种金属，玻璃，塑料等，提高物料中可除粗大的无机物，回收各种金属，玻璃，塑料等，提高物料中可堆肥物质的比例。在前处理中有时需要对垃圾进行破碎处理，调堆肥物质的比例。在前处理中有时需要对垃圾进行破碎处理，调整垃圾的粒度，适宜的粒度范围是整垃圾的粒度，适宜的粒度范围是12126060mmmm。破碎与筛分可使原破碎与筛分可使原料的表面积增大，便于微生物繁殖，提高发酵速度。垃圾堆肥通料的表面积增大，便于微生物繁殖，提高发酵速度。垃圾堆肥通常不需要加调理剂和蓬松剂，只有水分含量适

18、宜，有机物含量达常不需要加调理剂和蓬松剂，只有水分含量适宜，有机物含量达20%20%以上，通常便可以单独堆肥。以上，通常便可以单独堆肥。搅拌翻堆设备 强制通风式固定垛发酵工艺（强制通风式固定垛发酵工艺（Aerated static pile） 该工艺与前者不同之处就在于物料在堆肥过程中不需要翻堆，该工艺与前者不同之处就在于物料在堆肥过程中不需要翻堆，氧气的供应是通过机械鼓风或抽风方式来提供，该工艺在污泥堆氧气的供应是通过机械鼓风或抽风方式来提供，该工艺在污泥堆肥中应用非常普遍肥中应用非常普遍, ,其流程如图其流程如图2-82-8所示。所示。 将脱水污泥与蓬松剂混合，体积比可为将脱水污泥与蓬松剂

19、混合，体积比可为1:1, 1:2, 1:31:1, 1:2, 1:3； 在堆肥场地上铺设小木块或蓬松剂约在堆肥场地上铺设小木块或蓬松剂约2020cmcm； 在上述基础上，将污泥与蓬松剂的混合物堆成高约在上述基础上，将污泥与蓬松剂的混合物堆成高约1.51.52 2M M的垛；的垛； 将垛的表面覆盖一层过筛后的堆肥产物将垛的表面覆盖一层过筛后的堆肥产物( (厚约厚约2020cm)cm)或覆盖一层塑料或覆盖一层塑料薄膜；薄膜； 将鼓风机或抽风机与通风管道连接，肥堆堆积将鼓风机或抽风机与通风管道连接，肥堆堆积3-43-4天后开始通风，天后开始通风，通风方式可以采用肥堆温度或氧气反馈装置自动调节。例如，

20、在温通风方式可以采用肥堆温度或氧气反馈装置自动调节。例如，在温度低于度低于4545时，风机开始工作，提供氧气，促进微生物的活动；当时，风机开始工作，提供氧气，促进微生物的活动；当温度处于温度处于45457070时，风机停止工作；当温度高于时，风机停止工作；当温度高于7070时，风机再时，风机再度工作，以降低肥堆的温度。也可以通过定时器控制风机的工作，度工作，以降低肥堆的温度。也可以通过定时器控制风机的工作，例如，可每隔例如，可每隔3 3小时通风小时通风15153030分钟。分钟。 若采用抽风方式，风机出来的气体通常先通过腐熟后的堆肥过滤脱若采用抽风方式，风机出来的气体通常先通过腐熟后的堆肥过滤

21、脱臭，再排入大气。臭，再排入大气。 通常堆肥通常堆肥4 4周后，肥堆翻堆一次，并停止通风，让其后熟，若需要周后，肥堆翻堆一次，并停止通风，让其后熟，若需要得到高度腐熟的堆肥，后熟时间最好为得到高度腐熟的堆肥，后熟时间最好为3030天以上。天以上。 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，也可以重新将鼓风机开启，保持大风量来驱逐水分。以重新将鼓风机开启，保持大风量来驱逐水分。 若堆肥中的蓬松剂（例如小木块）需要循环利用，还必须对堆肥进若堆肥中的蓬松剂（例如小木块）需要循环利用，还必须对堆肥进行筛分行筛分具体做法具体做法 现代

22、化的城市垃圾堆肥法通常由预处理（包括分选、破碎、现代化的城市垃圾堆肥法通常由预处理（包括分选、破碎、含水率和含水率和C/NC/N比的调整等）、一次发酵（也称主发酵，指从发酵比的调整等）、一次发酵（也称主发酵，指从发酵初期开始，经中温、高温然后到达温度开始下降的整个过程，一初期开始，经中温、高温然后到达温度开始下降的整个过程，一般为般为2 23 3周）、二次发酵（也称后发酵，指堆肥经过高温阶段，周）、二次发酵（也称后发酵，指堆肥经过高温阶段，温度开始下降直至温度稳定至温度开始下降直至温度稳定至35-4035-40、达到腐熟的阶段，一般、达到腐熟的阶段，一般需需3-43-4周）、后处理（包括去除杂

23、质和进行必要的破碎处理）、周）、后处理（包括去除杂质和进行必要的破碎处理）、脱臭及贮存等工序组成。脱臭及贮存等工序组成。发酵仓式堆肥法发酵仓式堆肥法图图2-92-9是杭州市发酵仓式城市垃圾堆肥处理流程：是杭州市发酵仓式城市垃圾堆肥处理流程：发酵仓式堆肥其它 有机物含量高，养分丰富有机物含量高，养分丰富 有恶臭有恶臭 含浓度不等的重金属等污染物含浓度不等的重金属等污染物 粘结性和可塑性特强，干燥困粘结性和可塑性特强，干燥困难难污泥主要特性总体思路一、污泥和畜禽粪便等高湿物料堆肥面临的问题 投资与运行成本 臭味控制 干燥二、采用的工艺：强制间歇通风工艺难点 污泥污泥混合与调节水分，温度等混合与调节

24、水分，温度等蓬松剂蓬松剂强制通风强制通风后熟后熟干燥干燥筛分筛分出售或进一步深加工出售或进一步深加工 部分循部分循环环蓬松剂循环使用蓬松剂循环使用：工艺流程尾气过滤抽风机腐熟肥堆导气层污泥堆料空气阀门鼓风机导气层污泥堆料空气阀门为原位快速使场地周围无恶臭，通风工艺为：在堆肥前三为原位快速使场地周围无恶臭，通风工艺为：在堆肥前三天，采用低风量的连续负压抽风（天，采用低风量的连续负压抽风（0.1 0.1 m m3/t/tmin)min)，三天后采三天后采用正常的间歇强制通风。可保证堆肥自始至终无恶臭用正常的间歇强制通风。可保证堆肥自始至终无恶臭 5 5、主要工艺参数二、固体废物的厌氧（发酵）二、固

25、体废物的厌氧（发酵） 沼气发酵，又称厌氧发酵或厌氧消化沼气发酵，又称厌氧发酵或厌氧消化，是指有机物质（如作物秸杆、杂草、人，是指有机物质（如作物秸杆、杂草、人畜粪便、垃圾、污泥及城市生活污水和工畜粪便、垃圾、污泥及城市生活污水和工业有机废水等）在厌氧条件下，通过种类业有机废水等）在厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、功能不同的各类微生物繁多、数量巨大、功能不同的各类微生物的分解代谢，最终产生沼气的过程。的分解代谢，最终产生沼气的过程。沼气发酵是一种存在了数十亿年，在自然界非常普通的自然现沼气发酵是一种存在了数十亿年，在自然界非常普通的自然现象。夏天农村，许多粪池表面都有一层白色的气泡，若搅动粪

26、象。夏天农村，许多粪池表面都有一层白色的气泡，若搅动粪池，泡沫就会从池底升起并聚集在液面，形成厚厚的一层泡沫池，泡沫就会从池底升起并聚集在液面，形成厚厚的一层泡沫，点燃一根火柴扔进粪池，就会看到蓝色的火苗在池面漫延，点燃一根火柴扔进粪池，就会看到蓝色的火苗在池面漫延，气泡消失了，火苗也灭了。这种现象就是粪池沼气燃烧形成的气泡消失了，火苗也灭了。这种现象就是粪池沼气燃烧形成的。食品工业产生的大量有机废水，未经处理排放时，也会厌氧发酵食品工业产生的大量有机废水，未经处理排放时，也会厌氧发酵产生大量的沼气。就是人类饲养的牛这类反刍动物，当其打嗝时产生大量的沼气。就是人类饲养的牛这类反刍动物，当其打嗝

27、时，从嘴里也会呼出不少的沼气。有人测量过，一头成年牛，每天，从嘴里也会呼出不少的沼气。有人测量过，一头成年牛，每天产生的沼气若能被利用的话，可煮好一顿饭。产生的沼气若能被利用的话，可煮好一顿饭。沼气是一种可再生能源，是由微生物产生的一种可燃性混合气沼气是一种可再生能源，是由微生物产生的一种可燃性混合气体，其主要成分是甲烷（体，其主要成分是甲烷（CHCH4 4），），大约占大约占60%60%，其次是二氧化碳，其次是二氧化碳（COCO2 2）大约占大约占35%35%，此外还有少量其它气体，如水蒸气、硫化，此外还有少量其它气体，如水蒸气、硫化氢、一氧化碳、氮气等。不同条件下产生的沼气，其成分有一氢、

28、一氧化碳、氮气等。不同条件下产生的沼气，其成分有一定的差异。例如人粪、鸡粪、屠宰废水发酵时，所产生的甲烷定的差异。例如人粪、鸡粪、屠宰废水发酵时，所产生的甲烷含量可达含量可达70%70%以上，农作物秸杆发酵所产生的沼气中甲烷含量一以上，农作物秸杆发酵所产生的沼气中甲烷含量一般为般为55%55%左右。左右。甲烷实际上是一种优质的气体燃料，在与适量的空气混合发生甲烷实际上是一种优质的气体燃料，在与适量的空气混合发生燃烧时，可产生一种淡兰色的火焰，其火焰温度最高可达燃烧时，可产生一种淡兰色的火焰，其火焰温度最高可达14001400，同时放出大量的热。，同时放出大量的热。燃料名称甲烷沼气煤气汽油柴油原

29、煤燃料量1m31m31m31kg1kg1kg发热量(KJ)35 82225 07516 72045 00039 17022 990备注纯含甲烷 70%沼气沼气发酵是由多种微生物在厌氧条件下分解有机物来完成的。沼气发酵是由多种微生物在厌氧条件下分解有机物来完成的。不同发酵原料和发酵条件下，沼气微生物的种类会有所不同。由不同发酵原料和发酵条件下，沼气微生物的种类会有所不同。由于参与发酵的微生物种类繁多，这就决定了发酵过程的复杂性，于参与发酵的微生物种类繁多，这就决定了发酵过程的复杂性，其产物除了沼气以外也是多种多样的。其产物除了沼气以外也是多种多样的。通常将参与沼气发酵的微通常将参与沼气发酵的微生

30、物分为三类：生物分为三类：第一类叫发酵细菌第一类叫发酵细菌。包括各种有机物分解菌，它们能分泌胞外。包括各种有机物分解菌，它们能分泌胞外酶，主要作用是将复杂的有机物分解成较为简单的物质。例如多酶，主要作用是将复杂的有机物分解成较为简单的物质。例如多糖转化为单糖，蛋白质转化为肽或氨基酸，脂肪转化为甘油和脂糖转化为单糖，蛋白质转化为肽或氨基酸，脂肪转化为甘油和脂肪酸。肪酸。第二类叫产氢产乙酸细菌第二类叫产氢产乙酸细菌。其主要作用是前一类细菌分解的产。其主要作用是前一类细菌分解的产物进一步分解成乙酸和二氧化碳。物进一步分解成乙酸和二氧化碳。 第三类细菌称产甲烷菌。第三类细菌称产甲烷菌。它们的作用是利用

31、乙酸、氢气和二氧它们的作用是利用乙酸、氢气和二氧化碳产生甲烷。化碳产生甲烷。在实际的发酵过程中这三类微生物既相互协调，又相互制约，在实际的发酵过程中这三类微生物既相互协调，又相互制约，共同完成产沼气过程。共同完成产沼气过程。 沼气发酵中的微生物从物质转化的角度来说，沼气发酵过程可分为三个阶段（见图从物质转化的角度来说，沼气发酵过程可分为三个阶段（见图1 1）。第一阶段是含碳有机聚合物的水解。纤维素、半纤维素、果）。第一阶段是含碳有机聚合物的水解。纤维素、半纤维素、果胶、淀粉、脂类、蛋白质等非水溶性含碳有机物，经细菌水解发胶、淀粉、脂类、蛋白质等非水溶性含碳有机物，经细菌水解发酵生成水溶性糖、醇

32、、酸等分子量较小的化合物，以及氢气和二酵生成水溶性糖、醇、酸等分子量较小的化合物，以及氢气和二氧化碳；第二阶段是各种水溶性产物经微生物降解形成甲烷底物氧化碳；第二阶段是各种水溶性产物经微生物降解形成甲烷底物，主要是乙酸、氢气和二氧化碳；第三阶段是产甲烷菌转化甲烷，主要是乙酸、氢气和二氧化碳；第三阶段是产甲烷菌转化甲烷底物生成底物生成CHCH4 4和和COCO2 2。另外，在沼气发酵过程中还存在某些逆向反另外，在沼气发酵过程中还存在某些逆向反应，即由小分子合成大分子物质的微生物过程。应，即由小分子合成大分子物质的微生物过程。沼气发酵的三个阶段沼气发酵微生物的生命活动，需要保证充足的营养。有机物是

33、沼气发酵微生物的生命活动，需要保证充足的营养。有机物是沼气发酵微生物的主要营养物质，是产生沼气的物质基础。沼沼气发酵微生物的主要营养物质，是产生沼气的物质基础。沼气发酵原料分布广泛、种类繁多。一般认为除木质素和矿物油气发酵原料分布广泛、种类繁多。一般认为除木质素和矿物油以外的有机废弃物都可经沼气发酵转化为甲烷。近来研究表明以外的有机废弃物都可经沼气发酵转化为甲烷。近来研究表明，木质素降解的中间产物，木质素降解的中间产物-10-10多种芳香烃的衍生物，也可多种芳香烃的衍生物，也可厌氧降解产生甲烷。因此，厌氧降解产生甲烷。因此，自然界中几乎所有的有机物质都可自然界中几乎所有的有机物质都可作为沼气发

34、酵的原料作为沼气发酵的原料。人工制取沼气的主要原料是畜禽粪便污水、食品加工业、制药人工制取沼气的主要原料是畜禽粪便污水、食品加工业、制药和化工废水、生活污水等。和化工废水、生活污水等。在农村，也用农作物秸杆制取沼气。在农村，也用农作物秸杆制取沼气。 沼气发酵的优点：沼气发酵的优点： 沼气发酵后残渣中有机物含量减少；消化后残渣是一种气味很沼气发酵后残渣中有机物含量减少；消化后残渣是一种气味很小的固体或流体，不吸引苍蝇或鼠类；可产生有用的终产物小的固体或流体，不吸引苍蝇或鼠类；可产生有用的终产物甲甲烷，它是清洁而方便的燃料；在沼气发酵过程中杂草种子和一些烷，它是清洁而方便的燃料；在沼气发酵过程中杂

35、草种子和一些病原物被杀灭；发酵过程中病原物被杀灭；发酵过程中N N、P P、K K等肥料成分几乎得到全部保等肥料成分几乎得到全部保留，一部分有机氮被水解成氨态氮，速效性养分增加；发酵残渣留，一部分有机氮被水解成氨态氮，速效性养分增加；发酵残渣可作为饲料；沼气发酵在处理有机物可大量地节省曝气消化所消可作为饲料；沼气发酵在处理有机物可大量地节省曝气消化所消耗的能量；厌氧活性污泥可保存数月而无需投加营养物，当再次耗的能量；厌氧活性污泥可保存数月而无需投加营养物，当再次投料时可很快启动投料时可很快启动. . 沼气发酵的缺点：沼气发酵的缺点： 设备较复杂，建设投资较高；要求高标准的施工、管理和保设备较复

36、杂，建设投资较高；要求高标准的施工、管理和保养；由于厌氧菌繁殖速度慢，工艺启动时间长；养；由于厌氧菌繁殖速度慢，工艺启动时间长；沼气发酵的优缺点沼气发酵的优缺点（1 1）按发酵温度分类）按发酵温度分类 可将厌氧发酵工艺分为常温发酵可将厌氧发酵工艺分为常温发酵( (自然发酵自然发酵) )、中温发酵和高温发、中温发酵和高温发酵。酵。 常温发酵也称自然发酵、变温发酵，其主要特点为发酵温常温发酵也称自然发酵、变温发酵，其主要特点为发酵温度随自然气温的四季变化规律而变化，但沼气产量不稳定，因而度随自然气温的四季变化规律而变化，但沼气产量不稳定，因而转化效率低。转化效率低。 中温发酵的温度控制恒定在中温发

37、酵的温度控制恒定在28382838，因而沼气产量稳定，转化，因而沼气产量稳定，转化效率较高，主要用于大中型产沼工程、高浓度有机废水的处理等。效率较高，主要用于大中型产沼工程、高浓度有机废水的处理等。 高温发酵的温度控制在高温发酵的温度控制在48-6048-60，因而分解速度快，处理时间短，因而分解速度快，处理时间短，产气量高，能有效杀死寄生虫卵，但需加温和保温设备，主要适产气量高，能有效杀死寄生虫卵，但需加温和保温设备，主要适用于高浓度有机废水、城市生活垃圾和粪便的无害化处理及农作用于高浓度有机废水、城市生活垃圾和粪便的无害化处理及农作物秸杆的处理等。物秸杆的处理等。按照厌氧发酵的温度、进料方

38、式、装置类型和原料的物理状况按照厌氧发酵的温度、进料方式、装置类型和原料的物理状况、发酵装置，可将厌氧发酵划分为若干类型。、发酵装置，可将厌氧发酵划分为若干类型。（2 2）按进料方式分类）按进料方式分类厌氧发酵的进料方式有批量进料、半连续进料和连续进料。厌氧发酵的进料方式有批量进料、半连续进料和连续进料。 1. 批量发酵批量发酵 是指将发酵原料和接种物一次性装满沼气池，中途不是指将发酵原料和接种物一次性装满沼气池，中途不再添加新料，产气结束后一次性出料。固体含量高的原料，如再添加新料，产气结束后一次性出料。固体含量高的原料，如作物秸杆、有机垃圾等由于日常进、出料不方便，进行沼气发作物秸杆、有机

39、垃圾等由于日常进、出料不方便，进行沼气发酵常采用这一方法。此类发酵方式的有机负荷率、池容产气率酵常采用这一方法。此类发酵方式的有机负荷率、池容产气率只能计算平均值。只能计算平均值。产气特点是初期少，以后逐渐增加，然后产气保持基本稳定，再后产气又逐步减少，直到出料。2. 连续发酵连续发酵 是指沼气池加满料正常产气后，每天分几次或连续不是指沼气池加满料正常产气后，每天分几次或连续不断地加入预先设计的原料，同时也排出相同体积的发酵料液。断地加入预先设计的原料，同时也排出相同体积的发酵料液。大中型沼气工程通常采用。大中型沼气工程通常采用。3. 半连续发酵半连续发酵 是指沼气池正常产气后，不定期、不定量

40、地添加新是指沼气池正常产气后，不定期、不定量地添加新料，在发酵过程中，往往根据其它因素（如农田用肥需要）不料，在发酵过程中，往往根据其它因素（如农田用肥需要）不定量出料。我国农村沼气池通常采用这一方式。定量出料。我国农村沼气池通常采用这一方式。（3 3）按原料的物理状况分类）按原料的物理状况分类可分为液体发酵、固体发酵和高浓度发酵。可分为液体发酵、固体发酵和高浓度发酵。液体发酵是指固体含量在液体发酵是指固体含量在10%10%以下，发酵物料呈流动态的液状物以下，发酵物料呈流动态的液状物质的厌氧发酵，如有机废水的厌氧处理，农村水压式沼气池的质的厌氧发酵，如有机废水的厌氧处理，农村水压式沼气池的发酵

41、等。发酵等。固体发酵又称干发酵，其原料总固体含量在固体发酵又称干发酵，其原料总固体含量在20%20%左右，物料中不左右，物料中不存在可流动的液体而呈固态，发酵过程中所产沼气甲烷含量较存在可流动的液体而呈固态，发酵过程中所产沼气甲烷含量较低，气体转化效率较差，适用于垃圾发酵和农村部分地区特别低，气体转化效率较差，适用于垃圾发酵和农村部分地区特别是缺水的北方地区的禽畜粪便处理。是缺水的北方地区的禽畜粪便处理。高浓度发酵介于液体废酵和固体废酵之间，发酵物料的总固体高浓度发酵介于液体废酵和固体废酵之间，发酵物料的总固体含量一般为含量一般为15-20%15-20%，适用于农村的沼气发酵，粪便的厌氧发酵，

42、适用于农村的沼气发酵，粪便的厌氧发酵等。等。（4 4）按发酵方式分类）按发酵方式分类按发酵阶段划分，厌氧发酵可分为一步按发酵阶段划分，厌氧发酵可分为一步 ( (单级单级) )发酵、二步发酵、二步( (或两相或两相) )发酵或多步发酵。发酵或多步发酵。1 1一步一步发酵发酵 是指最常见的发酵类型。简单地说。就是是指最常见的发酵类型。简单地说。就是产酸和产产酸和产甲烷是在同一装置中进行甲烷是在同一装置中进行。单级发酵对处理废水废物中的。单级发酵对处理废水废物中的BODBOD来来说，不如两级或多级理想，但从获得能源的角度来说是可行的。说，不如两级或多级理想，但从获得能源的角度来说是可行的。2 2两相

43、发酵两相发酵 它是根据它是根据产酸和产甲烷两个不同阶段是由两类不同产酸和产甲烷两个不同阶段是由两类不同的微生物所调节的原理而设计的的微生物所调节的原理而设计的。这两类微生物在生理学、营养。这两类微生物在生理学、营养需要、生长和代谢特征、对环境的要求和对环境刺激的敏感性等需要、生长和代谢特征、对环境的要求和对环境刺激的敏感性等方面有重大差异。两级发酵能大大提高产气量和挥发性固体的分方面有重大差异。两级发酵能大大提高产气量和挥发性固体的分解效率，缩短发酵周期，节约成本和运转费用，还能更有效地进解效率，缩短发酵周期，节约成本和运转费用，还能更有效地进行废物处理。其工艺流程为：行废物处理。其工艺流程为

44、：（1 1）纤维素原料进行化学水解（如采用酸、碱），产生一定浓度）纤维素原料进行化学水解（如采用酸、碱），产生一定浓度的葡萄糖，进入酸消化器发酵产酸，或者是将原料直接加入酸的葡萄糖，进入酸消化器发酵产酸，或者是将原料直接加入酸消化器。消化器。（2 2）加入接种物。一般加入各种活性污泥或消化器排出物。）加入接种物。一般加入各种活性污泥或消化器排出物。（3 3）维持酸消化器的适宜发酵条件，使产酸菌达到优势生长，大）维持酸消化器的适宜发酵条件，使产酸菌达到优势生长，大量产生挥发酸。为此，必须控制量产生挥发酸。为此，必须控制pHpH在在5.75.7左右，最多不能超过左右，最多不能超过6.06.0，适宜

45、，适宜EhEh为为240240mVmV，温度温度2222左右。采用加大纤维素浓度左右。采用加大纤维素浓度可降低可降低pHpH，提高产酸量。这一阶段的发酵产物为挥发酸，如乙提高产酸量。这一阶段的发酵产物为挥发酸，如乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸等，其中乙酸含量最高。酸、丙酸、丁酸、异丁酸等，其中乙酸含量最高。（4 4）维持适宜的甲烷发酵条件。将酸消化器产生的大量挥发酸排）维持适宜的甲烷发酵条件。将酸消化器产生的大量挥发酸排入甲烷消化器。控制入甲烷消化器。控制pHpH在在7.47.47.57.5，适宜，适宜EhEh为为330330mVmV，适宜温适宜温度度36363737。（5 5）排气）排气两相发酵的

46、一般步骤水压式沼气池是我国农村目前推广的主要池型，它合并发酵和贮气水压式沼气池是我国农村目前推广的主要池型，它合并发酵和贮气于同一空间内，于同一空间内，下部为发酵间，上部为贮气间。发酵时所产生的气下部为发酵间，上部为贮气间。发酵时所产生的气体从水中逸出后，聚集于贮气间，使贮气间压力不断升高。这样发体从水中逸出后，聚集于贮气间，使贮气间压力不断升高。这样发酵料液就被不断升高的气压压进水压间，使水压间水位上升，直至酵料液就被不断升高的气压压进水压间，使水压间水位上升，直至池内气压和水压间与发酵间的水位差所形成的压力相等为止。产气池内气压和水压间与发酵间的水位差所形成的压力相等为止。产气越多，水位压

47、就越大，压力也越大。当沼气被利用时，池内气体降越多，水位压就越大，压力也越大。当沼气被利用时，池内气体降低，水压间的料液便返回发酵间。这样，随着气体的产生和被利用低，水压间的料液便返回发酵间。这样，随着气体的产生和被利用，水压间和发酵间的水位差也不断变化，始终保持与池内气压相平，水压间和发酵间的水位差也不断变化，始终保持与池内气压相平衡。衡。常用发酵器 浮罩式沼气池与水压式沼气池的区别在于：浮罩式沼气池与水压式沼气池的区别在于：以浮罩代替气箱以浮罩代替气箱。产气时，沼气输。产气时，沼气输入入浮罩中贮存；用气时，沼气由浮罩内输出。浮罩式沼气池有两种浮罩中贮存；用气时，沼气由浮罩内输出。浮罩式沼气

48、池有两种“顶浮罩式沼顶浮罩式沼气池气池”（图（图5）和）和“分离浮罩式沼气池分离浮罩式沼气池”（图（图6）。）。 顶浮罩式沼气池多用作小型沼气池，分离浮罩式沼气池既可小型沼气池，又顶浮罩式沼气池多用作小型沼气池，分离浮罩式沼气池既可小型沼气池，又可用作大、中型沼气工程。可用作大、中型沼气工程。 浮罩式沼气池的优点是：沼气输出压强恒定，给沼招气燃烧器的使用带来方浮罩式沼气池的优点是：沼气输出压强恒定，给沼招气燃烧器的使用带来方便；发酵间的压强小，减少了沼气和料液的渗漏。所产生的沼气，另外贮存于红便；发酵间的压强小，减少了沼气和料液的渗漏。所产生的沼气，另外贮存于红泥塑料气袋或浮罩贮气柜中，则称为

49、气袋式或分离浮罩式沼气池。泥塑料气袋或浮罩贮气柜中，则称为气袋式或分离浮罩式沼气池。 常用发酵器（1 1）厌氧条件）厌氧条件 产酸阶段的不产甲烷微生物大多数是厌氧茵，产酸阶段的不产甲烷微生物大多数是厌氧茵，需要在厌氧的条件下，把复杂的有机物质分需要在厌氧的条件下，把复杂的有机物质分解成简单的有机酸等。而产气阶段的产甲烷解成简单的有机酸等。而产气阶段的产甲烷细菌更是专性厌氧菌，不仅不需要氧，氧对细菌更是专性厌氧菌，不仅不需要氧，氧对产甲烷细菌反而有毒害作用，培养中要求氧产甲烷细菌反而有毒害作用，培养中要求氧化还原电位在化还原电位在-330-330毫伏以下。因此，必需创毫伏以下。因此，必需创造厌氧

50、的环境条件。造厌氧的环境条件。 甲烷菌的生长需要严格的厌氧环境，在有氧甲烷菌的生长需要严格的厌氧环境，在有氧的环境中，甲烷菌不增长而受到抑制，但并的环境中，甲烷菌不增长而受到抑制，但并不死亡。不死亡。沼气发酵的工艺条件及其控制沼气发酵的工艺条件及其控制（2 2）温度）温度沼气发酵与温度有密切的关系。一般来讲，池内发酵液沼气发酵与温度有密切的关系。一般来讲，池内发酵液温度在温度在1010以上，只要其他条件配合得好以上，只要其他条件配合得好( (如酸碱度适如酸碱度适宜，发酵菌多宜，发酵菌多) )就可以开始发酵，产生沼气。不过在一就可以开始发酵，产生沼气。不过在一定范围内，温度愈高微生物活性愈强。多

51、年的试验结果定范围内，温度愈高微生物活性愈强。多年的试验结果表明，代谢速度在表明，代谢速度在35-3835-38有一个高峰，有一个高峰，50-6550-65有另一有另一高峰。一般厌氧发酵常控制在这两个温度内，以获得尽高峰。一般厌氧发酵常控制在这两个温度内，以获得尽可能高的降解速度，前者称为中温发酵，后者称为高温可能高的降解速度，前者称为中温发酵，后者称为高温发酵，低于发酵，低于2020的称为常温发酵。的称为常温发酵。甲烷菌对温度的急剧变化非常敏感，即使温度只降低甲烷菌对温度的急剧变化非常敏感，即使温度只降低22，也能立即产生不良影响，产气下降，温度再次上，也能立即产生不良影响，产气下降，温度再

52、次上升才又开始慢慢恢复其活性。另一方面，如果温度上升升才又开始慢慢恢复其活性。另一方面，如果温度上升过快，当出现很大温差时会对产气量产生不良影响。因过快，当出现很大温差时会对产气量产生不良影响。因此，厌氧发酵过程还要求温度相对稳定，一天内的变化此，厌氧发酵过程还要求温度相对稳定，一天内的变化范围在范围在22内为宜内为宜。 （3）pHw沼气池正常发酵时，通常是微碱性环境，沼气池正常发酵时，通常是微碱性环境，pHpH值大都是在值大都是在7.07.07.57.5。对于大中型沼气发酵工程来说，。对于大中型沼气发酵工程来说，pHpH值通常是一个重要的监值通常是一个重要的监测指标，其目的是在测指标，其目的

53、是在pHpH刚发生下降时，通过调整进料或采取其刚发生下降时，通过调整进料或采取其他措施使发酵正常。他措施使发酵正常。w在发酵过程中，在发酵过程中，pHpH的变化规律是：在发酵初期由于产酸菌的作的变化规律是：在发酵初期由于产酸菌的作用，有机酸大量形成，用，有机酸大量形成，pHpH下降。随着发酵时间的延长，蛋白质下降。随着发酵时间的延长，蛋白质水解菌和氨化细菌的作用，产生缓冲剂水解菌和氨化细菌的作用，产生缓冲剂氨，中和有机酸并形氨，中和有机酸并形成能缓冲发酵液成能缓冲发酵液pHpH环境的相应盐类。环境的相应盐类。w在正常情况下，沼气发酵的在正常情况下，沼气发酵的pHpH是一个自然平衡的过程，一般不

54、是一个自然平衡的过程，一般不需调节。只有在配料和管理不当的情况下才会出现挥发酸的大需调节。只有在配料和管理不当的情况下才会出现挥发酸的大量积累，量积累，pHpH下降。调节措施有：下降。调节措施有： （1 1）稀释发酵液的挥发酸，提高稀释发酵液的挥发酸，提高pHpH。 （2 2）采用加草木灰或适量氨水来提高采用加草木灰或适量氨水来提高pHpH。 （3 3）用石灰水调节用石灰水调节pHpH，特别是当发酵液过酸时。但需特别指出的是，加石灰特别是当发酵液过酸时。但需特别指出的是，加石灰水调节时，一定要采用澄清液，同时也要保证与发酵液充分混合。否则强碱水调节时，一定要采用澄清液，同时也要保证与发酵液充分

55、混合。否则强碱区域内微生物的活性要受到破坏。另外，在沼气池加入石灰后，会与池中的区域内微生物的活性要受到破坏。另外，在沼气池加入石灰后，会与池中的COCO2 2结合生成碳酸钙沉淀。结合生成碳酸钙沉淀。COCO2 2是氢的受体，接受氢而形成甲烷。是氢的受体，接受氢而形成甲烷。COCO2 2过份减少，过份减少，厌氧代谢就要受到抑制。厌氧代谢就要受到抑制。 （4）营养和原料处理1.1. 充足的发酵原料是产生沼气的物质基础。各种微生物在其生命充足的发酵原料是产生沼气的物质基础。各种微生物在其生命活动过程中不断地从外界吸收营养，以构成菌体和提供生命活活动过程中不断地从外界吸收营养，以构成菌体和提供生命活

56、动所需的能量。同时，在降解有机质过程中形成许多中间代谢动所需的能量。同时，在降解有机质过程中形成许多中间代谢产物。厌氧发酵要求的碳氮比例并不十分严格，原料的碳氮比产物。厌氧发酵要求的碳氮比例并不十分严格，原料的碳氮比例为例为15-3015-30：1 1，即可正常发酵。，即可正常发酵。2.2. 磷素含量磷素含量( (以磷酸盐计以磷酸盐计) )一般要求为有机物量的一般要求为有机物量的1/10001/1000。磷素与。磷素与碳之比以碳之比以5 5：1 1为好。为好。3.3. 在废水处理中，进行厌氧发酵时，要求废水中必须含有适于微在废水处理中，进行厌氧发酵时，要求废水中必须含有适于微生长的营养成分。氮氨比要适宜。氮素太少，则构成菌体的量生长的营养成分。氮氨比要适宜。氮素太少，则构成菌体的量少，同时，发酵液的缓冲力减小，少，同时，发酵液的缓冲力减小，pHpH下降，抑制发酵。相反，下降，抑制发酵。相反，氮素过多，由于氨基酸等分解生成的氨量比有机酸多，使氮素过