固体废物第六章有机固体废物堆肥与厌氧发酵

固体废物第六章有机固体废物堆肥与厌氧发酵第一页，共一百一十五页，2022年，8月28日6.1堆肥原理及影响因素6.2有机废物堆肥工艺6.3好氧堆肥设备6.4有机固体废物的厌氧发酵原理6.5厌氧发酵设备与工艺6.6沼气与沼渣的综合利用目录第二页，共一百一十五页，2022年，8月28日6.1

堆肥原理与影响因素是常用的生物转换技术是稳定化、无害化、资源化的重要方式1、堆肥化（Composting）定义在人工控制的条件下，利用自然界中广泛分布的细菌、放线菌真菌等微生物的新陈代谢作用，在中高温好氧条件下，把固体废物中可降解的有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。第三页，共一百一十五页，2022年，8月28日这个定义强调：作为堆肥化的原料是可生物降解的固体废物；堆肥过程是在人工控制条件下进行，不同于卫生填埋、废物的自然腐烂与腐化；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。堆肥化的产物称为堆肥（compost）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“腐殖土”。是一种具有一定肥效的土壤改良剂和调节剂。第四页，共一百一十五页，2022年，8月28日预处理方法：破碎、混合、分选提高有机物含量、调整物料粒度调整水分和C/N比预处理四大目的适合堆肥和厌氧发酵的有机废物禽畜粪便城市垃圾污泥泔脚等食品废物农林废物第五页，共一百一十五页，2022年，8月28日堆肥的作用使土质松软，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。阳离子交换容量大，N、K、NH4+以阳离子形式存在腐殖质中某种成分有鳌合作用，降低重金属的危害蛋白质氮的形式，缓效肥料增加土壤中微生物，是昼夜有效的废料是CO2的供给源第六页，共一百一十五页，2022年，8月28日使用堆肥的注意事项堆肥内富含微生物，最好用于土壤表面。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。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。不宜装在密封袋中搬运和保存。第七页，共一百一十五页，2022年，8月28日根据堆制过程的需氧程度，可以把堆肥化分成：好氧堆肥：通常好氧堆肥堆温高，一般在55℃～60℃，极限可达80～90℃，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，3～12个月。第八页，共一百一十五页，2022年，8月28日2.好氧堆废原理细胞物质（微生物繁殖）有机物（C、H、O、N、P、S）合成同化作用分解异化作用排入环境＋CO2,H2O,NH3,PO43-,SO42-能量释放、转化为热微生物氧气有机物的好氧堆肥分解第九页，共一百一十五页，2022年，8月28日1）有机物氧化不含氮有机物：含氮有机物CsHtNuOv∙aH2O+bO2→CwHxNyOz·cH2O+dH2O(气)+eH2O(液)+fCO2+gNH3+热量堆肥第十页，共一百一十五页，2022年，8月28日1）中温阶段初期，堆层呈中温（15～45℃），嗜温性微生物活跃，温度不断上升。嗜温性微生物包括：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好氧堆肥过程第十一页，共一百一十五页，2022年，8月28日2）高温阶段堆温升至45℃以上，嗜热微生物可溶性有机物质继续分解，复杂有机物如半纤维素、纤维素和蛋白质也开始被强烈分解。

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。好氧堆肥过程第十二页，共一百一十五页，2022年，8月28日

表6-1几种常见病菌与寄生虫的死亡温度名称死亡情况沙门氏伤寒菌46℃以上不生长；55~60℃，30分钟内死亡沙门氏菌属56℃，1小时内死亡；60℃，15~20分钟死亡志贺氏杆菌55℃，1小时内死亡大肠杆菌55℃，1小时内死亡；60℃，15~20分钟内死亡阿米巴属68℃死亡无钩涤虫71℃，5分钟内死亡美洲钩虫45℃，50分钟内死亡流产布鲁士菌61℃，3分钟内死亡化脓性细球菌50℃，10分钟内死亡酿浓链球菌54℃，10分钟内死亡结核分枝杆菌66℃，15~20分钟内死亡，有时在67℃死亡牛结核杆菌55℃，45分钟内死亡第十三页，共一百一十五页，2022年，8月28日3）腐熟阶段（降温阶段）

内源呼吸后期，较难分解有机物。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。好氧堆肥过程第十四页，共一百一十五页，2022年，8月28日3.影响好氧堆肥的主要因素化学因素:C/N、O2、有机物含量，C/P、pH也有影响物理因素：温度、颗粒物尺寸、含水率生物因素：微生物种群第十五页，共一百一十五页，2022年，8月28日1）通风供氧目的：微生物分解有机物带走水气，干化物料方式：自然通风、通风管通风、斗式装载机及翻推机、风机强制通风。第十六页，共一百一十五页，2022年，8月28日2）含水率水分是微生物生命活动的介质，影响物料孔隙度和透气性适宜水分50%～60%太低时，可配以粪水或污泥调节第十七页，共一百一十五页，2022年，8月28日3）温度是影响微生物活动和堆肥工艺过程的重要因素一般认为最佳温度在50～60℃之间考虑杀灭病菌和虫卵，温度大于55℃并保持几天第十八页，共一百一十五页，2022年，8月28日4）其它影响因素有机质含量温度和供氧20％～80％粒度表面积大小和供氧适宜12～60mmC/N比（4～30）:1C/P比（75～150）:1pH7.5～8.5第十九页，共一百一十五页，2022年，8月28日4.堆肥的腐熟度及其判定（1）堆肥腐熟度定义指成品堆肥的稳定程度通过微生物的作用，堆肥产品要达到稳定化、无害化；在使用期间，不能影响作物的生长和土壤的耕作能力。工程上衡量堆肥反应完成的信号农业上是堆肥质量的指标第二十页，共一百一十五页，2022年，8月28日（2）判定方法直观经验法：茶褐色或黑褐色，无恶臭，质地松散，具有泥土芳香气味淀粉测试法：高氯酸+碘耗氧速率法：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

物理方法化学方法生物活性植物毒性分析第二十一页，共一百一十五页，2022年，8月28日（一）好氧堆肥基本工艺

1.堆肥分类

1）按温度范围：中温堆肥：15~45℃，不能有效杀灭病原菌，目前较少采用。高温堆肥:一般在50~65℃，极限可达80~90℃，杀灭病菌，减少臭气产生，采用较多。6.2有机废物堆肥工艺第二十二页，共一百一十五页，2022年，8月28日

2）按堆肥中物料运动形式间歇式堆肥：一批一批地堆制连续式堆肥：机械连续进料、出料，周期短（3~7d），杀灭病原微生物，防异味，成品质量高等特点。3）按堆肥堆制方式露天式堆肥：装置式堆肥：机械化程度高，堆肥时间短，占地面积小，环境条件好，堆肥质量可控可调第二十三页，共一百一十五页，2022年，8月28日2.好氧堆肥工艺

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好氧堆肥工艺。堆肥的基本工序通常都由前处理、主发酵（一次发酵）、后发酵（二次发酵）、后处理、脱臭及贮存等工序组成。固体废物有机固体废物预处理无机物搅拌机机械发酵池风机后处理后发酵贮藏出售工厂化机械堆肥工艺流程第二十四页，共一百一十五页，2022年，8月28日1）前处理以城市生活垃圾为堆肥原料时，前处理通常包括破碎、分选、筛分等工序。除去杂物，调整含水率，增大表面积。在以家畜粪便、污泥等为堆肥原料时，前处理的主要任务是调整水分和碳氮比，或者添加菌种和酶制剂。第二十五页，共一百一十五页，2022年，8月28日2）主发酵（一次发酵）在发酵仓内进行，通过翻堆搅拌或强制通风供氧。中温阶段→高温阶段，嗜温菌→嗜热菌。大部分有机物被降解，病原菌被杀灭，堆层温度开始下降。通常，将温度升高到开始降低为止的阶段为主发酵阶段。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10～12d。第二十六页，共一百一十五页，2022年，8月28日3）后发酵（二次发酵）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，得到完全成熟的堆肥制品。通常，把物料堆积到1～2m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。时间较长，通常在20～40d。第二十七页，共一百一十五页，2022年，8月28日4）后处理经二次发酵，变细碎和变形，数量也有所减少（体积减少到50-70％），已成为粗堆肥。分选工序去除杂物，并根据需要，如生产精制堆肥等，则应进行再破碎过程。也可在散装堆肥中加入N、P、K添加剂生产复合肥，做成袋装产品。有时还需要固化造粒以利贮存。第二十八页，共一百一十五页，2022年，8月28日5）脱臭堆肥过程中，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。去除臭气的方法：化学除臭剂除臭；水、酸、碱溶液吸收法；熟堆肥、活性炭或沸石等吸附剂吸附法；臭氧氧化法；土壤脱臭过滤器第二十九页，共一百一十五页，2022年，8月28日6）贮存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。贮存方式：可直接堆存在二次发酵仓中，或装入袋中。贮存的要求：是干燥而透气的室内环境。第三十页，共一百一十五页，2022年，8月28日典型好氧堆肥工艺静态好氧堆肥工艺通常采用露天的静态强制通风剁形式，或在密闭的发酵池、发酵箱、静态发酵仓内进行。一批原料堆积成条垛或置于发酵装置内后，不再添加新料和翻倒，直到堆肥腐熟后运出。缺点：有机物和微生物分布不均匀，容易造成厌氧状态。第三十一页，共一百一十五页，2022年，8月28日间歇式发酵工艺

间歇式发酵工艺是将原料一批一批地发酵，一批原料堆积之后不再添加新料，待完成发酵成为腐殖质运出。由于该工艺的一次发酵周期只需10天左右，故可加快发酵池的周转，建池数量可比周期30天的一次发酵方式减少2/3，还由于第一次发酵后将非堆腐物排除，可使堆肥体积减少1/2，此外，因堆肥由一次发酵转入二次发酵时，经过机械翻倒，故加快了腐熟化进程，缩短了发酵周期。第三十二页，共一百一十五页，2022年，8月28日连续发酵工艺

连续发酵工艺采取连续进料和连续出料方式发酵，原料在一个专设的发酵装置内完成中温和高温发酵过程。这种系统除具有发酵时间短，能杀灭病源微生物外，还能防止异味，成品质量比较高，已在美国、日本、欧洲广为采用。第三十三页，共一百一十五页，2022年，8月28日第三十四页，共一百一十五页，2022年，8月28日计量板式给料机初选（人工）发酵仓出仓二次发酵垃圾入场磁选滚筒筛堆肥污水粪便计量废铁填埋回收物粪便入场武汉市城市垃圾堆肥发酵系统

第三十五页，共一百一十五页，2022年，8月28日粪便输送垃圾发酵仓熟料振动筛细料通风磁选农肥粗料分拣利用浸滤液集水井冲洗水调节池初沉池污泥曝气池竖流池污泥回用池上海市城市垃圾堆肥发酵系统工艺流程第三十六页，共一百一十五页，2022年，8月28日城市生活垃圾贮料池抓吊废铁滚筒筛人工分选粗大无机物去填埋混合滚筒污水池风机出料机二次发酵出料机风机一次发酵振动给料机散装堆肥装袋机填埋出售滚筒筛杭州市垃圾堆肥厂工艺流程图第三十七页，共一百一十五页，2022年，8月28日脱臭戽斗式翻堆机贮槽定量给料器一次发酵仓家畜尿回转振动筛二次发酵仓杂质污水池土壤脱臭装置干净气体日本长野县堆肥化系统流程图第三十八页，共一百一十五页，2022年，8月28日手选锤式破碎机振动传输带废纸捆包机非堆肥物收集箱轻质物：纸及塑料磁选机罐头盒双螺旋混合机空气发酵仓（4座）粉碎机（3台）旋风分离器气体燃料空气加热器旋风分离器污泥水：到下水道搅拌机布料机浓缩污泥槽离心机高温空气空气旋转干燥器堆肥德克萨斯州休斯敦日处理360吨垃圾堆肥厂流程第三十九页，共一百一十五页，2022年，8月28日第四十页，共一百一十五页，2022年，8月28日6.3好氧堆肥设备立式堆肥发酵塔筒

仓

式

堆

肥

发

酵

仓卧式堆肥发酵滚筒箱式堆肥发酵池堆

集

式计量设备→进料供料设备→预处理设备→一次发酵设备→二次发酵设备→后处理设备→产品精加工设备等第四十一页，共一百一十五页，2022年，8月28日计量设备：地磅称供料设备：贮料仓、进料斗、起重机等。预处理设备：破包机、撕碎机、分选机、混合搅拌机等。发酵设备：一次发酵设备、二次发酵设备等。后处理设备：筛选机、烘干造粒机、配肥、包装机等。其它设备：脱臭装置、污水导排与处理装置、配电与控制装置；第四十二页，共一百一十五页，2022年，8月28日1.立

式

堆

肥

发

酵

塔（1）立式多层圆筒式呈多层圆筒形，密闭结构强制通风温度从上到下逐渐升高一次发酵时间：3~7天第四十三页，共一百一十五页，2022年，8月28日第四十四页，共一百一十五页，2022年，8月28日（2）立式多层闭合门式呈多层条形，每层堆高不超过1米。在每一层床都有闭合门，在反复切断输送的同时，利用打开闭合门来顺序向下输送原料。一次发酵时间：5~10天

第四十五页，共一百一十五页，2022年，8月28日第四十六页，共一百一十五页，2022年，8月28日立式堆肥发酵塔：优点、缺点立式多层圆筒式发酵塔占地面积小；除臭设备体积小。堆积低，容积有效利用率低；装置运行所需的动力大；在堆肥过程中物料容易呈压实块状化，通气性能差；多层结构，整个装置很高.优点立式多层板闭合门式发酵塔占地面积小；除臭设备体积小。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；必须配备原料供给装置；多层结构，装置很高。

缺点第四十七页，共一百一十五页，2022年，8月28日（3）立式多层桨叶刮板式呈多层圆筒形，每层堆高1~1.5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。一次发酵时间：3~7天第四十八页，共一百一十五页，2022年，8月28日（4）立式多层移动床式该装置呈多层条形，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。一次发酵时间：8~10天第四十九页，共一百一十五页，2022年，8月28日3）后发酵（二次发酵）立式堆肥发酵塔：优点、缺点立式多层桨叶刮板式发酵塔利用旋转刮板重复切断，无压实块状化；通气阻力及动力消耗小；占地面积小；除臭设备体积小。

多层结构，装置很高。立式多层移动床式发酵塔占地面积小；除臭设备体积小物料容易压实，通气性能差；床的移动机构复杂；多层结构,装置很高。四、好氧堆肥设备第五十页，共一百一十五页，2022年，8月28日2.卧

式

堆

肥

发

酵

滚筒旋转发酵池结构第五十一页，共一百一十五页，2022年，8月28日第五十二页，共一百一十五页，2022年，8月28日旋转发酵池利用低速旋转滚筒进行经常的反复搅拌和输送一次发酵天数：

2~5天

缺点原料滞留时间短，发酵不充分；密闭困难；容易产生压实现象，通气性能差，产品不易均质化。优点技术成熟，操作简单；容易形成规模化；生产效率高，停留时间短，占地面积少；自然通风，能耗少环境条件较好第五十三页，共一百一十五页，2022年，8月28日（1）筒仓式静态发酵仓呈单层圆筒形，堆积高度4～5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。一次发酵时间：10~12天3.筒仓式

堆

肥

发

酵

仓第五十四页，共一百一十五页，2022年，8月28日（2）筒仓式动态发酵仓单层圆筒型，堆积高度为1.5～2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一次发酵时间：5~7天第五十五页，共一百一十五页，2022年，8月28日3）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占地面积小；发酵仓利用率高。堆积高，呈压实状；通风阻力大，动力消耗大；产品难以均质化。筒仓式动态发酵仓排出口的高度和原料的滞留时间均可调节原料滞留时间不均匀，产品呈不均质状；易呈块状，通气性能差；不易密闭。第五十六页，共一百一十五页，2022年，8月28日4.箱

式

堆

肥

发

酵

池戽斗翻倒式发酵池平面型（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。8~12天第五十七页，共一百一十五页，2022年，8月28日卧式桨叶发酵池平面型（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。8~12天第五十八页，共一百一十五页，2022年，8月28日卧式刮板发酵池：结构第五十九页，共一百一十五页，2022年，8月28日

戽斗翻倒式发酵池很少产生压实成块现象；通气阻力小，动力消耗小。占地面积大；

环境条件差；戽斗的长度决定于槽的长度，发酵池的有效利用率低。卧式桨叶发酵池环境条件差；占地面积大；螺旋的总长度取决于槽的长度；易产生压实成块现象。箱式堆肥发酵池：优点、缺点第六十页，共一百一十五页，2022年，8月28日卧式刮板发酵池：优点、缺点设备简单，不能除臭；重复切断时间长；易产生压实现象，发酵时间长；产品均质化困难。第六十一页，共一百一十五页，2022年，8月28日5堆积式：概况室外堆积式（堆积高度为1.5~3米）。利用铲式装载机或其他专用机械堆积。60~90天左右室内堆积式（堆积高度1.5~3米）。利用铲式装载机，在固定的角槽内堆积。30~60天左右第六十二页，共一百一十五页，2022年，8月28日6.4有机固体废物的厌氧发酵原理1.有机固体废物厌氧发酵定义：

固体废物中的有机成分在厌氧条件下，利用厌氧微生物新陈代谢的功能，转化为无机物质和自身细胞物质，从而达到消除污染、净化环境的目的。

在人工控制厌氧条件下，利用厌氧微生物将废物中可降解有机质分解转化成甲烷、二氧化碳和其它稳定物质的生物化学处理过程。甲烷发酵酸发酵第六十三页，共一百一十五页，2022年，8月28日沼气与厌氧发酵主要成分为：甲烷：

60～70%二氧化碳：

30～40%其他气体：﹤5%，有CO、H2、O2.、N2、H2S.、NH3、PH3和CmHn等沼气第六十四页，共一百一十五页，2022年，8月28日人们把由60%CH4和40%CO2组成的沼气称为标准沼气。有可燃性，绿色能源。甲烷含量30%时，可勉强点燃，50%时可正常燃烧比空气略轻，对空气的比重为0.851m3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。第六十五页，共一百一十五页，2022年，8月28日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。参数名称分子量密度/g/L比重/空气临界温度/℃临界压力/atm平均热值/kJ/L爆炸范围/%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剧毒CO281.2500.967-14034.5312.63剧毒标准沼气—1.2240.94——22.76-12—第六十六页，共一百一十五页，2022年，8月28日2.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第六十七页，共一百一十五页，2022年，8月28日1)发酵的几个阶段和微生物群落液化（水解）阶段：不溶性大分子有机物→水溶性小分子有机物在液化阶段，发酵细菌利用胞外酶对有机物进行体外酶解，使固体物质变成可溶于水的物质，然后，细菌再吸收可溶于水的物质，并将其酵解成为不同产物。水解发酵细菌，包括纤维素分解菌、蛋白质水解菌。专性厌氧的梭菌属（Clostridium），拟杆菌属（Bacteriodes）双歧杆菌（Bifidobacterium），兼性厌氧链球菌和肠道菌。梭菌拟杆菌双歧杆菌链球菌大肠杆菌第六十八页，共一百一十五页，2022年，8月28日酸化阶段：小分子有机物→有机酸、乙醇、丙酮等有机物+

H2/CO2→乙酸及甲酸、甲醇、甲胺等C1类化合物+H2/CO2在产酸阶段，产氢、产醋酸细菌把前一阶段产生的一些中间产物丙酸、丁酸、乳酸，长链脂肪酸、醇类等进一步分解成醋酸和氢S菌株，脱硫弧菌第六十九页，共一百一十五页，2022年，8月28日产甲烷阶段：H2还原，CO2、乙酸的分解在产甲烷阶段，甲烷菌利用H2/CO2醋酸以及甲醇、甲酸、甲胺等C1类化合物为基质，将其转化成甲烷。其中，H2/CO2和醋酸是主要基质。一般认为，甲烷的形成主要来自H2还原CO2和醋酸的分解。根据对中间产物转化成甲烷的过程所作的研究发现醋酸是厌氧发酵中最重要的中间产物。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。第七十页，共一百一十五页，2022年，8月28日2）影响厌氧发酵的环境条件1、厌氧条件：确保厌氧消化系统厌氧条件对于固体废物厌氧消化处理来说，至关重要；2、温度：在35-38℃或50-65℃范围内为佳；3、pH值：水解与发酵菌、产氢产乙酸菌5-6.5，产甲烷菌

4、营养素或养分：C/N=15-30：1、C/P=150：1、N/NH3适宜；5、搅拌：一般情况下需要安装搅拌设备；6、添加剂与毒害物：添加剂有硫酸锌、磷矿粉、钢渣、碳酸钙、炉灰等；但超过发酵菌耐受度即成为毒害物；7、生物固体停留时间与负荷。第七十一页，共一百一十五页，2022年，8月28日4甲烷形成理论和产气计算①二氧化碳还原理论4H2+CO2=CH4+2H2O②甲基形成理论14CH3COOH14CH4+CO2第七十二页，共一百一十五页，2022年，8月28日影响甲烷形成的因子ATP：三磷酸腺苷A—P～P～P

ATP是生物体能代谢的重要因子。研究表明，在甲烷菌和甲烷八叠球菌中，已检测过的全部反应系统都需要ATP，才能由各种甲烷供体形成甲烷。辅酶M辅酶F420其他载体：维生素B12及其衍生物参与了甲烷形成中的甲烷转移第七十三页，共一百一十五页，2022年，8月28日A—P～P～P，ATP是生命活动能量的直接来源

相邻的两个磷酸基之间的化学键非常活跃，水解时可释放约30.54kJ/mol的能量，因此称为高能磷酸键，用“~”表示。在细胞的生命活动中，ATP远离A的一个高能磷酸键易断裂，释放出一个磷酸和能量后成为腺苷二磷酸（ADP）。在有机物氧化分解或光合作用过程中，ADP可获取能量，与磷酸结合形成ATP。人体中ATP的总量只有大约0.1摩尔。人体每天的能量需要水解100-150摩尔的ATP即相当于50至75千克。这意味着人一天将要分解掉相当于他体重的ATP。所以每个ATP分子每天要被重复利用1000-1500次。ATP不能被储存，因为ATP的合成后必须在短时间内被消耗。第七十四页，共一百一十五页，2022年，8月28日理论产气量计算（1）甲烷产量E＝0.37A+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E＝0.37A+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、脂肪类化合物的重量，g。第七十五页，共一百一十五页，2022年，8月28日发酵原料每克干重物的组分（g）理论产气量（L/g）碳水化合物蛋白质脂类甲烷二氧化碳水葫芦0.60730.11670.03860.32200.2958水花生0.59630.09720.02710.29640.2780玉米秸0.62630.06330.04630.31090.2794麦草0.63960.02980.02340.27560.2597稻草0.60260.03160.03210.27180.2500人粪0.41570.17530.08140.32440.2690猪粪0.42040.11480.06030.27450.2335鸡粪0.47030.08820.04550.26450.2332马粪0.45360.09460.02830.24360.2244牛粪0.27040.10460.05280.20620.1703农村常见沼气发酵原料的组分和理论产气量第七十六页，共一百一十五页，2022年，8月28日原料名称干物质沼气量（m3/t）甲烷含量（％）产气持续时间/d牲畜厩肥260～28050～60—猪粪5616560牛粪2805990马粪200～3006090人粪2405030青草6307060亚麻梗3595990玉米秆2505390麦秸34259—松树叶3106965杂树叶210～29458—马铃薯梗叶260～2806060谷壳6516290向日葵梗30058—废物污泥64050—酒厂废水300～60058—碳水化合物75049—脂类化合物140072—蛋白质98050—第七十七页，共一百一十五页，2022年，8月28日6.5厌氧发酵设备与工艺加料管发酵间（贮气部分）出料间液面水压式沼气池工作原理示意图多用于我国农村大多采用地下埋设和水压式贮气发酵间为圆形，两侧带有进出料口容积：6m3、8m3、10m3、12m3等优点：池顶有活动盖板，便于检修。结构简单，造价低，施工方便。缺点：气压不稳定，池温低、原料利用率低（仅10～20%）、产气率低（平均0.1～0.15m3／(m3∙d)）结构比较简单，造价低，施工方便。第七十八页，共一百一十五页，2022年，8月28日三、创新点与国内外影响3）后发酵（二次发酵）水压式沼气池工作原理示意图第七十九页，共一百一十五页，2022年，8月28日水压式贮气池的优点结构比较简单，造价低，施工方便。水压式贮气池的缺点气压不稳定，对产气不利；池温低，不能保持升温，严重影响产气量，原料利用率低（仅10%－20%）；大换料和密封都不方便；产气率低（平均0.1－0.15M3/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。第八十页，共一百一十五页，2022年，8月28日进料口进料管发酵间浮罩出料联通管出料间隔墙导气管(a)顶浮罩式进料管发酵间出料联通管出料间活动盖输气管卡具排气管水池导向柱进料口(b)侧浮罩式浮罩式沼气池示意图第八十一页，共一百一十五页，2022年，8月28日立式圆形浮罩式沼气池优缺点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。产生的沼气由浮沉式的气罩贮存起来。气罩可直接安装在沼气发酵池顶。浮沉式气罩由水封池和气罩两部分组成。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。当用气时，罩内气压下降，气罩也随之下沉。顶浮罩式沼气贮气池造价比较低，但气压不够稳定。第八十二页，共一百一十五页，2022年，8月28日三、创新点与国内外影响立式圆形半埋式沼气发酵池组第八十三页，共一百一十五页，2022年，8月28日粪水溢水管进料口搅拌器出料门洞出料口发酵室木板盖导气喇叭口长方形发酵池第八十四页，共一百一十五页，2022年，8月28日三、创新点与国内外影响

联合沼气池第八十五页，共一百一十五页，2022年，8月28日（b）古典型（a）欧美型（c）蛋型（d）欧洲平底型常用的大型发酵罐结构类型第八十六页，共一百一十五页，2022年，8月28日第八十七页，共一百一十五页，2022年，8月28日第八十八页，共一百一十五页，2022年，8月28日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。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。

沼气发酵工艺第八十九页，共一百一十五页，2022年，8月28日传统沼气发酵工艺类型---根据发酵温度根据发酵温度可分为：高温发酵中温发酵常温发酵第九十页，共一百一十五页，2022年，8月28日1）高温发酵指发酵温度在50-60℃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），滞留期短。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。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。第九十一页，共一百一十五页，2022年，8月28日2）中温发酵发酵温度维持在30-35℃的沼气发酵。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）。与高温发酵相比，中温发酵所需的热量要少得多。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。目前世界各国的大、中型沼气工程普遍采用此工艺。第九十二页，共一百一十五页，2022年，8月28日3）常温发酵常温发酵是指在自然温度下进行的沼气发酵。该工艺的发酵温度不受人为控制，基本上是随气温变化而不断变化，通常夏季产气率较高，冬季产气率较低。这种工艺的优点是沼气池结构相对简单，造价较低。第九十三页，共一百一十五页，2022年，8月28日传统沼气发酵工艺类型---根据沼气池的数量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：单级两级多级发酵第九十四页，共一百一十五页，2022年，8月28日1）单级发酵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。此发酵操作较方便，造价低。第九十五页，共一百一十五页，2022年，8月28日2）两级和多级发酵发酵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。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。原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。该发酵工艺滞留期长，有机物分解彻底，但投资较高。第九十六页，共一百一十五页，2022年，8月28日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可分为：连续发酵半连续发酵批量发酵两步发酵六、厌氧发酵设备与工艺第九十七页，共一百一十五页，2022年，8月28日（1）连续发酵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。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。第九十八页，共一百一十五页，2022年，8月28日（2）半连续发酵半连续发酵工艺的特点是：启动时一次性投入较多的发酵原料，当产气量趋于下降时，开始定期添加新料和排出旧料，以维持比较稳定的产气率。我国广大农村由于原料特点和农村用肥集中等原因，主要是采用这种发酵工艺。第九十九页，共一百一十五页，2022年，8月28日1）备料备料是沼气发酵工艺的首要步骤，含原料的收集与预处理。由于城市生活有机垃圾来源于相应的垃圾收集系统，在设计处理系统时，须对所收集地区的垃圾产量做出科学的估算，从而确定出合理的处理负荷，以保证沼气池运行中具有充足的发酵原料。固体有机物半连续沼气发酵工艺的预处理通常是指适度的切碎，由于城市生活垃圾中很少有过大体积的有机物，因此可不做切碎处理。第一百页，共一百一十五页，2022年，8月28日2）投料启动投料启动沼气池通常包括：接种物的选取接种投料堆沤加水封池放气试火等几个步骤第一百零一页，共一百一十五页，2022年，8月28日3）接种物的选取在各种有机物厌氧消化的地方采集接种物。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。第一百零二页，共一百一十五页，2022年，8月28日4）接种投料将接种物与发酵原料在池外混合均匀后投入沼气池；或者采用分层加料、分层接种的方式投料入池。第一百零三页，共一百一十五页，2022年，8月28日5）堆沤在已入池的接种原料中喷洒少量的水（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1－2天，秋、冬季3－5天为宜。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400C-600C时第一百零四页，共一百一十五页，2022年，8月28日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%，