固体废物的生物处理技术

第四章回顾固体废物热值和焚烧效果的基本概念；固体废物的燃烧过程；焚烧的主要气体污染物；影响焚烧的因素；固体废物焚烧的物料平衡和热平衡；焚烧烟气的计算；固体废物的焚烧系统；三种常见焚烧炉的特点比较；烟气的主要净化方式；固体废物热解和气化的基本原理。当前第1页\共有138页\编于星期五\6点第5章固体废物的生物处理技术

第一节概述第二节堆肥化第三节厌氧消化当前第2页\共有138页\编于星期五\6点学习要点：堆肥化的概念和分类；好氧堆肥的基本原理和好氧堆肥过程；好氧堆肥的影响因素与调控；好氧堆肥的工艺过程；厌氧消化的生化过程；厌氧消化的工艺及特点比较。当前第3页\共有138页\编于星期五\6点第一节概述一、定义

固体废物的生物处理就是以固体废物中可降解的有机物为对象，通过生物（微生物）的作用使之转化为水、二氧化碳或甲烷等物质的过程。当前第4页\共有138页\编于星期五\6点第一节概述二、固体废物生物处理方式的分类

堆肥化厌氧消化（发酵）蚯蚓分解纤维素微生物分解技术当前第5页\共有138页\编于星期五\6点第一节概述

蚯蚓分解达尔文：“蚯蚓是地球上最有益的生物”。蚯蚓每秒钟能吃0.07克垃圾，永不停嘴，直到死去。20t牛粪→1t蚯蚓粪（有机肥，200元/t）+蚯蚓（水产养殖饲料，4500元/t）北京奥运会马术比赛期间，250匹马汇集香港分赛区，每天产生废料超过30吨。用8000万条蚯蚓帮助消化处理参赛马匹每天产生的大量粪便、剩余饲料等垃圾，并将其转化为有机肥料。当前第6页\共有138页\编于星期五\6点第一节概述三、固体废物生物处理的意义

⑴对固体废物进行处理消纳，实现稳定化、减量化、无害化；⑵促进固体废物的适用组分重新纳入自然循环（如堆肥用于改土，重新回归农田生态系统）；⑶将大量有机固体废物转化为有用物质和能源，实现固体废物的资源化（如沼气、生物蛋白、乙醇）。当前第7页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化一、堆肥化基本概念与发展过程二、堆肥化的基本原理三、好氧堆肥的影响因素与调控四、好氧堆肥的工艺流程五、堆肥工艺与堆肥装置六、堆肥化的环境保护七、堆肥化面临的问题与对策当前第8页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

一、堆肥化基本概念与发展过程

1堆肥化的概念

堆肥化（composting）就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，以及由人工培养的工程菌等，在一定的人工条件下，有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程，其实质就是一种生物代谢过程。堆肥化的产物叫堆肥(compost）。有机物质微生物热量能量物质分解产物CO2、H2O或CH4O2H2O新的微生物死亡腐殖质或堆肥堆肥化过程当前第9页\共有138页\编于星期五\6点腐殖质：植物残体与微生物分解出的各种酚类、醌类、氨基酸化合物等通过氧化聚合作用生成的具有某些活性基团（如羧基、氨基、羟基）的三向立体结构的复杂的高分子聚合物。其结构疏松，保水保肥能力强，且本身也具有较为丰富的肥效，因而是一种很好的有机肥。当前第10页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

一、堆肥化基本概念与发展过程

2堆肥化工艺的分类

⑴好氧堆肥占地少，堆制周期短（一次发酵约7-14d，二次发酵约30d），卫生条件较好，能杀死有害病菌和种子，规模大；投资大，运行费用高。

当前第11页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

一、堆肥化基本概念与发展过程

2堆肥化工艺的分类⑵厌氧堆肥堆肥时间长(6个月左右)，温度低，有害病菌和植物种子不能全部杀死，分解时产生浓烈臭味，堆肥规模小；操作简单，分解过程中有机碳及氮素保留较多。

⑶兼氧堆肥堆制时间较长(约2个月)，占地大，臭味大；投资少，运行费用低。当前第12页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

一、堆肥化基本概念与发展过程

3堆肥原料(1)可用于堆肥的废物种类废物种类主要来源备注城市废物污水处理污泥和城市有机生活垃圾重金属和虫卵病菌工业废物纤维素类废物、高浓度有机废水、发酵工业残渣（菌体及废原料）畜牧业废物畜禽粪便恶臭和病菌林农业废物植物秸秆，如稻麦等的秸秆、壳、蔗渣、棉杆、向日葵壳、玉米芯、油茶壳、花生壳等水产废物海藻、鱼、虾、蟹类加工废物当前第13页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

一、堆肥化基本概念与发展过程

3堆肥原料(2)常用堆肥原料中有机物的组成成分组成成分质量分数（干重）/%植物动物粪肥可溶于冷/热水的糖、淀粉、氨基酸、尿素、铵盐、脂肪酸5～302～20可溶于脂/乙醇的脂、油、腊及树脂蛋白质半纤维素纤维素木质素灰分5～155～4010～3015～605～301～131～35～3015～2515～3010～255～20当前第14页\共有138页\编于星期五\6点堆肥实质就是人工腐殖质，一般要求：堆肥含水率<30%；pH7-8.5；全碳含量11％；N（0.5-1.5%）、P（国外0.4-0.8%）、K（0.3-1.0%）；重金属含量符合标准；杂质粒度<5mm。

第二节堆肥化

一、堆肥化基本概念与发展过程

4堆肥的效用当前第15页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

一、堆肥化基本概念与发展过程

4堆肥的效用①增加稳定的腐殖质，改善土壤的物理性能。②提高保肥能力。③增强磷酸盐被植物吸收利用。④能使土壤对肥料、气象条件的变化有一定的缓冲能力。⑤含有许多微量元素。⑥堆肥是缓效性肥料。⑦具有调节植物生长的作用。⑧可增加土壤中微生物数量。⑨使粘重土变轻，改变含沙少的土壤结构，提高土壤的蓄水能力。当前第16页\共有138页\编于星期五\6点1925年班加罗法BangaloreProcess：英国人埃.霍华德在印度将落叶、垃圾、粪便堆成1.5m高，隔数月翻堆1-2次，进行6个月的厌氧发酵。

1932年，厌氧发酵＋好氧发酵：意大利人贝卡里将垃圾在密闭系统中进行厌氧发酵后，再通入空气进行好氧发酵。

1932年，范曼奈法：荷兰VAW公司对班加罗法进行改良，即将未经破碎的垃圾用水调节后，在室外堆积4-6个月（厌氧），然后再破碎、分选。

固定式固定床法：将磨碎物料压成块状并堆放约30～40天。期间采用自然扩散气流穿过风管通气。腐熟堆肥经破碎再利用。

第二节堆肥化

一、堆肥化基本概念与发展过程

5堆肥化的发展当前第17页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

一、堆肥化基本概念与发展过程

5堆肥化的发展1933年，达诺（Dano）法：采用回转窑发酵仓进行好氧发酵。

巴登.巴登法：将垃圾中不能堆肥的无机物去除，然后与消化污泥一起露天堆置发酵4-6个月，最后再分选、破碎。

1940年，立流移动式搅拌发酵仓——厄普.托马斯Earp-Thomas法：采用多段竖炉发酵仓，物料由上而下移动，通过特种细菌缩短堆肥时间至1-3个月，导致高速堆肥的迅速发展。

搅拌式固定床：将固定发酵槽和搅拌器结合起来堆肥。当前第18页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

一、堆肥化基本概念与发展过程

5堆肥化的发展MunicipalSolidWasteTreatmentSystemMBT(MechanicalBiologicalTreatment).flv当前第19页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

一、堆肥化基本概念与发展过程

5堆肥化的发展70年代，由于垃圾成分复杂，尤其是无机部分严重影响堆肥质量，堆肥厂相继停产关闭。80年代后期，由于填埋选址以及焚烧二次污染问题，堆肥重获新生。1996年美国有城市垃圾堆肥厂15座，庭院垃圾堆肥厂3400座；欧洲实施填埋税后，大型堆肥厂由90年的87座增加到96年的684座。目前欧盟要求填埋场进场垃圾中有机物含量低于5%，因而堆肥更有发展空间。当前第20页\共有138页\编于星期五\6点当前第21页\共有138页\编于星期五\6点堆肥在我国发展的三阶段：

第一阶段是50至60年代，在农村传统堆肥方式基础上，采用野外堆积式堆垛，用土覆盖保温，以自然通风或厌氧发酵，经人工筛分或振动筛筛分生产堆肥，这一阶段没有开发出专用于堆肥的机械和成套工艺技术，处于起始阶段。第二阶段是在70至80年代，制订了城市垃圾农用控制标准和静态好氧堆肥技术规程，涌现了许多新工艺、新技术，研制出了一批适合我国城市垃圾处理的专用堆肥机械，在发酵理论的形成、参数的验证、发酵仓构造、分选机的研制等方面均取得了丰硕成果。第三阶段是90年代，这一阶段为推广应用阶段，堆肥处理进一步发展。91年我国垃圾堆肥厂26座，3713t/d。96年我国共有垃圾堆肥厂32座，5853t/d。2004年堆肥处理量514万吨，占6.6%。此后由于销路问题，堆肥发展又受阻。第二节堆肥化

一、堆肥化基本概念与发展过程

5堆肥化的发展当前第22页\共有138页\编于星期五\6点当前第23页\共有138页\编于星期五\6点好氧堆肥是在有氧的条件下，借好氧微生物（主要是好氧菌）的作用来进行的。在堆肥过程中，生活垃圾中的溶解性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜而为微生物所吸收，固体的和胶体的有机物先附在微生物体外，由生物所分泌的胞外酶分解为溶解性物质，再渗入细胞。微生物通过自身的生命活动——氧化、还原、合成等过程，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能量，把一部分有机物转化为生物体所必需的营养物质，合成新的细胞物质，于是微生物逐渐生长繁殖，产生更多的生物体。第二节堆肥化

二、堆肥化的基本原理

1好氧堆肥的基本原理当前第24页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

二、堆肥化的基本原理

1好氧堆肥的基本原理堆肥有机物（含C、N、O、P、S）氧气，微生物细胞物质（微生物繁殖）CO2、H2O、NH3、PO43－、SO42－能量合成氧化排入环境释放、转换为热或提供生物合成用＋有机物的好氧堆肥分解过程当前第25页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

二、堆肥化的基本原理

1好氧堆肥的基本原理如果将固体废物中的有机物统一表示为CaHbOcNd的形式，而难以进一步降解的堆肥产品中的腐殖质统一表示为CwHxOyNz，则好氧分解反应可表示为式中：r＝0.5×[b-nx-3(d-n)]s=a-nw如果有机物完全分解，则反应式表示为当前第26页\共有138页\编于星期五\6点在生物的代谢活动中，除上述异化作用外，还包括同化作用，即细胞物质的合成，其反应式可表示为：第二节堆肥化

二、堆肥化的基本原理

1好氧堆肥的基本原理而细胞物质的分解，即内源呼吸可表示为：C5H7NO2（细胞质）+O2→CO2+H2O+NH3+能量当前第27页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

二、堆肥化的基本原理

1好氧堆肥的基本原理例：用一种成分为C31H50NO26的堆肥物料进行好氧堆肥，每1000kg堆料在完成堆肥化后仅剩下200kg，测定产品成分为C11H14NO4，试求每1000kg物料的理论需氧量。解：1）堆肥物料的分子量为852，则1000kg堆料的摩尔数为1173mol2）堆肥产品的分子量为224，则每mol堆料生成的堆肥产品摩尔数为n＝(200/224)/(1000/852)=0.76当前第28页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

二、堆肥化的基本原理

1好氧堆肥的基本原理3）a=31,b=50,c=26,d=1,w=11,x=14,z=1,y=4将堆料和堆肥产品组成代入式（2），可得r=0.5×[b-nx-3(d-n)]=0.5[50-0.76×14-3×(1-0.76×1)]=19.32s=a-nw=31-0.76×11=22.644）堆肥过程所需氧量为W=[0.5(0.76×4+2×22.64+19.32-26)×1.173×32]kg=781.5kg当前第29页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

二、堆肥化的基本原理

2好氧堆肥过程一个完整的好氧堆肥过程包括升温阶段（堆肥初期，15-45℃）、高温阶段（45℃以上，有机物降解强烈，嗜热微生物为主）、降温阶段（嗜温微生物为主）和腐熟阶段。当前第30页\共有138页\编于星期五\6点Ⅰ、升温阶段堆层温度15～45℃，嗜温菌活跃，可溶性糖类、淀粉等消耗迅速，温度不断升高；以细菌、真菌、放线菌为主；Ⅱ、高温阶段当堆肥温度上升到45℃以上时，即进入堆肥过程的第二阶段一高温阶段。堆层温度升至45℃以上，不到一周可达65～70℃，随后又逐渐降低。温度上升到60℃时，真菌几乎完全停止活动，温度上升到70℃以上时，对大多数嗜热性微生物己不适宜，微生物大量死亡或进入休眠状态，除一些孢子外，所有的病原微生物都会在几小时内死亡，其它种子也被破坏。其中：50℃左右，嗜热性真菌、放线菌活跃；60℃左右，嗜热性放线菌和细菌活跃；大于70℃，微生物大量死亡或进入休眠状态。第二节堆肥化

二、堆肥化的基本原理

2好氧堆肥过程当前第31页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

二、堆肥化的基本原理

2好氧堆肥过程Ⅲ、降温阶段

在此阶段，中温微生物又开始活跃起来，重新成为优势菌，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。当温度下降并稳定在40℃左右时，堆肥基本达到稳定。Ⅳ、腐熟阶段堆肥进入腐熟阶段，降温后，需氧量大大减少，含水量也降低，物料间隙率增大，氧扩散能力强，此时只需自然通风。当前第32页\共有138页\编于星期五\6点⑴固体废物中有机物的微生物分解过程第二节堆肥化

二、堆肥化的基本原理

3好氧堆肥的生物化学和生物学当前第33页\共有138页\编于星期五\6点⑵堆肥进程中的生物化学变化第二节堆肥化

二、堆肥化的基本原理

3好氧堆肥的生物化学和生物学当前第34页\共有138页\编于星期五\6点当前第35页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

二、堆肥化的基本原理

3好氧堆肥的生物化学和生物学⑶堆肥过程中的微生物

堆肥过程中生物种类和数目

类型种类每克堆肥中数目微生物细菌放线菌真菌藻类病毒108～109105～108104～106＜104＜104微动物原生动物104～105当前第36页\共有138页\编于星期五\6点在堆肥初期，中温性、利用易降解有机物质迅速繁殖的微生物占优势；

随着温度的升高，嗜热微生物逐渐增多，温度超过60℃以后，连耐热程度低的嗜热真菌也不再能存活，仅剩下嗜热细菌和放线菌。

温度回落后，中温微生物又重新定殖，但此时由于易分解的有机物质已基本耗尽，重新定殖的微生物仅是那些能利用复杂有机物质的种类。在堆肥化过程的后期，由于易利用和较易利用的有机物质逐渐消耗，仅剩下木质素等非常难分解的物质，微生物之间的竞争也逐渐趋激烈，能在一定程度上分解木质素并能产生抗生素的放线菌逐渐占优势。第二节堆肥化

二、堆肥化的基本原理

3好氧堆肥的生物化学和生物学

⑶堆肥过程中的微生物当前第37页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

二、堆肥化的基本原理

3好氧堆肥的生物化学和生物学

⑶堆肥过程中的微生物①真菌不同堆腐时期堆肥真菌数的变化/g-1（干样）取样时期堆肥形式巨山堆肥南口堆肥初样期（0d）添加尿素未加尿素沤肥2.26×1062.04×1061.50×1052.33×1069.55×1053.52×104升温期（2d）添加尿素未加尿素沤肥5.26×1051.32×1062.70×1041.24×1053.45×105－高温期（5d）添加尿素未加尿素沤肥3.52×1022.67×1033.21×1024.86×1043.10×104－降温期（23d）添加尿素未加尿素沤肥－－－1.05×1043.43×104－腐熟期（35d）添加尿素未加尿素沤肥002.49×1026.22×1031.99×1042.0×107当前第38页\共有138页\编于星期五\6点②放线菌和细菌不同堆腐时期堆肥细菌总数的变化/g-1（干样）取样时期堆肥形式巨山堆肥南口堆肥初样期（0d）添加尿素未加尿素沤肥2.12×1081.93×1082.75×1071.01×1081.22×1081.37×108升温期（2d）添加尿素未加尿素沤肥1.35×1071.27×1086.20×1071.76×1084.62×108－高温期（5d）添加尿素未加尿素沤肥1.70×1052.37×1057.38×1042.20×1085.45×107降温期（23d）添加尿素未加尿素沤肥－－－1.64×1089.20×107腐熟期（35d）添加尿素未加尿素沤肥1.55×1084.19×1074.85×1061.87×1081.24×1081.51×107第二节堆肥化

二、堆肥化的基本原理

3好氧堆肥的生物化学和生物学

⑶堆肥过程中的微生物当前第39页\共有138页\编于星期五\6点③病原微生物不同堆腐时期堆肥卫生指标的变化/g-1（干样）取样时期堆肥形式巨山堆肥（稻草+鸡粪）南口堆肥（麦秸＋牛粪）粪大肠菌数总大肠菌数粪大肠菌数总大肠菌数初样期（0d）添加尿素未加尿素当地沤肥9.62×1051.15×1062.75×1069.72×1051.15×1062.75×1066.16×1021.33×1031.80×1039.41×1042.05×1052.78×105升温期（2d）添加尿素未加尿素4.48×10504.482×10503.26×1035.17×1033.62×1035.17×103高温期（5d）添加尿素未加尿素00000000降温期（23d）添加尿素未加尿素00000000腐熟期（35d）添加尿素未加尿素当地沤肥000000003.70×104003.70×104第二节堆肥化

二、堆肥化的基本原理

3好氧堆肥的生物化学和生物学

⑶堆肥过程中的微生物当前第40页\共有138页\编于星期五\6点

dS/dt——底物的消耗速率

x——微生物浓度 S——底物浓度 km——最大比增长速率 Ks——半饱和系数第二节堆肥化

二、堆肥化的基本原理

4堆肥过程的生物动力学基础当前第41页\共有138页\编于星期五\6点在高浓度底物中，细胞酶系统和底物处于饱和状态，物料的转化非常迅速，增加底物浓度不会引起底物消耗速率的增加，即S>>Ks，上式可简化为反之，在低浓度底物中，底物的供给成为控制步骤，假设S<<Ks，则Monod方程简化为：第二节堆肥化

二、堆肥化的基本原理

4堆肥过程的生物动力学基础当前第42页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

二、堆肥化的基本原理

4堆肥过程的生物动力学基础底物的消耗与微生物的增殖有关，其关系可以用下式表示式中：dx/dt——微生物的增殖速率[质量/(体积．时间)]Ym——增殖系数（微生物质量/底物质量）Ke——内源呼吸系数（时间－1）Monod方程代入上式，微生物的增殖方程：或当前第43页\共有138页\编于星期五\6点

其中四个动力学常数Ym、km、Ks和Ke需实验求得，一般范围为：Ym：好氧微生物，0.25～0.5g(cell)/g(COD)；厌氧微生物，0.04～0.2g(cell)/g(COD)km：25℃时，8～16g(COD)/g(cell).dKs：好氧微生物，4～20mg(COD)/L；厌氧微生物，2000～5000mg(COD)/LKe：对于间隙式料仓约为0.02～0.15g(cell)/[g(cell).d第二节堆肥化

二、堆肥化的基本原理

4堆肥过程的生物动力学基础当前第44页\共有138页\编于星期五\6点化学因素：C/N比（30：1）；含氧量（>10%）；营养平衡；pH值（5.5-8.5）。物理因素：温度（50-60℃）；颗粒度；含水率（45-60%）第二节堆肥化

三、好氧堆肥的影响因素与调控

1好氧堆肥的影响因素当前第45页\共有138页\编于星期五\6点⑴有机物问题

对于快速机械化堆肥而言，首要要求是物料热值和产生的温度间的平衡问题。有机质含量低，发酵过程中产生热量不足，同时最终肥效低；有机质过高，通风供氧较为困难，易造成供氧不足而产生恶臭。有机质最适合范围为20%-80%。我国多数垃圾无机物含量过高，需：对垃圾进行预处理，去除无机成分；发酵前掺入一定粪水、污泥等；垃圾与污泥混合堆肥。第二节堆肥化

三、好氧堆肥的影响因素与调控

2好氧堆肥的条件控制当前第46页\共有138页\编于星期五\6点⑵碳氮比控制

碳为微生物生命活动提供能源，氮则用于合成细胞原生质。堆肥发酵过程中，碳氮比逐渐下降。碳氮比最佳为25-35：1；低于20：1时，微生物繁殖因能量不足而受到抑制，分解缓慢且不彻底；高于40：1时，堆肥施入土壤导致“氮饥饿”，夺取土壤中的氮。通过在垃圾中加入人粪尿、畜粪以及城市污泥等调节剂，使碳氮比调到30以下。第二节堆肥化

三、好氧堆肥的影响因素与调控

2好氧堆肥的条件控制当前第47页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

三、好氧堆肥的影响因素与调控

2好氧堆肥的条件控制例：树叶的C/N为50，污水处理厂污泥的C/N为6.3，两者如何混合使C/N达到25。其中，污泥含水率为75%，树叶含水率为50%，污泥含氮率为5.6%，树叶含氮率为0.7%。解：1）计算单位质量树叶和污泥的物质组成对于1kg树叶，干物质=0.5kg，N=0.50kg×0.7%=0.0035kg，C=50×N=0.175kg对于1kg污泥，干物质=0.25kg，N=0.25kg×5.6%=0.0014kg，C=50×N=0.0882kg当前第48页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

三、好氧堆肥的影响因素与调控

2好氧堆肥的条件控制2）计算1kg树叶中应加入的污泥量x据题意，有25=[0.175+x×0.0882]/[0.0035+x×0.014]解得x=0.33（kg污泥/kg树叶）3）计算混合后的含水率

θ=（1kg树叶×0.50+0.33kg污泥×0.75）/(1kg树叶+0.33kg污泥)×100%=56%当前第49页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

三、好氧堆肥的影响因素与调控

2好氧堆肥的条件控制③堆肥水分控制

水分作用在于：溶解有机物，参与微生物的新陈代谢；水分蒸发时散热以调节温度。

含水率50-60%为佳。水分过多，降低游离孔隙率，影响空气扩散，易造成厌氧状态，同时产生渗滤液处理问题；水分低于40%，微生物活性降低，堆肥温度随之下降。含水率低，添加污水、污泥、人粪尿、粪便等；水分过高，将垃圾摊开搅拌，促进水分蒸发，或加入稻草、谷壳、干叶、木屑和堆肥产品等吸水。当前第50页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

三、好氧堆肥的影响因素与调控

2好氧堆肥的条件控制好氧堆肥过程中调节水分的物料平衡图：Gc—堆肥料的质量（湿重）；Ga—水分调节剂的质量（湿重）；Gb—混合调节剂的质量（湿重）(Gb=Ga+Gr)；Gr—成品堆肥返回的质量（湿重）；Gm—堆肥混合原料的质量（湿重）；Gc—成品堆肥的质量（湿重）；Wc、Wa、Wb、Wr、Wm、Wp分别为物料Ga、Gb、Gr、Gm、Gp中的含水率好氧堆肥Gc,WcGm,WmGp,WpGr,WrGa,WaGb,Wb当前第51页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

三、好氧堆肥的影响因素与调控

2好氧堆肥的条件控制根据物料衡算，有Gc+Gb=GmGcWc+GbWb=GmWm根据上述两式，可得GcWc+GbWb=（Gc+Gb）Wm令M=Gb/Gc为混合比，代入上式，得

M=(Wm-Wc)/(Wb-Wm)若没有成品堆肥的返回，则Wb=Wa，Gb=Ga，上式为

M=(Wm-Wc)/(Wa-Wm)若仅靠成品堆肥的返回调节水分，则Wb=Wr，Gb=Gr，上式为

M=(Wm-Wc)/(Wr-Wm)当前第52页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

三、好氧堆肥的影响因素与调控

2好氧堆肥的条件控制④堆肥温度控制

温度升高是微生物活动剧烈程度的最好参数。温度影响微生物的生长，高温菌降解效率高于中温菌。堆肥初期，环境温度，中温菌作用1-2d后，堆肥温度便上升到高温菌的理想温度50-60℃，该温度维持5-6d，无害化即可完成。温度宜控制在50-65℃间，最好50-60℃，高于60℃，微生物生长受到抑制。温度过高会过度消耗有机质，并降低堆肥产品质量。可通过通风来降低堆体温度，若无通风系统，则通过定期翻堆来实现通风控温。当前第53页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

三、好氧堆肥的影响因素与调控

2好氧堆肥的条件控制④堆肥温度控制堆肥温度与微生物生长的相关性温度（℃）温度对微生物生长的影响嗜温菌嗜热菌常温～38激发态不适应38～45抑制状态可开始生长45～55不适应（菌群衰退）激发态55～60毁灭期抑制状态（轻微度）60～70－抑制状态（明显）>70－毁灭期当前第54页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

三、好氧堆肥的影响因素与调控

2好氧堆肥的条件控制⑤通风供氧调控

通风作用在于：

提供氧气，以促进微生物的发酵过程；通过供气量的控制，调节最适温度；在维持最适温度条件下，加大通风量可去除水分。堆肥过程中合适的氧浓度应大于18%，最低不小于8%，否则，缺氧使好氧堆肥受限，并产生恶臭。

当前第55页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

三、好氧堆肥的影响因素与调控

2好氧堆肥的条件控制通风供氧方式包括：

自然扩散（一次发酵仅能扩散20cm厚，二次发酵扩散1.5m，故只能用于二次发酵）；

翻堆（条垛堆肥常用）；

强制通风（正压鼓风、负压抽风、混合通风，强制通风静态垛系统和发酵仓系统常用）；

翻堆与强制通风结合；

被动通风（热空气上升引起的烟囱效应而使空气通过堆体，条垛堆肥系统常用）。当前第56页\共有138页\编于星期五\6点CompostTurnerWindrowTurnerVolteadordeCompostaje.flv当前第57页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

三、好氧堆肥的影响因素与调控

2好氧堆肥的条件控制

⑤通风供氧调控强制通风控制方式：

通风速率恒定的时间控制（会造成某些阶段通风过量或某些阶段风量不足）；

通风速率变化的时间控制（根据不同的堆肥阶段，间隙式通风的风量控制可分为三个阶段：第一阶段，通气量应尽量小，以保证在好氧条件的前提下使气体对堆肥的冷却作用最小，使堆肥尽快达到55～60℃的最佳温度范围；第二阶段，应加大通气量，使反应热和散热量持平，以控制堆温不至过高；第三阶段，反应速率因有机物含量的减少而下降，无法产生足够热量以维持最佳堆温，温度开始降低，最好逐渐减小气量）；

温度反馈控制；

O2和CO2含量反馈控制

当前第58页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

三、好氧堆肥的影响因素与调控

2好氧堆肥的条件控制

⑤通风供氧调控当前第59页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

三、好氧堆肥的影响因素与调控

2好氧堆肥的条件控制⑥堆肥pH控制

pH表征微生物生活环境，同时也是揭示堆肥分解过程的一个标志。pH在7.5-8.5时，可获得最大堆肥速率。pH一般能通过堆肥过程自身得到调节，没必要添加中和剂，若pH过低，可通过通风来补救。当前第60页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

三、好氧堆肥的影响因素与调控

2好氧堆肥的条件控制⑦颗粒度控制

在不影响通风供氧的前提下颗粒度宜尽可能小。当前第61页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

四、好氧堆肥的工艺流程

1前处理

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。以城市垃圾为堆肥原料时，垃圾中含有粗大物件和不能堆肥的物质，故前处理包括破碎、分选、筛分等工序，使堆料表面积增大，便于微生物繁殖，从而提高发酵速度。适宜的粒径范围是12－60mm。当前第62页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

四、好氧堆肥的工艺流程

2主发酵

主发酵可在露天或发酵装置内进行，通过翻堆或强制通风向堆积层或发酵装置内的物料供给氧气。发酵初期物质的分解是靠嗜温菌30－40℃为最适宜生长温度进行的，由于堆温上升，最适宜温度为45－65℃的嗜热菌取代嗜温菌，堆温进入高温阶段。通常，在严格控制通风量的情况下，将堆温升高至开始降低为止的阶段作为主发酵阶段。对以生活垃圾为主体的城市垃圾和家畜粪便好氧堆肥而言，其主发酵期约为4－12天。当前第63页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

四、好氧堆肥的工艺流程

3后发酵

经过主发酵的半成品被送往后发酵工序，在这里将此前尚未分解的易分解和较难分解的有机物进一步分解，使之变成比较稳定的腐殖质类有机物，从而得到完全成熟的堆肥制品。在该工序中通常将物料堆积到1－2m后进行发酵，一般进行自然通风，有时需加以翻堆或作必要的通风处理。后发酵时间一般在20－30天。

堆肥腐熟度：堆肥中的有机质经过矿化、腐殖化过程最后达到稳定的程度。当前第64页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

四、好氧堆肥的工艺流程

3后发酵评估成熟堆肥的方法汇总表方法名称参数、指标或项目表观鉴定法1颜色和气味;2温度;3密度化学方法1碳氮比2氮化合物（总氮、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮）3有机化合物（水溶性或可浸提有机碳、还原糖、脂类等化合物、纤维素、半纤维素、淀粉等）4腐殖质（腐殖质指数、腐殖质总量和功能基团）生物活性1呼吸作用（耗氧速率、CO2释放速率）2微生物种群和数量3酶学指标植物毒性分析1发芽实验2植物生长实验卫生学检测致病微生物指标当前第65页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

四、好氧堆肥的工艺流程4后处理分选去除预分选未去除的塑料、玻璃、陶瓷、金属、小石块等，若生产精堆肥，应进行再破碎过程。生产复合肥，需加入N、P、K。5贮存由于施用堆肥有一定季节性，故需适当的库存容量将富余堆肥产品贮存起来。一般以能贮存6个月堆肥生产量为宜。当前第66页\共有138页\编于星期五\6点当前第67页\共有138页\编于星期五\6点⑴好氧静态堆肥工艺通常采用的静态堆肥形式为露天强制通风垛，或在密闭的发酵池、发酵箱、静态发酵仓内进行。第二节堆肥化

五、堆肥工艺与堆肥装置

1好氧堆肥工艺

当前第68页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

五、堆肥工艺与堆肥装置

1好氧堆肥工艺⑵好氧动态堆肥工艺①间隙式好氧动态堆肥工艺采用间隙翻堆的强制通风垛或间隙进出料的发酵仓，将物料批量地进行发酵处理。②连续式好氧动态堆肥工艺是发酵时间更短的动态发酵技术。当前第69页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

五、堆肥工艺与堆肥装置

2堆肥设备①立式堆肥发酵塔 立式堆肥发酵塔通常由5－8层组成。由塔顶加入堆肥物料进入塔内，在塔内通过不同形式的机械运动，堆肥物料由塔顶一层层地向塔底移动。通常经过5－8d的好氧发酵，堆肥物即可由塔顶移至塔底完成一次发酵。立式堆肥发酵塔通常为密闭结构，塔式装置的供氧通常以风机强制通风，以满足微生物对氧的需要，塔内温度由上到下逐渐升高。通常为密闭结构，堆肥时产生的臭气可进行收集并加以处理，因此其环境条件较好。 包括：立式多段圆筒式、立式多段闭合门式、立式多段浆叶刮板式、立式多段移动床式等。当前第70页\共有138页\编于星期五\6点当前第71页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

五、堆肥工艺与堆肥装置

2堆肥设备②卧式回转窑式发酵仓

卧式回转窑发酵仓又称丹诺式，该发酵装置主体设备是一个长20－35m，直径2－3.5m的卧式滚筒。筒体斜置，废物由稍高的一端加入，靠与筒体内表面的摩擦沿旋转方向提升，同时借助自身重量落下。通过如此反复升落，废物靠微生物的作用进行发酵，并在发酵过程中被不断搅拌，均匀地与供入的空气接触。发酵物料的停留时间约为2－5d，发酵过程中堆肥物的平均温度为50－60℃，最高可达70－80℃。原料停留时间较短，发酵不充分，物料易出现密实现象，不能对原料进行充分通气，导致产品不易均质化，能耗较高。当前第72页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

五、堆肥工艺与堆肥装置

2堆肥设备③筒仓式堆肥发酵仓筒仓式堆肥发酵仓为圆筒型发酵仓，堆肥原料由仓顶加入，仓深度一般为4－5m，大多由钢筋混凝土筑成。

静态发酵仓：发酵仓内供氧均采用高压离心风机强制供气，空气一般从仓底进入。经预处理分选破碎的物料被输送机传送至仓顶中部，然后由布料机均匀地向池内布料。经过6－12d的好氧发酵，得到初步腐熟的堆肥产品从仓底通过出料机出料。两排发酵仓中间设出料皮带通道，出料时螺杆由两排仓的外侧向中间出料，通过两条皮带机送往中间处理，中间通道设排水口对发酵仓内出料后渗出的水收集回用而使通道保持干燥，有利于出料皮带机的工作和养护。通风阻力过大，动力消耗过多，产品难以均质化。占地面积小，发酵仓利用率高。结构简单，使用较广。当前第73页\共有138页\编于星期五\6点当前第74页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

五、堆肥工艺与堆肥装置

2堆肥设备

动态发酵仓：位于旋转层的螺旋钻以公转和自转来搅拌池内废物，防止形成沟槽。而且螺旋钻的形状和排列能经常保持空气分布的均匀性。由于螺旋叶片重复切断原料，原料被压在螺旋面上，易产生压实块状，故通气性能欠佳。排出口高度和原料的滞留时间可调。当前第75页\共有138页\编于星期五\6点当前第76页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

五、堆肥工艺与堆肥装置

2堆肥设备④槽式堆肥发酵池槽式堆肥发酵池是一类长方形的发酵仓，主要分类如下：a矩形固定式梨翻倒发酵池在这种槽式堆肥发酵池中设置梨型翻倒搅拌装置，该装置起机械搅拌废物的作用来保持池内通气，可定期搅动兼移动物料数次从而使物料均匀发散。并兼有运输功能，可将物料从进料端移至出料端。物料在池内停留时间为5－10d，空气通过池底布气板进行强制通风。发酵池采用输送式搅拌装置，能提高物料的堆积高度。当前第77页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

五、堆肥工艺与堆肥装置

2堆肥设备b吊斗翻倒式发酵池预处理后的垃圾经穿梭式输送装置送至发酵池内。在堆肥的发酵腐熟化期间，空气从吸槽供给，以带挖斗的桥吊翻倒物料并兼做接种操作。停留时间7－10d，翻倒废物频率以一天一次为标准。当前第78页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

五、堆肥工艺与堆肥装置

3堆肥实例——香港沙岭堆肥厂禽畜农户可用承办商提供的防漏废物收集桶存放禽畜废物，承办商的收集车会定期到农场收集禽畜废物。部份禽畜废物会送到沙岭堆肥厂进行堆肥处理，其余便运往堆填区处置。禽畜废物运到沙岭堆肥厂后会加入木糠，以维持最佳湿度，然后排列放置。此外，承办商会每天用堆肥机搅拌及翻动堆肥一次，以提供足够氧气，进行堆肥处理。整个堆肥处理过程需时约8周，堆肥产品会售作泥土改良剂。为确保堆肥质素，承办商每月会测试样本。当前第79页\共有138页\编于星期五\6点收集禽畜废物用木糠作为混合物当前第80页\共有138页\编于星期五\6点把堆肥排列放置把堆肥翻动当前第81页\共有138页\编于星期五\6点堆肥产品以20公斤包装，售作土壤改良剂当前第82页\共有138页\编于星期五\6点沙岭堆肥厂生产的堆肥成品测试结果参数20051月2月3月4月5月酸碱值6.07.27.16.15.9湿度(%w/w)6067535755化学需氧量(mg/kg)3,500,0005,000,0004,100,0004,000,0003,600,000总凯氏氮(mg/kg)22,00026,00020,00018,00024,000碳氮比7:18:110:110:18:1总磷(mg/kg)3,4009,5005,3005,8008,200当前第83页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

五、堆肥工艺与堆肥装置

4实例——餐厨垃圾生物处理成都市中心城区餐厨垃圾无害化处理项目

建设地点：成都市双流县西航港街道办事处江安村；建设单位：四川嘉博文生物科技有限公司；建设内容：包括预处理车间、生化处理车间、产品加工车间、污水处理设施、生活办公综合用房及绿化、水、电等；用地面积：约30亩；建设规模：日处理餐厨垃圾200吨；总投资：7000余万元人民币。当前第84页\共有138页\编于星期五\6点当前第85页\共有138页\编于星期五\6点餐厨废弃物处理厂生化处理车间当前第86页\共有138页\编于星期五\6点资源型高速高温生化处理机在技术上采用高速高温热循环加热的发酵干燥技术。发酵干燥炉内物料加热时，循环风温度始终控制在250℃至400℃之间；物料发酵和干燥的温度始终控制在65℃至75℃之间；微生物水分活度在逐渐降低，以确保除特定菌群外的大部分微生物菌的无法生存，同时炉内压力始终保持在-0.01Kpa至-0.04Kpa之间；设备采用PLC（可编程逻辑控制器）智能电气仪表控制着发酵干燥炉内的温度、压力、和氧气的供给，间接控制着物料的湿度，平衡气相，保证菌群特定的发酵环境，促进其快速繁殖。单位条件下物料的生产周期，包括发酵、干燥和冷却的时间不超过10小时。餐厨垃圾在生化处理机经过高温微生物菌接种，均匀搅拌后，高温好氧发酵、烘干、稳定熟化后的物料排入皮带输送机中，其产出物的主要成分是芽胞杆菌及乳酸菌、酵母菌等的代谢物。当前第87页\共有138页\编于星期五\6点当前第88页\共有138页\编于星期五\6点当前第89页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

六、堆肥的环境保护

影响因子：臭气、渗滤水、粉尘、振动、噪声。防治技术：选址、污染防治脱臭技术：稀释淡化法、臭氧氧化法、氧化法、直接燃烧法、吸附法、空气氧化法、掩蔽法和中和法、离子交换树脂法、生物脱臭法和土壤过滤法。当前第90页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

七、堆肥面临的问题与对策⑴堆肥面临的问题产品中N、P、K含量不高；堆肥杂质（废塑料、碎玻璃、碎陶瓷片等）影响堆肥质量；堆肥投资较大（25-36万元/t.d）；堆肥销路；分选费用、贮存费用较高。当前第91页\共有138页\编于星期五\6点第二节堆肥化

七、堆肥面临的问题与对策⑵对策①堆制生物活性肥料：微生物接种剂本身不是肥料，只是增强土壤吸收、利用肥料的能力②堆制有机复混肥③其它新型垃圾肥料：磁性有机肥；生物活性肥料（微生物有机肥）

④把堆肥视作一种固体废物的无害化处理方式当前第92页\共有138页\编于星期五\6点当前第93页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

一、厌氧消化的概念与发展

1厌氧消化的概念

厌氧消化是在厌氧条件下通过利用微生物群落或游离酶对有机固体废物中的生物质分解降解作用，使其中的易腐生物质部分得以降解，并消除生物活性，转化为无腐败性的残渣的过程。当前第94页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

一、厌氧消化的概念与发展2厌氧消化的特点（1）厌氧消化具有过程可控制、降解快、生产过程全封闭的特点；（2）能源化效果好，可以将潜在于废弃有机物中的低品位生物能转化为可以直接利用的高品位沼气；（3）易操作，与好氧处理相比厌氧消化不需要通风动力，设施简单，运行成本低，属于节能型处理方法；（4）产物可再利用，适于处理高浓度有机废水和废物，经厌氧消化后的废物基本得到稳定，可以作农肥、饲料或堆肥化原料；（5）厌氧微生物的生长速度慢，常规方法的处理效率低，设备体积大；（6）厌氧过程中会产生恶臭气体。当前第95页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

一、厌氧消化的概念与发展3厌氧消化的发展和应用现状当前第96页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

二、厌氧消化的生物化学及微生物

1厌氧消化的生化过程固体废物的有机物的厌氧分解过程包括水解阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段（三段理论）。

H2,CO2醇类、羧基酸（乙酸除外）乙酸复杂有机物CH4,CO2产氢产乙酸菌同型产乙酸菌水解产酸菌耗氢产甲烷菌20%52%4%76%24%72%28%乙酸产甲烷菌当前第97页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

二、厌氧消化的生物化学与微生物

1厌氧消化的生化过程纤维素+营养物外纤维酶例：(C6H12O5)n+H2O→n(C6H12O6)可溶性葡萄糖+营养物例：C6H12O6=2CH3CHOHCOOH（乳酸）C6H12O6=CH3CH2CH2COOH+2CO2+2H2C6H12O6=2CH3CH2OH+2CO2产酸菌阶段2：酸化细菌细胞+挥发性脂肪酸+CO+H+其它产物（醇类、乳酸等）产甲烷菌细胞例：4H2+CO2=CH4+2H2O2CH3CH2OH+CO2=2CH3COOH+CH4CH3COOH=CH4+CO22CH3CH2CH2COOH+2H2O+CO2=4CH3COOH+CH4阶段3：甲烷化细菌细胞+CH4+CO2（在液相中）CH4和CO2传递到气相中阶段1：水解纤维素的分解过程当前第98页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

二、厌氧消化的生物化学与微生物

1厌氧消化的生化过程①水解过程水解酸化过程是指纤维素分解菌、脂肪分解菌和蛋白质分解菌等微生物作用将非溶解性的含氮有机物（CaHbOcNd，如蛋白质、死菌体和其它动植物残渣等）和碳氢类有机物（CaHbOc，如淀粉、纤维素、半纤维素等糖类物质、脂类物质和醇类等）转化为溶解性的醇类（Ca1Hb1Oc1）和各种有机酸（Ca2Hb2Oc2-）的生化反应过程，水解反应需在胞外酶的作用下完成。CaHbOcNd+NH4++H++HCO3-→CαHβOεNδ+Ca1Hb1Oc1+NH4++CO2+H2OCaHbOc+NH4++H++HCO3-→CαHβOεNδ+Ca2Hb2Oc2-+NH4++CO2+H2OCa1Hb1Oc1+NH4++HCO3-→CαHβOεNδ+Ca2Hb2Oc2-+CO2+H2O当前第99页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

二、厌氧消化的生物化学与微生物

1厌氧消化的生化过程纤维素纤维素酶，H2O纤维二糖纤维二糖酶，H2O葡萄糖半纤维素多聚糖类单糖+糖醛酸H2,CO2,乙酸,丁酸,甲酸和醇类等H2OH2O半纤维酶多聚糖酶发酵蛋白质蛋白酶(内肽酶)，H2O蛋白胨蛋白酶(内肽酶)，H2O多肽氨基酸肽酶(外肽酶)，H2O水解过程当前第100页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

二、厌氧消化的生物化学与微生物

1厌氧消化的生化过程②产氢产乙酸过程产氢产乙酸过程是指醋酸分解菌和产氢菌利用水解酸化反应过程产生的可溶性物质（醇类Ca1Hb1Oc1和有机酸Ca2Hb2Oc2-）作电子供体最终产生乙酸或氢气的过程。产乙酸的反应式为：Ca1Hb1Oc1+NH4++HCO3-→CαHβOεNδ+CH3COO-+CO2+H2OCa2Hb2Oc2-+NH4++HCO3-→CαHβOεNδ+CH3COO-+CO2+H2O产氢气的反应式为：Ca1Hb1Oc1+NH4++HCO3-+H2O→CαHβOεNδ+CO2+H2Ca2Hb2Oc2-+NH4++HCO3-+H2O→CαHβOεNδ+CO2+H2当前第101页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

二、厌氧消化的生物化学与微生物

1厌氧消化的生化过程③产甲烷过程产甲烷过程是甲烷菌利用乙酸、H2和CO2生成甲烷气体的过程，标志着固相有机垃圾的彻底降解和清消。当以H2为电子供体时，反应式为：H2+NH4++HCO3-+H2O→CαHβOεNδ+CH4+H2O当以乙酸为电子供体时，反应式为：HCO3-+NH4++H2O→CαHβOεNδ+CH4+HCO3-+CO2当以甲醇为电子供体时，反应式为：CH3OH+HCO3-+NH4++H2O→CαHβOεNδ+CH4+CO2当前第102页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

二、厌氧消化的生物化学与微生物

1厌氧消化的生化过程产氢产乙酸及产甲烷主要氧化半反应氧化（供给电子的反应）△G○/kJ*①丙酸→乙酸CH3CH2COO-+3H2O→CH3COO-+HCO3-+H++3H2+76.1②丁酸→乙酸CH3CH2CH2COO-+2H2O→2CH3COO-+H++2H2+48.1③乙醇→乙酸CH3CH2OH+H2O→CH3COO-+H++2H2+9.6④甲醇→乙酸4CH2OH+2CO2+H+→3CH3COO-+2H2O-2.9⑤乳酸→乙酸CH3CHOHCOO-+2H2O→CH3COO-+HCO3-+H++2H2-4.2⑥乙酸→甲烷CH3COO-+H2O→CH4+HCO3--31.0当前第103页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

二、厌氧消化的生物化学与微生物

1厌氧消化的生化过程还原（接受电子的反应）△G○/kJ*⑦HCO3-→乙酸2HCO3-+4H2+H+→CH3COO-+4H2O-104.6⑧HCO3-→甲烷2HCO3-+4H2+H+→CH4+3H2O-135.6⑨SO42-→HS-SO42-+4H2+H+→HS-+4H2O-151.9⑩SO42-→H2SCH3COO-+SO42-+H+→H2S+2HCO3--59.5产氢产乙酸及产甲烷主要还原半反应当前第104页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

二、厌氧消化的生物化学与微生物

1厌氧消化的生化过程厌氧消化的总反应式为：有机物+H2O+营养物→细胞质+CH4+CO2+NH3+H2+H2S+…+能量忽略有机物中的含量很少的S，其分子式可表示为CaHbOcNd，则完全厌氧分解反应可表示为

其中：r=c-ny-2ss=a-nw-m

当前第105页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

二、厌氧消化的生物化学与微生物

1厌氧消化的生化过程如果有机物被完全分解，没有任何残留物，则化学反应式可表示为

3的沼气。+当前第106页\共有138页\编于星期五\6点ProcessofFermentation.flv当前第107页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

二、厌氧消化的生物化学与微生物

1厌氧消化的生化过程例：某厌氧消化固体废物的化学式为C60.0H94.3O37.8N，有机物的含量为79.5%（含水分），有机物中含固率为73.1%，假定有机物中的95%可降解，试计算单位质量固体废物的最大理论产气量，并计算产生气体中二氧化碳和甲烷的体积百分比。当前第108页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

二、厌氧消化的生物化学与微生物

1厌氧消化的生化过程解：（1）以100kg废物为基准，其中有机物（含水分）为79.5kg。（2）由于有机物含固率为73.1%，且有机废物中95%为可降解有机物，则可降解有机物的干重为79.5×73.1%×95%=56.0kg（3）在厌氧消化化学反应式中，a=60.0，b=94.3，c=37.8，d=1，故反应式为C60.0H94.3O37.8N+18.28H2O→31.96CH4+28.04CO2+NH3

1433.1329.0511.41233.817当前第109页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

二、厌氧消化的生物化学与微生物

1厌氧消化的生化过程（4）产生的甲烷和二氧化碳质量CH4=56.0×511.4/1433.1=20.0kgCO2=56.0×1233.8/1433.1=48.2kg（5）产生的甲烷和二氧化碳的体积甲烷密度=0.7155kg/m3，二氧化碳密度=1.9725kg/m3CH4=20.0/0.7155=27.95m3CO2=48.2/1.9725=24.44m3（6）甲烷和二氧化碳的体积百分比CH4（%）=27.95/(27.95+24.44)=53.3%CO2（%）=46.7%（7）单位质量固体废物的理论产气量（27.95+24.44）/100=0.52m3/kg（湿重）当前第110页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

二、厌氧消化的生物化学与微生物

2厌氧消化微生物厌氧消化微生物包括水解菌、产氢产乙酸菌、同型产乙酸菌、产甲烷菌等。水解产酸菌和产甲烷菌既相互依存又相互制约，二者需协同作用，以共同营造均衡的垃圾降解和稳定环境。不产甲烷菌和产甲烷菌的相互关系主要表现在以下几方面：①不产甲烷菌为产甲烷菌提供生长和产甲烷必须的基质②不产甲烷菌为产甲烷菌创造适宜的厌氧环境③不产甲烷菌为产甲烷菌清除有毒物质④产甲烷菌为不产甲烷菌的生化反应解除反馈抑制⑤产甲烷菌在厌氧消化过程中的调节作用当前第111页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

三、厌氧消化的影响因素

1温度

在环境条件中，以温度的影响较为明显。根据温度的不同，可把发酵过程分为中温发酵（30～36℃）和高温发酵（50～53℃）。在中温发酵条件下，有机负荷为2.5～3.0kg/(m3.d)，甲烷产气量约1～1.3m3/(m3.d)；在高温发酵条件下，有机负荷为6.0～7.0kg/(m3.d)，甲烷产气量约3.0～4.0m3/(m3.d)。高温发酵对杀灭病原微生物效果较佳。当前第112页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

三、厌氧消化的影响因素

2营养

厌氧微生物除要求一定比例的C、N、P基质外，还对铁、镍、钴等微量元素具有要求。垃圾中一般都具有厌氧降解反应所需要的营养元素。合成细胞的C：N约为5：1，由于尚需要作为能源的碳，故要求C：N达到10～20：1为宜。如C：N过高，细胞的氮量不足，系统的缓冲能力低，pH值容易降低；C：N太低，氮量过多，pH值可能上升，氮盐容易积累，会抑制发酵进程。当前第113页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

三、厌氧消化的影响因素

3有毒物质对厌氧消化具有抑制性的物质抑制物质抑制浓度/(mg/L)抑制物质抑制浓度/(mg/L)VFA>2000SO42-5000氨氮1500-3000Na3500-5500ABS（烷基苯磺酸盐）50Cu5五氯苯酚10Cd150溶解性硫化物1000Fe1710Ca2500-4500Cr3+3Mg1000-1500Cr6+500K2500-4500Ni2当前第114页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

三、厌氧消化的影响因素

3有毒物质金属离子的促进作用和抑制作用浓度范围金属离子浓度（mg/L）金属离子浓度（mg/L）促进作用中等抑制强抑制促进作用中等抑制强抑制钠100～2003500～55008000钙100～2002500～45008000钾200～4002500～450012000镁75～1501000～15003000当前第115页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

三、厌氧消化的影响因素

4酸碱度水解、发酵菌及产氢产乙酸菌对pH值的适应范围大致为5～6.5，而甲烷菌对pH值的适应范围为6.6～7.5（6.8～7.4）之间。为有效的防止系统pH值的下降，应保持一定的碱度。在运行良好的发酵系统中，应保持碱度在2000mg/L以上。碱度过低时，可通过投加石灰或含氮物料的办法进行调节。当前第116页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

三、厌氧消化的影响因素

5Eh

一般来讲，厌氧微生物只能在Eh值100mV以下甚至负值时才能生长。产甲烷菌生长和产甲烷的适宜氧化还原电位（Eh）是-330mV以下。当前第117页\共有138页\编于星期五\6点第三节厌氧消化（发酵）

三、厌氧消化的影响因素

6搅拌（混合）

搅拌是促进厌氧发酵所不可缺少的，有效的搅拌可以增加物料与微生物接触的机会；使系统内的物料和温度均匀分布；防止