1.4 实验研究目的，技术路线
我国目前的农作物发酵制沼气技术与发达国家相比,起步较晚,大型项目的运行经验相对较少。由于我国幅员辽阔,不同地域的农作物资源种类不同,其物理和化学性质也有较大的差别,加之我国不同地区年平均气温差别较大,使我国农作物厌氧发酵制备沼气的大型项目难有统一的设计参数标准。对于不同的大型沼气项目,必须结合项目实际的农作物种类和物性、气候条件、供热条件、沼液和沼渔的消纳和后续处理工艺、农作物的价格和最大运输半径、原料的储存和供料方式、发电机组的选型等因素进行综合考虑,才能使项目实施后获得最佳的经济和社会效益。
根据我国农作物制备沼气技术的应用现状,结合本文研究的农作物制备沼气项目实际案例,本文的研究目的为:;研究发酵原料的物理化学性质和产气率,提出合理估算农作物（主要是黄瓜藤）和粒径的方法,为项目实例提供工艺选择、系统设计和经济性计算提供可靠依据。
为了实现上述目的,本文研究内容主要集中如下几个方面:
（1）研究农作物破碎预处理的特点,为合理计算破碎预处理能耗提供计算方法。
（2）研究了黄瓜藤的鲜活度对发酵产气量和产气速率等因素的影响。
（3）不同投配率对发酵产气量和产气速率等因素的影响；为了厌氧发酵反应的持续反应，同时还研究不同投配率对于pH值的影响。
1.5 论文章节安排
本论文共包括六章内容。
第一章介绍课题的研究背景，国内能源消费和可再生能源利用现状，以及课题的主要研究内容和意义。
第二章厌氧发酵反应制备沼气的基本原理和影响参数。
第三章阐述农作物的破碎原理，从中说明粒度与能耗间的关系，并且从能耗的角度分析不同粒度的颗粒的耗能情况。
第四章针对需要采用实验方法对各个因素进行研究，确定实验的数据测量的方法以及实验进行过程中需要的注意事项，防止实验失败。
第五章实验采用定制CSTR厌氧反应器对黄瓜藤在中温条件下进行厌氧消化反应实验，研究系统的稳定性能和产气性能。
第六章作出对课题的总结和展望，总结本课题的研究成果，并提出不足之处和以后还需进一步研究的方向。
第二章厌氧发酵原理及其工艺
农作物作为发酵原料，用来制备沼气是生物质厌氧发酵的一种。如本文第一章所述,生物质发酵根据发酵过程中是否存在氧气,可分为好氧发酵和厌氧发酵。好氧发酵的主产品是有机肥,厌氧发酵的主产品可以是有机肥或沼气。如果生物质厌氧发酵的主产品是沼气,则称为生物质发酵制备沼气。
2.1 有机物厌氧降解基本过程
厌氧处理过程是由多种微生物共同作用完成的,微生物将有机大分子化
合物通过转化成了CH
4、C0
2
、H
2
O、H
2
S和氨等物质。在厌氧发酵过程中,微生物
相互间影响、相互间约束，微生物之间共同组成一个生态系统。从上世纪70年代中起,研究者们就对厌氧消化技术进行了广泛的研宄并取得了很多成果。厌氧生物降解基本过程如图2-1所示[18]。
1.发酵菌；
2.产氢产乙酸细菌；
3.同型产乙酸细菌；
4.利用H2和CO2甲烷细菌；
5.分解乙酸的产甲烷细菌
图2-1大分子有机物的厌氧降解过程
一、水解阶段
水解阶段是非溶性的大分子化合物被转化为简单的小分子化合物或单体的过程。大分子有机化合物相对分子质量都比较大,不能被微生物直接吸收利用。这些大分子的有机化合物首先在被转化为小分子化合物,这些小分子化合物就很容易被微生物利用。通常水解反应过程可用下式表示。
R-X + H
2
O—>R-OH + X-+H+
式中:R-有机物分子的碳链主体
X-分子中的极性基团
二、发酵阶段
在发酵过程中,发酵微生物首先将小分子化合物转化为简单的物质,分泌到细胞外。因此，这一过程也称为酸化阶段。这一阶段的最终产物主要有挥发性脂肪酸（VFA）、二氧化碳、氧气、氨、硫化氢等气体物质。同时,厌氧发酵过程中，微生物也会合成新细胞进行自身的增殖,所以系统会产生剩余污泥。一般的底物在进行酸化反应时,部分氨基酸的分解是通过所谓的史提克兰德反应进行的,该反应需要两种氨基酸的参与,或者说它需要和其他分子同时进行反应,其中一个氨基酸分子进行氧化脱氮,同时产生H+使另外一种氨基酸的两个分子还原,两个过程都有脱氧基的作用。以丙氨酸和甘氨酸的降解为例来说明它们就需要这种偶联反应。
CH
3CHNH
2
C00H+2H
2
0—>CH
3
COOH+CO
2
+NH
3
+4H+
2CH
2
NH
2
COOH+4H+—>2CH
3
COOH+2NH
4
即为:
CH
3CHNH
2
COOH+2CH
2
NH
2
COOH+2H
2
O—>3CH
3
COOH+3NH
4
+CO
2
这里丙氨酸作为电子的供体,甘氨酸作为电子的受体。而丙氨酸和甘氨酸都是有机物,却一个作为电子供体,另一个作为电子受体。这一特点说明,酸化反应过程是一个不稳定并且没有进行到底的过程。
三、产乙酸阶段
发酵阶段的最终产物在产乙酸菌的作用下被进一步转化为CH
3
COOH、
H
2
、碳酸和新的细胞物质。这些微生物能把各种VFA降解为乙酸和氢气。其反应如下[16]:
CH
3CH
2
OH+H
2
O—>CH
3
COOH+2H
2
CH
3CH
2
COOH+2H
2
0—>CH
3
COOH+3H
2
+C0
2
CH
3CH
2
COOH+2H
2
O—>2CH
3
COOH+2H
2
四、产甲烷阶段
在这一阶段过程中,产甲烷微生物将CH
3COOH、H
2
、碳酸、甲酸和甲醇等
转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。有些细菌能够直接利用乙酸产生甲烷,在一般的厌氧反应器中,由乙酸分解产生的甲烷和由氢气分解产生的甲烷的比例为7:3。
利用乙酸: CH
3COOH
4
—>CH
4
+CO
2
利用 H
2和 C0
2
: H
2
+C0
2
—>CH
4
+H
2
上述4个阶段还包含以下过程:(a)蛋白质、碳水化合物的和脂类发生变化是在水解阶段发生的;(b)氨基酸和糖类的氧化、高级脂肪酸和醇类的氧化发生
在厌氧发酵阶段;(C)产乙酸阶段包含从中间产物中形成CH
3COOH和H
2
,由H
2
和
C0
2形成CH
3
COOH; (d)产甲烷阶段包括由CH
3
COOH形成甲烷和从H
2
和C0
2
形成甲
烷。
2.2 厌氧发酵过程的特点
2.2.1厌氧生物处理技术的优点
(1)厌氧生物处理能够减少环境污染。能够大幅度降低废水中的COD、BOD 的含量,减少水体富营养化；厌氧消化可以杀灭病原菌、微生物虫卵；减少蚊绳的繁殖效率,避免了疾病的传播。
(2)厌氧生物处理产生的污泥量较少、剩余污泥脱水性能好、浓缩时可以不使用脱水剂等优点,因此,厌氧生物处理工艺受到广泛应用。
(3)厌氧处理工艺可产生无污染的能源沼气作为燃料使用;沼气燃烧后的产物是水,因此对环境无污染。
(4)厌氧生物处理可以把难被微生物吸收的有机氮转化成氨或确酸盐,从而提高营养成分的利用率。
(5)厌氧生物处理后的沼澄、沼液施用到土壤中可以改良土壤、增加农作物的产量。
(6)高浓度的有机废水也可以用厌氧生物技术来处理。且不需要大量水稀释。
(7)厌氧生物处理可以节省费用。
2.2.2厌氧生物处理技术的缺点
(1)厌氧生物处理启动周期较长。厌氧微生物的世代期长,微生物增长速率低,污泥增长缓慢,一般厌氧启动期需要几个月甚至更长的时间。如果增加接种污泥量来达到快速启动,就会增加经济投入。
(2)管理较复杂。由于微生物种类、性质各不相同,对运行管理较为严格。
(3)厌氧生物处理后的废水不能达到排放标准。厌氧生物处理对氮和等营养元素的去除率不高,厌氧消化只是把含氧和磷的有机物转化为氧氮和磷酸盐,微生物合成新细胞用到的氮和磷也较少,因此,厌氧消化系统除水中氮和磷的含量一般达不到排放标准。氮和磷等营养物质排入水体可引起湖泊发生富营养化,由于该法的利用存在局限性,当被处理的废水对氮和的含量要求较高时,就应当采用厌氧和好氧相结合的处理工艺。
(4)厌氧生物技术在处理废水时可能会造成二次污染。由于废水中硫酸盐的
S等恶臭气体。
存在,在厌氧条件下硫酸盐被氧化而放出H
2
(5)厌氧微生物对有毒物质非常敏感,因此,要严格控制有毒物质进入厌氧消化系统中。
2.3厌氧微生物降解动力学原理
微生物降解动力学是指目标化合物的微生物降解速率。厌氧消化过程中的动力学主要有两个方面的内容:即厌氧微生物生长动力学和有机物降解动力学。莫诺德(Monod)动力学方程可表示为:
C
K CX K dt dC S +=max 式中,dt
dC 为基质利用速率[mg/(L.d)];max K 为最大比基质利用速率[gCOD/(gVSS-d) ]; C 为生长限制基质浓度(与生物体接触的浓度,mg/L); X 为生物浓度(mg/L); s K 为半饱和浓度(mg/L).
溶解性基质的生物转化速率可由莫诺德方程表示。
则有
U=rk
莫诺德方程可表示为
ρ
ρ+=S K K k max 因为max max rK U =，而u=rk,上式也可以写作
ρρ+=
S K U u max 式中,p 为基质浓度;max K 为最大比基质利用率:m ax u 为最大比细胞增长
率;s K 为基质亲合力常数或饱和常数,它等于当max 2
1K u =时的基质浓度。
在厌氧处理的产甲烷阶段,产甲烷菌将COD 转化为CH 4和细胞物质。
假定产生的细胞物质占被转化的COD 的产率为r n ,则转化为CH 4的COD 的产率为
1-r n 。
在酸化阶段,基质被转化为细胞物质和挥发性脂肪酸,假定细胞产率为r m ,则转化为VFA 的分值为1-r m 。
在稳定的生物处理系统中,有机物质的氧化分解;新细胞的合成;老细胞的衰亡是同时进行的。将以上过程综合起来,就得到下面方程:
bX dt
dS Y dt dX --=)( 式中 dt
dX —微生物净增长速率,mg 微生物/ (L ·d); dt
dS -—基质降解速率,mg 基质/ (L ·d); Y —新细胞增长常数,即产率,mg 微生物/ mg 基质;
b —细菌自身氧化分解率,也称衰减系数,d -1 ;
X —微生物浓度,mg 微生物/ L;
将上式两边各除以X,得
b X dt dS Y X dt dX u -?????
? ??-== 式中：X
dt dX
是微生物的比增长速度u; X
dt dX
-是单位微生物在单位时间内降解基质的量； 2.4厌氧处理微生物生态学
在厌氧处理系统中,存在着种类繁多,关系复杂的微生物区系。这些微生物相互协同共同完成一个复杂的厌氧降解反应过程,总的来说,这些微生物大致可以分为两类:产甲烷菌、不产甲烷菌。
2.4.1不产甲烷菌
不产甲烷菌(发酵细菌、产氧产乙酸细菌和同型产乙酸菌)在厌氧消化过程中也起着非常重要的作用。
一、发酵细菌
发酵细菌是一个混合细菌群,主要由专性厌氧细菌组成。这类微生物能够在厌氧条件下将不溶性大分子有机物水解为可溶性小分子物质,并利用这些小
分子物质生成各种酸、H
2和C0
2
。
二、产氢产乙酸细菌
产氢产乙酸菌能够将水解产物转化为C0
2、0
2
以及乙酸。水解酸化过程
中的产物部分能够直接被甲烷菌利用,部分不能被甲烷菌利用,这时产氧产乙酸菌就在整个厌氧消化过程中发挥极为的重要。产氢产乙酸菌能将各种VFA降解成为乙酸并放出H
2
。
三、同型产乙酸细菌
同型产乙酸菌是混合营养性厌氧细菌,不仅能利用有机基质产生乙酸,也能
利用H
2和C0
2
产生乙酸。因为同型产乙酸细菌可以利用氢气而降低氢气分压,所
以对产氢气的发酵性细菌有利,同时对利用乙酸的产甲烧菌也有利。
2.4.2产甲烷菌
为了避免产甲烷菌与另一类氧化好氧细菌相混淆,1974年Bryant提出产甲烷菌这一名词。产甲烷菌有多种形态,大致可分为杆状、球状、螺旋状和八叠状等四类形态。螺旋状产甲烷菌目前仅发现一种。由于产甲烷菌是生存于极端厌氧的环境中和其对氧高度敏感的特性,使其成为难于研究的细菌之一。因此到20世纪70年代分类学家才以菌体细胞的形态学特征,再辅以某些生理学形状和
对各种基质的利用能力来进行分类。随着电镜的使用和现代生化技术的发展,逐步进入依据细胞学水平和分子水平的差异来进行分类。1956年,巴克将甲烷菌归纳成1个科和4个属,共8个种。1974年在《伯捷氏细菌鉴定手册》的第八版中,布赖恩特扔根据巴克的意见把产甲烷菌列为1个产甲烷菌科,下分为甲烷杆菌属(5个种)、甲烷八叠球菌属(2个种)和甲烷球菌属(2个种),共9个种。到1991年为止,共分离到产甲烷菌65个种。
产甲烷菌是一个特殊的专门的生理群,具有特殊的细胞成分和产能代谢功能,是一群形态多样,可代谢氢、二氧化碳及少数几种简单有机物生成甲烷的严格厌氧的古细菌。
2.4.3不产甲烷菌和产甲烷菌之间的相互关系
在厌氧处理系统中,微生物的种类很多、关系也很复杂。甲烷的产生是各种微生物相互平衡、协同作用的结果。不产甲烷菌依赖产甲烷菌,同时,产甲烷菌也依赖不产甲烷菌,它们之间相互依存又相互制约,在厌氧生物处理系统中它们是同时存在的。
(1)不产甲烷细菌为产甲烷菌提供营养物质。发酵细菌可以把高分子的碳水
化合物、脂肪、蛋白质等进行发酵,生成H
2、C0
2
、氨、及各种酸等,为产甲烷细
菌提供碳源和氮源。
(2)不产甲烷细菌创造了适宜的氧化还原电位。消化液、进料时都会使氧气混入,这些氧会抑制产甲烷菌的生长。但是,兼性厌氧菌和兼性好氧菌能够减少装置中的氧含量,。在厌氧装置中的各种厌氧微生物对氧化还原电位的适应性是不同的。如果这些微生物能够正常的生长代谢,就会降低消化液中的氧化还原电位,使产甲烷菌能够正常生长。
(3)不产甲烷细菌能够清除系统中的有毒物质。废水中特别是工业废水中可能会含有重金属、酷、氰等有毒物质,不产甲烷菌可以分解、吸收、转化这些有毒物质,有的还能够以氰化物作为碳源和能源,都能够解除有毒物质对产甲烷菌的毒害。
(4)产甲烷细菌能够把不产甲烷细菌的反馈抑制解除。不产甲烷菌的很多发酵产物对自己本身是有抑制作用的。而产甲烷菌可以消耗掉这么产物将它们转
化为C0
2和CH
4
,使不产甲烷细菌的代谢能够正常进行。
(5)不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持系统中的适宜pH值。在厌氧消化初期,发酵微生物在降解有机物时会产生酸性物质,导致消化液中的pH值持续下降。同时,氨化细菌可以分解蛋白质产生氨。氨可中和消化液中的部分酸性物质,对厌氧消化系统起到一定的缓冲作用。到了厌氧发酵后期,产甲烷细菌可以将乙
酸、氢和C0
2转化为CH
4
,从而维持厌氧消化系统pH值的稳定。
2.5 原料预处理的研究进展
2.5.1 农作物发酵原料预处理的研究
农作物制备沼气的工艺中,通过对发酵原料的预处理,可以增加发酵过程中的生化反应表面积,提高产气率和缩短产气时间,从而提高发酵反应器的容积利用率。对于发酵原料的预处理,通常通过物理化学和生物等方式,提高木质素和纤维素的降解程度,使纤维素、半纤维素和木质素分解,增加酶和纤维素的反应接触面积,从而提高酶解的效率,以加快厌氧发酵的产气率。这方面的研究主要包括:
杨立[19]等人用NaOH对稻杆进行预处理,研究不同浓度的NaOH、NaOH水溶液加热预处理时间和水浴温度对厌氧发酵产沼气的影响。实验结果表明,NaOH 浓度为6%时最佳,产量比为处理的对照组提高了110%,水溶液加热时间3h最佳,产气量比对照组提高了 107.9%,水浴加热温度10℃最佳,产气量比对照组提高115.8%。
覃国栋[20]等对水稻稻秆进行酸预处理,研究其对沼气发酵的影响。实验所需的水稻稻杆被切成2cm~3cm左右,分别采用不同浓度的酸(2%、4%、6%、8%、10%)对水稻稻秆进行处理,预处理后的稻秆放入1L的发酵装置中,并在20℃的恒温恒湿箱中,用活性污泥接种进行发酵。发酵装置中料液总质量为
800g,发酵料液初始浓度为6%,接种物浓度为30%。实验结果表明,酸预处理可显著改善水稻稻秆产沼气的量,提高产气率。
楚莉莉[21]等用沼液对小麦稻秆进行预处理,研究对厌氧发酵产气特性的影响,实验在25±1℃条件下进行。相对于未处理的小麦稻秆,预处理后小麦稻秆的碳氮比下降20~30:1，且产气速率显著增加,产气高峰出现时间提前,甲烷的平均含量为64%~71%,VS的去除率为17.1%~25.7%。其中,预处理时间6d时的产气效果最好,VS产气量比对照组的产气量提高了69.5%。
Kouichi Izuini[22]等研究食品废弃物不同粒径对厌氧发酵的影响。实验结果表明,相比于用普通破碎机进行的破碎,用玻珠研磨机在lOOOrpni速度下进行的破碎,可使沼气产量增加28%。若食物废弃物的粒径过小,将导致挥发性
脂肪酸的积累,沼气的产量和粒径的增溶性也会相应降低。
S.Menardo[23]等研究小麦,大麦,水稻和玉米四种秸秆,改变其粒径和经过热处理后对沼气产量的影响。实验在40℃温度下,四种农作物秸秆的粒径分
别定为5cm、2cm、0.5cm、0.2cm；热处理温度设为90℃和120℃。实验结果表明,粒径的改变可使沼气产量增加80%以上,对于小麦和大麦稻秆的沼气产量明
显高于预处理前,并随着粒径的降低而增加;稻杆和玉米杆的沼气产量并没有明显的高于预处理前。经过热处理后的玉米杆和稻杆的产气量并没明显高于预处理前。但对于小麦和大麦稻秆热处理,其产气量明显高于预处理前,产气量增加大约40%左右。对于小麦秸秆,不同的预处理方式都可得到更多的产气量。
李玉英[24]等用不同种类的稻秆进行发酵,并蹄选高效产酸复合菌系。实验以麦秆、玉米秆为碳源,牛粪为氮源,研究不同菌群经多代驯化后,以不同种类稻秆为碳源的产酸规律。实验结果表明,以麦秆为发酵原料时,来自牛胃内容物的菌群具有高效的产酸能力；以玉米秆为碳源时,来自腐殖土的菌群具有高效产酸能力。
边义[25]等用不同菌种对玉米秸秆进行干式发酵实验,分别采用绿稻灵、酵素菌、石灰水、速腐剂在相同条件下对玉米稻秆进行预处理。实验表明,经过酵素菌预处理后的原料,产气率为455.7ml/g,原料的纤维素降解效果最好,降解率为56.9%。在发酵产气的旺盛期,采用四种预处理后发酵时的甲焼含量都很高,经酵素菌处理的原料的甲烧含量最高,其次为绿稻灵、速腐剂、石灰水。
方文杰[26]等采用厌氧消化后的消化液对稻草进行堆枢预处理,研究温度、含水率、混合液悬浮固体及时间对沼气产气量的影响。实验结果表明,堆枢预处理后稻草总产气量比未处理提高了 3%~49.5%。
Bipro Ranjan Dhart[27]等用超声波和高温对活性污泥进行预处理,分析预处理后厌氧发酵的经济性。三种高温预处理的温度分别为5°C、70°C、90°C,
三种超声波预处理的比能输入分别为1000、5000、lOOOOkJ/kgTSS。相比未预
处理的厌氧发酵,预处理后的厌氧发酵能明显的提高挥发分固体悬浮物的降解率,其增量为29%~38%,并可得到30%的沼气增量。
Kim[28]来自韩国污水处理厂的活性污泥进行批量发酵,以研究不同预处理方式对厌氧发酵过程的影响,包括热预处理、化学预处理、超声波预处理和热化学预处理。实验表明,热化学预处理对发酵产气情况和污染物的降低均具有较好的效果,在经过热化学预处理后,污泥的沼气产气量增加了34%。
Anthony Mshandete[29]等研究粒径对剑麻废弃物厌氧发酵的影响,实验在33°C条件下,粒径为2mm~100mm。实验表明,在剑麻粒径为2mm的情况下,预处理后剑麻纤维的降解程度要比未处理的增加31%~70%。并且沼气产量与粒径的大小成反比,粒径为2mm的剑麻,其产气量增加了 23%,1kg挥发分固体产甲烧量由未处理的0.18m3增加到 0.22m3。
从上述文献中可以看出,生物质发酵原料的预处理主要是通过釆用酸、碱等化学处理剂进行预处理、加温法预处理、微波法预处理、预发酵等不同的预处理方法,加快发酵原料的产气、提高产气率和产气量。在实际的发酵原料预处理过程中,预处理成本是制约不同预处理方法实际应用的关键因素。
2.5.2发酵过程工艺参数的研究
发酵过程工艺参数直接影响沼气的质量、沼气产量和容积沼气产率。在农作物发酵制备沼气的系统中,优化发酵过程的工艺参数,是保证农作物发酵制备沼气系统的安全、经济和高效运行的主要条件。国内外对于发酵过程工艺参数研究的内容是十分广泛的,现进行简要介绍如下:
王伟[30]等通过玉米稻秆与鸡粪混合,在不同干物质浓度下进行实验,实验表明,干物质浓度在15%时原料的分解利用率最高；在浓度为8%~30%中,干物质浓度含量越高,沼气产量随干物质浓度的增加而增加,沼气总产量也随干物质浓度的增加而增加;但甲烧含量却随发酵原料的干物质浓度的提高而减少。
张望[31]等在稻草为发酵原料进行中温干式厌氧发酵实验,实验浓度分别为20%、30%、40%,实验表明,相对于浓度20%而言,浓度为30%的干式发酵在反应前期经历了很长的酸化期,产气量在后期才始升高。对于半纤维素,随着浓度的升高,半纤维素的降解呈下降趋势。在不加任何预处理措施的情况下,浓度越高,产气效果越差,微生物生长活动严重受制,干物质浓度在20%时效果最好。
孙丽丽[32]等在玉米稻杆和麦稻的中、高温发酵实验中得出,当温度从30°C升高到35°C时,单位干物质产气量提高幅度较大,温度超过35°C时,玉米稻和麦稻的单位产气量增加幅度都不大。
徐宵[33]等在稻秆干式厌氧发酵渗滤液回流的研究结果表明,在底物浓度低于18%时,渗滤液回流对稻杆厌氧发酵产气率的影响不大。当底物浓度提高到20%时,渗滤液回流可明显的提高稻秆厌氧发酵的产气率,其中以产气趋势下降后再回流的方式最好。同时,对秸秆发酵前后化合物组成分析表明,回流可以提高纤维素、半纤维素的降解率。
David Bolzonella[34]等用活性污泥在1.3m3的搅拌反应器中进行中试发酵实验,研究两相处于不同温度下的发酵规律。实验结果表明,反应器的性能随着温度的上升而提高。COD的去除率由两相中温的35%增加到两相高温的45%。
E.Maranont[35]等用牛粪与食品废弃物、污泥进行联合发酵,以研究发酵产气规律。实验表明,当增加有机负载率并缩短水力停留时间时,将会降低产气量。当对给料混合物进行超声波预处理后,产气量会增加,但发酵产生的沼气总能量小于超声波预处理的能耗。
Prasad Kaparaju[36]用稻杆釜馏物作为发酵原料进行厌氧发酵实验。采用不同浓度的釜馏物进行批量发酵,以确定其产气潜力。实验表明,当物料浓度增加到33%~55%或有机负载率提高到41.2g-COD/L·d时,产气量降低或使整个发酵实验失败。
J.Fernandez[37]对城市有机固体废弃物进行厌氧发酵实验,研究总固体浓度对发酵过程的影响。实验结果表明,反应器在总固体质量浓度为20%时,具有更好的发酵性能。
Hana Gannoun[38]等用屠宰场废水为发酵原料进行间歇式厌氧发酵,发酵前对废水进行静态和动态的水解预处理。相比于静态预处理,动态预处理可使悬浮物增加80%的水解性,使其更有效地转变为可溶物。
K.J.Chae[39]等研究不同的发酵温度、温度波动及给料负荷对猪粪厌氧发酵的产气量和甲烷浓度的影响,实验所设的温度范围为25°C、30°C、35°C；发酵原料的总固体质量浓度为5%、10%、20%和40%。实验结果表明,相对于发酵温度为35°C的条件,在30°C状态下的产气量降低了3%,而在25°C时的产气量减少了25%。
Samantha Cristina Pinho[40]等在厌氧预批式生物膜反应器中,对部分可溶性废水进行处理,研究了机械搅动对有机物降解率的影响。
从上述文献查阅中可以看出,不同发酵原料的发酵工艺的参数变化范围很大,很难得到可以适用于任何发酵装置的统一标准的工艺参数,对于不同的发酵原料和系统,需要结合具体情况进行具体的分析，进而对发酵系统的参数进行优化,从而最佳的经济效益和社会效益。
2.6影响微生物厌氧消化的主要因素
2.6.1温度
温度对厌氧消化系统中微生物的影响是最大的,甚至系统温度发生微小的改变都可能造成系统的瘫疾。在厌氧反应器中,厌氧微生物通过生命代谢过程来产生能量以维持自身的生长,同时也产生副产物甲烷厌氧发酵制备沼气的过程中,微生物代谢活动与温度有着密切的关系。细菌代谢活动在35°C~38°C和50°C~65°C范围内分别有一个高峰值。40°C~50°C是产沼气高温菌种和中温菌种活动过渡的温度区间范围,它们在这个温度范围内都不太适应,因而产气率可能会下降。而随着温度的升高,微生物的代谢越发旺盛,沼气的产量也就越多,当温度增加到53°C~55°C时,高温菌种会变得活跃,产沼气的速率当然最快;当温度超过65°C时,高温菌则会被杀死，产沼气的速率也会急剧的减少,直至停止产沼气。
厌氧微生物可分为低温微生物、中温微生物和高温微生物,各类厌氧微生物生长的温度范围见表2-1。因此,厌氧处理工艺可以分为低温厌氧处理工艺、中温厌氧处理工艺和高温厌氧处理工艺。
表2-1 不同种类厌氧微生物的适宜温度范围
一般来说,高温区的微生物代谢速率要大于中温区;而中温区的代谢速率大于低温区。在大多数厌氧反应器中,温度每增加10℃速率就增加1倍。中温发酵(45℃~48℃)，与常温相比,具有降解速度快、产气率高、产气性质好等特点。中温发酵在大中型沼气工程占有主导地位。高温发酵降解快、产气率高、环保效果好,有利于无害化。与中温发酵相比,高温发酵在产气量方面没有明显
的优势,但发酵所需能耗较多。一般用于有余热利用或需要杀灭有害细菌的废物处理的工程项目。
2.6.2酸碱度(pH 值)
环境pH 值是通过影响酶的活性来影响微生物代谢的。环境pH 值的变化可以引起微生物细胞膜上电荷的改变,从而影响微生物对营养物质的吸收。介质的pH 值不仅能影响微生物的生命活动,甚至能影响微生物的形态。pH 值是氢离子活度的负对数,微生物对pH 值有一个适应的范围,并且对pH 值的波动十分敏感。微生物对pH 值的适应范围随着微生物种类的不同而有所不同。产甲烷菌的适宜范围大致是6.6—7.5。
2.6.3氧化还原电位（ORL ）
体系中氧化剂和还原剂的相对强度称之为氧化还原电位,通常用E h 表
示,以伏特(V)或毫伏(mV)来计量。根据Nerast 的方程式,溶液体系中的氧化还原电位可(Eh)可以表示为
[][]还原型氧化型log 3.20nf
RT E E h += 式中,R 为气体常数;T 为热力学温度(K), T=273+t (°C); n 为离子价;f 为电化学当量;E 0为标准电极电位;E h 为待测氧化还原电位;[氧化型]为氧化态离子
浓度;[还原型]为还原态离子浓度。
好氧微生物、兼性微生物和厌氧微生物都呈现出一种趋势,那就是在其生长过程中会降低外界的氧化还原电位。这是因为好氧微生物和兼性微生物在其生命代谢中都以氧为最终电子的受体,环境中的氧被微生物代谢消耗会导致使环境中的氧化还原电位降低。
2.6.4基质的营养比例
在厌氧反应器运行中,一般是控制进料的C/N 的比例来满足厌氧发酵微生物的营养要求的。通常情况下,含有天然有机物的废水会在处理时不需要加入基质,但是在处理化工废水时就要注意进水中碳、氮、磷的三者比例。不论是在好氧反应器中还是厌氧反应反应器中,氮与磷的比值都应当是5: 1。但碳与它们的比值则差异会很大。厌氧反应需要的碳比好氧反应需要的多。
2.6.5基质微生物比(COD/VSS)
厌氧生物处理系统中的COD/VSS对厌氧消化系统的影响非常大,在实用中常以有机负荷(C0D/VSS)表示其含量,单位为kg / ( kgd)。但通常情况是进料有机负荷大,系统产气量则大。厌氧消化过程中产酸阶段比产甲烷阶段的反应速率要高得多,所以在选择有机负荷时我们需要十分谨慎把握,避免挥发酸的积累。有机负荷的绝对值在反应的开始阶段不适合太高。
2.6.6抑制性物质或毒性物质
与其他生物系统一样,有毒物质的进入也会影响厌氧处理系统。由于微生物对各种有毒物质具有一定的适应能力,因此,只有当有毒物质超过一定限度才会对厌氧发酵产生抑制作用,严重时甚至完全破坏厌氧过程。只有溶解成离子状态的重金属才会对细菌有毒害作用,如果重金属离子可以与硫化物结合生成不溶物质,则对微生物无毒害作用。因此,重金属即使浓度很高,如同时存在着与其相应的硫化物,抑制作用就不会产生。具体情况如表2-2所示。
表2-2列出了氨浓度对微生物的影响情况
2.6.7农作物粒度
对发酵原料进行破碎处理,可以减小发酵原料的粒径,增加发酵原料与厌氧菌种的接触面积,提高发酵过程的生化反应速度，从而缩短产气时间和提高反应器单位发酵容积的产气率。另外,经过破碎预处理,还可以破坏农作物所含木质纤维素的细胞壁,使其有利于降解，增加降解速率，缩短产气时间和提高反应器容积产气率。农作物经过破碎,还可以提高其堆积密度,便于农作物的运输和存储。因此，在农作物厌氧发酵制备沼气的工程实际中,对农作物梧秆进行破碎处理是必不可少的预处理工序。
2.6.8其他因素
除了对于加入物质、控制环境等因素外,其他因素也会对厌氧微生物的生长产生影响。例如在反应过程中搅拌（甚至搅拌速度不同，影响也不同）、在
反应前对物质进行预处理等都会影响微生物的生长情况。在反应过程中搅拌可以加快反应,预处理可以提高水解过程、产甲烷过程的稳定性性。
除了考虑共性问题,同时,还必须关注不同处理工艺中的特殊因素等其他影响。
第3章农作物破碎原理、粒度与能耗分析
为缩短发酵原料的产气时间,提高单位容积的产气量,需要对发酵原料（蔬菜类农作物）进行预处理,如前面所述,在农作物厌氧发酵制备沼气的项目中,最常用的预处理方式之一是进行破碎。本章首先介绍常见的破碎工艺,然后通过粒度表征方法和分形模型对破碎后的粒度分布进行表征,目的是为了确定粒度分布的特征参数和粒度的分布情况,从而分析破碎不同粒径所需要的能耗。
3.1农作物破碎原理
物料在受到外力作用时,总是沿着其最抗压性最差处发生破裂。经过破裂后,物料的粒径变小。不同的破碎方式有一个共同的特性,就是在不同形式的破碎力的作用下,对物料进行破碎,从而达到减小物料粒径,增大比表面积的目的,从而使物料在厌氧发酵制备沼气的过程中,可以加速物料的生化反应。
3.1.1农作物的破碎原理
论述中我有查阅有关文献，由于研究的是蔬菜类农作物（黄瓜藤），结构和秸秆类似，所以以秸秆来说明农作物的破碎原理，农作物秸秆的结构由木质素、纤维素、半纤维素、果胶和蜡质等化合物组成。由于农作物秸秆的木质素很难通过微生物来进行降解,因而农作物秸秆的原料的厌氧发酵,其降解率一般取决于纤维素和半纤维素被木质素包裹的程度。当木质素完全包裹在纤维素和半纤维素表面时,微生物难以接触纤维素和半纤维素,使其降解速率十分缓慢。秸秆表面的一层蜡质,也不易被厌氧微生物所分解。所以从中可以发现秸秆不经过预处理进行发酵,就会不能有效降解。因此,要求对木质素和蜡质进行破碎处理,使纤维素与有机微生物的接触表面积增大,加快原料的分解。秸秆的破
碎过程破坏了秸秆表面的蜡质层,同时增加原料与料液接触面积。工程实用中对秸秆进行破碎,主要是通过机械的方式对秸秆进行破碎,从而达到增加接触表面积的目的。
3.1.2 常见的破碎工艺
常见的破碎工艺主要有:闭路破碎工艺、开路破碎工艺、半路破碎工艺[17]。
(1) 闭路破碎工艺中,原料在破碎机内完成破碎。在破碎机下方安装有蹄板或蹄条,符合粒度要求的物料才能从筛板或蹄条中排出。该工艺一般由鄂式破碎机和锤式破碎机组合而成,实现粗破碎与细破碎的组合破碎工艺,该工艺较适宜对硬度较软的物料进行破碎。
(2) 开路破碎工艺中,破碎机下方不安装蹄板或蹄条,物料可以直接从破碎机底部排出,破碎后的物料经过筛分工序,才能满足所需的粒度要求,该工艺中需加蹄分设备。此工艺一般由鄂式破碎机、锤式破碎机、振动蹄组合而成,组合成粗破碎、细破碎和蹄分的破碎工艺。相对于闭路破碎工艺而言,开路生产的破碎工艺降低了破碎机的设计难度,且具有较高的产量;所需的功率也相对较低;对于原料含水率要求,可略高于闭路破碎工艺。对于破碎密度小,质量轻的物料,易形成无数小颗粒和大量粉尘。而且对小粒径物料的再破碎难度很大,物料在蹄网上过多的返料,降低了破碎效率,增加了功率的消耗。
(3) 半开路破碎工艺中,是闭路、开路生产破碎工艺的优化组合,在本破碎工艺中,在排料区域设置一段蹄条,形成部分闭路生产的效果。该工艺也是由鄂式破碎机、锤式破碎机、振动蹄组合而成,形成粗破碎、细破碎和筛分的工艺组合。半路破碎工艺不仅采用了开路工艺直接排料方式,又兼顾了闭路工艺蹄分排料的设置,具有路破碎工艺和闭路破碎工艺两者的优点,此种工艺实际应用最为广泛。
3.1.3 常见的农作物破碎方式
对于农作物的破碎,由于其质地较软,并对破碎后的粒度有一定的要求,因此常选择闭路式破碎工艺,这样既简化了破碎工艺,又不会因为破碎而产生大量小颗粒和灰尘。在选取破碎工艺的同时,也应考虑对农作物的破碎方式。由于农作物具有粗度大、密度低、硬度小等特点,因此要选用适合农作物秸秆特点的破碎方式。对于秸秆的破碎,主要是借助机械力的作用,对秸秆进行剪切和磨碎,从
1至5万吨有机肥生产的工艺流程加工有机肥原料如下： 1、农业废弃物：比如秸秆、豆粕、棉粕等。 2、畜禽粪便：比如鸡粪、牛羊马粪、兔粪； 3、工业废弃物：比如酒糟、醋糟、木薯渣、糖渣、糠醛渣等； 4、生活垃圾：比如餐厨垃圾等； 5、污泥； 有机肥原料发酵工艺： 机肥全套生产线产品是以鲜鸡粪、猪粪，秸秆，污泥等为主要原料制造成有机肥料，不含任何化学成份。那么该如何操作有机肥生产线生产肥料呢? 下面为大家介绍有机肥生产线 一、设施：地面堆放 二、设备：铁锹、粪钩、脸盆、称等。 三、操作方法 1、准备工作：将需处理的畜禽粪便(含水量在70%左右)称量分份。准备BM菌剂。 2、生产工艺 (1)将畜禽粪便和BM菌种按1：10000的重量比例进行混合，然后进行搅拌，搅拌2-3遍即可。 (2)搅拌好的发酵物水份应控制在55%-60%，达到手握成团，松手既散的效果即可。 (3)把搅拌好的发酵物堆放到平地上面，高度不小于1m，宽度不小于1.5m。长度不限。 (4)发酵24-48小时，温度可过到55℃以上，最高达70℃以上，三天可达到除臭效果。 (5)堆放发酵10—15天后达到无公害和国家有机肥规范，可作基肥和专用肥使用。 步骤一：拌匀发酵剂。 1～1.5吨干鸡粪（鲜鸡粪约2.5～3.5吨）加一公斤鸡粪发酵剂，每公斤的发酵剂平均加5～10公斤M糠或玉M、麸皮，搅拌均匀后撒入已准备好的物料中，效果最佳。 步骤二：调剂碳氮比。发酵肥料的碳氮比应保持在25～30：1，酸碱度调到6～8（ph）为宜，因鸡粪的碳氮比偏高，应在发酵时加入一些秸秆、稻草、蘑菇渣等一起发酵。 步骤三：调节鸡粪水分。发酵有机肥料的过程中，水分含量是否适宜非常重要的，不能太高，也不能太低，应保持在60～65%，判断方法：手紧抓一把物料，指缝见水印但不滴水，落地能散开为宜。 步骤四：鸡粪建堆。在做发酵堆时不能做的太小太矮，太小会影响发酵，高度一般在1.5M左右，宽度2M左右，长度在2～4M以上的堆发酵效果较好。 步骤五：拌匀通气。发酵助剂是耗氧性微生物，所以在发酵过程中应加大供氧措施，做到拌匀、勤翻、通气为宜，否则会因为厌氧发酵影响物料发酵效果。 步骤六： 发酵完成。一般在鸡粪堆积48小时后，温度会升至50～60℃，第三天可达65℃以上，在此高温下翻倒一次，一般情况下，在发酵过程中会出现2～3次65℃以上的高温，翻倒2～3次即可完成发酵，正常一周左右可发酵完成，使物料彻底脱臭、发酵腐熟，灭菌杀虫。鸡粪发酵有机肥技术鸡粪经鸡粪发酵剂发酵之后，肥效更好，使用更安全方便，还可提高化肥利用率等。不仅鸡粪可以发酵有机肥，各种动物粪便、秸秆、落叶垃圾、树皮、锯末等均可发酵有机肥，发酵方法基本一样。最后还要提醒大家，无论用什么物料发酵有机肥，都要把握好水分含量，否则会功亏一篑。 5万吨有机肥生产工艺： 1、生产工艺发酵池投放发酵物--均匀撒入菌剂--翻堆发酵--发酵12-15天--出池--分筛--粉碎--予混--（造粒）--烘干--冷却--筛分--包装--出售． 2、生产设备工艺流程 1)、槽式翻堆机采用槽式生物发酵，根据您的生产规模需建9M宽45M长发酵槽三条，将发酵物连续投入发酵池中，每天利用翻堆机向发酵槽另一端移位三M，同时能够起到水分调节和搅拌均匀目的，
一、电控箱面板上按钮和指示灯说明 电控柜面板图 在电控箱面板上有以下按钮和指示灯：进料阀开、进料阀关、排料阀开，排料阀关，系统运行和系统停止以及急停。具体的使用说明如下： 1、进料阀开/关：当按下进料阀开按钮时，进料电动阀打开，当阀门全部打开后， 进料阀开的按钮上的绿色指示灯亮，同时进料泵自动启动，当按下进料阀关时，进料阀关闭，同时进料泵停，当进料阀完全关闭后，进料阀关的按钮上的红色指示灯亮。 2、排料阀开/关：当按下排料阀开按钮时，排料电动阀打开，当阀门全部打开后， 排料阀开的按钮上的绿色指示灯亮；当按下排料阀关时，排料阀关闭，当排料阀完全关闭后，排料阀关的按钮上的红色指示灯亮。
3、排料阀开/关：当按下系统运行按钮后，整个系统按照设定的参数自动运行， 同时系统运行指示灯亮；当按系统停止按钮后，系统停止运行，同时系统停止运行指示灯亮。 4、急停按钮：出现紧急情况时可以按下急停按钮，使整个系统停机。 二、触摸屏上相应的参数设定说明 主画面 1、系统上电后，触摸屏自动进入主画面，此画面中显示发酵罐内 当前的温度，压力以及搅拌的转速和热水罐的温度以及液位状态；进出料状态也在此画面中显示。按下参数设定键进入参数设定画面。
参数设定一 2、在此画面中设定热水罐和发酵罐的工作参数，说明如下：（参数 都在系统运行时生效） 1）热水罐加热器启动/停止温度：当热水管内温度低于启动温度时，并且热水罐内的水位超过了中液位时，电加热器自动启动，加热到设定的停止温度后，电加热器自动停止运行。注意：停 止温度应大于启动温度。 2）发酵罐加热泵启动/停止温度：当发酵罐内的温度低于启动温度时，并且热水罐内的水位超过了中液位时，加热泵启动循环， 给发酵罐加热，当温度到停止温度时，加热泵停止。注意：停 止温度应大于启动温度。 3）发酵罐排气阀开/关压力：当发酵罐内的压力大于开阀压力时，排气电磁阀自动打开，当发酵罐内压力降到关阀压力时，排气 电磁阀自动关闭。注意：开阀压力应大于关阀压力。 4）搅拌器转速设定：通过此参数来设定变频器的频率。从而设定发酵罐搅拌器的转速。 按下一页进入参数设定二画面，按返回，回到主画面。
MBR工艺组合 膜生物反应器是一种由膜分离与生物处理技术组合而成的废水生物处理新工艺。膜的种类繁多，按分离机理进行分类，有反应膜、离子交换膜、渗透膜等;按膜的性质分类，有天然膜(生物膜)和合成膜(有机膜和无机膜) ;按膜的结构型式分类，有平板型、管型、螺旋型及中空纤维型等。 1、MBR工艺在国内的研究现状 80年代以来，膜生物反应器愈来愈受到重视，成为研究的热点之一。目前该技术己应用于美国、德国、法国和埃及等十多个国家，规模从6m3/d至13000m3/d不等。 我国对MBR的研究还不到十年，但进展十分迅速。国内对MBR的研究大致可分为几个方面： 1.探索不同生物处理工艺与膜分离单元的组合形式，生物反应处理工艺从活性污泥法扩展到接触氧化法、生物膜法、活性污泥与生物膜相结合的复合式工艺、两相厌氧工艺; 2.影响处理效果与膜污染的因素、机理及数学模型的研究，探求合适的操作条件与工艺参数，尽可能减轻膜污染，提高膜组件的处理能力和运行稳定性; 3.扩大MBR的应用范围，MBR的研究对象从生活污水扩展到高浓度有机废水(食品废水、啤酒废水)与难降解工业废水(石化、印染废水等)，但以生活污水的处理为主。
2、MBR工艺的特点 与传统的生化水处理技术相比，MBR具有以下主要特点： 1.高效地进行固液分离,其分离效果远好于传统的沉淀池,出水水质良好,出水悬浮物和浊度接近于零,可直接回用,实现了污水资源化。 2.膜的高效截留作用,使微生物完全截留在生物反应器内,实现反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离,运行控制灵活稳定。 3.由于MBR将传统污水处理的曝气池与二沉池合二为一,并取代了三级处理的全部工艺设施,因此可大幅减少占地面积,节省土建投资。 4.利于硝化细菌的截留和繁殖,系统硝化效率高。通过运行方式的改变亦可有脱氨和除磷功能。 5.由于泥龄可以非常长,从而大大提高难降解有机物的降解效率。 6.反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄下运行,剩余污泥产量极低,由于泥龄可无限长,理论上可实现零污泥排放。 7.系统实现PLC控制,操作管理方便。 3、MBR工艺的组成 通常提到的膜- 生物反应器实际上是三类反应器的总称： 1.曝气膜- 生物反应器(Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) ; 2.萃取膜- 生物反应器( Extractive Membrane Bioreactor, EMBR ); 3.固液分离型膜- 生物反应器( Solid/Liquid Separation MembraneBioreactor, SLSMBR, 简称MBR )。 曝气膜 曝气膜--生物反应器(AMBR)采用透气性致密膜(如硅橡胶膜)或微孔膜(如疏水性聚合膜)，以板式或中空纤维式组件，在保持气体分压低于泡点( Bubble Point)情况下，可实现向生物反应器的无泡曝气。
任何一种合格优质的有机肥料的生产都必须经过堆肥发酵过程。堆肥是在一定条件下通过微生物的作用，使有机物不断被降解和稳定，并产出一种适宜于土地利用的产品的过程。堆肥这种古老而简便的处理有机废弃物和制造肥料的方法，随着研究的深入和方法的改进，其应用很受各个国家的重视，因为它有很好的生态意义，也为农业生产带来效益。有许多报道指出，用腐熟堆肥制备种子苗床能抑制土传病害。并且在堆肥过程的高温阶段过后接踵而来的拮抗性细菌，可使菌数达到很高水平；堆肥过程中各有机物在微生物作用下，达到不易分解、稳定、作物易吸收状态；同时微生物作用在一定范围内减少重金属毒害作用。可见，堆肥是制造生物有机肥的简便而有效的方法，有益于生态农业的发展。堆肥为什么产生这样的效果呢？下面我们对堆肥原理进行比较详尽的介绍。 （一）堆肥过程中有机质的转化堆肥中的有机质在微生物作用下进行复杂的转 化 这种转化可归纳为两个过程：一个是有机质的矿质化过程，即把复杂的有机质分解成为简单的物质，最后生成二氧化碳、水和矿物质养分等；另一个是有机质的腐殖化过程，即有机质经分解再合成，生成更复杂的特殊有机质-腐殖质。两个过程是同时进行的，但方向相反，在不同条件下，各自进行的强度有明显的差别。1.有机质的矿化作用⑴不含氮有机物的分解多糖化合物（淀粉、纤维素、半纤维素）首先在微生物分泌的水解酶的作用下，水解成单糖。葡萄糖在通气良好的条件下分解迅速，酒精、醋酸、草酸等中间产物不易积累，最终形成C02 和H20，同时放出大量热能。如果通气不良，在嫌气微生物作用下，单糖分解缓慢，产生热量少，并积累一些中间产物-有机酸。在极嫌气微生物条件下，还会生成 CH4、H2等还原态物质。⑵含氮有机物的分解堆肥中的含氮有机物包括蛋白质、氨基酸、生物碱、腐殖质等。除腐殖质外，大部分容易被分解。例如蛋白质，在微生物分泌的蛋白酶作用下，逐级降解，产生各种氨基酸，再经氨化作用、硝化作用而分别形成铵盐、硝酸盐，可以被植物吸收利用。⑶含磷有机物的转化堆肥中的含磷有机化合物，在多种腐生性微生物的作用下，形成磷酸，成为植物能够吸收利用的养分。⑷含硫有机物的转化堆肥中含硫有机物，经微 生物的作用生成硫化氢。硫化氢在嫌气环境中易积累，对植物和微生物会发生毒 害。但在通气良好的条件下，硫化氢在硫细菌的作用下氧化成硫酸，并和堆肥中的盐基作用形成硫酸盐，不仅消除了硫化氢的毒害，并成为植物能吸收的硫素养料。在通气不良的情况下，发生反硫化作用，使硫酸转变为H2S散失，并对植
有机肥 有机肥： 主要指各种动物和植物等，经过一定时期发酵腐熟后形成的肥料（其中包括经过加工的菜籽饼，是没有异味的）。 有机肥含有大量生物物质、动植物残体、排泄物、生物废物等物质、施用有机肥料不仅能为农作物提供全面营养，而且肥效长，可增加和更新土壤有机质，促进微生物繁殖，改善土壤的理化性质和生物活性，是绿色食品生产的主要养分来源。堆肥 以各类桔秆、落叶、青草、动植物残体、人畜粪便为原料，与少量泥土混合堆积而成的一种有机肥料。 沤肥 沤肥所用原料与堆肥基本相同，只是在淹水条件下进行发酵而成。 厩肥 指猪、牛、马、羊、鸡、鸭等畜禽的粪尿与秸秆垫料堆沤制成的肥料。 沼气肥 在密封的沼气池中，有机物腐解产生沼气后的副产物，包括沼气液和残渣。 绿肥 利用栽培或野生的绿色植物体作肥料。如豆科的绿豆、蚕豆、草木樨、田菁、苜蓿、苕子等。非豆科绿肥有黑麦草、肥田萝卜、小葵子、满江红、水葫芦、水花生等。 作物秸秆 农作物秸秆是重要的有机肥之一，作物秸秆含有作物所必需的营养元素有N、P、K、 Ca、s等。在适宜条件下通过土壤微生物的作用，这些元素经过矿化再回到土壤中，为作物吸收利用。 饼肥 菜籽饼、棉籽饼、豆饼、芝麻饼、蓖麻饼、茶籽饼等。 泥肥 未经污染的河泥、塘泥、沟泥、港泥、湖泥等。 现在，随着科学技术的不断发展，通过有益菌群的人工纯培养技术，采用科学的提炼，可以生产出多种多样不同品种的生物有机肥，它能改善土质、减少环境污染、增肥增效等。生物有机肥将是未来农业生产用肥的主要发展趋势。 1.发酵作业流程 1.从取料口取出一定量的产品 2.用带式输送机搬运出 3.把定量原料投入到料斗提升机 4.用料斗提升机从投入口投入到发酵槽里 5.根据原料状态有时要添加废粘土
1.2.2 厌氧处理工艺选择 1、各类厌氧工艺性能概述 （1）完全混合厌氧工艺（CSTR） CSTR是在常规消化器内安装了搅拌装置，使发酵原料和微生物处于完全混合状态，该消化器常采用恒温连续投料或半连续投料运行，适用于高浓度及含有大量悬浮固体原料的处理。在该消化器内，新进入的原料由于搅拌作用很快与发酵期内的发酵液混合，使发酵池底浓度始终保持相对较低的状态。而其排除的料液又与发酵液的底物浓度相等，并且在出料时微生物也一起被排出，所以，出料浓度一般较高。该消化器具有完全混合的状态，其水力停留时间、污泥停留时间、微生物停留时间完全相等，即HRT=SRT=MRT。为了使生长缓慢的产甲烷菌的增殖和冲出速度保持平衡，要求HRT较长，一般要10-15d或更长的时间，进料浓度8%-12%。中温发酵时负荷为3-4kgCOD（m3.d），高温发酵为5-6 kgCOD（m3.d）。 CSTR的优点：1.可以进入高悬浮固体含量的原料；2.消化器内物料的均匀分布，避免了分层状态，增加了底物和微生物接触的机会；3. 消化器内温度分布均匀；4.进入消化器的抑制物质，能够迅速分散，保持较低的浓度水平；5.避免了浮渣、结壳、堵塞、气体逸出不畅和短流现象。 缺点：1.由于消化器无法做到使SRT和MRT在大于HRT的情况下运行，所以需要消化器体积较大；2.要有足够的搅拌，所以能量消耗较高；3.生产用大型消化器难以做到完全混合；4.底物流出该系统时未完全消化，微生物随出料而流失。 （2）厌氧接触工艺反应器 厌氧接触工艺反应器是完全混合式的，是在连续搅拌完全混合式厌氧消化反应器（CSTR）的基础上进行了改进的一种较高效率的厌氧反应器。反应器排出的混合液首先在沉淀池中进行固液分离，污水由沉淀池上部排出，沉淀池下部的污泥被回流至厌氧消化池内。这样的工艺既保证污泥不会流失，又可提高厌氧消化池内的污泥浓度，从而提高了反应器的有机负荷率和处理效率，与普通厌氧消化池相比，可大大缩短水力停留时间。目前，全混合式的厌氧接触反应器已被广泛应用于SS浓度较高的废水处理中。其不足之处在于，厌氧污泥经沉淀池再回流，温度变化较大，影响了厌氧处理效率的提高，同时，厌氧罐内的热能损失也较大。但因受水泵性能的限制，该装置进料的干物质浓度（TS%）为4-6%，故需配兑2.5-3倍于发酵原料重量的配料污水；还需多级“预处理”以去除堵察水泵和管道的秸草等较大固形物。 （3）厌氧滤器（AF） 厌氧滤器是采用填充材料作为微生物载体的一种高速厌氧反应器，厌氧菌在填充材料上附着生长，形成生物膜。生物膜与填充材料一起形成固定的滤床。厌氧滤床可分为上流式厌氧滤床和下流式厌氧滤床二种。污水在流动过程中生长并保持与充满厌氧细菌的填料接触，因为细菌生长在填料上将不随出水流失，在短的水力停留时间下可取得较长的污泥泥龄。厌氧滤器的缺点是填料载体价格较贵，反应器建造费用较高，此外，当污水中SS含量较高时，容易发生短路和堵塞。 （4）上流式厌氧污泥床反应器（UASB） 待处理的废水被引入UASB反应器的底部，向上流过由絮状或颗粒状厌氧污泥的污泥床。随着污水与污泥相接触而发生厌氧反应，产生沼气引起污泥床的扰动。在污泥床产生的沼气有一部分附着在污泥颗粒上，自由气泡和附着在污泥颗粒上的气泡上升至反应器的上部。污泥颗粒上升撞击到三相分离器挡板的下部，这引起附着的气泡释放；脱气的污泥颗粒沉淀回到污泥层的表面。自由状态下的沼气和由污泥颗粒释放的气体被收集在三相分离器锥顶部的集气室内。液体中包含一些剩余的固体物和生物颗粒进入到三相分离器的沉淀区内，剩余固体物和生物颗粒从液体中分离并通过三相分离器的锥板间隙回到污泥层。UASB反应器的特点在于可维持较高的污泥浓度，很长的污泥泥龄（30天以上），较高的进水容积负荷率，
《发酵工程》复习资料 一、单项选择题 1、被现代誉为微生物学鼻祖、发酵学之父的巴斯德。 A、首次观察到大量活着的微生物； B、建立了单种微生物的分离和纯培养技术； C、阐明了微生物产生的化学反应本质； D、首次证明酒精发酵是酵母菌所引起的。 2、关于Pirt方程π＝a + bμ，不正确的有。 A、a=0、b≠0：可表示一类发酵； B、a≠0、b ≠ 0：可表示二类发酵； C、a=0、b≠0：可表示三类发酵； D、第二类发酵表明产物的形成和菌体的生长非偶联。 3、代谢参数按性质分可分。 A、物理参数、化学参数和间接参数； B、中间参数和间接参数； C、物理参数、化学参数和生物参数； D、物理参数、直接参数和间接参数。 4、关于菌种低温保藏的原理正确的有。 A、低于最低温度，微生物很快死亡； B、低于最低温度，微生物代谢受到很大抑制，并不马上死亡； C、高于最高温度，微生物很快死亡； D、低于最低温度，微生物胞内酶均会变性。 5、下列不是利用热冲击处理技术提高发酵甘油产量的依据的有。 A、酵母在比常规发酵温度髙10~20℃的温度下经受一段时间刺激后，胞内海藻糖的含量显著增加； B、Lewis发现热冲击能提高细胞对盐渗透压的耐受力； C、Toshiro发现热冲击可使胞内3-磷酸甘油脱氢酶的活力提高15~25%，并导致甘油产量提高； D、Lewis发现热冲击可使胞内3-磷酸甘油脂酶的活力提高15~25%，并导致甘油产量提高。 6、霉菌生长pH为5左右，因此染为多。 A、细菌； B、放线菌； C、酵母菌； D、噬菌体。 7、放线菌由于生长的最适pH为7左右，因此染为多 A、细菌； B、酵母菌； C、噬菌体； D、霉菌。 8、不是种子及发酵液无菌状况检测方法的有。 A、酚红肉汤培养基检测； B、平板划线； C、显微镜观察； D、尘埃粒子检测。 9、要实现重组大肠杆菌的高密度培养，最常用和最有效的方法就是。 A、反复分批培养； B、分批补料流加培养法； C、连续培养法； D、反复分批流加培养法。 10、微生物菌种的筛选最关键的是要找到一个合适的“筛子”，在耐高酒精浓度酿酒酵母的筛选中，这个“筛子”是。 A、平板培养基中高葡萄糖含量； B、种子培养基中高酒精含量； C、平板培养基中高酒精含量； D、发酵培养基中高酒精含量。 11、在摇瓶发酵法生产糖化酶实验中，糖化酶比酶活力单位应为。 A、U/mL粗酶液； B、U/g淀粉； C、U/g酶； D、U/mL培养基。 12、在反复分批发酵过程中，细胞回用操作必须在进行。 A、密闭条件下； B、无菌条件下； C、稳定条件下； D、任何条件下。 13、现代发酵工程采取的优化策略是。 A、高产量； B、高转化率； C、高产率； D、高产量、高得率和高生产强度的相对统一。 14、下列叙述正确的是。 A、在稳定期，细胞增加速度和死亡速度达到平衡，细胞浓度达最大，活细胞重量基本维持恒定； B、稳定期往往是微生物次级代谢产物大量产生的时期； C、在稳定期，细胞的能量贮备已消耗完，细胞开始死亡； D、在工业生产中，通常在对数生长期的末期或衰亡期开始之后结束发酵过程。 15、在微生物培养过程中，消耗的底物。 A、只用于菌体生长、菌体维持和产物生成； B、只用于菌体生长和产物生成； C、用于菌体生长、菌体维持和产物的生成，有的底物还与能量的产生有关； D、只用于菌体生长。 16、现代发酵工程采取的优化策略是。 A、高产量； B、高转化率； C、高产率； D、高产量、高得率和高生产强度的相对统一。
有机肥料发酵原理 关键词：有机肥发酵、堆肥、灭菌 一、概述 任何一种合格优质的有机肥料的生产都必须经过堆肥发酵过程。堆肥是在一定条件下通过微生物的作用，使有机物不断被降解和稳定，并产出一种适宜于土地利用的产品的过程。 堆肥这种古老而简便的处理有机废弃物和制造肥料的方法，随着研究的深入和方法的改进，其应用很受各个国家的重视，因为它有很好的生态意义，也为农业生产带来效益。有许多报道指出，用腐熟堆肥制备种子苗床能抑制土传病害。并且在堆肥过程的高温阶段过后接踵而来的拮抗性细菌，可使菌数达到很高水平；堆肥过程中各有机物在微生物作用下，达到不易分解、稳定、作物易吸收状态；同时微生物作用在一定范围内减少重金属毒害作用。可见，堆肥是制造生物有机肥的简便而有效的方法，有益于生态农业的发展。 堆肥为什么产生这样的效果呢？下面我们对堆肥原理进行比较详尽的介绍。 二、有机肥发酵原理 （一）堆肥过程中有机质的转化 堆肥中的有机质在微生物作用下进行复杂的转化，这种转化可归纳为两个过程：一个是有机质的矿质化过程，即把复杂的有机质分解成为简单的物质，最后生成二氧化碳、水和矿质养分等；另一个是有机质的腐殖化过程，即有机质经分解再合成，生成更复杂的特殊有机
质-腐殖质。两个过程是同时进行的，但方向相反，在不同条件下，各自进行的强度有明显的差别。 1.有机质的矿化作用 ⑴不含氮有机物的分解 多糖化合物（淀粉、纤维素、半纤维素）首先在微生物分泌的水解酶的作用下，水解成单糖。葡萄糖在通气良好的条件下分解迅速，酒精、醋酸、草酸等中间产物不易积累，最终形成CO 2和H 2O ，同时放出大量热能。如果通气不良，在嫌气微生物作用下，单糖分解缓慢，产生热量少，并积累一些中间产物-有机酸。在极嫌气微生物条件下，还会生成CH 4、H 2等还原态物质。 ⑵含氮有机物的分解 堆肥中的含氮有机物包括蛋白质、氨基酸、生物碱、腐殖质等。除腐殖质外，大部分容易被分解。例如蛋白质，在微生物分泌的蛋白酶作用下，逐级降解，产生各种氨基酸，再经氨化作用、硝化作用而分别形成铵盐、硝酸盐，可以被植物吸收利用。 ⑶含磷有机物的转化 堆肥中的含磷有机化合物，在多种腐生性微生物的作用下，形成磷酸，成为植物能够吸收利用的养分。 ⑷含硫有机物的转化 堆肥中含硫有机物，经微生物的作用生成硫化氢。硫化氢在嫌气环境中易积累，对植物和微生物会发生毒害。但在通气良好的条件下，硫化氢在硫细菌的作用下氧化成硫酸，并和堆肥中的盐基作用形成硫酸盐，不仅消除了硫化氢的毒害，并成为植物能吸收的硫素养料。在通气不良的情况下，发生反硫化作用，使硫酸转变为H 2S 散失，并对植物产生毒害。堆肥发酵过程中，可以通过定时翻倒措施改善堆肥的通气性，就能消除反硫化作用。
环化系环测1001 李园方 厌氧发酵 1前言 餐厨垃圾是城市生活垃圾中有机相的主要来源。餐厨垃圾以蛋白质、淀粉类、食物纤维类、动物脂肪类等有机物质为主要成分, 是能源和肥料潜在的资源。餐厨垃圾含水率高达75% ~ 90%, 渗沥液易通过渗透作用污染地下水, 产生出大肠杆菌等病原微生物, 直接危害人体健康[ 1] 。另外, 餐厨垃圾处理过程中也会产生大量的高浓度有机废水, 如果处理不当, 将造成巨大的环境污染和资源浪费。宁波市于2009 年6月建成了一座餐厨垃圾废水厌氧 发酵工程, 经过2个月的调试运转, 于2009年8月开始正式运行。现将该工程情况介绍如下。 2废水概况 餐厨垃圾经提油处理和加工成饲料的处理后会产生大量有机废水, 该工程废水处理量约为110m3 d- 1, 其水质pH 为3. 5 ~ 4. 0, CODC r 80 ~ 1602废水概况餐厨垃圾经提油处理和加工成饲料的处理后会产生大量有机废水, 该工程废水处理量约为110m3 d- 1, 其水质pH 为3. 5 ~ 4. 0, CODC r 80 ~ 1603工艺流程根据工艺流程, 餐厨垃圾废水制沼气及发电主 要为以下三个步骤。 3-1厌氧发酵调试阶段 活性污泥的培养及驯化对反应器的正常运行至关重要。本项目的
接种污泥取自宁波骆驼沼气站(该沼气站以猪粪为原料)。 ( 1)污泥驯化初期(时间10天)。投入一定量的接种污泥, 再加入稀释后的废水( CODCr < 10 g L- 1 )一起投入改进型升流式厌氧污泥床反应器( UASB )中, 调节pH 至中性, 使污泥恢复活性。 ( 2)污泥驯化中期(时间30天)。投入一定量的接种污泥, 餐厨垃圾废水稀释为50% ( CODC r 40~ 80 g L- 1 ) , 出水水质良好。污泥性质基本稳定,上清液澄清透明。这表明, 活性污泥开始驯化, 适应餐厨垃圾废水。 ( 3)污泥驯化后期(时间20天)。餐厨垃圾废水提高到进料COD 浓度80~ 120 g L- 1, 保持一个 水力停留期。随着餐厨垃圾废水投加量的增加, 出水COD有所提高, 但仍能保持较高的COD 去除率。较长时间稳定的去除率表明, 污泥已基本适应餐厨垃圾废水的特性, 活性污泥驯化完成。 3-2厌氧发酵阶段 该工程采用2000m3 的改进型升流式厌氧污泥床反应器进行厌 氧发酵制沼气, 发酵装置外观见图1。该反应器处理效率高, 耐负荷能力强, 出水水质相对较好, 沼泥生成量小, 具有防堵防爆的特点, 其 结构、运行操作维护管理相对简单, 造价也相对较低。具有良好的沉淀性能和聚凝性能的污泥在下部形成污泥层, 运行一段时间后, 出水悬浮物增加, 需要按时排泥。 该工程设计为连续投料的工业化生产工艺路线。厌氧发酵启动后,
1.4 实验研究目的，技术路线 我国目前的农作物发酵制沼气技术与发达国家相比,起步较晚,大型项目的运行经验相对较少。由于我国幅员辽阔,不同地域的农作物资源种类不同,其物理和化学性质也有较大的差别,加之我国不同地区年平均气温差别较大,使我国农作物厌氧发酵制备沼气的大型项目难有统一的设计参数标准。对于不同的大型沼气项目,必须结合项目实际的农作物种类和物性、气候条件、供热条件、沼液和沼渔的消纳和后续处理工艺、农作物的价格和最大运输半径、原料的储存和供料方式、发电机组的选型等因素进行综合考虑,才能使项目实施后获得最佳的经济和社会效益。 根据我国农作物制备沼气技术的应用现状,结合本文研究的农作物制备沼气项目实际案例,本文的研究目的为:;研究发酵原料的物理化学性质和产气率,提出合理估算农作物（主要是黄瓜藤）和粒径的方法,为项目实例提供工艺选择、系统设计和经济性计算提供可靠依据。 为了实现上述目的,本文研究内容主要集中如下几个方面: （1）研究农作物破碎预处理的特点,为合理计算破碎预处理能耗提供计算方法。 （2）研究了黄瓜藤的鲜活度对发酵产气量和产气速率等因素的影响。 （3）不同投配率对发酵产气量和产气速率等因素的影响；为了厌氧发酵反应的持续反应，同时还研究不同投配率对于pH值的影响。 1.5 论文章节安排 本论文共包括六章内容。 第一章介绍课题的研究背景，国内能源消费和可再生能源利用现状，以及课题的主要研究内容和意义。 第二章厌氧发酵反应制备沼气的基本原理和影响参数。
第三章阐述农作物的破碎原理，从中说明粒度与能耗间的关系，并且从能耗的角度分析不同粒度的颗粒的耗能情况。 第四章针对需要采用实验方法对各个因素进行研究，确定实验的数据测量的方法以及实验进行过程中需要的注意事项，防止实验失败。 第五章实验采用定制CSTR厌氧反应器对黄瓜藤在中温条件下进行厌氧消化反应实验，研究系统的稳定性能和产气性能。 第六章作出对课题的总结和展望，总结本课题的研究成果，并提出不足之处和以后还需进一步研究的方向。
有机肥发酵原理 一、概述 任何一种合格优质的有机肥料的生产都必须经过堆肥发酵过程。 堆肥是在一定条件下通过微生物的作用，使有机物不断被降解和稳定，并产出一种适宜于土地利用的产品的过程。 堆肥这种古老而简便的处理有机废弃物和制造肥料的方法，随着研究的深入和方法的改进，其应用很受各个国家的重视，因为它有很好的生态意义，也为农业生产带来效益。有许多报道指出，用腐熟堆肥制备种子苗床能抑制土传病害。并且在堆肥过程的高温阶段过后接踵而来的拮抗性细菌，可使菌数达到很高水平；堆肥过程中各有机物在微生物作用下，达到不易分解、稳定、作物易吸收状态；同时微生物作用在一定范围内减少重金属毒害作用。可见，堆肥是制造生物有机肥的简便而有效的方法，有益于生态农业的发展。 我国国内大多数有机肥料产品只堆肥发酵15-20天，这样的产品只能达到无害化标准。而优质的有机肥料堆肥发酵过程一般需要45-60天的时间。这是因为在堆肥前期的升温阶段以及高温阶段会杀死植物致病病原菌、虫卵、杂草籽等有害微生物，但此过程中微生物的主要作用是新陈代谢、繁殖，而只产生很少量的代谢产物，并且这些代谢产物不稳定也不易被植物吸收。到后期的降温期，微生物才会进行有机物的腐殖质化，并在此过程中产生大量有益于植物生长吸收的代谢产物，这个过程需要45-60天。经此过程的堆肥可以达到三个目的，一是无害化；二是腐殖质化；三是大量微生物代谢产物如各种抗生素、蛋白类物质等。 堆肥为什么产生这样的效果呢？下面我们对堆肥原理进行比较详尽的介绍。 二、有机肥发酵原理 （一）堆肥过程中有机质的转化 堆肥中的有机质在微生物作用下进行复杂的转化，这种转化可归纳为两个过程：一个是有机质的矿质化过程，即把复杂的有机质分解成为简单的物质，最后生成二氧化碳、水和矿质养分等；另一个是有机质的腐殖化过程，即有机质经分解再合成，生成更复杂的特殊有机质-腐殖质。两个过程是同时进行的，但方向相反，在不同条件下，各自进行的强度有明显的差别。 1.有机质的矿化作用 ⑴不含氮有机物的分解多糖化合物（淀粉、纤维素、半纤维素）首先在微生物分泌的水解酶的作用下，水解成单糖。葡萄糖在通气良好的条件下分解迅速，酒精、醋酸、草酸等中间产物不易积累，最终形成CO2和H2O，同时放出大量热能。如果通气不良，在嫌气微生物作用下，单糖分解缓慢，产生热量少，并积累一些中间产物-有机酸。在极嫌气微生物条件下，还会生成CH4、H2等还原态物质。
集装箱干式厌氧发酵设备简介 集装箱干式厌氧发酵设备是一种全新概念的有机废弃物厌氧发酵装置，它以干式沼气发酵工艺为核心技术，将现有沼气工程系统进行了装备化、产品化，形成了一套具有完整沼气发酵功能的标准设备，是目前中小型沼气发酵行业中一个独创的新产品。 一、产品开发背景 集装箱干式厌氧发酵设备是将干式发酵工艺和集装箱进行了融合，使设备具有了沼气发酵功能的同时实现了整套设备的可移动性，将以往的沼气系统的工程概念创造性的转变为设备概念。 利用干式发酵的工艺特点及集装箱的设备优势。实现了沼气工程设备化后的运输安装的便捷性、处理工艺的高效性、操作的简单、运行的稳定以及占地小投资低等。 二、运行工艺及参数 将工程中绝大部分系统进行设备化，如发酵、搅拌、加热、沼气存储、保温、沼气存储、沼气净化、固液分离、控制等。最后融合为一整体，进而装备化、产品化。基本工艺如下： 集装箱干式发酵设备
设备参数： 三、产品的特点及优势 （1）全套设备由集装箱高度集成，实现全套系统设备可移动，便于运输及搬迁；（2）设备安装简单，工程量大为减少，可实现系统设备的快速安装和启动；（3）集装箱场地布置简单，无需建造大量的土建设施； （4）设备自动化控制，操作简单，可实现单人操作； （5）模块集成，可扩容，可移动、可回收，可租赁，具有极高的残值； 四、项目工程案例 目前集装箱干式厌氧发酵设备目前已在全国多个地方进行了示范与推广，并取得了良好的市场反馈。
项目名称：湖北恩施某养鸡场粪污处理 运行时间：2015年4月 日产沼气：200立方米 沼气用途：发电与供暖 项目名称：广东揭阳某养牛场粪污处理 运行时间：2015年5月 日产沼气：200立方米 沼气用途：发电 上海华库环保科技有限公司 2015-10-27
有机肥生产工艺流程 楷瑞农业固体废弃物资源化利用项目采用土地利用模式，结合沼气生态模式，建立有机肥厂，利用鸡、猪、牛、羊等畜禽粪便及农作物秸杆为原料，运用生物发酵技术，经科学加工处理（生物发酵、高温杀菌、除臭、干燥），制成具有品质优良、肥效稳长的绿色、环保高效有机肥料、复混肥料、复合肥料、掺混肥、有机-无机复合肥。投入科研力量逐步建成无病菌蝇蛆蛋白饲料厂，届时养蝇育蛆的饲料也可加入有机复合肥生产的原料中，达到无污染排除，循环利用。同时在有机复合肥厂内厕所附件建设以处理厂内部分生活废水、人粪尿和少量堆肥原料渗滤液为目的的沼气池（还需要加入一定比例的粪便），为有机复合肥厂和牲畜集中养殖场提供热能和燃气。以实现养殖业废物高效资源化利用，达到畜禽养殖效益和环境保护生态效益的双赢。 一、工艺流程 整个工艺流程可以简单分为前处理、一次发酵、后处理三个过程。 前处理：堆肥原料运到堆场后，经磅秤称量后，送到混合搅拌装置，与厂内生产、生活有机废水混合，加入复合菌，并按原料成分粗调堆肥料水分、碳氮比，混合后进入下一工序。 一次发酵：将混合好后的原料用装载机送入一次发酵池，堆成发酵堆，采用风机从发酵池底部往上强制通风，进行供氧，同时2天左右进行翻堆，并补充水分（主要以厂内生产、生活有机废水为主）和养分，控制发酵温度在500C～650C，进行有氧发酵，本工程一次发酵周期为8天，每天进一池原料出一池半成品，发酵好的半成品出料后，准备进入下一工序。 后处理：进一步对堆肥成品进行筛分，筛下物根据水分含量高低分别进行处理。筛下物造粒后，送入由沼气池沼气供热的烘干机，进行烘干，按比例添加中微量元素后搅拌混合后制成成品，进行分装，入库待售。筛上物返回粉碎工序进行回用。 综上所述，整个工艺流程具体包括新鲜作物秸杆物理脱水→干原料破碎→分筛→混合(菌种+鲜畜禽粪便+粉碎的农作物秸杆按比例混合)→堆腐发酵→温度变化观测→鼓风、翻堆→水分控制→分筛→成品→包装→入库。 生物有机肥、有机-无机复混肥料、复合肥工艺流程图见图6-3、图6-4、图6-5。 二、工程方案 1、主料为畜禽粪便，对配料（秸秆、废弃烟叶、芒果种植加工废弃物等）进行粉碎，可适当添加一些氮素、磷矿粉等。调节物料的养分和碳氮比、碳磷比、PH值等。处理后原
厌氧发酵处理工艺 有机垃圾的厌氧发酵处理正成为有机垃圾处理的一种新趋势，具有巨大的经济效益和环境效益。若技术应用于日处理有机垃圾 800 吨左右的厌氧发酵系统，每日可以产生100000m3左右生物气体，其中氢气含量 20％以上，发电 160000 度；处理后的沼渣不仅可以生产出 100 吨左右的优质有机肥，而且不对周围环境产生影响，相反，处理了大量的废物，可以大大降低固体废物对环境的危害。厌氧发酵工艺是一种产能又环保的生物处理工艺，已经广泛应用于废水的处理，在有机固体垃圾处理方面应用。有机垃圾主要包括城市生活垃圾中的有机成份、各类农作物的秸秆、禽兽的排泄物以及常见的餐饮垃圾等。统计显示，我国城市生活垃圾的清运量约 1.5 亿吨/年，并以接近 10%的速度迅猛增加；我国作为农业大国，农作物秸秆资源丰富，总产量约为 7 亿吨/年，并且以每年 6%的速度增加；禽兽养殖粪便每年产量超过 20 亿吨；我国餐饮垃圾总量约合 2000 吨/天，目前，处理这些有机垃圾的方法主要有卫生填埋、焚烧、堆肥（好氧发酵）以及厌氧发酵方法。卫生填埋的优点是填埋量大且成本较低，不足是浪费大量的土地资源，对于城市而言，可供填埋的土地越来越少；焚烧的优点是短时间内减量幅度大（达80%~90%），同时可以回收部分能源，但是其初投资和运行成本较高，而且对环境污染严重；堆肥的资源化程度较高，但减量较少且堆肥过程中容易产生恶臭，影响空气质量，在发达国家受到严格限制。厌氧发酵方法处理有机垃圾是通过厌氧微生物的作用，将有机垃圾降解为甲烷、氢气和二氧化碳的生化过程，该方法最终产物恶臭味减小，并且产生的甲烷气体可以作为能源回收，同时达到减少垃圾容积，达到“减量化、资源化、无害化”的目的，具有巨大的经济效益和环境效益，是未来处理有机垃圾的重要发展方向之一。 厌氧发酵工艺： 厌氧发酵处理工艺的分类方法诸多，根据不同的分类方法，厌氧发酵方法被分成不同的发酵工艺。根据发酵阶段所处的反应器的不同进行分类，可以分为两相发酵工艺和单相发酵工艺。按照反应器的操作条件不同（如固含率、发酵温度）等可分为三类：按固含率分湿式、干式工艺；按运行温度可以分为高温发酵、中温发酵和常温发酵三类。 按进料方式可分为间歇式、连续式。
有机肥料发酵原理 一、堆肥过程中有机质的转化 堆肥中的有机质在微生物作用下进行复杂的转化，这种转化可归纳为两个过程：一个是有机质的矿质化过程，即把复杂的有机质分解成为简单的物质，最后生成二氧化碳、水和矿质养分等；另一个是有机质的腐殖化过程，即有机质经分解再合成，生成更复杂的特殊有机质-腐殖质。两个过程是同时进行的，但方向相反，在不同条件下，各自进行的强度有明显的差别。 1.有机质的矿化作用 ⑴不含氮有机物的分解多糖化合物（淀粉、纤维素、半纤维素）首先在微生物分泌的水解酶的作用下，水解成单糖。葡萄糖在通气良好的条件下分解迅速，酒精、醋酸、草酸等中间产物不易积累，最终形成CO2和H2O，同时放出大量热能。如果通气不良，在嫌气微生物作用下，单糖分解缓慢，产生热量少，并积累一些中间产物-有机酸。在极嫌气微生物条件下，还会生成CH4、H2等还原态物质。 ⑵含氮有机物的分解堆肥中的含氮有机物包括蛋白质、氨基酸、生物碱、腐殖质等。除腐殖质外，大部分容易被分解。例如蛋白质，在微生物分泌的蛋白酶作用下，逐级降解，产生各种氨基酸，再经氨化作用、硝化作用而分别形成铵盐、硝酸盐，可以被植物吸收利用。 ⑶含磷有机物的转化堆肥中的含磷有机化合物，在多种腐生性微生物的作用下，形成磷酸，成为植物能够吸收利用的养分。 ⑷含硫有机物的转化堆肥中含硫有机物，经微生物的作用生成硫化氢。硫化氢在嫌气环境中易积累，对植物和微生物会发生毒害。但在通气良好的条件下，硫化氢在硫细菌的作用下氧化成硫酸，并和堆肥中的盐基作用形成硫酸盐，不仅消除了硫化氢的毒害，并成为植物能吸收的硫素养料。在通气不良的情况下，发生反硫化作用，使硫酸转变为H2S散失，并对植物产生毒害。堆肥发酵过程中，可以通过定时翻倒措施改善堆肥的通气性，就能消除反硫化作用。 ⑸脂类及芳香类有机物的转化单宁、树脂等结构复杂，分解较慢，其最终产物也是CO2和水；木质素是含植物性原料（如树皮、木屑等）堆肥中特别稳定的有机化合物，它结构复杂，含芳香核，并以多聚形式存在于植物组织中，极难分解。在通气良好的条件下，主要通过真菌、放线菌的作用，缓慢地进行分解，其芳香核可变为醌型化合物，它是再合成腐殖质的原料之一。当然，这些物质在一定条件下，还会继续被分解的。 综上所述，堆肥有机质的矿质化，可为作物和微生物提供速效养分，为微生物活动提供能源，并为堆肥有机质的腐殖化准备基本原料。堆肥以好气性微生物活动为主时，有机质迅速矿化生成较多的二氧化碳、水及其它养分物质，分解速度快而彻底，并放出大量热能；以嫌气性微生物活动为主时，有机质的分解速度慢，且往往不彻底，释放热能少，其分解产物除植物养分外，尚易积累有机酸及CH4、H2S、PH3、H2等还原性物质，当其达到一定程度时，则对作物生长不利甚至有害。因此堆肥发酵期间的翻倒也是为了转换微生物活动类型，以消除有害物质。 2.有机质的腐殖化过程 关于腐殖质的形成过程有很多种说法，概括起来大体可分为两个阶段：第一阶段，有机残体分解形成组成腐殖质分子的原始材料，如多元酚、含氮有机物（氨基酸、肽等）等；第二阶段，先由微生物分泌的多酚氧化酶将多酚氧化成醌，然后醌与氨基酸或肽缩合而成腐殖
以农业废弃物和农产品加工废水及废渣等各种有机物为原料，在厌氧条件下利用微生物的话动，生产沼气并使有机物得到处理的过程称为沼气发酵工艺。由于发酵原料和发酵条件的不同，所采用的发酵工艺也多种多样，目前应用或研究较多的工艺类型有塞流式反应器、完全混合厌氧消化工艺、上流式厌氧污泥床反应器、升流式固体反应器等。 1．塞流式反应器(Plug Flow Reactor，简称PFR) 塞流式反应器也称推流式反应器，是一种长方形的非完全混合式反应器。高浓度悬浮固体发酵原料从一端进入，从另一端排出，它是一种结构简单、应用广泛的工艺类型。该反应器没有搅拌装置，原料在反应器内呈自然沉淀状态，一般分为四层，从上到下依次为浮渣层、上清掖、活性层和沉渣层，其中厌氧微生物活动较为旺盛的场所只局限于活性层内，因而效率较低，多于常温条件下运转。我国农村应用最多的水压式沼气池和印度的哥巴式沼气池均属PFR。近年来经过研究和改进，一些新的农村家用沼气池得到应用，如曲流布料池，集气罩式池、塞流式池，北京-Ⅰ型池等。这些沼气池的性能有所提高，产气率都达到0.5 m3/(m3·d)以上。 2．完全混合厌氧消化工艺（continual stir Tank Reactor，简称CSTR） 完全混合厌氧消化工艺即工艺是世界上使用最多、适用范围最广的一种反应器。CSTR反应器内设有搅拌装置，使发酵原料与微生物处于完全混合状态，使活性区遍布整个反应器，其效率比常规反应器有明显提高。该反应器常采用恒温连续投料或半连续投料运转。CSTR反应器应用于含有大量悬浮固体的有机废物和废水，如酒精费醪、禽畜粪便等。在CSTR反应器内，进入的原料由于搅拌作用很快与反应器内发酵液混合，其排出的料液又与发酵液的浓度相等，并且在出料时发酵微生物也一起排出，所以出料浓度一般较高，停留时间要求较长，一般需15天或更长一些时间。CSTR反应器一般负荷，中温为3-4 kg COD／(m3·d)，高温为5-6 kg COD／(m3·d)。为了提高反应器效率，在应用过程常加以改进，通过延长固体停留时间（SRT）来提高产气率。该工艺的优点是处理量大，产沼气多，易启动，便于管理，投资费用低，但是水力停留时间（HRT）和SRT要求较长。 3．上流式厌氧污泥床反应器： 上流式厌氧污泥床反应器，Upflow Anaerobic Sludge Bed Reactor，简称UASB 反应器。该工艺装置的特点为在反应器上部安装有气、液、固三相分离器，反应器内所产生的气体在分离器下被收集起来，污泥和污水升流进入沉淀区，由于该区不再有气体上升的搅拌作用，悬浮于污水中的污泥则发生絮凝和沉降，它们沿着分离器斜壁滑回反应器内，使反应器内积累起大量活性污泥。在反应器的底部是浓度很高并具有良好沉降性能的絮状或颗粒状活性污泥，形成污泥床。有机污
CSTR厌氧发酵罐工作原理 一、概述厌氧生物处理技术在水处理行业中一直都受到环保工作者们的青睐，由于其具有良好的去除效果，更高的反应速率和对毒性物质更好的适应，更重要的是由于其相对好氧生物处理废水来说不需要为氧的传递提供大量的能耗，使得厌氧生物处理在水处理行业中应用十分广泛。 但由于总体反应式基于莫诺方程的厌氧处理受到低浓度废水Ks的限制，所以厌氧在处理低浓度废水方面没有太大的空间，可最近的一些报道和试验表明，厌氧如果提供合适的外部条件，在处理低浓度废水方面仍然有非常高的处理效果。 我们可以根据厌氧反应的原理加以动力学方程推导出厌氧生物处理低浓度废水尤其在处理生活污水方面的合适条件。 二、厌氧反应四个阶段 一般来说，废水中复杂有机物物料比较多，通过厌氧分解分四个阶段加以降解： （1）水解阶段：高分子有机物由于其大分子体积，不能直接通过厌氧菌的细胞壁，需要在微生物体外通过胞外酶加以分解成小分子。废水中典型的有机物质比如纤维素被纤维素酶分解成纤维二糖和葡萄糖，淀粉被分解成麦芽糖和葡萄
糖，蛋白质被分解成短肽和氨基酸。分解后的这些小分子能够通过细胞壁进入到细胞的体内进行下一步的分解。 （2）酸化阶段：上述的小分子有机物进入到细胞体内转化成更为简单的化合物并被分配到细胞外，这一阶段的主要产物为挥发性脂肪酸（VFA），同时还有部分的醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等产物产生。 （3）产乙酸阶段：在此阶段，上一步的产物进一步被转化成乙酸、碳酸、氢气以及新的细胞物质。 （4）产甲烷阶段：在这一阶段，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇都被转化成甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。这一阶段也是整个厌氧过程最为重要的阶段和整个厌氧反应过程的限速阶段。 再上述四个阶段中，有人认为第二个阶段和第三个阶段可以分为一个阶段，在这两个阶段的反应是在同一类细菌体类完成的。前三个阶段的反应速度很快，如果用莫诺方程来模拟前三个阶段的反应速率的话，Ks（半速率常数）可以在50mg/l以下，μ可以达到5KgCOD/KgMLSS.d。而第四个反应阶段通常很慢，同时也是最为重要的反应过程，在前面几个阶段中，废水的中污染物质只是形态上发生变化，COD几乎没有什么去除，只是在第四个阶段中污染物质变成甲烷等气体，使废水中COD大幅度下降。同时在第四个阶段产生大量的碱度这与前三个阶段产生的有机酸相平衡，维持废水中的PH稳定，保证反应的连续进行。 三水解反应