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7第五章 2固体废物的生物处理厌氧消化2014

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固体废物的厌氧消化处理

固体废物的厌氧消化处理


环境学院：固体废物处理与处置
环境学院：固体废物处理与处置
4.2 高固体厌氧消化技术
高固体厌氧消化（High solid anaerobic digestion）： 固体含量大约在22%以上。 该技术相对较新，未大规模应用。 优点：反应器单位体种的需水量低，产气量高，消 化污泥的处理费用相对较低。
环境学院：固体废物处理与处置
3.1 厌氧条件
详见“三段理论”
环境学院：固体废物处理与处置
3.2 有机物组分与产气量
产气量的大小主要取决于物料的组分物性。
环境学院：固体废物处理与处置
3.3 有机物含量与去除率
在合适的温度和 有机物负荷的条 件下，有机物去 除率与废物的有 机物含量成正比。
环境学院：固体废物处理与处置
6、厌氧消化反应器
目前研究较多的厌氧消化反应器有三类：
一阶段系统消化反应器 两阶段系统消化反应器 序批式处理系统消化反应器
环境学院：固体废物处理与处置
6.1 一阶段系统消化反应器
反有的反应集中在一个消化反应器中完成。 可分为：
一阶段湿式（中固体）处理系统 一阶段干式（高固体）处理系统
环境学院：固体废物处理与处置
环境学院：固体废物处理与处置
环境学院：固体废物处理与处置
环境学院：固体废物处理与处置
环境学院：固体废物处理与处置
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（2）一阶段干式系统
反应器中的固体废物含固率控制在20~40%内。
物料流动性差，要用特殊传送带、螺旋浆叶的强力 泵输送。这些传送设备对物料要求低，故原料的预 处理简单。 技术关键在于让进料和接种物充分混合。
环境学院：固体废物处理与处置
第五章固体废物的生物处理

第五章固体废物的生物处理


2、含水率 水分作用：溶解有机物，参与微生物新陈代谢；调节 温度。适宜的含水率为50～60%。 3、温度和有机物含量 温度:50～65℃之间，高温有利于杀菌。 有机物含量影响堆肥温度与通风供氧要求。适宜的有机 物含量20％～80％。 4、颗粒度：影响供风通氧；堆肥前需通过破碎、分选 等去除不可堆肥化物质，使物料粒度达到均匀化。 5、C/N和N/P比 碳为微生物生命活动提供动力和能源，氮主要用于合 成微生物体，也是反应速率的重要因素； C/N为（26～35）:1;C/P为（75～150）：1。
固体 废物 有机固 体废物 主发酵 后发酵 后处理 贮藏 出售 机械发 酵池 风机
0.75 ④ 含 水 率 0.75 0.58 100% 56.39%
前处理
无机物
图5-3 好氧堆肥工艺流程
1.前处理 包括破碎、分选、筛分、混合及养分、水分的调节等。 2.主发酵（一次发酵，4～12d） 在露天或发酵装置内进行，通过翻堆或强制通风供氧 。 堆肥过程中温度升高到开始降低的阶段称为主发酵期。 3.后发酵（二次发酵，20～30d ） 将主发酵中尚未分解有机物进一步分解，得到腐熟的堆 肥制品。通常采用条堆或静态堆肥的方式。 4.后处理：去除杂质，或按需要加入N、P和K等添加剂。 5.脱臭：去除堆肥化过程中产生的臭气。 化学除臭剂；碱水或水溶液过滤；生物除臭法；吸附法。 6.贮存
可溶性有机物在产氢产乙酸 菌作用下进一步分解。
图5-4 有机物的厌氧发酵过程
对有机废水，产甲烷阶段是厌氧消化的控制步骤。对有 机物污泥、垃圾等废物，水解阶段是消化的控制步骤。
2、两段理论 分为酸性发酵阶段和碱性发酵阶段，相应起作用的微生 物分为产酸细菌和产甲烷细菌。 二、厌氧消化影响因素 1、厌氧条件 用氧化还原电位（Eh）表示，Eh<-330mV。 2、原料配比 C/N比（20～30）：1。 磷（以磷酸盐计）一般为有机物的1/1000。 3、温度 中温发酵（35～38℃）和高温发酵（50～65℃）。 高温有利于杀菌。
固体废物的厌氧消化处理

固体废物的厌氧消化处理

目录目录 .......................................................... - 1 - 固体废物的厌氧消化处理 .......................................... - 1 -摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．- 1 - 关键词．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．－1－引用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．－1－正文．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．－2－一、厌氧消化原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．- 2 -图 1-1．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．－2－二、厌氧消化的影响因素 .......................................... - 3 -三、厌氧消化工艺................................................ - 4 -结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．－4－参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．－5－固体废物的厌氧消化处理蒋洁茹（金华职业技术学院制药与材料工程学院，浙江金华321000）摘要：厌氧消化或称厌氧发酵是一种普遍存在于自然界的微生物过程。

固体废物处理与处置厌氧发酵

固体废物处理与处置厌氧发酵

(C6H10O5)n(纤维素) + n H2O = nC6H12O6(葡萄糖) 葡萄糖经细菌的作用继续降解成丁酸、乙酸，最后生成甲烷和
二氧化碳等气体。总的产气过程可用下述的综合表达式表达： C6H12O6 = 3CH4+3CO2
②糖类的分解 先由多糖分解为单糖，然后是葡萄糖的酵解过程，与上述相同。
2、类脂化合物的分解代谢
⑤联合沼气池
2、沼气发酵池的管理
（1）装料：预先在池底铺一层熟污泥。 （2）搅拌：每日三、四次，不使物料下沉。 （3）温度：50~60℃，并保温。 （4）供料：每日加入适当数量的原料。 （5）水分：应保持相对稳定。 （6）pH值：应取样分析并调节。 （7）沼气：初产沼气不纯，应放掉，直到所产沼气燃烧不
期、不定量地添加新料。 批量发酵：将发酵原料和接种物一次性装满沼气池，中途不
再添加，产气结束后一次性出料。 两步发酵：产酸与产甲烷阶段分开进行。
特点：
（1）能大量消纳有机废物，适应于城市垃圾与污泥 的处理和处置；
（2）发酵周期比较短； （3）产生沼气量大，质量高；沼渣肥效高。 （4）系统的运行过程中不会产生二次污染，不会对
④长方形（或方形）发酵池
由发酵室、气体贮藏室、储水 库、进料口和出料口、搅拌器、 导气喇叭口等部分组成。 储水库的主要作用是调节气体 贮藏室的压力。若室内气压很 高时，就可将发酵室内经发酵 的废液通过进料间的通水穴， 压入贮水库内。反之，若气体 贮藏室内压力不足时，贮水库 中的水由于自重便流入发酵室， 就这样通过水量调节气体贮藏 的空间，使气压相对稳定，保 证供气。
（三）厌氧发酵的过程
首先，不溶性大分子有机物（如 蛋白质、纤维素、淀粉、脂肪等） 经水解酶的作用，在溶液中分解 为水溶性的小分子有机物（如氨 基酸、脂肪酸、葡萄糖、甘油 等）。随之，这些水解产物被发 酵细菌摄入细胞内，经过一系列 生化反应，将代谢产物排出体外， 由于发酵细菌种群不一，代谢途 径各异，故代谢产物也各不相同。
农业固体废弃物处理第五章农业固体废弃物的厌氧处理技术教材

农业固体废弃物处理第五章农业固体废弃物的厌氧处理技术教材


（5）硫酸盐还原菌是有害菌。厌氧处理 系统中，硫酸盐浓度过高会导致反应终 止。
这类菌同样是专性厌氧菌，包括两类： 其中I类（磺弧菌）可以不同有机物为电 子受体，形成乙酸和硫化氢；但II类， 将脂肪酸和乙酸氧化成二氧化碳，形成 硫化氢。
第二节沼气发酵工艺
沼气发酵工艺包括从发酵原料到生产沼 气的整个过程所采取的技术方法。 主要包括：原料及其预处理、姐中午的选 择与富集、进出料方式、温度和酸碱控 制、沼气发生装置的选择、启动和运行 管理。
水解温度、有机物的组成、有机颗粒的 大小、pH值、水解产物浓度等； 胞外酶能否接触到底物对水解速度影响 最大； 20℃的水解速度缓慢，类脂在该温度下 不水解； 由于产气速率r气=r水解=KpP，因此， 常温发酵的沼气池总固体含量不宜过高。
四、发酵酸化阶段
由大量的、多种多样的发酵细菌完成； 基质的性质决定细菌的种类； 主要包括专性厌氧菌：梭菌属、拟杆菌 属、丁酸弧菌属、双歧杆菌属 兼性厌氧菌：链球菌和肠道菌； 专性厌氧菌是兼性厌氧菌的100倍； 但这并不意味着兼性厌氧菌不重要！起 到保护甲烷菌的作用。
厌氧处理有三类细菌参与酸解反应，两 类细菌参与产甲烷反应。发酵细菌将氨 基酸、单糖转化成乙酸、挥发性酸和少 量氢，厌氧细菌将长链脂肪酸和挥发性 酸转化为大量的乙酸和氢，虽然氧化氢 的细菌菌也将氢和二氧化碳转化成乙酸， 但量较少，可忽略。
两类产甲烷细菌分别把乙酸分解成甲烷、 将氢和二氧化碳合成甲烷。
蛋白质：蛋白酶（内肽酶、外肽酶）水 解成氨基酸；
脂肪：脂肪酶的作用下形成甘油和脂肪 酸，其中甘油主要被转化为：丙酮酸进 一步形成丙酸、丁酸、琥珀酸、乙醇和 乳酸。脂肪酸通过β氧化，形成乙酰辅 酶A，再转化为乙酸。
2 、发酵酸化阶段
第五章_固体废物的生物处理

第五章_固体废物的生物处理

固体废弃物的处理与处置
Treatment & Disposal of Solid Wastes
环境工程系 杨治广 Tel:15093757322 2011、9—2011、12
第五章 固体废物的生物处理
第一节 固体废物的好氧堆肥处理
第二节固体废物的厌氧消化处理
第三节固体废物的微生物浸出
第四节固体废物的其他生物处理技术
嗜热性微生物、细菌；残留可溶性物质，纤维素、半纤维 素、蛋白质，温度↗45~70℃
好 氧 堆 肥 过 程
适应新环境 （驯化阶段）
嗜温性微生物、多为难分解物质， 温度↘
嗜温性细菌、酵母菌、放线菌分解最易分解的可溶性物质， 淀粉、糖类增多，温度↗45℃（产热阶段）
供氧量由化学式计算
颗粒度2-60mm
翻堆设备
斗式装载机或推土机、垮式
堆 肥 化 设 备
破碎设备 冲击磨、破碎机等 混合设备 搅拌机、装载机等
翻堆机、侧式翻堆机
输送设备 带式、刮板输送机等
分离设备 筛子 应堆肥产品质量高、操
堆肥化设备
作员少、臭味控制有效、 空间限制少、 环境影响小等优 点。垂直、倾斜及水平固体流
有毒有害化学物质的混入，从而使得堆肥化产品作为肥料或土壤改良剂的价
值大大降低，不妥当的处理还可能带来对土壤的污染和对农作物的危害。
堆肥原料：
随着人类生活水平的日益提高，相应产生越来越多的固体废弃物，在这 些固体废弃物中，有相当大一部分是有机废物，特别是农牧渔业及其产品加 工产生的废弃物；生活用品废弃物，如废纸张、废布、废塑料袋等等生活垃 圾；人、畜、禽粪便；污水处理厂产生的有机废物污泥等，含有大量的有机 成分。有机废物进入环境，由于其中夹带大量病菌，会传染疾病；产生含高 浓度有机物的渗滤液，严重污染地下水和地表水；如堆积量过大，会因缺氧 产生大量沼气，聚积而出，遇明火发生爆炸，引起火灾，造成人身伤亡。因 此，如何处理这部分有机废物，加速有机物质的稳定，使有机废物无害化， 是必须解决的环境问题。 生活垃圾、有机污泥、人畜粪便、农林废物。
第五章-固体废物生物处理

第五章-固体废物生物处理

堆肥过程氧浓度应大于10%，最低不小于5%，若低 于此限，氧成为限制因素，易使堆肥产生恶臭，可确 定需要通风时刻。
例 固体废物好氧反应需氧量的计算。试计算氧化1000kg 有机固体废物的理论需氧量，已知：有机废物化学组成式 为C31H50NO26，反应后的残余物为200kg，残余有机物 的化学组成式为C11H14NO4，堆肥过程表示如下：
解：1、确定树叶和污泥的C、N量： 1kg树叶：干物质= 1*(1-50%)=0.5kg
N=0.5*0.7%=0.0035kg C=0.0035*50=0.175kg
1kg污泥：干物质=1*(1-75%)=0.25kg N=0.25*5.6%=0.014kg C=0.014*6.3=0.0882kg
2、堆肥的增产作用
增加土壤养分 提高农作物产量：10-30%
目前堆肥产品存在的问题
肥效低：混合收集；大量的街道清扫渣土；玻 璃；废电池；小石子，等等。
成本高：大量的前处理：人工分拣、磁选、破 碎、筛分、风力分选，等等；
第三节 固体废物的厌氧消化处理
1、厌氧消化定义
厌氧消化是指在厌氧状态下，利用厌氧微 生物，有控制地使废物中可生物降解的有 机物转化为CH4、CO2和稳定物质的生物化 学过程
好 氧 堆 肥 过 程
适应新 环境
嗜热性微生物、细菌；残留可溶性物质，纤 维素、半纤维素、蛋白质，温度↗45~70℃
嗜温性微生物、多为难分解物 质，温度↘
嗜温性细菌、酵母菌、放线菌分解最易分解的 可溶性物质，淀粉、糖类增多，温度↗45℃
三、堆肥化的影响因素及其控制
影
有机物含量
响
因 含水率
素
供氧量
含水率低于30%，分解速度缓慢，当水分低于 12%，微生物停止繁殖； 含水率超过65%，水会充满颗粒间空隙，使空气 含量减少，堆肥由好氧转向厌氧，温度急剧下降， 形成发臭的中间产物。
固体废物的生物处理

固体废物的生物处理

堆肥有机物 微生物 细胞物质 有机酸、醇类、CO2、NH3、 H2S等，能量，微生物
有机物的厌氧发酵分解
细胞物质 CO2、CH4 等、能量
一、厌氧消化原理
两段理论（重点）
将厌氧发酵分为产酸（酸性发酵）和产气（碱性发 酵）两个阶段，相应起作用的微生物分为产酸细菌和 产甲烷细菌。如下图所示
一、厌氧消化原理
二、好氧堆肥的工艺（重点）
1、前处理 以城市生活垃圾为堆肥原料时,包括破碎、分选、筛分 等工序 ；以家畜粪便、污泥等为堆肥原料时，主要任 务是调整水分和碳氮比，或者添加菌种和酶制剂，以促 进发酵过程正常或快速进行。 降低水分、增加透气性、调整碳氮比的主要方法是添 加有机调理剂和膨胀剂。 2、主发酵（一次发酵） 将堆肥化物料温度升高到开始降低为止的阶段，称为主 发酵阶段（或主发酵期）。堆肥过程的中温阶段和高温 阶段，时间约4～12天。
评估成熟堆肥的常用方法、指标和参数
化学方法 ⑤腐殖质：用NaOH提取的腐殖质(HS)可分为胡敏 酸/腐殖酸(HA)、富里酸(FA)及未腐殖化的组分 (NHF)。堆肥开始时一般含有较高的非腐殖质成分 及FA，较低的HA，随着堆肥过程的进行， FA保持 不变或稍有减少，而HA大量产生，成为腐殖质的主 要部分。 一些腐殖质参数相继被提出，如腐殖化指数(HI)： HI=HA/FA；腐殖化率(HR)：HR=HA/(FA+NHF) 。 当HI值达到3，HR达到1.35时堆肥已腐熟。
堆肥发酵周期的长短是评价堆肥工艺好坏的一个 重要指标。碳氮比、通风量、温度和水分等是否处 于最佳条件均能使发酵周期受到直接影响。传统的 静态堆肥法，依靠自然通风和翻堆来实现好氧堆肥 的全过程，因此，发酵周期需时2~3个月，有时甚至 长达半年。而目前一些高效快速动态堆肥技术，可 使堆肥发酵周期控制在7d以内，有的一次发酵时间 仅需2~3d。
固体废物生物处理

固体废物生物处理


堆肥中的微生物学
原核细胞类型
细菌 蓝绿藻
ห้องสมุดไป่ตู้
微生物 真核细胞类型
直菌 藻类
霉菌 酵母菌
原生动物
堆肥的微生物学过程
好氧堆肥的微生物学过程可大致分为如下三个阶段 ，每个阶段都有其独特的微生物类群：
1）、产热阶段：堆肥初期（通常在1-3天），肥堆 中嗜温性微生物利用可溶性和易降解性有机物作为营 养和能量来源，迅速增殖，并释放出热能，使肥堆温 度不断上升。此阶段温度在室温至45℃范围内，微生 物以中温、需氧型为主，通常是一些无芽胞细菌。
其发酵工艺流程见2-7
通常在堆置后每4-7天可翻堆一次，1个月后可停止翻堆，让其后 熟。 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 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12～60mm。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 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
3）、腐熟阶段：
➢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 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 ，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， 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。
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 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 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。
固体废弃物的生物处理

固体废弃物的生物处理


堆肥腐熟度评价 指标
• 工艺指标 温度 • 耗氧速率400 mg/(kg·h)
• 物理学指标 •气味/粒度/色度 •
固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste
1
参 考
好氧堆肥处理
[1] 柴晓利,张华,赵由才.固体废物堆肥原理与技术[M].化学工业 出版社.2005年9月 [2] 王岩.殖业固体废弃物快速堆肥化处理[M].化学工业出版社. 2005年8月 [3]
2
参 考
1月
厌氧消化处理
[1] 周孟津,张榕林,蔺金.沼气实用技术.化学工业出版社.2004年
资
料
[2] /
[3] .cm
固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste
CO2,H2O,NH3,PO + 32异化作用 4 , O4 转入环境
能量
释放、转化 为热
固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste
1
好 氧 堆 肥 过 程
适应新 环境
好氧堆肥处理
嗜热性微生物、细菌；残留可溶性物质，纤 维素、半纤维素、蛋白质，温度↗45~70℃ 嗜温性微生物、多为难分解物 质，温度↘
嗜温性细菌、酵母菌、放线菌分解最易分解的 可溶性物质，淀粉、糖类增多，温度↗45℃
固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste
1
好氧堆肥处理
供氧量 颗粒度
影 含水率 C/N和C/P 堆肥化效果 响 pH 因 1 温度和有机物含量 2 6 3 4 5 素 前处理 主发酵 后发酵 后处理 脱臭 贮存 夏冬需贮存， 及 分选、破 发酵仓或 进一步分 分选设备 产生氨、硫化氢、 碎、筛分、 露天堆积，解难分解 去除塑料、甲基硫醇、胺类 容纳6个月的 工 混合、养 强制或翻 有机物， 玻璃金属、等。化学除臭剂；贮存设备；干 燥透气 堆搅拌供 条堆或静 小石块； 碱、水溶液过滤； 艺 分及水分 调节 氧主发酵 态堆肥， 加入N、P、 熟堆肥、沸石等
宁平《固体废物处理与处置》配套题库 章节题库(第五章 固体废物的生物处理)【圣才出品】

宁平《固体废物处理与处置》配套题库 章节题库(第五章 固体废物的生物处理)【圣才出品】

第五章固体废物的生物处理一、名词解释1．厌氧消化答：厌氧消化又称厌氧发酵，是指在厌氧状态下利用厌氧微生物使固体废物中有机物转变为CH4和CO2的过程。

厌氧消化具有过程可控性、降解快、生产过程全封闭且产物可再利用的特点。

厌氧消化可以去除废物中30％～50％的有机物并使之稳定化。

由于能源危机和石油价格的上涨，许多国家开始寻找新的替代能源，使得厌氧消化技术显示出其优势。

2．固体废物的生物处理答：固体废物的生物处理是指直接或间接利用生物体的机能，对固体废物的某些组成进行转化以建立降低或消除污染物产生的生产工艺，或者能够高效净化环境污染，同时又生产有用物质的工程技术。

利用生物处理有机固体废物是一种投资少、见效快、简单易行且效益高的工艺技术。

3．堆肥化答：堆肥化是指在人工控制的环境下，依靠自然界中广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的微生物学过程。

堆肥化实际上是利用微生物在一定条件下对有机物进行氧化分解的过程，因此根据微生物生长的环境可以将堆肥化分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种。

4．一级发酵答：一级发酵又称主发酵，是指在堆肥时，由于原料和土壤中存在微生物的作用开始发酵，首先是易分解的物质分解，产生二氧化碳和水，同时产生热量，使堆温上升的过程。

微生物吸收有机物的碳氮营养成分，在细菌自身繁殖的同时，将细胞中吸收的物质分解而产生热量。

5．腐熟度答：腐熟度是指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，是衡量堆肥进行程度的指标。

由于堆肥的腐熟度评价是一个很复杂的问题，迄今为止，还未形成一个完整的评价指标体系。

评价指标一般可分为物理学指标、化学指标、生物学指标以及工艺指标。

6．微生物浸出答：微生物浸出是指利用微生物及其代谢产物氧化、溶浸废物中的有价金属组分，使其得以利用的过程，又称生物冶金。

主要用于回收含硫矿业固体中的有价金属，如铜、金、铀、钴、镍、锰、锌、银、铂、钛。

第五章 固体废物的生物处理

第五章固体废物的生物处理--习题与思考
1．简述固体废物堆肥化的定义，并分析固体废物堆肥化的意义和作用。

2．分析好氧堆肥的基本原理，好氧堆肥化的微生物生化过程是什么？
3．简述好氧堆肥的基本工艺过程，探讨影响固体废物堆肥化的主要因素。

4．如何评价堆肥的腐熟程度？
5．何谓厌氧发酵？简述厌氧发酵的生物化学过程。

6．分析厌氧发酵的三阶段理论和两阶段理论的异同点。

7．影响厌氧发酵的因素有哪些？在进行厌氧发酵工艺设计时应考虑哪些问题？
8．厌氧发酵装置有哪些类型？试比较它们的优缺点。

9．简述生活垃圾蚯蚓处理的工艺流程。

为什么可以用蚯蚓处理农业废弃物？
10．分析蚯蚓处理固体废弃物的优点及其局限性。

11．用一种成分为C31H50NO26的堆肥物料进行实验室规模的好氧堆肥试验。

试验结果，每1000堆料
在完成堆肥化后仅剩200kg，测定产品成分为C11H14NO4，试求每1000kg物料的化学计算理论需
氧量。

12. 废物混合最适宜的C/N比计算：树叶的C/N比为50，与来自污水处理厂的活性污泥混合，活性污
泥的C/N比为6.3。

分别计算各组分的比例使混合C/N比达到25。

假定条件如下：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%。

固体废物的生物处理技术


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
合成 细胞物质 （微生物繁殖）
堆肥有机物
（含C、N、O、P、S）
氧气，微生物
CO2、H2O、NH3、 PO43－、SO42－
＋
氧化
能量
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
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
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
C a H b O c N d 4 a b 2 2 c 3 d O 2 a C 2 b O 2 3 d H 2 O d N 3
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
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)]=19.32
s=a-nw =31-0.76×11=22.64
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。
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。
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
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机物种类等），往往是固体废物厌氧消化的限速步骤； 产酸反应的速率较快； 大多数是厌氧菌，也有大量是兼性厌氧菌； 按功能来分类：纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉 7 分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌等。
6.1.2
产氢产乙酸菌
主要功能：将高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和H2；
厌 氧 微 生 物
固体废物生物处理
Biological Treatment of Solid Waste
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1 蚯蚓床技术 废物生产单细胞蛋白等
堆肥化处 理技术
堆肥化（composting）: 在人 工控制的环境下,依靠自然界 中广泛分布的细菌、放线菌、 真菌等微生物人为地促进可生 物降解的有机物向稳定的腐殖 质转化的微生物学过程
(2) 在自然界的分布，一般可认为是栖息于一些极端 环境中（如地热泉水、深海火山口、沉积物等），但 实际上其分布极为广泛，如污泥、瘤胃、昆虫肠道、 湿树木、厌氧反应器等； (3) 产甲烷菌都是严格厌氧菌，要求氧化还原电位在 150 400mV，氧和氧化剂对其有很强的毒害作用；
厌 氧 微 生 物
在整个发酵系统中，必须隔绝有毒物质如重金 属、杀虫剂等的混入。这是因为产甲烷菌对这类 物质甚为敏感，若系统内的有毒物质超过允许浓 度，将导致阻碍产沼的发酵进程。
但产甲烷菌生长也需要微量金属元素作为生长 促进因子。
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其它因素
停留时间：发酵产沼的总产气量与发酵装臵 的分解停留时间有关。此项时间可据以判 定物料的气化和无机化程度，还可用以粗 略估算产沼量的多少。 水分含量：有机物中的含水量直接影响各 类细菌的活性，若物料缺少一定量的湿度， 则会使发酵工艺的正常进行受到不同程度 的限制，甚至完全停止。
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6.1.2
产甲烷菌
甲烷八叠球菌 (Methanosarcina)

甲烷丝状菌 (Methanothrix) 甲烷髦毛菌 (Methanosaeta)
10
6.1.2
产甲烷菌的特性
(1) 在生物分类学上，产甲烷菌(Methanogens)属于 古 菌 (Archaebacteria) ， 大 小 、 外 观 上 与 真 细 菌 (Eubacteria)相似，但实际上，其细胞成分特殊，特 别是细胞壁的结构较特殊；
工程实例
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2
水压式消化池
厌氧消化处理
红泥塑料沼气池：
批量进料 半塑式沼气池/二块模式 全塑沼气池/袋式全 塑沼气池/干湿交替 消化器 消化沼 气池
水压式沼气池具有结构简 单、造价低、施工方便； 但由于温度不稳定， 产气量不稳定， 因此原料的 利用率低。
长方形甲烷消化池
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2
厌氧消化处理
水压式沼气池
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搅拌
使厌氧反应池内的各处温度趋于均匀， 同时也是使投入的原料与池内熟料（前 期投入池内，经过一定时间反应后的物 质）能完全混合，并与微生物密切接触， 同时也可防止上层物料出现结壳和底部 物料出现酸积累，还可使反应产物如 H2S、NH3、CH4等气态物质得以迅速地从 液相中逸散出去。
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毒性物质的含量
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温度
温度是影响产气量的主要因素之一，研究表明； 在细菌活动的一定温度范围内，温度越高，产气 量也高。这是因为温度高时，原料中的细菌活跃， 分解有机物的速度快，从而使产气量得以增加； 此外，处于较高温度下的气体在液相中的溶解度 也有所降低，这对厌氧的消化过程是有利的。虽 然温度越高，发酵的效果也越好，但是与此相反， 这时的管理工作也就越复杂。
4
其它生物 处理方法
处理方法 微生物 浸出
3
厌氧消 化处理
2
微生物浸出: 利用微生物新陈代谢 过程或代谢产物将废物中目的元素 转变为易溶状态并得以分离的过程
厌氧消化: 也称厌氧发酵， 指在厌氧状态下利用微生 物使固体废物中有机物转 变为CH4和CO2的过程
2
2
1
2
厌氧消化处理
3
4
厌氧消化原理
厌氧消化影响因素
嗜温产甲烷菌
嗜热产甲烷菌
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pH值和酸碱度
对甲烷菌而言，需维持在弱碱性环境之中，其最 佳pH值范围在6.8～7.5之间。当pH值降低时，使 二氧化碳增加，也促使大量水溶性有机酸和硫化 氢产生，抑制甲烷菌的生长。会导致酸的积累， 使产酸菌大量繁殖，引起厌氧反应系统发生“酸 化”现象，有可能使厌氧消化产沼过程停止。 调整pH值的可通过调整原料的碳氮比实现，因厌 氧消化过程赖以中和过酸或过碱物质的主要是氨 氮，原料的含氮量越高，则碱度就越大。 为使厌氧系统具有足够的缓冲能力，要求碱度控 制在（2000～3000）mg/L（以CaCO3计）以上为宜。 一般正常沼气发酵的碱度范围大致在（3000～ 8000）mg/L（以CaCO3计）之间。
从微生物角度提出的“三阶段理论”：
研究表明，产甲烷菌只能利用一些简单有机物如甲 酸、乙酸、甲醇、甲基胺类以及H2/CO2等，而不能 利用含两个碳以上的脂肪酸和甲醇以外的醇类； 70年代，Bryant发现原来认为是一种被称为“奥氏 产甲烷菌”的细菌，实际上是由两种细菌共同组成 的，一种细菌首先把乙醇氧化为乙酸和 H2（提出产 氢产乙酸阶段） ，另一种细菌利用 H2 和 CO2 产生 CH4（产甲烷阶段）。
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2
厌 氧 消 化 工 艺
厌氧消化处理
根据消化温度划分工艺类型
最佳温度范围是 最佳温度范围是 目前我国农村都采用
47～55 ℃，嗜热 35～38℃，发酵速 微生物生长旺盛 度要比高温的稍慢 分解有机物快， 些。有机固体废物 有机物料装臵内 的投入与排出数量 的停留时间短， 约比高温时少5%。 处理能力强高温 但其产量较稳定， 能有效灭活 转化效率较高， 适用于城市垃圾、 主要适宜于大中型 粪便和有机污泥 产沼工程及高浓度 的处理 有机废水的处理
(4) 产甲烷菌的增殖速率很慢，世代时间很长，可达 46天，因此，产甲烷反应常是厌氧消化的限速步骤。
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各种废物的可降解质含量
废物种类 城市生活垃圾经分 选后的可腐有机质
处理对象？
水分（％） 可降解物质含量（％） 50～75 15～20
源头分类的家庭废物
液体粪便 屠宰废物 机械脱水后的污水淤 泥
厌氧消化工艺
厌氧消化设备
3
2
厌 氧 消 化 原 理
有机物(C、 N、 O、 H、 P 、 S 等)
厌氧消化处理
细胞物质(微生物繁殖)
有机酸、醇类、 CO2、H2S、NH3、 能量 细胞物质 CO2、CH4等， 能量
酸性发酵阶段
碱性发酵阶段
工艺过程的 三段论 二阶段论
4
2
厌 氧 消 化 原 理
厌氧消化处理
启动时一次性投入较
多的消化原料，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。
农业废物较适用
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2
厌 氧 消 化 工 艺
厌氧消化处理
按发酵级数
二级发酵 一级发酵
标准消化法 指一级的传统 发酵产沼工艺 采用无搅拌发 酵池。若在发 酵装臵中采用 搅拌，可缩短 发酵消化所需 时间，称为快 速消化法。
这种消化类型。这种 工艺的消化池结构简 单、成本低廉、施工 容易、便于推广，但 受季节影响明显 消化周期须视季节和 地区的不同加以控制
高温消化工艺
中温消化工艺
自然温度消化工艺
2
厌 氧 消 化 工 艺
厌氧消化处理
根据投料运转方式划分工艺类型 半连续消化工艺 连续消化工艺
投料启动后，经一段
时间的消化产气，连 续定量的添加消化原 料和排出旧料；其消 化时间能够长期连续 进行。工艺易于控制， 能保持稳定的有机物 消化速率和产气率， 但该工艺要求较低的 原料固形物浓度
30 700 13
淤泥 1730 850
50 620 13
15
处理1000公斤废物的物料平衡
种 类 可腐有机质
145 430
淤泥
60 400
生物气（kg） 腐殖质（45％）（kg）
废水（kg）
425
540
一般每吨可腐有机物经过厌氧发酵可生产腐殖质 （含水率55％）约400公斤,沼气100～130m3,这些沼 气如转换为电能约为200Kwh。
浮渣层 沼气气室 上清液层
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2
厌氧消化处理
抑制物 pH 其它因素
温度
厌氧消化的 影响因素
接种物
搅拌
原料配比 厌氧条件
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原料的配比
共消化
配料时应控制适宜的碳氮比。各种有机物中碳、 氮元素的含量差异很大，一般将碳氮比值大的有 机物称为贫氮有机物，如农作物的秸杆等，而将 碳氮比值小的有机物称为富氮有机物，如人畜粪 尿、富含氮的污泥（未经处理的污泥，其C/N约 为16:1）等。合理的配比才能获得较高的产气量。 大量的报导和实验表明，当厌氧消化反应物的碳 氮比为（20～30）:1时较为适宜，而当厌氧消化 反应的碳氮比为35:1时的产甲烷量则将呈明显下 降趋势。
60～75
90～95 50～80 75～85
12～15
1～3 7～15 5～10
12
沼气理论产量及成分
物质类别 碳水化合物
沼气产量 （升／千克干质） 甲烷
790 50
成分体积百分比 二氧化碳 50
蛋白质
脂肪
704
1250
71
68
29
32
污水淤泥
850
70
30
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沼气的收集与利用
沼 气 的 热 值 很 高 （ 一 般 为 21000~25000 kJ/m3 ，即 5000~6000 kCal/m3 ），是一种可利 用的生物能源。