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1、第六章第六章 有机固体废物堆肥和有机固体废物堆肥和厌氧发酵厌氧发酵 一一一一 概述概述概述概述二二二二 堆肥原理及影响因素堆肥原理及影响因素堆肥原理及影响因素堆肥原理及影响因素三三有机废物堆肥工艺有机废物堆肥工艺有机废物堆肥工艺有机废物堆肥工艺四四好氧堆肥设备好氧堆肥设备好氧堆肥设备好氧堆肥设备五五有机固体废物的厌氧发酵原理有机固体废物的厌氧发酵原理有机固体废物的厌氧发酵原理有机固体废物的厌氧发酵原理六六厌氧发酵设备与工艺厌氧发酵设备与工艺厌氧发酵设备与工艺厌氧发酵设备与工艺七七沼气与沼渣的综合利用沼气与沼渣的综合利用沼气与沼渣的综合利用沼气与沼渣的综合利用目录目录一一、概述、概述 l是常用的
2、生物转换技术l是稳定化、无害化、资源化的重要方式堆肥和厌氧发酵堆肥和厌氧发酵预处预处理方法：理方法：破碎、混合、分破碎、混合、分选选提高有机物含量、提高有机物含量、调整物料粒度整物料粒度调整水分和整水分和C/N比比预处理四大目的预处理四大目的一一、概述、概述 适合堆肥和厌氧发酵的适合堆肥和厌氧发酵的有机废物有机废物禽畜禽畜粪便便城市垃圾城市垃圾污泥泥泔脚等食泔脚等食品品废物物农林林废物物1.1.堆肥化定义、作用堆肥化定义、作用l堆堆肥肥化化（Composting）：就就是是在在控控制制条条件件下下，利利用用自自然然界界广广泛泛分分布布的的细细菌菌、放放线线菌菌、真真菌菌等等微微生生物物，使使可
3、可被被生生物物降降解解的的有有机机物物转转化化为为稳稳定定的腐殖质的腐殖质的生物化学过程。的生物化学过程。二、堆肥原理及影响因素二、堆肥原理及影响因素这个定义强调：这个定义强调：l作为堆肥化的作为堆肥化的原料是可生物降解的固体废物原料是可生物降解的固体废物；l堆堆肥肥过过程程是是在在人人工工控控制制条条件件下下进进行行，不不同同于于卫卫生生填埋、废物的自然腐烂与腐化；填埋、废物的自然腐烂与腐化；l堆堆肥肥化化的的实实质质是是生生物物化化学学过过程程，堆堆肥肥产产品品对对环环境境无害，即废物达到相对稳定。无害，即废物达到相对稳定。堆肥化的产物称为堆肥堆肥化的产物称为堆肥（compost）l它它是
4、是一一种种深深褐褐色色、质质地地疏疏松松、有有泥泥土土气气味味的的物物质质，类似于腐殖质土壤，故也称为类似于腐殖质土壤，故也称为“腐殖土腐殖土”。l是一种具有一定肥效的土壤改良剂和调节剂。是一种具有一定肥效的土壤改良剂和调节剂。二、堆肥原理及影响因素二、堆肥原理及影响因素堆肥的作用堆肥的作用l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改善土壤的物理性能。l阳离子交换容量大，N、K、NH4+以阳离子形式存在l腐殖质中某种成分有鳌合作用，降低重金属的危害l蛋白质氮的形式，缓效肥料l增加土壤中微生物，是昼夜有效的废料l是CO2的供给源二、堆肥原理及影响因素二、堆肥原理
5、及影响因素使用堆肥的注意事项使用堆肥的注意事项l堆肥内富含微生物，最好用于土壤表面。l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。l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。l不宜装在密封袋中搬运和保存。二、堆肥原理及影响因素二、堆肥原理及影响因素l根据根据堆制过程的需氧程度，可以把堆肥化分成：，可以把堆肥化分成：好氧堆肥：通常好氧堆肥堆温高，一般在5560，极限可达8090，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，312个月。二、堆肥原理及影响因
6、素二、堆肥原理及影响因素2.2.好氧堆废原理好氧堆废原理细胞物质细胞物质（微生物繁殖）（微生物繁殖）有机物有机物（C、H、O、N、P、S）合成合成同化作用同化作用分解分解异化作用异化作用排入环境排入环境CO2,H2O,NH3,PO43-,SO42-能量能量释放、转化为热释放、转化为热微生物微生物氧气氧气有机物的好氧堆肥分解有机物的好氧堆肥分解二、堆肥原理及影响因素二、堆肥原理及影响因素1 1）有机物氧化）有机物氧化l不含氮有机物：不含氮有机物：l含氮有机物含氮有机物CsHtNuOvaHaH2 2O O+bO2CwHxNyOzcHcH2 2O+O+dH H2 2O(O(气气)+eH H2 2O(
7、O(液液)+fCO2+gNH3+热量热量堆肥二、堆肥原理及影响因素二、堆肥原理及影响因素2 2）细胞质的合成）细胞质的合成细胞质二、堆肥原理及影响因素二、堆肥原理及影响因素3 3）细胞质的氧化）细胞质的氧化lC5H7NO2+5O25CO2+2H2O+NH3+能量能量二、堆肥原理及影响因素二、堆肥原理及影响因素3.3.好氧堆肥的过程好氧堆肥的过程l中温阶段中温阶段l高温阶段高温阶段l腐熟阶段腐熟阶段二、堆肥原理及影响因素二、堆肥原理及影响因素1 1）中温阶段）中温阶段l初期，堆层呈中温（1545），嗜温性微生物活跃，温度不断上升。l嗜温性微生物包括：细菌：以水溶性糖类为食细菌：以水溶性糖类为食真
8、菌和放线菌：可分解纤维素和半纤维素物质真菌和放线菌：可分解纤维素和半纤维素物质二、堆肥原理及影响因素二、堆肥原理及影响因素二、堆肥原理及其影响因素二、堆肥原理及其影响因素2 2）高温阶段）高温阶段l堆温升至45以上，嗜热微生物l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。l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。表表6-1 几种常见病菌与寄生虫的死亡温度几种常见病菌与寄生虫的死亡温度名称名称死亡情况死亡情况沙门氏伤寒菌沙门氏伤寒菌46以上不生长；以上不生长；5560，30分钟内死亡分钟内死亡沙门氏菌属沙门氏菌属56，1小时内死亡；小时内
9、死亡；60，1520分钟死亡分钟死亡志贺氏杆菌志贺氏杆菌55，1小时内死亡小时内死亡大肠杆菌大肠杆菌55，1小时内死亡；小时内死亡；60，1520分钟内死亡分钟内死亡阿米巴属阿米巴属68死亡死亡无钩涤虫无钩涤虫71，5分钟内死亡分钟内死亡美洲钩虫美洲钩虫45，50分钟内死亡分钟内死亡流产布鲁士菌流产布鲁士菌61，3分钟内死亡分钟内死亡化脓性细球菌化脓性细球菌50，10分钟内死亡分钟内死亡酿浓链球菌酿浓链球菌54，10分钟内死亡分钟内死亡结核分枝杆菌结核分枝杆菌66，1520分钟内死亡，有时在分钟内死亡，有时在67死亡死亡牛结核杆菌牛结核杆菌55，45分钟内死亡分钟内死亡3 3）腐熟阶段（降温阶
10、段）腐熟阶段（降温阶段）l内源呼吸后期，较难分解有机物。l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l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。二、堆肥原理及影响因素二、堆肥原理及影响因素4.4.影响好氧堆肥的主要因素影响好氧堆肥的主要因素l对于高温二次发酵堆肥工艺来说，对于高温二次发酵堆肥工艺来说，通风供氧、通风供氧、堆料含水率、温度堆料含水率、温度是最主要的发酵条件是最主要的发酵条件l有机质含量、粒度、有机质含量、粒度、C/N、C/P、pH也有影响也有影响二、堆肥原理及影响因素二、堆肥原理及影响因素1）通风）通风l目的：目的：微生物分解有机物带走
11、水气，干化物料l方式：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。二、堆肥原理及影响因素二、堆肥原理及影响因素2）含水率）含水率l水分是微生物生命活动的介质，影响物料孔隙度和透气性l适宜水分45%60%l太低时，可配以粪水或污泥调节二、堆肥原理及影响因素二、堆肥原理及影响因素3）温度）温度l是是影影响响微微生生物物活活动动和和堆堆肥肥工工艺艺过过程程的的重重要要因因素素l一般认为最佳温度在一般认为最佳温度在5060之间之间l考考虑虑杀杀灭灭病病菌菌和和虫虫卵卵，温温度度大大于于5555并并保保持持几天几天二、堆肥原理及影响因素二、堆肥原理及影响因素4）其它影响因素）其它影响因
12、素l有机质含量温度和供氧2080l粒度表面积大小和供氧 适宜1260mmlC/N比（430）:1lC/P比（75150）:1lpH 7.58.5二、堆肥原理及影响因素二、堆肥原理及影响因素4.4.堆肥的腐熟度及其判定堆肥的腐熟度及其判定（1）定义）定义l指成品堆肥的稳定程度l工程上衡量堆肥反应完成的信号l农业上是堆肥质量的指标二、堆肥原理及影响因素二、堆肥原理及影响因素（2）判定方法）判定方法l直直观观经经验验法法：茶褐色或黑褐色，无恶臭，质地松散，具有泥土芳香气味l淀粉测试法淀粉测试法：高氯酸+碘l耗耗氧氧速速率率法法：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二、
13、堆肥原理及影响因素二、堆肥原理及影响因素（一）好氧堆肥基本工艺（一）好氧堆肥基本工艺 1.堆肥分类堆肥分类 1 1）按温度范围：）按温度范围：l中中温温堆堆肥肥：1545，不不能能有有效效杀杀灭灭病病原原菌菌，目前较少采用。目前较少采用。l高高温温堆堆肥肥:一一般般在在5065，极极限限可可达达8090，杀灭病菌，减少臭气产生，采用较多。，杀灭病菌，减少臭气产生，采用较多。三、有机物堆肥工艺三、有机物堆肥工艺 2 2）按堆肥中物料运动形式）按堆肥中物料运动形式l间歇式堆肥：一批一批地堆制间歇式堆肥：一批一批地堆制l连续式堆肥：机械连续进料、出料，周期短连续式堆肥：机械连续进料、出料，周期短（3
14、7d），），杀灭病原微生物，防异味，成品质杀灭病原微生物，防异味，成品质量高等特点。量高等特点。3 3）按堆肥堆制方式）按堆肥堆制方式l露天式堆肥：露天式堆肥：l装置式堆肥：装置式堆肥：机械化程度高，堆肥时间短，机械化程度高，堆肥时间短，占地面积小，环境条件好，堆肥质量可控可调占地面积小，环境条件好，堆肥质量可控可调三、有机物堆肥工艺三、有机物堆肥工艺2.好氧堆肥工艺好氧堆肥工艺 l传传统统采采用用厌厌氧氧露露天天堆堆积积法法，占占地地大大，时时间间长长。现代化的堆肥生产一般采用现代化的堆肥生产一般采用好氧堆肥工艺。好氧堆肥工艺。l堆堆肥肥的的基基本本工工序序通通常常都都由由前前处处理理、主主
15、发发酵酵（一一次次发发酵酵）、后后发发酵酵（二二次次发发酵酵）、后后处处理理、脱脱臭及贮存臭及贮存等工序组成。等工序组成。三、有机物堆肥工艺三、有机物堆肥工艺三、有机物堆肥工艺三、有机物堆肥工艺1）前处理）前处理l以以城市生活垃圾城市生活垃圾为堆肥原料时，前处理通常包为堆肥原料时，前处理通常包括括破碎、分选、筛分破碎、分选、筛分等工序。除去杂物，调整等工序。除去杂物，调整含水率，增大表面积。含水率，增大表面积。l在以在以家畜粪便、污泥家畜粪便、污泥等为堆肥原料时，前处理等为堆肥原料时，前处理的主要任务是的主要任务是调整水分和碳氮比，或者添加菌调整水分和碳氮比，或者添加菌种和酶制剂种和酶制剂。2
16、）主发酵（一次发酵）主发酵（一次发酵）l在发酵仓内进行，通过翻堆搅拌或强制通风供氧。在发酵仓内进行，通过翻堆搅拌或强制通风供氧。l中温阶段中温阶段高温阶段，嗜温菌高温阶段，嗜温菌嗜热菌。嗜热菌。l大大部部分分有有机机物物被被降降解解，病病原原菌菌被被杀杀灭灭，堆堆层层温温度度开开始始下降。下降。l通通常常，将温度升高到开始降低为止的阶段为主发酵阶段。l以以生生活活垃垃圾圾为为主主体体的的城城市市垃垃圾圾好好氧氧堆堆肥肥化化的的主主发发酵酵期期约为约为10101212d d。三、有机物堆肥工艺三、有机物堆肥工艺3）后发酵（二次发酵）后发酵（二次发酵）l将主发酵尚未分解的有机物进一步分解，使之变成
17、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。l通常，把物料堆积到12m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。l时间较长，通常在2030d。三、有机物堆肥工艺三、有机物堆肥工艺4）后处理）后处理l经经二二次次发发酵酵，变变细细碎碎和和变变形形，数数量量也也有有所所减减少少（体积减少到（体积减少到50-70），已成为粗堆肥。），已成为粗堆肥。l分分选选工工序序去去除除杂杂物物，并并根根据据需需要要，如如生生产产精精制制堆堆肥等，则应进行肥等，则应进行再破碎过程再破碎过程。l也也可可在在散散装装堆堆肥肥中中加加入入N、P、K添添加加剂剂生生产产复复合合肥，做
18、成袋装产品。肥，做成袋装产品。l有时还需要固化造粒以利贮存。有时还需要固化造粒以利贮存。三、有机物堆肥工艺三、有机物堆肥工艺5）脱臭）脱臭l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。l去除臭气的方法：化化学学除除臭臭剂剂除除臭臭；水、酸、碱溶溶液液吸吸收收法法；熟堆肥、活性炭或沸石等吸附剂吸吸附法附法；臭氧氧化法氧化法；土壤脱臭过滤器过滤器三、有机物堆肥工艺三、有机物堆肥工艺6）贮存）贮存l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。l贮存方式：可直接堆存在二次发酵仓中，或装入袋中。l贮存的要求：是干燥而透气的
19、室内环境。三、有机物堆肥工艺三、有机物堆肥工艺四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备l立立 式式 堆堆 肥肥 发发 酵酵 塔塔l筒筒仓仓式式堆堆肥肥发发酵酵仓仓l卧式堆肥发酵滚筒卧式堆肥发酵滚筒l箱式堆肥发酵池箱式堆肥发酵池l堆堆集集式式1.立式堆肥发酵塔（1 1）立式多层圆筒式）立式多层圆筒式l呈多层圆筒形，密闭结呈多层圆筒形，密闭结构构l强制通风强制通风l温度从上到下逐渐升高温度从上到下逐渐升高l一次发酵时间：一次发酵时间：37天天四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备（2 2）立式多层闭合门式）立式多层闭合门式l呈多层条形，每层堆高不超呈多层条形，每层堆高不超过过1 1米。在每一层床都有闭米。在每一
20、层床都有闭合门，在反复切断输送的同合门，在反复切断输送的同时，利用打开闭合门来顺序时，利用打开闭合门来顺序向下输送原料。向下输送原料。l一次发酵时间：一次发酵时间：510天天 四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备立式堆肥发酵塔：优点、缺点l立式多层圆筒式发酵塔 占地面积小；除臭设备体积小。l堆积低，容积有效利用率低；l装置运行所需的动力大；l在堆肥过程中物料容易呈压实块状化，通气性能差；l多层结构，整个装置很高.优点l立式多层板闭合门式发酵塔 占地面积小；除臭设备体积小。l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；l必须配备原料供给装置；l多层结构，装置很高。四、好
21、氧堆肥设备四、好氧堆肥设备（3）立式多层桨叶刮板式）立式多层桨叶刮板式l呈多层圆筒形，每层堆高11.5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。l一次发酵时间：一次发酵时间：37天天四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备（4）立式多层移动床式）立式多层移动床式l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。l一次发酵时间：一次发酵时间：810天天四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备3）后发酵（二次发酵）后发酵（二次发酵）立式堆肥发酵塔：优点、缺点l立式多层桨叶刮板式发酵塔 l利用旋转刮板重复
22、切断，无压实块状化；l通气阻力及动力消耗小；l占地面积小；l除臭设备体积小。l多层结构，装置很高。l立式多层移动床式发酵塔l占地面积小；l除臭设备体积小l物料容易压实，通气性能差；l床的移动机构复杂；l多层结构,装置很高。四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备（1）筒仓式静态发酵仓）筒仓式静态发酵仓l呈单层圆筒形，堆积高度45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。l一次发酵时间：一次发酵时间：1012天天2.筒 仓 式堆肥发酵仓四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备（2）筒仓式动态发酵仓l单层圆筒型，堆积高度为1.52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
23、后，又接着输送到槽的中心部位的排出口排出l一次发酵时间：一次发酵时间：57天天四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备3）后发酵（二次发酵）后发酵（二次发酵）筒仓式堆肥发酵仓：优点、缺点 筒仓式静态发酵仓筒仓式静态发酵仓l占地面积小；l发酵仓利用率高。l堆积高，呈压实状；l通风阻力大，动力消耗大；l产品难以均质化。筒仓式动态发酵仓筒仓式动态发酵仓l排出口的高度和原料的滞留时间均可调节l原料滞留时间不均匀，产品呈不均质状；l易呈块状，通气性能差；l不易密闭。四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备3.卧式堆肥发酵滚 筒l旋转发酵池旋转发酵池结构结构四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备旋转发酵池旋转发酵池：概况：概况
24、l利用低速旋转滚筒进行经常的反复搅拌和输送利用低速旋转滚筒进行经常的反复搅拌和输送l一次发酵天数：一次发酵天数：25天天四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备旋转发酵池旋转发酵池：优点：优点l技术成熟，操作简单；容易形成规模化；l生产效率高，停留时间短，占地面积少；l自然通风，能耗少l环境条件较好 四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备l原料滞留时间短，发酵不充分；l密闭困难；l容易产生压实现象，通气性能差，产品不易均质化。旋转发酵池旋转发酵池：缺点：缺点四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备4.箱式堆肥发酵池l卧式刮板发酵池：结构卧式刮板发酵池：结构四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备卧式刮板发酵池卧式刮板发酵池
25、：概况：概况l平面型（最大槽长为25米，堆积高度1.5米），能横向行走的刮板进行锯齿形运行，l同时进行原料的重复搅拌和输送，原料缓慢堆积放在与刮板相反方向的叶片上。l一次发酵天数：一次发酵天数：8 8 1212天天 四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备卧式刮板发酵池卧式刮板发酵池：优点：优点l利用旋转刮板重复切断，无压实呈块现象，通气性能好，发酵时间短；l通气阻力小，动力消耗少；四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备卧式刮板发酵池卧式刮板发酵池：缺点：缺点l占地面积大；l环境条件差；l除臭设备体积大。四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备l戽斗翻倒式发酵池戽斗翻倒式发酵池l卧式桨叶发酵池卧式桨叶发酵池四、好氧
26、堆肥设备四、好氧堆肥设备 戽斗翻倒式发酵池戽斗翻倒式发酵池l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。卧式桨叶发酵池卧式桨叶发酵池l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。四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备箱式堆肥发酵池：一次发酵天数 戽斗翻倒式发酵池戽斗翻倒式发酵池l812天天 卧式桨叶发酵池卧式桨叶发酵池l812天天四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备 戽斗翻倒式发酵池戽斗翻倒式发酵池 l很少产生压
27、实成块现象；l通气阻力小，动力消耗小。l占地面积大；l环境条件差；l戽斗的长度决定于槽的长度，发酵池的有效利用率低。卧式桨叶发酵池卧式桨叶发酵池l环境条件差；l占地面积大；l螺旋的总长度取决于槽的长度；l易产生压实成块现象。箱箱式式堆堆肥肥发发酵酵池：池：优点、缺点优点、缺点四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备5.堆 集式l气气流流箱箱式式l定定箱箱槽槽式式四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备堆积式堆积式：概况：概况气气 流流 箱箱 式式l室外堆积式（堆积高度为1.53米）。利用铲式装载机或其他专用机械堆积。l6090天左右天左右定定 箱箱 槽槽 式式l室内堆积式（堆积高度1.53米）。利用铲式装载机
28、，在固定的角槽内堆积。l3060天左右天左右四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备卧式刮板发酵池卧式刮板发酵池：优点、缺点：优点、缺点l气流箱式l设备简单，l不能除臭；l重复切断时间长；l易产生压实现象，发酵时间长；l产品均质化困难。l定箱槽式l设备简单。l除臭设备体积大；l重复切断时间长；l易产生压实现象，发酵时间长；l产品均质化困难。四、好氧堆肥设备四、好氧堆肥设备五、有机固体废物的厌氧发酵原理五、有机固体废物的厌氧发酵原理（一）沼气与厌氧发酵（一）沼气与厌氧发酵l主要成分为：主要成分为：甲烷：甲烷：606070%70%二氧化碳：二氧化碳：303040%40%其其他他气气体体：5%5%，有CO、
29、H2.H2S、O2.N2.NH4.PH3和CmHn等1.沼气沼气五、有机固体废物的厌氧发酵原理五、有机固体废物的厌氧发酵原理l人们把由60%CH4和40%CO2组成的沼气称为标准沼气。l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l比空气略轻，对空气的比重为0.85l1m3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。表表6-2 沼气各组分的理化特性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。参数参数名称名称分子分子量量密度密度/g/L/g/L比重比重/空气空气临临界温界温度度/临临界界压压力力/atm/atm平
30、均平均热值热值/kJ/L/kJ/L爆炸范爆炸范围围/%/%毒性毒性CHCH4 416.0416.04 0.7170.717 0.5540.554-82.5-82.545.845.837.8437.845.3-145.3-14COCO2 244441.9771.977 1.5281.52831.131.172.972.9H H2 22.012.010.090.090.060.06-239.9-239.912.812.811.7611.766-716-71O O2 232321.431.431.101.10-198-19847.747.7N N2 228281.251.250.9670.967-1
31、47-14733.4933.49H H2 2S S34341.531.531.181.18100.4100.488.988.924.5624.564-464-46剧剧毒毒COCO28281.2501.250 0.9670.967-140-14034.5334.5312.6312.63剧剧毒毒标标准沼气准沼气1.2241.2240.940.9422.722.76-126-12五、有机固体废物的厌氧发酵原理五、有机固体废物的厌氧发酵原理2.厌氧发酵厌氧发酵l厌厌氧氧发发酵酵：也称沼气发酵或甲烷发酵，是指在厌氧条件下，有机物被厌氧微生物转化为甲烷（或称沼气）的过程。l厌厌氧氧发发酵酵工工艺艺：采用人
32、工方法，创造厌氧细菌所需的营养条件，使其在一定设备内具有很高的浓度，使厌氧分解过程大大加快。五、有机固体废物的厌氧发酵原理五、有机固体废物的厌氧发酵原理（二）有机物厌氧发酵原理（二）有机物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五、有机固体废物的厌氧发酵原理五、有机固体废物的厌氧发酵原理1)发酵的几个阶段发酵的几个阶段l液化（水解）阶段：液化（水解）阶段：不溶性大分子有机物不溶性大分子有机物水水溶性小分子有机物溶性小分子有机物l酸化阶段：酸化阶段：小分子有机物小分子有机物有机酸、乙醇、丙有机酸、乙醇、丙酮等有机物酮等有机物+H2/CO2乙酸及甲酸、甲醇、甲
33、乙酸及甲酸、甲醇、甲胺等胺等C1类化合物类化合物+H2/CO2l产甲烷阶段：产甲烷阶段：H2还原CO2乙酸的分解五、有机固体废物的厌氧发酵原理五、有机固体废物的厌氧发酵原理2）厌氧发酵过程微生物）厌氧发酵过程微生物l第第一一阶阶段段：水解发酵细菌，包包括括纤纤维维素素分分解解菌菌、蛋白质水解菌。蛋白质水解菌。l第二阶段：第二阶段：产氢、产乙酸细菌，有，有S S菌株菌株l第三阶段：两组不同的产第三阶段：两组不同的产甲烷细菌群：群：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。五、有机固体废物的厌氧发酵原理五、有机固体废物的厌氧发酵原理（二）发酵原料和产气计算（二）发酵原料
34、和产气计算1.发酵原料发酵原料l堆肥原料都可以作沼气发酵原料l有城市垃圾、禽畜粪便、污泥、农林废物、泔脚和食品垃圾五、有机固体废物的厌氧发酵原理五、有机固体废物的厌氧发酵原理2.常见发酵原料的理论产气量常见发酵原料的理论产气量（1）甲烷产量E0.37A+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。五、有机固体废物的厌氧发酵原理五、有机固体废物的厌氧发酵原理（2）二氧化碳产量E0.37A+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。发酵发
35、酵原料原料每克干重物的组分（每克干重物的组分（g）理论产气量（理论产气量（L/g）碳水化合物碳水化合物蛋白质蛋白质脂类脂类甲烷甲烷二氧化碳二氧化碳水葫芦水葫芦0.60730.60730.11670.11670.03860.03860.32200.32200.29580.2958水花生水花生0.59630.59630.09720.09720.02710.02710.29640.29640.27800.2780玉米秸玉米秸0.62630.62630.06330.06330.04630.04630.31090.31090.27940.2794麦草麦草0.63960.63960.02980.02980
36、.02340.02340.27560.27560.25970.2597稻草稻草0.60260.60260.03160.03160.03210.03210.27180.27180.25000.2500人粪人粪0.41570.41570.17530.17530.08140.08140.32440.32440.26900.2690猪粪猪粪0.42040.42040.11480.11480.06030.06030.27450.27450.23350.2335鸡粪鸡粪0.47030.47030.08820.08820.04550.04550.26450.26450.23320.2332马粪马粪0.453
37、60.45360.09460.09460.02830.02830.24360.24360.22440.2244牛粪牛粪0.27040.27040.10460.10460.05280.05280.20620.20620.17030.1703表表6-3农村常见沼气发酵原料的组分和理论产气量农村常见沼气发酵原料的组分和理论产气量五、有机固体废物的厌氧发酵原理五、有机固体废物的厌氧发酵原理3.原料的产气率和甲烷含量原料的产气率和甲烷含量l沼气发酵原料的产气率：单位重量的原料在发酵过程中产生的沼气量。l通常用原料所含总固体（TS）的量作原料单位原料名称原料名称干物质沼气量（干物质沼气量（m3/t）甲烷含
38、量（）甲烷含量（）产气持续时间产气持续时间/d牲畜厩肥牲畜厩肥2602805060猪粪猪粪5616560牛粪牛粪2805990马粪马粪2003006090人粪人粪2405030青草青草6307060亚麻梗亚麻梗3595990玉米秆玉米秆2505390麦秸麦秸34259松树叶松树叶3106965杂树叶杂树叶21029458马铃薯梗叶马铃薯梗叶2602806060谷壳谷壳6516290向日葵梗向日葵梗30058废物污泥废物污泥64050酒厂废水酒厂废水30060058碳水化合物碳水化合物75049脂类化合物脂类化合物140072蛋白质蛋白质98050五、有机固体废物的厌氧发酵原理五、有机固体废物的
39、厌氧发酵原理4.原料的总固体百分含量和总固体量原料的总固体百分含量和总固体量l原料的总固体百分含量：原料的总固体百分含量：l总固体量：总固体量：WTS=WMTS式中：式中：MTS发酵原料酵原料总固体百分含量，；固体百分含量，；W1发酵原料酵原料样品重量，品重量，g；W2样品在品在1052下烘干重量，下烘干重量，g；W发酵原料重量，酵原料重量，g；WTS发酵原料所含酵原料所含总固体量，固体量，g五、有机固体废物的厌氧发酵原理五、有机固体废物的厌氧发酵原理5.原料的碳氮比原料的碳氮比l与好氧微生物相同，厌氧微生物对原料碳氮比也有一定要求。六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺图沼气发酵罐工作
40、原理图三、创新点与国内外影响三、创新点与国内外影响3）后发酵（二次发酵）后发酵（二次发酵）水压式沼气池工作原理示意图水压式沼气池工作原理示意图水压式贮气池的优点水压式贮气池的优点l结构比较简单，结构比较简单，l造价低，造价低，l施工方便。施工方便。六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺水压式贮气池的水压式贮气池的缺点缺点l气压不稳定，对产气不利；l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%）；l大换料和密封都不方便；l产气率低（平均0.10.15M3/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。六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与
41、工艺立式圆形浮罩式沼气池立式圆形浮罩式沼气池立式圆形浮罩式沼气池优缺点立式圆形浮罩式沼气池优缺点l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。l产生的沼气由浮沉式的气罩贮存起来。l气罩可直接安装在沼气发酵池顶。l浮沉式气罩由水封池和气罩两部分组成。l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。l当用气时，罩内气压下降，气罩也随之下沉。l顶浮罩式沼气贮气池造价比较低，但气压不够稳定。六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺三、创新点与国内外影响三、创新点与国内外影响长方形（或方形）发酵池长方形（或方形）发酵池三、创
42、新点与国内外影响三、创新点与国内外影响 联合沼气池联合沼气池三、创新点与国内外影响三、创新点与国内外影响立式圆形半埋式沼气发酵池组立式圆形半埋式沼气发酵池组（二）沼气系统（二）沼气系统l沼气系统包括沼气的收集、运输、净化、贮存、使用及附属设备等。l根据贮气柜中沼气压力的不同，分为低压沼气系统和中压沼气系统。六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺1.低压和中压沼气系统低压和中压沼气系统1消化池；2排水器；3脱硫装置；4贮气柜；5锅炉；6余气燃烧器；7缓冲器8压缩机a安全阀；b止火器；c流量计；d减压阀；e紧急截止阀六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺2.集气室集气室l集气室建于沼气
43、反应器的顶部，沼气由集气室的最高处用管道引出，集气室要保持一定的容积，能维持沼气压力的相对稳定，能防止浮渣或消化液进入沼气排出管。l有三相分离器时，还要防止沼气进入沉淀室。l集气室要有良好的气密性，防止沼气外溢和空气渗入。六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺3.输气管和配气管输气管和配气管l集气室至贮气柜间的沼气管称为输气管，l贮气柜至用户之间的沼气管道称为配气管。六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺4.脱硫装置脱硫装置l为了防止H2S的危害，通常设置脱硫装置将其除去。l脱硫装置一般设置在贮气柜前的输气管上。六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺脱硫方法脱硫方法l干法是将
44、氧化铁屑（或铁粉）和木屑拌合制成脱硫剂，以湿态（含水40%）填充于脱硫装置内，l当沼气通过时，经如下反应而达到脱硫的目的：Fe2O33H2O+3H2S Fe2S3+6 H2O Fe2O33H2O+3H2S 2FeS+S+6 H2Ol当脱硫剂失效后，曝晒再生或更换新料。六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺-湿法湿法l湿法是用水或碱液洗涤沼气。l碱液比水洗的效果好。其反应如下：Na2CO3+H2SNaHS+NaHCO3Na2OH+H2SNaHS+H2Ol碱洗后的废液可采用催化法脱硫，再生后的碱液可循环再用。l碱洗液种中的含碱量约为23%。l经过脱硫后，沼气中的H2S含量应低于5010-6。
45、六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺5.贮气柜贮气柜（A）低压贮气柜；（B）中压贮气柜六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺6.止火器止火器l止火器（或逆火防止器）的作用是防止明火沿沼气管道流窜，引起贮气柜、集气室及其它重要附属设备的爆炸。l止火器有湿式和干式两种。六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺（1）热阀板式；（2）水封筒式；（3）金属网式六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺1）干式止火器）干式止火器l干式止火器由装于法兰盒中的多层金属网组成，当明火通过金属网时，因散热快而使温度降至燃点以下，使火熄灭。六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺2）湿式止火
46、器）湿式止火器l湿式止火器实际上是一个水封筒，沼气从中心管底口进入，穿过水层，从侧管流出。水封高度根据系统沼气压力而定，一般为300500mm。l为了维持水封高度稳定，应采用连续供水和溢流方式。l水封筒还应设有水位观察管。六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺（三）发酵工艺（三）发酵工艺l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。l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。1.沼气发酵工艺沼气发酵工艺六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺2.传统沼气发酵工艺类型传统沼气发酵工
47、艺类型-根据发酵温度根据发酵温度l根据发酵温度可分为：l高温发酵、l中温发酵、l常温发酵。六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺1）高温发酵）高温发酵l指发酵温度在5060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。l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。l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。六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺2）中温发酵）中温发酵l发酵温度维持在3035的沼气发酵。l此发酵工艺有机物消化速度较快，产气率较高
48、（一般在1m3/m3料液/d以上）。l与高温发酵相比，中温发酵所需的热量要少得多。l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。l目前世界各国的大、中型沼气工程普遍采用此工艺。六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺3）常温发酵）常温发酵l常温发酵是指在自然温度下进行的沼气发酵。l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。l这种工艺的优点是沼气池结构相对简单，造价较低。六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺3.传统沼气发酵工艺类型传统沼气发酵工艺类型-根据沼气池的数量根据沼气池的数量l根据发酵工艺系统中相互连通的沼气
49、池的数量的多少，可将沼气发酵工艺分为：l单级l两级l多级发酵六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺1）单级发酵）单级发酵l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。l此发酵操作较方便，造价低。六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺2）两级和多级发酵发酵）两级和多级发酵发酵l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。l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。l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。l该发酵工艺滞留期长，有机物分解彻底，但投资较高。
50、六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺3.传统沼气发酵工艺类型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l根据投料运转方式可分为：l连续发酵l半连续发酵l批量发酵l两步发酵六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺（1）连续发酵）连续发酵l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。l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。六、厌氧发酵设备与工艺六、厌氧发酵设备与工艺（2）半发酵）半发酵l半半连连续续发发酵酵工工艺艺的