固体废物-第六章-有机固体废物堆肥与厌氧发酵课件

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有机固体废物堆肥和厌氧发酵,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,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。,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。,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,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,、,NH,4,+,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,CO,2,的供给源,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。,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,。,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,CO,2,H,2,O,NH,3,PO,4,3-, SO,4,2-,能量,释放、转化为热,微生物,氧气,有机物的好氧堆肥分解,1,）有机物氧化,不含氮有机物：,含氮有机物,C,s,H,t,N,u,O,v,aH,2,O,+bO,2,C,w,H,x,N,y,O,z,cH,2,O+,d,H,2,O(,气,),+e,H,2,O(,液,),+fCO,2,+gNH,3,+,热量,堆肥,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,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,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；5560，30分钟内死亡,沙门氏菌属,56，1小时内死亡；60，1520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；60，1520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,66，1520分钟内死亡，有时在67死亡,牛结核杆菌,55，45分钟内死亡,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,3.,影响好氧堆肥的主要因素,化学因素,:,C/N,、,O,2,、,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,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。,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,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,5060,之间,考虑杀灭病菌和虫卵，温度大于55并保持几天,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,12,60mm,C/N,比 （,4,30,）,:1,C/P,比 （,75,150,）,:1,pH,7.5,8.5,4.,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,（,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,：,O,2,/CO,2,测定仪来自动显示堆层,O,2,和,CO,2,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,（一）好氧堆肥基本工艺,1.,堆肥分类,1,）按温度范围：,中温堆肥：,1545,，不能有效杀灭病原菌，目前较少采用。,高温堆肥:一般,在,5065,，极限可达,8090,，杀灭病菌，减少臭气产生，采用较多。,6.2,有机废物堆肥工艺,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（37,d,），,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,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,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,。,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,10,12,d,。,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12,m,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,。,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。,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,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。,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。,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。,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。,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,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,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,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,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,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,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；,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：,37,天,（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：510,天,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,（3）立式多层桨叶刮板式,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。,一次发酵时间：37,天,（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：810,天,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,2.,卧,式,堆,肥,发,酵,滚 筒,旋转发酵池,结构,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：,25,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,（1）筒仓式静态发酵仓,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。,一次发酵时间：1012,天,3.,筒 仓 式,堆,肥,发,酵,仓,（,2）筒仓式动态发酵仓,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：57,天,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。,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。,812天,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。,812天,卧式刮板发酵池：结构,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,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。,5,堆积式,：概况,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。,6090,天左右,室内堆积式（堆积高度,1.53,米）。利用铲式装载机，在固定的角槽内堆积。,3060,天左右,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,沼气与厌氧发酵,主要成分为：,甲烷：,6070%,二氧化碳：,3040%,其他气体：,5%,，有,CO、H,2,、O,2.,、N,2,、H,2,S,.,、NH,3,、,PH,3,和,C,m,H,n,等,沼气,人们把由,60%,CH,4,和,40%,CO,2,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0.85,1,m,3,沼气的热值与,1kg,原煤相当，燃烧热效率比煤大,3.3,倍，1,m,3,沼气能顶3.3,kg,原煤使用,。,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,CH,4,16.04,0.717,0.554,-82.5,45.8,37.84,5.3-14,CO,2,44,1.977,1.528,31.1,72.9,H,2,2.01,0.09,0.06,-239.9,12.8,11.76,6-71,O,2,32,1.43,1.10,-198,47.7,N,2,28,1.25,0.967,-147,33.49,H,2,S,34,1.53,1.18,100.4,88.9,24.56,4-46,剧毒,CO,28,1.250,0.967,-140,34.53,12.63,剧毒,标准沼气,1.224,0.94,22.7,6-12,2.,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,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,酸化阶段：,小分子有机物,有机酸、乙醇、丙酮等有机物,+,H,2,/,CO,2,乙酸及甲酸、甲醇、甲胺等,C,1,类化合物,+H,2,/,CO,2,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,产甲烷阶段：,H,2,还原，,CO,2,、,乙酸的分解,在产甲烷阶段，甲烷菌利用,H,2,/CO,2,醋酸以及甲醇、甲酸、甲胺等,C,1,类化合物为基质,，将其转化成甲烷。其中，,H,2,/CO,2,和醋酸是主要基质。一般认为，甲烷的形成主要,来自,H,2,还原,CO,2,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。,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,6.6-7.5,4,、营养素或养分：,C/N=15-30,：,1,、,C/P=150,：,1,、,N/NH,3,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。,4,甲烷形成理论和产气计算,二氧化碳还原理论,4H2+CO2=CH4+2H2O,甲基形成理论,14,CH3COOH,14,CH4+CO2,影响甲烷形成的因子,ATP,：,三磷酸腺苷,AP,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,AP,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。,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,。,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,0.6073,0.1167,0.0386,0.3220,0.2958,水花生,0.5963,0.0972,0.0271,0.2964,0.2780,玉米秸,0.6263,0.0633,0.0463,0.3109,0.2794,麦草,0.6396,0.0298,0.0234,0.2756,0.2597,稻草,0.6026,0.0316,0.0321,0.2718,0.2500,人粪,0.4157,0.1753,0.0814,0.3244,0.2690,猪粪,0.4204,0.1148,0.0603,0.2745,0.2335,鸡粪,0.4703,0.0882,0.0455,0.2645,0.2332,马粪,0.4536,0.0946,0.0283,0.2436,0.2244,牛粪,0.2704,0.1046,0.0528,0.2062,0.1703,农村常见沼气发酵原料的组分和理论产气量,原料名称,干物质沼气量（,m,3,/t,）,甲烷含量（）,产气持续时间,/d,牲畜厩肥,260,280,50,60,猪粪,561,65,60,牛粪,280,59,90,马粪,200,300,60,90,人粪,240,50,30,青草,630,70,60,亚麻梗,359,59,90,玉米秆,250,53,90,麦秸,342,59,松树叶,310,69,65,杂树叶,210,294,58,马铃薯梗叶,260,280,60,60,谷壳,651,62,90,向日葵梗,300,58,废物污泥,640,50,酒厂废水,300,600,58,碳水化合物,750,49,脂类化合物,1400,72,蛋白质,980,50,6.5,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：,6m,3,、,8m,3,、,10m,3,、,12m,3,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,0.1,0.15m,3,(m,3,d),）,结构比较简单，造价低，施工方便。,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,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0.10.15,M,3,/M,3,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。,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,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。,三、创新点与国内外影响,立式圆形半埋式沼气发酵池组,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,三、创新点与国内外影响,联合沼气池,（,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,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,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,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2.0,m,3,/m,3,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。,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1,m,3,/m,3,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。,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。,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,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。,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。,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,（,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。,（,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。,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。,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,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。,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。,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12天，秋、冬季35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40,0,C-60,0,C,时,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%，北方各省10%为宜。,加水完毕，检验发酵料液,pH,值，若,pH,在6以上时，即可封池；若,pH,低于6，加入适宜草木灰、氨水或澄清石灰水等碱性物质调整至7左右后，再封池。,防气试火，按上述工艺流程操作，一般在封池二、三天后所产生的沼气即可使用，,做点火实验，如能点燃，则说明沼气发酵已开始正常运行。,（,3,）批量发酵,批量发酵是一次投料发酵，运转期中不添加新料，当发酵周期结束后，取出旧料再重新投入新料发酵。,这种发酵工艺的产气量在初期上升很快，维持一段时间的产气高峰后，即逐渐下降。,因此，该工艺的发酵产气是不均衡的。,（,4,）两步发酵工艺,此种工艺是根据沼气发酵过程分为产酸和产甲烷二个阶段原理而开发的。,其基本特点是沼气发酵过程中的产酸和产甲烷过程分别在不同的装置中进行，并分别给予最适条件，实行分步的严格控制，以实现沼气发酵过程的最优化，因此单位产气率及沼气中的甲烷含量较高。,三、创新点与国内外影响,二步发酵工艺处理固体有机垃圾工艺流程示意图,现代大型工业化沼气发酵工艺流程,现代化的大型工业沼气发酵工艺以处理有机废物为目的，能够更好的利用沼气和堆肥产品，,对周围的环境不造成破坏性污染，具有良好的环境效益、经济效益、和社会效益，是一个真正的生态工业沼气发酵生产系统。,二步发酵工艺处理固体有机垃圾工艺流程示意图,1.有机废物；2.进料；3.进料口；4.分选；5.料槽；6.废物；7.破碎机；8.天然气供应站；9.加气站；10.内消耗；,11.电网；12.沼气罐；13.主变电站；14.临时储存仓；15.气体处理站；16.热交换；17.发电；18.区域供热系统；,19.热储存罐；20.发酵热；21.发酵仓；22.热交换；23.废液肥料脱水；24.堆肥产品；25.堆肥精制车间；26.脱水,具体说它有以下几个特点：,能大量消纳有机废物，适应于城市垃圾和污水处理厂污泥的处理和处置。,发酵周期比较短。,产生的沼气量大，质量高，用途广泛。堆肥产品肥效高，市场潜力大。,整个系统在运行过程中不会产生二次污染，不会对周围的环境造成危害。,整个系统的运行完全是自动化管理。,6.6,沼气与沼渣的综合利用,用来发电,动力燃料,化工原料,1.,沼气的用途,沼气的燃料特性,沼气与煤气、天然气、液化石油气等燃气比较，在燃烧中有三个明显的特点：,燃点高,沼气在燃烧中极不稳定，极易脱火,需氧量大,沼气的发热量为,37660kJ/m,3,，当含有,CO,2,时，其发热量为,20920,25100kJ/m,3,。平均,1kg,有机物的纯沼气量为,200,300L,，而,1000m,3,的沼气发热量相当于,600m,3,的天然气。,沼气的利用,用沼气孵化禽类,沼气用于蔬菜种植,利用沼气贮粮防虫,沼气发酵余物的利用。,2,沼液的利用,沼液是一种速效肥料,，适于菜田或有灌溉条件的旱田作追肥使用。,沼液浸种。,利用沼液浸种与清水浸种相比，不仅可以提高种子发芽率、成秧率，促进种子生理代谢，而且可增强秧苗抗寒、抗病等抗逆性能。,沼液防治病虫害。,利用沼液防治农作物病虫害，在实践能收到很好的效果，这是因为沼液具有营养物质和生物活性物质，能够增加农作物抗病虫能力和防御植物病虫害。,沼液,不仅含有较丰富的可溶性无机盐类，而且含有抑菌和提高植,物抗逆性的激素、抗菌素等有益物，具有营养、抑菌、刺激、抗,逆等功效，有助于作物抗病防虫,。,4,、养蘑菇,：用沼液作蘑菇的生物助长激素，不仅可以提前,10,天左右上市，提高产量,15%,左右，而且其肉质更鲜美，口感更舒适，其方法为：当蘑菇现顶后，即用发酵后的沼液喷雾，每,3,天,1,次，直到采摘前,10,天为止。在沼液中掺入少许硼砂，效果更明显。,5,、喂猪,：用沼液喂猪具有增重快、来源广、成本低、饲料畜产品转化率高、经济效益可观。,6,、防果苗冻害,：用沼液喷施果树苗，能调控果树叶片的抗冷生理，明显提高抗冻能力。,7,、养鱼,：沼液养鱼较传统的人、畜粪便养鱼能明显降低池塘水体溶解氧的消耗，提高浮游生物量，减少鱼病发生。,3.,沼渣的利用,沼渣是沼气发酵后残留在朝气池底部的半固体物质，含有丰,富的有机质、腐殖酸、粗蛋白、氮、磷、钾和多种微量元素,和植物生长素。,沼渣含有较全面的养分和丰富的有机物，是一种缓速兼备又有改良土壤功效的优质肥料。,沼渣中有大量的菌体蛋白，可用来制成饲养畜禽的蛋白饲料，饲养貂等。,沼渣作培养蚯蚓和食用菌的培养土。用沼渣栽培蘑菇，发菇快，菇质好，杂菌少，产量较传统培养料增产10%以上。,从沼渣中可提取维生素,B12,和多种维生素,。,农村通过沼气发酵，将农作物秸杆、人畜粪便等有机废料转变成廉价优质的能源和高效无害的有机肥，这就使有机废物转化为有益于人类的生物能源,沼气及其发酵余物的广泛应用，不仅能保护和增殖自然资源，加速物质循环与能量转化，发展无废料、无公害农业，而且能为人类提供清洁的食品，为农业提供优良的生态环境，从而促进农业的可持续发展,