第八章-固体废物的生物处理.pptx

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1、固体废物处理与处置固体废物处理与处置 第八章第八章 固体废物固体废物 的生物处理的生物处理 固体废物处理与处置固体废物处理与处置 固体废物处理与处置固体废物处理与处置厌氧发酵制沼气2好氧生物降解制堆肥1第八章 固体废物的生物处理固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1 好氧生物降解制堆肥8.1.1 8.1.1 堆肥的概念堆肥的概念8.1.2 8.1.2 堆肥的原理堆肥的原理8.1.3 8.1.3 堆肥过程影响因素堆肥过程影响因素8.1.4 8.1.4 堆肥工艺分类堆肥工艺分类8.1.5 8.1.5 堆肥的基本程序堆肥的基本程序8.1.6 8.1.6 堆肥发酵装置堆肥发酵装置8.1.7 8.1

2、.7 堆肥质量堆肥质量固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1 好氧生物降解制堆肥现如今堆肥发酵已实现机械化和自动化，并且已发展到以城市生活垃圾、污水处理厂的污泥、人畜粪便、农业废物及食品工业废物等为原料。表表8.1 8.1 常见可生物降解处理的固体废物种类和来源常见可生物降解处理的固体废物种类和来源固体废物种类 主要来源城市固体废物 主要有污水处理厂剩余污泥和有机生活垃圾工业固体废物 主要包括含纤维素类固体废物、高浓度有机废水、发酵工业残渣（菌体及废原料）畜牧业固体废物主要指禽畜粪便农林业固体废物主要是农作物秸秆、壳、蔗渣、棉杆、棉壳、向日葵壳、玉米芯、油茶壳等水产业固体废物主要指海藻、鱼

3、、虾、蟹类加工后的废物泥炭类包括褐煤和泥炭固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.1 堆肥的概念堆肥（composting）的基本概念包括两方面的含义，即堆肥化和堆肥产物。堆肥化是在控制条件下，在不同阶段，通过不同微生物群落的交替作用，使有机废物逐步实现生物降解，最终形成稳定的、对环境无害的类腐殖质复合物的过程。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.1 堆肥的概念堆肥的作用包括：使土质松软，多孔隙易耕作，增加保水性、透气性及渗水性，改善土壤的物理性状；增加土壤有机质，提高带负电荷的腐殖质含量，促进阳离子养分的吸附，提高土壤保肥能力；堆肥腐殖质中某些组分具有螯合能力，能抑制对作物生长不

4、利的活性铝与磷酸结合；固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.1 堆肥的概念堆肥是缓效性肥料，不对农作物产生损害；堆肥的腐殖质成分能够促进植物根系的伸长和增长；将富含微生物的堆肥施于土壤之中可增加土壤中微生物数量，改善作物根系微生物条件，促进作物生长和对养分的吸收。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.2 堆肥的原理好氧堆肥原理好氧堆肥原理现代化堆肥工艺，特别是城市生活垃圾堆肥工艺，大都是好氧堆肥。图图8.1 8.1 堆肥反应过程原理示意图堆肥反应过程原理示意图固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.2 堆肥的原理此过程原理可用反应式分别表示：有机物的氧化有机物的氧化不含氮有机物

5、（CxHyOz）的氧化 （8-1）含氮有机物（CsHtNuOvaH2O）的氧化 （8-2）固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.2 堆肥的原理细胞质的合成细胞质的合成（包括有机物的氧化，并以NH3做氮源）（8-3）细胞质的氧化细胞质的氧化 （8-4）固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.2 堆肥的原理堆肥过程中主要经历两次升温，将其分为三个阶段：起始阶段、高温阶段和熟化阶段。每一阶段各有其独特的微生物类群。起始阶段起始阶段堆制初期，堆层呈中温（1545），故也称为中温阶段。此时，嗜温菌活跃，并利用可溶性小分子物质（糖类、淀粉等）不断增殖。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.

6、2 堆肥的原理高温阶段高温阶段堆层温度上升至45以上，进入高温阶段。此时，嗜温菌活性受到抑制，甚至死亡，而嗜热菌逐渐替代嗜温菌，并迅速繁殖。图图8.2 8.2 微生物活性示意图微生物活性示意图a a微生物活性曲线；微生物活性曲线；b bO2O2利用率利用率固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.2 堆肥的原理熟化阶段熟化阶段冷却后的堆肥中，新的嗜温菌再占有优势，借助残余有机物（包括死掉的细菌残体）而生长，堆肥进入腐熟阶段，堆肥过程最终完成。因此，堆肥过程既是微生物生长、死亡过程，也是堆肥物料温度上升和下降的动态过程。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.2 堆肥的原理厌氧堆肥原理厌氧

7、堆肥原理厌氧堆肥是在缺氧条件下利用厌氧微生物进行的一种腐败发酵分解。第一阶段是产酸阶段，以乳酸菌分解有机物为例：第二阶段为产甲烷阶段。甲烷菌把有机酸继续分解为甲烷气体。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.3 堆肥过程影响因素 有机物含量有机物含量对生活垃圾进行预处理，通过破碎、筛分等工艺去掉原料中的部分无机成分，使城市垃圾中有机物含量提高到50%以上。堆肥前可向垃圾原料中掺入一定比例的稀粪、城市污水、畜粪等。在这些掺进物中，以掺稀粪者为最多，最主要的理由是既可增加堆肥原料中的有机物含量，又可调节原料的含水率，同时又解决了现代城市粪便处理或下水污泥处理的出路问题。固体废物处理与处置固体废

8、物处理与处置8.1.3 堆肥过程影响因素 供氧量供氧量对于好氧堆肥，氧气是微生物生存的必需条件，供氧不足会造成大量微生物死亡，使分解速度减慢，如果提供冷空气量过大又会使温度降低，不利于嗜热菌的活动。含水率含水率在堆肥工艺中，堆肥原料的含水率对发酵过程影响很大，水的主要作用为：一是溶解有机物，参与微生物的代谢活动，二是可以调节堆肥温度，当温度过高时，可以通过水分的蒸发，带走一部分热量。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.3 堆肥过程影响因素 碳氮比（碳氮比（C/NC/N）在微生物所需营养物中，以碳、氮最多。碳主要为微生物生命活动提供能源，氮则用于合成细胞原生质。由于初始原料的碳氮比一般都

9、高于前述最佳值，故应加入氮肥水溶液、粪便、污泥等调节剂，使之调到30以下。当有机原料的碳氮比为已知时（可通过分析测出），可按下式计算所需添加的氮源物质的数量：(8-5)固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.3 堆肥过程影响因素 温度温度温度是影响堆肥中微生物种类和数量的最重要因素，实质是影响微生物的生长。表表8.2 8.2 微生物最佳生长温度范围微生物最佳生长温度范围微生物温度范围/嗜冷微生物025嗜温微生物2545嗜热微生物45固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.3 堆肥过程影响因素 pHpH在堆肥化过程中，pH随着时间和温度的变化而变化，其规律如图8.3所示。图图8.3 8.

10、3 堆肥过程中堆肥过程中pHpH随时间和温度的变化规律随时间和温度的变化规律固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.3 堆肥过程影响因素 粒度粒度堆肥前需要对粗大垃圾进行破碎，并分选出不可堆肥化物质，并使堆肥物料粒度达到一定程度的均匀化。颗粒变小，物料比表面积增加，便于微生物繁殖，可以促进发酵过程。C/PC/P比比除了C、N之外，P也是微生物必需的营养物质之一。例如垃圾堆肥时添加污泥，就是利用污泥中丰富的P来调整堆肥原料的C/P比。堆肥化适宜的C/P比为75150。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.4 堆肥工艺分类 按堆制过程中需氧程度分好氧堆肥和厌氧堆肥按堆制过程中需氧程度分好

11、氧堆肥和厌氧堆肥好氧堆肥是依靠专性和兼性好氧细菌的作用使有机物得以降解的生化过程。按温度要求分中温堆肥和高温堆肥按温度要求分中温堆肥和高温堆肥中温堆肥是指中温好氧堆肥，所需温度为1545。由于温度不高，不能有效地杀灭病原菌，因此目前中温堆肥较少采用。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.4 堆肥工艺分类 按发酵历程分为一次发酵和二次发酵按发酵历程分为一次发酵和二次发酵一次发酵指从发酵初期开始，温度上升，进入高温阶段，然后到温度开始下降的整个过程，一般需1012天，其中高温阶段持续时间较长。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.4 堆肥工艺分类 按堆制方式分为间歇式堆肥和连续式堆肥按

12、堆制方式分为间歇式堆肥和连续式堆肥间歇式堆肥法是我国长期以来沿用的一种方法。图图8.4 100 t/d8.4 100 t/d垃圾处理实验厂工艺流程垃圾处理实验厂工艺流程固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.4 堆肥工艺分类 按原料发酵所处状态可分为静态和动态堆肥按原料发酵所处状态可分为静态和动态堆肥静态堆肥设施投资成本很低，但供氧不均匀，物料结块比较严重，容易产生厌氧环境，好氧微生物难以迅速均匀地繁衍，发酵周期长，堆肥质量差。按堆制方式分露天式堆肥和装置式堆肥按堆制方式分露天式堆肥和装置式堆肥露天式堆肥，即露天堆积，物料在开放的场地上堆成条垛或条堆进行发酵。通过自然通风、翻堆或强制通风方

13、式，以供给有机物降解所需的氧气。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.5 堆肥的基本程序 原料预处理原料预处理包括通过破碎、分选等去除粗大垃圾和不能用于堆肥化的物质，并通过破碎可使堆肥原料和含水率达到一定程度的均匀化。主发酵（一次发酵）主发酵（一次发酵）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层或发酵装置内堆肥物料供给氧气。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.5 堆肥的基本程序 后发酵（二次发酵）后发酵（二次发酵）经过主发酵的半成品堆肥被送到后发酵室，将主发酵阶段未彻底分解的易分解和较难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

14、堆肥制品。后处理后处理经过二次发酵后的物料中，几乎所有的有机物都已细碎和变形，数量也有所减少，已成为粗堆肥。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.5 堆肥的基本程序 恶臭控制恶臭控制生物过滤（a a）开放式；（）开放式；（b b）封闭式）封闭式图图8.5 8.5 典型的生物滤池典型的生物滤池1 1拟处理空气；拟处理空气；2 2填料；填料；3 3处理后空气；处理后空气；4 4喷洒系统；喷洒系统；5 5水；水；6 6多孔管；多孔管；7 7砾石层；砾石层；8 8蒸汽注入器；蒸汽注入器；9 9换热器；换热器；1010多孔填料托板；多孔填料托板；1111排水排水固体废物处理与处置固体废物处理与处置

15、8.1.5 堆肥的基本程序生物滴滤池与生物滤池基本相同，不同之处在于前者持续地向填料上喷洒水，而后者间歇地向填料上喷洒水。图图8.6 8.6 典型的生物滴滤池典型的生物滴滤池1 1旋转式或固定式废水配水系统；旋转式或固定式废水配水系统；2 2处理后气体收集系统；处理后气体收集系统；3 3穹盖；穹盖；4 4湿润填料用水；湿润填料用水；5 5塑料填料；塑料填料；6 6填料多孔托板；填料多孔托板；7 7布气系统；布气系统；8 8出水；出水；9 9由头部工程及一级处理排出的拟处理空气由头部工程及一级处理排出的拟处理空气固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.5 堆肥的基本程序脱臭设施的选择和设计脱

16、臭设施的选择和设计1.确定拟处理臭气的性质和体积；2.明确处理后气体的排放要求；3.评价气候和大气条件；4.选出拟评价的一种或多种控制和处理气体的技术；5.进行中间试验，以求出设计的标准和性能；6.进行生命周期评价和经济分析。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.5 堆肥的基本程序生物滤池的设计生物滤池的设计1.1.填料性质：填料性质：生物滤池所用的填料必须满足以下条件。一是足够的空隙率和近似均匀的粒径；二是颗粒表面积大，支撑大量微生物群体；三是较强的pH缓冲能力。2.2.填料最佳物理性质：填料最佳物理性质：pH78，空隙率40%80%，有机物含量35%55%。3.3.气体分布：气体分布

17、：如何将拟处理气体引入系统是生物滤池设计的关键要求。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.5 堆肥的基本程序（a a）开口滤床；（）开口滤床；（b b）沟式）沟式图图8.7 8.7 开放式生物滤池示意图开放式生物滤池示意图1 1水；水；2 2喷洒系统；喷洒系统；3 3臭气；臭气；4 4多孔布气集管；多孔布气集管；5 5堆肥或合成填料（有适当湿度）；堆肥或合成填料（有适当湿度）；6 6气流；气流；7 7粗砾石；粗砾石；8 8多孔管（一般多孔管（一般100 mm100 mm）固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.5 堆肥的基本程序表表8.3 8.3 用于散装填料滤池的设计和分析参数用于

18、散装填料滤池的设计和分析参数固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.5 堆肥的基本程序堆肥气体在生物滤池内的停留时间一般在1540 s之间；在H2S浓度达20 mg/L时，表面负荷可达120 m3/（m2min）。图图8.8 8.8 相对于施加负荷的去除能力典型曲线相对于施加负荷的去除能力典型曲线固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.5 堆肥的基本程序表表8.4 8.4 生物除臭系统的典型参数设计范围生物除臭系统的典型参数设计范围项目单位类型生物滤池生物滴滤池氧浓度氧份数/臭气份数100100堆肥%50655065合成介质%55655565最佳温度15351535pH量纲为16868

19、空隙率%35503550臭气停留时间s30603060填料厚度m11.2511.25臭气进气浓度g/m30.010.50.010.5表面负荷率m3/（m3h）1010010100容积负荷率m3/（m3h）1010010100液体投配率m3/（m2d）0.751.25H2Sg/（m3h）8013080130其他臭气g/（m3h）2010020100最大背压mmH2O5010050100固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.6 堆肥发酵装置 立式堆肥发酵塔立式堆肥发酵塔立式堆肥发酵塔通常有58层。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.6 堆肥发酵装置a a立式多层圆筒式堆肥发酵塔；立式

20、多层圆筒式堆肥发酵塔；b b立式多层板闭合门式堆肥发酵塔；立式多层板闭合门式堆肥发酵塔；c c发酵系统流程发酵系统流程图图8.9 8.9 立式多层发酵塔及发酵系统流程立式多层发酵塔及发酵系统流程1 1驱动装置；驱动装置；2 2池体；池体；3 3犁；犁；4 4进料口；进料口；5 5观察窗；观察窗；6 6进气管；进气管；7 7风机；风机；8 8进料口；进料口；9 9发酵小池；发酵小池；1010下料门；下料门；1111脱水机；脱水机；1212混合机；混合机；1313抽风机；抽风机；1414脱臭装置；脱臭装置；1515发酵仓；发酵仓；1616热风风机；热风风机；1717旋转臂；旋转臂；1818分配器；

21、分配器；1919干燥器干燥器固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.6 堆肥发酵装置 卧式回转窑式发酵仓卧式回转窑式发酵仓卧式回转窑式发酵仓又称达诺式（Dano）发酵仓。在该发酵装置中，废物靠与筒体之间的摩擦沿旋转方向向上提升，上升到一定高度，由自身重力作用而落下。图图8.10 Dano8.10 Dano卧式回转窑垃圾堆肥系统流程卧式回转窑垃圾堆肥系统流程1 1加料斗；加料斗；2 2磁选机；磁选机；3 3给料机；给料机；4 4达诺式回转窑发达诺式回转窑发酵仓；酵仓；5 5振动筛；振动筛；6 6皮带运输机；皮带运输机；7 7玻璃选出机；玻璃选出机；8 8堆肥；堆肥；9 9玻璃片；玻璃片；10

22、10驱动装置；驱动装置；1111铁屑铁屑固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.6 堆肥发酵装置 箱式堆肥发酵池箱式堆肥发酵池箱式堆肥发酵池种类很多，应用也十分广泛。其主要分为矩形固定式犁翻倒发酵池和斗翻倒式发酵池。卧式桨叶发酵池卧式桨叶发酵池该发酵装置的显著特点是搅拌装置能够横向和纵向移动，操作时搅拌装置纵向反复移动搅拌物料并同时横向传送物料。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.6 堆肥发酵装置 卧式刮板发酵池卧式刮板发酵池这种发酵池的主要部件是一个呈片状的刮板，由齿轮齿条驱动，刮板由左向右摆动搅拌废物，从右向左空载返回，然后再从左向右摆动推入一定量的物料。筒仓式堆肥发酵仓筒仓式

23、堆肥发酵仓该装置为单层圆筒状（或矩形），发酵仓深度一般为45 m，大多采用钢筋混凝土筑成。发酵仓内采用高压离心风机强制供氧，以维持仓内堆肥好氧发酵。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.7 堆肥质量 堆肥产品的成分和养分堆肥产品的成分和养分表表8.5 8.5 堆肥养分含量堆肥养分含量分析项目平均值（干基）平均值（鲜基）分析项目平均值（干基）平均值（鲜基）水分/%-45.062有机碳/%11.1425.811粗有机物26.10314.175全氮/%0.6950.347C/N比18.83218.832全磷/%0.2400.111全钾/%1.0660.399pH-7.744灰分/%69.029

24、37.077钙/%3.0231.611镁/%0.7360.338钠/%10.1260.295铜（mg/kg）28.33616.914锌（mg/kg）77.70457.398固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.7 堆肥质量续上表续上表分析项目平均值（干基）平均值（鲜基）分析项目平均值（干基）平均值（鲜基）铁（mg/kg）1.511048.45103锰（mg/kg）5.861053.34105硼（mg/kg）14.60211.552钼（mg/kg）0.7070.276硫/%0.1270.047硅/%26.48512.630铵态氮（mg/kg）-64.2速效氮（mg/kg）-266.3固体废

25、物处理与处置固体废物处理与处置8.1.7 堆肥质量 含水率 pH和全盐含量 全碳含量 养分含量 重金属含量 杂质固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.1.7 堆肥质量 堆肥的卫生安全性质堆肥的卫生安全性质堆肥的卫生安全性应从其重金属含量和致病微生物的数量上进行考察。堆肥的稳定性堆肥的稳定性堆肥的稳定性是指堆肥产品的稳定程度，也称为腐熟度。在工程上，它是衡量堆肥反应完成的信号；在农业上，它是堆肥质量的指标。最常用的腐熟度评定方法包括：直观经验法、淀粉测试法和耗氧速率法。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2 厌氧发酵制沼气8.2.1 8.2.1 厌氧发酵原理厌氧发酵原理8.2.2 8.2.

26、2 厌氧发酵原料厌氧发酵原料8.2.3 8.2.3 厌氧发酵影响因素厌氧发酵影响因素8.2.4 8.2.4 沼气发酵设备沼气发酵设备8.2.5 8.2.5 厌氧发酵工艺厌氧发酵工艺固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.1 厌氧发酵原理厌氧发酵是一个复杂的生物化学过程。国外学者研究表明，厌氧发酵主要依靠四大主要类群的细菌，即水解发酵细菌群、产氢产乙酸细菌群、产甲烷细菌群和同型产乙酸细菌群的联合作用共同完成厌氧发酵制沼气的过程。图图8.11 8.11 固体废物厌氧发酵制沼气过程固体废物厌氧发酵制沼气过程（a a）水解发酵细菌；（）水解发酵细菌；（b b）产氢产乙酸细菌；）产氢产乙酸细菌；（c

27、 c）同型产乙酸细菌；（）同型产乙酸细菌；（d d）产甲烷细菌）产甲烷细菌固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.1 厌氧发酵原理 水解酸化阶段（液化阶段）产氢产乙酸阶段（产酸阶段）产甲烷阶段 （8-6）（8-7）（8-8）（8-9）（8-10）（8-11）固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.1 厌氧发酵原理与好氧生物处理相比，厌氧生物处理的主要特征为：能量需求少，并可产生能量。厌氧微生物可降解（或部分降解）好氧微生物不能降解的某些有机物；厌氧菌的生物量增长缓慢。对温度、pH等环境因素更为敏感；厌氧处理效果不如好氧处理效果；处理过程的反应较复杂，周期较长。固体废物处理与处置固体废物

28、处理与处置8.2.2 厌氧发酵原料 常见沼气发酵原料的理论产气量常见沼气发酵原料的理论产气量有机物厌氧分解的总反应可用下式表示：（8-12）该公式中CaHbOcNd和C5H7O2N分别表示固体废物中有机降解物的经验化学式和微生物的化学组成。假如反应系统中停留时间无限长，转化为生物量的有机物大约为4%，因而转化为生物量的部分可忽略不计，公式（8-12）变为：（8-13）固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.2 厌氧发酵原料表表8.6 8.6 典型城市垃圾中可降解部分的元素组成（典型城市垃圾中可降解部分的元素组成（%）组分湿度干重元素组成CHONSAsh食物11.44.64.74.74.41

29、3.010.04.0纸42.855.050.853.061.318.560.055.2纸板7.59.89.29.411.13.710.08.0塑料8.811.915.113.86.819.8织物0.60.91.41.41.91.4橡胶0.60.70.90.80.27.41.1皮革23.311.211.410.810.840.720.08.3木材2.52.82.92.83.00.6其他2.53.13.63.32.414.81.4总计100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.2 厌氧发酵原料由公式（8-

30、13）可知，1 mol有机碳可转化成1 mol气体，在标准状况下，1 mol气体的体积为22.4 L，因此有机物中含有1 g有机碳，则理论上可以产生1.867 L气体（CH4+CO2），即：（8-14）根据有机物完全氧化所消耗的氧，城市垃圾降解产生的甲烷气体产量也可以通过COD来表示。氧化1 mol CH4需要2 mol O2：（8-15）（8-16）固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.2 厌氧发酵原料假设对COD有贡献的所有碳都转化为甲烷：（8-17）甲烷产量为：2 mol COD 2 mol COD有机物有机物1 mol CH4 1 mol CH4 （8-18）以重量表示为：1 g

31、 COD 1 g COD有机物有机物0.25 g CH4 0.25 g CH4 （8-19）以气体体积表示为：1 g COD 1 g COD有机物有机物0.35 L CH4 0.35 L CH4 （8-20）固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.2 厌氧发酵原料由于以下几个原因，在任何情况下，通过公式（8-13）计算出的CO2的量并不是在垃圾填埋场测得的产量：渗滤液溶解的CO2（相反，CH4在渗滤液中溶解度很小）；与碳酸根离子或碳酸氢根离子平衡的二氧化碳（沉淀为碳酸盐）；在好氧发酵中二氧化碳的产生；由于以上原因，垃圾填埋场CH4的最大理论气体产量主要根据公式（8-14）计算，一般假设 固

32、体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.2 厌氧发酵原料 原料的产气率和甲烷含量原料的产气率和甲烷含量沼气发酵原料产生率是指单位质量的原料在发酵过程中产生的沼气量。表表8.7 8.7 常见发酵原料的产沼气率常见发酵原料的产沼气率原料名称每吨干物质产生的沼气量（m3）甲烷含量（%）产气持续时间（d）牲畜厩肥2602805060猪粪5616560牛粪2805990马粪2003006090人粪2405030青草6307060亚麻梗3595990固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.2 厌氧发酵原料续上表续上表原料名称每吨干物质产生的沼气量（m3）甲烷含量（%）产气持续时间（d）玉米秆2505

33、390麦秸34259松树叶3106965杂树叶21029458马铃薯梗叶2602806060谷壳6516290向日葵梗30058废物污泥64050酒厂废水30060058碳水化合物75049类脂化合物140072蛋白质98050固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.2 厌氧发酵原料 发酵原料的总固体百分含量和总固体质量发酵原料的总固体百分含量和总固体质量原料的总固体（TS）百分含量和总固体量可按下式计算：（8-21）（8-22）挥发性固体的含量可用发酵原料总固体中挥发性固体的百分含量或者发酵原料中的挥发性固体含量表示。（8-23）（8-24）（8-25）或者 （8-26）固体废物处理与处

34、置固体废物处理与处置8.2.2 厌氧发酵原料 原料的碳氮比原料的碳氮比表表8.8 8.8 常用厌氧发酵原料的碳氮比常用厌氧发酵原料的碳氮比原料原料中碳素含量（%）原料中氮素含量（%）碳氮比（CN）干麦秸460.5387:1干稻草420.6367:1玉米秆400.7553:1落叶411.0041:1大豆茎411.3032:1野草140.5426:1花生茎110.5919:1鲜羊粪160.5529:1鲜牛粪7.30.2925:1鲜马粪100.4224:1鲜猪粪7.80.6013:1鲜人粪2.50.853:1鲜人尿0.40.930.43:1固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.2 厌氧发酵原料

35、混合原料碳氮比的计算混合原料碳氮比的计算根据各种原料中碳氮比，由以下公式可以计算混合后原料的碳氮比，或者根据要求的碳氮比计算搭配原料的组合方式。（8-27）发酵料浆的配制计算发酵料浆的配制计算原料配制成料浆，可根据料浆中所要求的总固体百分含量，计算加水量。（8-28）固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.3 厌氧发酵影响因素 厌氧环境厌氧环境厌氧发酵是厌氧菌分解有机固体废物的过程，而厌氧菌的生存环境要求无氧条件，微量氧也会对各个阶段的厌氧菌产生毒害作用，而影响厌氧发酵的效率。温度温度温度是影响产气量的关键因素。在一定温度范围内，温度越高，产气量越高。因为温度高时，原料中的细菌活跃，分解速

36、度快，使得产气量增加。pHpH 原料配比原料配比固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.3 厌氧发酵影响因素 有毒物质有毒物质重金属离子（重金属离子（Me+Me+）的抑制作用）的抑制作用第一，与酶结合产生变性物质，使酶的作用消失。如与酶中的巯基（SH）及氨基、羧基、含氮化合物结合时，使酶系统失去作用：（8-29）第二，重金属离子及氢氧化物的絮凝作用，使酶沉淀。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.3 厌氧发酵影响因素阴离子的毒害作用阴离子的毒害作用主要表现在S2-的毒害作用，其来源有两种。第一，由无机硫酸盐还原而来：（8-30）（8-31）第二，重金属离子及氢氧化物的絮凝作用，使酶沉

37、淀。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.3 厌氧发酵影响因素阴离子的毒害作用阴离子的毒害作用主要表现在S2-的毒害作用，其来源有两种。第一，由无机硫酸盐还原而来：（8-30）（8-31）第二，由蛋白质分解释放出S2-。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.3 厌氧发酵影响因素氨的毒害作用氨的毒害作用氨存在形式有游离氨（NH3）和离子胺（NH4+），两者的平衡浓度决定于发酵环境的pH：（8-32）（35）（8-33）（35）（8-34）由上可得：（8-35）固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.3 厌氧发酵影响因素 搅拌搅拌搅拌可以使发酵原料分布均匀，增加微生物与发酵基质的接

38、触，也使发酵的产物及时分离，并保证有较高的池容产气率（见表8.9）和防止局部酸积累等。搅拌方式有机械搅拌，充气搅拌和充液搅拌。表表8.9 8.9 立式沼气池、卧式沼气池搅拌与不搅拌的比较试验立式沼气池、卧式沼气池搅拌与不搅拌的比较试验组别平均日产气（L）卧式搅拌组比其他各组提高（%）池容产气率（m3/m3d）气体成分（%）CH4CO2卧式搅拌11200.7059.031.5卧式不搅拌104.57.180.6659.832.3立式搅拌100.511.140.6360.827.2立式不搅拌7745.450.4662.728.5固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.4 沼气发酵设备 传统发酵系

39、统传统发酵系统传统的发酵系统主要用于间歇性、低容量、小型的农业或半工业化人工制取沼气最基本设备，一般称为沼气发酵池、沼气发生器或厌氧发酵器。图图8.12 8.12 沼气发酵罐工作原理图沼气发酵罐工作原理图1 1污水或污泥；污水或污泥；2 2沼气；沼气；3 3出水；出水；4 4排泥排泥固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.4 沼气发酵设备立式圆形水压式沼气池立式圆形水压式沼气池图图8.13 8.13 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（a a）1 1加料管；加料管；2 2发酵间（贮气部分）；发酵间（贮气部分）；3 3池内液面池内液面O OO O；4 4出料间液面出料间液面

40、（b b）1 1加料管；加料管；2 2发酵间（贮气部分）；发酵间（贮气部分）；3 3池内料液液面池内料液液面A AA A；4 4出料间出料间液面液面B BB B（c c）1 1加料管；加料管；2 2发酵间（贮气部分）；发酵间（贮气部分）；3 3池内料液液面池内料液液面A AA A；4 4出料间出料间液面液面B BB B；5 5导气管；导气管；6 6沼气输气管；沼气输气管；7 7控制阀控制阀固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.4 沼气发酵设备图8.13（a）是沼气池启动前的状态，池内初加新料，处于尚未产生沼气阶段。图8.13（b）是启动后状态，此时发酵间内发酵产气，发酵间的气压随产气量增

41、加而增大，造成水压间液面高于发酵间液面。极限工作状态时，两液面的高度差最大，称为极限沼气压强，其值可用下式表示：（8-36）图8.13（c）表示使用沼气时，发酵间压力减小，水压间液体被压回发酵间。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.4 沼气发酵设备立式圆形浮罩式沼气池立式圆形浮罩式沼气池图图8.14 8.14 浮罩式沼气池示意图浮罩式沼气池示意图（a a）顶浮罩式：）顶浮罩式：1 1进料口；进料口；2 2进料管；进料管；3 3发酵间；发酵间；4 4浮罩；浮罩；5 5出料联通管；出料联通管；6 6出料间；出料间；7 7导向轨；导向轨；8 8导气管；导气管；9 9导向槽；导向槽；1010隔

42、墙；隔墙；1111地面地面（b b）侧浮罩式：）侧浮罩式：1 1进料口；进料口；2 2进料管；进料管；3 3发酵间；发酵间；4 4地面；地面；5 5出料联通管；出料联通管；6 6出料间；出料间；7 7活动盖；活动盖；8 8导气管；导气管；9 9输气管；输气管；1010导向柱；导向柱；1111卡具；卡具；1212进气管；进气管；1313开关；开关；1414浮罩；浮罩；1515排气管；排气管；1616水池水池固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.4 沼气发酵设备立式圆形浮罩式沼气池立式圆形浮罩式沼气池图图8.14 8.14 浮罩式沼气池示意图浮罩式沼气池示意图（a a）顶浮罩式：）顶浮罩式：

43、1 1进料口；进料口；2 2进料管；进料管；3 3发酵间；发酵间；4 4浮罩；浮罩；5 5出料联通管；出料联通管；6 6出料间；出料间；7 7导向轨；导向轨；8 8导气管；导气管；9 9导向槽；导向槽；1010隔墙；隔墙；1111地面地面（b b）侧浮罩式：）侧浮罩式：1 1进料口；进料口；2 2进料管；进料管；3 3发酵间；发酵间；4 4地面；地面；5 5出料联通管；出料联通管；6 6出料间；出料间；7 7活动盖；活动盖；8 8导气管；导气管；9 9输气管；输气管；1010导向柱；导向柱；1111卡具；卡具；1212进气管；进气管；1313开关；开关；1414浮罩；浮罩；1515排气管；排气

44、管；1616水池水池固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.4 沼气发酵设备上流式污泥床反应器上流式污泥床反应器早在20世纪60年代，美国斯坦福大学提出了厌氧过滤器的装置，内部装有可固定菌种的卵石之类的填料，为新型装置的研究开辟了道路。但是，这种填料极易引起堵塞，影响过装置的实际运行。随后软性填料、半软性填料相继问世，为此项研究作出了一定贡献。到了70年代，荷兰农业大学对装置的设施进行了改革，在其上部装上气、液、固三相分离器，能有效地做到气液分离和截留活性污泥的作用，保证装置的高效运行。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.4 沼气发酵设备 现代大型工业化沼气发酵设备现代大型工业化沼

45、气发酵设备在整个沼气发酵系统中，发酵罐是核心部分。发酵罐的大小、结构类型直接影响到整个发酵系统的应用范围、工业化程度、沼气的产量和质量、回收能源的利用途径以及堆肥产品的市场前景等。图图8.15 8.15 各种形状的污泥和有机废物发酵罐各种形状的污泥和有机废物发酵罐固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.4 沼气发酵设备沼气发酵罐的污泥循环系统主要有以下三个基本结构单元：发酵罐外部的动力泵混合搅拌装置加气循环设备。固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.5 厌氧发酵工艺城市垃圾厌氧发酵与沼气回收流程城市垃圾厌氧发酵与沼气回收流程图图8.16 8.16 城市垃圾厌氧发酵与沼气回收基本流程城

46、市垃圾厌氧发酵与沼气回收基本流程固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.5 厌氧发酵工艺禽畜粪便的生物处理流程禽畜粪便的生物处理流程禽畜粪便含有大量有机质及丰富的氮、磷、钾等营养物质，一直被作为农作物宝贵的有机肥而利用。图图8.17 8.17 禽畜粪便生物综合治理工艺流程禽畜粪便生物综合治理工艺流程固体废物处理与处置固体废物处理与处置8.2.5 厌氧发酵工艺现代大型工业化沼气发酵工艺流程现代大型工业化沼气发酵工艺流程该工艺流程如同8.18 所示。有机废物通过分选、破碎等预处理工序，预热后被送入发酵罐发酵。图图8.18 8.18 典型的现代大型工业化沼气发酵工艺流程典型的现代大型工业化沼气发酵工艺流程1 1料槽；料槽；2 2分选机；分选机；3 3破碎机；破碎机；4 4临时储存仓；临时储存仓；5 5热交换器；热交换器；6 6发酵仓；发酵仓；7 7发酵热储存罐；发酵热储存罐；8 8天然气供应站；天然气供应站；9 9加气站；加气站；1010主变电站；主变电站；1111电网；电网；1212区域供热系统；区域供热系统；1313堆肥精制车间堆肥精制车间固体废物处理与处置固体废物处理与处置Thank youThank you