固体废物的生物处理.ppt

固体废物的处理与处置,能源与环境学院,内 蒙 古 科 技 大 学,Treament and disposal of solid wastes,Inner Mongolia Science And Technology University,Company Logo,,产生 收运 预处理 转换 后处理 处置,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,第四章 固体废物的生物处理,人类通过各种手段，借助于自然界中依靠有机物生活的微生物分解有机物的能力，对固体废物进行生物处理，实现固体废物的稳定化、无害化和资源化的技术统称为固体废物的生物转换技术。根据处理过程中起作用的微生物对氧气要求不同，生物处理可分为好氧处理和厌氧处理两类。,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,好氧生物降解制堆肥,厌氧发酵制沼气,4,第四章 固体废物的生物处理,粪屋之中，凿为深池，甃以砖壁，勿使渗漏。凡扫除之土，烧燃之灰，簸扬之糠秕，断稿落叶，积而焚之，沃以粪汁。积之既久，不觉其多。凡欲播种，筛去瓦石，取其细者，和匀种子，疏把撮之；待其苗长，又撒以壅之。何患收成之不倍厚也哉?,第一节 好氧生物降解制堆肥,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,第一节 好氧生物降解制堆肥,问题一,问题二,问题三,问题四,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,一、堆肥化概述,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,堆肥化(composting)： 是指在人工控制下，依靠自然界中广泛分布的微生物，人为的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。堆肥化的产物称为堆肥(compost)，是一类腐殖质含量很高的疏松物质，也称腐殖土。,一、堆肥化概述,具有酸性、含氮量很高的胶体状的高分子有机化合物。,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,固体废物堆肥化的意义 （1）对城市固体废物进行处理消纳，实现无害化和稳定化 （2）将固体废物中的适宜组分尽快的纳入自然循环系统， 促进自然界物质与人类社会物质循环； （3）将大量固体废物通过某种工艺转换成有用的物质和能 源； （4）堆肥化可减重、减容50。,一、堆肥化概述,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,堆肥原料,生活垃圾 人和禽畜粪便 有机污泥 农林废物,一、堆肥化概述,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,密度,组成成分,含水率,C/N,350 650 kg/m3,(湿重) 有机物含量20%,40% 60%,20:1 30:1,堆肥原料特性的评价指标：,一、堆肥化概述,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,基本原理 好氧堆肥是在有氧条件下，好氧微生物通过自身的分解代谢和合成代谢过程，将一部分有机物分解氧化成简单的无机物，从中获得微生物新陈代谢所需要的能量，同时将一部分的有机物转化合成新的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多的生物体的过程 。,一、堆肥化概述,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,高温堆肥（好氧）,一、堆肥化概述,好氧堆肥基本原理示意图,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,一、堆肥化概述,Company Logo,,一、堆肥化概述,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,好氧堆肥化的过程,堆肥是一系列微生物活动的复杂过程，在该过程中，堆内的有机物、无机物发生着复杂的分解与合成的变化，微生物组分也发生相应的变化。总的来说，好氧堆肥化从废物堆积到腐熟的微生物生化过程比较复杂，大致可分为以下四个阶段：,一、堆肥化概述,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,堆肥过程中温度的变化,一、堆肥化概述,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,1,此阶段嗜温菌活跃此阶段以细菌、真菌和放线菌为主的微生物迅速增殖。,2,温度45C以上就进入了高温阶段一般可达(6570C)； 50C嗜热性真菌和放线菌； 60C仅有嗜热性放线菌与细菌； 70C微生物死亡或进入休眠状态,3,微生物活性下降，发热量减少，温度下降。嗜温菌再占优势，将难降解的部分有机物分解，腐殖质增多且趋于稳定，进入腐熟阶段。,中温阶段,高温阶段,腐熟阶段,一、堆肥化概述,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,二、堆肥的影响因素,影响堆肥的因素很多，归纳起来主要有： 1有机质含量 2含水率 3通风供氧 4. 颗粒度 5碳氮比（C/N）和碳磷比（C/P） 6温度 7 pH值,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,对于快速高温机械化堆肥而言，首要的是热量和温度间的平衡问题。有机质含量低的物质发酵过程中所产生的热将不足以维持堆肥所需要的温度，这种条件不利于堆肥的顺利进行和成品的使用 ；但过高的有机物含量又将给通风供氧带来影响，从而产生厌氧和发臭。研究表明，堆肥中合适的有机物含量约为20%80%之间。,1 有机质含量,二、堆肥的影响因素,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,微生物的生长和对氧的需求均在含水率50%60%时达到峰值。故在用生活垃圾堆肥时，一般含水率为55%最佳。通常生活垃圾含水率均低于此值，可添加粪便和污水污泥等进行调节。添加的调节剂与垃圾的重量比可按下式计算： 其中：M调节剂与垃圾的重量（湿重）之比； Wm、Wc、Wb分别为混合原料含水率、 垃圾含水率、调节剂含水率。,2 含水率,二、堆肥的影响因素,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,堆肥过程的需氧量取决于被氧化的碳量，但由于有机物在堆肥过程中分解的不确定性，使得被氧化的碳量难以精确计算。由于堆层中的氧浓度和耗氧速率能表征微生物活动的强弱和有机物分解的程度，所以往往通过测定堆层中氧浓度和耗氧速率来了解堆层的生物活动过程和需氧量的多少，从而达到控制供气量的目的。 一般来讲，堆肥过程适宜的氧浓度为14%17%，最低不小于10%一旦低于此限，好氧发酵将会停止。 好氧堆肥通风供氧方式可采用：自然扩散、翻堆通风、风机通风、插入风管通风等。,3 通风供氧控制,二、堆肥的影响因素,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,堆肥过程中供给的氧是通过颗粒间的空隙分布到颗粒内部的，因此，颗粒度的大小对通风供氧有重要影响。理论上讲，颗粒物应尽可能小，才能使空气有较大的接触面积，并使得好氧微生物更容易更快的将其分解。但如果颗粒太小，会形成厌氧条件，不利于好氧微生物的生长和繁殖。堆肥前通过破碎分选，去除不可堆肥化物质，使堆肥物粒度达到一定程度的均匀化。,4 颗粒度,二、堆肥的影响因素,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,微生物每利用30份碳就利用1氮，故初始物料的碳氮比为30：1合乎堆肥需要，其最佳值在26:135:1之间。成品堆肥的适宜碳氮比为10:120:1。一般初始原料的碳氮比较高，故需加入含氮物质作调节剂。当有机原料碳氮比已知时，需加的氮源物质的量 ： 其中：K混合原料的碳氮比，通常取35：1； C1、C2、N1、N2分别为有机原料和添加物的碳、氮量,5 碳氮比和碳磷比,二、堆肥的影响因素,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,二、堆肥的影响因素,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,C/P 磷是磷酸和细胞核的重要组成元素，也是生物能ATP的重要组成成分，一般要求堆肥料的C/P在75150为宜。,二、堆肥的影响因素,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,6 温度 对堆肥而言，温度是堆肥得以顺利进行的重要因素。堆肥过程温度上升的热源，来自堆肥微生物分解有机物所释放的热量。堆肥温度高低要适宜： 温度低：反应速率慢，同时不能达到热灭活、无害化的要求，而高温正好相反； 但温度也不能过高：当温度70 时，放线菌等有益菌被杀死，不利于堆肥过程的进行。 适宜温度一般认为在5065 直间。,二、堆肥的影响因素,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,7 pH值 pH值对微生物的生长也是重要因素之一，一般微生物最适宜的pH值是中性或弱碱性，pH值太高或太低都会使堆肥处理遇到困难。pH值是一个可以对微生物环境作为估价的参数，在整个堆肥过程中，pH值随时间和温度的变化而变化。在堆肥初始阶段，由于有机酸的生成，pH值下降(可降至5.0)，然后上升,发酵完成前可达至8.59.0左右，最终成品达到8.59.0 。,二、堆肥的影响因素,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,三、好氧堆肥工艺,好氧堆肥的工艺,现代化的堆肥生产一般采用好氧堆肥工艺，它通常由以下几个工序组成：,除臭,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,三、好氧堆肥工艺,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,三、好氧堆肥工艺,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,3 堆肥原料和堆肥微生物,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,3 堆肥原料和堆肥微生物,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,3 堆肥原料和堆肥微生物,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,三、好氧堆肥工艺,412d,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,第四章 固体废物的生物处理,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,三、好氧堆肥工艺,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,三、好氧堆肥工艺,除臭,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,第四章 固体废物的生物处理,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,第四章 固体废物的生物处理,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,四、堆肥腐熟度评价,堆肥腐熟度： 堆肥腐熟度是衡量堆肥进行程度的指标。它定义为： 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。在工程上，它是衡量堆肥反应完成的信号；在农业上，它是堆肥质量的衡量。 由于堆肥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。一般来讲，可分为物理学指标、化学指标、生物学指标以及工艺指标。,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,物理指标： 直观、易于监测，常用于定性描述堆肥过程的状态。 气味：随着堆肥的进行，臭味逐渐减弱并在堆肥结束时消失。 粒度：腐熟后的堆肥产品粒度呈现疏松的团粒结构。 色度：受原料成分影响很大，无统一标准判别各种堆肥的腐熟 程度。一般堆肥过程中堆料逐渐变黑，腐熟后的堆肥产 品呈深褐色或黑色。,四、堆肥腐熟度评价,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,化学指标： 通过分析堆肥过程中的化学成分或性质的变化以评价腐熟度。 pH：pH随堆肥的进行而变化。 有机质变化指标：反应有机质变化的指标有BOD、COD、VS（挥发性固体）。 碳氮比：碳氮比是最常用的堆肥腐熟度评估方法之一。当碳氮比值降至（1020）：1时，可认为堆肥达到腐熟。 氮化合物：氨态氮、硝态氮和亚硝态氮的浓度变化，也是堆肥腐熟程度评价的常用参数。 腐殖酸：腐殖酸的含量随着堆肥腐熟化过程的进行而上升。,四、堆肥腐熟度评价,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,不同腐熟度的堆肥耗氧速率、释放二氧化碳的速率、 堆温、肥效等特指也可对堆肥腐熟度做出判断。,四、堆肥腐熟度评价,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,四、堆肥腐熟度评价,堆肥腐熟度的测定方法： （1）直观经验法：成品堆肥显棕色或暗灰色，并具有霉臭的土壤气味，无明显的纤维。采用此法判定堆肥质量，比较简便，但过于“粗糙”，且因人的感觉而异，缺乏统一尺寸。,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,四、堆肥腐熟度评价,（2）淀粉测试法：将堆肥样品加入高氯酸溶液，搅拌，过滤，用碘液检验滤液，如果变黄，略有沉淀物，表明堆肥已经稳定；如果呈现蓝色，表明堆肥未腐熟。此法简便，适用现场检测用。但由于堆肥原料中淀粉含量一般不多， 生活垃圾中只有26，被检定的也仅是物料中可腐部分中的一部分，不足以充分反映堆肥的腐熟程度。,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,四、堆肥腐熟度评价,（3）耗氧速率法：利用气体采集枪和微型吸气泵将堆层中的气体抽吸到O2/CO2 测定仪， 通过仪器显示堆层O2 或CO2 浓度在单位时间内的变化值，以评定堆肥发酵程度和腐熟程度。此法符合卫生学原理， 具有良好的稳定性，专一性和可靠性，不受原料组分的影响，易于在工程上应用。,厌氧消化装置,厌氧消化工艺,厌氧消化的影响因素,厌氧消化原理,概述,第二节 固体废物的厌氧消化处理,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,(1)厌氧发酵（anaerobic fermentationm）,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,(1)厌氧发酵（anaerobic fermentationm）,厌氧发酵（或厌氧消化）是指厌氧微生物的作用下，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。由于厌氧发酵的产物是以CH4为主要成分的沼气，故又称为甲烷发酵(firedamp fermentation)。,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,(2) 厌氧发酵技术的主要特点,可将潜在于有机废物中的生物能转化为可直接利用的能源； 厌氧消化不需要通风动力，设施简单，运行成本低，属于节能型处理方法； 适用于处理高浓度有机废水和废物； 经厌氧处理后的废物基本上是稳定的，可以用作农肥、饲料和堆肥化原料； 厌氧微生物生长速度慢，处理效率低，设备体积大； 厌氧处理过程中易产生H2S等恶臭气体。,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,二、厌氧消化原理,有机物厌氧消化的生物化学反应是非常复杂的过程，中间反应和中间产物有数百种，并且每种反应都是在酶或其它物质的催化作用下进行的。 总反应式：,Treament and disposal of solid wastes,两段理论,Company Logo,,二、厌氧消化原理,参与厌氧分解的微生物有产酸菌和产甲烷菌两大类 产酸菌能将复杂的有机物水解，井进一步分解为以有机酸为主的简单产物，产酸菌属于兼性厌氧菌。 产甲烷菌是绝对厌氧菌，其功能是将有机酸转变为甲烷。甲烷菌的繁殖速度相当缓慢，且对于温度、抑制物的存在等外界条件的变化相当敏感。,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,根据厌氧分解过程中产物和微生物的特点，厌氧分解过程可分为三个阶段，见图5-3。 液化阶段(Liquefaction stage) 产酸阶段(Acid-producing stage) 产甲烷阶段(Methane-producing stage) 三个阶段的主次地位,Treament and disposal of solid wastes,二、厌氧消化原理,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,二、厌氧消化原理,图5-3 有机物的沼气发酵过程,Company Logo,,a. 液化阶段(Liquefaction stage),在这一阶段中复杂的有机高分子物质，如蛋白质、脂肪、碳水化合物等在水解细菌产生的胞外酶的作用下进行体外酶分解，使固体物质变成可溶于水的简单有机物。 高分子有机物的水解速度很慢，主要受物料的性质、微生物的浓度、温度和pH等条件的制约。 主要有机物的水解反应：,蛋白质+nH2O氨基酸脂肪酸NH3CO2H2S,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,b. 产酸阶段(Acid-producing stage),液化阶段产生的简单的可溶性有机物，在产氢菌、产醋酸菌的作用下，进一步分解成挥发性脂肪酸，主要是丙酸、丁酸、乳酸，醇、酮、醛、CO2和H2等。 反应式,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,c. 产甲烷阶段(Methane-producing stage),产甲烷菌将产酸阶段的产物进一步降解为CH4和CO2，同时把产酸阶段所产生的H2和CO2转化成CH4。 产CH4阶段的生化反应相当复杂，目前已得到验证的主要反应有：,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,在产甲烷反应中，乙酸(醋酸)是产生CH4的主要物质，大约70的CH4来自乙酸的降解。 CO2和H2的反应也能产生一部分CH4。少量CH4是由其它一些物转化而来。例如有机胺必须转化成NH3后才能被产甲烷菌所吸收。 产甲烷阶段在厌氧消化过程中是十分重要的环节。 甲烷菌除了产生CH4外，还有分解脂肪酸调节pH值的作用。同时，通过将H2转化成CH4，减少氢的分压,也有利于产酸菌的活动。,Treament and disposal of solid wastes,c. 产甲烷阶段(Methane-producing stage),Company Logo,,d. 三个阶段的主次地位,三个阶段的主次地位 对于以不溶性高分子有机物为主的污泥、垃圾等废物，水解阶段是整个厌氧消化过程的控制步骤。 对于以可溶性有机物为主的有机废水来说，由于产甲烷菌生长速度慢,对环境和基质要求苛刻,产甲烷阶段是整个厌氧消化过程的控制步骤。,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,三、 厌氧发酵的影响因素,为了保证厌氧消化的最佳运行状态，除了应保持反应系统的厌氧状态外，还必须控制以下几个因素。 发酵原料(raw material) 温度(temperature) pH值 抑制物质(stayer) 搅拌(mix round),Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,（1）发酵原料,用作堆肥的原料都可以用作厌氧发酵，即沼气发酵原料。 厌氧消化过程中的产气量是厌氧消化处理效率的重要指标。一般来说,产气量的大小主要取决于物料的组分特性（表5-1）不同原料的有机组分不同，其理论产气量也不同（P247表9-5）配制发酵原料时要进行理论产气量和总固体量等的计算。 理论产气量的计算 常用原料的产气率及其甲烷含量 总固体量的计算 营养物质(nutrient matter),Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,表5-1 有机组分的产气量及气体组成,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,a. 常用沼气原料理论产气量的计算,在计算沼气发酵原料的理论产气量时，必须首先分别测定各种发酵原料中碳水化合物(A)、蛋白质(B)和脂肪(C)的含量，然后用下式计算出每克发酵原料的甲烷和CO2的理论产量。 CH4产量E（L）0.37A+0.49B+1.04C CO2产量D（L）0.37A+0.49B+0.36C 式中的A、B、C可在P247表9-5中查到。 例，以稻草为原料，其A、B、C值分别为：0.6026，0.0316，0.0321 则： E=0.370.6026+0.490.0316+1.040.0321=0.2718（L/g） D=0.370.6026+0.490.0316+0.360.0321=0.2500（L/g）,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,b.原料的产气率和甲烷的含量,沼气发酵原料的产气率 指单位重量的原料在发酵过程中产生的沼气量，通常用每吨干物料产生的沼气量(m3)表示，即m3(沼气)吨(干物质)。 常用沼气发酵原料的沼气产率、甲烷含量()和产气持续时间(d)列于P248表96中，可以查用。,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,先取样测定原料的总固体百分含量(MTS)： 再由原料总量计算原料的总固体量(WTS)： 以上二式中： W2一发酵原料样品在1052的条件下干燥至衡量的重量，即 脱去吸附水后的重量： W1一发酵原料样品的重量； W 一所用发酵原料的重量。 也可以直接计算原料中的挥发性固体含量,c. 发酵原料中总固体量的计算,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,挥发性固体含量的计算,发酵原料中能够转化成CH4气体的有机物主要是可挥发性固体，因此，用原料中挥发性固体的含量作为单位重量原料的产气率更准确。 挥发性固体的含量可用发酵原料中挥发性固体的百分含量或发酵原料中挥发性固体的重量表示，它们可按下式计算： 先计算发酵原料总固体中挥发性固体的百分含量NVS： 以原料总量为分母则为发酵挥发性固体的百分含量NVS： 发酵原料中所含挥发性固体的重量WVS： 式中：W3一发酵原料样品的总固体在50020下灼烧至衡量的重量(灰分重量）。 W、W1、W2同前。,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,d. 营养物质(nutrient matter),与好氧微生物一样，厌氧微生物对原料的CN比也有一定要求。 由于厌氧微生物摄取碳的速率约为氮的2530倍，因此，厌氧发酵原料的最佳CN应控制在201301。 当CN351时，N不足，产气量会明显下降。各物质中C和N的含量有很大差异(P250，表9-7)。 为了满足厌氧微生物对营养物质的需要,可以通过富N物质(粪便、下水污泥等)与贫N物质(榍、农作物秸杆等)的合理调配、改善发酵原料的CN比。 同时，也应该对其它微量营养元素(P、Na、K、Ca等)加以适当的调整和控制。 混合原料C/N比的计算 发酵原料料浆配制的计算,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,混合原料C/N比的计算,根据表97的数据用下式可以粗略地计算出混合原料的CN比。 或按要求的CN比计算出搭配原料的数量。 式中：C、N一分别为原料中C、N的百分含量() X一原料的重量(kg),Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,发酵原料料浆的配制计算,将所需的各种发酵原料配制成料浆，可根据料浆中所要求的总固体百分含量计算出加水量。 式中：MTS一发酵料浆中总固体含量； M 一各种原料的总固体含量； X一各种原料的重量(kg)； W一需加入的水量(kg),Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,（2）温度(temperature),温度对有机物的分解速度影响较大，温度增高，产气量增大。沼气发酵通常采用低温、中温和高温三种发酵温度。 低温发酵(20) 温度随气候变化，产气率不高，病原微生物难于杀灭。 中温发酵(3039) 最佳温度为37，这是甲烷菌的第一个最佳活性温区，产气量中等。中温发酵过程要求1530天的停留时间，由于易于管理因此普遍采用中温发酵。,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,（2）温度(temperature),高温发酵(5055) 适宜温度为53左右,这是甲烷菌的第二个最佳活性温区，产气率最高。 高温发酵要求料浆和发酵设备有加热保温措施，管理复杂。 但是高温发酵对病原微生物的杀灭率较高，发酵过程的停留时间只需1215天。 厌氧消化过程中，甲烷的产生量通常随温度的升高而增加，但在45左右有一个间断点（见图5-4），这是由于中温发酵和高温发酵分别是由两个不同的微生物种群在起作用。在45左右的温度条件下对中温菌和高温的生长都不利，因此，产气量突然下降。,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,图5-4 甲烷产气量随温度的变化,Treament and disposal of solid wastes,（2）温度(temperature),Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,（3）pH值的影响,产酸菌适于在酸性条件下生长，其最佳pH值为5.8，所以产酸阶段也称为酸性发酵。 产甲烷菌需碱性条件下生长，称为碱性发酵。当pH6.2时，产甲烷菌就会失活性。因此，在产酸菌和产CH4菌共存的厌氧消化过程中，系统的pH值应控制在657.5之间，最佳值为7.07.2。,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,（3）pH值的影响,在正常发酵过程中，依靠原料本身可以维持发酵所需的pH值。但在突然增加进料量或改变原料时，有机物负荷过高，或消化系统中存在某些抑制物质时,对环境要求荷刻的产甲烷菌首先受到影响，从而造成系统中挥发性脂肪酸积累，pH值下降。 pH值的下降又反过来会影响产甲烷菌的生长。如此恶性循环，将导致消化过程停止。 为了提高系统对pH值降低缓冲的能力，需要维持一定的碱度。可以通过投加石灰或含氮的物料加以调节。一般情况下，碱度控制在25005000mg/L时，可获得较好缓冲能力。,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,图5-5 pH值对厌氧消化的影响,Company Logo,,（4） 抑制物(stayer),甲烷菌的生长受到抑制，厌氧过程中挥发性脂肪酸和H2气就会积累。 例如，系统中O2的存在就会抑制产甲烷菌的形成。 此外，还有一些抑制物，当其浓度超过一定浓度时，也会不同程度地抑制氧微生物的繁殖生长。 对厌氧消化有抑制作用的物质见表5-3。,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,表5-3 对厌氧消化有抑制作用的物质,Company Logo,,（5）搅拌(mix round),搅拌的作用 有效的搅拌可以增加物料微生物接触的机会，使系统内物料和温度分布均匀，以保证发酵装置有较高的池容产气率，且不致出现局部酸积累，还可以使产生的气体迅速排出。 搅抖方式 有机械搅拌、充气搅抖和充液搅拌三种。 对于流体或半流体状的污泥可以采用机械搅拌、气体搅拌、泵循环搅拌等方法。 对于固体状态的物料，用一般的搅拌方法难以奏效，可以通过使浸出液循环流动的方式来替代搅拌方式，而达到搅拌的效果。,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,四、发酵工艺,沼气发酵工艺有多种方式，各地可因地制宜地采用不同的工艺。我国农村常采用自然温度间断投料和连续投料发酵工艺。 自然温度半批量投料发酵工艺 连续投料发酵工艺,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,原料选择,原料预处理,入池发酵产气,大出料,该工艺的发酵温度随自然温度而变化；主要原料为：秸杆、粪便、青草；投料方式为半批量投料 工艺流程如下： 该工艺的发酵期因季节和农业用肥情况而定，一般为5个月左右， 运行中要定期补充新鲜原料，以免造成产气量下降。 该工艺的缺点是出料操作劳动量大。,配料,加活性污泥,定期出料,送农田,（1）自然温度半批量投料发酵工艺,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,（2）自然温度连续投料发酵工艺,自然温度条件下发酵 投料方式：定时定量投料和出料。 大中型沼气工程均采用这种发酵工艺。 工艺控制的基本参数有：投料负荷，进料浓度，水力滞留时间，发酵温度。 沼气发酵池的发酵容积、水力滞留时间和进料总固体百分浓度有如下关系： 式中：V0发酵池有效容积(m3)； Vt每天进料体积(m3/d)； HRT水力滞留时间(d),一般为4060； W每天投料总固体量，60左右； D进料容积(kgm3)。,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,五、发酵装置(fermentation plant),沼气发酵池的类型较多，其中水压式沼气池是最常用的，也是我国农村主要推广的池型，被称为中国式沼气池，特别受发展中国家的欢迎。 结构与工作原理 水压式沼气池的设计,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,（1）结构与工作原理,结构 水压式沼气池是一种埋设在地下的立式圆筒形发酵池,池盖、池底具有一定的曲率半径，呈弧形。主要结构有：进料管，发酵间，出料管，水压间，出料间，导气管等几部分。 工作原理 启动前状态（图5-6a）：发酵间与水压间（出料间）液面处在同一水平（O-O）；此时发酵间剩余的空间为死气箱容积； 启动后状态（图5-6b）：发酵间产生的气体造成水压间液面高于发酵间，当产生的气体量最大时，发酵间的液面下降到最低位置（A-A）； 使用沼气状态（图5-6c）：发酵间压力减小，水压间液面下降，停用沼气时，继续发酵产生的沼气又使水压间液面上升，反复进行。 极限工作压强：水压间液面上升到极限位置时与发酵间的最大液面差。,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,图5-6a 水压式沼气池启动前状态 1-加料管；2-发酵间；3-初始液面；4-水压间（出料间）,（1）结构与工作原理,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,图5-6b 水压式沼气池启动后状态 1-加料管；2-发酵间；3-初始液面；4-水压间（出料间）,（1）结构与工作原理,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,图5-6c 水压式沼气池使用状态 1-加料管；2-发酵间；5-导气管；6-沼气输送管；7-控制阀,（1）结构与工作原理,Company Logo,,极限工作压强,当发酵间内贮气量达到最大值(V贮)时，发酵间的液面下降到最低水平A-A，水压间的液面上升到最高水平B-B，这时称为极限工作状态，相应地达到极限沼气压强，即最大液面高差(H)： 式中：H极限沼气压强(沼气池最大液面差)； H1一发酵间液面最大的下降值，H1（00）（AA）； H2一水压间液面最大的上升值，H2(BB)（00）；,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,消化池的主要附属构造： 投配、排泥及溢流系统； 沼气排出、收集与贮存设备； 搅拌设备； 加温设备。,消化池的主要附属构造： 投配、排泥及溢流系统； 沼气排出、收集与贮存设备； 搅拌设备； 加温设备。,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,第四章 固体废物的生物处理,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,第四章 固体废物的生物处理,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,1998年施工的杭州四堡污水处理厂 预应力卵形消化池,消化池的主要附属构造： 投配、排泥及溢流系统； 沼气排出、收集与贮存设备； 搅拌设备； 加温设备。,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,2005年施工的重庆鸡冠石污水处理厂预应力卵形消化池,Company Logo,,Treament and disposal of solid wastes,消化