堆肥化及沼气化处理技术.

1、4.2生物生物处理技处理技术术第二节第二节 固体废物的生物处理固体废物的生物处理 概念：概念：利用微生物的新陈代谢作用使固体废利用微生物的新陈代谢作用使固体废物分解、矿化或氧化的过程，称为固体废物物分解、矿化或氧化的过程，称为固体废物的生物处理技术。的生物处理技术。 作用：作用：可将大量的固体废物通过各种工艺转可将大量的固体废物通过各种工艺转换为有用的物质和能源。换为有用的物质和能源。 例如：提取各种有价金属，生产肥料、沼气、例如：提取各种有价金属，生产肥料、沼气、葡萄糖和微生物蛋白质等。葡萄糖和微生物蛋白质等。4.2生物生物处理技处理技术术生物转化技术之一生物转化技术之一好氧堆肥好氧堆肥 生

2、物转化技术生物转化技术就是利用微生物的分解、转化将固体废物中就是利用微生物的分解、转化将固体废物中易于生物降解的有机组分转化为腐殖肥料、沼气或其他化学转化易于生物降解的有机组分转化为腐殖肥料、沼气或其他化学转化品，从而达到固体废物无害化的一种处理方法。品，从而达到固体废物无害化的一种处理方法。（一）堆肥化的定义与分类（一）堆肥化的定义与分类 堆肥化堆肥化(Composting)是在人工控制条件下，使来源于生物的有机是在人工控制条件下，使来源于生物的有机废物发生生物稳定作用废物发生生物稳定作用(Biostablization)的过程。的过程。具体讲就是依靠具体讲就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线

3、菌、真菌等微生物，在一定的人工自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，在一定的人工条件下，有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转条件下，有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程，其实质是一种发酵过程。化的生物化学过程，其实质是一种发酵过程。 废物经过堆肥化处理，制得的成品叫做堆肥废物经过堆肥化处理，制得的成品叫做堆肥(Compost )。它是一。它是一类棕色的、泥炭般的腐殖质含量很高的疏松物质，故也称为类棕色的、泥炭般的腐殖质含量很高的疏松物质，故也称为“腐腐殖土殖土”。4.2生物生物处理技处理技术术分类：根据堆肥化过程中氧气的供应情况可以把堆肥化过分类：

4、根据堆肥化过程中氧气的供应情况可以把堆肥化过程分成两种。程分成两种。 1 1、好氧堆肥（高温堆肥）：、好氧堆肥（高温堆肥）：在通气条件好，氧气充足的在通气条件好，氧气充足的条件下通过好氧微生物的代谢活动降解有机物。条件下通过好氧微生物的代谢活动降解有机物。特点：一般在特点：一般在55556060时比较好，有时可高达时比较好，有时可高达80809090，堆制周期短，也称为高温堆肥或高温快速堆肥堆制周期短，也称为高温堆肥或高温快速堆肥 。2 2、厌氧堆肥：、厌氧堆肥：是在氧气不足的条件下借助厌氧微生物发是在氧气不足的条件下借助厌氧微生物发酵堆肥。酵堆肥。特点：堆制温度低，工艺较简单，厌氧堆肥中氮素

5、保留比特点：堆制温度低，工艺较简单，厌氧堆肥中氮素保留比较多，但堆制周期过长，需较多，但堆制周期过长，需3 31212个月，异味浓烈，分个月，异味浓烈，分解不够充分。解不够充分。4.2生物生物处理技处理技术术+（二）好氧堆肥原理（二）好氧堆肥原理4.2生物生物处理技处理技术术 堆制初期，堆制初期，1545，嗜温性微生物，嗜温性微生物利用堆肥中利用堆肥中可溶性有机物可溶性有机物进行旺盛繁殖。进行旺盛繁殖。温度不断上升温度不断上升，此，此阶段以阶段以中温、需氧型中温、需氧型微生物为主，主要是一些无微生物为主，主要是一些无芽孢细菌，芽孢细菌，真菌和放线菌真菌和放线菌。在目前的堆肥化设备。在目前的堆肥

6、化设备中，此阶段一般在中，此阶段一般在12小时小时以内。以内。（2）中温阶段（产热或起始阶段）中温阶段（产热或起始阶段） （1）潜伏阶段（亦称驯化阶段）潜伏阶段（亦称驯化阶段） 指堆肥化开始时微生物适应新环境的过程，亦称指堆肥化开始时微生物适应新环境的过程，亦称为驯化过程。为驯化过程。4.2生物生物处理技处理技术术 45以上，嗜热性微生物为主，复杂的有机物以上，嗜热性微生物为主，复杂的有机物如半纤维素、纤维素和蛋白质等开始被强烈如半纤维素、纤维素和蛋白质等开始被强烈分解。分解。 50左右主要是嗜热性真菌和放线菌；左右主要是嗜热性真菌和放线菌； 60时，几乎仅为嗜热性放线菌和细菌在活动；时，几乎

7、仅为嗜热性放线菌和细菌在活动； 70以上大多数嗜热性微生物不适应，大批死亡、休眠。以上大多数嗜热性微生物不适应，大批死亡、休眠。大多数微生物在大多数微生物在4565范围范围内最活跃，所以内最活跃，所以最佳温度一般为最佳温度一般为55，最易分解有机物，病最易分解有机物，病原菌和寄生虫大多数可被杀死原菌和寄生虫大多数可被杀死。（3）高温阶段）高温阶段4.2生物生物处理技处理技术术1.1.微生物活性微生物活性2.O2.O2 2利用率利用率0 0时间时间对数增长期对数增长期减速增长期减速增长期内源呼吸期内源呼吸期微生物在高温阶段的微生物在高温阶段的生长过程生长过程细分为：细分为：对数增长期、减对数增长

8、期、减速增长期和内源呼吸期速增长期和内源呼吸期。此后，堆积层内开始发生腐殖此后，堆积层内开始发生腐殖质的形成过程。质的形成过程。4.2生物生物处理技处理技术术 在在内源呼吸后期内源呼吸后期，只剩下部分，只剩下部分较难分解的有机物和新形较难分解的有机物和新形成的腐殖质成的腐殖质，此时，此时微生物的活性下降，发热量减少，温度下降微生物的活性下降，发热量减少，温度下降。嗜温性嗜温性微生物又占优势，微生物又占优势，腐殖质不断增多且稳定化腐殖质不断增多且稳定化，堆肥进入堆肥进入腐熟阶段，需氧量和含水量降低。腐熟阶段，需氧量和含水量降低。堆肥物孔隙增大，氧扩散能力增强堆肥物孔隙增大，氧扩散能力增强，此时只

9、须，此时只须自然通风，自然通风，最终使最终使堆肥稳定，完成堆肥过程。堆肥稳定，完成堆肥过程。（4）降温阶段）降温阶段(腐熟阶段腐熟阶段) 4.2生物生物处理技处理技术术4.2生物生物处理技处理技术术2、影响堆肥化的因素、影响堆肥化的因素（1）化学因素）化学因素C/N和和C/P比比:初始物料的初始物料的C/N比在比在30:1 较好，最佳为较好，最佳为25:135:1; C/P比在比在75150为宜。为保证成品肥料中的为宜。为保证成品肥料中的C/N比为比为1020:1，初始原料的一般，初始原料的一般C/N比都高于最佳值，多为比都高于最佳值，多为35:1。氧浓度氧浓度:适宜的氧浓度为适宜的氧浓度为1

10、8%,最低不应小于最低不应小于8%。营养元素营养元素:足够的足够的K和微量元素对于微生物的新陈代谢是必须的，一般它们不和微量元素对于微生物的新陈代谢是必须的，一般它们不是限制条件。是限制条件。 pH值值:堆肥微生物最佳的堆肥微生物最佳的pH=5.58.5。（2）物理因素）物理因素温度温度:一般认为最佳温度在一般认为最佳温度在5065之间之间颗粒尺寸颗粒尺寸:适宜的粒径范围是适宜的粒径范围是1260mm。含水率含水率:堆肥原料的最佳含水率通常是在堆肥原料的最佳含水率通常是在50%60% （与原料的物理组成有关）。 2121NNCCK4.2生物生物处理技处理技术术（三）（三） 好氧堆肥工艺好氧堆肥

11、工艺1 1、前处理、前处理 以以城市生活垃圾城市生活垃圾为堆肥原料时为堆肥原料时, ,包括包括破碎、分选、筛破碎、分选、筛分分等工序等工序 ；以；以家畜粪便、污泥家畜粪便、污泥等为堆肥原料时，主等为堆肥原料时，主要任务是要任务是调整水分和碳氮比调整水分和碳氮比，或者，或者添加菌种和酶制剂添加菌种和酶制剂，以促进发酵过程正常或快速进行。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降低水分、增加透气性、调整碳氮比的主要方法是添加有机添加有机调理剂调理剂和和膨胀剂膨胀剂。2 2、主发酵（一次发酵）、主发酵（一次发酵）将堆肥化物料将堆肥化物料温度升高到开始降低为止温度升

12、高到开始降低为止的阶段，称为主的阶段，称为主发酵阶段（或主发酵期）。堆肥过程的中温阶段和高发酵阶段（或主发酵期）。堆肥过程的中温阶段和高温阶段，温阶段，时间约时间约10101212天。天。4.2生物生物处理技处理技术术3 3、后发酵（二次发酵）、后发酵（二次发酵） 将主发酵尚未分解的易分解和较难分解的有机物进一步将主发酵尚未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、氨基酸等较稳定的有机物，得分解，使之变成腐殖酸、氨基酸等较稳定的有机物，得到完全成熟的堆肥制品。也称为熟化阶段，堆肥过程的到完全成熟的堆肥制品。也称为熟化阶段，堆肥过程的腐熟阶段，发酵时间通常在腐熟阶段，发酵时间通常

13、在20203030天以上天以上。4 4、后处理、后处理 分选以去除杂物，并根据需要再破碎。分选以去除杂物，并根据需要再破碎。5 5、脱臭、脱臭 化学除臭剂除臭、碱水和水溶液过滤、熟堆肥或活性炭、化学除臭剂除臭、碱水和水溶液过滤、熟堆肥或活性炭、沸石等吸附剂过滤。例：土壤过滤器。沸石等吸附剂过滤。例：土壤过滤器。6 6、贮存、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，所以要建立可贮存存，所以要建立可贮存6 6个月生产量的库房。贮存方式个月生产量的库房。贮存方式可直接堆存在二次发酵仓中或袋装，要求干燥而透气。可直接堆存在二次发酵仓中或

14、袋装，要求干燥而透气。4.2生物生物处理技处理技术术1、发酵周期与堆肥腐熟度的概念、发酵周期与堆肥腐熟度的概念（1）发酵周期）发酵周期u指固体废物经好氧发酵过程由原材料成为稳定无害的堆指固体废物经好氧发酵过程由原材料成为稳定无害的堆肥产品所需要的时间。肥产品所需要的时间。u堆肥发酵周期的长短是评价堆肥工艺好坏的一个重要指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

15、，因此，靠自然通风和翻堆来实现好氧堆肥的全过程，因此，发发酵周期需时酵周期需时23个月，有时甚至长达半年个月，有时甚至长达半年。而目前一些高。而目前一些高效快速动态堆肥技术，可使堆肥效快速动态堆肥技术，可使堆肥发酵周期控制在发酵周期控制在7d以内，以内，有的一次发酵时间仅需有的一次发酵时间仅需23d。4.2生物生物处理技处理技术术u堆肥腐熟度堆肥腐熟度是指成品堆肥的稳定程度。在工是指成品堆肥的稳定程度。在工程上，它是衡量堆肥反应完成的信号，在农程上，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。业上，它是堆肥质量的指标。u腐熟度腐熟度的基本含义是：的基本含义是：（1）通过微生物的作

16、）通过微生物的作用，堆肥的产品要达到稳定化、无害化，亦用，堆肥的产品要达到稳定化、无害化，亦即不对环境产生不良影响；即不对环境产生不良影响；（2）堆肥产品的）堆肥产品的使用不影响作物的成长和土壤耕作能力。使用不影响作物的成长和土壤耕作能力。4.2生物生物处理技处理技术术2 2、评估成熟堆肥的常用方法、指标和参数、评估成熟堆肥的常用方法、指标和参数方法方法参数或项目参数或项目表观鉴别法表观鉴别法 1.1.温度；温度；2.2.颜色；颜色；3.3.气味；气味；4.4.质地质地化学方法化学方法1.1.碳氮比（碳氮比（C/NC/N）；）；2.2.氮化合物（总氮、氮化合物（总氮、NHNH4 4-N-N、N

17、ONO3 3-N-N、NONO2 2-N-N）；）；3. 3. 阳离子交换量（阳离子交换量（CECCEC）4. 4. 有机化合物（水溶性或可浸提有机碳、还原糖、脂有机化合物（水溶性或可浸提有机碳、还原糖、脂类等化合物、纤维素、半纤维素、淀粉等）类等化合物、纤维素、半纤维素、淀粉等）5. 5. 腐殖质（腐殖质指数、腐殖质总量和功能基团）腐殖质（腐殖质指数、腐殖质总量和功能基团）生物活性法生物活性法 1.1.耗氧速率；耗氧速率；2.2.微生物种群和数量；微生物种群和数量；3.3.酶学分析；酶学分析；植物毒性分植物毒性分析法析法1 1、种子发芽、种子发芽2 2、植物生物量、植物生物量卫生学检测卫生学

18、检测 致病微生物指标等致病微生物指标等4.2生物生物处理技处理技术术（1）表观鉴别法（物理）表观鉴别法（物理） 温度温度：与环境温度趋于一致，不再有明显变化：与环境温度趋于一致，不再有明显变化 气味气味：具有潮湿泥土的气味。：具有潮湿泥土的气味。 颜色颜色：黑褐色或黑色。：黑褐色或黑色。 质地质地：质地疏松，手捏之成团，松之即散；草茎树叶之类用：质地疏松，手捏之成团，松之即散；草茎树叶之类用手一拉即断。手一拉即断。（2）化学方法）化学方法碳氮比碳氮比 a、堆肥的固相、堆肥的固相C/N值从初始的值从初始的2530:1降低到降低到1520:1以下。以下。 b、T=(终点终点C/N)/(初始初始C/

19、N)60mmol/100g样样品时，作为堆肥腐熟的指标。品时，作为堆肥腐熟的指标。4.2生物生物处理技处理技术术有机化合物有机化合物u在堆肥过程中，糖类首先消失，接着是淀粉，最后是纤在堆肥过程中，糖类首先消失，接着是淀粉，最后是纤维素。维素。纤维素、半纤维素、脂类等经过成功的堆肥过程，纤维素、半纤维素、脂类等经过成功的堆肥过程，可降解可降解5080，蔗糖和淀粉的利用接近，蔗糖和淀粉的利用接近100。一般。一般认为，认为，淀粉的消失是堆肥腐熟的标志淀粉的消失是堆肥腐熟的标志，且它可用且它可用淀粉点淀粉点状检测器状检测器来检测。但是，堆肥物料中淀粉的存在并不多，来检测。但是，堆肥物料中淀粉的存在并

20、不多，被检测的也只是物料中可腐烂物质的一部分。所以被检测的也只是物料中可腐烂物质的一部分。所以完全完全腐熟的、稳定的堆肥产品，以检不出淀粉为基本条件，腐熟的、稳定的堆肥产品，以检不出淀粉为基本条件，但是检不出淀粉并不一定表示堆肥已腐熟。但是检不出淀粉并不一定表示堆肥已腐熟。4.2生物生物处理技处理技术术u用用NaOH提取的腐殖质提取的腐殖质(HS)可分为胡敏酸可分为胡敏酸(HA)、富里酸、富里酸(FA)及未腐殖化的组分及未腐殖化的组分(NHF)。堆肥开始时一般含有较高堆肥开始时一般含有较高的非腐殖质成分及的非腐殖质成分及FA，较低的，较低的HA，随着堆肥过程的进行，随着堆肥过程的进行， FA保

21、持不变或稍有减少，而保持不变或稍有减少，而HA大量产生，成为腐殖质的大量产生，成为腐殖质的主要部分。主要部分。u一些腐殖质参数相继被提出，如一些腐殖质参数相继被提出，如腐殖化指数腐殖化指数(HI)：HI=HA/FA；腐殖化率腐殖化率(HR)：HR=HA/(FA+NHF) 。当当HI值达到值达到3，HR达到达到1.35时堆肥已腐熟。时堆肥已腐熟。4.2生物生物处理技处理技术术 耗氧速率耗氧速率 腐熟堆肥的耗氧速率基本稳定在腐熟堆肥的耗氧速率基本稳定在(0.030.5)mgO2/gVSh的范围。的范围。 酶学分析酶学分析 在堆肥过程中，在堆肥过程中，多种氧化还原酶和水解酶与多种氧化还原酶和水解酶与

22、C、N、P等基础物质代谢密切相关等基础物质代谢密切相关，所以通过分析相关酶的活，所以通过分析相关酶的活力，可间接反映微生物的代谢活性和酶特定底物的变化情力，可间接反映微生物的代谢活性和酶特定底物的变化情况。况。4.2生物生物处理技处理技术术 微生物的数量及种群微生物的数量及种群 初期的中温阶段初期的中温阶段，主要是蛋白质分解细菌主要是蛋白质分解细菌，产氨，产氨细菌数量迅速增加；细菌数量迅速增加；高温期及降温期分解纤维素高温期及降温期分解纤维素的细菌和真菌最多的细菌和真菌最多；降温期，硝化细菌降温期，硝化细菌活动最旺活动最旺盛，直到堆肥最后仍存在；盛，直到堆肥最后仍存在；堆肥腐熟期堆肥腐熟期主要

23、以主要以放放线菌线菌为主。为主。 所以在整个堆肥过程中所以在整个堆肥过程中微生物种群的演替微生物种群的演替可很好可很好地指示堆肥的腐熟程度。常采用地指示堆肥的腐熟程度。常采用生物量生物量测定的方测定的方法。法。4.2生物生物处理技处理技术术 种子发芽种子发芽 可用发芽指数可用发芽指数GI（germination index）来评价来评价堆肥的腐熟程度：堆肥的腐熟程度： GI()=(堆肥处理的种子发芽率堆肥处理的种子发芽率种子原本的种子原本的种子发芽率种子发芽率种子根长种子根长)100 当当GI50%时认为堆肥基本腐熟并达到了可接时认为堆肥基本腐熟并达到了可接受的程度；当受的程度；当GI达到达到

24、80%85%时，堆肥完全时，堆肥完全腐熟。腐熟。 植物生物量植物生物量 堆肥有明显地促进植物生长的作用，可以测定堆肥有明显地促进植物生长的作用，可以测定一些农作物一些农作物的的生物量生物量来测试堆肥的腐熟度。包来测试堆肥的腐熟度。包括黑麦草、黄瓜、大白菜、胡萝卜、向日葵、括黑麦草、黄瓜、大白菜、胡萝卜、向日葵、番茄和莴苣等都曾做过测试。番茄和莴苣等都曾做过测试。4.2生物生物处理技处理技术术（5 5）卫生学方法）卫生学方法 污泥和城市垃圾中含有大量致病细菌、霉污泥和城市垃圾中含有大量致病细菌、霉菌、病毒及寄生虫和草种等，它们都会直菌、病毒及寄生虫和草种等，它们都会直接影响堆肥的安全性。根据生活

25、垃圾的特接影响堆肥的安全性。根据生活垃圾的特点，我国明确了无害化堆肥的点，我国明确了无害化堆肥的温度、蛔虫温度、蛔虫卵死亡率和粪大肠菌值卵死亡率和粪大肠菌值的卫生学评价指标。的卫生学评价指标。 综上所述，仅用某一个单一参数很难确定综上所述，仅用某一个单一参数很难确定堆肥的化学及生物学的稳定性，应由几个堆肥的化学及生物学的稳定性，应由几个或多个参数共同确定。或多个参数共同确定。4.2生物生物处理技处理技术术p堆肥化产品的质量要求和标准堆肥化产品的质量要求和标准CJ/T3059-1996城市生活垃圾堆肥处理厂技术评价指标，质量标准：粒 度：农用堆肥产品粒度不大于12mm，山林果园用堆肥产品粒度不大

26、于50mm含水率：35%pH 值：6.5-8.5.全氮 (以N计：0.5%全磷 (以P2O5计)：0.3%全钾 (以K2O计)： 1.0%有机质(以全C计)： 10%4.2生物生物处理技处理技术术1、计量装置、计量装置2、存料区与贮料池、存料区与贮料池3、给料装置、给料装置（1）起重机抓斗）起重机抓斗（2）扳式给料机）扳式给料机（3）前端斗式装载机）前端斗式装载机4、堆肥厂内运输与传动装置、堆肥厂内运输与传动装置5、铁金属和其他可回收物资的分选设备、铁金属和其他可回收物资的分选设备4.2生物生物处理技处理技术术6、堆肥设备、堆肥设备（1）立式堆肥发酵塔：立式多层圆筒式发酵塔；立式多层板闭合）立

27、式堆肥发酵塔：立式多层圆筒式发酵塔；立式多层板闭合门式发酵塔；立式多层浆叶刮板式发酵塔；立式多层移动床式发门式发酵塔；立式多层浆叶刮板式发酵塔；立式多层移动床式发酵塔酵塔（2）筒仓式堆肥发酵仓：筒仓式静态发酵仓；筒仓式动态发酵仓）筒仓式堆肥发酵仓：筒仓式静态发酵仓；筒仓式动态发酵仓（3）卧式堆肥发酵滚筒：旋转发酵池）卧式堆肥发酵滚筒：旋转发酵池（4）箱式堆肥发酵池：卧式刮板发酵池；戽斗翻倒式发酵池；卧）箱式堆肥发酵池：卧式刮板发酵池；戽斗翻倒式发酵池；卧式浆叶发酵池式浆叶发酵池（5）堆集式：气流箱式；定箱槽式）堆集式：气流箱式；定箱槽式7、熟化设备、熟化设备8、后处理设备：造粒设备，除臭设备、

28、后处理设备：造粒设备，除臭设备9、回返堆肥设备：（、回返堆肥设备：（1）输送机回返式；（）输送机回返式；（2）仓贮存式；）仓贮存式； （3）直接回返式；（）直接回返式；（4）气动运输式）气动运输式10、添料装置、添料装置11、污染防治、污染防治4.2生物生物处理技处理技术术臭气、污水、粉尘、振动和噪音臭气、污水、粉尘、振动和噪音(1) 粉尘粉尘 安装粉尘去除设备安装粉尘去除设备(2) 振动振动(3) 噪音噪音(4) 废水处理废水处理(5) 脱臭脱臭氨、硫化氢、氨、硫化氢、甲硫醇、胺甲硫醇、胺气洗法：气洗法：臭氧氧化法臭氧氧化法:4.2生物生物处理技处理技术术直接燃烧法直接燃烧法:将臭气送入锅炉

29、燃烧室、焚烧炉等设备燃烧可燃将臭气送入锅炉燃烧室、焚烧炉等设备燃烧可燃成分。成分。吸附法和中和法吸附法和中和法:臭气成分被具有强吸附能力的物质吸附除去臭气成分被具有强吸附能力的物质吸附除去;中和法可降低总臭气浓度，中和剂与臭气成分进行反应及吸中和法可降低总臭气浓度，中和剂与臭气成分进行反应及吸附。附。氧化处理法氧化处理法:是是用氯、次氯酸钠、次氯酸钙及二氧化氯等氧化用氯、次氯酸钠、次氯酸钙及二氧化氯等氧化剂进行氧化脱臭。剂进行氧化脱臭。空气氧化法空气氧化法:用水吸收臭气中硫化氢，硫化氢再经空气氧化成用水吸收臭气中硫化氢，硫化氢再经空气氧化成无臭无害的硫代硫酸钠。无臭无害的硫代硫酸钠。土壤氧化法

30、土壤氧化法:通过各种土壤细菌的生化作用分解和去除臭气物通过各种土壤细菌的生化作用分解和去除臭气物质。质。离子交换树脂法离子交换树脂法：臭气成分被离子交换树脂吸附并应用带电：臭气成分被离子交换树脂吸附并应用带电的离子交换去除。的离子交换去除。4.2生物生物处理技处理技术术4.2生物生物处理技处理技术术1、解释名词：堆肥化；堆肥；高温好氧快速堆肥；一次发、解释名词：堆肥化；堆肥；高温好氧快速堆肥；一次发酵；二次发酵；发酵周期；腐熟度。酵；二次发酵；发酵周期；腐熟度。2、好氧堆肥过程可分为哪几个阶段？各阶段的特点是什么？、好氧堆肥过程可分为哪几个阶段？各阶段的特点是什么？3、堆肥中发挥作用的微生物主

31、要有哪些？各有什么作用？、堆肥中发挥作用的微生物主要有哪些？各有什么作用？4、影响堆肥化的因素有哪些？如何控制？、影响堆肥化的因素有哪些？如何控制？5、试比较条垛式系统、强制通风静态垛系统和反应器系统、试比较条垛式系统、强制通风静态垛系统和反应器系统的特点、主要技术环节及优缺点。的特点、主要技术环节及优缺点。6、试述好氧堆肥的通风供氧方式及其应用场合。、试述好氧堆肥的通风供氧方式及其应用场合。7、试述评价成熟堆肥的方法及其参数和指标。、试述评价成熟堆肥的方法及其参数和指标。8、试比较立式堆肥发酵塔、筒仓式堆肥发酵仓和卧式堆肥、试比较立式堆肥发酵塔、筒仓式堆肥发酵仓和卧式堆肥发酵滚筒的结构特点及

32、优缺点发酵滚筒的结构特点及优缺点。9、堆肥化的污染防治措施有哪些？、堆肥化的污染防治措施有哪些？4.2生物生物处理技处理技术术4.2生物生物处理技处理技术术二、生物转化技术二、生物转化技术厌氧发酵厌氧发酵 厌氧发酵：通过厌氧微生物的生物转化作用，将固体废厌氧发酵：通过厌氧微生物的生物转化作用，将固体废物中大部分可生物降解的有机物质分解，转化为能源产物中大部分可生物降解的有机物质分解，转化为能源产品品沼气的过程，或称厌氧消化，沼气发酵。沼气的过程，或称厌氧消化，沼气发酵。微生物生理学定义：在没有外加氧化剂的条件下，被分解微生物生理学定义：在没有外加氧化剂的条件下，被分解的有机物作为还原剂被氧化，

33、而另一部分有机物作为氧的有机物作为还原剂被氧化，而另一部分有机物作为氧化剂被还原的生物学过程。化剂被还原的生物学过程。沼气的成分：沼气的成分：主要为主要为CH4：5570和和CO2：2540。此外还有总量小于此外还有总量小于5%的的CO、O2、H2、H2S、N2、NH3、PH3、碳氢化合物、碳氢化合物(CmHn)等。等。4.2生物生物处理技处理技术术（二）厌氧发酵的有机物分解代谢过程（二）厌氧发酵的有机物分解代谢过程 1、碳水化合物的分解代谢、碳水化合物的分解代谢一般的碳水化合物包括一般的碳水化合物包括纤维素、半纤维素、木质素、糖类、淀纤维素、半纤维素、木质素、糖类、淀粉和果胶质粉和果胶质等。

34、等。纤维素的分解纤维素的分解纤维素酶可以把纤维素酶可以把纤维素纤维素水解成水解成葡萄糖葡萄糖，反应式为：，反应式为： (C6H10O5)n(纤维素纤维素) + n H2O = nC6H12O6(葡萄糖葡萄糖)葡萄糖经细菌的作用继续降解成葡萄糖经细菌的作用继续降解成丁酸、乙酸丁酸、乙酸，最后生成，最后生成甲烷和甲烷和二氧化碳二氧化碳等气体。总的产气过程可用下述的综合表达式表达：等气体。总的产气过程可用下述的综合表达式表达： C6H12O6 = 3CH4+3CO2糖类的分解糖类的分解先由先由多糖多糖分解为分解为单糖单糖，然后是，然后是葡萄糖的酵解葡萄糖的酵解过程，与上述相同。过程，与上述相同。4.

35、2生物生物处理技处理技术术2、类脂化合物的分解代谢、类脂化合物的分解代谢 类脂化合物类脂化合物（脂肪、磷脂、游离脂肪酸、蜡酯、油脂），（脂肪、磷脂、游离脂肪酸、蜡酯、油脂），含量很低。主要水解产物是含量很低。主要水解产物是脂肪酸和甘油脂肪酸和甘油。甘油转变为。甘油转变为磷磷酸甘油脂酸甘油脂，进而生成，进而生成丙酮酸丙酮酸。在沼气菌的作用下，丙酮酸。在沼气菌的作用下，丙酮酸被分解成被分解成乙酸乙酸，然后形成，然后形成甲烷和二氧化碳甲烷和二氧化碳。 3、蛋白质类的分解代谢、蛋白质类的分解代谢 这类化合物主要是含氮的这类化合物主要是含氮的蛋白质蛋白质化合物，在厌氧发酵化合物，在厌氧发酵原料中占有一定

36、的比例。在农家污水和猪圈废物中，蛋白原料中占有一定的比例。在农家污水和猪圈废物中，蛋白质的含量最高可达质的含量最高可达20%。它们的分解过程是在细菌的作用。它们的分解过程是在细菌的作用下水解成下水解成多肽和氨基酸多肽和氨基酸。其中的。其中的一部分一部分氨基酸继续水解成氨基酸继续水解成硫醇、胺、苯酚、硫化氢和氮硫醇、胺、苯酚、硫化氢和氮；另一部分另一部分分解成分解成有机酸、醇有机酸、醇等其他化合物，最后生成等其他化合物，最后生成甲烷和二氧化碳甲烷和二氧化碳；还有一些氨基；还有一些氨基酸作为产沼细菌的酸作为产沼细菌的养分形成菌体养分形成菌体。4.2生物生物处理技处理技术术（三）厌氧发酵的过程（三）

37、厌氧发酵的过程首先首先，不溶性大分子有机物（如，不溶性大分子有机物（如蛋白质、纤维素、淀粉、脂肪等）蛋白质、纤维素、淀粉、脂肪等）经经水解酶水解酶的作用，在溶液中分解的作用，在溶液中分解为水溶性的小分子有机物（如氨为水溶性的小分子有机物（如氨基酸、脂肪酸、葡萄糖、甘油基酸、脂肪酸、葡萄糖、甘油等）。等）。随之，随之，这些水解产物被发这些水解产物被发酵细菌摄入细胞内，经过一系列酵细菌摄入细胞内，经过一系列生化反应，将代谢产物排出体外，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。径各异，故代谢产物也各不相同。4.2生物生物处理

38、技处理技术术众多的代谢产物中，仅无机众多的代谢产物中，仅无机的的CO2和和H2及有机的及有机的“三甲三甲一乙一乙”（甲酸、甲醇、甲胺（甲酸、甲醇、甲胺和乙酸）和乙酸）可直接可直接被产甲烷细被产甲烷细菌吸收利用，转化为甲烷和菌吸收利用，转化为甲烷和二氧化碳。其它众多的代谢二氧化碳。其它众多的代谢产物（主要是丙酸、丁酸、产物（主要是丙酸、丁酸、戊酸、乳酸等有机酸，以及戊酸、乳酸等有机酸，以及乙醇、丙酮等有机物质）不乙醇、丙酮等有机物质）不能为产甲烷细菌直接利用。能为产甲烷细菌直接利用。它们必须它们必须经过经过产氢产乙酸细产氢产乙酸细菌进一步转化为氢和乙酸后，菌进一步转化为氢和乙酸后，才能被甲烷细菌

39、吸收利用，才能被甲烷细菌吸收利用，并转化为甲烷和二氧化碳。并转化为甲烷和二氧化碳。 4.2生物生物处理技处理技术术1 1、两阶段理论、两阶段理论 将厌氧发酵分为将厌氧发酵分为产酸（酸性发酵）和产气（碱性发酵）产酸（酸性发酵）和产气（碱性发酵）两两个阶段，相应起作用的微生物分为个阶段，相应起作用的微生物分为产酸细菌和产甲烷细菌产酸细菌和产甲烷细菌。2 2、三阶段理论、三阶段理论 19791979年由布赖恩提出，将厌氧发酵依次分为年由布赖恩提出，将厌氧发酵依次分为液化、产酸、液化、产酸、产甲烷产甲烷三个阶段。起作用的细菌分别称为三个阶段。起作用的细菌分别称为发酵细菌、醋发酵细菌、醋酸分解菌、甲烷细

40、菌酸分解菌、甲烷细菌。4.2生物生物处理技处理技术术水解阶段水解阶段：复杂有机物：复杂有机物( (纤维纤维素、淀粉、蛋白质、脂肪素、淀粉、蛋白质、脂肪) )被被发酵细菌分泌的水解酶（胞发酵细菌分泌的水解酶（胞外酶）外酶） ( (纤维素酶、纤维二纤维素酶、纤维二糖酶、淀粉酶、蛋白酶、脂糖酶、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶肪酶) ) 分解为水溶性简单化分解为水溶性简单化合物。限制整个过程速度。合物。限制整个过程速度。甲烷化阶段甲烷化阶段：乙酸和：乙酸和H H2 2 被甲烷细菌被甲烷细菌( (乙酸分解甲乙酸分解甲烷细菌和烷细菌和H H2 2氧化甲烷细氧化甲烷细菌菌) )利用生成甲烷。利用生成甲烷。发酵酸化阶

41、段发酵酸化阶段： 发酵细菌对发酵细菌对水解产物进行水解产物进行胞内代谢胞内代谢，主，主要产生有机酸和醇类（丙酸、要产生有机酸和醇类（丙酸、丁酸、琥珀酸、乙酸和乳丁酸、琥珀酸、乙酸和乳酸），还有酸），还有COCO2 2、NHNH3 3、H H2 2S S、H H2 2。产氢产乙酸阶段产氢产乙酸阶段( (厌氧氧厌氧氧化阶段化阶段) ): :专性厌氧的产专性厌氧的产氢产乙酸细菌氢产乙酸细菌将上阶段将上阶段产生的有机酸和醇类生产生的有机酸和醇类生成乙酸、成乙酸、H H2 2、COCO2 2；同型同型乙酸细菌乙酸细菌将将H H2 2 和和 COCO2 2合成合成乙酸。乙酸。4.2生物生物处理技处理技术术

42、(1)温度因素：随着温度升高有机物分解速度加快，产气量增大。温度因素：随着温度升高有机物分解速度加快，产气量增大。温度变化范围为温度变化范围为(1.52.0)。低温发酵低温发酵：低于：低于20 ，产气量低，受气候影响大，不加料情产气量低，受气候影响大，不加料情况下况下35d。中温发酵：中温发酵：37，产气量约产气量约11.3m3/(m3d)；发酵时间；发酵时间20d，卫生化低。卫生化低。高温发酵：高温发酵：53 ，产气量约产气量约3.04.0m3/(m3.d)；发酵时间；发酵时间10d，卫生化高。卫生化高。对寄生虫卵的杀灭率较可达对寄生虫卵的杀灭率较可达99%，大肠菌指数可，大肠菌指数可达达1

43、0100，能满足卫生要求（蛔虫卵的杀灭率在，能满足卫生要求（蛔虫卵的杀灭率在95%以上，以上，大肠菌指数大肠菌指数10100）。n当有当有3的变化时，就会抑制发酵速率，有的变化时，就会抑制发酵速率，有5的急剧变的急剧变化时，就会突然停止产气，使有机酸大量积累而破坏厌氧发化时，就会突然停止产气，使有机酸大量积累而破坏厌氧发酵。酵。（四）（四） 厌氧发酵的影响因素厌氧发酵的影响因素4.2生物生物处理技处理技术术(2)发酵细菌的营养及发酵细菌的营养及C/N C/N在在(1020):1为宜为宜，太高，细胞氮量不足，系统的，太高，细胞氮量不足，系统的缓冲能力低，缓冲能力低，pH 值易降低；太低，氮量过多

44、，值易降低；太低，氮量过多， pH 值值可能上升，铵盐容易积累，会抑制发酵进程。可能上升，铵盐容易积累，会抑制发酵进程。(3)混合均匀程度混合均匀程度 厌氧发酵是由细菌体的内酶和外酶与底物进行的接触厌氧发酵是由细菌体的内酶和外酶与底物进行的接触反应。因此必须使反应。因此必须使两者充分混合两者充分混合。对于。对于液态液态发酵用发酵用充充液搅拌法液搅拌法；对于；对于固态或半固态固态或半固态用用充气搅拌法和机械搅充气搅拌法和机械搅拌法拌法等。等。4.2生物生物处理技处理技术术（4）有毒物质）有毒物质重金属重金属离子对甲烷发酵的抑制使离子对甲烷发酵的抑制使酶发生变性或者酶发生变性或者沉淀。与酶结合产生

45、变性；遇氢氧化物使酶沉淀。沉淀。与酶结合产生变性；遇氢氧化物使酶沉淀。阴离子阴离子的毒害：主要是的毒害：主要是S2-，来源：无机硫酸盐还原；，来源：无机硫酸盐还原；蛋白质分解释放出蛋白质分解释放出S2-。氨氨的毒害：的毒害：NH4+150mg/L，发酵受抑制。，发酵受抑制。物质浓度物质浓度毒域浓度界限毒域浓度界限/(mol/L)碱金属和碱土金属碱金属和碱土金属Ca2+，Mg2+，Na+，K+10110+6重金属重金属Cu2+，Ni2+，Zn2+，Hg2+，Fe2+105103H+和和OH106104胺类胺类105100有机物质有机物质1061004.2生物生物处理技处理技术术（5）酸碱度、）酸

46、碱度、pH值和发酵液的缓冲作用值和发酵液的缓冲作用 水解、发酵菌及产氢产乙酸菌对水解、发酵菌及产氢产乙酸菌对pH值的适值的适应范围大致为应范围大致为56.5 ，而甲烷菌对，而甲烷菌对pH值的适应值的适应范围为范围为6.67.5之间。发酵液中的之间。发酵液中的碳酸及氨碳酸及氨的存的存在，在，使其具有一定的缓冲性使其具有一定的缓冲性。碱度碱度指沼气发酵指沼气发酵液结合液结合H+的能力，的能力，是衡量发酵体系缓冲能力的是衡量发酵体系缓冲能力的尺度，由碳酸盐尺度，由碳酸盐(CO32-)、重碳酸盐、重碳酸盐(HCO3-)、部、部分氢氧化物分氢氧化物(OH-)组成，组成，应应在在2000mg/L以上以上。

47、（6）不同发酵基质上生长的发酵菌群不同发酵基质上生长的发酵菌群种群种群不同不同4.2生物生物处理技处理技术术( (五五) )厌氧发酵系统设备厌氧发酵系统设备1、传统的发酵系统、传统的发酵系统（1）结构）结构 发酵罐是核心，附属设备有气压表、发酵罐是核心，附属设备有气压表、导气管、出料机、预处理装置、导气管、出料机、预处理装置、搅拌器、加热管等。搅拌器、加热管等。（2）工作原理）工作原理 物料从上部或顶部投入池内，经与池中原有的厌氧活性污泥混合物料从上部或顶部投入池内，经与池中原有的厌氧活性污泥混合接触后，通过厌氧微生物的吸附、吸收和生物降解作用，使生污接触后，通过厌氧微生物的吸附、吸收和生物降

48、解作用，使生污泥或废水中的有机物转化为以甲烷和二氧化碳为主的气态产物泥或废水中的有机物转化为以甲烷和二氧化碳为主的气态产物生物气（即沼气）。生物气（即沼气）。4.2生物生物处理技处理技术术u 发酵间为圆形，两侧带有进出料口，发酵间为圆形，两侧带有进出料口，容积为容积为6m3、8m3、10m3、12m3；池顶有活动盖板。池盖和池底是具池顶有活动盖板。池盖和池底是具有一定曲率半径的壳体，主要结构有一定曲率半径的壳体，主要结构包括包括加料管、发酵间、出料管、水加料管、发酵间、出料管、水压间、导气管压间、导气管等几个部分。等几个部分。u 优点：优点：结构较简单，造价低，施结构较简单，造价低，施工方便。

49、工方便。u 缺点：缺点：气压不稳定，对产气不利；气压不稳定，对产气不利；池温低，影响产气，原料利用率低池温低，影响产气，原料利用率低（仅（仅10%20%）；大换料和密封）；大换料和密封都不方便；产气率低都不方便；产气率低平均平均0.10.15m3/m3.d，对防渗措施的，对防渗措施的要求较高给沼气池的设计带来一定要求较高给沼气池的设计带来一定困难。困难。（3）常用类型）常用类型(5种种)立式圆形水压式沼气池立式圆形水压式沼气池4.2生物生物处理技处理技术术立式圆形浮罩式沼气池立式圆形浮罩式沼气池 将发酵间与贮气间分开，将发酵间与贮气间分开，产生的产生的沼气由浮沉式的气罩贮存起来。沼气由浮沉式的

50、气罩贮存起来。气罩可直接安装在沼气发酵池顶，气罩可直接安装在沼气发酵池顶，也可安装在沼气发酵池侧。也可安装在沼气发酵池侧。浮沉式气罩由浮沉式气罩由水封池和气罩水封池和气罩两部两部分组成。当沼气压力大于气罩重分组成。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。当用轨道上升，直至平衡为止。当用气时，罩内气压下降，气罩也随气时，罩内气压下降，气罩也随之下沉。之下沉。特点：特点：将发酵间与贮气间分开，将发酵间与贮气间分开，具有压力低、发酵好、产气多等具有压力低、发酵好、产气多等优点。优点。顶浮罩式沼气贮气池造价顶浮罩式沼气贮气池造价比较低，但气压

51、不够稳定。侧浮比较低，但气压不够稳定。侧浮罩式沼气贮气池气压稳定，比较罩式沼气贮气池气压稳定，比较适合发酵工艺的要求，但对材料适合发酵工艺的要求，但对材料要求比较高，造价昂贵。要求比较高，造价昂贵。4.2生物生物处理技处理技术术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4.2生物生物处理技处理技术术长方形（或方形）发酵池长方形（或方形）发酵池联合沼气池联合沼气池4.2生物生物处理技处理技术术2、沼气发酵池的管理、沼气发酵池的管理（1）装料）装料：预先在池底铺一层熟污泥。：预先在池底铺一层熟污泥。（2）搅拌）搅拌：每日三、四次，不使物料下沉。：每日三、四次，不使物料下沉。（3）温度）温度：5060，并保温。，并保温。（4）供料）供料：每日加