固體廢物生物處理

固體廢物的生物處理2021/6/271

利用生物體或生物體的某些組成部分或某些功能，來處理固體廢棄物，使其無害化，或者采用生物方法和技術在使廢棄物無害化的同時來生產(chǎn)或回收有用的產(chǎn)品。簡言之，凡采用與生物有關的技術來處理利用固體廢物的方法，都可稱之固體廢物生物處理技術。

它是固體廢物穩(wěn)定化、無害化處理的重要方式之一，也是實現(xiàn)固體廢物資源化、能源化的系統(tǒng)技術之一。與非生物處理方法相比，生物處理技術具有成本低廉，能耗低，簡便易行，無或少二次污染，生產(chǎn)效率或物質(zhì)轉化效率高等優(yōu)點。何謂生物處理？2021/6/272好氧堆肥技術（高溫快速堆肥技術）；厭氧發(fā)酵技術（沼氣化）糖化、蛋白化和乙醇化技術；飼料化技術：將有機廢棄物轉化為食用菌栽培基質(zhì)并形成擔子菌發(fā)酵飼料；有機廢棄物制氫技術，尾礦和低品位礦石的微生物濕法冶煉提取金屬技術等。生物處理的方法有哪些？1.微生物進行的方法

2021/6/2732.利用植物或動物的方法：

重金屬污染土壤植物修復技術：利用重金屬超積累植物吸取土壤中的重金屬，使土壤得以凈化。有機廢物的蚯蚓處理技術：利用蚯蚓將城市垃圾，污泥和農(nóng)林廢棄物轉化為優(yōu)質(zhì)肥料，并獲得蚯蚓蛋白飼料的技術等。

2021/6/274大多數(shù)有機廢物，它們能為微生物可降解，為生物活動提供物質(zhì)和能量來源。如城市垃圾、污泥、農(nóng)業(yè)秸稈、畜禽糞便、藥渣等那些固體廢物可進行生物處理？2021/6/275那些固體廢物可進行生物處理？城市垃圾污泥無奈的處置方法——污泥的堆存2021/6/276秸稈類中藥藥渣類畜禽糞便類Continued2021/6/277鋸木屑2021/6/278

此外，也有一些雖不是有機廢物，但也能通過微生物的直接與間接作用，去除其有害成分或通過生物處理回收有益成分，從而達到廢物資源化。如重金屬或有機物（如石油）污染的土壤、金屬尾礦等。那些固體廢物可進行生物處理(續(xù)）2021/6/279石油污染土壤的生物修復2021/6/2710

堆肥化是在有控制的條件下，使有機廢棄物在微生物（主要為細菌）作用下，發(fā)生降解，并同時使有機物發(fā)生生物穩(wěn)定作用（向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)方向轉化）的過程。堆肥化后的產(chǎn)物稱之為堆肥。堆肥技術在中國源遠流長，是古代勞動人民的智慧結晶，是為人類所掌握的“第一種”生物技術（Firstbiotechnology)?，F(xiàn)在在歐美的社區(qū)與個人庭院非常流行。廢棄物經(jīng)過堆肥處理后，結構蓬松，無臭，病原菌能被大幅度滅活，體積減少，水分含量降低。另外，廢棄物腐殖化程度極大提高，農(nóng)地利用不會出現(xiàn)燒苗，燒根的現(xiàn)象。而且能極大改善土壤結構性能，提高土壤保水保肥能力，堆肥本身又富有大量的微生物，因而施用堆肥可明顯提高土壤的生物活性，可有效加速土壤物質(zhì)的生物化學循環(huán)。一、固體廢物的好氧堆肥處理研究概念2021/6/2711

按堆制過程的需氧過程可分為好氧堆肥和厭氧堆肥；按原料發(fā)酵所處狀態(tài)可分為發(fā)酵倉式堆肥和無發(fā)酵裝置系統(tǒng)堆肥；無發(fā)酵裝置好氧堆肥系統(tǒng)又分為露天條垛式翻堆供氧堆肥法和固定堆強制通風堆肥法兩種。

好氧堆肥化是在通風條件下，有游離氧存在時進行的分解發(fā)酵過程。好氧堆肥堆溫高，一般在55℃以上，可維持7-11天，極限可達80℃以上，亦稱高溫堆肥法。由于好氧堆肥法具有堆肥周期短、無害化程度高、衛(wèi)生條件好、易于機械化操作等優(yōu)點，在有關污泥、城市垃圾、畜禽糞便和農(nóng)業(yè)秸稈等堆肥中被廣泛采用。堆肥類型2021/6/2712碳氮是堆肥微生物所需要的主要能量來源和物質(zhì)來源，合適的碳氮比是保證堆肥成功的關鍵因素之一，因此，堆肥常需要含碳較多的原料與含氮多的原料合理搭配（20：1~30：1）。堆肥原料2021/6/2713

好氧堆肥是在有氧條件下，好氧微生物通過自身的分解代謝和合成代謝過程，將一部分有機物分解氧化成簡單的無機物，從中獲得微生物新陳代謝所需要的能量，同時將一部分的有機物轉化合成新的細胞物質(zhì)的過程（見圖2-2）。2021/6/2714

堆肥的結果是廢棄物中有機物向穩(wěn)定化程度較高的腐殖質(zhì)方向轉化,腐殖質(zhì)的形成十分復雜，其生物學過程示意如下（圖2-3）：值得指出的是，腐殖質(zhì)形成非常緩慢，在有限的堆肥時間不可能形成大量腐殖物質(zhì)，但采用各種光譜分析的確發(fā)現(xiàn)，堆肥有機物結構芳構化程度明顯有所提高。2021/6/2715減容除臭穩(wěn)定化與無害化堆肥的好處2021/6/2716堆肥中的微生物學2021/6/2717好氧堆肥的微生物學過程可大致分為如下三個階段，每個階段都有其獨特的微生物類群：1）、產(chǎn)熱階段：堆肥初期（通常在1-3天），肥堆中嗜溫性微生物利用可溶性和易降解性有機物作為營養(yǎng)和能量來源，迅速增殖，并釋放出熱能，使肥堆溫度不斷上升。此階段溫度在室溫至45℃范圍內(nèi)，微生物以中溫、需氧型為主，通常是一些無芽胞細菌。微生物類型較多，主要是細菌、真菌和放線菌。其中細菌主要利用水溶性單糖等，放線菌和真菌對于分解纖維素和半纖維素物質(zhì)具有特殊的功能。堆肥的微生物學過程2021/6/27182）、高溫階段：當肥堆溫度上升到45℃以上時，即進入高溫階段。通常從堆積發(fā)酵開始，只須3天時間肥堆溫度便能迅速地升高到55℃，1周內(nèi)堆溫可達到最高值（最高溫可達80℃）。此時，嗜溫性微生物受到抑制，嗜熱性微生物逐漸取而代之。除前一階段殘留的和新形成的可溶性有機物繼續(xù)分解轉化外，半纖維素、纖維素、蛋白質(zhì)等復雜有機物也開始強烈分解。在50℃左右進行活動的主要是嗜熱性真菌和放線菌；溫度上升到60℃時，真菌幾乎完全停止活動，僅有嗜熱性放線菌和細菌活動；溫度上升到70℃以上時，大多數(shù)嗜熱性微生物已不適宜，微生物大量死亡或進入休眠狀態(tài)。高溫對于堆肥的快速腐熟起到重要作用，在此階段中堆肥內(nèi)開始了腐殖質(zhì)的形成過程，并開始出現(xiàn)能溶解于弱堿的黑色物質(zhì)。通過高溫能有效殺滅有機廢棄物中病原物，按我國高溫堆肥衛(wèi)生標準（GB7959-87），要求堆肥最高溫度達50～55℃以上，持續(xù)5-7天。表2-3列舉了常見的病原物致死溫度和時間，表2-4為我國高溫堆肥的衛(wèi)生標準。2021/6/27192021/6/27202021/6/27213）、腐熟階段：在高溫階段末期，只剩下部分較難分解的有機物和新形成的腐殖質(zhì)，此時微生物活性下降，發(fā)熱量減少，溫度下降。此時嗜溫性微生物再占優(yōu)勢，對殘留較難分解的有機物作進一步分解，腐殖質(zhì)不斷增多且趨于穩(wěn)定化，此時堆肥進入腐熟階段。降溫后，需氧量大量減少，肥堆空隙增大，氧擴散能力增強，此時只需自然通風。在強制通風堆肥中常見的后熟處理，即是將通氣堆翻堆一次后，停止通氣，讓其腐熟。

2021/6/2722圖2-5是采用翻堆供氧和強制通風供氧進行污泥堆肥的溫度變化圖，從中可明顯區(qū)分出不同堆肥階段。強制通風供氧翻堆供氧2021/6/2723OrganismMesophilicstageThermophilicstageStabilizationstageSpeciespresent--------------------#g-1--------------------#BacteriaMesophilicThermophilic108104106109101110761ActinomycetesThermophilic10410810514FungiMesophilicThermophilic1061031031071051061816堆肥過程中微生物群落變化2021/6/2724

攪拌翻堆條垛式發(fā)酵工藝（Windrowcomposting）物料以垛狀堆置，可以排列成多條平行的條垛，條垛的斷面形狀通常為三角形或梯形，物料的成垛堆放可以用鏟車進行操作（見圖2-6a）。在大規(guī)模的條垛系統(tǒng)中，物料的翻動可通過移動式翻堆設備進行，圖2-6b是融翻堆、粉碎、測溫、測氧于一體的可移動的堆肥翻堆設備。對于濕度較高的有機物，例如，城市污泥，畜禽糞便等等在堆置前必須與干燥的蓬松劑或調(diào)理劑混合，使其混合后堆料的含水率為55-65%。蓬松劑可采用各種農(nóng)業(yè)秸稈、稻殼、木屑、樹皮、甘蔗渣和干燥的回流堆肥產(chǎn)物等。

好氧堆肥的基本工藝程序2021/6/2725其發(fā)酵工藝流程見2-7通常在堆置后每4-7天可翻堆一次，1個月后可停止翻堆，讓其后熟。對于垃圾堆肥，堆肥前必須進行前處理，主要是對垃圾分選，去除粗大的無機物，回收各種金屬，玻璃，塑料等，提高物料中可堆肥物質(zhì)的比例。在前處理中有時需要對垃圾進行破碎處理，調(diào)整垃圾的粒度，適宜的粒度范圍是12～60mm。破碎與篩分可使原料的表面積增大，便于微生物繁殖，提高發(fā)酵速度。垃圾堆肥通常不需要加調(diào)理劑和蓬松劑，只有水分含量適宜，有機物含量達20%以上，通常便可以單獨堆肥。2021/6/27262021/6/2727攪拌翻堆設備2021/6/2728強制通風式固定垛發(fā)酵工藝（Aeratedstaticpile）

該工藝與前者不同之處就在于物料在堆肥過程中不需要翻堆，氧氣的供應是通過機械鼓風或抽風方式來提供，該工藝在污泥堆肥中應用非常普遍,其流程如圖2-8所示。2021/6/2729①將脫水污泥與蓬松劑混合，體積比可為1:1,1:2,1:3；②在堆肥場地上鋪設小木塊或蓬松劑約20cm；③在上述基礎上，將污泥與蓬松劑的混合物堆成高約1.5～2M的垛；④將垛的表面覆蓋一層過篩后的堆肥產(chǎn)物(厚約20cm)或覆蓋一層塑料薄膜；⑤將鼓風機或抽風機與通風管道連接，肥堆堆積3-4天后開始通風，通風方式可以采用肥堆溫度或氧氣反饋裝置自動調(diào)節(jié)。例如，在溫度低于45℃時，風機開始工作，提供氧氣，促進微生物的活動；當溫度處于45～70℃時，風機停止工作；當溫度高于70℃時，風機再度工作，以降低肥堆的溫度。也可以通過定時器控制風機的工作，例如，可每隔3小時通風15～30分鐘。⑥若采用抽風方式，風機出來的氣體通常先通過腐熟后的堆肥過濾脫臭，再排入大氣。⑦通常堆肥4周后，肥堆翻堆一次，并停止通風，讓其后熟，若需要得到高度腐熟的堆肥，后熟時間最好為30天以上。⑧堆腐后的物料通常需要干燥，可以采用自然露天晾干的方法，也可以重新將鼓風機開啟，保持大風量來驅逐水分。⑨若堆肥中的蓬松劑（例如小木塊）需要循環(huán)利用，還必須對堆肥進行篩分具體做法2021/6/27302021/6/2731現(xiàn)代化的城市垃圾堆肥法通常由預處理（包括分選、破碎、含水率和C/N比的調(diào)整等）、一次發(fā)酵（也稱主發(fā)酵，指從發(fā)酵初期開始，經(jīng)中溫、高溫然后到達溫度開始下降的整個過程，一般為2～3周）、二次發(fā)酵（也稱后發(fā)酵，指堆肥經(jīng)過高溫階段，溫度開始下降直至溫度穩(wěn)定至35-40℃、達到腐熟的階段，一般需3-4周）、后處理（包括去除雜質(zhì)和進行必要的破碎處理）、脫臭及貯存等工序組成。發(fā)酵倉式堆肥法2021/6/2732圖2-9是杭州市發(fā)酵倉式城市垃圾堆肥處理流程：2021/6/2733發(fā)酵倉式堆肥2021/6/27342021/6/2735其它2021/6/2736有機物含量高，養(yǎng)分豐富有惡臭含濃度不等的重金屬等污染物粘結性和可塑性特強，干燥困難

污泥的出路已成為污水處理廠十分頭痛的問題，也是危害水土環(huán)境的重要隱患污泥主要特性2021/6/2737污泥等有機廢棄物成分動態(tài)監(jiān)測高效發(fā)酵技術小型發(fā)酵場構建(研究型)野外大型發(fā)酵場(應用型)肥料化基質(zhì)化應用效果配方優(yōu)化配方優(yōu)化作用機理與應用技術研究有機廢棄物基質(zhì)化和肥料化生產(chǎn)與應用配套技術總體思路2021/6/2738一、污泥和畜禽糞便等高濕物料堆肥面臨的問題投資與運行成本臭味控制干燥二、采用的工藝：強制間歇通風工藝難點2021/6/2739污泥混合與調(diào)節(jié)水分，溫度等蓬松劑強制通風后熟干燥篩分出售或進一步深加工

部分循環(huán)蓬松劑循環(huán)使用：工藝流程2021/6/2740尾氣過濾抽風機腐熟肥堆導氣層污泥堆料空氣閥門負壓吸風式間歇通風2021/6/2741正壓鼓風式間歇通風鼓風機導氣層污泥堆料空氣閥門2021/6/2742研究用堆肥場，5-8噸/次2021/6/27432021/6/274420-50噸/次（中試）2021/6/27452021/6/27462021/6/27471、適宜的C/N比為15－40，即污泥與蓬松劑（藥渣）按體積比1:1～1:3混合；

2、水份控制在60－65％，最直觀的判斷是“手緊握堆肥物料，有水跡出現(xiàn)，但水珠不滴出”為度。

3、肥堆的高度不超過2M；4、適宜通風強度為0.35m3/t·min，每隔3小時通風30min；為原位快速使場地周圍無惡臭，通風工藝為：在堆肥前三天，采用低風量的連續(xù)負壓抽風（0.1m3/t·min)，三天后采用正常的間歇強制通風?？杀ＷC堆肥自始至終無惡臭5、最好在通風的同時，每7天翻堆一次?；蛘咴诜识呀禍睾螅岩淮?，以讓其更好后熟。主要工藝參數(shù)2021/6/2748二、固體廢物的厭氧（發(fā)酵）沼氣發(fā)酵，又稱厭氧發(fā)酵或厭氧消化，是指有機物質(zhì)（如作物秸桿、雜草、人畜糞便、垃圾、污泥及城市生活污水和工業(yè)有機廢水等）在厭氧條件下，通過種類繁多、數(shù)量巨大、功能不同的各類微生物的分解代謝，最終產(chǎn)生沼氣的過程。2021/6/2749沼氣發(fā)酵是一種存在了數(shù)十億年，在自然界非常普通的自然現(xiàn)象。夏天農(nóng)村，許多糞池表面都有一層白色的氣泡，若攪動糞池，泡沫就會從池底升起并聚集在液面，形成厚厚的一層泡沫，點燃一根火柴扔進糞池，就會看到藍色的火苗在池面漫延，氣泡消失了，火苗也滅了。這種現(xiàn)象就是糞池沼氣燃燒形成的。食品工業(yè)產(chǎn)生的大量有機廢水，未經(jīng)處理排放時，也會厭氧發(fā)酵產(chǎn)生大量的沼氣。就是人類飼養(yǎng)的牛這類反芻動物，當其打嗝時，從嘴里也會呼出不少的沼氣。有人測量過，一頭成年牛，每天產(chǎn)生的沼氣若能被利用的話，可煮好一頓飯。2021/6/2750沼氣是一種可再生能源，是由微生物產(chǎn)生的一種可燃性混合氣體，其主要成分是甲烷（CH4），大約占60%，其次是二氧化碳（CO2）大約占35%，此外還有少量其它氣體，如水蒸氣、硫化氫、一氧化碳、氮氣等。不同條件下產(chǎn)生的沼氣，其成分有一定的差異。例如人糞、雞糞、屠宰廢水發(fā)酵時，所產(chǎn)生的甲烷含量可達70%以上，農(nóng)作物秸桿發(fā)酵所產(chǎn)生的沼氣中甲烷含量一般為55%左右。甲烷實際上是一種優(yōu)質(zhì)的氣體燃料，在與適量的空氣混合發(fā)生燃燒時，可產(chǎn)生一種淡蘭色的火焰，其火焰溫度最高可達1400℃，同時放出大量的熱。沼氣2021/6/2751沼氣發(fā)酵是由多種微生物在厭氧條件下分解有機物來完成的。不同發(fā)酵原料和發(fā)酵條件下，沼氣微生物的種類會有所不同。由于參與發(fā)酵的微生物種類繁多，這就決定了發(fā)酵過程的復雜性，其產(chǎn)物除了沼氣以外也是多種多樣的。通常將參與沼氣發(fā)酵的微生物分為三類：第一類叫發(fā)酵細菌。包括各種有機物分解菌，它們能分泌胞外酶，主要作用是將復雜的有機物分解成較為簡單的物質(zhì)。例如多糖轉化為單糖，蛋白質(zhì)轉化為肽或氨基酸，脂肪轉化為甘油和脂肪酸。第二類叫產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌。其主要作用是前一類細菌分解的產(chǎn)物進一步分解成乙酸和二氧化碳。第三類細菌稱產(chǎn)甲烷菌。它們的作用是利用乙酸、氫氣和二氧化碳產(chǎn)生甲烷。在實際的發(fā)酵過程中這三類微生物既相互協(xié)調(diào)，又相互制約，共同完成產(chǎn)沼氣過程。

沼氣發(fā)酵中的微生物2021/6/2752從物質(zhì)轉化的角度來說，沼氣發(fā)酵過程可分為三個階段（見圖1）。第一階段是含碳有機聚合物的水解。纖維素、半纖維素、果膠、淀粉、脂類、蛋白質(zhì)等非水溶性含碳有機物，經(jīng)細菌水解發(fā)酵生成水溶性糖、醇、酸等分子量較小的化合物，以及氫氣和二氧化碳；第二階段是各種水溶性產(chǎn)物經(jīng)微生物降解形成甲烷底物，主要是乙酸、氫氣和二氧化碳；第三階段是產(chǎn)甲烷菌轉化甲烷底物生成CH4和CO2。另外，在沼氣發(fā)酵過程中還存在某些逆向反應，即由小分子合成大分子物質(zhì)的微生物過程。沼氣發(fā)酵的三個階段2021/6/2753沼氣發(fā)酵微生物的生命活動，需要保證充足的營養(yǎng)。有機物是沼氣發(fā)酵微生物的主要營養(yǎng)物質(zhì)，是產(chǎn)生沼氣的物質(zhì)基礎。沼氣發(fā)酵原料分布廣泛、種類繁多。一般認為除木質(zhì)素和礦物油以外的有機廢棄物都可經(jīng)沼氣發(fā)酵轉化為甲烷。近來研究表明，木質(zhì)素降解的中間產(chǎn)物------10多種芳香烴的衍生物，也可厭氧降解產(chǎn)生甲烷。因此，自然界中幾乎所有的有機物質(zhì)都可作為沼氣發(fā)酵的原料。人工制取沼氣的主要原料是畜禽糞便污水、食品加工業(yè)、制藥和化工廢水、生活污水等。在農(nóng)村，也用農(nóng)作物秸桿制取沼氣。

2021/6/2754沼氣發(fā)酵的優(yōu)點：沼氣發(fā)酵后殘渣中有機物含量減少；消化后殘渣是一種氣味很小的固體或流體，不吸引蒼蠅或鼠類；可產(chǎn)生有用的終產(chǎn)物—甲烷，它是清潔而方便的燃料；在沼氣發(fā)酵過程中雜草種子和一些病原物被殺滅；發(fā)酵過程中N、P、K等肥料成分幾乎得到全部保留，一部分有機氮被水解成氨態(tài)氮，速效性養(yǎng)分增加；發(fā)酵殘渣可作為飼料；沼氣發(fā)酵在處理有機物可大量地節(jié)省曝氣消化所消耗的能量；厭氧活性污泥可保存數(shù)月而無需投加營養(yǎng)物，當再次投料時可很快啟動.沼氣發(fā)酵的缺點：設備較復雜，建設投資較高；要求高標準的施工、管理和保養(yǎng)；由于厭氧菌繁殖速度慢，工藝啟動時間長；沼氣發(fā)酵的優(yōu)缺點2021/6/2755沼氣發(fā)酵工藝類型及其特點（1）按發(fā)酵溫度分類可將厭氧發(fā)酵工藝分為常溫發(fā)酵(自然發(fā)酵)、中溫發(fā)酵和高溫發(fā)酵。常溫發(fā)酵也稱自然發(fā)酵、變溫發(fā)酵，其主要特點為發(fā)酵溫度隨自然氣溫的四季變化規(guī)律而變化，但沼氣產(chǎn)量不穩(wěn)定，因而轉化效率低。中溫發(fā)酵的溫度控制恒定在28~38℃，因而沼氣產(chǎn)量穩(wěn)定，轉化效率較高，主要用于大中型產(chǎn)沼工程、高濃度有機廢水的處理等。高溫發(fā)酵的溫度控制在48-60℃，因而分解速度快，處理時間短，產(chǎn)氣量高，能有效殺死寄生蟲卵，但需加溫和保溫設備，主要適用于高濃度有機廢水、城市生活垃圾和糞便的無害化處理及農(nóng)作物秸桿的處理等。按照厭氧發(fā)酵的溫度、進料方式、裝置類型和原料的物理狀況、發(fā)酵裝置，可將厭氧發(fā)酵劃分為若干類型。2021/6/2756（2）按進料方式分類厭氧發(fā)酵的進料方式有批量進料、半連續(xù)進料和連續(xù)進料。批量發(fā)酵

是指將發(fā)酵原料和接種物一次性裝滿沼氣池，中途不再添加新料，產(chǎn)氣結束后一次性出料。固體含量高的原料，如作物秸桿、有機垃圾等由于日常進、出料不方便，進行沼氣發(fā)酵常采用這一方法。此類發(fā)酵方式的有機負荷率、池容產(chǎn)氣率只能計算平均值。產(chǎn)氣特點是初期少，以后逐漸增加，然后產(chǎn)氣保持基本穩(wěn)定，再后產(chǎn)氣又逐步減少，直到出料。連續(xù)發(fā)酵

是指沼氣池加滿料正常產(chǎn)氣后，每天分幾次或連續(xù)不斷地加入預先設計的原料，同時也排出相同體積的發(fā)酵料液。大中型沼氣工程通常采用。半連續(xù)發(fā)酵

是指沼氣池正常產(chǎn)氣后，不定期、不定量地添加新料，在發(fā)酵過程中，往往根據(jù)其它因素（如農(nóng)田用肥需要）不定量出料。我國農(nóng)村沼氣池通常采用這一方式。2021/6/2757（3）按原料的物理狀況分類可分為液體發(fā)酵、固體發(fā)酵和高濃度發(fā)酵。液體發(fā)酵是指固體含量在10%以下，發(fā)酵物料呈流動態(tài)的液狀物質(zhì)的厭氧發(fā)酵，如有機廢水的厭氧處理，農(nóng)村水壓式沼氣池的發(fā)酵等。固體發(fā)酵又稱干發(fā)酵，其原料總固體含量在20%左右，物料中不存在可流動的液體而呈固態(tài)，發(fā)酵過程中所產(chǎn)沼氣甲烷含量較低，氣體轉化效率較差，適用于垃圾發(fā)酵和農(nóng)村部分地區(qū)特別是缺水的北方地區(qū)的禽畜糞便處理。高濃度發(fā)酵介于液體廢酵和固體廢酵之間，發(fā)酵物料的總固體含量一般為15-20%，適用于農(nóng)村的沼氣發(fā)酵，糞便的厭氧發(fā)酵等。2021/6/2758（4）按發(fā)酵方式分類按發(fā)酵階段劃分，厭氧發(fā)酵可分為一步(單級)發(fā)酵、二步(或兩相)發(fā)酵或多步發(fā)酵。1．一步發(fā)酵

是指最常見的發(fā)酵類型。簡單地說。就是產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷是在同一裝置中進行。單級發(fā)酵對處理廢水廢物中的BOD來說，不如兩級或多級理想，但從獲得能源的角度來說是可行的。2．兩相發(fā)酵

它是根據(jù)產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷兩個不同階段是由兩類不同的微生物所調(diào)節(jié)的原理而設計的。這兩類微生物在生理學、營養(yǎng)需要、生長和代謝特征、對環(huán)境的要求和對環(huán)境刺激的敏感性等方面有重大差異。兩級發(fā)酵能大大提高產(chǎn)氣量和揮發(fā)性固體的分解效率，縮短發(fā)酵周期，節(jié)約成本和運轉費用，還能更有效地進行廢物處理。其工藝流程為：2021/6/2759（1）纖維素原料進行化學水解（如采用酸、堿），產(chǎn)生一定濃度的葡萄糖，進入酸消化器發(fā)酵產(chǎn)酸，或者是將原料直接加入酸消化器。（2）加入接種物。一般加入各種活性污泥或消化器排出物。（3）維持酸消化器的適宜發(fā)酵條件，使產(chǎn)酸菌達到優(yōu)勢生長，大量產(chǎn)生揮發(fā)酸。為此，必須控制pH在5.7左右，最多不能超過6.0，適宜Eh為－240mV，溫度22℃左右。采用加大纖維素濃度可降低pH，提高產(chǎn)酸量。這一階段的發(fā)酵產(chǎn)物為揮發(fā)酸，如乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸等，其中乙酸含量最高。（4）維持適宜的甲烷發(fā)酵條件。將酸消化器產(chǎn)生的大量揮發(fā)酸排入甲烷消化器。控制pH在7.4－7.5，適宜Eh為－330mV，適宜溫度36℃－37℃。（5）排氣兩相發(fā)酵的一般步驟2021/6/2760水壓式沼氣池是我國農(nóng)村目前推廣的主要池型，它合并發(fā)酵和貯氣于同一空間內(nèi)，下部為發(fā)酵間，上部為貯氣間。發(fā)酵時所產(chǎn)生的氣體從水中逸出后，聚集于貯氣間，使貯氣間壓力不斷升高。這樣發(fā)酵料液就被不斷升高的氣壓壓進水壓間，使水壓間水位上升，直至池內(nèi)氣壓和水壓間與發(fā)酵間的水位差所形成的壓力相等為止。產(chǎn)氣越多，水位壓就越大，壓力也越大。當沼氣被利用時，池內(nèi)氣體降低，水壓間的料液便返回發(fā)酵間。這樣，隨著氣體的產(chǎn)生和被利用，水壓間和發(fā)酵間的水位差也不斷變化，始終保持與池內(nèi)氣壓相平衡。常用發(fā)酵器2021/6/2761浮罩式沼氣池與水壓式沼氣池的區(qū)別在于：以浮罩代替氣箱。產(chǎn)氣時，沼氣輸入浮罩中貯存；用氣時，沼氣由浮罩內(nèi)輸出。浮罩式沼氣池有兩種“頂浮罩式沼氣池”（圖5）和“分離浮罩式沼氣池”（圖6）。頂浮罩式沼氣池多用作小型沼氣池，分離浮罩式沼氣池既可小型沼氣池，又可用作大、中型沼氣工程。浮罩式沼氣池的優(yōu)點是：沼氣輸出壓強恒定，給沼招氣燃燒器的使用帶來方便；發(fā)酵間的壓強小，減少了沼氣和料液的滲漏。所產(chǎn)生的沼氣，另外貯存于紅泥塑料氣袋或浮罩貯氣柜中，則稱為氣袋式或分離浮罩式沼氣池。

常用發(fā)酵器2021/6/2762（1）厭氧條件產(chǎn)酸階段的不產(chǎn)甲烷微生物大多數(shù)是厭氧茵，需要在厭氧的條件下，把復雜的有機物質(zhì)分解成簡單的有機酸等。而產(chǎn)氣階段的產(chǎn)甲烷細菌更是專性厭氧菌，不僅不需要氧，氧對產(chǎn)甲烷細菌反而有毒害作用，培養(yǎng)中要求氧化還原電位在-330毫伏以下。因此，必需創(chuàng)造厭氧的環(huán)境條件。甲烷菌的生長需要嚴格的厭氧環(huán)境，在有氧的環(huán)境中，甲烷菌不增長而受到抑制，但并不死亡。沼氣發(fā)酵的工藝條件及其控制2021/6/2763（2）溫度沼氣發(fā)酵與溫度有密切的關系。一般來講，池內(nèi)發(fā)酵液溫度在10℃以上，只要其他條件配合得好(如酸堿度適宜，發(fā)酵菌多)就可以開始發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣。不過在一定范圍內(nèi)，溫度愈高微生物活性愈強。多年的試驗結果表明，代謝速度在35-38℃有一個高峰，50-65℃有另一高峰。一般厭氧發(fā)酵?？刂圃谶@兩個溫度內(nèi)，以獲得盡可能高的降解速度，前者稱為中溫發(fā)酵，后者稱為高溫發(fā)酵，低于20℃的稱為常溫發(fā)酵。甲烷菌對溫度的急劇變化非常敏感，即使溫度只降低2℃，也能立即產(chǎn)生不良影響，產(chǎn)氣下降，溫度再次上升才又開始慢慢恢復其活性。另一方面，如果溫度上升過快，當出現(xiàn)很大溫差時會對產(chǎn)氣量產(chǎn)生不良影響。因此，厭氧發(fā)酵過程還要求溫度相對穩(wěn)定，一天內(nèi)的變化范圍在±2℃內(nèi)為宜。2021/6/2764（3）pH沼氣池正常發(fā)酵時，通常是微堿性環(huán)境，pH值大都是在7.0～7.5。對于大中型沼氣發(fā)酵工程來說，pH值通常是一個重要的監(jiān)測指標，其目的是在pH剛發(fā)生下降時，通過調(diào)整進料或采取其他措施使發(fā)酵正常。在發(fā)酵過程中，pH的變化規(guī)律是：在發(fā)酵初期由于產(chǎn)酸菌的作用，有機酸大量形成，pH下降。隨著發(fā)酵時間的延長，蛋白質(zhì)水解菌和氨化細菌的作用，產(chǎn)生緩沖劑—氨，中和有機酸并形成能緩沖發(fā)酵液pH環(huán)境的相應鹽類。在正常情況下，沼氣發(fā)酵的pH是一個自然平衡的過程，一般不需調(diào)節(jié)。只有在配料和管理不當?shù)那闆r下才會出現(xiàn)揮發(fā)酸的大量積累，pH下降。調(diào)節(jié)措施有：

（1）稀釋發(fā)酵液的揮發(fā)酸，提高pH。（2）采用加草木灰或適量氨水來提高pH。（3）用石灰水調(diào)節(jié)pH，特別是當發(fā)酵液過酸時。但需特別指出的是，加石灰水調(diào)節(jié)時，一定要采用澄清液，同時也要保證與發(fā)酵液充分混合。否則強堿區(qū)域內(nèi)微生物的活性要受到破壞。另外，在沼氣池加入石灰后，會與池中的CO2結合生成碳酸鈣沉淀。CO2是氫的受體，接受氫而形成甲烷。CO2過份減少，厭氧代謝就要受到抑制。

2021/6/2765（4）營養(yǎng)和原料處理充足的發(fā)酵原料是產(chǎn)生沼氣的物質(zhì)基礎。各種微生物在其生命活動過程中不斷地從外界吸收營養(yǎng)，以構成菌體和提供生命活動所需的能量。同時，在降解有機質(zhì)過程中形成許多中間代謝產(chǎn)物。厭氧