第六章 有机固体废物堆肥与厌氧发酵课件.ppt

第六章 有机固体废物堆肥和厌氧发酵,一 概述二 堆肥原理及影响因素有机废物堆肥工艺好氧堆肥设备有机固体废物的厌氧发酵原理厌氧发酵设备与工艺沼气与沼渣的综合利用,目录,一 、概述,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,堆肥和厌氧发酵,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,一 、概述,1.堆肥化定义、作用堆肥化（Composting）：就是在控制条件下，利用自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，使可被生物降解的有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。,二、堆肥原理及影响因素,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。,二、堆肥原理及影响因素,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、NH4+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CO2的供给源,二、堆肥原理及影响因素,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。,二、堆肥原理及影响因素,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5560，极限可达8090，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，312个月。,二、堆肥原理及影响因素,2.好氧堆废原理,有机物的好氧堆肥分解,二、堆肥原理及影响因素,1）有机物氧化,不含氮有机物：含氮有机物CsHtNuOvaH2O+bO2 CwHxNyOzcH2O+dH2O(气)+eH2O(液)+fCO2+gNH3+热量,堆肥,二、堆肥原理及影响因素,2）细胞质的合成,细胞质,二、堆肥原理及影响因素,3）细胞质的氧化,C5H7NO2+5O25CO2+2H2O+NH3+能量,二、堆肥原理及影响因素,3.好氧堆肥的过程,中温阶段高温阶段腐熟阶段,二、堆肥原理及影响因素,1）中温阶段,初期，堆层呈中温（1545），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,二、堆肥原理及影响因素,二、堆肥原理及其影响因素,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。,表6-1 几种常见病菌与寄生虫的死亡温度,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。,二、堆肥原理及影响因素,4.影响好氧堆肥的主要因素,对于高温二次发酵堆肥工艺来说，通风供氧、堆料含水率、温度是最主要的发酵条件有机质含量、粒度、C/N、C/P、pH也有影响,二、堆肥原理及影响因素,1）通风,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。,二、堆肥原理及影响因素,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45%60%太低时，可配以粪水或污泥调节,二、堆肥原理及影响因素,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,二、堆肥原理及影响因素,4）其它影响因素,有机质含量 温度和供氧 2080粒度 表面积大小和供氧 适宜1260mmC/N比 （430）:1C/P比 （75150）:1pH 7.58.5,二、堆肥原理及影响因素,4.堆肥的腐熟度及其判定,（1）定义指成品堆肥的稳定程度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,二、堆肥原理及影响因素,（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：O2/CO2测定仪来自动显示堆层O2和CO2浓度在单位时间内的变化值,二、堆肥原理及影响因素,（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。,三、有机物堆肥工艺,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（37d），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,三、有机物堆肥工艺,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。,三、有机物堆肥工艺,三、有机物堆肥工艺,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1012d。,三、有机物堆肥工艺,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12m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2030d。,三、有机物堆肥工艺,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。,三、有机物堆肥工艺,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,三、有机物堆肥工艺,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。,三、有机物堆肥工艺,四、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,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,四、好氧堆肥设备,（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,四、好氧堆肥设备,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.,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。,四、好氧堆肥设备,（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,四、好氧堆肥设备,（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,四、好氧堆肥设备,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,（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,2.筒 仓 式 堆 肥 发 酵 仓,四、好氧堆肥设备,（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,四、好氧堆肥设备,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。,四、好氧堆肥设备,3.卧 式 堆 肥 发 酵 滚 筒,旋转发酵池 结构,四、好氧堆肥设备,旋转发酵池：概况,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,四、好氧堆肥设备,旋转发酵池：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,四、好氧堆肥设备,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。,旋转发酵池：缺点,四、好氧堆肥设备,4.箱 式 堆 肥 发 酵 池,卧式刮板发酵池：结构,四、好氧堆肥设备,卧式刮板发酵池：概况,平面型（最大槽长为25米，堆积高度1.5米），能横向行走的刮板进行锯齿形运行，同时进行原料的重复搅拌和输送，原料缓慢堆积放在与刮板相反方向的叶片上。一次发酵天数：812天,四、好氧堆肥设备,卧式刮板发酵池：优点,利用旋转刮板重复切断，无压实呈块现象，通气性能好，发酵时间短； 通气阻力小，动力消耗少；,四、好氧堆肥设备,卧式刮板发酵池：缺点,占地面积大；环境条件差；除臭设备体积大。,四、好氧堆肥设备,戽斗翻倒式发酵池,卧式桨叶发酵池,四、好氧堆肥设备,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。,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。,四、好氧堆肥设备,箱 式 堆 肥 发 酵 池：一次发酵天数,戽斗翻倒式发酵池812天,卧式桨叶发酵池812天,四、好氧堆肥设备,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,四、好氧堆肥设备,5.堆 集 式,气 流 箱 式,定 箱 槽 式,四、好氧堆肥设备,堆积式：概况,气 流 箱 式室外堆积式（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,定 箱 槽 式室内堆积式（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,四、好氧堆肥设备,卧式刮板发酵池：优点、缺点,气 流 箱 式设备简单，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。,定 箱 槽 式设备简单。 除臭设备体积大；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。,四、好氧堆肥设备,五、有机固体废物的厌氧发酵原理,（一）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、H2.H2S、O2.N2.NH4.PH3和CmHn等,1.沼气,五、有机固体废物的厌氧发酵原理,人们把由60%CH4和40%CO2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0.851m3沼气的热值与1kg原煤相当，燃烧热效率比煤大3.3倍，1m3沼气能顶3.3kg原煤使用。,表6-2 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。,五、有机固体废物的厌氧发酵原理,2.厌氧发酵,厌氧发酵：也称沼气发酵或甲烷发酵，是指在厌氧条件下，有机物被厌氧微生物转化为甲烷（或称沼气）的过程。厌氧发酵工艺：采用人工方法，创造厌氧细菌所需的营养条件，使其在一定设备内具有很高的浓度，使厌氧分解过程大大加快。,五、有机固体废物的厌氧发酵原理,（二）有机物厌氧发酵原理,五、有机固体废物的厌氧发酵原理,1)发酵的几个阶段,液化（水解）阶段：不溶性大分子有机物水溶性小分子有机物酸化阶段：小分子有机物有机酸、乙醇、丙酮等有机物+ H2/CO2乙酸及甲酸、甲醇、甲胺等C1类化合物+H2/CO2产甲烷阶段：H2还原CO2乙酸的分解,五、有机固体废物的厌氧发酵原理,2）厌氧发酵过程微生物,第一阶段：水解发酵细菌，包括纤维素分解菌、蛋白质水解菌。第二阶段：产氢、产乙酸细菌，有S菌株第三阶段：两组不同的产甲烷细菌群：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。,五、有机固体废物的厌氧发酵原理,（二）发酵原料和产气计算,1.发酵原料,堆肥原料都可以作沼气发酵原料有城市垃圾、禽畜粪便、污泥、农林废物、泔脚和食品垃圾,五、有机固体废物的厌氧发酵原理,2.常见发酵原料的理论产气量,（1）甲烷产量E0.37A+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。,五、有机固体废物的厌氧发酵原理,（2）二氧化碳产量E0.37A+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。,表6-3 农村常见沼气发酵原料的组分和理论产气量,五、有机固体废物的厌氧发酵原理,3.原料的产气率和甲烷含量,沼气发酵原料的产气率：单位重量的原料在发酵过程中产生的沼气量。通常用原料所含总固体（TS）的量作原料单位,五、有机固体废物的厌氧发酵原理,4.原料的总固体百分含量和总固体量,原料的总固体百分含量：总固体量：WTS=WMTS式中：MTS发酵原料总固体百分含量，； W1发酵原料样品重量，g； W2样品在1052下烘干重量，g； W发酵原料重量，g； WTS发酵原料所含总固体量，g,五、有机固体废物的厌氧发酵原理,5.原料的碳氮比,与好氧微生物相同，厌氧微生物对原料碳氮比也有一定要求。,六、厌氧发酵设备与工艺,图 沼气发酵罐工作原理图,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。,六、厌氧发酵设备与工艺,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0.10.15M3/M3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。,六、厌氧发酵设备与工艺,立式圆形浮罩式沼气池,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。,六、厌氧发酵设备与工艺,三、创新点与国内外影响,长方形（或方形）发酵池,三、创新点与国内外影响,联合沼气池,三、创新点与国内外影响,立式圆形半埋式沼气发酵池组,（二）沼气系统,沼气系统包括沼气的收集、运输、净化、贮存、使用及附属设备等。根据贮气柜中沼气压力的不同，分为低压沼气系统和中压沼气系统。,六、厌氧发酵设备与工艺,1.低压和中压沼气系统,1消化池；2排水器；3脱硫装置；4贮气柜；5锅炉；6余气燃烧器；7缓冲器 8压缩机a 安全阀；b 止火器；c 流量计；d 减压阀；e 紧急截止阀,六、厌氧发酵设备与工艺,2.集气室,集气室建于沼气反应器的顶部，沼气由集气室的最高处用管道引出，集气室要保持一定的容积，能维持沼气压力的相对稳定，能防止浮渣或消化液进入沼气排出管。有三相分离器时，还要防止沼气进入沉淀室。集气室要有良好的气密性，防止沼气外溢和空气渗入。,六、厌氧发酵设备与工艺,3.输气管和配气管,集气室至贮气柜间的沼气管称为输气管，贮气柜至用户之间的沼气管道称为配气管。,六、厌氧发酵设备与工艺,4.脱硫装置,为了防止H2S的危害，通常设置脱硫装置将其除去。脱硫装置一般设置在贮气柜前的输气管上。,六、厌氧发酵设备与工艺,脱硫方法,干法是将氧化铁屑（或铁粉）和木屑拌合制成脱硫剂，以湿态（含水40%）填充于脱硫装置内，当沼气通过时，经如下反应而达到脱硫的目的：Fe2O33H2O + 3H2S Fe2S3 + 6 H2O Fe2O33H2O + 3H2S 2FeS + S + 6 H2O当脱硫剂失效后，曝晒再生或更换新料。,六、厌氧发酵设备与工艺,-湿法,湿法是用水或碱液洗涤沼气。碱液比水洗的效果好。其反应如下：Na2CO3 + H2S NaHS + NaHCO3 Na2OH + H2S NaHS + H2O碱洗后的废液可采用催化法脱硫，再生后的碱液可循环再用。碱洗液种中的含碱量约为23%。经过脱硫后，沼气中的H2S含量应低于5010-6。,六、厌氧发酵设备与工艺,5.贮气柜,（A）低压贮气柜；（B）中压贮气柜,六、厌氧发酵设备与工艺,6.止火器,止火器（或逆火防止器）的作用是防止明火沿沼气管道流窜，引起贮气柜、集气室及其它重要附属设备的爆炸。止火器有湿式和干式两种。,六、厌氧发酵设备与工艺,（1）热阀板式；（2）水封筒式；（3）金属网式,六、厌氧发酵设备与工艺,1）干式止火器,干式止火器由装于法兰盒中的多层金属网组成，当明火通过金属网时，因散热快而使温度降至燃点以下，使火熄灭。,六、厌氧发酵设备与工艺,2）湿式止火器,湿式止火器实际上是一个水封筒，沼气从中心管底口进入，穿过水层，从侧管流出。水封高度根据系统沼气压力而定，一般为300500mm。为了维持水封高度稳定，应采用连续供水和溢流方式。水封筒还应设有水位观察管。,六、厌氧发酵设备与工艺,（三）发酵工艺,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。,1.沼气发酵工艺,六、厌氧发酵设备与工艺,2.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。,六、厌氧发酵设备与工艺,1）高温发酵,指发酵温度在5060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2.0m3/m3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。,六、厌氧发酵设备与工艺,2）中温发酵,发酵温度维持在3035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1m3/m3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。,六、厌氧发酵设备与工艺,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。,六、厌氧发酵设备与工艺,3.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,六、厌氧发酵设备与工艺,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。,六、厌氧发酵设备与工艺,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。,六、厌氧发酵设备与工艺,3.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。,六、厌氧发酵设备与工艺,（2）半发酵,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。,六、厌氧发酵设备与工艺,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。,六、厌氧发酵设备与工艺,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,六、厌氧发酵设备与工艺,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。,六、厌氧发酵设备与工艺,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。,六、厌氧发酵设备与工艺,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400C600C时,六、厌氧发酵设备与工艺,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。,六、厌氧发酵设备与工艺,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。,六、厌氧发酵设备与工艺,（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。,六、厌氧发酵设备与工艺,（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。,六、厌氧发酵设备与工艺,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,二步发酵工艺处理固体有机垃圾工艺流程示意图,（四）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。,六、厌氧发酵设备与工艺,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。,六、厌氧发酵设备与工艺,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,六、厌氧发酵设备与工艺,七、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,2.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,七、沼气与沼渣的综合利用,3.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。,七、沼气与沼渣的综合利用,4.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。沼液有助于作物抗病防虫。,七、沼气与沼渣的综合利用,3.沼渣的利用,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。,七、沼气与沼渣的综合利用,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,七、沼气与沼渣的综合利用,