焚烧电厂： 固体废物的生物处理厌氧消化
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固体废物生物处理
Biological Treatment of Solid Waste
本部分重点
【概念】堆肥化 厌氧消化 浸出率 增容比
【方法原理】 堆肥原理； 厌氧消化原理； 微生物浸出机理。
蚯蚓床技术 废物生产单细胞蛋白等
堆肥化（composting）: 在
1
人工控制的环境下,依靠自然界
堆肥化处 中广泛分布的细菌、放线菌、
2 厌氧消化处理
根据消化温度划分工艺类型
厌 ➢最佳温度范围是 ➢最佳温度范围是
➢目前我国农村都采用
47～55 ℃，嗜 35～38℃，发酵速 这种消化类型。这种
氧 消
热微生物生长旺 盛分解有机物快 有机物料装置内
度要比高温的稍慢 些。有机固体废物 的投入与排出数量
工艺的消化池结构简 单、成本低廉、施工 容易、便于推广，但
搅拌
目的使厌氧反应池内的各处温度趋于均 匀，同时也是使投入的原料与池内熟料 （前期投入池内，经过一定时间反应后 的物质）能完全混合，并与微生物密切 接触，同时也可防止上层物料出现结壳 和底部物料出现酸积累，还可使反应产 物如H2S、NH3、CH4等气态物质得 以迅速地从液相中逸散出去。
毒性物质的含量
能量
可腐有机质 淤泥
沼气燃浇（Kwh）
1960 1730
气体发动机热能（Kwh）
960
850
工艺用热所占百分比（％）
30
50
气体发动机电能（Kwh） 工艺用电所占百分比
700
620
13
13
处理1000公斤废物的物料平衡
种类
可腐有机质 淤泥
生物气（kg）
145
60
腐殖质（45％）（kg） 430
400
化 工 艺
的停留时间短， 处理能力强高温 能有效灭活
约比高温时少5%。 但其产量较稳定， 转化效率较高，
➢适用于城市垃圾、 ➢主要适宜于大中型
受季节影响明显
➢消化周期须视季节和 地区的不同加以控制
粪便和有机污泥 产沼工程及高浓度
的源自文库理
➢
高温消化工艺
有机废水的处理
中温消化工艺
➢
自然温度消化工艺
2
厌氧消化处理
在整个发酵系统中，必须隔绝有毒物质 如重金属、杀虫剂等的混入。这是因 为甲烷菌种对这类物质甚为敏感，若 系统内的有毒物质超过允许浓度，将 导致阻碍产沼的发酵进程。
其它因素
停留时间：发酵产沼的总产气量与发酵装置 的分解停留时间有关。此项时间可据以判 定物料的气化和无机化程度，还可用以粗 略估算产沼量的多少。 水分含量：有机物中的含水量直接影响各类 细菌的活性，若物料缺少一定量的湿度， 则会使发酵工艺的正常进行受到不同程度 的限制，甚至完全停止。
3
2 厌氧消化处理
1 234
厌氧消化原理
厌氧消化影响因素
厌氧消化工艺
厌氧消化设备
2 厌氧消化处理
堆肥有 机物微
厌 生物 氧 消 化 原 理
细胞物质
有机酸、醇类、O2、 NH3、H2S等，能量，
微生物
细胞物质 CO2，
CH4等， 能量
2 厌氧消化处理
厌 堆肥有机 氧 物(C、N、
O、H、
消 P、S等) 化 原 理
细胞物质(微生物繁殖)
有机酸、醇类、 CO2、H2S、 NH3、能量
细胞物质
CO2、 CH4等，
能量
酸性发酵阶段
碱性发酵阶段
二阶段论
厌氧发酵三阶段
各阶段主要菌群
三阶段论
沼气理论产量及成分
物质类别
沼气产量
成分体积百分比
（升／千克干质） 甲烷 二氧化碳
碳水化合物
790
50
50
蛋白质
704
71
29
脂肪
废水（kg）
425
540
一般每吨可腐有机物经过厌氧发酵可生产腐殖质 （含水率55％）约400公斤,沼气100～130m3,这 些沼气如转换为电能约为200Kwh。
2 厌氧消化处理
抑制物
pH
其它因素
温度
厌氧消化的 影响因素
接种物
原料配比
厌氧条件
搅拌
原料的配比
配料时应控制适宜的碳氮比。各种有机物中碳、 氮元素的含量差异很大，一般将碳氮比值大的有 机物称为贫氮有机物，如农作物的秸杆等，而将 碳氮比值小的有机物称为富氮有机物，如人畜粪 尿、富含氮的污泥（丰经处理的污泥，其C/N约 为16:1）等。合理的配比才能获得较高的产气量。 大量的报导和实验表明，当厌氧消化反应物的碳 氮比为（20～30）:1时较为适宜，而当厌氧消化 反应的碳氮比为35:1时的产甲烷量则将呈明显下 降趋势。
温度
温度是影响产气量的主要因素之一，研究表明； 在细菌活动的一定温度范围内，温度越高，产气 量也高。这是因为温度高时，原料中的细菌活跃， 分解有机物的速度快，从而使产气量得以增加； 此外，处于较高温度下的气体在液相中的溶解度 也有所降低，这对厌氧的消化过程是有利的。虽 然温度越高，发酵的效果也越好，但是与此相反， 这时的管理工作也就越复杂。
pH值和酸碱度
对甲烷菌而言，需维持在弱碱性环境之中，其最佳pH值范 围在6.8～7.5之间。当pH值降低时，使二氧化碳增加， 也促使大量水溶性有机酸和硫化氢产生，抑制甲烷菌的生 长。会导致酸的积累，使产酸菌大量繁殖，引起厌氧反应 系统发生“酸化”现象，有可能使厌氧消化产沼过程停止。
调整pH值的最佳方法是调整原料的碳氮比，因厌氧消化过 程赖以中和过酸或过碱物质的主要是氨氮，原料的含氮量 越高，则碱度就越大。为使厌氧系统具有足够的缓冲能力， 要求碱度控制在（2000～3000）mg/L（以CaCO3计） 以上为宜。一般正常沼气发酵的碱度范围大致在 （3000～8000）mg/L（以CaCO3计）之间。
1250
68
32
污水淤泥
850
70
30
各种废物的可降解质含量
废物种类
水分（％） 可降解物质含量（％）
城市生活垃圾经分 选后的可腐有机质
50～75
15～20
源头分类的家庭废物 60～75
12～15
液体粪便
90～95
1～3
屠宰废物
机械脱水后的污水淤 泥
50～80 75～85
7～15 5～10
处理1000公斤干固体的能量平衡
根据投料运转方式划分工艺类型
厌
连续消化工艺 半连续消化工艺 两步消化工艺
氧
消 化 工
真菌等微生物人为地促进可生
理技术 物降解的有机物向稳定的腐殖 质转化的微生物学过程
其它生物 处理方法
4
处理方法
厌氧消 2 化处理
微生物浸出: 利用微生物新陈代谢 过程或代谢产物将废物中目的元素 转变为易溶状态并得以分离的过程
微生物 浸出
厌氧消化: 也称厌氧发酵， 指在厌氧状态下利用微生 物使固体废物中有机物转 变为CH4和CO2的过程
Biological Treatment of Solid Waste
本部分重点
【概念】堆肥化 厌氧消化 浸出率 增容比
【方法原理】 堆肥原理； 厌氧消化原理； 微生物浸出机理。
蚯蚓床技术 废物生产单细胞蛋白等
堆肥化（composting）: 在
1
人工控制的环境下,依靠自然界
堆肥化处 中广泛分布的细菌、放线菌、
2 厌氧消化处理
根据消化温度划分工艺类型
厌 ➢最佳温度范围是 ➢最佳温度范围是
➢目前我国农村都采用
47～55 ℃，嗜 35～38℃，发酵速 这种消化类型。这种
氧 消
热微生物生长旺 盛分解有机物快 有机物料装置内
度要比高温的稍慢 些。有机固体废物 的投入与排出数量
工艺的消化池结构简 单、成本低廉、施工 容易、便于推广，但
搅拌
目的使厌氧反应池内的各处温度趋于均 匀，同时也是使投入的原料与池内熟料 （前期投入池内，经过一定时间反应后 的物质）能完全混合，并与微生物密切 接触，同时也可防止上层物料出现结壳 和底部物料出现酸积累，还可使反应产 物如H2S、NH3、CH4等气态物质得 以迅速地从液相中逸散出去。
毒性物质的含量
能量
可腐有机质 淤泥
沼气燃浇（Kwh）
1960 1730
气体发动机热能（Kwh）
960
850
工艺用热所占百分比（％）
30
50
气体发动机电能（Kwh） 工艺用电所占百分比
700
620
13
13
处理1000公斤废物的物料平衡
种类
可腐有机质 淤泥
生物气（kg）
145
60
腐殖质（45％）（kg） 430
400
化 工 艺
的停留时间短， 处理能力强高温 能有效灭活
约比高温时少5%。 但其产量较稳定， 转化效率较高，
➢适用于城市垃圾、 ➢主要适宜于大中型
受季节影响明显
➢消化周期须视季节和 地区的不同加以控制
粪便和有机污泥 产沼工程及高浓度
的源自文库理
➢
高温消化工艺
有机废水的处理
中温消化工艺
➢
自然温度消化工艺
2
厌氧消化处理
在整个发酵系统中，必须隔绝有毒物质 如重金属、杀虫剂等的混入。这是因 为甲烷菌种对这类物质甚为敏感，若 系统内的有毒物质超过允许浓度，将 导致阻碍产沼的发酵进程。
其它因素
停留时间：发酵产沼的总产气量与发酵装置 的分解停留时间有关。此项时间可据以判 定物料的气化和无机化程度，还可用以粗 略估算产沼量的多少。 水分含量：有机物中的含水量直接影响各类 细菌的活性，若物料缺少一定量的湿度， 则会使发酵工艺的正常进行受到不同程度 的限制，甚至完全停止。
3
2 厌氧消化处理
1 234
厌氧消化原理
厌氧消化影响因素
厌氧消化工艺
厌氧消化设备
2 厌氧消化处理
堆肥有 机物微
厌 生物 氧 消 化 原 理
细胞物质
有机酸、醇类、O2、 NH3、H2S等，能量，
微生物
细胞物质 CO2，
CH4等， 能量
2 厌氧消化处理
厌 堆肥有机 氧 物(C、N、
O、H、
消 P、S等) 化 原 理
细胞物质(微生物繁殖)
有机酸、醇类、 CO2、H2S、 NH3、能量
细胞物质
CO2、 CH4等，
能量
酸性发酵阶段
碱性发酵阶段
二阶段论
厌氧发酵三阶段
各阶段主要菌群
三阶段论
沼气理论产量及成分
物质类别
沼气产量
成分体积百分比
（升／千克干质） 甲烷 二氧化碳
碳水化合物
790
50
50
蛋白质
704
71
29
脂肪
废水（kg）
425
540
一般每吨可腐有机物经过厌氧发酵可生产腐殖质 （含水率55％）约400公斤,沼气100～130m3,这 些沼气如转换为电能约为200Kwh。
2 厌氧消化处理
抑制物
pH
其它因素
温度
厌氧消化的 影响因素
接种物
原料配比
厌氧条件
搅拌
原料的配比
配料时应控制适宜的碳氮比。各种有机物中碳、 氮元素的含量差异很大，一般将碳氮比值大的有 机物称为贫氮有机物，如农作物的秸杆等，而将 碳氮比值小的有机物称为富氮有机物，如人畜粪 尿、富含氮的污泥（丰经处理的污泥，其C/N约 为16:1）等。合理的配比才能获得较高的产气量。 大量的报导和实验表明，当厌氧消化反应物的碳 氮比为（20～30）:1时较为适宜，而当厌氧消化 反应的碳氮比为35:1时的产甲烷量则将呈明显下 降趋势。
温度
温度是影响产气量的主要因素之一，研究表明； 在细菌活动的一定温度范围内，温度越高，产气 量也高。这是因为温度高时，原料中的细菌活跃， 分解有机物的速度快，从而使产气量得以增加； 此外，处于较高温度下的气体在液相中的溶解度 也有所降低，这对厌氧的消化过程是有利的。虽 然温度越高，发酵的效果也越好，但是与此相反， 这时的管理工作也就越复杂。
pH值和酸碱度
对甲烷菌而言，需维持在弱碱性环境之中，其最佳pH值范 围在6.8～7.5之间。当pH值降低时，使二氧化碳增加， 也促使大量水溶性有机酸和硫化氢产生，抑制甲烷菌的生 长。会导致酸的积累，使产酸菌大量繁殖，引起厌氧反应 系统发生“酸化”现象，有可能使厌氧消化产沼过程停止。
调整pH值的最佳方法是调整原料的碳氮比，因厌氧消化过 程赖以中和过酸或过碱物质的主要是氨氮，原料的含氮量 越高，则碱度就越大。为使厌氧系统具有足够的缓冲能力， 要求碱度控制在（2000～3000）mg/L（以CaCO3计） 以上为宜。一般正常沼气发酵的碱度范围大致在 （3000～8000）mg/L（以CaCO3计）之间。
1250
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污水淤泥
850
70
30
各种废物的可降解质含量
废物种类
水分（％） 可降解物质含量（％）
城市生活垃圾经分 选后的可腐有机质
50～75
15～20
源头分类的家庭废物 60～75
12～15
液体粪便
90～95
1～3
屠宰废物
机械脱水后的污水淤 泥
50～80 75～85
7～15 5～10
处理1000公斤干固体的能量平衡
根据投料运转方式划分工艺类型
厌
连续消化工艺 半连续消化工艺 两步消化工艺
氧
消 化 工
真菌等微生物人为地促进可生
理技术 物降解的有机物向稳定的腐殖 质转化的微生物学过程
其它生物 处理方法
4
处理方法
厌氧消 2 化处理
微生物浸出: 利用微生物新陈代谢 过程或代谢产物将废物中目的元素 转变为易溶状态并得以分离的过程
微生物 浸出
厌氧消化: 也称厌氧发酵， 指在厌氧状态下利用微生 物使固体废物中有机物转 变为CH4和CO2的过程