有机固体废物厌氧发酵技术

5）酸碱度、pH值和发酵液的缓冲作用 氨与二氧化碳反应生成的碳酸氢氨使得发酵液具有
一定的缓冲能力，在一定的范围内可以避免发生这 种情况 应保持碱度在2000mg/L以上，使其有足够的缓冲能 力，可有效防止系统pH值的下降
6）生物固体停留时间（污泥龄）与负荷 发酵罐的容积负荷和发酵时间之间一般呈反比例
城市污泥
活性物质（90％）
35
2.08
＋原始物质（10％）
0.21
65
城市原始污泥 城市固体垃圾 奶牛场废物 猪场废物 菜牛粪 百慕大草 禽粪
35
1.6
35
－
35
4.9
24
0.92
55
16.2
35
1.3
35
1.6
0.52
69
0.17
59
0.75
80
0.48
75
0.29
56
0.14
61
0.19
54
厌氧发酵设备与工艺
为氮的1/5
3）混合均匀程度 搅拌的目的是使发酵原料分布均匀，增加微生物
与发酵基质的接触，也使发酵的产物及时分离， 从而提高产气量，加速反应 液态发酵用泵喷水搅拌法；对于固态或半固态用 发酵气循环搅拌法和机械混合搅拌法等
4）添加剂和有毒物质 在发酵液中添加少量的化学物质，有助于促进厌氧发
酵，提高产气量和原料利用率 添加过磷酸钙，能促进纤维素的分解，提高产气量 添加少量钾、钠、钙、镁、锌、磷等元素能促进厌氧
水压式沼气池工作原理示意图
水压式沼气池工作原理示意图 （a）1—加料管；2—发酵间（贮气部分）；3—池内液面0-0；4—出料间液面 （b）1—加料管；2—发酵间（贮气部分）；3—池内料液液面A-A；4—出料间液面B-B （c）1—加料管；2—发酵间（贮气部分）；3—池内料液液面A-A；4—出料间液面B-B；
5）酸碱度、pH值和发酵液的缓冲作用 水解与发酵菌及产氢产乙酸菌对pH值的适应范围大
致为5~6.5，而甲烷菌对pH值的适应范围为6.6~7.5 之间 pH<4.8时，体系过度酸化，厌氧发酵停止 在发酵系统中，如果水解发酵阶段与产酸阶段的反 应速率超过产甲烷阶段，则pH值会降低，影响甲烷 菌的生活环境
关系，厌氧发酵的好坏与污泥龄有直接关系
式中
c ——污泥龄，d，SRT；
M r ——发酵罐内的总生物量，kg；
e ——发酵罐每日排出的生物量，
e
Me t
M e ——排出发酵罐的总生物量，（包括上清液带出的），kg；
t ——排泥时间，d
固体废物厌氧消化运行性能数据
原料
温度（℃）有 机 负 荷 甲 烷 产 量 甲烷含量 （ g(VS)/L•d ）（L/g(VS)） ％
群，依次为水解发酵细菌、产氢产乙酸细菌、产甲 烷细菌
影响发酵细菌功能的环境条件
1）温度因素 可把发酵过程分为常温发酵（自然发酵）、中温发 酵（28～38℃）和高温发酵（48～60℃）
2）发酵细菌的营养及营养物比例 一般厌氧发酵适宜的C/N比为（30～20）:1 厌氧发酵对磷（以磷酸盐的形式）的需求量大约
这种工艺的优点是沼气池结构相对简单，造价较 低。一般固体废物处理很少采用常温厌氧发酵
（2）按发酵级数分类 相互连通的沼气池的数量多 少，分为单级、两级和多级发酵 ①单级发酵 混合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。设 备简单，但条件控制较困难
（2）按发酵级数分类 相互连通的沼气池的数量多 少，分为单级、两级和多级发酵 ②两级和多级发酵 二级或多级沼气发酵工艺，发 酵在两个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进行分解、产 气，然后料液从第一个发酵池进入第二个或其余的 发酵池继续发酵产气 发酵工艺滞留期长，有机物分解彻底，但投资较高
（3）按投料运转方式分类 分为连续发酵、半连续发 酵、批量发酵、两步发酵 ①连续发酵 是从投料启动并稳定运行后，按一定的负 荷量连续进料，此发酵工艺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
（3）按投料运转方式分类 分为连续发酵、半连续发 酵、批量发酵、两步发酵 ②半连续发酵 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， 主要采用这种发酵工艺
5—导气管；6—沼气输气管；7—控制阀
粪便发酵池组示意图
1—出料池；2—出气孔；3—进料口；4—加料孔； 5—发酵池；6—进料池
图10-3-7 联合沼气池
欧美型
经典型
蛋型
欧洲—工艺
（1）按温度分类 发酵
高温发酵、中温发酵、常温
①高温发酵 发酵温度在50~60℃之间，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
有机固体废物 厌氧发酵定义
有机固体废物厌氧发酵定义
在无外加氧化剂条件下，被分解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
有机物的厌氧发酵过程主要经过液化（水解）、酸化（包 括酸化前阶段、酸化后阶段）及气化三个阶段
厌氧发酵过程中的微生物群落
数量最多、作用最大的微生物是细菌，18属、51种 真菌（丝状真菌和酵母）虽也能存活，但数量很少 藻类和原生动物偶有发现，但数量也较少 细菌以厌氧菌和兼性厌氧菌为主 参与有机物逐级厌氧发酵降解的细菌主要有三大类
反应
5）酸碱度、pH值和发酵液的缓冲作用 消化液的酸度与脂肪酸含量有关 脂肪酸含量较多的有乙酸、丙酸、丁酸，其次为甲
酸、己酸、戊酸、乳酸等 丙酸的积累是造成酸抑制的基本原因。脂肪酸含量
大于2000~3000 mg/L会使发酵过程受阻 消化液的碱度通常由其中的氨氮含量决定，它能中
和酸而使发酵液保持适宜的pH值 氨有一定的毒性，一般应不超过1000mg/L
②中温发酵 发酵温度30~35℃，有机物消化速度较 快，产气率较高[一般在1 m3/（m3料液·d）以上]。 实际应用较多
沼气发酵工艺
（1）按温度分类 高温发酵、中温发酵、常温发酵 ③常温发酵 自然温度下进行的沼气发酵。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