1、第六章畜禽廢棄物處理與利用6-1 6-1 畜禽糞便環(huán)境危害與特性畜禽糞便環(huán)境危害與特性6-2 6-2 畜禽糞便收集、輸送畜禽糞便收集、輸送6-3 6-3 畜禽糞便處理工藝方法畜禽糞便處理工藝方法6-4 6-4 厭氧生物處理厭氧生物處理6-5 6-5 好氧生物處理好氧生物處理6-6 6-6 堆肥堆肥張燕生 第六章畜禽廢棄物處理與利用主要污染項(xiàng)目： 臭氣 污水 糞便 集約化畜禽養(yǎng)殖高強(qiáng)度排污，超過(guò)周?chē)h(huán)境系統(tǒng)納污能力，使環(huán)境系統(tǒng)自凈能力喪失，生態(tài)系統(tǒng)失衡進(jìn)入惡性循環(huán)狀態(tài)。SH2 NH3第六章畜禽廢棄物處理與利用6.1.1 6.1.1 污染物質(zhì)與環(huán)境危害污染物質(zhì)與環(huán)境危害1. 可降解有機(jī)污染物 動(dòng)植

2、物性廢棄物，幾乎所有的非人工合成有機(jī)物，主要為碳水化合物，蛋白質(zhì)、脂肪和木質(zhì)素等。可在微生物作用下最終分解為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物。2. 難降解物質(zhì) 指那些人工合成的、難于被微生物分解的廢棄物。比如化學(xué)農(nóng)藥、抗生素等第六章畜禽廢棄物處理與利用3 .3 .植物營(yíng)養(yǎng)物（富營(yíng)養(yǎng)物）植物營(yíng)養(yǎng)物（富營(yíng)養(yǎng)物） 主要是指各種形態(tài)的氮、磷等元素，有時(shí)也包鉀、主要是指各種形態(tài)的氮、磷等元素，有時(shí)也包鉀、硫等植物生長(zhǎng)所必需的元素。硫等植物生長(zhǎng)所必需的元素。水體生態(tài)的嚴(yán)重失衡水體生態(tài)的嚴(yán)重失衡污泥積累、湖水退化。污泥積累、湖水退化。藍(lán)細(xì)菌的蛋白類(lèi)毒素富集藍(lán)細(xì)菌的蛋白類(lèi)毒素富集食物鏈中毒食物鏈中毒供水質(zhì)量下降、成本升高供水質(zhì)量

3、下降、成本升高化合態(tài)氮毒害作用化合態(tài)氮毒害作用第六章畜禽廢棄物處理與利用 4 4、有毒物質(zhì)、有毒物質(zhì) 汞、鎘、鉻、砷、鉛都是毒性較大的重金屬，還有汞、鎘、鉻、砷、鉛都是毒性較大的重金屬，還有銅、鈷、錫、鋅也有一定的毒性。隔取代骨中的鈣引起銅、鈷、錫、鋅也有一定的毒性。隔取代骨中的鈣引起骨痛病；氟可因起軟骨病；長(zhǎng)期飲用含鉻水可致口角糜骨痛病；氟可因起軟骨病；長(zhǎng)期飲用含鉻水可致口角糜爛、腹瀉和消化道機(jī)能紊亂。聞名于世的水俁病是受汞爛、腹瀉和消化道機(jī)能紊亂。聞名于世的水俁病是受汞污染的水體通過(guò)藻類(lèi)、浮游生物、貝類(lèi)、魚(yú)類(lèi)食物鏈不污染的水體通過(guò)藻類(lèi)、浮游生物、貝類(lèi)、魚(yú)類(lèi)食物鏈不斷富集放大后最終進(jìn)入人體的

4、典型的生物放大事例。斷富集放大后最終進(jìn)入人體的典型的生物放大事例。有毒重金屬有毒重金屬污泥積累污泥積累長(zhǎng)期危害長(zhǎng)期危害某些生物同化作用后毒性增加。某些生物同化作用后毒性增加。食物鏈的生物富集放大食物鏈的生物富集放大此外常見(jiàn)的有毒物質(zhì)還有工業(yè)污染物中的氰化物、酚、吡啶、此外常見(jiàn)的有毒物質(zhì)還有工業(yè)污染物中的氰化物、酚、吡啶、硝基苯、多環(huán)芳烴等等。硝基苯、多環(huán)芳烴等等。第六章畜禽廢棄物處理與利用甲基汞甲基汞(Methyl Mercury CH(Methyl Mercury CH3 3Hg )Hg )甲基化：甲基化：食物鏈富集：食物鏈富集：汞被水中微生物轉(zhuǎn)化為甲基汞而進(jìn)入浮游生物體內(nèi)，再經(jīng)過(guò)“浮游生物

5、小魚(yú)大魚(yú)”等食物鏈的富集，使大魚(yú)中有機(jī)汞濃度達(dá)到海水汞濃度的幾萬(wàn)倍正常人即使在生活和工作中從未接觸過(guò)汞，其體內(nèi)及尿中仍可檢出少量汞存在。據(jù)估計(jì)，自然界的汞循環(huán)量每年可達(dá)25至150萬(wàn)噸。 甲基汞（有機(jī)態(tài)）甲基汞（有機(jī)態(tài)）微生物微生物短鏈烷基汞易滲入細(xì)胞烷基汞與-SH基等的親和力使其毒性比可溶性無(wú)機(jī)汞高10100倍汞化物毒性排行榜上烷基汞第一名。（無(wú)機(jī)態(tài)）汞（無(wú)機(jī)態(tài)）汞第六章畜禽廢棄物處理與利用4. 酸堿及無(wú)機(jī)鹽類(lèi)酸堿及無(wú)機(jī)鹽類(lèi) 冶金、加工業(yè)的酸洗廢水，冶金、礦山的硫化物氧化產(chǎn)冶金、加工業(yè)的酸洗廢水，冶金、礦山的硫化物氧化產(chǎn)生的酸性廢水，二氧化硫形成的酸雨，造紙、紡織、纖生的酸性廢水，二氧化硫形

6、成的酸雨，造紙、紡織、纖維、制革、洗滌劑、染料、制堿等工業(yè)排水。直接污染維、制革、洗滌劑、染料、制堿等工業(yè)排水。直接污染土壤、表面水體、地下水體，一旦污染影響長(zhǎng)久，不易土壤、表面水體、地下水體，一旦污染影響長(zhǎng)久，不易治理。治理。5. 色度色度 破壞景觀、影響水質(zhì)。破壞景觀、影響水質(zhì)。6. 病原微生物病原微生物 生活、畜禽、養(yǎng)殖、食品、屠宰等。生活、畜禽、養(yǎng)殖、食品、屠宰等。第六章畜禽廢棄物處理與利用6.1.2 自凈化作用自凈化作用與納污容量與納污容量污染自然污染人為污染自然地理因素等原因人類(lèi)活動(dòng)原因污染物在物系循環(huán)流動(dòng)過(guò)程中發(fā)生演變，自污染物在物系循環(huán)流動(dòng)過(guò)程中發(fā)生演變，自然地減少消失或無(wú)害化

7、，稱(chēng)為物系的然地減少消失或無(wú)害化，稱(chēng)為物系的自凈自凈。污染物濃度自然降低的能力稱(chēng)為污染物濃度自然降低的能力稱(chēng)為自凈能力自凈能力環(huán)境系每年允許的最大納污量稱(chēng)為該環(huán)境環(huán)境系每年允許的最大納污量稱(chēng)為該環(huán)境系的系的納污容量納污容量 環(huán)境容量環(huán)境容量 自凈物理作用化學(xué)作用稀釋?zhuān)恋恚瑩]發(fā)，凝聚，吸附，過(guò)濾生物作用分解與化合，氧化與還原，酸堿反應(yīng)等使污染物濃度降低或毒性喪失。微生物代謝活動(dòng)使污染物分解轉(zhuǎn)化成無(wú)害物質(zhì)物理污染化學(xué)污染生物污染污染物分類(lèi)來(lái)源特性點(diǎn)源點(diǎn)源：主要指工業(yè)廢水與都市生活排水，均有固定的排放口面源面源：主要指來(lái)源于流域廣大面積上的降雨徑流污染，如農(nóng)藥化肥 第六章畜禽廢棄物處理與利用細(xì)菌群

8、載體水底固形物氧氣氧氣有機(jī)物污染水有機(jī)物被各種微生物菌群分解代謝細(xì)菌群載體水底固形物蟲(chóng)有機(jī)物污染水微生物菌群被微小動(dòng)物消耗，水體透明度好轉(zhuǎn)細(xì)菌濃度升高水底固形物氧氧氣氣水中有機(jī)物污染被細(xì)菌系分解凈化水體透明度下降生物作用下的水體自凈化過(guò)程舉例生物作用下的水體自凈化過(guò)程舉例第六章畜禽廢棄物處理與利用有毒重金屬、難降解物質(zhì)有毒重金屬、難降解物質(zhì)特別加以處理特別加以處理水質(zhì)凈化良性循環(huán)與生化處理方法原理水質(zhì)凈化良性循環(huán)與生化處理方法原理第六章畜禽廢棄物處理與利用6.1.3 6.1.3 畜禽糞便特性畜禽糞便特性一一 物理學(xué)特性物理學(xué)特性1、顆粒尺寸 新收集畜禽糞便顆粒尺寸分布見(jiàn)表6-1（p274）直徑

9、m mm0.0030.3溶解固體膠質(zhì)體懸浮體氯離子，乙酸、乙醇病毒細(xì)菌0.510 m砂201000 m沉降分離超濾分子篩離心膜過(guò)濾生物、化學(xué)方法請(qǐng)參考廢水工程處理及回顧p31第六章畜禽廢棄物處理與利用2、TS、VS、灰分105，105，24小時(shí)TS600，600 2小時(shí)TS灰分VS（揮發(fā)性固體）總固體水懸浮液3、含水率、容重（雞糞除外）一般鮮糞含水率高于80%，實(shí)際收集到的糞便含水率與收集方式有關(guān)。懸浮固體物與TS的區(qū)別？第六章畜禽廢棄物處理與利用二 生物化學(xué)特性生物化學(xué)需氧量（BOD) BOD是指1L污水中的有機(jī)物在耗氧微生物的作用下進(jìn)行氧化分解時(shí)所消耗的溶氧量(mg/L) 。廢水中有機(jī)物數(shù)

10、量繁多，但大多數(shù)有機(jī)物都可在耗氧微生物作用下氧化分解，有機(jī)物數(shù)量同耗氧量成正比。 實(shí)際測(cè)定時(shí)常采用BOD5，即水樣在20 的條件下培養(yǎng)5天的生化需氧量。BODBOD5 5=NBOD+CBOD =NBOD+CBOD NBOD NBOD是還原態(tài)氮氧化成是還原態(tài)氮氧化成硝態(tài)氮或亞硝態(tài)氮的需氧量，硝態(tài)氮或亞硝態(tài)氮的需氧量，通常較通常較CBODCBOD小得多。小得多。 實(shí)驗(yàn)研究表明：第一階實(shí)驗(yàn)研究表明：第一階段中有機(jī)物在各個(gè)時(shí)刻的好氧段中有機(jī)物在各個(gè)時(shí)刻的好氧速度與該時(shí)刻的污水中有機(jī)物速度與該時(shí)刻的污水中有機(jī)物濃度成正比關(guān)系。濃度成正比關(guān)系。30209day51020304050BOD(mg/L)501

11、00200300第一階段第二階段污水的有機(jī)物濃度指標(biāo)和可生化性指標(biāo)污水的有機(jī)物濃度指標(biāo)和可生化性指標(biāo)更詳細(xì)的討論請(qǐng)參考廢水工程處理及回顧p56第六章畜禽廢棄物處理與利用有機(jī)物 O2 能量 CO2 + H2O + NH3好氧菌第一階段第二階段NH3 3O2 2HNO2 + 2H2O 亞硝化菌2HNO2 O2 2HNO3 硝化菌第一階段常溫下一般需要20天接近完成第二階段常溫下一般需要近百天才能完成第六章畜禽廢棄物處理與利用（1）降解： 有機(jī)物 O2 CO2 + H2O + NH3微生物第一階段的三部分第一階段的三部分BODBOD（2）合成： 有機(jī)物 O2 能量 新細(xì)胞 （3）內(nèi)源呼吸：老細(xì)胞 O

12、2 CO2 + H2O + NH3 BOD表示有機(jī)污染物參數(shù)時(shí)存在明顯的缺陷，即使衡量耗氧量時(shí)也是如此。因?yàn)閮?nèi)源呼吸耗氧量與硝化耗氧量可能引起很大誤差。 當(dāng)進(jìn)口BOD200mg/L,出口BOD無(wú)硝化時(shí)20mg/L，有硝化時(shí)40mg/L，則去除率分別為90%、80%，實(shí)際上有機(jī)物去除率應(yīng)該是一樣的。第六章畜禽廢棄物處理與利用進(jìn)口進(jìn)口BOD=200mg/L出口出口BOD=NBOD+CBOD=0+20mg/L=20mg/L污水含氮極低污水含氮極低進(jìn)口進(jìn)口BOD=200mg/L出口出口BOD=NBOD+CBOD=20+20mg/L=40mg/L污水含氮很高污水含氮很高去除去除BOD系統(tǒng)系統(tǒng)去除去除BO

13、D系統(tǒng)系統(tǒng)BOD去除率去除率=90%BOD去除率去除率=80%一般污水的一般污水的BOD5=NBOD+CBODCBOD5，與含氮量無(wú)關(guān)。假設(shè)有，與含氮量無(wú)關(guān)。假設(shè)有兩種污水除含氮量不同外其他成分完全一樣，則兩種污水除含氮量不同外其他成分完全一樣，則BOD5也相同。也相同。第六章畜禽廢棄物處理與利用化學(xué)需氧量（COD) COD是指在酸性條件下，用強(qiáng)氧化劑使1L被測(cè)廢水中有機(jī)物進(jìn)行化學(xué)氧化時(shí)所消耗的氧量(mg/L) 。 COD越高表明廢水的有機(jī)物越多，目前常用的氧化劑為重鉻酸甲（K2Cr2O7)和高錳酸鉀（KMnO4)。 KMnO4 氧化力較弱，文獻(xiàn)中COD未加注明時(shí)，大多是指重鉻酸甲法的CODc

14、r。COD一般較BOD為高，其差值表示不能被微生物降解的有機(jī)物含量。廢水種類(lèi)廢水種類(lèi)a ab b生活污水生活污水1.641.6411.3611.36家禽廢水家禽廢水1.451.4555.755.7啤酒廢水啤酒廢水2.322.3246.246.2據(jù)Ademoroti(1986)研究認(rèn)為，COD與BOD常有一定的相關(guān)關(guān)系，大多為線性關(guān)系。 COD = a BOD5 + b廢水生物處理，上海環(huán)保局，同濟(jì)大學(xué)出版社，1999，P21BOD5COD0.3適宜生物處理第六章畜禽廢棄物處理與利用三 化學(xué)特性肥料元素：N、P、K金屬元素：Cu、Zn、Fe、B、As酸堿度: 雞糞偏酸pH=67；豬、羊、牛、馬糞

15、為弱堿性pH=7.38.6。雞糞、豬糞、牛糞相比較，雞消化道很短未經(jīng)徹底消化殘留于糞中的營(yíng)養(yǎng)物最多，含有大量的粗蛋白等，豬糞次之，牛糞有較高的粗纖維，含營(yíng)養(yǎng)物最少，雞糞還含較高的磷與硫。不同畜禽糞便沼氣發(fā)酵等生物處理時(shí)，應(yīng)注意C、N、P、S比例與含水率等特點(diǎn)。牛糞：C/N/P比是否過(guò)高，某些微量元素是否欠缺，含沙量高豬糞：氨氮是否過(guò)高，抑制微生物發(fā)酵、BOD5誤差問(wèn)題等雞糞：氨氮是否過(guò)高，是否含硫過(guò)高，腐蝕、臭氣、抑制、硫酸鹽還原菌競(jìng)爭(zhēng)等問(wèn)題，高含沙量問(wèn)題第六章畜禽廢棄物處理與利用SOSO4 42- 2- NONO3 3- -酸雨酸雨酸雨酸雨 是自然污染嗎是自然污染嗎2、大型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)污染是點(diǎn)

16、源還是面、大型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)污染是點(diǎn)源還是面源源 3、酸雨是自然污染嗎？畜禽養(yǎng)殖有酸、酸雨是自然污染嗎？畜禽養(yǎng)殖有酸性氣體污染物嗎？性氣體污染物嗎？1、請(qǐng)舉例說(shuō)出水系的自凈能力、納污、請(qǐng)舉例說(shuō)出水系的自凈能力、納污容量點(diǎn)源與面源污染。容量點(diǎn)源與面源污染。4、“最優(yōu)方法最優(yōu)方法”這種概念起碼在這種概念起碼在理論上幾乎沒(méi)有價(jià)值。更應(yīng)該關(guān)注理論上幾乎沒(méi)有價(jià)值。更應(yīng)該關(guān)注的是特征，而不是一味追求理論上的是特征，而不是一味追求理論上的普遍性。你同意以上觀點(diǎn)嗎？請(qǐng)的普遍性。你同意以上觀點(diǎn)嗎？請(qǐng)發(fā)表你的觀點(diǎn)。發(fā)表你的觀點(diǎn)。5、BOD5作為有機(jī)物參數(shù)有那些不足作為有機(jī)物參數(shù)有那些不足第六章畜禽廢棄物處理與利用6.

17、2.1 6.2.1 糞便收集方式糞便收集方式分干清糞和水沖糞兩種清糞方式。我國(guó)多為干清糞，發(fā)達(dá)分干清糞和水沖糞兩種清糞方式。我國(guó)多為干清糞，發(fā)達(dá)國(guó)家以水沖式清糞為主國(guó)家以水沖式清糞為主清糞方法與設(shè)清糞方法與設(shè)備備刮板式刮板式: : 自落積存式自落積存式自流式自流式水沖式水沖式第六章畜禽廢棄物處理與利用雞籠雞籠環(huán)流風(fēng)機(jī)環(huán)流風(fēng)機(jī)排氣排氣風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)雞糞雞糞雞糞雞糞自落積存式自落積存式更換雞群時(shí)一次性清理1.72.0m第六章畜禽廢棄物處理與利用自流式清糞自流式清糞縫隙地板縫隙地板第六章畜禽廢棄物處理與利用水沖式清糞水沖式清糞帶仔帶仔母豬母豬仔豬仔豬育肥豬育肥豬前期前期育肥豬育肥豬后期后期妊娠妊娠母豬母豬

18、奶牛與奶牛與肉牛肉牛沖水量沖水量m m3 3/ /頭頭. .天天 0.1330.1330.0150.0150.0380.0380.0570.0570.0950.0950.380.38表6-4 每日最少?zèng)_洗量最小用水量主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)資料得到最小用水量主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)資料得到第六章畜禽廢棄物處理與利用畜禽糞便產(chǎn)量畜禽糞便產(chǎn)量 （p274 表表6-2）可參考可參考設(shè)施農(nóng)業(yè)工程工藝及建筑設(shè)計(jì)設(shè)施農(nóng)業(yè)工程工藝及建筑設(shè)計(jì)教材教材p216的計(jì)算公的計(jì)算公式以及表式以及表8-18-4。注意：注意：養(yǎng)殖畜禽工藝設(shè)計(jì)養(yǎng)殖畜禽工藝設(shè)計(jì)-小小糞污處理工藝設(shè)計(jì)糞污處理工藝設(shè)計(jì)-大大工藝設(shè)計(jì)中常見(jiàn)到的取值偏差現(xiàn)象的原因工藝設(shè)計(jì)

19、中常見(jiàn)到的取值偏差現(xiàn)象的原因思考問(wèn)題：思考問(wèn)題：第六章畜禽廢棄物處理與利用6.2.2 糞便輸送方式糞便輸送方式固態(tài)：固態(tài)： 低于低于70% 70% 車(chē)車(chē)半固態(tài)半固態(tài) ： 70%-80% 70%-80% 輸送帶、螺旋輸送機(jī)械輸送帶、螺旋輸送機(jī)械半液態(tài)：半液態(tài)： 80%-90% 80%-90% 管道、污泥泵管道、污泥泵液態(tài)：液態(tài)： 高于高于90%90%第六章畜禽廢棄物處理與利用6.3.1 物理處理物理處理一級(jí)處理一級(jí)處理大尺寸固形物，砂泥大尺寸固形物，砂泥格柵格柵二沉池二沉池污泥污泥超濾超濾第六章畜禽廢棄物處理與利用沉降分離沉降分離固液分離固液分離機(jī)械分離（離心、壓濾、篩分）機(jī)械分離（離心、壓濾、

20、篩分）干燥（常溫干燥、高溫干燥、微波干燥）干燥（常溫干燥、高溫干燥、微波干燥）工藝與設(shè)備設(shè)計(jì)工藝與設(shè)備設(shè)計(jì)（專(zhuān)業(yè)課程：（專(zhuān)業(yè)課程：化工原理化工原理或或單元操作單元操作過(guò)程）過(guò)程）6.3.1 物理處理物理處理主要用于一級(jí)處理主要用于一級(jí)處理第六章畜禽廢棄物處理與利用6.3.2 化學(xué)處理化學(xué)處理氧化法氧化法 （臭氧氧化；次氯酸、氯氣消毒等等）（臭氧氧化；次氯酸、氯氣消毒等等）絮凝沉淀法絮凝沉淀法 （明礬、硫酸鋁、硫酸亞鐵等絮凝劑）（明礬、硫酸鋁、硫酸亞鐵等絮凝劑）酸堿中和法酸堿中和法 主要用于預(yù)處理或后期處理主要用于預(yù)處理或后期處理第六章畜禽廢棄物處理與利用6.3.3 6.3.3 生物化學(xué)處理生物

21、化學(xué)處理二級(jí)處理的主體。成本低，應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟二級(jí)處理的主體。成本低，應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟微生物適宜的微生物適宜的環(huán)境特點(diǎn)分類(lèi)環(huán)境特點(diǎn)分類(lèi)好氧（微生物）法好氧（微生物）法兼氧（微生物）法兼氧（微生物）法厭氧（微生物）法厭氧（微生物）法比如實(shí)踐常見(jiàn)的比如實(shí)踐常見(jiàn)的好氧好氧兼氧兼氧厭氧厭氧生物塘、反應(yīng)器生物塘、反應(yīng)器第六章畜禽廢棄物處理與利用廢水微生物處理方法很多，若根據(jù)微生物的呼吸類(lèi)型，可分為好氧廢水微生物處理方法很多，若根據(jù)微生物的呼吸類(lèi)型，可分為好氧處理、厭氧處理和兼氧處理。如果根據(jù)微生物存在的狀態(tài)，可分為懸浮處理、厭氧處理和兼氧處理。如果根據(jù)微生物存在的狀態(tài)，可分為懸浮生長(zhǎng)系統(tǒng)和固定膜系

22、統(tǒng)。對(duì)于廢水微生物處理方法綜合歸納如下：生長(zhǎng)系統(tǒng)和固定膜系統(tǒng)。對(duì)于廢水微生物處理方法綜合歸納如下：第六章畜禽廢棄物處理與利用糞尿處理系統(tǒng)也不盡相同，較為典型的糞尿處理糞尿處理系統(tǒng)也不盡相同，較為典型的糞尿處理系統(tǒng)有以下幾種：系統(tǒng)有以下幾種：第一種方式處理系統(tǒng)靠人工清掃或機(jī)械刮糞，糞尿第一種方式處理系統(tǒng)靠人工清掃或機(jī)械刮糞，糞尿分離分別進(jìn)行處理。分離分別進(jìn)行處理。第二種方式是豬糞尿直接進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理后排放第二種方式是豬糞尿直接進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理后排放或利用。或利用。第三種方式是將豬糞尿通過(guò)自然沉淀而分離為濃稠第三種方式是將豬糞尿通過(guò)自然沉淀而分離為濃稠物和稀液分別進(jìn)行處理。物和稀液分別進(jìn)行處理。

23、第四種方式則通過(guò)固液分離機(jī)把糞尿水固液分離，第四種方式則通過(guò)固液分離機(jī)把糞尿水固液分離，然后分別處理。然后分別處理。第六章畜禽廢棄物處理與利用第六章畜禽廢棄物處理與利用“能源生態(tài)型”工藝（ Process of “energy ecological” disposing and using）畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)污水經(jīng)厭氧消化處理后作為農(nóng)田水肥利用的處理利用工藝。“能源環(huán)保型”處理利用工藝一般在厭氧處理后需再經(jīng)好氧工藝處理以使排水達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。“能源環(huán)保型能源環(huán)保型”工藝工藝 （Process of “energy environment” disposing and using）畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的畜禽污水處理

24、后達(dá)標(biāo)排放或以回用為最終目標(biāo)的處理工藝。厭氧處理沼氣沼渣、沼液作為肥料利用厭氧處理沼氣達(dá)標(biāo)排放好氧處理等第六章畜禽廢棄物處理與利用沼氣池高產(chǎn)出率（小型高速產(chǎn)氣）指標(biāo)沼氣池高產(chǎn)出率（小型高速產(chǎn)氣）指標(biāo)沼氣池排水高凈化（高度降解率）指標(biāo)沼氣池排水高凈化（高度降解率）指標(biāo)反應(yīng)器設(shè)計(jì)無(wú)法反應(yīng)器設(shè)計(jì)無(wú)法同時(shí)獲得高指標(biāo)。同時(shí)獲得高指標(biāo)。第六章畜禽廢棄物處理與利用qscsksqmax+ cs =q qmaxmax稱(chēng)為基質(zhì)最大比消耗速率。稱(chēng)為基質(zhì)最大比消耗速率。MonodMonod方程方程c cs sk ks s = =maxmax+ c+ cs s 該方程描述了細(xì)胞生長(zhǎng)速率與限制性基質(zhì)濃度的關(guān)系，該方程描述

25、了細(xì)胞生長(zhǎng)速率與限制性基質(zhì)濃度的關(guān)系，是由現(xiàn)代細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的奠基人是由現(xiàn)代細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的奠基人MonodMonod在在19421942年提出的經(jīng)年提出的經(jīng)驗(yàn)方程。驗(yàn)方程。 為細(xì)胞比生長(zhǎng)速率為細(xì)胞比生長(zhǎng)速率(1/s)(1/s)；maxmax 為最大細(xì)胞比為最大細(xì)胞比生長(zhǎng)速率；生長(zhǎng)速率； c cs s為限制性基質(zhì)濃度（為限制性基質(zhì)濃度（g/Lg/L）；）； k ks s為飽和常數(shù)為飽和常數(shù)（g/Lg/L） ，其值等于比生長(zhǎng)速率恰等于最大比生長(zhǎng)速率的一，其值等于比生長(zhǎng)速率恰等于最大比生長(zhǎng)速率的一半時(shí)的限制性基質(zhì)濃度。半時(shí)的限制性基質(zhì)濃度。第六章畜禽廢棄物處理與利用沉降分離剩余污泥剩余污泥凈化水氣

26、體產(chǎn)物（氣體產(chǎn)物（CO2，N2，H2S等）等）污物污物+水污染物 +水氣體產(chǎn)物 + 生物污泥 + 水沉降分離性能必須給以足夠的重視！沉降分離性能必須給以足夠的重視！處理凈化系統(tǒng)第六章畜禽廢棄物處理與利用凈化水污泥污水污水一級(jí)處理大尺寸固形物，砂泥二級(jí)處理懸浮物、膠質(zhì)體、溶解有機(jī)物格柵初沉池生物降解二沉池第六章畜禽廢棄物處理與利用有機(jī)廢水生物處理特點(diǎn)有機(jī)廢水生物處理特點(diǎn)廢水濃度廢水濃度滯留時(shí)間滯留時(shí)間BODBOD除去率除去率動(dòng)力動(dòng)力主要副產(chǎn)物主要副產(chǎn)物80-95%80-95%低低高質(zhì)燃料高質(zhì)燃料高濃度高濃度低濃度低濃度80-99%80-99%高出十倍高出十倍待處理污泥待處理污泥厭氧處理能量產(chǎn)出多

27、少與原水溫度、COD濃度、發(fā)酵溫度有關(guān)。為了達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)往往需要好氧處理工藝等進(jìn)一步處理第六章畜禽廢棄物處理與利用 耗氧菌呼吸耗氧菌呼吸 CH3COONa2O2NaHCO3H2OCO2 Go-848.08 KJ/mol 反硝化菌呼吸反硝化菌呼吸 5CH3COONa8NaNO34N27NaHCO33Na2CO34H2O Go-782.78 KJ/mol 硫酸塩硫酸塩還原菌呼吸還原菌呼吸 CH3COONaNa2SO42NaHCO3NaHS Go-46.88 KJ/mol 產(chǎn)甲烷菌呼吸產(chǎn)甲烷菌呼吸 CH3COONaH2OCH4NaHCO3 Go-29.30 KJ/mol以醋酸鹽為代謝基質(zhì)時(shí)可獲取的自

28、由能以醋酸鹽為代謝基質(zhì)時(shí)可獲取的自由能第六章畜禽廢棄物處理與利用0 05050100100150150200200250250酸素呼吸酸素呼吸硝酸呼吸硝酸呼吸硫酸呼吸硫酸呼吸発酵発酵可利用能量可利用能量（）（）以醋酸鹽為代謝基質(zhì)時(shí)可獲取的自由能以醋酸鹽為代謝基質(zhì)時(shí)可獲取的自由能好氧菌好氧菌反硝化菌反硝化菌 硫酸還原菌硫酸還原菌甲烷菌甲烷菌能量收支衡算表明：能量收支衡算表明：20 20 原水，原水，30 30 發(fā)酵，發(fā)酵，100m3/d100m3/d，活性污泥，活性污泥法耗氧量、供氧效率等取常規(guī)參數(shù)，法耗氧量、供氧效率等取常規(guī)參數(shù)，1270CODmg/L1270CODmg/L時(shí)厭氧與好氧處時(shí)厭氧

29、與好氧處理能量投入相同。理能量投入相同。CODCOD小于小于1270mg/L1270mg/L時(shí)，厭氧處理更消耗能量。時(shí)，厭氧處理更消耗能量。第六章畜禽廢棄物處理與利用6.4 畜禽糞便沼氣工程畜禽糞便沼氣工程第六章畜禽廢棄物處理與利用復(fù)雜有機(jī)物復(fù)雜有機(jī)物碳水化合物，蛋白質(zhì)，脂類(lèi)碳水化合物，蛋白質(zhì)，脂類(lèi)簡(jiǎn)單溶解性有機(jī)物簡(jiǎn)單溶解性有機(jī)物1水解1發(fā)酵脂肪酸、醇類(lèi)脂肪酸、醇類(lèi)11H2 ，CO2CH3COOH22產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌3 同型產(chǎn)乙酸菌 5 產(chǎn)甲烷菌CH4+ CO2產(chǎn)甲烷菌4甲烷產(chǎn)量的70%甲烷產(chǎn)量的30%6.4.1沼氣發(fā)酵原理沼氣發(fā)酵原理水解發(fā)酵階段產(chǎn)酸產(chǎn)氫階段產(chǎn)甲烷階段液化階段酸化階段氣化階段按降

30、解機(jī)理分段：按降解機(jī)理分段：按物性變化分段：按物性變化分段：1. 1. 厭氧消化三階段厭氧消化三階段第六章畜禽廢棄物處理與利用 CH4 光合成（藻類(lèi)） 植食生物 水界面 有機(jī)物 有機(jī)物 2 加水分解 厭氧菌 糖、氨基酸 酸、脂肪酸 乳酸 乙醇 丙酸 酪酸 酢酸 乙酸 + 22 甲烷化 硫酸還原 酸化 4 mV 硝酸還原 水底的厭氧發(fā)酵碳源生態(tài)鏈(Holland, 1987) 2.2.厭氧發(fā)酵中重要菌群之間的生態(tài)關(guān)系厭氧發(fā)酵中重要菌群之間的生態(tài)關(guān)系產(chǎn)酸、產(chǎn)氫菌、硝酸還原菌、硫酸還原菌、甲烷菌等菌群間形成了食物鏈似的生態(tài)關(guān)系。 甲烷菌和硫酸還原菌利用H2，使氫氣分壓保持很低的水平，象丙酸分解成醋酸

31、、氫氣的反應(yīng),只有在氫氣分壓低于10-4atm時(shí)，自由能變化才小于零。 這種必須與其它菌共存的關(guān)系叫共生關(guān)系（syntrophic association）硫酸硫酸還原還原硝酸硝酸還原還原產(chǎn)甲烷產(chǎn)甲烷第六章畜禽廢棄物處理與利用O2好氧菌類(lèi)好氧菌類(lèi)硝酸還原菌硝酸還原菌硫酸還原菌硫酸還原菌產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌NO3-SO4-2氧氧化化還還原原電電位位降降低低CO2，H2，C2O2H4空氣空氣反應(yīng)器中菌群協(xié)作關(guān)系：適宜氧化還原電位形成反應(yīng)器中菌群協(xié)作關(guān)系：適宜氧化還原電位形成第六章畜禽廢棄物處理與利用菌群的協(xié)作、共生、競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系菌群的協(xié)作、共生、競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系水解水解產(chǎn)酸產(chǎn)氫菌產(chǎn)酸產(chǎn)氫菌硫酸還原菌硫酸還原菌產(chǎn)甲

32、烷菌產(chǎn)甲烷菌降降解，解，液液化化CO2，H2，C2O2H4H2醋酸、醋酸、H H2 2生成菌的生存要求極低的生成菌的生存要求極低的H H2 2分壓分壓競(jìng)競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)共共生生協(xié)協(xié)作作第六章畜禽廢棄物處理與利用 硫酸塩硫酸塩還原菌呼吸還原菌呼吸 CHCH3 3COONaCOONaNaNa2 2SOSO4 42NaHCO2NaHCO3 3NaHSNaHS G Go o-46.88 KJ/mol-46.88 KJ/mol 產(chǎn)甲烷菌呼吸產(chǎn)甲烷菌呼吸 CHCH3 3COONaCOONaH H2 2OCHOCH4 4NaHCONaHCO3 3 G Go o-29.30 KJ/mol-29.30 KJ/mol 產(chǎn)乙

33、酸產(chǎn)氫菌與硫酸還原菌或產(chǎn)甲烷菌共生，在厭氧消化產(chǎn)乙酸產(chǎn)氫菌與硫酸還原菌或產(chǎn)甲烷菌共生，在厭氧消化中中 十分重要。十分重要。 如若沒(méi)有甲烷菌和硫酸還原菌利用如若沒(méi)有甲烷菌和硫酸還原菌利用H H2 2，使氫氣分壓保持很，使氫氣分壓保持很 小，醋酸、小，醋酸、H H2 2生成菌無(wú)法生存，生成菌無(wú)法生存， 甲烷菌的共生菌與硫酸還原菌的共生菌相比較，產(chǎn)乙酸產(chǎn)甲烷菌的共生菌與硫酸還原菌的共生菌相比較，產(chǎn)乙酸產(chǎn) 氫速度較慢，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)共生系可獲得的自由能較少。氫速度較慢，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)共生系可獲得的自由能較少。第六章畜禽廢棄物處理與利用3. 3. 厭氧消化微生物厭氧消化微生物1）主要發(fā)酵細(xì)菌）主要發(fā)酵細(xì)菌羧

34、菌屬（羧菌屬（Clostridium）降解淀粉、蛋白質(zhì)等有）降解淀粉、蛋白質(zhì)等有機(jī)物，機(jī)物， 產(chǎn)生丙酮、丁醇、丁酸、乙酸和氫氣。產(chǎn)生丙酮、丁醇、丁酸、乙酸和氫氣。似桿菌屬（似桿菌屬（Bacteroides） 降解纖維素或半纖維降解纖維素或半纖維素。素。丁酸弧菌屬（丁酸弧菌屬（Butyrivibrio）降解降解脂肪、蛋白質(zhì)脂肪、蛋白質(zhì)等等真細(xì)菌屬（真細(xì)菌屬（Eubacterium）蛋白質(zhì)、糖類(lèi)等的分）蛋白質(zhì)、糖類(lèi)等的分解解雙歧桿菌屬（雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）分解蛋白質(zhì)等。）分解蛋白質(zhì)等。發(fā)酵細(xì)菌很多，以上只列出了見(jiàn)于厭氧消化中的主要的一小部分。這些發(fā)酵細(xì)菌很多，以上只列出了見(jiàn)

35、于厭氧消化中的主要的一小部分。這些微生物的主要功能是通過(guò)胞外酶的作用將固形有機(jī)物水解成溶解有機(jī)物，微生物的主要功能是通過(guò)胞外酶的作用將固形有機(jī)物水解成溶解有機(jī)物，再將可溶性的大分子有機(jī)物降解成有機(jī)酸、醇等。再將可溶性的大分子有機(jī)物降解成有機(jī)酸、醇等。參考（徐亞同、史家梁、張明，污染控制微生物工程，化工出版社，2001，pp41-47；永井史朗、嫌気性微生物、1993）修改主要功能主要功能胞外酶作用胞外酶作用固形有機(jī)物固形有機(jī)物溶解有機(jī)物溶解有機(jī)物水水解解第六章畜禽廢棄物處理與利用2）主要產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌）主要產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌互營(yíng)單細(xì)胞菌屬（互營(yíng)單細(xì)胞菌屬（Syntrophomonas）互營(yíng)桿菌屬（互營(yíng)

36、桿菌屬（Syntrophobacter）羧菌屬（羧菌屬（Clostridium）暗桿菌屬（暗桿菌屬（Pelobacter）等。）等。這些微生物的主要功能是可將揮發(fā)性脂肪酸降解為乙酸和這些微生物的主要功能是可將揮發(fā)性脂肪酸降解為乙酸和H2。這些菌的產(chǎn)乙酸、產(chǎn)氫反應(yīng)，只有在氫分壓很低時(shí)才。這些菌的產(chǎn)乙酸、產(chǎn)氫反應(yīng)，只有在氫分壓很低時(shí)才能完成。能完成。2CH3CH2COOH + 2H2O3CH3COOH + 2 H2主要功能主要功能胞內(nèi)酶作用胞內(nèi)酶作用揮發(fā)性脂肪酸揮發(fā)性脂肪酸乙酸和乙酸和H2降降解解第六章畜禽廢棄物處理與利用 產(chǎn)甲烷菌是自然界中最古老（36億年左右），分布最廣的一種微生物。 不但土壤

37、、湖沼、動(dòng)物消化道、水田、海水等普通環(huán)境，高濃度鹽湖、深海、溫泉等極限環(huán)境中都有甲烷菌生存。 例如，已發(fā)現(xiàn)有可在4M NaCl濃度條件下生存的甲烷菌，可在110高溫水體中生存的甲烷菌，甚至適宜生長(zhǎng)溫度高達(dá)85的甲烷菌。 產(chǎn)甲烷菌在厭氧水系生態(tài)碳鏈中，使處于最底層的一類(lèi)微生物。 氫氣是大多數(shù)甲烷菌種共同可以利用的基質(zhì)，也是在厭氧條件下，最普遍存在的能源物質(zhì)。 甲烷菌在400nM光源照射下，發(fā)出藍(lán)綠色熒光。利用這一特點(diǎn)，在熒光顯微鏡下，容易識(shí)別區(qū)分于其他細(xì)菌。甲烷菌的熒光來(lái)源于甲烷菌體內(nèi)的輔酶F420( Methanothrix屬細(xì)菌的F420含量較低，熒光不易觀察)3) 3) 產(chǎn)甲烷細(xì)菌產(chǎn)甲烷細(xì)

38、菌4H2 + CO2 CH4 + H2O3CH3COOHCO2 + CH4第六章畜禽廢棄物處理與利用4H2 + CO2 CH4 + H2O3CH3COOHCO2 + CH4氧化還原電位在氧化還原電位在 -400 -400 -150mV -150mV 之間之間（另有說(shuō)法認(rèn)為必須小于（另有說(shuō)法認(rèn)為必須小于-330mV-330mV）1升30 、pH7.0的水在-330mV時(shí)，與大氣平衡的含氧濃度為1.48x10-56分子/升。可見(jiàn)通過(guò)除氧來(lái)獲取低電位十分困難。這使得甲烷菌的純分離培養(yǎng)有一定的難度。 產(chǎn)甲烷菌的研究，70年代后期才越來(lái)越受到重視，并取得了較快的進(jìn)展。比如80年時(shí)研究發(fā)現(xiàn)的甲烷菌共有4屬

39、11種，世代時(shí)間最快的為3小時(shí)；到1992年正式發(fā)表的甲烷菌就增加到了19屬59種，世代時(shí)間最快的僅為26分鐘。 甲烷菌中可代謝乙酸的甲烷菌不過(guò)兩屬。大多數(shù)甲烷菌是利用氫氣和二氧化碳生成甲烷。第六章畜禽廢棄物處理與利用八疊球菌八疊球菌第六章畜禽廢棄物處理與利用Methanothrix屬細(xì)菌屬細(xì)菌Methanothrix屬細(xì)菌在厭氧處理反應(yīng)器中是最重要的細(xì)菌，尤其在上流式污泥床反應(yīng)器中大量存在。它只能代謝醋酸，其增長(zhǎng)速度很慢，世代時(shí)間為3-7天。第六章畜禽廢棄物處理與利用第六章畜禽廢棄物處理與利用4. 4. 厭氧消化降解的甲烷化厭氧消化降解的甲烷化1 1）碳水化合物）碳水化合物 碳水化合物包括纖

40、維素、半纖維素和淀粉等，屬于多糖類(lèi)，同時(shí)碳水化合物包括纖維素、半纖維素和淀粉等，屬于多糖類(lèi)，同時(shí)可用可用(C(C6 6H H1010O O5 5) )x x表示。這是污水中常見(jiàn)的有機(jī)物，其消化過(guò)程如下：表示。這是污水中常見(jiàn)的有機(jī)物，其消化過(guò)程如下：(C6H10O5)x+ （x-1)H2OxC6H12O6xC6H12O6酶酶發(fā)酵發(fā)酵有機(jī)酸有機(jī)酸+醇類(lèi)醇類(lèi)有機(jī)酸有機(jī)酸醇類(lèi)醇類(lèi)CH3COOH + H2第第1階段階段第第2階段階段這兩階段綜合反應(yīng)為這兩階段綜合反應(yīng)為C6H12O6+ 2H2O 2CH3COOH + 4H2 +2CO2第第3階段階段2CH3COOH 2CH4 + 2CO24H2 + CO

41、2 CH4 + 2H2O第六章畜禽廢棄物處理與利用上兩階段綜合反應(yīng)為上兩階段綜合反應(yīng)為C6H12O6+ 2H2O 2CH3COOH + 4H2 +2CO2第第3階段階段2CH3COOH 2CH4 + 2CO24H2 + CO2 CH4 + 2H2O凈反應(yīng)為凈反應(yīng)為 C6H12O6 3CH4 + 3CO2 由乙酸分解產(chǎn)生的甲烷約占甲烷總產(chǎn)量的2/3。第六章畜禽廢棄物處理與利用2）脂類(lèi) 包括脂肪和油類(lèi)，也是污水中常見(jiàn)的有機(jī)物。其消化過(guò)程如下：第1階段第2階段脂肪 油類(lèi)+ H2O R-CH2COOH + CH2OHCHOHCH2OH酶脂肪酸甘油CH3(CH2)16COOH = 16H2O 9CH3C

42、OOH + 16H2脂肪酸氧化成乙酸和氫氣。例如第3階段9CH3COOH 9CH4 + 9CO216H2 + 4CO2 4CH4 + 8H2O凈反應(yīng)為 CH3(CH2)16COOH + 8H2O 13CH4 + 5CO2 可見(jiàn)，以脂質(zhì)為基質(zhì)時(shí)，最終甲烷化氣體中的甲烷含量為72%，其中69%是由乙酸分解產(chǎn)生的。第六章畜禽廢棄物處理與利用3）蛋白質(zhì)）蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)是由氨基酸分子組成的高分子化合物，其消化過(guò)程如下：蛋白質(zhì)是由氨基酸分子組成的高分子化合物，其消化過(guò)程如下：第第1階段階段第第2階段階段蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) + H2O 氨基酸（氨基酸（R）酶酶有機(jī)酸有機(jī)酸 CH3COOH + H2第第3階段階段C

43、H3COOH CH4 + CO24H2 + CO2 CH4 + 2H2O蛋白質(zhì)水解產(chǎn)生的蛋白質(zhì)水解產(chǎn)生的NH4和和CO2可生成可生成NH4HCO3， 這可提高消化液的堿度，并這可提高消化液的堿度，并提高提高pH值。有些含硫氨基酸，如胱氨酸、蛋氨酸等，可分解產(chǎn)生值。有些含硫氨基酸，如胱氨酸、蛋氨酸等，可分解產(chǎn)生H2S、形成、形成臭味和一定的腐蝕性。臭味和一定的腐蝕性。氨基酸通式為氨基酸通式為 R-C-COOH NH2 HR-C-COOH NH2 H發(fā)酵發(fā)酵有機(jī)酸有機(jī)酸 + NH4HCO3據(jù)蛋白質(zhì)一般組成計(jì)算，沼氣的甲烷含量為據(jù)蛋白質(zhì)一般組成計(jì)算，沼氣的甲烷含量為73%，且，且72%來(lái)自乙酸。來(lái)自

44、乙酸。第六章畜禽廢棄物處理與利用 當(dāng)廢水中有機(jī)物濃度較高時(shí)，一般當(dāng)廢水中有機(jī)物濃度較高時(shí)，一般BODBOD5 5超過(guò)超過(guò)1500mg/L1500mg/L時(shí)，時(shí)，就不宜用好氧處理，而應(yīng)該采用厭氧處理的方法。就不宜用好氧處理，而應(yīng)該采用厭氧處理的方法。 厭氧處理厭氧處理1kgCOD1kgCOD能產(chǎn)生能產(chǎn)生0.35m0.35m3 3的甲烷；單位容積負(fù)荷遠(yuǎn)高的甲烷；單位容積負(fù)荷遠(yuǎn)高于好氧系統(tǒng)，產(chǎn)生的污泥量少，運(yùn)行費(fèi)用低。因此厭氧處理于好氧系統(tǒng)，產(chǎn)生的污泥量少，運(yùn)行費(fèi)用低。因此厭氧處理在在畜禽養(yǎng)殖畜禽養(yǎng)殖等等廢棄物處理廢棄物處理中得到廣泛運(yùn)用。中得到廣泛運(yùn)用。6.4.2 6.4.2 厭氧生物處理基本工藝

45、方法厭氧生物處理基本工藝方法集氣設(shè)備第六章畜禽廢棄物處理與利用1 1）氧化還原電位（）氧化還原電位（ORPORP） 由于產(chǎn)甲烷菌在厭氧處理的各個(gè)階段中，對(duì)環(huán)境的影響最敏感，由于產(chǎn)甲烷菌在厭氧處理的各個(gè)階段中，對(duì)環(huán)境的影響最敏感，世代時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，甲烷化反應(yīng)速度較慢，常是厭氧消化過(guò)程的控制世代時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，甲烷化反應(yīng)速度較慢，常是厭氧消化過(guò)程的控制階段。應(yīng)重點(diǎn)滿足產(chǎn)甲烷菌的環(huán)境要求。階段。應(yīng)重點(diǎn)滿足產(chǎn)甲烷菌的環(huán)境要求。 產(chǎn)產(chǎn)甲烷菌一般要求氧化還原電位低于甲烷菌一般要求氧化還原電位低于-330nV-330nV，此參數(shù)可用于常溫或，此參數(shù)可用于常溫或中溫反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。在高溫反應(yīng)器中適宜的氧化還原電位

46、要低得多，中溫反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。在高溫反應(yīng)器中適宜的氧化還原電位要低得多，一般應(yīng)低于一般應(yīng)低于-500mV-500mV。 6.4.3 6.4.3 影響厭氧反應(yīng)器處理效果的主要因素影響厭氧反應(yīng)器處理效果的主要因素一般溶氧是系統(tǒng)氧化還原電位升高的主要和直接原因。但應(yīng)注意，氧一般溶氧是系統(tǒng)氧化還原電位升高的主要和直接原因。但應(yīng)注意，氧化劑或氧化物質(zhì)的存在，同樣可使氧化還原電位升高。如化劑或氧化物質(zhì)的存在，同樣可使氧化還原電位升高。如NO3-、SO42-、CrO72-、Fe3+等。等。第六章畜禽廢棄物處理與利用2 2）溫度）溫度 溫度是影響微生物生命活動(dòng)的重要因素之一，也是動(dòng)力學(xué)的重要影溫度是影響微生物生

47、命活動(dòng)的重要因素之一，也是動(dòng)力學(xué)的重要影響因素。響因素。 好氧生物處理只有一個(gè)最適宜溫度，而厭氧生物處理一般存在兩個(gè)好氧生物處理只有一個(gè)最適宜溫度，而厭氧生物處理一般存在兩個(gè)最適宜溫度。分別為最適宜溫度。分別為35 35 附近和附近和55 55 附近。附近。 是以產(chǎn)甲烷菌的適宜溫度為主要因素所決定的，而一般厭氧反應(yīng)器是以產(chǎn)甲烷菌的適宜溫度為主要因素所決定的，而一般厭氧反應(yīng)器中的甲烷菌以只能分解乙酸的中的甲烷菌以只能分解乙酸的MethanothrixMethanothrix屬為主，其適宜溫度分為屬為主，其適宜溫度分為3535 40 40 和和5555 65 65 兩類(lèi)。兩類(lèi)。 工程上的厭氧反應(yīng)器

48、有常溫、中溫、高溫三種方式。中溫處理一般工程上的厭氧反應(yīng)器有常溫、中溫、高溫三種方式。中溫處理一般為為33 33 38 38 ，高溫處理為，高溫處理為5050 60 60 。突然的溫度變化可使甲烷化。突然的溫度變化可使甲烷化嚴(yán)重受阻。嚴(yán)重受阻。 溫度影響倍增時(shí)間溫度影響倍增時(shí)間表 1.2.1 菌（続） 代謝基質(zhì) 菌 形狀 最適溫度（） pH H2/CO2 蟻酸塩 基化合物 酢酸塩 2-Pro/CO2 2-But./CO2 他 Methanospirillum M.hungatei 鞘包桿菌 30-37 NT + + - - + Methanocorpusculum M.parvum 不規(guī)則球菌

49、 37 6.8-7.5 + + - - + M.aggregans 不規(guī)則球菌 35-37 6.4-7.2 + + - - NT M.labreanum 不規(guī)則球菌 37 7 + + - - NT M.sinense 不規(guī)則球菌 30 7 + + - - NT M.bavaricum 不規(guī)則球菌 37 7 + + - - + CP/CO2 Methanoplanus M.ednosymbiosus 狀 32 6.6-7.1 + + - - NT M.limicola 狀 40 7 + + - - NT Methanosarcina M.barkrei 八連球菌 30-40 7 + + + +

50、- M.acetivorans 八連球菌 35-40 6.5-7 - - + + NT M.mazei 八連球菌 30-40 7.0-7.2 +,(-) - + +,(-) NT M.vacuolata 八連球菌 50 6 - - + + NT M.thermophila 八連球菌 40 7.5 + - + + NT Methanothrix M.soehngenii 鞘包桿菌 35-40 7.4-7.8 - - + + NT M.thermophila 鞘包桿菌 55-65 7 - - + + NT 第六章畜禽廢棄物處理與利用 3 3）pHpH值值 產(chǎn)甲烷菌適宜的產(chǎn)甲烷菌適宜的pH值為值為7

51、.0左右，大體在左右，大體在 6.8 7.4之間。之間。 厭氧反應(yīng)器中的厭氧反應(yīng)器中的pH值，取決于進(jìn)水的值，取決于進(jìn)水的pH值，有機(jī)物濃度值，有機(jī)物濃度和三階段微生物群的生命活動(dòng)過(guò)程建立的平衡及緩沖能力。和三階段微生物群的生命活動(dòng)過(guò)程建立的平衡及緩沖能力。 反應(yīng)器的反應(yīng)器的pH值過(guò)低，常表現(xiàn)為揮發(fā)酸濃度過(guò)高；值過(guò)低，常表現(xiàn)為揮發(fā)酸濃度過(guò)高； pH值過(guò)值過(guò)高，常見(jiàn)于高，常見(jiàn)于NH4-濃度過(guò)高。濃度過(guò)高。 微環(huán)境的微環(huán)境的pH第六章畜禽廢棄物處理與利用4）有機(jī)負(fù)荷）有機(jī)負(fù)荷 在厭氧法中，有機(jī)負(fù)荷通常是指容積有機(jī)負(fù)荷，簡(jiǎn)稱(chēng)容積負(fù)在厭氧法中，有機(jī)負(fù)荷通常是指容積有機(jī)負(fù)荷，簡(jiǎn)稱(chēng)容積負(fù)荷，即消化器單位有

52、效容積每天接受的有機(jī)物量荷，即消化器單位有效容積每天接受的有機(jī)物量kgCOD/m3.d。此外也有用污泥負(fù)荷表達(dá)的，即此外也有用污泥負(fù)荷表達(dá)的，即kgCOD/kgVSS.d。 厭氧消化過(guò)程中，產(chǎn)酸階段反應(yīng)速率比產(chǎn)甲烷階段反應(yīng)速率厭氧消化過(guò)程中，產(chǎn)酸階段反應(yīng)速率比產(chǎn)甲烷階段反應(yīng)速率快得多，必須十分謹(jǐn)慎的選擇有機(jī)負(fù)荷，使揮發(fā)性脂肪酸的生快得多，必須十分謹(jǐn)慎的選擇有機(jī)負(fù)荷，使揮發(fā)性脂肪酸的生成和消耗不致失調(diào)，形成揮發(fā)酸的積累。為保持系統(tǒng)的平衡，成和消耗不致失調(diào)，形成揮發(fā)酸的積累。為保持系統(tǒng)的平衡，有機(jī)負(fù)荷不能過(guò)高。有機(jī)負(fù)荷不能過(guò)高。 厭氧生物處理可采用比好氧生物處理高得多的有機(jī)負(fù)荷，一厭氧生物處理可采

53、用比好氧生物處理高得多的有機(jī)負(fù)荷，一般在般在510 kgCOD/m3.d,甚至可達(dá)甚至可達(dá)50 kgCOD/m3.d。第六章畜禽廢棄物處理與利用5 5）攪拌和混合）攪拌和混合 混合攪拌是提高消化效率的工藝條件之一。沒(méi)有攪拌的混合攪拌是提高消化效率的工藝條件之一。沒(méi)有攪拌的厭氧消化器內(nèi)，常有料液分層現(xiàn)象。攪拌可消除分層，促厭氧消化器內(nèi)，常有料液分層現(xiàn)象。攪拌可消除分層，促進(jìn)基質(zhì)與微生物間的傳質(zhì)速度和甲烷、二氧化碳等產(chǎn)物的進(jìn)基質(zhì)與微生物間的傳質(zhì)速度和甲烷、二氧化碳等產(chǎn)物的逸出速度。逸出速度。 有些研究認(rèn)為有些研究認(rèn)為, ,攪拌強(qiáng)度不能過(guò)大；對(duì)于攪拌的頻度，攪拌強(qiáng)度不能過(guò)大；對(duì)于攪拌的頻度，則有完全

54、不同的觀點(diǎn)，即頻頻攪拌為好，還是間歇的適當(dāng)則有完全不同的觀點(diǎn)，即頻頻攪拌為好，還是間歇的適當(dāng)攪拌為好，存在兩種研究結(jié)果與觀點(diǎn)。反對(duì)頻頻攪拌的觀攪拌為好，存在兩種研究結(jié)果與觀點(diǎn)。反對(duì)頻頻攪拌的觀點(diǎn)認(rèn)為，甲烷菌的生長(zhǎng)需要相對(duì)較寧?kù)o的環(huán)境。點(diǎn)認(rèn)為，甲烷菌的生長(zhǎng)需要相對(duì)較寧?kù)o的環(huán)境。第六章畜禽廢棄物處理與利用6）重金屬）重金屬 重金屬對(duì)厭氧系統(tǒng)的毒性作用有較多的研究。金屬毒性作用主要有兩種方式，一是通過(guò)與微生物酶的巰基、氨基、羧基等相結(jié)合，而使酶失去活性；二是通過(guò)金屬氫氧化物凝聚作用使酶沉淀。HS-CH2CH2-SO3H, 輔酶M (HS-CoM) Mg (S-CoM)2乙?guī)€基乙烷磺酸 近年來(lái)的一些研

55、究表明，F(xiàn)e、Ni 、Co、 W 、Mo、 Se等金屬元素對(duì)厭氧發(fā)酵有促進(jìn)作用，而且Fe、Ni、 Co 等元素不足時(shí)，會(huì)使一些重要的合成酶無(wú)法形成，從而使厭氧反應(yīng)受到嚴(yán)重影響。第六章畜禽廢棄物處理與利用 厭氧微生物的生長(zhǎng)繁殖，需要按一定的比例攝取碳、氫、氧、氮、磷及其他微量元素。一般工程上主要控制進(jìn)料的碳、氮、磷的比例，其它元素不加以控制。一般認(rèn)為，厭氧法中的碳、氫、磷的比例應(yīng)控制在200 -300：5：1為宜。其中以碳氮比的控制較為重要。碳氮比過(guò)高，不僅厭氧菌增值緩慢，而且消化液的緩沖能力較低，在有機(jī)負(fù)荷較高等情況下，pH容易下降。相反，若氮源過(guò)多，即碳氮比太低，反硝化過(guò)程將產(chǎn)生大量的氨，使

56、值升高。當(dāng)值升高到7.9以上時(shí)，會(huì)抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，使消化效率降低。 7）營(yíng)養(yǎng)比）營(yíng)養(yǎng)比第六章畜禽廢棄物處理與利用 當(dāng)無(wú)輔助攪拌時(shí)，固體停留時(shí)間為30d60d，有機(jī)負(fù)荷為1.6kgVS（揮發(fā)性固體）/m3d；當(dāng)有輔助攪拌裝置時(shí)，水力停留時(shí)間一般為6d30d，有機(jī)負(fù)荷為8kgVS/m3d。6.4.4 6.4.4 厭氧反應(yīng)器厭氧反應(yīng)器 消化池的特點(diǎn)是在一個(gè)池內(nèi)完成厭氧消化和液體與污泥的分離。沼氣出水排泥污水或污泥普通厭氧反應(yīng)器（AP）1 1 普通厭氧反應(yīng)器（普通厭氧反應(yīng)器（APAP）第六章畜禽廢棄物處理與利用 厭氧接觸反應(yīng)器排出的混合液在沉淀池中分離后再回流到反應(yīng)器中。與普通消化池相比，它不需要

57、很長(zhǎng)的水力停留時(shí)間或很大的反應(yīng)器容積。有效處理的關(guān)鍵在于污泥沉淀性能和污泥分離效率。該法適用于處理BOD5大于1500mg/L的廢水，出水的BOD5在200mg/L1000mg/L之間。運(yùn)行溫度大多數(shù)是在中溫范圍，有機(jī)負(fù)荷為2.1kg（BOD）/m3d5.0kg（BOD）/m3d或12.5kg（COD）/m3d30.0kg（COD）/m3d。2 2厭氧接觸工藝厭氧接觸工藝沼氣出水排泥污水或污泥真空脫氣器沉淀池出水回流污泥第六章畜禽廢棄物處理與利用 絮狀污泥在上升水流和氣泡的作用下處于懸浮狀態(tài)。絮狀污泥是直徑為1mm5mm的顆粒，水流均勻分布，避免進(jìn)水短流。3 厭氧污泥床反應(yīng)器厭氧污泥床反應(yīng)器（

58、ASB） 其 中 上 流 式 厭 氧 污 泥 床 反 應(yīng) 器（UASB）應(yīng)用普及很快。 UASB由反應(yīng)區(qū)、沉淀區(qū)和氣室區(qū)組成。廢水從底部經(jīng)配水器均勻分布進(jìn)入。反應(yīng)器下部是濃度較高的污泥層，稱(chēng)為污泥床，污泥床上部是濃度較低的懸浮污泥層。污泥床和懸浮污泥層常統(tǒng)稱(chēng)為反應(yīng)區(qū)。 入水入水三相分離器三相分離器沼氣沼氣上流式厭氧污泥床（上流式厭氧污泥床（USAB)USAB)沉淀區(qū)沉淀區(qū)反反應(yīng)應(yīng)區(qū)區(qū)出水出水懸浮區(qū)懸浮區(qū)污泥層污泥層第六章畜禽廢棄物處理與利用6.4.5 6.4.5 沼氣發(fā)酵池設(shè)計(jì)計(jì)算沼氣發(fā)酵池設(shè)計(jì)計(jì)算u306頁(yè)的設(shè)計(jì)的頁(yè)的設(shè)計(jì)的“一般要求一般要求”u沼氣池容積計(jì)算沼氣池容積計(jì)算 1 根據(jù)有機(jī)負(fù)荷

59、計(jì)算：根據(jù)有機(jī)負(fù)荷計(jì)算：V = QS0/Nv V 有效容積，有效容積，m3Q 設(shè)計(jì)流量，設(shè)計(jì)流量，m3 d-1Nv 容積負(fù)荷，容積負(fù)荷，kg m-3 d-1 （BOD或或COD）S0 料液濃度，料液濃度，kg m-3 （BOD或或COD） 2 根據(jù)水力滯留時(shí)間計(jì)算：根據(jù)水力滯留時(shí)間計(jì)算：V = Qtt 水力滯留時(shí)間，水力滯留時(shí)間，d第六章畜禽廢棄物處理與利用P310頁(yè)：工藝參數(shù)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題頁(yè)：工藝參數(shù)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題按每頭豬排糞按每頭豬排糞5kg, TS（干物質(zhì)含量）（干物質(zhì)含量）= 25% 計(jì)算計(jì)算 以你們已有的知識(shí)能否判斷以你們已有的知識(shí)能否判斷5kg/頭天與頭天與TS=25%是否相互是否相互

60、矛盾，造成的誤差如何？矛盾，造成的誤差如何？作業(yè)：試依據(jù)作業(yè)：試依據(jù)p274 表表6-2的數(shù)據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)計(jì)算1200頭豬糞便的頭豬糞便的TS量，并與教量，并與教材材310頁(yè)的計(jì)算相比較頁(yè)的計(jì)算相比較第六章畜禽廢棄物處理與利用6.5 污水好氧處理污水好氧處理第六章畜禽廢棄物處理與利用活性污泥法是利用微生物在生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中形成表面積較大的菌膠團(tuán)，大量絮凝和吸附廢水中懸浮的膠體或溶解的污染物，并將這些物質(zhì)攝入細(xì)胞體內(nèi)，在氧的作用下，將這些物質(zhì)同化為菌體組分，或完全氧化為二氧化碳、水等物質(zhì)。這種具有活性的微生物菌膠團(tuán)或絮狀泥粒狀的微生物群體即稱(chēng)為活性污泥。以活性污泥為主體的廢水處理法就叫活性污泥法。