厌氧发酵，厌氧发酵的原理

　　1、厌氧发酵是废物在厌氧条件下通过微生物的代谢活动而被稳定化，同时伴有甲烷和CO2产生。

　　2、液化阶段主要是发酵细菌起作用，包括纤维素分解菌和蛋白质水解菌，产酸阶段主要是醋酸菌起作用，产甲烷阶段主要是甲烷细菌，他们将产酸阶段产生的产物降解甲烷和CO2同时利用产酸阶段产生的氢将CO2还原成甲烷。

　　3、厌氧发酵的影响因素有：原料配比，厌氧发酵的碳氮比以20—30为宜，当碳氮比在35时产期量明显下降；温度在35—40℃为宜；PH值对于甲烷细菌来说，维持弱碱环境是绝对必要的，它的最佳PH范围为6.8—7.5，PH值低，它使CO2大增，大量水溶性有机物和H2S产生，硫化物含量的增加抑制了甲烷菌的生长，可以加石灰调节PH，但是调整PH的最好方法是调整原料的碳氮比，因为底质中用以中和酸的碱度主要是氨氮，底质含氮量越高，碱度越大，当VFA（挥发性脂肪酸）>3000时，反应会停止。

　　厌氧发酵的原理

　　污水厂污泥因其独特的物性和特性一直较难处理，因此，污水厂通常将污泥浓缩脱水后直接外运填埋，以节省厂内运行费用。这一现象随着《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的实施将被改变，该标准对污水厂污泥的处理提出了更高的要求，且提出了相应的标准，如下表1所示。对照此标准，目前大多数现有污水厂需增设污泥稳定化处理设施。

　　某污水处理厂处理规模为4.0万m3/d，为典型的城市生活污水处理厂，为满足GB18918-2002的要求，污水厂将进行改造，在污泥处理与处置过程增设好氧堆肥设施，使污泥在厂内经处理后达到稳定化、资源化利用的目标。

　　（1）工艺原理

　　好氧堆肥是在有氧条件下，好氧细菌对废物进行吸收、氧化、分解。微生物通过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，同时释放出可供微生物生长活动所需的能量，而另一部分有机物则被合成新的细胞质，使微生物不断生长繁忙殖，产生出更多的生物体的过程。在有机物生化降解的同时，伴有热量产生，因堆肥工艺中该热能不会全部散发到环境中，就必然造成堆肥物料的温度升高，这样就会使一些不耐高温的微生物死亡，耐高温的细菌快速繁殖。生态动力学表明，好氧分解中发挥主要作用的是菌体硕大、性能活泼的嗜热细菌群。该菌群在大量氧分子存在下将有机物氧化分解，同时释放出大量的能量。据此好氧堆肥过程应伴随着两次升温，将其分成三个阶段：起始阶段、高温阶段和熟化阶段。

　　起始阶段：不耐高温的细菌分解有机物中易降解的碳水化合物、脂肪等，同时放出热量使温度上升，温度可达15~40℃。

　　高温阶段：耐高温细菌迅速繁殖，在有氧条件下，大部分较难降解的蛋白质、纤维等继续被氧化分解，同时放出大量热能，使温度上升至60~70℃。当有机物基本降解完，嗜热菌因缺乏养料而停止生长，产热随之停止。堆肥的温度逐渐下降，当温度稳定在40℃，堆肥基本达到稳定，形成腐植质。

　　熟化阶段：冷却后的堆肥，一些新的微生物借助残余有机物（包括死后的细菌残体）而生长，将堆肥过程最终完成。

　　（2）好氧堆肥的控制参数

　　机械化好氧堆肥过程的关键，就是如何选择和控制堆肥条件，促使微生物降解的过程能快速顺利进行，一般来说好氧堆肥要求控制的参数有：

　　供氧量

　　对于好氧堆肥而言，氧气是微生物赖以生存的物质条件，供氧不足会造成大量微生物死亡，使分解速度减慢；但供冷空气量过大又会使温度降低，尤其不利于耐高温菌的氧化分解过程，因此供氧量要适当，一般为0.1~0.2m3/m3.min，供氧方式是靠强制通风，因此保持物料间一定的空隙率很重要，物料颗粒太大使空隙率减小，颗粒太小其结构强度小，一旦受压会发生倾塌压缩而导致实际空隙减小。因此颗粒大小要适当，可视物料组成性质而定。

　　含水率

　　在堆肥工艺中，堆肥原料的含水率对发酵过程影响很大，水的作用一是溶解有机物，参与微生物的新陈代谢；二是可以调节堆肥温度，当温度过高时可通过水分的蒸发，带走一部分热量。水分太低妨碍微生物的繁殖，使分解速度缓慢，甚至导致分解反应停止。水分过高则会导致原料内部空隙被水充满，使空气量减少，造成向有机物供氧不足，形成厌氧状态。同时因过多的水分发，而带走大部分热量，使堆肥过程达不到要求的高温阶段，抑制了高温菌的降解活性，最终影响堆肥的效果。实践证明堆肥原料的水分在50~50％为宜。

　　碳氮比

　　有机物被微生物分解的速度随碳氮比变化，微生物自身的碳氮比约为4~30，因此用作其营养的有机物的碳氮比最好也在该范围内，当碳氮比在10~25时，有机物被生物分解速度最大。如果碳氮比过高，堆肥成品的比值也过高，即出现“氮饥饿”状态，施于土壤后，会夺取土壤中的氮，而影响作物生长。堆肥过程适宜的碳氮比应为20~30。

　　碳磷比

　　磷对微生物的生长也有很大影响，城市污水处理厂的污泥含有丰富的磷，可满足微生物生长的需要，堆肥原料适宜的碳磷比为75~150。

　　PH值

　　PH值是微生物生长的重要条件，在堆肥初期，由于酸性细菌的作用，PH值降到5.5~6.0，使堆肥物料呈酸性，而后由于以酸性物为养料细菌的生长和繁殖，会使PH值上升，堆肥过程结束后物料的PH值上升到8.5~9.0。

　　3污水厂好氧堆肥工艺简介

　　工艺过程

　　在污水处理厂改造中，引进了日本的涡流加压混扎机（EcoHerds）高品质快速堆肥化系统。该系统将污泥和水分调整材料（稻壳、木屑、熟肥返回料）在密团的装置中加压混轧，使污泥和水分调整材料均匀混合。原料加入涡料加压混轧机后，加压混轧时间（机器内停留时间）约10分钟左右，在此期间产生磨擦热后，原料温度达到50℃左右，如此，使在45℃以下具有活性的低温菌、中温菌、以及恶臭菌活性化。同时，促进发酵、分解的好氧高温菌增殖，使原料在恶臭难以产生的环境中实现快速堆肥处理。

　　系统构造

　　EcoHerds式高品质快速堆肥化系统的构造分二部分。

　　原料部分：由待处理原料一次储存的[原料料斗]、水分调整材料一次储存的[辅料料斗]以及熟肥返回料储存的[馈料料斗]构成。

　　涡流加压混扎机（EcoHerds）主机

　　输送部分：由将[原料料斗]的原料定量供料的[供给输送装置]和供给返回料的[皮带式输送装置]构成。

　　原料供给量的调整、水分调整材料供给量的调整、以及熟肥返回料供给量的调整，都由控制面板按输入程序控制。异物混入时，异物检出机动作，装置全体自动停止运行。原料、辅料及返回料供给机中，如任何一个发生空仓状态时，全装置停止运行，同时控制面板警示灯亮灯示警，各供给机有原料投入时，自动启动并连续运行。

　　工艺特点

　　EcoHerds式高品质快速堆肥化系统的特点：

　　1、为使原料、水分调整料、返回熟料混合进入机械的含水率达到60~65％，各供给机的供给量须给予调整。

　　原料的供给量由输入程序设定

　　水分调整的供给量由输入程序设定

　　返回熟料的供给量由输入程序设定