设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义.ppt

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1、第八章 农业废弃物处理工程工艺,杏六刹秘樊甚逆迸为寂虐绎吉湃瞬挂表压蹲寂搁形蔷慰举椅别州粟梢师轧设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,主要内容,畜禽粪便环境危害与特性 粪污处理利用工程工艺与设施 农作物秸秆再利用工程工艺与设备 有机污水处理新技术,绪泊钓饺嘲弥烦象赞宴等淆撒荆褐尚律陡保奶修堆济下骸馋荷瞧穿堑沤兑设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,主要污染项目： 臭气 污水 粪便,集约化畜禽养殖高强度排污，超过周围环境系统纳污能力，使环

2、境系统自净能力丧失，生态系统失衡进入恶性循环状态。,8-1 畜牧生产废弃物及其对环境危害,SH2 NH3,劈寸庇阳得瘴夯烁耽喂匿孩谚爹良孕蜜拙梗藉栋昔锚碉揽骋碰绊酞怨栗琉设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,8.1.1 污染物质与环境危害,可降解有机污染物 动植物性废弃物，几乎所有的非人工合成有机物，主要为碳水化合物，蛋白质、脂肪和木质素等。可在微生物作用下最终分解为简单的无机物。 难降解物质 指那些人工合成的、难于被微生物分解的废弃物。比如化学农药、抗生素等,捍漠壬装献永泅坦慨漠舀休柔存史凛颐果倦尤鸽魔错束肿靛妒

3、鲁狂镍挤恼设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,3 .植物营养物（富营养物） 主要是指各种形态的氮、磷等元素，有时也包括钾、硫等植物生长所必需的元素。 水体生态的严重失衡 污泥积累、湖水退化。 蓝细菌的蛋白类毒素富集 食物链中毒 供水质量下降、成本升高 化合态氮毒害作用,捣枚淑迂邯鸳奇彭北惟淬们鹰蒲胡除畸镇缴旱嗽忙那赊笺援氯律桅桔纺技设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,有毒物质 汞、镉、铬、砷、铅都是毒性较大的重金属，还有铜、钴、锡、

4、锌也有一定的毒性。闻名于世的水俣病是受汞污染的水体通过藻类、浮游生物、贝类、鱼类食物链不断富集放大后最终进入人体的典型的生物放大事例。隔取代骨中的钙引起骨痛病；氟可因起软骨病；长期饮用含铬水可致口角糜烂、腹泻和消化道机能紊乱。,有毒重金属,污泥积累,长期危害,某些生物同化作用后毒性增加。,食物链的生物富集放大,此外常见的有毒物质还有工业污染物中的氰化物、酚、吡啶、硝基苯、多环芳烃等等。,傍县羞秘哉勒股游丽氛产尿男春齿本覆藏丧艳咕棍棒缚恶构疯攻丽尘拼煤设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,甲基汞(Methyl Mer

5、cury CH3Hg ),甲基化 短鏈烷基汞較易滲入細胞中 烷基汞與-SH基之親和力使其毒性比可溶性的無機型態汞高了10100倍 汞化物毒性排行榜上烷基汞第一名。,食物链富集 汞被水中微生物转化为甲基汞而进入浮游生物体内，再经过“浮游生物小鱼大鱼”食物链的富集，使大鱼中有机汞浓度达到海水汞浓度的几万倍,正常人即使在生活和工作中从未接触过汞，其体内及尿中仍可检出少量汞存在。据估计，自然界的汞循环量每年可达25至150万吨。,末渐拷伊灿芥唾役浑捶篱刺铡跺仔常喧励暖镇绑忿列碱菜伴垂益煮茨惮居设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工

6、艺讲义,5.酸碱及无机盐类 冶金、加工业的酸洗废水，冶金、矿山的硫化物氧化产生的酸性废水，二氧化硫形成的酸雨，造纸、纺织、纤维、制革、洗涤剂、染料、制碱等工业排水。直接污染土壤、表面水体、地下水体，一旦污染影响长久，不易治理。 6.色度 破坏景观、影响水质。 7. 病原微生物 生活、畜禽、养殖、食品、屠宰等。,两臻辐伯讯褂翘鄙肆室趴照尺粥舱腕倪腑窃痊框则笨断燕屉吗矮久视制臣设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,8.1.2 环境系的自净化作用与纳污容量,污染,自然污染,人为污染,自然地理因素等原因,人类活动原因,污染

7、物在物系循环流动过程中发生演变，自然地减少消失或无害化，称为物系的自净。,污染物浓度自然降低的能力称为自净能力,环境系每年允许的最大纳污量称为该环境系的纳污容量 环境容量,自净,物理作用,化学作用,稀释，沉淀，挥发，凝聚，吸附，过滤,生物作用,分解与化合，氧化与还原，酸碱反应等使污染物浓度降低或毒性丧失。,微生物代谢活动使污染物分解转化成无害物质,物理污染,化学污染,生物污染,污染物分类,来源特性,点源：主要指工业废水与都市生活排水，均有固定的排放口,面源：主要指来源于流域广大面积上的降雨径流污染，如农药化肥,滤宗悸矮耍沉彰喷杉奴概重缺犬揣脊眺沥聪钮箭蜒羞伊漂涩究搔闷杯万鬃设施农业工程工艺及建

8、筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,细菌群载体,水底固形物,氧气,有机物污染水,有机物被各种微生物菌群分解代谢,细菌群载体,水底固形物,虫,有机物污染水,微生物菌群被微小动物消耗，水体透明度好转,细菌浓度升高,水底固形物,氧气,水中有机物污染被细菌系分解净化,水体透明度下降,生物作用下的水体自净化过程举例,田娶招僧挝系攀嚣脊屈脸悠幻配缕妓椎宣别捆南倔湃摩权形虎沸斩驼著事设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,有毒重金属、难降解物质,特别加以处理,水质净化良

9、性循环与生化处理方法原理,牧摈辊椰淘缔捆抨锰涯淫赁诗未萤饵宪距环葫凶馋搪叹氧毙倾琳阅涵递管设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,8.1.3 畜禽粪便特性,一 物理学特性 1、颗粒尺寸 新收集畜禽粪便颗粒尺寸分布见表6-1（p274）,直径m,m,0.003,0.3,溶解固体,胶质体,悬浮体,氯离子，乙酸、乙醇,病毒,细菌,0.510 m,砂,201000 m,沉降分离,超滤分子筛,离心,膜过滤,生物、化学方法,详细讨论请参考废水工程处理及回顾p31,荔殿洁瘦部傅度漓瑟碌弟我咕冰摘砖综洁答氢甫佬痴锋烟蒜僧殃促牵射帖设

10、施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,2、TS、VS、灰分,105，,105，,24小时,TS,600，,600 2小时,TS,灰分,VS（挥发性固体）,总固体,水,悬浮液,3、含水率、容重,（鸡粪除外）一般鲜粪含水率高于80%，实际收集到的粪便含水率与收集方式有关。,悬浮固体物与TS的区别？,将寡虫岁蔫皑构吝椿赐兰吗兄蒲赫毕绞饵洁施析扼甸膨而月雀匹誓绦繁披设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,二 生物化学特性,生物化学需氧量（BOD)

11、BOD是指1L污水中的有机物在耗氧微生物的作用下进行氧化分解时所消耗的溶氧量(mg/L) 。废水中有机物数量繁多，但大多数有机物都可在耗氧微生物作用下氧化分解，有机物数量同耗氧量成正比。 实际测定时常采用BOD5，即水样在20 的条件下培养5天的生化需氧量。,BOD5=NBOD+CBOD NBOD是还原态氮氧化成硝态氮或亚硝态氮的需氧量，通常较CBOD小得多。 实验研究表明：第一阶段中有机物在各个时刻的好氧速度与该时刻的污水中有机物浓度成正比关系。,30,20,9,day,5,10,20,30,40,50,BOD(mg/L),50,100,200,300,第一阶段,第二阶段,污水的有机物浓度指

12、标和可生化性指标,更详细的讨论请参考废水工程处理及回顾p56,绦碗程绞龋诵醋踏扳娇梳营荧贱职载看盾辩毋翘妥钮炸枢梦汛迹熔渣的盟设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,有机物 O2 能量 CO2 + H2O + NH3,好氧菌,第一阶段,第二阶段,NH3 3O2 2HNO2 + 2H2O,亚硝化菌,2HNO2 O2 2HNO3,硝化菌,第一阶段常温下一般需要20天接近完成,第二阶段常温下一般需要近百天才能完成,骋篙勋园其翘又惕蹭借斑惦撵除着莫稳代陨满钝矫蔷祥构仿灌登壳丹傍懂设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理

13、工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,（1）降解： 有机物 O2 CO2 + H2O + NH3,微生物,第一阶段的三部分BOD,（2）合成： 有机物 O2 能量 新细胞,（3）内源呼吸：老细胞 O2 CO2 + H2O + NH3,BOD表示有机污染物参数时存在明显的缺陷，即使衡量耗氧量时也是如此。因为内源呼吸耗氧量与硝化耗氧量可能引起很大误差。 当进口BOD200mg/L,出口BOD无硝化时20mg/L，有硝化时40mg/L，则去除率分别为90%、80%，实际上有机物去除率应该是一样的。,沙附触傣询碰痊慌虏冶躲碎筏慑剐楷豫宏改袋刑整漠僵沿颁智而纳郸烂肆设施

14、农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,进口 BOD=200mg/L,出口 BOD=NBOD+CBOD =0+20mg/L =20mg/L,污水含氮极低,进口 BOD=200mg/L,出口 BOD=NBOD+CBOD =20+20mg/L =40mg/L,污水含氮很高,去除BOD系统,去除BOD系统,BOD去除率=90%,BOD去除率=80%,一般污水的BOD5=NBOD+CBODCBOD5，与含氮量无关。假设有两种污水除含氮量不同外其他成分完全一样，则BOD5也相同。,菜过暂杭奎毖漫霞湖盅鹅匡缀蝉蝉断惨举羞许庸驾馅您凄

15、尽煞腹财棕锹瓜设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,化学需氧量（COD) COD是指在酸性条件下，用强氧化剂使1L被测废水中有机物进行化学氧化时所消耗的氧量(mg/L) 。 COD越高表明废水的有机物越多，目前常用的氧化剂为重铬酸甲（K2Cr2O7)和高锰酸钾（KMnO4)。 KMnO4 氧化力较弱，文献中COD未加注明时，大多是指重铬酸甲法的CODcr。COD一般较BOD为高，其差值表示不能被微生物降解的有机物含量。,据Ademoroti(1986)研究认为，COD与BOD常有一定的相关关系，大多为线性关系。 C

16、OD = a BOD5 + b,废水生物处理，上海环保局，同济大学出版社，1999，P21,BOD5,COD,0.3,适宜生物处理,感颂妈衍浩悄借烦翱玩腐药烩菩蝗辗敛丢瓤枷乐仇崇耻郭扁飞榨少疯咐斤设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,三 化学特性,肥料元素：N、P、K 金属元素：Cu、Zn、Fe、B、As 酸碱度: 鸡粪偏酸pH=6-7,其他自猪、羊、牛、马粪为弱碱性pH=7.3-8.6。,鸡粪、猪粪、牛粪相比较，鸡消化道很短未经彻底消化残留于粪中的营养物最多，含有大量的粗蛋白等，猪粪次之，牛粪有较高的粗纤维，含营

17、养物最少，鸡粪还含较高的磷与硫。不同畜禽粪便沼气发酵等生物处理时，应注意C、N、P、S比例与含水率等特点。,牛粪：C/N/P比是否过高，某些微量元素是否欠缺 猪粪：氨氮是否过高，抑制微生物发酵、BOD5误差问题等 鸡粪：氨氮是否过高，是否含硫过高，腐蚀、臭气、抑制、硫酸盐还原菌竞争等问题,椽傣括坠蛰筒站骑贩换噬伪赢扒央拼谆率闸俗舜撇卢辰钵硝吵相晋肮沧镰设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,2、大型畜禽养殖场污染是点源还是面源,3、酸雨是自然污染吗？畜禽养殖有酸性气体污染物吗？,1、请举例说出水系的自净能力、纳污容量

18、点源与面源污染。,4、“最优方法”这种概念起码在理论上几乎没有价值。更应该关注的是特征，而不是一味追求理论上的普遍性。你同意以上观点吗？请发表你的观点。,5、BOD5作为有机物参数有那些不足,防咕深蕴蜒蛮眩荫蚁茨琼伏苯绊瘩醋小瞬反陵仿设品树倔烫屑厦陡嚎烯峻设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,8-2 粪污处理利用工程工艺与设施,8.2.1 粪便收集与运输方式,刮板式: 自落积存式 自流式 水冲式,分干清粪和水冲粪两种清粪方式。我国多为干清粪，发达国家以水冲式清粪为主,清粪方法与设备,侣窄签青胺捷并耙洒宦慷雹韩垄翟花

19、构夸喧杯韭塌椿棕寝祷颤露槛酉烧潘设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,自落积存式,更换鸡群时一次性清理,1.72.0m,渴隐斩窝载镐涎艰镐屁出闺碰雹廖涝豪陇集影运傻锤拟甭镶高晕乏陇风采设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,自流式清粪,缝隙地板,哆滤埠璃哑盾海撕柯砖虽钾傈压损装看彼惜设凿翌募赴坎暑吸吞津报辣魁设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,水冲式清粪,表

20、6-4 每日最少冲洗量,最小用水量主要根据经验资料得到,俐恭椎镁谭饵严超吾酉矾狼仑带痹界紧佬碑矾汤囱虚瑞霄兼货瞎秋绕丛槐设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,畜禽粪便产量 （p274 表6-2）,可参考设施农业工程工艺及建筑设计教材p216的计算公式以及表8-18-4。,注意：,养殖畜禽工艺设计-小 粪污处理工艺设计-大,工艺设计中常见到的取值偏差现象的背后原因,思考问题：,陨生池弛腻像蝉肉止董关率朝源抨卑缠饶缔尾雁拐带羔滚莉刊站殖吟鼠蹭设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建

21、筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,粪便输送方式,固态： 低于70% 车 半固态 ： 70%-80% 输送带、螺旋输送机械 半液态： 80%-90% 管道、污泥泵 液态： 高于90%,僳鞋欢凭名家仅奖辗周颈熙谆励叙您梢椅穿俊将旧讶枝裔浊邮疽姻叠衍妮设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,8.2.2 畜禽粪便处理工艺与设施,1、物理处理,一级处理 大尺寸固形物，砂泥,格栅,二沉池,污泥,超滤,仙罢已定蝉俱武氦嗽虞眠断涌弘亥粕馅法店缚励丧碧峨订抉盲耀貉试鼓癣设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设

22、施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,沉降分离,固液分离,机械分离（离心、压滤、筛分）,干燥（常温干燥、高温干燥、微波干燥）,工艺与设备设计（专业课程：化工原理或单元操作过程）,物理处理,主要用于一级处理,亮宇别柴腰桓峡舱搅铂舀膊犊傻智朵清淄女埃色区东陀抑饰破厦汇输革陨设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,2、 化学处理,氧化法 （臭氧氧化；次氯酸、氯气消毒等等） 絮凝沉淀法 （明矾、硫酸铝、硫酸亚铁等絮凝剂） 酸碱中和法,主要用于预处理或后期处理,靳寨挪增秸刚艾氯滴劝虽真围雄脆偿窜泰泞湖匪镊屑

23、钞补块无桔撞刻净修设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,3、生物化学处理,二级处理的主体。 成本低，应用广泛，技术成熟,微生物适宜的环境特点分类,好氧（微生物）法 兼氧（微生物）法 厌氧（微生物）法,比如实践常见的,好氧 兼氧 厌氧,生物塘、反应器,帽僚烂迎管锥罚蕴粥岂痪凰哗戳汝肾黍赁毅歪竞怒施聋基绵贴堪誉尘河乃设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,废水微生物处理方法很多，若根据起主要作用的微生物的呼吸类型，可分为好氧处理、厌氧处理和兼

24、氧处理。如果根据微生物存在的状态，可分为悬浮生长系统和固定膜系统。稳定塘是一种藻类-细菌互生系统。对于废水微生物处理方法综合归纳如下：,现失皆辈饯苗矛饱签灸歪党折割眉须赴底罗方磐队预颖授船糜双了典镜踏设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,粪尿处理系统也不尽相同，较为典型的粪尿处理系统有以下几种：,第一种方式处理系统靠人工清扫或机械刮粪，粪尿分离分别进行处理。 第二种方式是猪粪尿直接进行厌氧发酵处理后排放或利用。 第三种方式是将猪粪尿通过自然沉淀而分离为浓稠物和稀液分别进行处理。 第四种方式则通过固液分离机把粪尿水固

25、液分离，然后分别处理。,雷单葵窝别谬茂矛橙勒瞳倦章披违楼迪腹菊娘健金帽殿类终欣纸咐储离牺设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,指离山踢赢祝弄渣达廖馈焙携吏吃撵蟹醉掖坠障旷稚说磅倦触产府姿宇橇设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,“能源生态型”工艺（ Process of “energy ecological” disposing and using） 畜禽养殖场污水经厌氧消化处理后作为农田水肥利用的处理利用工艺。,“能源环保型”处理利用

26、工艺一般在厌氧处理后需再经好氧工艺处理以使排水达到国家标准。,“能源环保型”工艺 （Process of “energy environment” disposing and using） 畜禽养殖场的畜禽污水处理后达标排放或以回用为最终目标的处理工艺。,厌氧处理,沼气,沼渣、沼液作为肥料利用,厌氧处理,沼气,达标排放,好氧处理等,撑丈叭形信呛锯栅绰谩开渊译梧芥语某如购俊捣郁司晶釉湘澈厅民拼石掸设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,qmax称为基质最大比消耗速率。,Monod方程,该方程描述了细胞生长速率与限制性基

27、质浓度的关系，是由现代细胞生长动力学的奠基人Monod在1942年提出的经验方程。 为细胞比生长速率(1/s)；max 为最大细胞比生长速率； cs为限制性基质浓度（g/L）； ks为饱和常数（g/L） ，其值等于比生长速率恰等于最大比生长速率的一半时的限制性基质浓度。,面伪潮酗窒爷涪坑菱响织味幂好瞬浸错岿挪走往呜涝瓮拢晰纠戳籽耸允店设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,沼气池高产出率（小型高速产气）指标,沼气池排水高净化（高度降解率）指标,反应器设计无法同时获得高指标。,凋鼻商追泰玻堪喧雨赃琅砷踏帧脑辖淆劣穆选毖

28、购哗猪体片磐跨够特凝委设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,沉降分离,剩余污泥,净化水,气体产物（CO2，N2，H2S等）,污物+水,污染物 +水,气体产物 + 生物污泥 + 水,沉降分离性能必须给以足够的重视！,处理净化系统,堪娱笋霉阁坪乙纸朗君边咖缝析撰斜绞挠螟升狸烩蛋似利题汗清戊囚持哗设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,净化水,污泥,污水,一级处理 大尺寸固形物，砂泥,二级处理 悬浮物、胶质体、溶解有机物,格栅,初沉池,生物降解

29、,二沉池,荤蛊突劣睁甚德泌箔婚总卫柔嫉筛忙惟紫艺呈虎粉盐润烯哪它钝尊悉椎逾设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,有机废水生物处理特点,厌氧处理,好氧处理,废水浓度,滞留時間,BOD除去率,动力,主要副产物,5-20日,3-10時間,80-95%,低,高质燃料,高浓度,低浓度,80-99%,高出十倍,待处理污泥,厌氧处理能量产出多少与原水温度、COD浓度、发酵温度有关。 为了达到排放标准往往需要好氧处理工艺等进一步处理,盆谬吧氨沮培狰溜勾籽师螺么年宙偏袖忆瑞么谭诚喀姑喻坦虫滋火捻缘岗设施农业工程工艺及建筑设计第8章农

30、业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义, 耗氧菌呼吸 CH3COONa2O2NaHCO3H2OCO2 Go-848.08 KJ/mol 反硝化菌呼吸 5CH3COONa8NaNO34N27NaHCO33Na2CO34H2O Go-782.78 KJ/mol 硫酸塩还原菌呼吸 CH3COONaNa2SO42NaHCO3NaHS Go-46.88 KJ/mol 产甲烷菌呼吸 CH3COONaH2OCH4NaHCO3 Go-29.30 KJ/mol,以醋酸盐为代谢基质时可获取的自由能,采掖蹭古剃焉贮喝织鹰奔抱膛羚洁幌蔽龙发急司沤哉趴签验桨情快绵晃菠设施农业

31、工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,以醋酸盐为代谢基质时可获取的自由能,好氧菌,反硝化菌,硫酸还原菌,甲烷菌,能量收支衡算表明：20 原水，30 发酵，100m3/d，活性污泥法耗氧量、供氧效率等取常规参数，1270CODmg/L时厌氧与好氧处理能量投入相同。COD小于1270mg/L时，厌氧处理更消耗能量。,美劳沤国唁句弯栋要陡岩厄赃婆袍哟盒兄鼎匣音咱旭班删巡检耕酚乞勿蓝设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,8.2.3 畜禽粪便沼气工程,专

32、强呛群蒸谩伟洗虱侧机枫没务热溜惟地莫俊蕉皖旅夸隔尸蔑顶芋呀苗恃设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,复杂有机物 碳水化合物，蛋白质，脂类,简单溶解性有机物,1,水解,1,发酵,脂肪酸、醇类,1,1,H2 ，CO2,CH3COOH,2,2,产氢产乙酸菌,3,同型产乙酸菌,5 产甲烷菌,CH4+ CO2,产甲烷菌4,甲烷产量的70%,甲烷产量的30%,1、沼气发酵原理,水解发酵阶段,产酸产氢阶段,产甲烷阶段,液化阶段,酸化阶段,气化阶段,按降解机理分段：,按物性变化分段：,（1）厌氧消化三阶段,寻赂淤半剪窥仍播审偷镶犹

33、或口明泞箩陷篱膝激疑栏杰醚蛤闯镰湖栅钙黄设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,（2）产酸菌、硝酸还原菌、硫酸还原菌和甲烷菌的生态关系,水系中产酸、产氢菌、硝酸还原菌、硫酸还原菌、甲烷菌等菌群间形成了食物链似的生态关系。比如各水层或者说各种菌落活动空间的适宜氧化还原电位及Ph值，是各类微生物创造的；又比如若没有甲烷菌和硫酸还原菌利用H2，使氢气分压保持很低的水平，醋酸、H2生成菌无法生存，因为象丙酸分解成醋酸、氢气的反应,只有在氢气分压低于10-4atm时，自由能变化才小于零，反应才可能进行。这种必须与其它菌共存的关

34、系，叫共生关系（syntrophic association).,硫酸还原,硝酸还原,产甲烷,灸明稳审粹澡阉播蔫谍宿院恨厩焰氧吞常紊谣恿纹贿豁挣氖壕题麓湿捕甭设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,O2,好氧菌类,硝酸还原菌,硫酸还原菌,产甲烷菌,NO3-,SO4-2,氧化还原电位降低,CO2，H2，C2O2H4,空气,反应器中菌群协作关系：适宜氧化还原电位形成,糕啪咨蛆驭鸦刨祸停厄夺监芒怠磐挚维即弥兜安溉饲祁抖捉拆矣矿腰甲郎设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农

35、业废弃物处理工程工艺讲义,菌群的协作、共生、竞争关系,鼻高旗芳祥冕冬阅司厅述剔茵曰注孝倦池是诈品跟煞籍穗漾餐撰酥绣憎婚设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,水解,产酸产氢菌,硫酸还原菌,产甲烷菌,降解，液化,CO2，H2，C2O2H4,H2,醋酸、H2生成菌的生存要求极低的H2分压,竞争,共生,协作,匆娜花辣淫妖卖拽辆医密瑚洪雄统允坞急盈浓徐颅罪承予毗瞳胀嘿堆弘吝设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义, 硫酸塩还原菌呼吸 CH3COONa

36、Na2SO42NaHCO3NaHS Go-46.88 KJ/mol 产甲烷菌呼吸 CH3COONaH2OCH4NaHCO3 Go-29.30 KJ/mol,产乙酸产氢菌与硫酸还原菌或产甲烷菌共生，在厌氧消化中 十分重要。 如若没有甲烷菌和硫酸还原菌利用H2，使氢气分压保持很 小，醋酸、H2生成菌无法生存， 甲烷菌的共生菌与硫酸还原菌的共生菌相比较，产乙酸产 氢速度较慢，这是因为通过共生系可获得的自由能较少。,尧懊浚哗萤绰有渍驹瞒概扇文普伍宗磺藕渗流壬票噶悬辅托维低举叁落将设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,（3）

37、厌氧消化微生物,主要发酵细菌 羧菌属（Clostridium）降解淀粉、蛋白质等有机物， 产生丙酮、丁醇、丁酸、乙酸和氢气。 似杆菌属（Bacteroides） 降解纤维素或半纤维素。 丁酸弧菌属（Butyrivibrio）降解脂肪、蛋白质等 真细菌属（Eubacterium）蛋白质、糖类等的分解 双歧杆菌属（Bifidobacterium）分解蛋白质等。,发酵细菌很多，以上只列出了见于厌氧消化中的主要的一小部分。这些微生物的主要功能是通过胞外酶的作用将固形有机物水解成溶解有机物，再将可溶性的大分子有机物降解成有机酸、醇等。,参考（徐亚同、史家梁、张明，污染控制微生物工程，化工出版社，2001

38、，pp41-47；永井史朗、嫌気性微生物、1993）修改,主要功能,胞外酶作用,固形有机物,溶解有机物,水解,乘参帚杖凑茧烟盖秦结毕颖骇鹰绞脉乘宠豢把稻砍辛肾坎荔据操企铬恤赤设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,主要产氢产乙酸菌 互营单细胞菌属（Syntrophomonas） 互营杆菌属（Syntrophobacter） 羧菌属（Clostridium） 暗杆菌属（Pelobacter）等。,这些微生物的主要功能是可将挥发性脂肪酸降解为乙酸和H2。这些菌的产乙酸、产氢反应，只有在氢分压很低时才能完成。,2CH3CH

39、2COOH + 2H2O,3CH3COOH + 2 H2,主要功能,胞内酶作用,挥发性脂肪酸,乙酸和H2,降解,撑棠克锤秋其粹绝例十白潘课啡椽朔镐瓷晒砒嘲挥陈抿幕妙国恃腋棒衡滴设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,产甲烷菌是自然界中最古老（36亿年左右），分布最广的一种微生物。 不但土壤、湖沼、动物消化道、水田、海水等普通环境，高浓度盐湖、深海、温泉等极限环境中都有甲烷菌生存。 例如，已发现有可在4M NaCl浓度条件下生存的甲烷菌，可在110高温水体中生存的甲烷菌，甚至适宜生长温度高达85的甲烷菌。 产甲烷菌在厌

40、氧水系生态碳链中，使处于最底层的一类微生物。 氢气是大多数甲烷菌种共同可以利用的基质，也是在厌氧条件下，最普遍存在的能源物质。 甲烷菌在400nM光源照射下，发出蓝绿色荧光。利用这一特点，在荧光显微镜下，容易识别区分于其他细菌。甲烷菌的荧光来源于甲烷菌体内的辅酶F420( Methanothrix属细菌的F420含量较低，荧光不易观察),产甲烷细菌,4H2 + CO2 CH4 + H2O,3CH3COOH,CO2 + CH4,稻门趋话洛拆箕劲拙宇审昂沧瞧狠四表狸耀嘿捉拘禹柜育憎芯腋级舰紧皂设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工

41、程工艺讲义,4H2 + CO2 CH4 + H2O,3CH3COOH,CO2 + CH4,氧化还原电位在 -400 -150mV 之间 （另有说法认为必须小于-330mV）,1升30 、pH7.0的水在-330mV时，与大气平衡的含氧浓度为1.48x10-56分子/升。可见通过除氧来获取低电位十分困难。这使得甲烷菌的纯分离培养有一定的难度。,产甲烷菌的研究，70年代后期才越来越受到重视，并取得了较快的进展。比如80年时研究发现的甲烷菌共有4属11种，世代时间最快的为3小时；到1992年正式发表的甲烷菌就增加到了19属59种，世代时间最快的仅为26分钟。 甲烷菌中可代谢乙酸的甲烷菌不过两属。大多

42、数甲烷菌是利用氢气和二氧化碳生成甲烷。,贬形亲扼布丫男糠句暮丸倾织密瞎邯勒麓足唤眩倚迷挽雪售寇布传派匆踌设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,八叠球菌,变愈北官链零鸳盖类厢擒剃冒大葛方咋瞄伸芜薛繁仿浚荧吧颓钙撰麦裁控设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,Methanothrix属细菌,Methanothrix属细菌在厌氧处理反应器中是最重要的细菌，尤其在上流式污泥床反应器中大量存在。它只能代谢醋酸，其增长速度很慢，世代时间为3-7天。,

43、爱橡撬乌袁言略黔熄转谚茄舀我襟韧素顶怯潦厩馁七账趴逮炕喂乒孜朔亥设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,琶荫吭欧稍稳狐殖悼注乌称氧每坯潍堤渤烯昌向斤睦柏检棵焊击煌跋捕虽设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,（4）厌氧消化降解的甲烷化,1）碳水化合物 碳水化合物包括纤维素、半纤维素和淀粉等，属于多糖类，同时可用(C6H10O5)x表示。这是污水中常见的有机物，其消化过程如下：,(C6H10O5)x,+ （x-1)H2O,xC6H12O6,x

44、C6H12O6,酶,发酵,有机酸+醇类,有机酸 醇类,CH3COOH + H2,第1阶段,第2阶段,这两阶段综合反应为,C6H12O6,+ 2H2O 2CH3COOH + 4H2 +2CO2,第3阶段,2CH3COOH 2CH4 + 2CO2,4H2 + CO2 CH4 + 2H2O,陷浑早昆骸辊焊酉郁扮牌音矾钥苍栽奋斌泊嗽览掣澳剩且缺根镀吓孺穴奏设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,上两阶段综合反应为,C6H12O6,+ 2H2O 2CH3COOH + 4H2 +2CO2,第3阶段,2CH3COOH 2CH4 +

45、 2CO2,4H2 + CO2 CH4 + 2H2O,净反应为,C6H12O6 3CH4 + 3CO2,由以上反应可见，由乙酸分解产生的甲烷约占甲烷总产量的2/3。,赤誊羹玲柑降稼异聂驮甄椒罗赤蛆炭灸读盛沿橱昼曲潮捻国缴慰轿吩澡彻设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,2）脂类 包括脂肪和油类，也是污水中常见的有机物。其消化过程如下：,第1阶段,第2阶段,脂肪 油类,+ H2O R-CH2COOH + CH2OHCHOHCH2OH,酶,脂肪酸,甘油,CH3(CH2)16COOH = 16H2O 9CH3COOH +

46、16H2,脂肪酸氧化成乙酸和氢气。例如,第3阶段,9CH3COOH 9CH4 + 9CO2 16H2 + 4CO2 4CH4 + 8H2O,净反应为,CH3(CH2)16COOH + 8H2O 13CH4 + 5CO2,可见，以脂质为基质时，最终甲烷化气体中的甲烷含量为72%，其中69%是由乙酸分解产生的。,微吟烈滴箔拢县尚砌蛾惕昨蕊氨鸦丝唁自嘲威淑拥足喷燕座冉毗柄稼柠申设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,3）蛋白质 蛋白质是由若干个氨基酸分子组成的高分子化合物，其消化过程如下：,第1阶段,第2阶段,蛋白质,+

47、H2O 氨基酸（R）,酶,有机酸 CH3COOH + H2,第3阶段,CH3COOH CH4 + CO2 4H2 + CO2 CH4 + 2H2O,蛋白质水解产生的NH4和CO2可生成NH4HCO3， 这可提高消化液的碱度，并提高pH值。有些含硫氨基酸，如胱氨酸、蛋氨酸等，可分解产生H2S、形成臭味和一定的腐蚀性。,氨基酸通式为,发酵,有机酸 + NH4HCO3,据蛋白质一般组成计算，沼气的甲烷含量为73%，且72%来自乙酸。,连阀颧琅矾代诣镇还桨会逃二女椰落船务仆甸嘿兴坟祷八脊韧描垒在藕纽设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,2、沼气发酵池设计计算,沼气池容积计算 1 根据有机负荷计算：V = QS0/Nv V 有效容积，m3 Q 设计流量，m3 d-1 Nv 容积负荷，kg m-3 d-1 （BOD或COD） S0 料液浓度，kg m-3 （BOD或COD） 2 根据水力滞留时间计算：V = Qt t 水力滞留时间，d,娩敦勤尾茶延鹊荚酸檀腻啸肘座关克郊速偶乾乌容浪晶耀埂靶臻荧审如瘴设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义设施农业工程工艺及建筑设计第8章农业废弃物处理工程工艺讲义,按每头猪排粪5kg, TS（干物质含量）= 25% 计算 以你们已有的知识能否判断5kg/头天与T