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【摘要】固体废物处理实验是环境工程专业的必修内容，固体废物的小型生物处理装置是必要的实验装置，在原有实验资源基础上设计出不受外界气候条件影响的小型发酵装置，取得了较好的使用效果。
【关键词】固体废物实验教学生物处理装置
固体废物处理与资源化课程是环境工程专业的主干课程，是本科生专业必修课之一。课程具有内容多、涉及面广、实践性强等特点，实验教学环节是将知识转化为能力的重要过程，对培养学生的实践能力起着非常重要的作用。实验教学中固体废物三大处理方法之一的生物处理是必选项目，但是在校外定制的发酵装置在北方的气候条件下很难正常运行，因此在原有设备基础上进行了对生物处理装置的研究改造。
1、设备布置
本设备为小型玻璃钢沼气池，设备壁面透明，便于观察。设备体积小，占地面积小，可安置在保温箱内，便于实施保温。在沼气罐中插入一支温度计，深入到发酵间监测发酵温度。搅拌器等部件的电源利用保温箱内部电源。搅拌的目的是使厌氧反应池内的各处温度趋于均匀，能使投入原料与池内孰料混合均匀，并与微生物密切接触，防止酸积累，使硫化氢、氨气、甲烷等气态物质迅速逸散出去。除了利用保温箱的保温功能以外，如果温度过高，应加入温水搅拌稀释。如果温度过低，加入适量热水搅拌。此外，需要加pH计对发酵间酸碱度进行监测并控制。如果发现过酸过碱，应及时加入缓冲溶液进行调节，或加入带酸性碱性的食物。
本装置采用一次性储气袋，当把开关打开，水压间把沼气压入储气袋中。沼气臭味过强，可加入适量活性炭颗粒，对沼气中有臭味气体吸附处理。
2、生物发酵装置的工作流程
本装置主要包括：粉碎机，进料管，沼气池，出料管，导气管，储气袋，脱水机，输气管道。每天剩余的厨余物经过破碎机进行破碎，粒度变小，更利于沼气池进行发酵产气。经过破碎的发酵原料经过筛网过滤后送入沼气池罐体进行沼气发酵，发酵生成的沼气送到储气袋，可通过活性碳对沼气除臭净化，然后通过导气管进入输气管道，由控制阀控制沼气使用。沼气池发酵生成的沼渣经由出料管排出，由于沼渣含水率较高，不能直接排放，沼渣可利用抽渣泵进入脱水机进行机械脱水，最后作为花肥或扔到垃圾桶。详细工作流程如下：
沼气池工作流程图
3、运行注意事项
投产前厨余物的预处理：
由于食物种类很多，大小不一，有时如果食物粒径过大，就会大大降低发酵效率，所以投料前时必须对食物进行破碎来控制投料粒度，一般控制在80目左右不会影响发酵水平。本装置选用家庭用豆浆机粉碎厨余物，同时达到了破碎、过滤和部分消毒的目的。
在生物处理中，有机碳主要作为微生物的能源物质，大部分有机碳在微生物代谢过程中氧化分解变成CO2而挥发，部分碳则构成微生物自身的细胞物质。氮主要消耗在原生质合成之中，就微生物对营养的需要而言，当有机物C/N比在10左右时，有机物被微生物分解速度最大。随着C/N比增加，堆肥时间相对延长。处理后C/N比将比处理前前明显下降，若成品堆肥的C/N比过高，农业利用时就可能造成微生物和植物争夺氮素养分，使农作物可利用氮减少，影响农作物的生长发育。为调整C/N和N/P，以提高有机物的降解率，同时增加沼气产量和有机肥产量，氮含量过低的原料可適当参杂过期的乳制品、活性污泥等物料。
微生物可在较大的pH值范围内繁殖，合适的pH值为6～8.5，生物降解厨余物时通常不需要调整pH值。但pH值过高或过低不利于产甲烷菌，因此有些原料则需要先存放一定时间或掺入其他堆肥或物料以降低或增加pH值。
沼气池启动初期放气试火的原因及方法：
沼气池启动初期所产生的气体主要是经酸化作用产生的CO2，同时池内还有大量空气，因而气体中的甲烷含量低，通常不能燃烧。所以，当沼气池表上的数值达到3～4kPa时，应放气试火，直至所产生的气体能够连续燃烧。
如果投料时间掌握得好，料液浓度、酸碱度适宜，接种物充足，一般投料后2～3天就可以产气。当沼气压力表上的指针达到3～4kPa时，就应放气试火。第一次排放的气体主要是CO2和空气，甲烷含量少，一般是点不着的。当压力表指针再次上升到2kPa以上时，应进行第二次放气，并开始试火，如果能持续燃烧，说明沼气发酵已经正常启动，以后即可使用。一般来说，在封池3天后即可燃烧。
沼气池日常运行管理要求：
三个要点：勤加料、勤出料、勤搅拌。加入沼气池中的原料，经过沼气细菌发酵产生沼气后，原料中的营养成分会逐渐被消耗或转化，如果不及时补充新鲜原料，沼气细菌就会“吃不饱”，产气量下降。为了保证沼气细菌有充足的食物，使产气正常持久，就要勤加料、勤出料，保持沼气池里有充足的新鲜原料和足够的储气空间，才能确保正常产气、用气。
勤搅拌的作用：
（1）能使沼气池内发酵原料和细菌混合均匀，沼气细菌能充分接触发酵原料，使其迅速生长繁殖，提高产气率。
（2）可以打破上层结壳，使附着在中、下层发酵原料中的沼气，由小气泡聚集成大气泡，并上升到气箱内。
（3）可以使沼气池内的温度均衡，提高全池料液温度。
沼气池安全管理要求：
（1）新池启动时，应用温水启动。水温30—50摄氏度为宜，禁止使用冷水启动，延长启动时间。
（2）进料后，按要求密封好各活动盖，以防漏气。
（3）启动初期所产气体为废气，不能燃烧，应排放废气几天，每天排放30分钟。
（4）经常观测压力变化情况，当沼气压力过高时，应及时用气或放气，以免压力过大损坏压力表和池体。
（5）经常检查各接口、管路、用具是否密封，老化堵塞，若发现问题，及时检修。
（6）装置排放废气期间，禁止在导气管口试火，以免发生火灾，引起池体爆炸。
（7）清池检修时，需要特别注意的是，在清空池体后立即进行通风处理，保持周围氧气充足，以防因氧气不足而窒息。同时，实验室严禁点火，吸烟。
（8）当发现漏气时，及时关闭电源，打开门窗，禁止生火，开关电器，以免发生火灾。
通过本次研究改造，设计出一套小型生物处理装置，在不利的环境条件下也能较好的进行生物降解。利用此设备，学生已成功完成了发酵产气实验任务。
参考文献
[1] 张小平.固体废物污染控制工程（第二版）.北京：化学工业出版社，2010.
[2]崔芳.环境工程专业创新实验教学体系改革.实验技术与管理.2011（28）：139-144.
[3]王兵.环境工程综合试验教程.北京：化学工业出版社，2010.
【关键词】固体废物实验教学生物处理装置
固体废物处理与资源化课程是环境工程专业的主干课程，是本科生专业必修课之一。课程具有内容多、涉及面广、实践性强等特点，实验教学环节是将知识转化为能力的重要过程，对培养学生的实践能力起着非常重要的作用。实验教学中固体废物三大处理方法之一的生物处理是必选项目，但是在校外定制的发酵装置在北方的气候条件下很难正常运行，因此在原有设备基础上进行了对生物处理装置的研究改造。
1、设备布置
本设备为小型玻璃钢沼气池，设备壁面透明，便于观察。设备体积小，占地面积小，可安置在保温箱内，便于实施保温。在沼气罐中插入一支温度计，深入到发酵间监测发酵温度。搅拌器等部件的电源利用保温箱内部电源。搅拌的目的是使厌氧反应池内的各处温度趋于均匀，能使投入原料与池内孰料混合均匀，并与微生物密切接触，防止酸积累，使硫化氢、氨气、甲烷等气态物质迅速逸散出去。除了利用保温箱的保温功能以外，如果温度过高，应加入温水搅拌稀释。如果温度过低，加入适量热水搅拌。此外，需要加pH计对发酵间酸碱度进行监测并控制。如果发现过酸过碱，应及时加入缓冲溶液进行调节，或加入带酸性碱性的食物。
本装置采用一次性储气袋，当把开关打开，水压间把沼气压入储气袋中。沼气臭味过强，可加入适量活性炭颗粒，对沼气中有臭味气体吸附处理。
2、生物发酵装置的工作流程
本装置主要包括：粉碎机，进料管，沼气池，出料管，导气管，储气袋，脱水机，输气管道。每天剩余的厨余物经过破碎机进行破碎，粒度变小，更利于沼气池进行发酵产气。经过破碎的发酵原料经过筛网过滤后送入沼气池罐体进行沼气发酵，发酵生成的沼气送到储气袋，可通过活性碳对沼气除臭净化，然后通过导气管进入输气管道，由控制阀控制沼气使用。沼气池发酵生成的沼渣经由出料管排出，由于沼渣含水率较高，不能直接排放，沼渣可利用抽渣泵进入脱水机进行机械脱水，最后作为花肥或扔到垃圾桶。详细工作流程如下：
沼气池工作流程图
3、运行注意事项
投产前厨余物的预处理：
由于食物种类很多，大小不一，有时如果食物粒径过大，就会大大降低发酵效率，所以投料前时必须对食物进行破碎来控制投料粒度，一般控制在80目左右不会影响发酵水平。本装置选用家庭用豆浆机粉碎厨余物，同时达到了破碎、过滤和部分消毒的目的。
在生物处理中，有机碳主要作为微生物的能源物质，大部分有机碳在微生物代谢过程中氧化分解变成CO2而挥发，部分碳则构成微生物自身的细胞物质。氮主要消耗在原生质合成之中，就微生物对营养的需要而言，当有机物C/N比在10左右时，有机物被微生物分解速度最大。随着C/N比增加，堆肥时间相对延长。处理后C/N比将比处理前前明显下降，若成品堆肥的C/N比过高，农业利用时就可能造成微生物和植物争夺氮素养分，使农作物可利用氮减少，影响农作物的生长发育。为调整C/N和N/P，以提高有机物的降解率，同时增加沼气产量和有机肥产量，氮含量过低的原料可適当参杂过期的乳制品、活性污泥等物料。
微生物可在较大的pH值范围内繁殖，合适的pH值为6～8.5，生物降解厨余物时通常不需要调整pH值。但pH值过高或过低不利于产甲烷菌，因此有些原料则需要先存放一定时间或掺入其他堆肥或物料以降低或增加pH值。
沼气池启动初期放气试火的原因及方法：
沼气池启动初期所产生的气体主要是经酸化作用产生的CO2，同时池内还有大量空气，因而气体中的甲烷含量低，通常不能燃烧。所以，当沼气池表上的数值达到3～4kPa时，应放气试火，直至所产生的气体能够连续燃烧。
如果投料时间掌握得好，料液浓度、酸碱度适宜，接种物充足，一般投料后2～3天就可以产气。当沼气压力表上的指针达到3～4kPa时，就应放气试火。第一次排放的气体主要是CO2和空气，甲烷含量少，一般是点不着的。当压力表指针再次上升到2kPa以上时，应进行第二次放气，并开始试火，如果能持续燃烧，说明沼气发酵已经正常启动，以后即可使用。一般来说，在封池3天后即可燃烧。
沼气池日常运行管理要求：
三个要点：勤加料、勤出料、勤搅拌。加入沼气池中的原料，经过沼气细菌发酵产生沼气后，原料中的营养成分会逐渐被消耗或转化，如果不及时补充新鲜原料，沼气细菌就会“吃不饱”，产气量下降。为了保证沼气细菌有充足的食物，使产气正常持久，就要勤加料、勤出料，保持沼气池里有充足的新鲜原料和足够的储气空间，才能确保正常产气、用气。
勤搅拌的作用：
（1）能使沼气池内发酵原料和细菌混合均匀，沼气细菌能充分接触发酵原料，使其迅速生长繁殖，提高产气率。
（2）可以打破上层结壳，使附着在中、下层发酵原料中的沼气，由小气泡聚集成大气泡，并上升到气箱内。
（3）可以使沼气池内的温度均衡，提高全池料液温度。
沼气池安全管理要求：
（1）新池启动时，应用温水启动。水温30—50摄氏度为宜，禁止使用冷水启动，延长启动时间。
（2）进料后，按要求密封好各活动盖，以防漏气。
（3）启动初期所产气体为废气，不能燃烧，应排放废气几天，每天排放30分钟。
（4）经常观测压力变化情况，当沼气压力过高时，应及时用气或放气，以免压力过大损坏压力表和池体。
（5）经常检查各接口、管路、用具是否密封，老化堵塞，若发现问题，及时检修。
（6）装置排放废气期间，禁止在导气管口试火，以免发生火灾，引起池体爆炸。
（7）清池检修时，需要特别注意的是，在清空池体后立即进行通风处理，保持周围氧气充足，以防因氧气不足而窒息。同时，实验室严禁点火，吸烟。
（8）当发现漏气时，及时关闭电源，打开门窗，禁止生火，开关电器，以免发生火灾。
通过本次研究改造，设计出一套小型生物处理装置，在不利的环境条件下也能较好的进行生物降解。利用此设备，学生已成功完成了发酵产气实验任务。
参考文献
[1] 张小平.固体废物污染控制工程（第二版）.北京：化学工业出版社，2010.
[2]崔芳.环境工程专业创新实验教学体系改革.实验技术与管理.2011（28）：139-144.
[3]王兵.环境工程综合试验教程.北京：化学工业出版社，2010.