随着我国经济的发展，城市垃圾的数量逐年增加，垃圾围城现象日益突出。城市生活垃圾的处理方式主要有填埋、焚烧和堆肥。填埋占地面积大，而且对于土壤、地下水和大气都会造成危害；焚烧是对资源的极大浪费，而且易产生烟尘及有害气体，好氧堆肥可以将生活垃圾中的有机可腐物转化为腐殖土，但需要供给氧气，有一定的能源消耗。厌氧堆肥不仅可以得到腐殖土，不用供给氧气，能源消耗小，而且可以得到可观的可燃气体甲烷，这具有重要的社会及环境意义。
（一）实验目的
（1）了解生活垃圾厌氧发酵产甲烷的生物学原理。
（2）了解影响厌氧发酵产甲烷的各主要因素。
（3）学会使用奥氏气体分析仪的使用方法，学会用其定量测定甲烷和二氧化碳。
（4）要求堆肥数量不少于200g。
（二）实验原理
由于厌氧发酵的原料成分复杂，参加反应的微生物种类繁多，使得发酵过程中物质的代谢、转化和各种菌群的作用等非常复杂，最终，碳素大部分转化为甲烷，氮素转化为氨和氮，硫素转化为硫化氢。目前，一般认为该过程可划分为三个阶段：
（1）水解酸化阶段 水解细菌与发酵细菌将碳水化合物、蛋白质、脂肪等大分子有机化合物水解与发酵转化成单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油等小分子有机化合物。
（2）产乙酸阶段 在产氢产乙酸菌的作用下把第一阶段的产物转化成氢气、二氧化碳和乙酸等。
（3）产甲烷阶段 在厌氧菌产甲烷菌的作用下，把第二阶段的产物转化为甲烷和二氧化碳。
前两个阶段称为酸性发酵阶段，体系的pH降低，后一个阶段称为碱性发酵阶段，由于产甲烷菌对环境条件要求苛刻（尤其是pH6.8～7.2），所以控制好碱性发酵阶段体系的条件是实验能否成功的关键。
（三）实验装置及材料
切割及破碎工具、温度计、恒温水浴锅、简易厌氧产气装置（广口瓶、烧杯、乳胶管、酸度计、天平组成）（图6-9）、奥氏气体分析仪（图6-10）。
（四）实验设计要求
根据生物学原理，制定出流程简便、操作简单、确实可行的实验方案。通过查阅文献，对该实验可能出现的问题要有了解，以便尽力避免。
图6-9 分类垃圾厌氧消化实验装置
1—温控仪 2—水浴 3—反应器 4—集气瓶 5—气体分析仪 6—采样口
图6-10 奥氏气体分析仪
1—水准瓶 2—量气管 3、4—吸收瓶5、6、8—旋塞 7—取样口
在采集制备堆肥原料时，要合理搭配不同物料的配比，使其碳氮比在30∶1（参看表6-6堆肥所用原料的主要特性及附：混合原料碳氮比的计算方法），堆肥总量约500g，并适量地接种厌氧污泥约200mL。(www.xing528.com)
表6-6 堆肥所用原料的主要特性
混合原料碳氮比的计算方法：依据表6-6（式6-11）可以粗略地计算出混合原料的碳氮比或按要求的碳氮比计算出搭配原料的数量。
式中 K——混合原料的碳氮比
C，N——原料中碳、氮的质量分数，%
X——原料的质量
设计出的实验装置要求气密性良好，并可以方便准确地测量出产气量，并可以方便地与奥氏气体分析仪连接，以便进行气体组分分析。
合理地设定实验温度，合理地设定测量产气量的时间间隔及实验总时间。
实验数据的读取要认真，不得编造数据，原始实验数据及计算过程要保留。
（五）实验结果和讨论
（1）讨论不同的堆肥原料和操作条件可能会对实验结果有什么影响。
（2）做出产气速率曲线，讨论厌氧产气规律。
（3）求出所产气体中二氧化碳和甲烷的含量。
（4）与未经过堆肥过程的相同成分垃圾物进行比较，观察颜色、气味的不同。
（六）奥氏气体分析仪使用方法
1.洗气
如图6-10所示，右手举起水准瓶，同时用左手将旋塞8旋至┣状（此时进气被封闭，量气管与外界相通，适用于排气时），尽量排出量气管内空气，使水面达到刻度100时为止，迅速将旋塞8旋至┻状（此时进气管与量气管相通，适用于取气时），同时放下水准瓶吸进气样，待水面降至量气管底部时立即转动旋塞8回到┣状。再举起水准瓶，将吸进的气样再排出，如此操作2～3次，目的是用气样冲洗仪器内原有的空气，使进入量气管内的气样保证纯度。
2.取样
洗气后将旋塞8旋至┻状并降低水准瓶，使液面准确达到零位，并将水准瓶移近量气管，要求水准瓶量气管两液面同在一水平线上并在刻度零处。然后将旋塞8转至┫状（此时旋塞8处于关闭状态），封闭所有通道，再举起水准瓶观察量气管的液面，如果液面不断上升则表明漏气，要检查各连接处及磨口活塞，堵漏后重新取样，若液面在稍有上升后停在一定位置上不再上升，证明不漏气，可以开始测定。
3.测定
转动旋塞5接通吸收瓶3（吸收瓶3中为30%的氢氧化钾溶液，吸收反应方程式为：CO2+2KOH═K2CO3+H2O），举起水准瓶把气样尽量压入吸收瓶3中，再降下水准瓶重新将气样抽回到量气管，这样上下举动水准瓶使气样与吸收剂充分接触，4～5次后降下水准瓶，待吸收剂上升到的吸收瓶3原来刻度线时，立即关闭旋塞5把水准瓶移近量气管，在两液面平衡时读数，记录后，重新打开旋塞5，上下举动水准瓶如上操作，再进行第二次读数，若两次读数相同即表明吸收完全，否则重新打开旋塞5再举动水准瓶，直到读数相同为止。
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