厭氧消化處理有機固廢

厭氧消化處理有機固廢第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三目錄厭氧消化的原理城市有機生活垃圾的處理現(xiàn)狀厭氧消化處理有機固廢的工藝流程厭氧消化處理有機固廢方面的展望4123第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三

一、厭氧生物處理基本原理厭氧生物處理（厭氧消化）是指在無氧條件下，借助厭氧微生物的新陳代謝作用分解廢水中的有機物質(zhì)，并使之轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿拥臒o機物質(zhì)（主要是CH4、CO2、H2S等）的處理過程厭氧消化涉及眾多的微生物種群，并且各種微生物種群都有相應的營養(yǎng)物質(zhì)和各自的代謝產(chǎn)物。各微生物種群通過直接或間接的營養(yǎng)關(guān)系，組成了一個復雜的互營共生的微生物系統(tǒng)

對厭氧消化過程的認識經(jīng)歷兩階段理論、三階段理論和四階段理論等幾個階段。第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三復雜有機物（糖類、脂類、蛋白質(zhì)）有機酸、醇類H2/CO2/甲酸、甲醇乙酸最終產(chǎn)物：CH4+CO2產(chǎn)甲烷菌同型產(chǎn)乙酸菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌水解發(fā)酵菌四階段理論四階段理論第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三參與厭氧消化過程的微生物通過對前面的四階段理論分析可知：厭氧消化過程可認為是由水解酸化、產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷四個階段組成，各個階段分別由相應的細菌類群完成：水解發(fā)酵細菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌同型產(chǎn)乙酸菌產(chǎn)甲烷菌第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三水解發(fā)酵菌群12水解發(fā)酵菌群為一個十分復雜的混合細菌群，該類細菌將各類復雜有機質(zhì)在發(fā)酵分解前首先進行水解，因此該類細菌也稱為水解細菌將大分子不溶性有機物在水解酶的催化作用下水解成小分子的水溶性有機物將水解產(chǎn)物吸收進細胞內(nèi)，經(jīng)胞內(nèi)復雜的酶系統(tǒng)催化轉(zhuǎn)化，將一部分供能源使用的有機物轉(zhuǎn)化為代謝產(chǎn)物排入細胞外的水溶液中，成為參與下一階段生化反應的細菌菌群（主要是產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌）可利用的物質(zhì)第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌能將產(chǎn)酸發(fā)酵第一階段產(chǎn)生的丙酸、丁酸、戊酸、乳酸、和醇類等，進一步轉(zhuǎn)化為乙酸，同時釋放分子氫第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三同型產(chǎn)乙酸菌同型產(chǎn)乙酸細菌能代謝H2/CO2為乙酸，為利用乙酸的產(chǎn)甲烷菌提供了形成甲烷的基質(zhì)，又能代謝分子氫，使厭氧消化系統(tǒng)中保持低的氫分壓，有利于厭氧發(fā)酵的進行

異養(yǎng)菌混合營養(yǎng)型異養(yǎng)菌利用有機質(zhì)產(chǎn)生乙酸既能利用有機質(zhì)產(chǎn)生乙酸，又能利用H2/CO2產(chǎn)生乙酸第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三產(chǎn)甲烷菌的形態(tài)各異第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三產(chǎn)甲烷菌

產(chǎn)甲烷菌是參與有機物厭氧消化的最后一類也是最重要的一類細菌。產(chǎn)甲烷菌形態(tài)比較多樣，可代謝H2和CO2及少量幾種簡單有機物生成甲烷。它們在嚴格的厭氧條件下，將發(fā)酵菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和好氫產(chǎn)乙酸菌的終產(chǎn)物，在沒有外源電子受體的情況下，把乙酸、H2和CO2轉(zhuǎn)化為甲烷、CO2和水。在一般的厭氧反應器中，約70%的甲烷由乙酸分解而來，30%由氫氣還原二氧化碳而來。產(chǎn)甲烷菌分兩類：利用乙酸產(chǎn)生甲烷CH3COOHCH4+CO2利用H2和CO2的合成生成甲烷4H2+CO2CH4+H2O第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三產(chǎn)甲烷菌的營養(yǎng)特征營養(yǎng)特征生產(chǎn)因子有些產(chǎn)甲烷菌需要維生素才能生長，或者說對其有刺激作用，尤其是B族維生素C源產(chǎn)甲烷菌只能利用較簡單的有機化合物，常見的基質(zhì)有H2/CO2、甲酸、乙酸甲醇、甲胺等微量元素所有產(chǎn)甲烷菌的生長都需要Ni、Na、Co、Fe等微量元素N源產(chǎn)甲烷菌均能利用氨態(tài)氮為N源，但利用能力比較差。瘤胃甲烷短桿菌要求氨基酸第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三厭氧微生物群體間的共生關(guān)系非產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌提供生長和產(chǎn)甲烷所必須的基質(zhì)非產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造適宜的氧化還原電位非產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌清除有毒物質(zhì)產(chǎn)甲烷菌為不產(chǎn)甲烷菌的生化反應解除抑制非產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)甲烷菌共同維持環(huán)境中的適宜pH第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三二、城市生活垃圾的處理現(xiàn)狀城市生活垃圾的來源和主要組成物城市生活垃圾是指在城市日常生活中或者為城市日常生活提供服務(wù)的活動中產(chǎn)生的固體廢物,主要包括居民生活垃圾、商業(yè)垃圾、建筑垃圾(又稱為渣土)。來源

主要組成物質(zhì)居民生活食物垃圾、紙屑、布料、木料、金屬、玻璃、塑料陶瓷、燃料灰渣

、

碎磚瓦、廢器具、糞

便、雜品

商業(yè)機關(guān)管道等碎物體、瀝青及其他建筑材料、廢汽車、廢電器、廢器含有易爆、易燃、放射性的廢物以

及居民生活所排除的各種廢物市維護、管理部門

碎磚瓦、樹葉、死畜禽、金屬、鍋爐灰渣、污泥、

臟土

第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三我國城市生活垃圾收集和處理的主要特點收集方面以混合收集為主,絕大多數(shù)未實施垃圾分類和分選處理上主要以填埋為主(占整個處理量的80%),其次是高溫堆肥(占整個處理量的19%),只有約1%的生活垃圾是經(jīng)焚燒處理的研究表明,我國真正符合國際衛(wèi)生標準的垃圾處理量只占整個垃圾產(chǎn)生量的10%左右,垃圾處理中的二次污染問題比較普遍第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三城市生活垃圾成分變化情況第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三城市生活垃圾處理現(xiàn)狀第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三垃圾填埋場第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三厭氧消化處理有機固廢的研究成果TextinhereTextinhereTextinhereKublerBaldasan1920厭氧消化在提高能量平衡方面比堆肥、焚燒、或消化+堆肥更有優(yōu)勢厭氧消化處理產(chǎn)生的總能量比厭氧消化廠建立和運轉(zhuǎn)所需要的能量大厭氧消化能夠循環(huán)和再利用垃圾的成分。而且固體物質(zhì)被消化后可以得到高質(zhì)量的有機肥料和土壤改良劑。消化過程不需要氧氣，降低了動力消耗，從而降低了使用成本歐洲國家限制有機垃圾進入衛(wèi)生填埋場，有機物含量高于5%的垃圾被禁止。日本從歐洲引進技術(shù)，建立了厭氧消化示范工程。在美國，厭氧消化工藝也有一定的應用我國第一個家用水壓式沼氣池EdelmannBadasano第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三厭氧消化工藝的分類劃分標準工藝類型具體說明給料方式序批消化連續(xù)消化階段性成批進料連續(xù)進樣運行溫度高溫消化中溫消化常溫消化50-60℃30-40℃15-25℃反應級數(shù)單相消化兩相消化在產(chǎn)酸池和產(chǎn)甲烷池中分步完成在同一反應器中進行

消化濃度

干式消化

濕式消化

反應基質(zhì)固含率為20%-40%

反應基質(zhì)固含率為10%-15%

第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三垃圾破碎與篩分設(shè)備第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三三、厭氧消化工藝實例破碎機械分選轉(zhuǎn)鼓篩備料罐泵單級階段反應器反應溫度35℃停留時間15-20d消毒罐70℃下停留30min緩沖罐脫水液體肥料固體腐殖土廢水脫水RDF物質(zhì)進入流化床燃燒有機垃圾惰性物質(zhì)工藝水儲氣罐沼氣1、低固體連續(xù)單級厭氧發(fā)酵工藝第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三2、低固體連續(xù)多級發(fā)酵系統(tǒng)（BTA工藝）經(jīng)分選的有機垃圾接收池破袋機塑料及惰性物質(zhì)水選：去除無用的漿狀物、塑料及惰性物質(zhì)預處理垃圾在70℃下消毒1h加入NaOH提高降解分離系統(tǒng)水解池纖維物質(zhì)生物反應器液體肥料固體廢料液體物質(zhì)輕質(zhì)液體物質(zhì)發(fā)電機氣體燃燒裝置沼氣第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三切碎篩選磁選給料系統(tǒng)（回流水解）混合、泵反應器壓濾機手工分選熱電聯(lián)產(chǎn)混合單元高分子水好氧堆肥腐殖質(zhì)分類收集有機垃圾廢水處理預處理水（1）Dranco工藝流程圖3、高固體單級發(fā)酵系統(tǒng)第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三好養(yǎng)穩(wěn)定化壓縮餅送至堆肥階段進行好氧穩(wěn)定化（2）KomPogas工藝有機垃圾預處理厭氧反應器脫水固含率為30%-5%，揮發(fā)性固含量為55%-75%，粒徑<40mm，pH4.5-7.0，凱氏氮<4g/kg，(C/N)>18高溫消化，消化后的產(chǎn)物含水率高脫出的水用于加濕進料或作為液態(tài)堆肥第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三厭氧消化處理有機固廢的影響因素PH值溫度基質(zhì)氧化還原電位毒性物質(zhì)有機負荷接種物預處理素因響影第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三厭氧消化處理有機固廢的影響因素1、溫度溫度是影響厭氧消化效果的重要因素。甲烷發(fā)酵階段是厭氧消化反應的控制因素。甲烷菌的最佳生長溫度有兩組:中溫(35~40℃)，高溫(55一58℃)。由于中溫菌種類多，易于培養(yǎng)馴化、活性高，所以厭氧處理常采用中溫消化。2、pH值在厭氧處理中，最適pH大致范圍在6.8-7.2(l)由于pH的變化引起微生物體表面的電荷變化，進而影響微生物對營養(yǎng)物的吸收。(2)由于多數(shù)非離子狀態(tài)化合物比離子狀態(tài)化合物更容易滲入細胞，所以pH還會對有機化合物的離子化作用產(chǎn)生間接影響。(3)酶只有在最適宜的pH值時才能發(fā)揮最大活性，不適宜的pH可使酶的活性降低，進而影響微生物細胞內(nèi)的生物化學過程。(4)過高或過低的pH值都會降低微生物對高溫的抵抗能力第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三厭氧消化處理有機固廢的影響因素3、氧化還原電位氧的溶入是引起厭氧消化系統(tǒng)的氧化還原電位升高的最主要的原因。還有其他一些氧化劑或氧化態(tài)物質(zhì)的存在也會有影響，有機垃圾的厭氧消化過程中，要防止外界空氣進入和強氧化劑進入到消化系統(tǒng)中，以保證消化系統(tǒng)具有較低的氧化還原電位。4、基質(zhì)的營養(yǎng)比例厭氧微生物除了對碳和氮等大量營養(yǎng)物質(zhì)的基本需求外，沒有合成某些必須維生素的能力。因此為維持細菌的生長和活動，還需要補充某些專門的營養(yǎng)物。厭氧微生物的生長繁殖需要一定比例的碳、氮、磷及鎳等微量元素。厭氧法C:N:P控制在300-500:5:1為宜第28頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三厭氧消化處理有機固廢的影響因素5、有機負荷

增加反應器中總固體含量，即提高了有機負荷率，可以相應地減少反應器體積，但有機負荷率也不是越高越好，過載后容易引起酸化，降低生物氣產(chǎn)率，最終導致厭氧消化失敗6、毒性物質(zhì)厭氧系統(tǒng)中的有毒物質(zhì)會不同程度地對消化過程產(chǎn)生抑制作用。這些物質(zhì)可能是消化物料所含成分或是厭氧菌的代謝產(chǎn)物，通常包括重金屬離子、堿金屬、厭氧微生物代謝產(chǎn)物如氨氮、有毒的有機物第29頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三厭氧消化處理有機固廢的影響因素7、預處理物理預處理的種類包括:切碎、研磨、沖擊碰撞和蒸汽爆破等。通過切碎減小物料顆粒體積可以提高其氣體產(chǎn)量、加快消化速率和減小消化體積。研磨通過剪切作用破壞了固體有機物的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，對纖維素等難降解物質(zhì)效果明顯化學預處理方法包括堿處理、酸處理、熱處理、臭氧氧化處理。對城市固體垃圾進行預處理時，采用100gTS加NaOH0.5g進行處理的物料，其厭氧消化過程中的甲烷產(chǎn)量可提高35%。在熱處理方面，研究發(fā)現(xiàn)預處理的溫度越高，總固體減少量越多，甲烷產(chǎn)量也越高在生物預處理方面，先對固體有機垃圾進行高溫好氧堆肥，可提高厭氧消化過程的效率、氣體產(chǎn)量和甲烷產(chǎn)量。第30頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三厭氧消化處理有機固廢的影響因素8、接種物接種物量和物料量的比值對厭