有機(jī)固廢資源化

有機(jī)固廢資源化第一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六厭氧消化是指在厭氧狀態(tài)下，利用厭氧微生物，有控制地使廢物中可生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CH4、CO2和穩(wěn)定物質(zhì)的生物化學(xué)過程。由于厭氧消化可以產(chǎn)生以CH4為主要成分的沼氣，故又稱之為甲烷發(fā)酵。二、有機(jī)固體廢物的厭氧消化處理1.厭氧消化定義=

固體廢物資源化工程3.1來自生物的有機(jī)固體廢物的利用繼續(xù)第二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六厭氧消化特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：厭氧微生物生長速度慢，處理效率低，設(shè)備體積大會(huì)產(chǎn)生H2S等惡臭氣體可將廢棄物中低品位生物能轉(zhuǎn)化為高品位沼氣適于處理高濃度有機(jī)廢水和廢物生產(chǎn)過程全封閉，不需要通風(fēng)動(dòng)力，設(shè)施簡單，運(yùn)行成本低=固體廢物資源化工程第三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六有機(jī)物各種有機(jī)酸水解、發(fā)酵菌各種有機(jī)酸乙酸、氫氣、CO2產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸菌兩組生理不同甲烷菌的作用一組把H、CO2CH44H2+CO2CH4+2H2O另一組對乙酸脫羧CH4CH3COOH

CH4+CO2水解發(fā)酵階段產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸階段產(chǎn)甲烷階段2.厭氧消化原理——三階段理論固體廢物資源化工程

1kg可降解有機(jī)物產(chǎn)生0.63~1.0m3的沼氣，其中甲烷含量50~60%。第四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六=

（1)根據(jù)消化溫度劃分工藝類型高（中）溫消化工藝自然溫度消化工藝高溫范圍是50~55℃中溫35℃左右有機(jī)物分解旺盛，消化快，物料在厭氧池內(nèi)停留時(shí)間短，適用于城市垃圾、糞便和有機(jī)污泥的處理。目前我國農(nóng)村都采用這種消化類型。這種工藝的消化池結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、施工容易、便于推廣，但受季節(jié)影響明顯，夏季產(chǎn)氣量高，冬季產(chǎn)氣量低。3.厭氧消化工藝固體廢物資源化工程第五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六=(2)根據(jù)投料運(yùn)轉(zhuǎn)方式劃分工藝類型連續(xù)消化工藝半連續(xù)消化工藝兩步消化工藝投料啟動(dòng)后，經(jīng)一段時(shí)間的消化產(chǎn)氣，連續(xù)定量的添加消化原料和排出舊料；其消化時(shí)間能夠長期連續(xù)進(jìn)行。工藝易于控制，能保持穩(wěn)定的有機(jī)物消化速率和產(chǎn)氣率，但該工藝要求較低的原料固形物濃度啟動(dòng)時(shí)一次性投入較多的消化原料，當(dāng)產(chǎn)氣量趨于下降時(shí)，開始定期添加新料和排出舊料，以維持比較穩(wěn)定的產(chǎn)氣率。農(nóng)村較適用兩個(gè)反應(yīng)器；根據(jù)兩段理論設(shè)計(jì)繼續(xù)固體廢物資源化工程第六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六連續(xù)消化工藝特點(diǎn)：投料啟動(dòng)后，經(jīng)過一段時(shí)間消化產(chǎn)氣，開始連續(xù)投料、連續(xù)排出舊料，維持運(yùn)行。有機(jī)物消化速率、產(chǎn)氣率穩(wěn)定，但固體濃度低工藝流程有機(jī)固體廢物用戶貯氣柜肥料沉淀池厭氧消化反應(yīng)池備料池回流攪拌回流備料=返回固體廢物資源化工程第七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六半連續(xù)消化工藝特點(diǎn)：啟動(dòng)時(shí)投入較多原料，當(dāng)產(chǎn)氣量下降時(shí)，開始定期投料、定期排料，來維持產(chǎn)氣率穩(wěn)定。適合農(nóng)村采用，原料、施肥有季節(jié)性工藝流程=固體廢物資源化工程原料選擇送農(nóng)田定期出料加入菌種大出料入池發(fā)酵產(chǎn)氣配料原料預(yù)處理定期加料第八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六主要工藝步驟：封池后2~3d，即可比較穩(wěn)定產(chǎn)氣。沼氣池啟動(dòng)30d左右，產(chǎn)氣量明顯下降時(shí)，應(yīng)添加新料，5~6d加一次，加料量為發(fā)酵液的3~5%。大換料：發(fā)酵周期完成以后，除去舊料，重新開始。北方地區(qū)一般在春季大換料一次；南方地區(qū)可在4月和11月大換料兩次。

這一工藝條件下產(chǎn)氣量：北方0.10~0.15m3/m3池容.d南方0.15~0.25m3/m3池容.d

=返回固體廢物資源化工程第九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六兩步消化工藝特點(diǎn)：將沼氣消化過程分成產(chǎn)酸、產(chǎn)甲烷兩個(gè)階段，在兩個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行。提高產(chǎn)氣率，實(shí)現(xiàn)渣、液分離主要工藝步驟：——第一個(gè)反應(yīng)器：水解、液化有機(jī)物為有機(jī)酸；反應(yīng)速率受纖維素水解速率限制。pH值5.8——第二個(gè)反應(yīng)器：保持嚴(yán)格厭氧和pH值8左右，利于產(chǎn)甲烷菌生長，消化、降解有機(jī)酸生成沼氣。反應(yīng)速率受產(chǎn)甲烷菌生長繁殖速率限制=返回固體廢物資源化工程第十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六=

(3)根據(jù)反應(yīng)器中固體濃度劃分工藝類型低固體消化工藝高固體消化工藝固體濃度低（4~8%），容易混合均勻，進(jìn)出物料泵簡單，可稀釋有毒物質(zhì)。但廢物中須加水，導(dǎo)致消化污泥須脫水，成本較高固體濃度高（≥22%），不需要加水，反應(yīng)器單位體積需水量低，產(chǎn)氣量高。但進(jìn)出物料泵復(fù)雜，有毒物質(zhì)（鹽和重金屬）易使微生物中毒固體廢物資源化工程第十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六=厭氧消化的影響因素?cái)嚢栌袡C(jī)物組分抑制物溫度原料C/N比其它因素pH接種物4.厭氧消化影響因素

固體廢物資源化工程第十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六(1)有機(jī)物組分與產(chǎn)氣量不同有機(jī)物成分，產(chǎn)氣量有差異有機(jī)物種類產(chǎn)氣量/(L/kg)氣體組成/%熱值(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))/(kJ/m3)碳水化合物80050(CH4)+50(CO2)17765脂肪120070(CH4)+30(CO2)24871蛋白質(zhì)70067(CH4)+33(CO2)23617=

沼氣產(chǎn)量有機(jī)物去除率正比有機(jī)物含量正比提高有機(jī)物含量可增加沼氣產(chǎn)量固體廢物資源化工程第十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六(2)原料C/N比——最佳C/N比控制在20~30：1C/N比過小，過剩的氮會(huì)變成氨氣，抑制產(chǎn)甲烷菌活動(dòng)通過富氮物質(zhì)與貧氮物質(zhì)合理搭配，改善物料C/NC/N比大于35，反應(yīng)速率降低，產(chǎn)氣量明顯下降==X—各原料重量C、N—各原料中C、N含量固體廢物資源化工程第十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六比較理想溫度范圍35~38℃和50~65℃在45℃有一個(gè)間斷點(diǎn)，由于中溫發(fā)酵和高溫發(fā)酵分別由不同微生物種群起作用，在該溫度，對中溫和高溫菌都不利。當(dāng)消化溫度低于10℃時(shí)，產(chǎn)氣量明顯下降=(3)溫度固體廢物資源化工程第十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六(4)pH值產(chǎn)酸菌適于在酸性條件下生長，最佳pH值5.8在產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌共存時(shí)，系統(tǒng)pH值控制在6.5~7.5產(chǎn)甲烷菌需要在嚴(yán)格的堿性條件下生長，pH值低于6.2時(shí)會(huì)失去活性=固體廢物資源化工程第十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六(5)攪拌有效攪拌可增加物料與微生物接觸機(jī)會(huì)，使物料和溫度分布均勻，防止局部出現(xiàn)酸積累，還可使反應(yīng)產(chǎn)生的氣體迅速排出，產(chǎn)氣量↑30%左右。對于流態(tài)、半流態(tài)物料采用對于固態(tài)物料采用循環(huán)浸出液方式=氣體攪拌（充沼氣）機(jī)械攪拌泵循環(huán)（充液）固體廢物資源化工程第十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六=固體廢物資源化工程（6）投配率p(對于連續(xù)操作系統(tǒng))

每日投加新料體積占消化池有效容積的百分?jǐn)?shù)。

P是消化池的重要參數(shù)。過大，消化池內(nèi)可能形成酸積累、PH↓消化不完全；過小，消化池負(fù)荷低，要求容積大。

中溫消化適宜p=3%~5%，相應(yīng)T為33d~20d。高溫消化適宜p=7%~10%，相應(yīng)T為15d~10d

。第十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六(7)接種物——添加接種物可加快有機(jī)物分解速率，提高產(chǎn)氣量，還使產(chǎn)氣時(shí)間提前接種物量達(dá)到料液量的5%以上=酒廠、屠宰場、城市污水污泥、發(fā)酵液等，含大量厭氧微生物，可直接作為接種物。注意：高溫發(fā)酵必須用高溫發(fā)酵的發(fā)酵液作接種物；中溫發(fā)酵必須用中溫發(fā)酵的發(fā)酵液作接種物；固體廢物資源化工程第十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六(8)抑制物主要是揮發(fā)性脂肪酸和氨氣累積，還有一些重金屬抑制物質(zhì)抑制濃度/(mg/L)抑制物質(zhì)抑制濃度/(mg/L)揮發(fā)性脂肪酸>2000Cu5氨氮1500~3000Cd150溶解性硫化物>200Fe1710Ca2500~4500Cr6+3Mg1000~1500Cr3+500K2500~4500Ni2Na3500~5500=返回固體廢物資源化工程第二十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六

按消化池形狀

圓柱形、橢圓形（蛋形）和龜甲形等幾種形式

按其池頂結(jié)構(gòu)形式固定蓋式和浮動(dòng)蓋式的消化池按用途大型工業(yè)消化設(shè)備和民用沼氣發(fā)酵設(shè)施5.厭氧消化裝置

固體廢物資源化工程動(dòng)畫繼續(xù)第二十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六（b）古典型（a）歐美型（c）蛋型（d）歐洲平底型常用的大型發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)類型=現(xiàn)代化大型工業(yè)消化設(shè)備固體廢物資源化工程第二十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六=返回固體廢物資源化工程第二十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六①消化池構(gòu)造出泥上清液固體廢物資源化工程（1）大型工業(yè)消化設(shè)備第二十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六②消化池的設(shè)計(jì)計(jì)算一般按投配率來計(jì)算所需的消化池容積，即：式中：V——消化池的有效容積，m3；V’——每天需要處理的新料量，m3/d；p——投配率，%消化池的容積設(shè)計(jì)一般小型：V=2500m3中型：V=5000m3大型：V=10000m3考慮檢修，消化池座數(shù)不得少于2座。固體廢物資源化工程第二十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六消化池的結(jié)構(gòu)尺寸

在確定了所需的消化池的有效容積后，就可計(jì)算消化池各部的結(jié)構(gòu)尺寸，其一般要求如下：①池總高與直徑之比為0.8~1.0；②池底坡度一般為8%；③池頂部的集氣罩，高度一般為2.0m④池頂至少設(shè)兩個(gè)直徑為0.7m的人孔。

固體廢物資源化工程第二十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六消化池的工藝管道在消化池中還需要設(shè)置多種工藝管道，其中主要包括：①污泥管：進(jìn)泥管、出泥管；②上清液排放管；③溢流管；④沼氣管；取樣管；循環(huán)攪拌管；固體廢物資源化工程第二十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六攪拌設(shè)備①螺旋槳攪拌②充氣攪拌（沼氣攪拌）

5-7m3/min.1000m3池容，氣流速度7-15m/s③泵加水射器

加熱方法直接通入熱水及低壓蒸氣增加含水率，局部污泥溫度高池內(nèi)盤管間接加熱，盤管內(nèi)通以70℃熱水

池外加熱：池外熱交換器池內(nèi)加熱

攪拌不宜連續(xù)，2h一次，每次攪拌20min左右為宜。固體廢物資源化工程第二十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六

③維護(hù)與管理a.防止在空氣中的CH4占空氣5-16%，避免爆炸。b.高溫甲烷菌不能用中溫條件下的甲烷菌直接接種,但可馴化，馴化時(shí)升溫速度為1℃/h，最佳達(dá)到53℃。c.溫度高于38℃，中溫甲烷菌大量死亡，污泥易變質(zhì)。d.人工加堿控制PH6.5-7.5。固體廢物資源化工程第二十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六=消化器

浮罩式沼氣池水壓式沼氣池水壓式沼氣池具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、施工方便；但由于溫度不穩(wěn)定，產(chǎn)氣量不穩(wěn)定，因此原料的利用率低。

暗河式產(chǎn)沼技術(shù)返回固體廢物資源化工程（2）民用沼氣發(fā)酵設(shè)施第三十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六加料管發(fā)酵間（貯氣部分）水壓間液面=①水壓式沼氣池構(gòu)造：加料管、發(fā)酵間、出料管、水壓間、導(dǎo)氣管等固體廢物資源化工程第三十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六=產(chǎn)生的沼氣將料液壓向水壓間，水壓間內(nèi)液面升高使用時(shí)發(fā)酵間壓力減小，水壓間液體被壓回發(fā)酵間平衡發(fā)酵間與水壓間的液面處在同一水平，發(fā)酵間內(nèi)尚存的空間為死氣箱容積。鏈接動(dòng)畫固體廢物資源化工程第三十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六進(jìn)料口進(jìn)料管發(fā)酵間浮罩出料聯(lián)通管出料間隔墻導(dǎo)氣管=

固體廢物資源化工程②浮罩式沼氣池

第三十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六=固體廢物資源化工程第三十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六=

固體廢物資源化工程第三十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六

凈化塔儲(chǔ)氣罐

固液混合發(fā)酵料具有流動(dòng)性，從進(jìn)料口加入，依靠重力流入暗河式沼氣罐，并向下游緩慢蠕動(dòng)。經(jīng)厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生沼氣，沼氣從密封的暗河式沼氣罐上部溢出。產(chǎn)沼后的沼渣依靠重力，流向厭氧發(fā)酵反應(yīng)器的末端出料系統(tǒng)，然后抽出。③暗河式產(chǎn)沼技術(shù)固體廢物資源化工程第三十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六湖北宜城暗河式沼氣示范工程體積：20m3沼氣產(chǎn)量：200m3/t發(fā)酵料甲烷含量＞60％固體消化率＞65％固體廢物資源化工程第三十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六暗河式產(chǎn)沼技術(shù)特點(diǎn)

特點(diǎn)一：將傳統(tǒng)立式沼氣反應(yīng)器改為臥式結(jié)構(gòu)，同時(shí)解決了原料流態(tài)化連續(xù)進(jìn)料出料的關(guān)鍵技術(shù)，解決了地坑式產(chǎn)沼排渣困難的問題。

特點(diǎn)二：暗河式沼氣池的大小不受限制，小到幾個(gè)立方米，大可十萬、甚至百萬立方米，十分適合大型的沼氣生產(chǎn)。

特點(diǎn)三：暗河式厭氧反應(yīng)器大部分被埋在地下，有利于減少投資，而且還有利于冬季保溫。返回固體廢物資源化工程第三十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六在中溫(500～600℃)、隔絕氧氣的條件下將生物質(zhì)(木材、秸稈等)顆粒物迅速加熱,從而引發(fā)了大分子的分解，產(chǎn)生了小分子氣體和可凝性揮發(fā)分以及少量焦炭產(chǎn)物?？赡該]發(fā)分被快速冷卻成可流動(dòng)的液體，稱之為生物油或焦油。生物油為深棕色或深黑色，并具有刺激性的焦味。

固體廢物資源化工程

熱解原理三、生物質(zhì)熱解技術(shù)-----制取生物油第三十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六生物油的元素組成及性質(zhì)為：C54％～58％(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，H5.5％～7.0％，O35％～40％，N0～0.2％，灰分0～0.2％，水分15％～30％，高位熱值16～19MJ／kg，pH值2.5，固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2％～l％。固體廢物資源化工程生物油具有一些共同的性質(zhì)，如水分含量高、含顆粒雜質(zhì)、黏度大、穩(wěn)定性差、有腐蝕性等，這與傳統(tǒng)石化燃料(柴油、汽油)有很大不同，需進(jìn)一步改進(jìn)加工。第四十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六固體廢物資源化工程繼續(xù)第四十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六熱解原理熱解定義：將有機(jī)物在無氧或缺氧狀態(tài)下加熱，使之分解成為氣態(tài)、液態(tài)及固態(tài)可燃物質(zhì)的化學(xué)分解過程。有機(jī)廢物天然:生物質(zhì)（橡膠、木材、蛋白質(zhì)、淀粉、纖維素、廢油脂、污泥等）人工合成：塑料、合成橡膠、合成纖維等均可熱解固體廢物資源化工程有機(jī)固體廢物＋熱量→

氣體(H2、CH4、CO、CO2)＋有機(jī)液體(有機(jī)酸、芳烴、焦油)＋固體(炭黑、灰渣)

熱解反應(yīng)通式：通過熱解將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可儲(chǔ)存性能源。第四十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六有機(jī)廢物熱解示意圖

熱解釜固體廢物資源化工程第四十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六熱解與焚燒比較需氧放熱二氧化碳、水就地利用二次污染大無氧或缺氧吸熱氣、油、炭黑貯存或遠(yuǎn)距離運(yùn)輸二次污染較小熱解焚燒氧需求熱量產(chǎn)物利用污染生物質(zhì)、塑料類、橡膠等固體廢物資源化工程第四十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六供熱方式直接（內(nèi)部）加熱：供給適量空氣使有機(jī)物部分燃燒，提供熱解所需熱量。傳熱效率高,但熱解氣體品質(zhì)較差。間接（外部）加熱：從外界供給熱解所需熱量。效率低，但熱解氣熱值高。固體廢物資源化工程熱解供熱方式第四十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六中溫?zé)峤猓篢=500～700℃，主要用在比較單一的廢物的熱解，如廢輪胎、廢塑料熱解，產(chǎn)物中油品↑。油化工藝熱解溫度高溫?zé)峤猓篢=800～1000℃，供熱方式幾乎都是直接加熱，產(chǎn)物氣體↑。氣化工藝低溫?zé)峤猓?/p>

T<500℃。碳化工藝

固體廢物資源化工程熱解工藝返回第四十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六污泥性質(zhì)和成分①

有機(jī)物含量高(固體量的60％~80％)，顆粒較細(xì)，密度較小，含水率高且不易脫水，親水性物質(zhì)；②

含有植物營養(yǎng)素、蛋白質(zhì)、脂肪及腐殖質(zhì)等，營養(yǎng)素主要包括氮、磷(P2O5)、鉀(K2O)；③污泥適宜消化處理；部分能被消化分解，分解產(chǎn)物主要是甲烷和二氧化碳；④具有燃料價(jià)值，污泥的