第三章有機固廢資源化

有機質固體廢物資源化技術第三章固體廢物資源化工程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物轉化為CH4、CO2和穩(wěn)定物質的生物化學過程。由于厭氧消化可以產生以CH4為主要成分的沼氣，故又稱之為甲烷發(fā)酵。二、有機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來自生物的有機固體廢物的利用繼續(xù)厭氧消化特點優(yōu)點：缺點：厭氧微生物生長速度慢，處理效率低，設備體積大會產生H2S等惡臭氣體可將廢棄物中低品位生物能轉化為高品位沼氣適于處理高濃度有機廢水和廢物生產過程全封閉，不需要通風動力，設施簡單，運行成本低=固體廢物資源化工程有機物各種有機酸水解、發(fā)酵菌各種有機酸乙酸、氫氣、CO2產氫、產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)酵階段產氫、產乙酸階段產甲烷階段2.厭氧消化原理——三階段理論固體廢物資源化工程

1kg可降解有機物產生0.63~1.0m3的沼氣，其中甲烷含量50~60%。=

（1)根據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℃左右有機物分解旺盛，消化快，物料在厭氧池內停留時間短，適用于城市垃圾、糞便和有機污泥的處理。目前我國農村都采用這種消化類型。這種工藝的消化池結構簡單、成本低廉、施工容易、便于推廣，但受季節(jié)影響明顯，夏季產氣量高，冬季產氣量低。3.厭氧消化工藝固體廢物資源化工程=(2)根據投料運轉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后，經一段時間的消化產氣，連續(xù)定量的添加消化原料和排出舊料；其消化時間能夠長期連續(xù)進行。工藝易于控制，能保持穩(wěn)定的有機物消化速率和產氣率，但該工藝要求較低的原料固形物濃度

啟動時一次性投入較多的消化原料，當產氣量趨于下降時，開始定期添加新料和排出舊料，以維持比較穩(wěn)定的產氣率。農村較適用

兩個反應器；根據兩段理論設計繼續(xù)固體廢物資源化工程連續(xù)消化工藝特點：投料啟動后，經過一段時間消化產氣，開始連續(xù)投料、連續(xù)排出舊料，維持運行。有機物消化速率、產氣率穩(wěn)定，但固體濃度低工藝流程有機固體廢物用戶貯氣柜肥料沉淀池厭氧消化反應池備料池回流攪拌回流備料=返回固體廢物資源化工程半連續(xù)消化工藝特點：啟動時投入較多原料，當產氣量下降時，開始定期投料、定期排料，來維持產氣率穩(wěn)定。適合農村采用，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田定期出料加入菌種大出料入池發(fā)酵產氣配料原料預處理定期加料主要工藝步驟：封池后2~3d，即可比較穩(wěn)定產氣。沼氣池啟動30d左右，產氣量明顯下降時，應添加新料，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兩步消化工藝特點：將沼氣消化過程分成產酸、產甲烷兩個階段，在兩個反應器中進行。提高產氣率，實現渣、液分離主要工藝步驟：——第一個反應器：水解、液化有機物為有機酸；反應速率受纖維素水解速率限制。pH值5.8——第二個反應器：保持嚴格厭氧和pH值8左右，利于產甲烷菌生長，消化、降解有機酸生成沼氣。反應速率受產甲烷菌生長繁殖速率限制=返回固體廢物資源化工程=

(3)根據反應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，進出物料泵簡單，可稀釋有毒物質。但廢物中須加水，導致消化污泥須脫水，成本較高固體濃度高（≥22%），不需要加水，反應器單位體積需水量低，產氣量高。但進出物料泵復雜，有毒物質（鹽和重金屬）易使微生物中毒固體廢物資源化工程=厭氧消化的影響因素攪拌有機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(1)有機物組分與產氣量不同有機物成分，產氣量有差異=

沼氣產量有機物去除率正比有機物含量正比提高有機物含量可增加沼氣產量固體廢物資源化工程(2)原料C/N比——最佳C/N比控制在20~30：1C/N比過小，過剩的氮會變成氨氣，抑制產甲烷菌活動通過富氮物質與貧氮物質合理搭配，改善物料C/NC/N比大于35，反應速率降低，產氣量明顯下降==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比較理想溫度范圍35~38℃和50~65℃在45℃有一個間斷點，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。當消化溫度低于10℃時，產氣量明顯下降=(3)溫度固體廢物資源化工程(4)pH值產酸菌適于在酸性條件下生長，最佳pH值5.8在產酸菌和產甲烷菌共存時，系統(tǒng)pH值控制在6.5~7.5產甲烷菌需要在嚴格的堿性條件下生長，pH值低于6.2時會失去活性=固體廢物資源化工程(5)攪拌有效攪拌可增加物料與微生物接觸機會，使物料和溫度分布均勻，防止局部出現酸積累，還可使反應產生的氣體迅速排出，產氣量↑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）機械攪拌泵循環(huán)（充液）固體廢物資源化工程=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數。

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

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

。(7)接種物——添加接種物可加快有機物分解速率，提高產氣量，還使產氣時間提前接種物量達到料液量的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(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=返回固體廢物資源化工程

按消化池形狀

圓柱形、橢圓形（蛋形）和龜甲形等幾種形式

按其池頂結構形式固定蓋式和浮動蓋式的消化池按用途大型工業(yè)消化設備和民用沼氣發(fā)酵設施5.厭氧消化裝置

固體廢物資源化工程動畫繼續(xù)（b）古典型（a）歐美型（c）蛋型（d）歐洲平底型常用的大型發(fā)酵罐結構類型=現代化大型工業(yè)消化設備固體廢物資源化工程=返回固體廢物資源化工程①消化池構造出泥上清液固體廢物資源化工程（1）大型工業(yè)消化設備②消化池的設計計算一般按投配率來計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，%消化池的容積設計一般小型：V=2500m3中型：V=5000m3大型：V=10000m3考慮檢修，消化池座數不得少于2座。固體廢物資源化工程消化池的結構尺寸

在確定了所需的消化池的有效容積后，就可計算消化池各部的結構尺寸，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池頂至少設兩個直徑為0.7m的人孔。

固體廢物資源化工程消化池的工藝管道在消化池中還需要設置多種工藝管道，其中主要包括：①污泥管：進泥管、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攪拌設備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盤管間接加熱，盤管內通以70℃熱水

池外加熱：池外熱交換器池內加熱

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

③維護與管理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，馴化時升溫速度為1℃

/h，最佳達到53℃。c.溫度高于38℃，中溫甲烷菌大量死亡，污泥易變質。d.人工加堿控制PH6.5-7.5。固體廢物資源化工程=消化器

浮罩式沼氣池水壓式沼氣池水壓式沼氣池具有結構簡單、造價低、施工方便；但由于溫度不穩(wěn)定，產氣量不穩(wěn)定，因此原料的利用率低。

暗河式產沼技術返回固體廢物資源化工程（2）民用沼氣發(fā)酵設施加料管發(fā)酵間（貯氣部分）水壓間液面=①水壓式沼氣池構造：加料管、發(fā)酵間、出料管、水壓間、導氣管等固體廢物資源化工程=產生的沼氣將料液壓向水壓間，水壓間內液面升高使用時發(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)酵間內尚存的空間為死氣箱容積。鏈接動畫固體廢物資源化工程進料口進料管發(fā)酵間浮罩出料聯(lián)通管出料間隔墻導氣管=

固體廢物資源化工程②浮罩式沼氣池

=固體廢物資源化工程=

固體廢物資源化工程

凈化塔儲氣罐

固液混合發(fā)酵料具有流動性，從進料口加入，依靠重力流入暗河式沼氣罐，并向下游緩慢蠕動。經厭氧發(fā)酵后產生沼氣，沼氣從密封的暗河式沼氣罐上部溢出。產沼后的沼渣依靠重力，流向厭氧發(fā)酵反應器的末端出料系統(tǒng)，然后抽出。③暗河式產沼技術固體廢物資源化工程湖北宜城暗河式沼氣示范工程體積：20m3沼氣產量：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暗河式產沼技術特點

特點一：將傳統(tǒng)立式沼氣反應器改為臥式結構，同時解決了原料流態(tài)化連續(xù)進料出料的關鍵技術，解決了地坑式產沼排渣困難的問題。

特點二：暗河式沼氣池的大小不受限制，小到幾個立方米，大可十萬、甚至百萬立方米，十分適合大型的沼氣生產。

特點三：暗河式厭氧反應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在中溫(500～600℃)、隔絕氧氣的條件下將生物質(木材、秸稈等)顆粒物迅速加熱,從而引發(fā)了大分子的分解，產生了小分子氣體和可凝性揮發(fā)分以及少量焦炭產物?？赡該]發(fā)分被快速冷卻成可流動的液體，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、生物質熱解技術-----制取生物油生物油的元素組成及性質為：C54％～58％(質量分數，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，固體質量分數0.2％～l％。固體廢物資源化工程生物油具有一些共同的性質，如水分含量高、含顆粒雜質、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，需進一步改進加工。固體廢物資源化工程繼續(xù)熱解原理熱解定義：將有機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)可燃物質的化學分解過程。有機廢物天然:生物質（橡膠、木材、蛋白質、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固體廢物＋熱量→

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

熱解反應通式：通過熱解將有機物轉化為可儲存性能源。有機廢物熱解示意圖

熱解釜固體廢物資源化工程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、炭黑貯存或遠距離運輸二次污染較小熱解焚燒氧需求熱量產物利用污染生物質、塑料類、橡膠等固體廢物資源化工程供熱方式直接（內部）加熱：供給適量空氣使有機物部分燃燒，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中溫熱解：T=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，產物中油品↑。油化工藝熱解溫度高溫熱解：T=800～1000℃，供熱方式幾乎都是直接加熱，產物氣體↑。氣化工藝低溫熱解：

T<500℃。碳化工藝

固體廢物資源化工程熱解工藝返回污泥性質和成分①

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

含有植物營養(yǎng)素、蛋白質、脂肪及腐殖質等，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，分解產物主要是甲烷和二氧化碳；④具有燃料價值，污泥的主要成分是有機物，具有熱值，可以燃燒；⑤污水中混有醫(yī)院排水及某些工業(yè)廢水(如屠宰場廢水)，所以污泥中常含大量的細菌和寄生蟲卵；⑥由于工業(yè)污水進入城市污水處理系統(tǒng)，污泥中含有多種重金屬離子。如Cd、Cu、Pb、Hg等固體廢物資源化工程四、污泥的綜合利用污泥的綜合利用

生產堆肥生產復合肥生產沼氣焚燒回收熱量低溫熱解生產水泥生產陶粒農田林地利用回收能源建材利用固體廢物資源化工程污泥中重金屬離子含量必須符合我國《農用污泥中污染物控制標準》的要求。固體廢物資源化工程我國對農用污泥中重金屬最高含量的規(guī)定

（mg/kg干污泥）（二）回收能量1.利用污泥生產沼氣

污泥進行厭氧消化可制得沼氣。1m3沼氣燃燒發(fā)熱量相當于1kg煤或0.7kg汽油。2.通過焚燒回收熱量

干污泥具有較高熱值，焚燒既可減容，又可利用熱交換裝置回收