生物厌氧处理沼气发酵资料.ppt

1、厌氧发酵（anaerobic fermentationm） 厌氧发酵（或厌氧消化）是指厌氧微生物的作用下，有控制地使废物中可生物降解的有机物转化为CH4、CO2和稳定物质的生物化学过程。 由于厌氧发酵的产物是以CH4为主要成分的沼气，故又称为甲烷发酵(firedamp fermentation)。 厌氧发酵技术最初的工业化应用是作为粪便和污泥的减量化和稳定化的手段得以实施的。厌氧消化处理可以去除废物中10～50％的有机物，并使之稳定化。 70年代初，由于能源危机和石油价格上涨，许多国家开始寻找新的能源，这时厌氧发酵技术显示出其优势，普遍受到人们的关注。 近20年来，我国许多城市相继建成了大型厌氧发酵设施，用来处理城市污泥和粪便。 2、 厌氧发酵技术的主要特点 可将潜在于有机废物中的低品位生物能转化为可直接利用的高品位沼气 ； 与好氧处理相比，厌氧消化不需要通风动力，设施简单，运行成本低，属于节能型处理方法； 适用于处理高浓度有机废水和废物； 经厌氧处理后的废物基本上是稳定的，可以用作农肥、饲料和堆肥化原料； 厌氧微生物的生长速度慢，常规方法的处理效率低，设备体积大； 厌氧处理过程中易产生H2S等恶臭气体。 （1）沼气发酵的微生物种类 a. 水解酸化阶段 在这一阶段中复杂的有机高分子物质，如蛋白质、脂肪、碳水化合物等在水解细菌产生的胞外酶的作用下进行体外酶分解，使固体物质变成可溶于水的简单有机物。 高分子有机物的水解速度很慢，主要受物料的性质、微生物的浓度、温度和pH等条件的制约。 主要有机物的水解反应： b. 产氢产乙酸阶段 液化阶段产生的简单的可溶性有机物，在产氢菌、产醋酸菌的作用下，进一步分解成挥发性脂肪酸，主要是丙酸、丁酸、乳酸，醇、酮、醛、CO2和H2等。 反应式 c. 产甲烷阶段(Methane-producing stage) 产甲烷菌将产酸阶段的产物进一步降解为CH4和CO2，同时把产酸阶段所产生的H2和CO2转化成CH4。 产CH4阶段的生化反应相当复杂，目前已得到验证的主要反应有： （2）温度(temperature) 温度对有机物的分解速度影响较大，温度增高，产气量增大。沼气发酵通常采用低温、中温和高温三种发酵温度。 低温发酵(20℃) 温度随气候变化，产气率不高，病原微生物难于杀灭。 中温发酵(30～39℃) 最佳温度为37℃，这是甲烷菌的第一个最佳活性温区，产气量中等。中温发酵过程要求15～30天的停留时间，由于易于管理因此普遍采用中温发酵。 在中温发酵条件下，有机负荷为2.5～3.0kg/(m3.d)，甲烷产气量约1～1.3 m3/(m3.d)； 图9-4 甲烷产气量随温度的变化 在正常发酵过程中，依靠原料本身可以维持发酵所需的pH值。但在突然增加进料量或改变原料时，有机物负荷过高或消化系统中存在某些抑制物质时,对环境要求荷刻的产甲烷菌首先受到影响，从而造成系统中挥发性脂肪酸积累，pH值下降。 pH值的下降又反过来会影响产甲烷菌的生长。如此恶性循环，将导致消化过程停止。 为了提高系统对pH值降低缓冲的能力，需要维持一定的碱度。可以通过投加石灰或含氮的物料加以调节。一般情况下，碱度控制在2500～5000mg/L时，可获得较好缓冲能力。 图9-5 pH值对厌氧消化的影响 搅抖方式 有机械搅拌、充气搅抖和充液搅拌三种。 机械搅拌 在池内安装叶轮进行搅拌。（不常用） 气搅拌 将沼气从池上部抽出后，又从池底压进去，产生强大的气流，达到搅拌的目的。 液搅拌 从出料间将发酵液抽出，然后从进料口冲入沼气池，产生强大的液体回流，达到搅拌的目的。 表9-3 对厌氧消化有抑制作用的物质 二、 发酵工艺 沼气发酵是一种严格的厌氧发酵，从处理废物的角度来说，通常称为厌氧消化。按发酵温度、发酵级差和发酵方式的不同，沼气发酵划分为以下不同的类型： （1）按发酵温度可分为“自然温度”发酵（变温发酵）、中温发酵（35℃左右）、高温发酵（53℃左右）。 （2）按发酵级差可划分为单级（一步）发酵、两级（两步）发酵和多级（多步）发酵。 三、 发酵装置(fermentation plant) （1）结构与工作原理 结构 水压式沼气池是一种埋设在地下的立式圆筒形发酵池,池盖、池底具有一定的曲率半径，呈弧形。主要结构有：进料管，发酵间，出料管，水压间，出料间，导气管等几部分。 工作原理 启动前状态（图9-6a）：发酵间与水压间（出料间）液面处在同一水平（O-O）；此时发酵间剩余的空间为死气箱容积； 启动后状态（图9-6b）：发酵间产生的气体造成水压间液面高于发酵间，当产生的气体量最大时，发酵间的液面下降到最低位置（A-A）； 使用沼气状态（图9-6c）：发酵