固体废物处理与源化第五章 第二节 厌氧消化.ppt

第五章 固体废物的生物处理 本章重点 【概念】堆肥化、好氧堆肥 、厌氧消化。 【阐述】好氧堆肥过程、好氧堆肥的影响因素、厌氧消化的三段理论、厌氧消化的影响因素、蚯蚓处理技术。 第五章 固体废物的生物处理 5.1 概述 5.2 固体废物的好氧堆肥化处理 5.3 固体废物的厌氧消化处理 5.4 固体废物的微生物浸出 5.5 固体废物的其它生物处理技术 第二节 固体废物的厌氧消化处理 什么是厌氧消化？ 厌氧消化就是指在厌氧状态下利用厌氧微生物使固体废物中的有机物转化为CH4和CO2的过程。 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。 5.2 固体废物的厌氧消化处理 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。 5.2 固体废物的厌氧消化处理 厌氧消化的特点？ 1）过程可控制、降解快、生产过程全封闭 2）资源化效果好，可将潜在于废弃有机物中的低品位生物能转化为可以直接利用的高品位沼气 3）易操作，与好氧处理相比，其不需要通风动力，设施简单，运行成本低 5.2 固体废物的厌氧消化处理 厌氧消化的特点？ 4）产物可再利用 5）可杀死传染性病原菌 6）厌氧过程会产生H2S恶臭气体 7）厌氧微生物的生长速率低，常规方法的处理效率低，设备体积大 5.2 固体废物的厌氧消化处理 5.3.1厌氧消化原理 5.3.2厌氧消化的影响因素 5.3.3厌氧消化工艺 5.3.4厌氧消化装置 5.2.1厌氧消化原理 5.2.1.1 三段理论 5.2.1.2 两段理论 5.2.1.3 总反应式 5.3.1.1 三段理论 水解阶段 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： 产酸阶段 水解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 产甲烷阶段 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： 三个阶段的主次地位 在产甲烷反应中，乙酸(醋酸)是产生CH4的主要物质，大约70％的CH4来自乙酸的降解。 CO2和H2的反应也能产生一部分CH4。少量CH4是由其它一些物质转化而来。例如有机胺必须转化成NH3后才能被产甲烷菌所吸收。 产甲烷阶段在厌氧消化过程中是十分重要的环节。 甲烷菌除了产生CH4外，还有分解脂肪酸调节pH值的作用。同时，通过将H2转化成CH4，减少氢的分压,也有利于产酸菌的活动。 三个阶段的主次地位 三个阶段的主次地位 对于以不溶性高分子有机物为主的污泥、垃圾等废物，水解阶段是整个厌氧消化过程的控制步骤。 对于以可溶性有机物为主的有机废水来说，由于产甲烷菌生长速度慢,对环境和基质要求苛刻,产甲烷阶段是整个厌氧消化过程的控制步骤。 5.3.1.2 两段理论 5.3.1.3 总反应式 总反应式 有机物分子中含S，且以CaHbOeNaSe表示，则上述反应可表示为 有机物分子不含S，且以CaHbOcNd表示时，反应式为 5.3.2厌氧消化的影响因素 为了保证厌氧消化的最佳运行状态，除了应保持反应系统的厌氧状态外，还必须控制以下几个因素。 发酵原料(raw material) 温度(temperature) pH值 添加物和抑制物质(stayer) 接种物 搅拌(mix round) （1）发酵原料 用作堆肥的原料都可以用作厌氧发酵，即沼气发酵原料。 厌氧消化过程中的产气量是厌氧消化处理效率的重要指标。 一般来说,产气量的大小主要取决于物料的组分特性（表） 不同原料的有机组分不同，其理论产气量也不同 配制发酵原料时要进行理论产气量和总固体量等的计算。 理论产气量的计算 常用原料的产气率及其甲烷含量 总固体量的计算 营养物质(nutrient matter) 有机组分的产气量及气体组成 a. 理论产气量的计算 在计算沼气发酵原料的理论产气量时，必须首先分别测定各种发酵原料中碳水化合物(A)、蛋白质(B)和脂肪(C)的含量，然后用下式计算出每克发酵原料的CH4和CO2的理论产量。 CH4产量E（L）＝0.37A+0.49B+1.04C CO2产量