厌氧发酵处理技术(2).docx

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1、厌氧发酵处理系统一、厌氧发酵原理介幺厌氧发酵是指废弃物在厌氧条件下通过微生物的代谢活动而被 稳定化，同时伴有甲烷和C02产生的变化，液化阶段主要是发酵细菌 起作用，包括纤维素分解菌和蛋白质水解菌。原理液化阶段主要是发酵细菌起作用，包括纤维素分解菌和蛋白质 水解菌，产酸阶段主要是醋酸菌起作用，产甲烷阶段主要是甲烷细 菌，他们将产酸阶段产生的产物降解成甲烷和C02同时利用产酸阶段 产生的氢将C02还原成甲烷。影响厌氧发酵的影响因素有：原料配比，厌氧发酵的碳氮比以20- 30为宜，当碳氮比在35时产期量明显下降；温度在35-40C为宜； pH值对于甲烷细菌来说，维持弱碱环境是绝对必要的，它的最正确p

2、H 范围为6. 8-7. 5, pH值低，它使CO?大增，大量水溶性有机物和H2s 产生，硫化物含量的增加抑制了甲烷菌的生长，可以加石灰调节pH, 但是调整pH的最好方法是调整原料的碳氮比，因为底质中用以中和 酸的碱度主要是氨氮，底质含氮量越高，碱度越大，当VFA （挥发 性脂肪酸）3000时，反响会停止。作用1进水罐研磨后的物料经过打浆罐提升泵进入进水罐，和直接从除油罐 排入进水罐的液体混合，为了到达更好的混合效果并防止固形物沉 淀，进水罐中装有搅拌机。池内物料的pH值连续监测，并在需要时 投加NaOH对物料的pH值进行调节。调节池装有液位计以连续监测 其液位。进水罐出水通过反响器进水泵泵入

3、反响器。为给后续生物反响提供一个稳定的进料工况，平衡预处理单班 运行的波动，设计的进水罐1座，直径8米，高20米，有效容积 1000m3,同时起到调节缓冲的作用。2厌氧反响器在反响器中，废水中绝大局部COD被降解、转化为沼气。反响器（4台，单台规格为nm*H30ni, V有效=30000?）。是高 效反响器，容积负荷可达7kgC0D/n）3/d。反响器产生的沼气从反响器顶部排至沼气系统，并可根据需要 进行沼气脱硫提纯。3沼气处置反响器中产生沼气，产生的沼气量取决于经过反响器所降解的 COD的量。降解COD越多，产气越多。沼气在反响器顶部收集以进 一步处理。反响器和沼气处理设施皆为封闭系统，沼气

4、在沼气燃烧 器中燃烧而不会散发进入周围环境中。沼气具有可观的经济价值， 可以有许多方式来利用它。我们推荐专门配备的沼气系统。这一系统是必须的沼气平安装 置，即使沼气得以利用，当沼气利用设施需要检修时，这一系统将 担负起沼气平安燃烧的任务。4沼气火炬无论沼气利用与否，都需要配备一座沼气火炬，在沼气利用设 施停止工作时做紧急燃烧处置。我们每期配备1台最大燃烧能力为1500m3/h的沼气火炬。来自 于沼气稳压柜的沼气流向该沼气燃烧器。沼气燃烧器的操作由沼气 稳压柜的气位自动控制。沼气燃烧器的操作由一个辅助燃烧器（由 电磁阀控制）、一个主燃烧器、一套点火器和温度传感器构成。在 正常工作状态下主燃烧器管

5、道上的手动阀常开，一旦沼气压力到达 某个设定值，辅助燃烧器电磁阀翻开，点火器即点火，如果温度探 头检测到高温，说明点火火苗在燃烧。如果沼气稳压柜的气位到达 某个水平，点火阀自动翻开，点火器自动启动。如果检测到高温， 说明点火火苗在燃烧。如果沼气稳压柜气位到达主阀开启位水平时, 沼气燃烧器主阀自动翻开，沼气由点火火苗点燃，然后沼气稳压柜 气位缓慢下降到某个水平，沼气燃烧器主阀会自动关闭，而点火火 苗始终保持燃烧。沼气的燃烧温度会高于815。5冷凝水箱从反响器产生的沼气饱和着水气，当沼气温度下降时水会冷凝 析出。这些凝结水由冷凝水箱中别离收集，在冷凝水箱中设有至少 700mm深度的水封来用于防止沼

6、气从排水管泄漏（排水来自沼气管 路）。冷凝水箱中水封液位由一液位开关和供水系统来提供保证。6沼气净化系统对沼气的处理提纯包括：预处理（脱硫、除水过程）、增压工 序和变压吸附（PSA）甲烷提纯工序等三大局部。沼气经过以上处理 过程，甲烷纯度可以到达97%以上，甲烷回收率达90%以上。沼气提纯后甲烷用于车用压缩天然气（CNG）的总工艺如下:脱磷前级缓冲罐沼气压缩机甲烷缓冲罐CNG加气机压吸附装置CNd压缩机82解吸气v真空泵真空解吸罐沼气提纯后甲烷用于民用压缩天然气（CNG）的工艺就比拟简单:7生物脱硫首先我们推荐的是生物脱硫，相对于干法脱硫，生物脱硫经济 可靠。下表为本方案的原生沼气基本数据：表

7、1-4.原生生物气基本特征参数状态单位数量生物气量Nm3 /h1250甲烷含量范围%60h2s进口浓度平均ppm (mg /m3)2000(3000)h2s目标浓度平均ppm (mg/ m3)R-OH + X-+H+式中:R-有机物分子的碳链主体X-分子中的极性基团二、发酵阶段在发酵过程中，发酵微生物首先将小分子化合物转化为简单的物 质，分泌到细胞外。因此，这一过程也称为酸化阶段。这一阶段的最 终产物主要有挥发性脂肪酸（VFA）、二氧化碳、氧气、氨、硫化氢 等气体物质。同时，厌氧发酵过程中，微生物也会合成新细胞进行自 身的增殖,所以系统会产生剩余污泥。一般的底物在进行酸化反响时, 局部氨基酸的

8、分解是通过所谓的史提克兰德反响进行的，该反响需要 两种氨基酸的参与,或者说它需要和其他分子同时进行反响,其中一 个氨基酸分子进行氧化脱氮，同时产生H+使另外一种氨基酸的两个 分子还原,两个过程都有脱氧基的作用。以丙氨酸和甘氨酸的降解为 例来说明它们就需要这种偶联反响。CH3CHNH2C00H+2H20CH3C00H+C02+NH3+4H+2CH2NH2C00H+4H+2CH3C00H+2NH4即为：CH3CHNH2C00H+2CH2NH2C00H+2H203CH3C00H+3NH4+C02这里丙氨酸作为电子的供体，甘氨酸作为电子的受体。而丙氨酸 和甘氨酸都是有机物,却一个作为电子供体,另一个作

9、为电子受体。 这一特点说明，酸化反响过程是一个不稳定并且没有进行到底的过程。三、产乙酸阶段发酵阶段的最终产物在产乙酸菌的作用下被进一步转化为 CH3C00H. H2、碳酸和新的细胞物质。这些微生物能把各种VFA降解 为乙酸和氢气。其反响如下16:CH3CH20H+H20CH3C00H+2H2 CH3CH2C00H+2H20CH3C00H+3H2+C02 CH3CH2C00H+2H202CH3C00H+2H2四、产甲烷阶段在这一阶段过程中，产甲烷微生物将CH3C00H、H2、碳酸、甲酸 和甲醇等转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。有些细菌能够直 接利用乙酸产生甲烷,在一般的厌氧反响器中，由乙酸分

10、解产生的甲 烷和由氢气分解产生的甲烷的比例为7:3o利用乙酸:CH3co0H4CH4+C02利用 H2 和 C02 : H2+C02CH4+H20上述4个阶段还包含以下过程：（a）蛋白质、碳水化合物的和脂 类发生变化是在水解阶段发生的；（b）氨基酸和糖类的氧化、高级脂 肪酸和醇类的氧化发生在厌氧发酵阶段；（C）产乙酸阶段包含从中间 产物中形成CH3C00H和H2,由H2和C02形成CH3C00H; （d）产甲烷阶 段包括由CH3C00H形成甲烷和从H2和C02形成甲烷。2.2厌氧发酵过程的特点2. 2.1厌氧生物处理技术的优点(1)厌氧生物处理能够减少环境污染。能够大幅度降低废水中的COD、

11、BOD的含量，减少水体富营养化；厌氧消化可以杀灭病原菌、微生物 虫卵；减少蚊绳的繁殖效率，防止了疾病的传播。(2)厌氧生物处理产生的污泥量较少、剩余污泥脱水性能好、浓缩时 可以不使用脱水剂等优点，因此,厌氧生物处理工艺受到广泛应用。(3)厌氧处理工艺可产生无污染的能源沼气作为燃料使用；沼气燃烧 后的产物是水,因此对环境无污染。(4)厌氧生物处理可以把难被微生物吸收的有机氮转化成氨或确酸盐, 从而提高营养成分的利用率。(5)厌氧生物处理后的沼澄、沼液施用到土壤中可以改良土壤、增加 农作物的产量。(6)高浓度的有机废水也可以用厌氧生物技术来处理。且不需要大量 水稀释。厌氧生物处理可以节省费用。2.

12、 2. 2厌氧生物处理技术的缺点(1)厌氧生物处理启动周期较长。厌氧微生物的世代期长,微生物增 长速率低,污泥增长缓慢,一般厌氧启动期需要几个月甚至更长的时 间。如果增加接种污泥量来到达快速启动,就会增加经济投入。管理较复杂。由于微生物种类、性质各不相同，对运行管理较为 严格。(3)厌氧生物处理后的废水不能到达排放标准。厌氧生物处理对氮和 等营养元素的去除率不高,厌氧消化只是把含氧和磷的有机物转化为 氧氮和磷酸盐,微生物合成新细胞用到的氮和磷也较少，因此,厌氧消 化系统除水中氮和磷的含量一般达不到排放标准。氮和磷等营养物 质排入水体可引起湖泊发生富营养化，由于该法的利用存在局限性， 当被处理的

13、废水对氮和的含量要求较高时,就应当采用厌氧和好氧 相结合的处理工艺。(4)厌氧生物技术在处理废水时可能会造成二次污染。由于废水中硫 酸盐的存在,在厌氧条件下硫酸盐被氧化而放出H2S等恶臭气体。(5)厌氧微生物对有毒物质非常敏感,因此,要严格控制有毒物质进入 厌氧消化系统中。在厌氧处理系统中,存在着种类繁多,关系复杂的微生物区系。 这些微生物相互协同共同完成一个复杂的厌氧降解反响过程,总的来 说，这些微生物大致可以分为两类:产甲烷菌、不产甲烷菌。2. 4.1不产甲烷菌不产甲烷菌(发酵细菌、产氧产乙酸细菌和同型产乙酸菌)在厌 氧消化过程中也起着非常重要的作用。一、发酵细菌发酵细菌是一个混合细菌群，

14、主要由专性厌氧细菌组成。这类微 生物能够在厌氧条件下将不溶性大分子有机物水解为可溶性小分子 物质，并利用这些小分子物质生成各种酸、H2和C02o二、产氢产乙酸细菌产氢产乙酸菌能够将水解产物转化为C02、02以及乙酸。水解 酸化过程中的产物局部能够直接被甲烷菌利用，局部不能被甲烷菌利 用，这时产氧产乙酸菌就在整个厌氧消化过程中发挥极为的重要。产 氢产乙酸菌能将各种VFA降解成为乙酸并放出H2O三、同型产乙酸细菌同型产乙酸菌是混合营养性厌氧细菌，不仅能利用有机基质产生 乙酸,也能利用H2和C02产生乙酸。因为同型产乙酸细菌可以利用 氢气而降低氢气分压,所以对产氢气的发酵性细菌有利，同时对利用 乙酸

15、的产甲烧菌也有利。2. 4. 2产甲烷菌为了防止产甲烷菌与另一类氧化好氧细菌相混淆，1974年 Bryant提出产甲烷菌这一名词。产甲烷菌有多种形态,大致可分为 杆状、球状、螺旋状和八叠状等四类形态。螺旋状产甲烷菌目前仅 发现一种。由于产甲烷菌是生存于极端厌氧的环境中和其对氧高度 敏感的特性，使其成为难于研究的细菌之一。因此到20世纪70年代 分类学家才以菌体细胞的形态学特征,再辅以某些生理学形状和对各 种基质的利用能力来进行分类。随着电镜的使用和现代生化技术的 开展,逐步进入依据细胞学水平和分子水平的差异来进行分类。1956 年，巴克将甲烷菌归纳成1个科和4个属,共8个种。1974年在伯 捷

16、氏细菌鉴定手册的第八版中，布赖恩特扔根据巴克的意见把产甲 烷菌列为1个产甲烷菌科,下分为甲烷杆菌属（5个种）、甲烷八叠球 菌属（2个种）和甲烷球菌属（2个种），共9个种。到1991年为止,共 别离到产甲烷菌65个种。产甲烷菌是一个特殊的专门的生理群，具有特殊的细胞成分和产 能代谢功能,是一群形态多样,可代谢氢、二氧化碳及少数几种简单 有机物生成甲烷的严格厌氧的古细菌。2. 4. 3不产甲烷菌和产甲烷菌之间的相互关系在厌氧处理系统中，微生物的种类很多、关系也很复杂。甲烷的 产生是各种微生物相互平衡、协同作用的结果。不产甲烷菌依赖产 甲烷菌，同时,产甲烷菌也依赖不产甲烷菌，它们之间相互依存又相互

17、制约,在厌氧生物处理系统中它们是同时存在的。(1)不产甲烷细菌为产甲烷菌提供营养物质。发酵细菌可以把高分子 的碳水化合物、脂肪、蛋白质等进行发酵，生成H2、C02、氨、及各 种酸等,为产甲烷细菌提供碳源和氮源。不产甲烷细菌创造了适宜的氧化还原电位。消化液、进料时都会 使氧气混入,这些氧会抑制产甲烷菌的生长。但是,兼性厌氧菌和兼 性好氧菌能够减少装置中的氧含量，。在厌氧装置中的各种厌氧微生 物对氧化还原电位的适应性是不同的。如果这些微生物能够正常的 生长代谢,就会降低消化液中的氧化还原电位，使产甲烷菌能够正常 生长。不产甲烷细菌能够清除系统中的有毒物质。废水中特别是工业废 水中可能会含有重金属、

18、酷、鼠等有毒物质，不产甲烷菌可以分解、 吸收、转化这些有毒物质，有的还能够以氟化物作为碳源和能源,都 能够解除有毒物质对产甲烷菌的毒害。(4)产甲烷细菌能够把不产甲烷细菌的反响抑制解除。不产甲烷菌的 很多发酵产物对自己本身是有抑制作用的。而产甲烷菌可以消耗掉这么产物将它们转化为C02和CH4,使不产甲烷细菌的代谢能够正常 进行。不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持系统中的适宜pH值。在厌 氧消化初期,发酵微生物在降解有机物时会产生酸性物质，导致消化 液中的pH值持续下降。同时,氨化细菌可以分解蛋白质产生氨。氨 可中和消化液中的局部酸性物质,对厌氧消化系统起到一定的缓冲作 用。到了厌氧发酵后期，产甲烷细菌可以将乙酸、氢和C02转化为 CH4,从而维持厌氧消化系统pH值的稳定。二、厌氧发酵工艺组成撒拯排放，图1-6厌氧发酵处理工艺流简图例如：300吨餐厨垃圾总的有机污染物预计在80吨COD/天，通 过建设4台直径11m,高30米，有效容积3000m3的厌氧反响器，可 产沼气 30000m3/d。