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1、目录目录厌氧消化的原理厌氧消化的原理 城市有机生活垃圾的处理现状城市有机生活垃圾的处理现状厌氧消化处理有机固废的工艺流程厌氧消化处理有机固废的工艺流程 厌氧消化处理有机固废方面的展望厌氧消化处理有机固废方面的展望 一、厌氧生物处理基本原理一、厌氧生物处理基本原理 厌氧生物处理（厌氧消化）是指在无氧条件下，借助厌氧厌氧生物处理（厌氧消化）是指在无氧条件下，借助厌氧微生物的新陈代谢作用分解废水中的有机物质，并使之转变为微生物的新陈代谢作用分解废水中的有机物质，并使之转变为小分子的无机物质（主要是小分子的无机物质（主要是CHCH4 4、COCO2 2、H H2 2S S等）的处理过程等）的处理过程
2、厌氧消化涉及众多的微生物种群，并且各种微生物种群都厌氧消化涉及众多的微生物种群，并且各种微生物种群都有相应的营养物质和各自的代谢产物。各微生物种群通过直接有相应的营养物质和各自的代谢产物。各微生物种群通过直接或间接的营养关系，组成了一个复杂的互营共生的微生物系统或间接的营养关系，组成了一个复杂的互营共生的微生物系统 对厌氧消化过程的认识经历两阶段理论、三阶段理论和四阶对厌氧消化过程的认识经历两阶段理论、三阶段理论和四阶段理论等几个阶段。段理论等几个阶段。复杂有机物（糖类、脂类、蛋白质）有机酸、醇类H2/CO2/甲酸、甲醇乙酸最终产物：CH4+CO2产甲烷菌同型产乙酸菌产氢产乙酸菌水解发酵菌四阶
3、段理论四阶段理论四阶段理论四阶段理论参与厌氧消化过程的微生物参与厌氧消化过程的微生物通过对前面的四阶段理论分析可知：厌氧消化过程可认为是由水解酸化、产氢、产乙酸和产甲烷四个阶段组成，各个阶段分别由相应的细菌类群完成：水解发酵细菌产氢产乙酸菌同型产乙酸菌产甲烷菌水解发酵菌群水解发酵菌群1 12 2水解发酵菌群为一个十分复杂的混合细菌群，该类细菌将各类复水解发酵菌群为一个十分复杂的混合细菌群，该类细菌将各类复杂有机质在发酵分解前首先进行水解，因此该类细菌也称为水解杂有机质在发酵分解前首先进行水解，因此该类细菌也称为水解细菌细菌将大分子不溶性有机物在水解酶的催化作用下水解成小分子的水溶性有机物将水解
4、产物吸收进细胞内，经胞内复杂的酶系统催化转化，将一部分供能源使用的有机物转化为代谢产物排入细胞外的水溶液中，成为参与下一阶段生化反应的细菌菌群（主要是产氢产乙酸细菌）可利用的物质产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌产氢产乙酸细菌能将产酸发酵第一阶段产生的丙酸、丁酸、戊产氢产乙酸细菌能将产酸发酵第一阶段产生的丙酸、丁酸、戊酸、乳酸、和醇类等，进一步转化为乙酸，同时释放分子氢酸、乳酸、和醇类等，进一步转化为乙酸，同时释放分子氢同型产乙酸菌同型产乙酸菌 同型产乙酸细菌能代谢同型产乙酸细菌能代谢H H2 2/CO/CO2 2为乙酸，为利用乙酸的产甲为乙酸，为利用乙酸的产甲烷菌提供了形成甲烷的基质，又能代谢分子氢，
5、使厌氧消化系烷菌提供了形成甲烷的基质，又能代谢分子氢，使厌氧消化系统中保持低的氢分压，有利于厌氧发酵的进行统中保持低的氢分压，有利于厌氧发酵的进行 异异养养菌菌混混合合营营养养型型异异养养菌菌利用有机利用有机质产生乙质产生乙酸酸既能利用有既能利用有机质产生乙机质产生乙酸，又能利酸，又能利用用H H2 2/CO/CO2 2产产生乙酸生乙酸产甲烷菌的形态各异产甲烷菌的形态各异产甲烷菌产甲烷菌 产甲烷菌是参与有机物厌氧消化的最后一类也是最重要的一类产甲烷菌是参与有机物厌氧消化的最后一类也是最重要的一类细菌。产甲烷菌形态比较多样，可代谢细菌。产甲烷菌形态比较多样，可代谢H H2 2和和COCO2 2及
6、少量几种简单有及少量几种简单有机物生成甲烷。它们在严格的厌氧条件下，将发酵菌、产氢产乙机物生成甲烷。它们在严格的厌氧条件下，将发酵菌、产氢产乙酸菌和好氢产乙酸菌的终产物，在没有外源电子受体的情况下，酸菌和好氢产乙酸菌的终产物，在没有外源电子受体的情况下，把乙酸、把乙酸、H H2 2和和COCO2 2转化为甲烷、转化为甲烷、COCO2 2和水。在一般的厌氧反应器中，和水。在一般的厌氧反应器中，约约70%70%的甲烷由乙酸分解而来，的甲烷由乙酸分解而来，30%30%由氢气还原二氧化碳而来。由氢气还原二氧化碳而来。产甲烷菌分两类：产甲烷菌分两类：利用乙酸产生甲烷利用乙酸产生甲烷 CH CH3 3CO
7、OH CHCOOH CH4 4+CO+CO2 2利用利用H H2 2和和COCO2 2的合成生成甲烷的合成生成甲烷4H4H2 2+CO+CO2 2 CH CH4 4+H+H2 2O O产甲烷菌的营养特征产甲烷菌的营养特征营养特征营养特征生产因子生产因子有些产甲烷菌需要维有些产甲烷菌需要维生素才能生长，或者生素才能生长，或者说对其有刺激作用，说对其有刺激作用，尤其是尤其是B族维生素族维生素C源源产甲烷菌只能利用较简产甲烷菌只能利用较简单的有机化合物，常见单的有机化合物，常见的基质有的基质有H2/CO2、甲酸、甲酸、乙酸甲醇、甲胺等乙酸甲醇、甲胺等微量元素微量元素所有产甲烷菌的生长都需要Ni、Na
8、、Co、Fe等微量元素N源源产甲烷菌均能利用产甲烷菌均能利用氨态氮为氨态氮为N源，但利源，但利用能力比较差。瘤用能力比较差。瘤胃甲烷短杆菌要求胃甲烷短杆菌要求氨基酸氨基酸厌氧微生物群体间的共生关系厌氧微生物群体间的共生关系非非产产甲烷菌甲烷菌为产甲烷菌为产甲烷菌提供提供生长和生长和产产甲烷甲烷所必须的所必须的基基质质非产甲烷菌为产甲烷菌创造适宜的非产甲烷菌为产甲烷菌创造适宜的氧化还原电位氧化还原电位非产甲烷菌为产甲烷菌清除有毒物质非产甲烷菌为产甲烷菌清除有毒物质产甲烷菌为不产甲烷菌的生化反应产甲烷菌为不产甲烷菌的生化反应解除解除抑制抑制非产甲烷菌和产甲烷菌共同维持环境中的适宜非产甲烷菌和产甲烷
9、菌共同维持环境中的适宜pH二、城市生活垃圾的处理现状二、城市生活垃圾的处理现状城市生活垃圾的来源和主要组成物城市生活垃圾的来源和主要组成物 城市生活垃圾是指在城市日常生活中或者为城市日常生活提供城市生活垃圾是指在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物服务的活动中产生的固体废物,主要包括居民生活垃圾、商业垃圾、主要包括居民生活垃圾、商业垃圾、建筑垃圾建筑垃圾(又称为渣土又称为渣土)。来源来源 主要组成物质主要组成物质居民生活居民生活 食物垃圾、纸屑、布料、木料、金属、玻食物垃圾、纸屑、布料、木料、金属、玻 璃、璃、塑料陶瓷、燃料灰渣塑料陶瓷、燃料灰渣、碎砖瓦、废器具、粪碎
10、砖瓦、废器具、粪 便、杂品便、杂品 商业机关商业机关 管道等碎物体、沥青及其他建筑材料、废汽车、管道等碎物体、沥青及其他建筑材料、废汽车、废电器、废器含有易爆、易燃、放射性的废物以废电器、废器含有易爆、易燃、放射性的废物以 及居民生活所排除的各种废物市维护、管理部门及居民生活所排除的各种废物市维护、管理部门 碎砖瓦、树叶、死畜禽、金属、锅炉灰渣、污泥、碎砖瓦、树叶、死畜禽、金属、锅炉灰渣、污泥、脏土脏土 我国城市生活垃圾收集和处理的主要特点我国城市生活垃圾收集和处理的主要特点收集方面以混合收集为主收集方面以混合收集为主,绝大多数未实施垃圾分类绝大多数未实施垃圾分类和分选和分选处理上主要以填埋为
11、主处理上主要以填埋为主(占整个处理量的占整个处理量的80%),80%),其次其次是高温堆肥是高温堆肥(占整个处理量的占整个处理量的19%),19%),只有约只有约1%1%的生活垃的生活垃圾是经焚烧处理的圾是经焚烧处理的研究表明研究表明,我国真正符合国际卫生标准的垃圾处理量我国真正符合国际卫生标准的垃圾处理量只占整个垃圾产生量的只占整个垃圾产生量的10%10%左右左右,垃圾处理中的二次污垃圾处理中的二次污染问题比较普遍染问题比较普遍城市生活垃圾成分变化情况城市生活垃圾成分变化情况城市生活垃圾处理现状城市生活垃圾处理现状垃圾填埋场垃圾填埋场厌氧消化处理有机固废的研究成果厌氧消化处理有机固废的研究成
12、果Text in hereText in hereText in hereKublerBaldasan1920厌氧消化在提高能量平衡方面比堆肥、焚烧、或消化+堆肥更有优势厌氧消化处理产生的总能量比厌氧消化厂建立和运转所需要的能量大厌氧消化能够循环和再利用垃圾的成分。而且固体物质被消化后可以得到高质量的有机肥料和土壤改良剂。消化过程不需要氧气，降低了动力消耗，从而降低了使用成本 欧洲国家限制有机垃圾进入卫生填埋场，有机物含量高于欧洲国家限制有机垃圾进入卫生填埋场，有机物含量高于5%5%的垃圾被禁止。日本从欧洲引进技术，建立了厌氧消化示范工程。的垃圾被禁止。日本从欧洲引进技术，建立了厌氧消化示范工
13、程。在美国，厌氧消化工艺也有一定的应用在美国，厌氧消化工艺也有一定的应用我国第一个家用水压式沼气池EdelmannB厌氧消化工艺的分类厌氧消化工艺的分类划分标准划分标准 工艺类型工艺类型 具体说明具体说明给料方式给料方式序批消化序批消化连续消化连续消化阶段性成批进料阶段性成批进料连续进样连续进样运行温度运行温度高温消化高温消化中温消化中温消化常温消化常温消化50-6030-4015-25反应级数反应级数单相消化单相消化两相消化两相消化在产酸池和产甲烷池中分步完成在产酸池和产甲烷池中分步完成在同一反应器中进行在同一反应器中进行 消化浓度消化浓度 干式消化干式消化 湿式消化湿式消化 反应基质固含率
14、为反应基质固含率为20%-40%反应基质固含率为反应基质固含率为10%-15%垃圾破碎与筛分设备三、厌氧消化工艺实例三、厌氧消化工艺实例破碎机械分选转鼓筛备料罐泵单级阶段反应器反应温度35停留时间15-20d消毒罐70下停留30min缓冲罐脱水液体肥料固体腐殖土废水脱水RDF物质进入流化床燃烧有机垃圾惰性物质工艺水储气罐沼气1、低固体连续单级厌氧发酵工艺、低固体连续单级厌氧发酵工艺2、低固体连续多级发酵系统（、低固体连续多级发酵系统（BTA工艺）工艺）经分选的有机垃圾接收池破袋机塑料及惰性物质水选：去除无用的浆状物、塑料及惰性物质预处理垃圾在70下消毒1h加入NaOH提高降解分离系统水解池纤维
15、物质生物反应器液体肥料固体废料液体物质轻质液体物质发电机气体燃烧装置沼气切碎筛选磁选 给料系统（回流水解）混合、泵反应器压滤机手工分选热电联产混合单元高分子水好氧堆肥腐殖质分类收集有机垃圾废水处理预处理水（1 1）DrancoDranco工艺流程图工艺流程图3 3、高固体单级发酵系统、高固体单级发酵系统好养稳定化好养稳定化好养稳定化好养稳定化压缩饼送至堆肥阶段进行好压缩饼送至堆肥阶段进行好氧稳定化氧稳定化（2 2）KomPogasKomPogas工艺工艺有机垃圾预处有机垃圾预处有机垃圾预处有机垃圾预处理理理理 厌氧反应器厌氧反应器厌氧反应器厌氧反应器脱水脱水脱水脱水固含率为固含率为30%-5%
16、30%-5%，挥发性固含量为，挥发性固含量为55%-75%55%-75%，粒径，粒径40mm40mm，pH4.5-7.0pH4.5-7.0，凯氏氮，凯氏氮4g/kg18(C/N)18高温消化，消化后的产高温消化，消化后的产物含水率高物含水率高脱出的水用于加湿进料脱出的水用于加湿进料或作为液态堆肥或作为液态堆肥厌氧消化处理有机固废的影响因素厌氧消化处理有机固废的影响因素PH值值温度温度基质基质氧化还原电位氧化还原电位毒性物质毒性物质有机负荷有机负荷接种物接种物预处理预处理素素因因响响影影厌氧消化处理有机固废的影响因素厌氧消化处理有机固废的影响因素1、温度、温度温度是影响厌氧消化效果的重要因素。甲
17、烷发酵阶段是厌氧消化反温度是影响厌氧消化效果的重要因素。甲烷发酵阶段是厌氧消化反应的控制因素。甲烷菌的最佳生长温度有两组应的控制因素。甲烷菌的最佳生长温度有两组:中温中温(3540)，高，高温温(55一一58)。由于中温菌种类多，易于培养驯化、活性高，所以。由于中温菌种类多，易于培养驯化、活性高，所以厌氧处理常采用中温消化。厌氧处理常采用中温消化。2、pH值值在厌氧处理中，最适在厌氧处理中，最适pH大致范围在大致范围在6.8-7.2(l)由于由于pH的变化引起微生物体表面的电荷变化，进而影响微生物的变化引起微生物体表面的电荷变化，进而影响微生物对营养物的吸收。对营养物的吸收。(2)由于多数非离
18、子状态化合物比离子状态化合物更容易渗入细胞，由于多数非离子状态化合物比离子状态化合物更容易渗入细胞，所以所以pH还会对有机化合物的离子化作用产生间接影响。还会对有机化合物的离子化作用产生间接影响。(3)酶只有在最适宜的酶只有在最适宜的pH值时才能发挥最大活性，不适宜的值时才能发挥最大活性，不适宜的pH可使可使酶的活性降低，进而影响微生物细胞内的生物化学过程。酶的活性降低，进而影响微生物细胞内的生物化学过程。(4)过高或过低的过高或过低的pH值都会降低微生物对高温的抵抗能力值都会降低微生物对高温的抵抗能力厌氧消化处理有机固废的影响因素厌氧消化处理有机固废的影响因素3、氧化还原电位、氧化还原电位
19、氧的溶入是引起厌氧消化系统的氧化还原电位升高的氧的溶入是引起厌氧消化系统的氧化还原电位升高的最主要的原因。还有其他一些氧化剂或氧化态物质的存在最主要的原因。还有其他一些氧化剂或氧化态物质的存在也会有影响，有机垃圾的厌氧消化过程中，要防止外界空也会有影响，有机垃圾的厌氧消化过程中，要防止外界空气进入和强氧化剂进入到消化系统中，以保证消化系统具气进入和强氧化剂进入到消化系统中，以保证消化系统具有较低的氧化还原电位。有较低的氧化还原电位。4、基质的营养比例、基质的营养比例 厌氧微生物除了对碳和氮等大量营养物质的基本需求厌氧微生物除了对碳和氮等大量营养物质的基本需求外，没有合成某些必须维生素的能力。因
20、此为维持细菌的外，没有合成某些必须维生素的能力。因此为维持细菌的生长和活动，还需要补充某些专门的营养物。厌氧微生物生长和活动，还需要补充某些专门的营养物。厌氧微生物的生长繁殖需要一定比例的碳、氮、磷及镍等微量元素。的生长繁殖需要一定比例的碳、氮、磷及镍等微量元素。厌氧法厌氧法C:N:P控制在控制在300-500:5:1为宜为宜厌氧消化处理有机固废的影响因素厌氧消化处理有机固废的影响因素5 5、有机负荷、有机负荷 增加反应器中总固体含量，即提高了有机负荷率，可以相增加反应器中总固体含量，即提高了有机负荷率，可以相应地减少反应器体积，但有机负荷率也不是越高越好，过载后应地减少反应器体积，但有机负荷
21、率也不是越高越好，过载后容易引起酸化，降低生物气产率，最终导致厌氧消化失败容易引起酸化，降低生物气产率，最终导致厌氧消化失败6 6、毒性物质、毒性物质 厌氧系统中的有毒物质会不同程度地对消化过程产生抑制厌氧系统中的有毒物质会不同程度地对消化过程产生抑制作用。这些物质可能是消化物料所含成分或是厌氧菌的代谢产作用。这些物质可能是消化物料所含成分或是厌氧菌的代谢产物，通常包括重金属离子、碱金属、厌氧微生物代谢产物如氨物，通常包括重金属离子、碱金属、厌氧微生物代谢产物如氨氮、有毒的有机物氮、有毒的有机物厌氧消化处理有机固废的影响因素厌氧消化处理有机固废的影响因素7、预处理、预处理u物理预处理的种类包括
22、物理预处理的种类包括:切碎、研磨、冲击碰撞和蒸汽爆切碎、研磨、冲击碰撞和蒸汽爆破等。通过切碎减小物料颗粒体积可以提高其气体产量、加破等。通过切碎减小物料颗粒体积可以提高其气体产量、加快消化速率和减小消化体积。研磨通过剪切作用破坏了固体快消化速率和减小消化体积。研磨通过剪切作用破坏了固体有机物的内部组织结构，对纤维素等难降解物质效果明显有机物的内部组织结构，对纤维素等难降解物质效果明显u化学预处理方法包括碱处理、酸处理、热处理、臭氧氧化化学预处理方法包括碱处理、酸处理、热处理、臭氧氧化处理。对城市固体垃圾进行预处理时，采用处理。对城市固体垃圾进行预处理时，采用100gTS加加NaOH0.5g进行
23、处理的物料，其厌氧消化过程中的甲烷产量进行处理的物料，其厌氧消化过程中的甲烷产量可提高可提高35%。在热处理方面，研究发现预处理的温度越高，。在热处理方面，研究发现预处理的温度越高，总固体减少量越多，甲烷产量也越高总固体减少量越多，甲烷产量也越高u在生物预处理方面，先对固体有机垃圾进行高温好氧堆肥，在生物预处理方面，先对固体有机垃圾进行高温好氧堆肥，可提高厌氧消化过程的效率、气体产量和甲烷产量。可提高厌氧消化过程的效率、气体产量和甲烷产量。厌氧消化处理有机固废的影响因素厌氧消化处理有机固废的影响因素8、接种物、接种物 接接种种物物量量和和物物料料量量的的比比值值对对厌厌氧氧消消化化具具有有显显
24、著著影影响响。当当总总固固体体含含量量较较高高时时，为为了了维维持持消消化化反反应应的的平平衡衡，接接种种物物的的量量也也相相应应的的增增大大。有有时时固固体体废废物物的的量量与与接接种种物物的的量量之之比比达达到到60:40以以上上。如如果果接接种种量量偏偏少少，微微生生物物数数量量不不够够(尤尤其其是是甲甲烷烷菌菌数数量量)，容容易易使使发发酵酵时时间间延延长长，产产甲甲烷烷的的速速度度降降低低，造造成成酸酸的的积积累累从从而而使沼气发酵失败使沼气发酵失败厌氧消化法处理有机废物的优点厌氧消化法处理有机废物的优点1234形成高质量的有机肥料和土壤改良剂在消化产甲烷的过程中，可有效实现有机废物的减量化整个过程中不需氧气，动力消耗低，运行成本较低产生清洁的能源沼气