厌氧消化技术及其在生活垃圾处理中的应用

厌氧消化技术及其在生活垃圾处理中的应用姓名：樊鑫学号：Z08070316学院：环境工程与化学系班级：城市水净化技术专业logo主要内容•厌氧消化技术能够有效实现有机固体废弃物的减量化、无害化处理与资源化利用，尤其今年来，随着生活垃圾中生物质废物的增加以及世界能源短缺问题的加剧，具有废物处理和能源回收双重效益的生物质废物厌氧消化技术日益受到世界各国的广泛应用，并已在当今许多国家得到了广泛的应用。本文对生活垃圾厌氧消化处理工艺的原理、研究及应用现状进行概述，分析了其经济性及应用中存在障碍，并对我国生活垃圾厌氧消化处理技术研究和应用的发展方向进行了展望。目录•有机固体废弃物厌氧消化处理微生物学原理•厌氧消化技术发展历程•厌氧消化技术在生活垃圾处理中的应用•厌氧消化处理生活垃圾的优势•厌氧消化在处理生活垃圾中的障碍分析•生活垃圾厌氧消化处理工艺类型•生活垃圾厌氧消化的影响因素•结论•致谢logo有机固体废弃物厌氧消化处理微生物学原理第一阶段（水解阶段，酸化阶段）：将不溶性大分子有机物分解为小分子水溶性的低脂肪酸，发酵细菌将水溶性低脂肪酸转化为H2、CH3OOOH、CH3CH2OH等，酸化阶段料液pH值迅速下降；第二阶段（产氢产乙酸阶段）：专性产氢产乙酸菌对还原性有机物的氧化作用，生成H2、HCO3-、CH3OOOH.同型产乙酸细菌将H2、HCO3-转化为CH3OOOH,此阶段由于大量有机酸的分解导致pH值上升;第三阶段(甲烷化阶段):产甲烷菌将乙酸转化为CO2和CH4,利用H2还原CO2成CH4,或利用其他细菌产生甲酸形成CH4.无论是三阶段理论,还是四类群理论,实质上都是对两阶段理论的补充和完善,较好地揭示了厌氧发酵过程中不同代谢菌群之间相互作用、相互影响、相互制约的动态平衡关系，阐明了复杂有机物厌氧消化的微生物过程。厌氧消化技术发展历程20世纪50年代中期出现了厌氧接触反应器，使处理效率和负荷都得以显著提高1896年英国出现第一座用于处理生活污水的厌氧消化池，所产生的沼气用于街道照明请输入内容20世纪40年代在澳大利亚出现了连续搅拌的厌氧消化池，改善了厌氧污泥与废水的混合，提高了处理效率1972-1978年荷兰农业大学的教授Lettinga等人开发研制的一项污水厌氧生物处理新技术-升流式厌氧污泥床反应器1776年Valta最早从沼泽中发现可燃性气体甲烷•厌氧消化技术最早应用于高浓度有机废水的处理中，而在生活垃圾的处理所占的比例较小。然而自1920年英国农学家AlbertHoward在印度发明了印多尔厌氧堆肥法以来经过了不断的技术革新，近年来，逐步形成了以湿式完全混合厌氧消化、厌氧干发酵、两步厌氧消化等为主的生活垃圾厌氧消化工艺形式。厌氧消化处理生活垃圾，主要集中在对生活垃圾中厨余垃圾以及庭院垃圾进行处理。JaeKyoung等进行进行了泔脚废物的甲烷化潜力研究，研究结果表明，泔脚废物具有较大的厌氧甲烷化潜力。在欧洲，利用厨余垃圾产沼气的研究较为成熟，德国、丹麦等国家发展尤其迅速，建成了一定规模数量的消化处理厂。日本早在20世纪80年代就将利用城市垃圾产沼气作为国家研究课题。近年来，我国在引进欧洲技术的同时，在地方政府的支持下，也开始进行了工业规模生产。如农户用沼气池，甚至有些偏远地区采用了效率更低的利用方式，如粪便沤肥、秸秆还田等，这不仅浪费大量的生物质资源，而且经过雨水浸淋，粪便中的有机物会进入周围水体，散发恶臭气体，造成严重的环境污染。随着养殖场发展的集约化，大型养殖场都建在城市周边，禽畜粪便对城市环境的污染会更加严重。本文从生物质废物厌氧消化产沼潜力、厌氧消化产沼技术研究和应用等方面分析我国农村生物质废物厌氧消化产沼的需求及发展现状。厌氧消化技术在生活垃圾处理中的应用•厌氧发酵在我国50年代大办沼气时曾经被广泛应用，但迄今为止大部分地区处于分散、粗放型应用阶段。同国外相比我国生活垃圾厌氧发酵技术还处于起步阶段，大多数研究成果还停留在实验室阶段。如李亚新等人在实验中采用小试规模的批量反应器和CSTR反应器，对生活垃圾酸性发酵的特点进行了研究。刘晓风则主要探索了城市有机垃圾干式厌氧发酵技术。吕凡、何品晶等针对我国泔脚废物的特性研究表明，泔脚废物厌氧发酵具有明显的优势，但工艺可行性尚需进一步确证。厌氧消化处理生活垃圾的优势•采用厌氧微生物消化把垃圾中的有机质废物转化为沼气，不仅为工农业生产提供了新的能源，还能减少资金的投入、减少化石燃料的使用、缓解能源紧张问题和削减CO2排放量。另外，厌氧消化残渣及出水的农业利用减少了化学肥料的投入，降低了农业生产成本，且充分有效的利用垃圾中有机质实现了废物的循环利用。厌氧消化在密封反应器（消化池）内完成反应过程，可以有效缩短发酵周期，并保证垃圾渗沥液和产生的气体不致于泄漏到环境中。同好氧堆肥相比减少了处理场地土地使用面积及残渣中盐分的含量。厌氧消化处理生活垃圾还能实现垃圾减量化，减少垃圾最终填埋量，缓解垃圾产生量增大与填埋用地不足的之间矛盾。厌氧消化可以解决含水量大不易填埋和焚烧的有机垃圾出路问题。有研究发现多种难降解、甚至有毒的持久性有机污染物质，如含氮芳香族和含氮脂肪族化合物等，也能够被一些厌氧和兼性厌氧的微生物降解。因此，厌氧消化还具有消除持久性有机物污染物的潜力。厌氧消化在处理生活垃圾中的障碍分析•尽管厌氧消化处理生活垃圾具有诸多优点但在实际应用中仍有不尽人意之处。通常生活垃圾厌氧消化处理费用略高于好氧堆肥处理，生活垃圾厌氧消化不能处理全部垃圾而仅能处理有机易腐部分，生活垃圾厌氧消化出水排放之前可能需要进行达标处理，无疑会增加处理成本。另外生活垃圾的混合收集方式也会对厌氧消化处理应用带来极大的限制。鉴于我国垃圾有机成分将随着时间的推移而增加，我国垃圾收集制度将向分类收集制度方向完善，垃圾厌氧消化技术的预处理技术得以发展，未来我国垃圾厌氧消化技术的发展目标是低能耗，高产出，投资少，操作方便，运行稳定，具有较高的发展前景。通过以上分析，建议将来垃圾厌氧技术处理以生物和机械预处理为前提，采用厌氧发酵，在原料来源上采用分类收集的垃圾。生活垃圾厌氧消化处理工艺类型•生活垃圾厌氧消化处理采用的工艺主要有湿式连续单级厌氧消化工艺，湿式连续多级厌氧消化工艺和干式连续单级厌氧消化工艺。其中湿式连续单级厌氧消化工艺具有发酵工艺简单、工艺流程短、易于实现全面监控、动力消耗少等优点，因此湿式连续厌氧单级消化工艺是今后垃圾堆肥厌氧消化处理的一个发展方向。目前西方发达国家进行了生活有机垃圾的厌氧消化技术研究，主要包括以下工艺：1.序批式厌氧堆肥工艺（SebacorLeach-bedProcess）（美国）；2.干式厌氧消化十好氧堆肥（美国）；3.半干式厌氧消化十好氧堆肥（意大利）；4.渗沥液床两相厌氧消化（英国）；5.两相厌氧消化（德国）；6.有机垃圾处理工艺（BiowasteProcess）；7.干式厌氧消化十好氧堆肥（美国）；8.厌氧固体消化器（APS-Digester）（美国）；厌氧消化过程的影响因素•厌氧消化过程影响因素物料颗粒大小发酵物料pH值大小挥发性有机酸氨氮发酵物料含水率温度物料C/N及C/P物料预处理物料搅拌总结•由于厌氧消化技术具有过程可控制、易操作、降解快、生产过程全封闭、产物可计量和再利用等优点，特别是随着厌氧技术的发展，其早期的一些如占地大、处理时间长，管理复杂和有气味等缺点已经不存在。目前厌氧消化技术在世界各地应用广泛，而我国目前还缺乏应用于规模化的生活垃圾处理的实例。一方面我国还没有健全垃圾分类制度，这给垃圾厌氧消化处理带来了技术上的困难；另一方面对于厌氧消化技术在垃圾处理中的应用研究还落后于欧洲等西方国家。我国是人口大国也是能源需求大国，从垃圾中回收甲烷，作为资源再利用具有巨大的市场潜力和应用前景。虽然厌氧消化的投资成本比好氧堆肥高，一般高1.2～1.5。但考虑到厌氧消化技术良好的环境效益，与好氧堆肥相比占地少，大大减少了温室气体（CHO、C02）和臭气的排放，以及可观的经济效益，生物气用来发电或供热以及生产优质卫生的肥料，厌氧消化处理技术比其它有机垃圾处理方法更可行。因此，厌氧消化技术在生活垃圾处理工程中应用会越来越广泛。致谢•岁月如梭，如歌。转眼间，三年的大学生求学生活即将结束，站在毕业的门槛上，回首往昔，奋斗和辛劳成为丝丝的记忆，甜美与欢笑也都尘埃落定。洛阳理工以其优良的学习风气教我求学，以其博大包容的情怀胸襟、浪漫充实的校园生活育我成人。值此毕业论文完成之际，我谨向所有关心、爱护、帮助我的人们表示最诚挚的感谢与最美好的祝愿。•回想整个论文的写作过程，虽有不易，却让我除却浮躁，经历了思考和启示，也更加深切地体会了法学的精髓和意义，因此倍感珍惜。•本论文是在导师黄向东的悉心指导之下完成的。本论文从选题到完成，几易其稿，每一步都是在老师的指导下完成的，倾注了老师大量的心血，在此我向我的老师黄向东表示深切的谢意与祝福！•感谢您的关注