69固体废物的生物处理技术_III

3.固体废物的厌氧消化固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它学习要点3个关键词定义原理影响因素工艺设备4个步骤微生物变化物质变化3个影响因素4种分类方式4个构成部分固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它厌氧消化定义AnaerobicDigestion在受控的无氧环境中，通过厌氧微生物菌群的代谢，使生物源废物转化为沼气(CO2+CH4)、稳定的有机物的过程。固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它厌氧消化的应用历史(Cont.)为什么失败？操作人员训练不足管理失败过度吹嘘好处沼气市场不稳定运行成本过高运行规模太小，难以正确评估厌氧反应器的效率固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它厌氧消化的应用历史(Cont.)为什么重新获得重视？设计进一步完善,特别是自动化控制对有机物/微生物需求方面的知识解决问题的方案液体肥料和天然气价格沼气能源市场碳基金“carboncredits”市场固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它厌氧消化映像固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它厌氧消化原理—流程图碳水化合物蛋白质脂肪短链脂肪酸CH4单糖氨基酸长链脂肪酸H2/CO2乙酸聚合物单体1.水解2.酸化3.乙酸化4.甲烷化5.同步乙酸化乙酸发酵型甲烷化氢营养型甲烷化同步乙酸化乙酸氧化固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它厌氧消化原理—4步骤第1步骤:水解(Hydrolysis)物质变化碳水化合物蛋白质脂肪单糖氨基酸长链脂肪酸聚合物Polymer单体Monomer淀粉纤维素固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它厌氧消化原理—4步骤第1步骤:水解(Hydrolysis)微生物——厌氧细菌(兼性或专性)分泌的水解酶淀粉酶蛋白酶脂肪酶固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它厌氧消化原理—4步骤第1步骤:水解(Hydrolysis)固体废物厌氧消化过程中，水解往往是最主要的限速步骤。固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它厌氧消化原理—4步骤第2步骤:酸化(Acidogenesis)物质变化短链脂肪酸单糖氨基酸长链脂肪酸H2/CO2单体Volatilefattyacids(VFA)C1-C6Long-chainfattyacids(LCFA)醇类AlcoholsNH4+指标变化pH碱度(Alkalinity)固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它厌氧消化原理—4步骤第2步骤:酸化(Acidogenesis)微生物——厌氧细菌(兼性|专性)梭菌(Clostridium)乳酸菌(Lactobacillus)……固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它厌氧消化原理—4步骤第3步骤:乙酸化(Acetogenesis)物质变化短链脂肪酸H2/CO2乙酸68%32%对氢分压的变化非常敏感△GO´kJ+10+76+48固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它厌氧消化原理—4步骤第3步骤:乙酸化(Acetogenesis)微生物——厌氧细菌(专性)300bpEub338fitcArc915Cy5MG1200Cy3MethanosarcinaMethanosaetaMethanomicrobiales与产甲烷菌共生固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它厌氧消化原理—4步骤第4步骤:甲烷化(Methanoegenesis)物质变化CH4H2/CO2乙酸乙酸发酵型甲烷化氢营养型甲烷化固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它厌氧消化原理—4步骤第4步骤:甲烷化(Methanogenesis)微生物——古细菌-产甲烷菌(专性厌氧)嗜酸型产甲烷菌嗜氢型产甲烷菌固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它厌氧消化原理—4步骤第4步骤:甲烷化(Methanogenesis)微生物的生境要求(环境参数)pH=6.4~7.4温度:中温(30~40oC)高温(50~60oC)固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它厌氧消化过程的影响因素影响微生物代谢的因素严格好氧菌溶解氧严格厌氧菌兼性厌氧菌可耐受氧气专性厌氧菌高温温度中温30–40oC50–60oC毒性物质(NH3,VFA,H2S,金属)促进致命抑制产甲烷菌产酸菌6.8-7.2pH5.06.2固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它水解酸化乙酸化甲烷化固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它厌氧消化过程的影响因素固体废物原料性质生物可降解组分颗粒尺寸C/N，C/P含固率固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它厌氧消化过程的影响因素影响反应器传质的因素接种微生物(inoculants)混合(mixing)停留时间(HRT)水解酸化乙酸化甲烷化平衡快慢酸累积抑制固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它厌氧消化工艺分类温度中温(30~40oC)高温(50~60oC)含固率湿式(12%)半干式(10%~20%)干式(20%~40%)分段单段两段多段进料方式间歇式半连续式连续式搅拌有机械搅拌气体搅拌液体搅拌无柱塞流(plugflow)静态(填埋)固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它典型固体废物厌氧消化工艺设备2011-05-11DrancoKompogasValorgaTS:20%-50%TS:23%TS:20-30%固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它农村沼气工程加盖厌氧塘(CoveredLagoon)完全混合式反应器(CompleteMix)柱塞流消化器(PistonFlow)固定膜反应器(FixedFilm)固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它加盖厌氧塘完全混合式柱塞流固定膜含固率0.5%~2%2.5%~10%8%~14%=5%固体颗粒尺寸细颗粒粗颗粒粗颗粒极细颗粒当含固率=2.5%时，颗粒尺寸应小于6mmHRT(天)45=17=201~6操作温度(oC)随气温变化35~4035~4015~40技术水平低中等低中等反应器深塘圆形或方形地下或地上构筑物方形地下构筑物地上构筑物供热否是是否备注反应器长宽比：=4:1深度：3.6m，至少一半位于地面以上；上部空余高度0.6m反应器长宽比：3.5:1~5:1反应器宽深比：2.5:1生物膜填料开孔应大于75mm固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它厌氧消化厂组成预处理厌氧消化沼气净化沼气贮存沼气利用液体后处理液体利用残渣后处理残渣利用固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它习题与思考分析厌氧消化的两、三、四和五阶段理论的异同点分析固体废物的厌氧消化与废水厌氧消化的区别(原理、工艺、影响因素)影响固体废物厌氧消化的因素有哪些？在进行厌氧消化工艺设计时应考虑哪些问题？好氧堆肥化和厌氧消化在处理固体废物时的优缺点比较(原理、物料和工艺过程影响因素、产物)固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它参考文献BruceRittmann,PerryL.McCarty.环境生物技术原理与应用.清华大学出版社,2002Mata-Alvarez,J.Biomethanizationoftheorganicfractionofmunicipalsolidwastes.IWAPublishing,London,2003任南琪,王爱杰.厌氧生物技术原理与应用.化学工业出版社,20044.其它生物处理技术固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它有机物化学计量式有机物化学计量式分子量碳水化合物葡萄糖C6H12O6180多糖(淀粉/纤维素)(C6H10O5)x180脂肪十六酸(软脂酸)CH3(CH2)14COOH256十八酸(硬脂酸)CH3(CH2)16COOH284.5蛋白质甘氨酸CH2(NH2)COOH75固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它生物反应产热计算有机物ΔHoR(cal/mol)kJ/g碳水化合物-葡萄糖-673,00015.65脂肪-十六酸-2,398,00039.22蛋白质-甘氨酸-163,8009.14二沉污泥23.28消化污泥12.35沼气35.84天然气53.17木柴12.812号石油45.64煤炭31.65固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它原料有机物含量对堆肥化的影响堆肥成品质量控制要求有机物含量10%堆肥过程有机物降解率45%原料有机物含量应19.8%达到升温和干化的要求升温55oC×5d60%蒸发潜热干化初含水率55%终含水率45%原料有机物含量应30%90%113%141%165%50%110%170%20%30%40%50%能量满足率原料有机物含量固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它原料C/N对堆肥化的影响C氧化产能堆体升温合成能量原料细胞合成降解产能氨释放N原料合成能量可堆肥有机物的C、N质量之比为保持肥分控制环境影响N应主要用于细胞原料C/N过低过量氨散失不宜升温(N能量代谢的低效性)C/N过高细胞合成滞后、降解不完全成品进入土壤后出现氮饥饿争夺土壤养分固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它原料含水率与空隙率对堆肥化的影响生物过程含水率下限23%，无上限孔隙内氧传递过程堆体应保持一定的空隙率含水率空隙率田间持水率物料内孔隙被水分饱和新鲜垃圾55%~70%腐熟堆肥30%~40%固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它自动化控制反馈信号温度时间氧气浓度触发操作通风翻堆固体废物生物处理概览堆肥化厌氧消化其它二次污染控制臭气控制密闭空间气体的收集收集气体的处理污水控制贮存回喷