固体废物处理处置工程第六章厌氧发酵

第二节厌氧发酵制沼气厌氧发酵：在厌氧微生物的作用下，有控制地使废物中可生物降解的有机物转化为甲烷、二氧化碳和稳定物质的生物化学过程概述厌氧发酵技术的发展简介多糖蛋白质脂肪等单糖或二糖多肽和氨基酸甘油和脂肪酸挥发性脂肪酸类，H2，CO2等CH4CO2等水解菌产氢产乙酸菌产甲烷菌水解阶段产氢产酸阶段产甲烷阶段厌氧发酵的三阶段理论：兼性厌氧菌绝对厌氧菌1、厌氧消化技术原理：产甲烷阶段生成甲烷的最主要途径：OHCHHCO242224+→+243→COCHCOOHCH+CO2和H2生成甲烷乙酸分解生成甲烷42232HCOOHCHCOHO甲酸分解生成甲烷能被产甲烷菌利用生成甲烷的物质：CO2+H2、甲酸、乙酸、甲醇、甲胺、CO厌氧消化过程的关键控制因素:产酸菌的产酸过程进行速率远大于产甲烷阶段产酸菌抗干扰能力强产甲烷菌生长缓慢，对周围环境（温度、pH、氧浓度等）变化非常敏感产甲烷阶段是整个厌氧发酵过程的限制速率阶段产酸菌与产甲烷菌存在共生关系2、固体废物厌氧消化过程产气量：abcdCHON：有机物的化学组成WXYZCHON：残留有机物的化学组成合成新细胞物质和产生的H2S忽略不计新细胞物质＋残留有机物＋CH4+CO2＋NH3＋H2S＋能量+H2O有机物4223()abcdWXYZCHONnCHONmCHsCOrHOdnxNH2、固体废物厌氧消化过程产气量：3242)375.025.0125.05.0()375.025.0125.05.0()75.05.025.0(dNHCOdcbaCHdcbaOHdcbaNOHCdcba324)375.025.0125.05.0()375.025.0125.05.0(dNHCOdcbaCHdcba（公式6-24）当有机物完全厌氧分解，无残留时：一般来说：有机废物厌氧消化所产生的气体中，甲烷含量50~60%1kg可降解有机物可产生0.63~1.0m3的沼气3、厌氧消化技术影响因素有机物组分与含量产气量的大小主要取决于物料的组分特性有机物种类产气量/(L/kg-分解物)气体组成（%）热值（kJ/m3）碳水化合物80050（CH4）+50（CO2）17850脂肪120070（CH4）+30（CO2）25000蛋白质70067（CH4）+33（CO2）23730提高废物有机物含量是增加沼气产气量的重要措施温度厌氧消化技术影响因素高温厌氧发酵工艺:最佳温度：50~55℃中温厌氧发酵工艺:最佳温度：30~39℃自然温度厌氧发酵（即：低温厌氧发酵）消化系统温度低于10℃时，产气量明显下降pH和碱度厌氧消化技术影响因素产酸菌：最佳pH5.8产甲烷菌：产甲烷菌对pH变化最为敏感，pH低于6.2失去活性产酸菌和产甲烷菌共存的消化系统：pH应控制在6.5~7.5，最佳范围：7.0~7.2碱度应控制在：2500~5000mg/L（以CaCO3计）营养物质厌氧消化技术影响因素C/N比：最佳C/N比25~30:1C/N比大于35时，产气量会明显下降抑制物表6-20:对厌氧消化具有抑制作用的物质(P180)搅拌使发酵物料均匀；防止上层物料结壳；防止底部物料出现酸累积；使产生的沼气及时分离4、固体废物的厌氧消化技术：1）固体废物的厌氧消化工艺：低固体厌氧消化工艺（LASD）：高固体厌氧消化工艺（LASD）：2）厌氧消化工艺与技术发展厌氧消化工艺/好氧堆肥组合工艺低固体厌氧消化工艺：Lowsolidanaerobicdigestion（LASD）典型固体浓度≤4%~8%缺点：1）必须加水，使废物的固体浓度达到≤4%~8%2）厌氧消化后产生的污泥（或消化残渣）由于含水量大必须脱水，脱水产生的上清液必须考虑处理MSW有机成分低固体厌氧消化工艺：粉碎器磁分离器空气分类器气体分离器消化器60℃真空过滤器城市固体废物轻组分铁类物质重组分化学污泥或市政污泥固体填埋场气液分离器排放空气过滤液混合池混合池物料入口消化气体CO2、CH4泵泥浆高固体厌氧消化工艺：Highanaerobicdigestion（HASD）总固体浓度大约22%以上优点：反应器单位体积需水量低，产气量高缺点：目前大规模运行经验十分有限习题：1、解释名词：堆肥化、堆肥、一次发酵、二次发酵、腐熟度、厌氧发酵工艺2、简单说明丹诺回转滚筒式发酵器和桨叶立式发酵器的结构、工作原理3、堆肥有哪些农业效用？4、论述阻碍我国城市垃圾堆肥化发展的主要因素有哪些？5、论述以三阶段理论来阐述有机物的厌氧发酵过程6、简述城市垃圾的厌氧发酵工艺流程