有机固体废物厌氧发酵技术-PPT演示文稿

1）温度因素 可把发酵过程分为常温发酵（自然发酵）、中温发 酵（28～38℃）和高温发酵（48～60℃）
2）发酵细菌的营养及营养物比例 一般厌氧发酵适宜的C/N比为（30～20）:1 厌氧发酵对磷（以磷酸盐的形式）的需求量大约
为氮的1/5
3）混合均匀程度 搅拌的目的是使发酵原料分布均匀，增加微生物
数量最多、作用最大的微生物是细菌，18属、51种 真菌（丝状真菌和酵母）虽也能存活，但数量很少 藻类和原生动物偶有发现，但数量也较少 细菌以厌氧菌和兼性厌氧菌为主 参与有机物逐级厌氧发酵降解的细菌主要有三大类
群，依次为水解发酵细菌、产氢产乙酸细菌、产甲 烷细菌
影响发酵细菌功能的环境条件
半连续发酵
③ 批量发酵 一次投料发酵，运转期中不添加新料， 当发酵周期结束后，取出旧料再重新投入新料发酵。 这种发酵工艺的产气量在初期上升很快，维持一段时 间的产气高峰后，即逐渐下降 该工艺的发酵产气是不均衡的
④两步发酵 在两个池子内进行。第一个水解产酸池， 装入高浓度的发酵原料，在此沤制产生浓的挥发酸溶 液。第二个产甲烷池，以水解池产生的酸液为原料产 气 该工艺可大幅度提高产气率，气体中甲烷含量也有提 高，应用较多
BRV 工艺
进料出料及罐内物料运移方式 两段式厌氧工艺，在进入厌氧消化罐前先在预发酵槽停留一定时 间，然后通过螺旋进料器给消化罐进料，从方形罐的一侧进入， 物料是平推流的方式移动，罐内有数个搅拌器，方形消化罐的另 一侧采用真空抽吸出料 厌氧发酵参数 进料尺寸：＜6 cm，温度：55℃，停留时间：21～29 d，进料 TS：20～ 35%，罐内物 料平均 TS：16～27%，出料 TS：16～ 20%，容积负荷：7～10 kg TS/m3∙d，罐的有效容积：1900m3
5—导气管；6—沼气输气管；7—控制阀
粪便发酵池组示意图
1—出料池；2—出气孔；3—进料口；4—加料孔； 5—发酵池；6—进料池
图10-3-7 联合沼气池
欧美型
经典型
蛋型
欧洲—平底型
各种形状的污泥和有机废物发酵罐
沼气发酵工艺
（1）按温度分类 发酵
高温发酵、中温发酵、常温
①高温发酵 发酵温度在50~60℃之间，微生物 特别活跃，有机物分解消化快，产气率高[一般在 2.0m3/（m3料液·d）以上]，滞留期短
反应
5）酸碱度、pH值和发酵液的缓冲作用 消化液的酸度与脂肪酸含量有关 脂肪酸含量较多的有乙酸、丙酸、丁酸，其次为甲
酸、己酸、戊酸、乳酸等 丙酸的积累是造成酸抑制的基本原因。脂肪酸含量
大于2000~3000 mg/L会使发酵过程受阻 消化液的碱度通常由其中的氨氮含量决定，它能中
和酸而使发酵液保持适宜的pH值 氨有一定的毒性，一般应不超过1000mg/L
比利时 Dranco 工艺由于采用底部锥底出料，一旦发 生相分离，沉淀物将堵塞出料口，也需要清罐后再重 新启动
法国 Valorga 立式工艺，采用底部高压沼气搅拌， 沉 积会降低搅拌效率，但不影响高压沼气搅拌的操作， 同时立式罐体出料口设置 有低位和高位出料口，当沉 积物将低位料口堵塞后，可采用高位料口继续出料和 回流，再加上高压气体搅拌的正常运行，可在不清罐 的状态下恢复罐体的运行
水压式沼气池工作原理示意图
水压式沼气池工作原理示意图 （a）1—加料管；2—发酵间（贮气部分）；3—池内液面0-0；4—出料间液面 （b）1—加料管；2—发酵间（贮气部分）；3—池内料液液面A-A；4—出料间液面B-B （c）1—加料管；2—发酵间（贮气部分）；3—池内料液液面A-A；4—出料间液面B-B；
Dranco 工艺
进料出料及罐内物料运移方式 进料与厌氧罐出料按 5:1 至 8:1 比例混合后，用水泥泵将物料运送至圆柱形消 化器顶部进料，物料在厌氧发酵器中垂直向下运移，消化罐在底部出料。实际 上物料单次在厌氧消化罐中停留时间为约 3 d，但由于大物料回流，使其重复 在消化罐中的移动 6～7 次，从而使得总的停留时间约 20 d 厌氧发酵参数 进料尺寸：＜4 cm，温度：35℃或 55℃，停留时间：约 20 d（55℃）或 30d （35℃），进料 TS：约 32%，罐内物料平均 TS：20～35%，容积负荷：5～ 10 kg TS/m3∙d，罐的有效容积：3275 m3
VALORGA 工艺
进料出料及罐内物料运移方式 柱塞泵进料，每天进料一次，一次进料数小时，从圆柱形罐一侧进 入，利用脉冲注入压缩的沼气混合，压缩沼气约 5～8 个大气压， 物料绕过罐体中心的隔墙后从罐的另一侧由罐体底部重力排料 厌氧发酵参数 进料尺寸：＜6cm，温度：35℃或 55℃，停留时间：约 15 d（ 55℃）或 30 d（35℃），进料 TS：约 40%，罐内物料平均 TS： 25～35%，容积负荷：6～11 kg TS/m3∙d，罐的有效容积：4200 m3
典型厌氧发酵过程
干式厌氧消化系统简图
蒸汽 有机浆液
Kompogas 厌氧设备
进料出料及罐内物料运移方式 通过转子泵连续进料；罐内通过一根长搅拌轴，转速 2～3rpm，横向搅拌并 推动物料，物料以水平柱塞流形式运移；出料为搅拌轴推到出料口，跌落入 出料 槽，无轴螺杆提升输出。用泵排出消化残余物，约 1/3 的出料回流以供 接种微生物 厌氧发酵参数 进料尺寸：＜8 cm，温度：55℃，停留时间：14～18 d，罐内物料平均 TS： 25%，容积负荷：6～12 kg TS/m3∙d，罐的容积：1300 m3 和 1500 m3 两种 类型
②中温发酵 发酵温度30~35℃，有机物消化速度较 快，产气率较高[一般在1 m3/（m3料液·d）以上]。 实际应用较多
沼气发酵工艺
（1）按温度分类 高温发酵、中温发酵、常温发酵 ③常温发酵 自然温度下进行的沼气发酵。发酵温度不 受人为控制，基本上是随气温变化而不断变化，通常 夏季产气率较高，冬季产气率较低
两步发酵
湿法发酵与干法发酵
中温湿式发酵工艺 —湿式发酵是指固体含量在 15%以下，一般湿式发 酵进罐物料含固率控制在 8%-10%，粒径在 15mm 以下，发酵物料呈流动态的液状物质的厌氧发酵 —湿式发酵工艺需要对垃圾进行压榨或稀释调质，以 便满足湿式发酵含固率条件，湿式 消化罐受垃圾杂 质影响较大，对分选除杂要求较高
5）酸碱度、pH值和发酵液的缓冲作用 水解与发酵菌及产氢产乙酸菌对pH值的适应范围大
致为5~6.5，而甲烷菌对pH值的适应范围为6.6~7.5 之间 pH<4.8时，体系过度酸化，厌氧发酵停止 在发酵系统中，如果水解发酵阶段与产酸阶段的反 应速率超过产甲烷阶段，则pH值会降低，影响甲烷 菌的生活环境
干式厌氧系统运行过程控制的要点除对生化系统的控 制外，另一个关键问题 是保证高效的搅拌操作，也 是避免罐内物料发生相分离的重要手段之一
通常干 式厌氧发酵过程需要严格控制罐内物料的含 固率、粘度、进罐惰性物比例等
干式厌氧发酵系统不论采用立式结构还是卧式结构， 一旦发生相分离，罐内都会发生重质、水相和轻质的 三相分离，重质的砂石沉降在消化罐底部，轻质的 塑 料等杂物漂浮在消化罐顶部，而水相居中，对于卧式 的机械 搅拌方式，如德国 STRABAG 和瑞典 Kompogas 工艺，罐体内的沉积物将导致机 械搅拌 失效无法搅拌，在不清罐的情况下几乎没有可能再使 系统恢复运行状态
湿法发酵与干法发酵
中温湿式发酵工艺 —湿法发酵含固率低，处理设 施要求空间加大，沼 液产生量大，后续处理困难。 —湿法发酵适用处理含水量较高的餐饮垃圾和污泥 等，也可用于处理分选后的厨余有机垃圾，但是需 要进行压榨或稀释预处理，水耗和能耗均较高
中温干式厌氧发酵系统工艺
中温干式厌氧发酵系统工艺
—干式发酵原料总固体含量在 20％～35%，物料中 不存在可流动的液体而呈半 固态 —干法发酵工艺含固率较高，占地空间较小，流程 简单，能耗低、沼液产生量少 —分选工艺合理、可靠，对大粒径杂质塑料袋、橡 胶和石块等要求较高， 对小粒径砂土等要求较低 —干法发酵适用于处理含水量较少，经过严格分选 后的有机垃圾
关系，厌氧发酵的好坏与污泥龄有直接关系
式中
c ——污泥龄，d，SRT；
M r ——发酵罐内的总生物量，kg；
e ——发酵罐每日排出的生物量，
e
Me t
M e ——排出发酵罐的总生物量，（包括上清液带出的），kg；
t ——排泥时间，d
固体废物厌氧消化运行性能数据
原料
温度（℃）有 机 负 荷 甲 烷 产 量 甲烷含量 （ g(VS)/L•d ）（L/g(VS)） ％
干式厌氧发酵工艺需解决高含固率 与传质的矛盾，需保持罐内物料的 均质性，避免相分百度文库，所以对罐体 结构以及搅拌方式的要求非常高， 是干式厌氧发酵工艺的技术难点
搅拌方式上有三种形式，气体搅拌、回流搅拌和 机 械搅拌，前两种搅拌形式，罐内都没有机械搅拌装置
出料口的设置四种工艺 都是采用罐体底部出料，但 立式罐结构都是采用重力出料，无需再配置动力出料 装置，而卧式罐体中瑞典 Kompogas 工艺是依靠罐 内搅拌轴将物料推送出料，德 国 STRABAG BRV 工 艺是在出料端采用真空抽吸出料的方式
与发酵基质的接触，也使发酵的产物及时分离， 从而提高产气量，加速反应 液态发酵用泵喷水搅拌法；对于固态或半固态用 发酵气循环搅拌法和机械混合搅拌法等
4）添加剂和有毒物质 在发酵液中添加少量的化学物质，有助于促进厌氧发
酵，提高产气量和原料利用率 添加过磷酸钙，能促进纤维素的分解，提高产气量 添加少量钾、钠、钙、镁、锌、磷等元素能促进厌氧
城市污泥
活性物质（90％）
35
2.08
＋原始物质（10％）
0.21
65
城市原始污泥 城市固体垃圾 奶牛场废物 猪场废物 菜牛粪 百慕大草 禽粪
35
1.6
35
－
35
4.9
24
0.92
55
16.2
35
1.3
35
1.6
0.52
69
0.17
59
0.75
80
0.48
75
0.29
56
0.14
61
0.19
54
厌氧发酵设备与工艺
这种工艺的优点是沼气池结构相对简单，造价较 低。一般固体废物处理很少采用常温厌氧发酵
（2）按发酵级数分类 相互连通的沼气池的数量多 少，分为单级、两级和多级发酵 ①单级发酵 混合发酵只有一个沼气池（或发酵装 置），其沼气发酵过程只在一个发酵池内进行。设 备简单，但条件控制较困难
（2）按发酵级数分类 相互连通的沼气池的数量多 少，分为单级、两级和多级发酵 ②两级和多级发酵 二级或多级沼气发酵工艺，发 酵在两个或两个以上的互相连通的发酵池内进行。 原料先在第一个发酵池滞留一定时间进行分解、产 气，然后料液从第一个发酵池进入第二个或其余的 发酵池继续发酵产气 发酵工艺滞留期长，有机物分解彻底，但投资较高
5）酸碱度、pH值和发酵液的缓冲作用 氨与二氧化碳反应生成的碳酸氢氨使得发酵液具有
一定的缓冲能力，在一定的范围内可以避免发生这 种情况 应保持碱度在2000mg/L以上，使其有足够的缓冲能 力，可有效防止系统pH值的下降
6）生物固体停留时间（污泥龄）与负荷 发酵罐的容积负荷和发酵时间之间一般呈反比例
有机固体废物厌氧发酵技术
有机固体废物 厌氧发酵定义
有机固体废物厌氧发酵定义
在无外加氧化剂条件下，被分解的有机物作为还原剂 被氧化，而另一部分有机物作为氧化剂被还原的生物 学过程
有机物的厌氧发酵过程主要经过液化（水解）、酸化（包 括酸化前阶段、酸化后阶段）及气化三个阶段
厌氧发酵过程中的微生物群落
（3）按投料运转方式分类 分为连续发酵、半连续发 酵、批量发酵、两步发酵 ①连续发酵 是从投料启动并稳定运行后，按一定的负 荷量连续进料，此发酵工艺能保持稳定的有机物消化 速度和产气率，适于处理来源稳定的城市污水、工业 废水和大、中型畜牧场的粪便等
（3）按投料运转方式分类 分为连续发酵、半连续发 酵、批量发酵、两步发酵 ②半连续发酵 启动时一次性投入较多的发酵原料，当 产气量趋于下降时，开始定期添加新料和排出旧料， 以维持比较稳定的产气率 我国广大农村由于原料特点和农村用肥集中等原因， 主要采用这种发酵工艺