厌氧消化资料

平底型
介于欧美型和古典型之间。施工费用 比古典型低，直径与高度的比值比欧 美型合理，在污泥循环设备方面，选 择余地小。
循环系统搅拌设备
①机械搅拌
螺旋桨搅拌：在一个 竖向导流管中安装螺 旋桨。
水射器搅拌：水射 器也称喷射泵。一 般设置在池中心， 用水泵将消化池底 部的污泥抽出后压 入水射器的喷嘴， 当污泥射入水射器 的喉管时，形成很 大的负压，将消化 池内液面的消化液 吸入，通过扩散管 从池子下部排 出形 成一个循环搅拌 。
厌氧消化反应器
厌氧反应器
厌氧反应器组成：密闭反应器、搅拌系统、加热系统、 固液气分离 常见类型： 常规消化反应器(沼气池)、连续搅拌式反 应器、推流式反应器、序批式反应器、上流式污泥床 反应器等。
传统发酵设备和现代工业发酵设备
传统发酵设备系统
传统发酵设备系统
结构
消化罐是核心，附属设备有气 压表、导气管、出料机、预处 理装置、搅拌器、加热管等。
工作原理
物料从上部或顶部投入池内， 经与池中原有的厌氧活性污 泥混合接触后，通过厌氧微 生物的吸附、吸收和生物降 解作用，使垃圾中的有机物 转化为以CO2和CH4为主的气 态产物—生物气（即沼气）
常用类型
①立式圆形水压式沼气池
消化间为圆形，两侧带有进 出料口，池顶有活动盖板。 池盖和池底是具有一定曲率 半径的壳体，主要结构包括 加料管、消化间、出料管、 水压间、导气管等几个部分。
气体扩散式搅拌：经过 压缩的沼气通过气体扩 散器与消化池内的污泥 混合。
射流器抽吸沼气搅拌：用污泥泵从消化池直筒壁高 的2/3处抽吸污泥，经过射流器抽吸池顶的沼气， 然后将混合污泥与沼气射入消化池底部进行搅拌。
③泵循环物料搅拌
用泵将消化污泥从池底抽出，加压后送至浮渣层表面或消 化池不同部位进行循环搅拌。一般只适用于小型消化池。
–水解阶段：将不溶性大分子有机物分解 为小分子水溶性的低脂肪酸； –酸化阶段：发酵细菌将水溶性低脂肪酸 转化为H2、甲酸、乙醇等，酸化阶段料 液pH值迅速下降； –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、乙 酸等。同型产乙酸细菌将H2、HCO3－ 转化为乙酸，此阶段由于大量有机酸的 分解导致pH值上升； –甲烷化阶段
按厌氧发酵器分类
根据进料方式 连续消化工艺 连续进料和连续出料，工业上应用较多，但对 厌氧条件控制要求较高。 半连续消化工艺 启动时一次性投入较多的消化原料，运行过 程中定期添加新料和出料，比较适用于农村和部分工业。 批式消化工艺 原料一次投入反应器，消化完成后一次排出，然 后从新换入新的原料进行下批次消化方式。 相分离 根据沼气消化过程分为产酸和产甲烷两个阶段的原理开发的。反 应是在两个反应器内分别进行的，第一个反应器主要起水解酸化 作用，同时截留难降解的固体，起到缓冲作用，第二个反应器保 持严格的厌氧条件和合适的pH值，以利于甲烷的产生。
③立式圆形半埋式沼气消化池组
城市粪便沼气消化多用消化池组。一般采用浮罩式贮气。
④长方形（或方形）消化池
由消化室、气体贮藏室、储水库、 进料口和出料口、搅拌器、导气喇叭 口等部分组成。 储水库的主要作用是调节气体贮藏 室的压力。
⑤联合沼气池
现代大型工业化沼气消化设备
常见几种类型的消化罐
（3）营养成分（营养比）
厌氧发酵原料的C/N比以（20~30）:1为宜，太高，细胞氮 量不足，系统的缓冲能力低，pH 值易降低；太低，氮量 过多， pH 值可能上升，铵盐容易积累，会抑制消化进程。
（4）添加物和抑制物
重金属离子对甲烷消化的抑 制－使酶发生变性或者沉淀。 与酶结合产生变性；与氢氧 化物作用使酶沉淀。 S2-等阴离子对甲烷消化有抑 制，氨也有毒害作用，当 [NH4+]>150mg/L时，消化受 抑制。 添加少量的K、Na、Mg、 Zn、P等元素有助于提高产 气率。
微生物 有机物 H 2O 厌氧 细胞物质 CH 4 CO 2 NH3 H 2S 能 量
厌氧消化过程
可溶性有机物被微生物直接利 用 不溶性大分子有机物（如蛋白 质、纤维素、淀粉、脂肪等） 经水解酶的作用，在溶液中分 解为水溶性的小分子有机物 （如氨基酸、脂肪酸、葡萄糖、 甘油等）。 水解产物被消化细菌摄入细胞 内，经过一系列生化反应，将 代谢产物排出体外，由于消化 细菌种群不一，代谢途径各异， 故代谢产物也各不相同。
传统发酵设备与现代发酵 设备的比较
（a)传统消化池 （b)现代消化池
第五章 厌氧消化
5.1 厌氧消化原理 5.1.1 厌氧消化基本理论 5.1.2 厌氧消化产物 5.2 厌氧消化影响因素
内
容 提
5.3 厌氧消化工艺与反应器 5.3.1 厌氧消化工艺 5.3.2 厌氧消化反应器 5.3.3 应用实例
要
厌氧消化（Anaerobic digestion, AD）
或称厌氧发酵，是指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CH4、CO2和稳定物质的生物化学过程。 由于产物甲烷占大部分，故又称为甲烷发酵。 厌氧消化技术的特点： 资源化效果好，可以将潜在于废弃有机物中的低品位生物能转 化为可以直接利用的高品位沼气。
厌氧消化阶段
三段理论
1979年由布赖恩提出，将厌氧消化依次分为水解（液化） 阶段、产酸阶段、产甲烷阶段。起作用的细菌分别称为发 酵细菌、乙酸分解菌、产甲烷细菌。
四段理论 Zeikus于1979年提出四种群学说，他 认为在厌氧消化过程中共有四种群的 复杂微生物参与厌氧发酵过程，分别 是：水解发酵菌、产氢产乙酸菌，同 型产氢产乙酸菌和产甲烷菌。
按厌氧发酵器分类
消化温度
低温消化：＜20 ℃，产气量低，受气候影响大，不加料情 况下~35d。 中温消化：35~38℃，产气量约1~1.3m3/(m3· d)；消化时 间~20d，卫生化低。
高温消化：50~65 ℃，产气量约3.0~4.0m3/(m3· d)；消化 时间~10d，卫生化高。
②沼气搅拌
气提式搅拌：将沼气压入设在消化池的导 流管中部或底部，使沼气与消化液混合， 含气泡的污泥即沿导流管上升，起提升作 用，使池内消化液不断循环搅拌。
气提式搅拌
竖管式搅拌：在池内均匀布置若 干根竖管，经过加压的沼气通过 配器总管分配到各根竖管，从下 端吹出，起搅拌作用。
安徽工业大学 建筑工程学院
缺点：气压不稳定，对产气 不利；池温低，影响产气， 原料利用率低（仅 10%~20%）；大换料和密封 都不方便；产气率低[平均 0.1~0.15m3/m3.d]
②立式圆形浮罩式沼气池
将消化间与贮气间分开，产生 的沼气由浮沉式的气罩贮存起 来。 浮沉式气罩由水封池和气罩两 部分组成。当沼气压力大于气 罩重量时，气罩便沿水池内壁 的导向轨道上升，直至平衡为 止。当用气时，罩内气压下降， 气罩也随之下沉。 特点：具有压力稳定、消化好、 产气多等优点。
甲烷菌对温度的急剧变化非常敏感
厌氧发酵过程还要求温度相对稳定，一天内的变化范围在 1.5~2℃以内为宜。
（2）pH值
厌氧发酵微生物细胞内细胞质的pH一般呈中性反应，但产 甲烷菌在偏碱性条件下有更好活性，因此，控制pH值在 6.5~7.5比较合适，最佳7.0~7.2。 一般通过控制碱度来控制pH值，通常碱度控制在 2500~5000mgCaCO3/L比较合适，碱度可以通过投加石灰 或含氮原料的办法来控制。
众多的代谢产物中，仅无机的 CO2和H2及有机的“三甲一乙” （甲酸、甲醇、甲胺和乙酸）可 直接被产甲烷细菌吸收利用，转 化为甲烷和二氧化碳。 其它的代谢产物（主要是丙酸、 丁酸、戊酸、乳酸等有机酸，以 及乙醇、丙酮等有机物质）不能 为产甲烷细菌直接利用。它们必 须经过产氢产乙酸细菌进一步转 化为氢和乙酸后，才能被甲烷细 菌吸收利用，并转化为甲烷和二 氧化碳。
欧美型
d/H>1，顶部具有浮罩，顶部和底 部都有小的坡度，由四周向中心 凹陷，形成一个小锥体。
古典型
中间是一个d/H=1的圆桶，上下两 头均为圆锥体。底部锥体的倾斜 度为1.0~1.7，顶部为0.6~1.0。有 助于消化污泥处于均匀、完全循 环的状态。
蛋型
消化罐两端的锥体与中部罐体结合时是光滑的， 逐步过渡的 底部锥体比较陡峭，反应污泥与罐壁的接触面 积比较小。有利于消化污泥完全彻底的循环， 不会形成循环死角。
与好氧处理，厌氧消化不需要通风动力，设施简单，运行成本 低；
产物要再利用，经厌氧消化处理后的废物基本得到稳定，可以 用于农肥、饲料或堆肥原料；
厌氧微生物的生长速率慢，常规方法的处理效率低，设备体积 大；
厌氧过程中会产生H2S等恶臭气体。
1、 厌氧消化原理 有机废物厌氧消化原理
Fra Baidu bibliotek
总的反应式
物质浓度 碱金属和碱土金属 Ca2+，Mg2+，Na+， K+ 重金属Cu2+，Ni2+， Zn2+，Hg2+，Fe2+ H+和OH― 胺类 有机物质
毒域浓度界限 /(mol/L)
10-1~10+6
10-5~10-3 10-6~10-4 10-5~100 10-6~100
接种物
厌氧发酵中细菌数量和种群会直接影响甲烷的生成
2、厌氧消化影响因素
厌氧条件
产甲烷细菌是专性厌氧菌，氧对产甲烷细菌有毒害作用，因此， 必须创造厌氧的环境条件。一般控制在Eh为-300mV左右
(1)温度
沼气发酵与温度有密切的关系。
代谢速度在35～38℃有一个高峰，50～65℃有另一高峰。一般 厌氧发酵常控制在这两个温度内，以获得尽可能高的降解速度。 前者称为中温发酵，后者称为高温发酵，低于20℃的称为常温发 酵。
不同来源的厌氧发酵接种物对产气量有不同的影响，添 加接种物可有效提高消化液中微生物的种类和数量，从 而提高反应器的消化处理能力和产气量。在开始发酵时， 一般要求菌种量达到料液量的5%以上。
搅拌
搅拌的目的是使发酵原料分布均匀，增加微生物与发酵 基质的接触，也使发酵的产物及时分离，从而提高产气 量。
3、厌氧消化工艺与反应器
1
厌氧消化工艺
2
厌氧消化设备
厌氧消化工艺
厌氧发酵工艺
一个完整的消化系统一般包括：原料预处理、厌氧发酵 反应器、消化气净化与贮存、消化液与污泥的分离、处 理与利用等工序 分类
按厌氧发酵器分类
物料性状
–湿式厌氧发酵工艺（低固体厌氧发酵工艺）：指消化原料的 固体浓度不超过10%，一般为4~8% –干式厌氧发酵工艺（高固体厌氧发酵工艺）：指消化原料的 固体浓度大约在20%以上