厌氧消化技术

厌氧消化技术
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厌氧消化技术：湿式连续多级发酵系统
TBW Biocomp工艺－德国Thronhofen处理厂
厌氧消化技术：干式单级发酵系统
厌氧消化技术：其他新工艺
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厌氧消化技术在世界各地广泛应用，大部分处理城市生活有机垃圾的厂处理量在2500t/a以上。

而在我国尚无采用这样的大型处理厂，可能是因为厌氧消化技术的投资成本比好氧堆肥要高，一般多1.2-1.5倍。

但考虑到有机垃圾厌氧消化处理的良好经济效益（生物气用来发电或供热以及优质卫生的肥料），每吨垃圾的处理费用与传统的好氧堆肥相当（JMa-ta-Alvarez et al，1999）。

并且厌氧消化具有良好的环境效益：与好氧堆肥相比占地少，大大减少了温室气体(CO2、CH4）、臭气的排放等。

从生命周期观点看，厌氧消化比其他的处理方式更经济。

因此，在我国厌氧消化技术是一项具有很有前景的有机垃圾处理技术。

编辑本段厌氧消化技术：湿式连续多级发酵系统
多级工艺原理：按照消化过若翰勺规律，有机垃圾分别在不同的反应器内进行酸化水解、产甲烷。

首先将垃圾通过固液分离机分为固体和液体，液体部分直接进人产甲烷阶段反应器进行消化1－2d；固体部分进人水解池，2－4d以后垃圾再经过分离，再使液体进入产甲烷阶段反应器。

经过消化，大约60%-70%的有机物质转化为生物气。

BTA工艺－丹麦Helsingor BTA/carlbro处理厂
丹麦HelsipgorBTA/carlbro处理厂即采用此项工艺，本厂建于1993年，处理分类收集的生活垃圾，处理量20,000t/a。

分类收集的垃圾先送到垃圾仓，再经过破袋、破碎、打浆、巴斯德消毒。

这样，垃圾分为液体、固体部分：液体进入消化罐；而固体进入水解池，在水解池中固体分解为有机酸，池内的液体再送入消化罐。

Helsingor垃圾处理厂每年产生大约300万m3生物气，用于热电联产。

垃圾处理厂配有换热器，可以用厌氧过程中产生的沼气来在预处理阶段加热垃圾。

编辑本段TBW Biocomp工艺－德国Thronhofen处理厂
Thronhofen垃圾处理厂从1996年开始运营，处理能力13,000t/a，处理分类收集的有机垃圾和农业中的液态垃圾。

Biocmp工艺是堆肥、发酵的结合。

垃圾先经过滚动筛，分离出粗垃圾去堆肥，细垃圾去消化罐。

再用手选来去除无机物，用磁选去除废铁。

细的有机物质经过破碎机破碎后，加水稀释，使固含率为10%。

接着混合物送到贮存池，中温（35℃）反应池（采用桨板搅拌。

停留时间14d）。

从一级消化池底部取出的活性污泥送入二级上向流高温（55℃）消化池，水力停留时间14d。

经过高温消化后，大约60%的有机物质转化为生物气。

编辑本段厌氧消化技术：干式单级发酵系统
Biocel工艺－荷兰Ielystad处理厂
Biocel工艺是中温干式序批式有机垃圾厌氧消化技术，处于发展阶段。

荷兰lelystad处理厂，处理量50000t/a，反应器内垃圾固含率30%- 40％，消化温度35- 40℃，固体停留时间最少10d。

Dranco工艺－比利时Brecht处理厂
Dranco (Dry Anaerobic Composting）工艺是比利时有机垃圾系统公司（Organic Waste Systems）开发的，是一项成熟工艺。

工艺的主要单元是单级高温反应器，负荷l0kgCOD/ (m3d)，温度50- 5890，停留时间为20d(15- 30d)，生物气产量100- 200m3/t垃圾，发电量170-350kwh/t垃圾。

进料的固体浓度在15%-40%范围内。

有机垃圾系统公司已开发出Dranco - Sep工艺，可在固含率5%- 20%范围内操作。

欧洲现在至少有4座Dranco工艺大型垃圾处理厂，处理能力为11，000t/a到35,000t/a。

在比利时北部Brecht的处理厂采用的就是本工艺，处理能力12，000t/a。

有机垃圾先经过手工分选、切碎，筛分以去除大颗粒，用磁选分离金属物质，加水混和，接着送入808m3的消化器中。

消化器的新鲜物料投配率为5%。

消化液经过好氧塘处理之后，排放到当地污水处理厂。

消化后的垃圾利用脱水机脱水至固含率55%，而经过好氧稳定两周，即可得到卫生、稳定化的肥料。

瑞士Kompogas工艺
本工艺是干式、高温厌氧消化技术，由瑞士Kom-pogasAG公司开发，处于发展阶段。

目前，在瑞士、日本等国家建立大约18个垃圾处理厂，其中年处理量10,000t/a 以上的有12个。

有机垃圾首先经过预处理达到以下要求：固含率（DS)30%-45%，挥发性固体含量(VS)55%-75%（ofDS)。

粒径40mm，pH4.5-7，凯氏氮(4g/kg，C/N)18。

然后进入水平的厌氧反应器进行高温消化。

消化后的产物含水率高，首先进行脱水，压缩饼送到堆肥阶段进行好氧稳定化，脱出的水用于加湿进料或作为液态肥料。

产生的生物
气效益：10，000吨有机垃圾可产生118万Nm3KOMP-GAS气体，其中蕴含的总能量为684万kwh，相当于71万升柴油，可供车辆行驶1000万km。

法国Valorga工艺
本工艺是由法国SteinmuellerValorgaSarl公司开发，采用垂直的圆柱形消化器，是一项成熟工艺。

反应器内垃圾固含率25%-35%，停留时间14-28d，产气量
80-180Nm3/t。

消化后的固体稳定化需要进行14d的好氧堆肥。

目前已建成的处理厂有：法国Amiens处理厂（处理能力：85，000t/a）；德国Engelskirchen处理厂（处理能力：35，000t/a)、Freiberg处理厂（处理能力：36，000t/a）；比利时Mons处理厂（处理能力：58，700t/a)；瑞士Geneva处理厂（处理能力：10，000t/a)；西班牙CadiZ处理厂（处理能力：210，000t/a)等。

编辑本段厌氧消化技术：其他新工艺
目前美国、德国等国家正在积极地进行城市生活有机垃圾的厌氧消化技术研究，其内容主要包括以下工艺：●序批式厌氧堆肥工艺（SEBAC，orLeach-BedProcess）（美国）●干式厌氧消化＋好氧堆肥（美国）●半干式厌氧消化＋好氧堆肥（意大利）●渗沥液床两相厌氧消化（英国）●两相厌氧消化（德国）●有机垃圾处理工艺（Biowaste Process）（丹麦）●干式厌氧消化＋好氧堆肥（美国）●厌氧固体消化器（APS-Digester）（美国）可以预见将来厌氧消化技术会取得飞跃的发展，在工程中的应用也会越来越广泛。

有机生活垃圾高温干式厌氧处理技术探讨2010-07-30 09:37 环卫科技网作者：吴满昌孙可伟李如燕0条评论分享本文到...
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摘要：分析了城市生活垃圾厌氧消化的基本原理和高温干式厌氧工艺，温度对干式厌氧消化的影响，随着固含率的升高，中低温已不能满足厌氧消化的要求。

对城市生活垃圾的湿式/干式厌氧消化工艺进行了比较，同时介绍了干式厌氧消化/好氧堆肥工艺。

厌氧生物处理技术是进行城市生活垃圾的无害化、减量化、资源化处理，实现垃圾循环利用的较好的方法。

关键词：城市生活垃圾；高温；干式厌氧消化；工艺
城市固体生活垃圾(MSW)是城市居民在生活中和为城市日常活动提供服务中产生的综合废弃物。

城市生活垃圾一般不包括市政污水治理厂污泥和建筑垃圾。

根据2003年环境状况公报，我国2003年的城市生活垃圾产量已达到1.5亿t。

从减量化、无害化、资源化等角度探索解决问题的措施，制定切实可行的垃圾管理与治理对策，防止进一步污染和恶性事故的发生，是当前垃圾管理的当务之急，也是关系到保护环境及改善生活和生态环境，防治污染，改变传统发展模式，使经济发展与环境保护相协调的重要内容之一。

城市生活垃圾的厌氧消化处理是发达国家特别是欧洲近10年来积极开发并获得应用的一项
新的垃圾生物处理技术。

据统计，在过去的9年中，采用厌氧消化技术处理城市生活垃圾的处理厂增加了750%。

德国、瑞士等西欧国家处于技术领先地位，并已将此项技术成功地市场化，有超过50个以上的工厂正在运行中。

处理有机生活垃圾的能力由1990年的122000t •a-1发展到2000年的1037000t•a-1。

厌氧消化技术与传统的卫生填埋相比，将厌氧消化过程由几年缩短到30d以内；与好氧堆肥相比，改变了占地大和管理复杂等问题。

1城市生活垃圾厌氧消化原理概述
厌氧消化(发酵)就是在特定的厌氧条件下，微生物将垃圾中的有机质进行分解，其中一部分转化为甲烷和二氧化碳。

在这个转化过程中，被分解的有机碳化物中的能量大部分转化贮存在甲烷中，有机质转化为较为稳定的腐殖质。

有机物厌氧消化依次分为液化、发酵酸化、产乙酸、产甲烷四个阶段，每一个阶段各有其独特的微生物类群起作用。

液化阶段的细菌包括纤维素分解菌、脂肪分解菌、蛋白质水解菌，在胞外酶的作用下，把复杂的非溶解性的聚合物转化为简单的溶解性单体或二聚体。

发酵液化阶段是由大量多种多样的发酵细菌完成，其中最主要的是梭状芽孢杆菌(Clostridium)和拟杆菌(Bacteriodes)。

产酸阶段起作用的细菌是产氢产乙酸菌。

这三个阶段的细菌统称为不产甲烷菌。

产甲烷阶段起作用的是产甲烷菌，根据不同温度有不同的产甲烷菌属。

2高温干式厌氧消化技术
2.1MSW干式厌氧消化工艺
干式厌氧消化技术是一种相对新的技术，它在MSW的有机成分的能量回收方面的应用还没有得到充分的发挥。

干式厌氧消化也是一种生物反应，总固体浓度大约在22%或更高的工况下产生消化反应。

图l是城市生活垃圾干式厌氧消化工艺的示意图。

图1 MSW干式厌氧消化流程示意图
我国对干式厌氧消化技术的研究较少，江西工学院、武汉大学、清华大学、成都生物研究所等几个单位进行了实验室规模的小试研究。

刘晓风等进行了城市有机垃圾的厌氧干发酵研究，结果表明，在固含率TS(Total Solid)20%～50%的浓度下，采用厌氧消化污泥作接种物，TS与接种物之比为10:1，可保证有机垃圾厌氧消化过程的正常运行。

这时垃圾的生物降解量，产沼气量和产甲烷量均随TS浓度的增高而降低。

TS浓度在50%时降低幅度最大。

产甲烷过程、挥发酸量和单位质量的挥发性固体VS(V olatile Solid)的产气量均与TS浓度有关。

但他们没有报道发酵温度的影响问题。

2.2温度对干式厌氧消化的影响
温度是厌氧生物处理工艺的重要工艺参数。

厌氧消化的温度与有机物的厌氧分解过程有密切的关系，不同的温度范围内存在不同类型的微生物。

通常研究者将50℃～65℃称高温发酵；20℃～45℃称为中温发酵；25℃以下称低温发酵；而一般农村沼气发酵罐随着自然环境的温
度变化而变化，称为常温发酵。

众多的研究者对中温厌氧生物处理工艺已经进行了大量的研究和应用。

但驯化良好的高温厌氧细菌的代谢速率可以比35℃中温厌氧细菌提高50%～100%。

高温厌氧工艺已经被成功地应用于多种废水的处理，特别是针对原废水温度已经在55℃左右的废水来说，处理效果比中温要好。

中低温消化的滞留时间长，VS去除率和对大肠杆菌等致病微生物的杀灭率低。

而高温消化可以提高代谢速率，并对VS和致病细菌的杀灭率均比较高，尤其应用于向城市生活垃圾等复杂组分的降解具有极大的优势。

对于高固体垃圾的厌氧消化由于其有机负荷较高，一般采用高温发酵。

欧洲最具代表性的三种城市生活垃圾厌氧消化工艺如Dranco、Kompogas和V algorga工艺均采用高温发酵来降解高固体城市有机生活垃圾。

通过对城市生活垃圾进行高温干式厌氧消化的实验表明，干式发酵工艺中固含率大于20%后，低温(25℃)基本不产气，发酵停止，中温发酵慢，随着TS的增加，中温发酵也慢慢停止，只有高温发酵还可以继续进行，见表1。

表1不同温度和固含率的发酵情况
2.3干式厌氧消化工艺的难点
MSW干式厌氧消化技术的研究进展一直很慢，其主要原因是随着固体含量的增高，许多影响微生物活性的条件变得更为严格。

干式发酵系统的难点在于：①生物反应高温固体含率的条件下进行；②很高的固体含量给搅拌装置的选择和动力配给带来了困难，反应的启动条件苛刻，菌种驯化任务艰巨；③需要让进料与接种物充分混合，防止反应器局部有机负荷超高以及消化物质的酸化；④氨、重金属、硫酸盐挥发性有机酸等抑制物的含量可能会提高，对细菌活性产生不利影响，需要有效的措施来降低原料中对细菌有毒性的物质含量，运行中存在着较高的不稳定性。

因此，这一技术的机理与工艺条件方面均有许多领域需要进一步研究。

干式厌氧消化工艺的两个重要优点是反应器单位体积的需水量低、产气量高，主要缺点是目前大规模的运行经验十分有限，但是在法国、德国已经证明对于机械分选的城市生活有机垃圾的发酵采用干式工艺是可行的。

表2对MSW湿式-干式厌氧消化工艺的运行特征进行了一些比较。

从表2可以看出，无论是有机负荷、污水处理和单位反应器体积等方面，干式厌氧工艺的优势还是非常明显的。

表2 MSW有机成分湿式和干式厌氧消化工艺的比较分析
2.4干式厌氧消化/好氧堆肥工艺
该工艺由美国加利福尼亚大学开发研制，由于厌氧消化后的产物中还含有一定量的可生物降解物质以及细菌等微生物，对人体和环境有一定的危害，不能直接出售或排放。

因此，研究者们提出在厌氧消化后，进行好氧堆肥处理，进一步降解有机质，杀灭细菌。

其工艺流程如图2所示。

图2 MSW干式厌氧消化/好氧堆肥工艺流程简图
MSW有机成分在干式厌氧消化器(TS为25%～33%)，发酵温度为55℃～60℃，水力停留时间为25d～30d，厌氧消化后产生沼气。

腐熟后再进入好氧堆肥反应器，在高温下进一步腐熟，经过两级高温发酵后基本可以杀灭对人体有害的病菌等微生物，产物可作为燃料或作土壤改良剂，也可进一步作有机复混肥。

该工艺的另一优点是有机垃圾先经过厌氧消化后再进行好氧堆肥，不会产生恶臭，而有机垃圾直接进行好氧堆肥时产生的不易控制的恶臭，污染周边环境。

3结论
MSW干式厌氧消化技术作为新的垃圾生物处理工艺，与湿式厌氧消化工艺相比较，其有机负荷高，污水处理量少，单位垃圾所占的消化反应器体积小，具有非常明显的优势。

高温干
式厌氧消化技术是对城市生活垃圾减量化、资源化、无害化处理，发展循环经济的较佳思路。