第三章 有机固废资源化

多的消化原料，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。
两个反应器；根据两
段理论设计
继续
固体废物资源化工程 =
连续消化工艺
特点：投料启动后，经过一段时间消化产气，开始连续投料、 连续排出旧料，维持运行。有机物消化速率、产气率稳定，但 固体浓度低 工艺流程
贮气柜 用户
固体废物资源化工程
③维护与管理 a.防止在空气中的CH4占空气5-16%，避免爆炸。 b.高温甲烷菌不能用中温条件下的甲烷菌直接接种,但可 驯化，驯化时升温速度为1℃ /h，最佳达到53℃。 c.温度高于38℃，中温甲烷菌大量死亡，污泥易变质。 d.人工加碱控制PH6.5-7.5。
固体废物资源化工程 = （2）民用沼气发酵设施
湖北宜城暗河式沼气示范工程
体积：20m3 沼气产量：200m3/t发酵料
甲烷含量＞60％
固体消化率＞65％
固体废物资源化工程
暗河式产沼技术特点
特点一：将传统立式沼气反应器改为卧式结构，同时解决
了原料流态化连续进料出料的关键技术，解决了地坑式产 沼排渣困难的问题。
特点二：暗河式沼气池的大小不受限制，小到几个立方米， 大可十万、甚至百万立方米，十分适合大型的沼气生产。 特点三：暗河式厌氧反应器大部分被埋在地下，有利于减 少投资，而且还有利于冬季保温。
①池总高与直径之比为0.8~1.0；
②池底坡度一般为8%； ③池顶部的集气罩，高度一般为2.0m ④池顶至少设两个直径为0.7m 的人孔。
固体废物资源化工程
消化池的工艺管道
在消化池中还需要设置多种工艺管道，其中主要包括： ① 污泥管：进泥管、出泥管；
② 上清液排放管；
③ 溢流管； ④ 沼气管；取样管；循环搅拌管；
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固体废物资源化工程 = (3) 根据反应器中固体浓度划分工艺类型 固体浓度低 （ 4~8% ） ，容易混 合均匀，进出物料泵简 单，可稀释有毒物质。 但废物中须加水，导 致消化污泥须脱水，成 本较高 固体浓度高（≥ 22%），不需要加水， 反应器单位体积需水量 低，产气量高。 但进出物料泵复杂， 有毒物质（盐和重金属） 易使微生物中毒
产酸菌适于在 酸性条件下生 长，最佳pH值 5.8
产甲烷菌需要 在严格的碱性条 件下生长，pH值 低于6.2时会失 去活性 在产酸菌和产甲烷菌共存时，系统pH值控制在6.5~7.5
固体废物资源化工程 = (5)搅拌 有效搅拌可增加物料与微生物接触机会，使物料和温度分 布均匀，防止局部出现酸积累，还可使反应产生的气体迅速
定期加料
固体废物资源化工程 = 主要工艺步骤： 封池后2~3d，即可比较稳定产气。 沼气池启动30d左右，产气量明显下降时，应添加新料， 5~6d加一次，加料量为发酵液的3~5%。 大换料：发酵周期完成以后，除去旧料，重新开始。北方 地区一般在春季大换料一次；南方地区可在4月和11月大换料 两次。 这一工艺条件下产气量：北方0.10~0.15 m3/m3池容.d 南方0.15~0.25 m3/m3池容.d
固体废物资源化工程
生物油的元素组成及性质为： C 54％～58％(质量分数，下同)， H 5.5％～7.0％， O 35％～40％， N 0～0.2％， 灰分0～0.2％， 水分15％～30％， 高位热值16～19 MJ／kg， pH值2.5，固体质量分数0.2％～l％。 生物油具有一些共同的性质，如水分含量高、含颗粒杂 质、黏度大、稳定性差、有腐蚀性等，这与传统石化燃料(柴 油、汽油)有很大不同，需进一步改进加工。
低固体消化工艺
高固体消化工艺
固体废物资源化工程 = 4.厌氧消化影响因素
搅拌
pH
温度 原料C/N比
接种物
厌氧消化的 影响因素
抑制物 其它因素
有机物组分
固体废物资源化工程 = (1)有机物组分与产气量 不同有机物成分，产气量有差异 有机物种类 碳水化合物 脂肪 蛋白质 正比 产气量 /(L/kg) 800 1200 700 气体组成 /% 50(CH4) + 50(CO2) 70(CH4) + 30(CO2) 67(CH4) + 33(CO2) 正比 有机物含量 热值(标准状态) /(kJ/m3) 17765 24871 23617
固体废物资源化工程 搅拌设备 搅拌不宜连续，2h一次，每次搅拌20min左右为宜。 ①螺旋桨搅拌 ②充气搅拌（沼气搅拌） 5-7m³ /min.1000m³ 池容，气流速度7-15m/s ③泵加水射器 加热方法 池外加热：池外热交换器 直接通入热水及低压蒸气 增加含水率， 局部污泥温度高 池内加热 池内盘管间接加热，盘管内通以70℃热水
式中：V——消化池的有效容积，m3； V’——每天需要处理的新料量，m3/d； p ——投配率，%
一般
小型：V=2500 m3 中型：V=5000 m3 大型：V=10000 m3
考虑检修，消化池座数不得少于2座。
固体废物资源化工程 消化池的结构尺寸 在确定了所需的消化池的有效容积后，就可计算消化池 各部的结构尺寸，其一般要求如下：
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固体废物资源化工程 =
两步消化工艺
特点：将沼气消化过程分成产酸、产甲 烷两个阶段，在两个反应器中进行。 提高产气率，实现渣、液分离 主要工艺步骤： ——第一个反应器：水解、液化有机物为有机酸；反应速率受 纤维素水解速率限制。 pH值5.8 ——第二个反应器：保持严格厌氧和pH值8左右，利于产甲烷 菌生长，消化、降解有机酸生成沼气。反应速率受产甲烷菌生 长繁殖速率限制
水解发酵阶段 有机物 水解、发酵菌
产氢、产乙酸 各种有机酸 产氢、产乙酸菌 乙酸、氢气、CO 2 阶段 一组把 H、CO2 CH4 两组生理 4H2 + CO2 CH4 + 2H2O 产甲烷阶段 不同甲烷 菌的作用 另一组对乙酸脱羧 CH4
CH3COOH
CH4+ CO2
1kg可降解有机物产生0.63~1.0m3的沼气，其中甲 烷含量50~60%。
中温消化适宜p=3%~5%，相应T为33d ~ 20d。 高温消化适宜p=7%~10% ，相应T为15d ~ 10d 。
固体废物资源化工程 = (7)接种物 ——添加接种物可加快有机物分解速率，提高产气量，还使 产气时间提前 酒厂、屠宰场、城市污水污泥、发酵液等，含大量厌氧 微生物，可直接作为接种物。 注意：高温发酵必须用高温发酵的发酵液作接种物； 中温发酵必须用中温发酵的发酵液作接种物； 接种物量达到料液量的5%以上
排出，产气量↑30%左右。
气体搅拌（充沼气） 机械搅拌 泵循环（充液）
对于流态、半流态物料 采用
对于固态物料 采用循环浸出液方式
固体废物资源化工程 =
（6）投配率p(对于连续操作系统)
每日投加新料体积占消化池有效容积的百分数。 P是消化池的重要参数。过大，消化池内可能形成酸积累、
PH↓消化不完全；过小，消化池负荷低，要求容积大。
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固体废物资源化工程
三、生物质热解技术-----制取生物油
热解原理 在中温(500～600℃)、隔绝氧气的条件下将生物质(木 材、秸秆等)颗粒物迅速加热,从而引发了大分子的分解，产
生了小分子气体和可凝性挥发分以及少量焦炭产物。可凝
性挥发分被快速冷却成可流动的液体，称之为生物油或焦 油。生物油为深棕色或深黑色，并具有刺激性的焦味。
Cd
Fe Cr6+ Cr3+ Ni
150
1710 3 500 2
Na
3500~5500
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固体废物资源化工程 5.厌氧消化装置 按消化池形状 圆柱形、椭圆形（蛋形） 和龟甲形等几种形式 按其池顶结构形式 固定盖式和浮动盖式的 消化池 按用途 大型工业消化设备和民 用沼气发酵设施 继续 动画
水压式沼气池
水压式沼气池具有结构简 单、造价低、施工方便； 但由于温度不稳定，产气 量不稳定，因此原 消化器 料的利用率低。
浮罩式沼气池
暗河式产沼技术
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固体废物资源化工程 =
①水压式沼气池
构造：加料管、发酵间、出料管、水压间、导气管等
加料管 发酵间（贮气部分）
水压间液面
固体废物资源化工程 =
固体废物资源化工程 =
现代化大型工业消化设备
（a）欧美型
（b）古典型
（c）蛋型
（d）欧洲平底型
常用的大型发酵罐结构类型
固体废物资源化工程 =
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固体废物资源化工程 （1）大型工业消化设备
①消化池构造
上清液 出泥
固体废物资源化工程 ②消化池的设计计算 消化池的容积设计 一般按投配率来计算所需的消化池容积，即：
固体废物资源化工程 =
固体废物资源化工程 固液混合发酵料具有流动性，从进料口加入，依靠重力流 入暗河式沼气罐，并向下游缓慢蠕动。经厌氧发酵后产生沼气， 沼气从密封的暗河式沼气罐上部溢出。产沼后的沼渣依靠重力， 流向厌氧发酵反应器的末端出料系统，然后抽出。
净 化 塔
储 气 罐
③暗河式产沼技术
固体废物资源化工程
固体废物资源化工程 = (8)抑制物 主要是挥发性脂肪酸和氨气累积，还有一些重金属 抑制物质 挥发性脂肪酸 抑制浓度 /(mg/L) >2000 抑制物质 Cu 抑制浓度 /(mg/L) 5
氨氮
溶解性硫化物 Ca Mg K
1500~3000
>200 2500~4500 1000~1500 2500~4500
平衡 发酵间与水压间的液 面处在同一水平，发 酵间内尚存的空间为 死气箱容积。
产生的沼气将料液压向
使用时发酵间压力减
水压间，水压间内液面
升高
小，水压间液体被压
回发酵间
链接动画
固体废物资源化工程 =
② 浮 罩 式 沼 气 池