第三章 有机固废资源化

1、有机质固体废物有机质固体废物资源化技术资源化技术 厌氧消化是指在厌氧状态下，利用厌氧微生物，有控制地厌氧消化是指在厌氧状态下，利用厌氧微生物，有控制地使废物中可生物降解的使废物中可生物降解的有机物有机物转化为转化为CH4、CO2和稳定物和稳定物质的生物化学过程。质的生物化学过程。 由于厌氧消化可以产生以由于厌氧消化可以产生以CH4为主要成分的沼气，故又称为主要成分的沼气，故又称之为甲烷发酵。之为甲烷发酵。二、有机固体废物的厌氧消化处理二、有机固体废物的厌氧消化处理1.1.厌氧消化定义厌氧消化定义来自生物的有机固体废物的利用来自生物的有机固体废物的利用继续继续厌氧消化特点厌氧消化特点w厌氧微生物

2、生长速度慢，处理效率低，设备体积大厌氧微生物生长速度慢，处理效率低，设备体积大w会产生会产生H2S等恶臭气体等恶臭气体w可将废弃物中低品位生物能转化为高品位沼气可将废弃物中低品位生物能转化为高品位沼气w适于处理高浓度有机废水和废物适于处理高浓度有机废水和废物w生产过程全封闭，生产过程全封闭，不需要通风动力，设施简单，运行不需要通风动力，设施简单，运行成本低成本低有机物有机物各种有机酸各种有机酸水解、发酵菌水解、发酵菌各种有机酸各种有机酸乙酸、氢气、乙酸、氢气、COCO2 2产氢、产乙酸菌产氢、产乙酸菌两组生理两组生理不同甲烷不同甲烷菌的作用菌的作用一组把一组把 H H、COCO2 2CHCH4

3、 44H4H2 2 + CO+ CO2 2CHCH4 4 + 2H+ 2H2 2O O另一组对乙酸脱羧另一组对乙酸脱羧CHCH4 4CHCH3 3COOHCOOH CHCH4 4+ CO+ CO2 2水解发酵阶段水解发酵阶段产氢、产乙酸产氢、产乙酸阶段阶段产甲烷阶段产甲烷阶段2. 2. 厌氧消化原理厌氧消化原理 三阶段理论三阶段理论1kg可降解有机物产生可降解有机物产生0.631.0m3的沼气，其中甲的沼气，其中甲烷含量烷含量5060%。NoImageNoImage（1)1)根据根据消化温度消化温度划分工艺类型划分工艺类型高（中）温消化工艺高（中）温消化工艺自然温度消化工艺自然温度消化工艺高温

4、范围是高温范围是5055 中温中温35左右左右 有机物分解旺盛，消化有机物分解旺盛，消化快，物料在厌氧池内停留快，物料在厌氧池内停留时间短，适用于城市垃圾、时间短，适用于城市垃圾、粪便和有机污泥的处理粪便和有机污泥的处理 。目前我国农村都采用这目前我国农村都采用这 种消化类型。种消化类型。 这种工艺的消化池结这种工艺的消化池结构简单、成本低廉、施构简单、成本低廉、施工容易、便于推广，但工容易、便于推广，但受季节影响明显，夏季受季节影响明显，夏季产气量高，冬季产气量产气量高，冬季产气量低。低。 3.3.厌氧消化工艺厌氧消化工艺 NoImageNoImage(2)(2)根据根据投料运转方式投料运转

5、方式划分工艺类型划分工艺类型连续消化工艺连续消化工艺半连续消化工艺半连续消化工艺两步消化工艺两步消化工艺投料启动后，经一段时投料启动后，经一段时间的消化产气，连续定间的消化产气，连续定量的添加消化原料和排量的添加消化原料和排出旧料；其消化时间能出旧料；其消化时间能够长期连续进行。够长期连续进行。工艺易于控制，能保持工艺易于控制，能保持稳定的有机物消化速率稳定的有机物消化速率和产气率，但该工艺要和产气率，但该工艺要求较低的原料固形物浓求较低的原料固形物浓度度 启动时一次性投入较启动时一次性投入较 多的消化原料，当产多的消化原料，当产 气量趋于下降时，开气量趋于下降时，开 始定期添加新料和排始定期

6、添加新料和排 出旧料，以维持比较出旧料，以维持比较 稳定的产气率。稳定的产气率。 农村较适用农村较适用 两个反应器；根据两两个反应器；根据两段理论设计段理论设计继续继续有机固体废物有机固体废物用户用户贮气柜贮气柜肥肥 料料沉淀池沉淀池厌氧消化厌氧消化反应池反应池备料池备料池回流搅拌回流搅拌回流备料回流备料原料选择原料选择送送 农农 田田定期出料定期出料加入菌种加入菌种大大 出出 料料入池发酵产气入池发酵产气配配 料料原料预处理原料预处理定期加料定期加料这一工艺条件下产气量：北方这一工艺条件下产气量：北方0.100.15 m3/m3池容池容.d 南方南方0.150.25 m3/m3池容池容.dN

7、oImageNoImage(3)(3) 根据根据反应器中固体浓度反应器中固体浓度划分工艺类型划分工艺类型低固体消化工艺低固体消化工艺高固体消化工艺高固体消化工艺固体浓度低固体浓度低（ 48% ） ，容易混，容易混合均匀，进出物料泵简合均匀，进出物料泵简单，可稀释有毒物质。单，可稀释有毒物质。但废物中须加水，导但废物中须加水，导致消化污泥须脱水，成致消化污泥须脱水，成本较高本较高固体浓度高（固体浓度高（ 22%22%），不需要加水，），不需要加水，反应器单位体积需水量反应器单位体积需水量低，产气量高。低，产气量高。但进出物料泵复杂，但进出物料泵复杂，有毒物质（盐和重金属）有毒物质（盐和重金属）易

8、使微生物中毒易使微生物中毒NoImageNoImage厌氧消化的厌氧消化的影响因素影响因素搅拌搅拌有机物组分有机物组分抑制物抑制物温度温度原料原料C/N比比其它因素其它因素pH接种物接种物4.4.厌氧消化影响因素厌氧消化影响因素 (1)(1)有机物组分与产气量有机物组分与产气量不同有机物成分，产气量有差异不同有机物成分，产气量有差异(2)(2)原料原料C/N比比11221122nnnnC XC XC XN XN XN XKX 各原料重量各原料重量C、N 各原料中各原料中C、N含量含量(3)(3)温度温度(4)(4)pH值值(5)(5)搅拌搅拌（6 6）投配率）投配率p(p(对于连续操作系统对于

9、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。每日投加新料体积占消化池有效容积的百分数。 P P是消化池的重要参数。过大，消化池内可能形成酸积累、是消化池的重要参数。过大，消化池内可能形成酸积累、PHPH消化不完全；过小，消化池负荷低，要求容积大。消化不完全；过小，消化池负荷低，要求容积大。 中温消化适宜中温消化适宜p=3%5%p=3%5%，相应，相应T T为为33d 20d33d 20d。 高温消化适宜高温消化适宜p=7%10% p=7%10% ，相应，相应T T为为15d 10d15d 10d 。(7)(7)接种物接种物(8)(8)抑制物抑制物返回返回 按消化池形状按消化池

10、形状 圆柱形、椭圆形（蛋形）圆柱形、椭圆形（蛋形）和龟甲形等几种形式和龟甲形等几种形式 按其池顶结构形式按其池顶结构形式 固定盖式和浮动盖式的固定盖式和浮动盖式的消化池消化池 按按用途用途 大型工业消化设备和民大型工业消化设备和民用沼气发酵设施用沼气发酵设施5.5.厌氧消化装置厌氧消化装置 动画动画继续继续（b b）古典型）古典型（a a）欧美型）欧美型（c c）蛋型）蛋型（d d）欧洲平底型）欧洲平底型常用的大型发酵罐结构类型常用的大型发酵罐结构类型返回返回消化池构造消化池构造出泥出泥上清液上清液（1）大型工业消化设备）大型工业消化设备l消化池的设计计算消化池的设计计算一般按投配率来计算所需

11、的消化池容积，即：一般按投配率来计算所需的消化池容积，即：式中：式中：V消化池的有效容积，消化池的有效容积，m3； V每天需要处理的新料量，每天需要处理的新料量，m3/d； p 投配率，投配率，%消化池的容积设计消化池的容积设计一般一般小型：小型：V=2500 m3中型：中型：V=5000 m3大型：大型：V=10000 m3考虑检修，消化池座数不得少于考虑检修，消化池座数不得少于2座。座。消化池的结构尺寸消化池的结构尺寸 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：各部的结构尺寸，其一般要求如下： 池总高与直

12、径之比为池总高与直径之比为0.81.0； 池底坡度一般为池底坡度一般为8%； 池顶部的集气罩，高度一般为池顶部的集气罩，高度一般为2.0m 池顶至少设两个直径为池顶至少设两个直径为0.7m 的人孔。的人孔。 消化池的工艺管道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：在消化池中还需要设置多种工艺管道，其中主要包括： 污泥管：进泥管、出泥管；污泥管：进泥管、出泥管； 上清液排放管；上清液排放管； 溢流管；溢流管； 沼气管；取样管；循环搅拌管；沼气管；取样管；循环搅拌管；搅拌设备搅拌设备螺旋桨搅拌螺旋桨搅拌充气搅拌（沼气搅拌）充气搅拌（沼气搅拌） 5-7m/min.1000m池

13、容，气流速度池容，气流速度7-15m/s泵加水射器泵加水射器 加热方法加热方法直接通入热水及低压蒸气直接通入热水及低压蒸气 增加含水率，增加含水率， 局部污泥温度高局部污泥温度高池内盘管间接加热，盘管内通以池内盘管间接加热，盘管内通以70热水热水 池外加热：池外热交换器池外加热：池外热交换器池内加热池内加热 搅拌不宜连续，搅拌不宜连续，2h一次，每次搅拌一次，每次搅拌20min左右为宜。左右为宜。 维护与管理维护与管理a.防止在空气中的防止在空气中的CH4占空气占空气5-16%，避免爆炸。，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高温甲烷菌不能用中温条件下的甲烷菌直接接种,但可

14、但可驯化驯化，驯化时升温速度为驯化时升温速度为1 /h，最佳达到，最佳达到53。c.温度高于温度高于38，中温甲烷菌大量死亡，污泥易变质。，中温甲烷菌大量死亡，污泥易变质。d.人工加碱控制人工加碱控制PH6.5-7.5。NoImageNoImage消化器消化器返回返回（2）民用沼气发酵设施）民用沼气发酵设施加料管加料管发酵间（贮气部分）发酵间（贮气部分）水压间液面水压间液面构造：加料管、发酵间、出料管、水压间、导气管等构造：加料管、发酵间、出料管、水压间、导气管等NoImageNoImage产生的沼气将料液压向产生的沼气将料液压向水压间，水压间内液面水压间，水压间内液面升高升高使用时发酵间压力

15、减使用时发酵间压力减小，水压间液体被压小，水压间液体被压回发酵间回发酵间平衡平衡发酵间与水压间的液发酵间与水压间的液面处在同一水平，发面处在同一水平，发酵间内尚存的空间为酵间内尚存的空间为死气箱容积。死气箱容积。链接动画链接动画进料口进料口进料管进料管发酵间发酵间浮罩浮罩出料联通管出料联通管出料间出料间隔墙隔墙导气管导气管浮浮罩罩式式沼沼气气池池 净化塔储气罐暗河式产沼技术暗河式产沼技术湖北宜城暗河式沼气示范工程湖北宜城暗河式沼气示范工程体积：体积：20m3沼气产量：沼气产量：200m3/t发酵料发酵料甲烷含量甲烷含量60固体消化率固体消化率65暗河式产沼技术特点暗河式产沼技术特点 特点一特点

16、一：将传统立式沼气反应器改为卧式结构，同时解决：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。沼排渣困难的问题。 特点二特点二：暗河式沼气池的大小不受限制，小到几个立方米，：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。大可十万、甚至百万立方米，十分适合大型的沼气生产。 特点三特点三：暗河式厌氧反应器大部分被埋在地下，有利于减少：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。投资，而且还有利于冬季保温。返回

17、在中温在中温(500600)、隔绝氧气隔绝氧气的条件下将生物质的条件下将生物质(木木材、秸秆等材、秸秆等)颗粒物迅速加热颗粒物迅速加热,从而引发了大分子的分解，产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。油。生物油为深棕色或深黑色，并具有刺激性的焦味。 热解原理热解原理三、生物质热解技术三、生物质热解技术-制取生物油制取生物油 生物油的元素组成及性质为：生物油的元素

18、组成及性质为： C 5458(质量分数，下同质量分数，下同)， H 5.57.0， O 3540， N 00.2， 灰分灰分00.2， 水分水分1530， 高位热值高位热值1619 MJkg， pH值值2.5，固体质量分数，固体质量分数0.2l。 生物油具有一些共同的性质，如生物油具有一些共同的性质，如水分含量高、含颗粒杂水分含量高、含颗粒杂质、黏度大、稳定性差、有腐蚀性质、黏度大、稳定性差、有腐蚀性等，这与传统石化燃料等，这与传统石化燃料(柴柴油、汽油油、汽油)有很大不同，需进一步改进加工。有很大不同，需进一步改进加工。继续继续 热解原理热解原理热解定义：热解定义：将有机物在将有机物在无氧无

19、氧或或缺氧缺氧状态下状态下加热加热，使之分解，使之分解成为气态、液态及固态可燃物质的化学分解过程。成为气态、液态及固态可燃物质的化学分解过程。有机有机废物废物天然天然: 生物质生物质（橡胶、木材、蛋白质、淀粉、（橡胶、木材、蛋白质、淀粉、 纤维素、废油脂、污泥等）纤维素、废油脂、污泥等）人工合成：人工合成：塑料、合成橡胶、合成纤维等塑料、合成橡胶、合成纤维等均可均可热解热解 有机固体废物热量有机固体废物热量 气体气体( (H2、CH4、CO、CO2) 有机液体有机液体( (有机酸、芳烃、焦油有机酸、芳烃、焦油) ) 固体固体( (炭黑、灰渣炭黑、灰渣) ) 热解反应通式：热解反应通式：通过热解

20、将有机物转化为可储存性能源。通过热解将有机物转化为可储存性能源。 有机废物热解示意图有机废物热解示意图 热解釜NoImageNoImage热热 解解 与与 焚焚烧烧 比比较较 供热方式供热方式直接（内部）加热：供给适量空气使有机物部直接（内部）加热：供给适量空气使有机物部 分燃烧，提供热解所需热量。分燃烧，提供热解所需热量。 传热效率高传热效率高, ,但热解气体品质较差。但热解气体品质较差。间接（外部）加热：从外界供给热解所需热间接（外部）加热：从外界供给热解所需热量。效率低，但热解气热值高。量。效率低，但热解气热值高。 热解供热方式热解供热方式中温热解中温热解： T=500700，主要用在比

21、较主要用在比较单一的废物的热解，如废轮胎、废塑料热解，单一的废物的热解，如废轮胎、废塑料热解，产物中油品产物中油品。油化工艺油化工艺 热解温度热解温度高温热解高温热解：T =8001000，供热方式几乎供热方式几乎都是直接加热，产物气体都是直接加热，产物气体。气化工艺气化工艺低温热解：低温热解： T 500。碳化工艺碳化工艺 热解工艺热解工艺返回返回污污泥泥性性质质和和成成分分 有机物含量高有机物含量高( (固体量的固体量的6080)，颗粒较细，密度颗粒较细，密度较小，含水率高且不易脱水，亲水性物质；较小，含水率高且不易脱水，亲水性物质； 含有植物营养素含有植物营养素、蛋白质、脂肪及腐殖质等，

22、营养素、蛋白质、脂肪及腐殖质等，营养素主要包括氮、磷主要包括氮、磷(P(P2 2O O5 5) )、钾、钾(K(K2 2O)O)； 污泥适宜消化处理污泥适宜消化处理；部分能被消化分解，分解产物主；部分能被消化分解，分解产物主要是甲烷和二氧化碳；要是甲烷和二氧化碳； 具有燃料价值具有燃料价值，污泥的主要成分是有机物，具有热值，污泥的主要成分是有机物，具有热值，可以燃烧；可以燃烧； 污水中混有医院排水及某些工业废水污水中混有医院排水及某些工业废水( (如屠宰场废水如屠宰场废水) )，所以污泥中常含大量的所以污泥中常含大量的细菌和寄生虫卵细菌和寄生虫卵； 由于工业污水进入城市污水处理系统，污泥中含有

23、多由于工业污水进入城市污水处理系统，污泥中含有多种种重金属离子重金属离子。如。如CdCd、CuCu、PbPb、Hg等等四、污泥的综合利用四、污泥的综合利用污污泥泥的的综综合合利利用用污泥中重金属离子含量必污泥中重金属离子含量必须符合我国须符合我国农用污泥中污农用污泥中污染物控制标准染物控制标准的要求。的要求。我国对农用污泥中重金属最高含量的规定我国对农用污泥中重金属最高含量的规定 （mg/kg干污泥）干污泥）（二）回收能量（二）回收能量1.利用污泥生产沼气利用污泥生产沼气 污泥进行厌氧消化可制得沼气。污泥进行厌氧消化可制得沼气。1m3沼气燃烧发热量相当沼气燃烧发热量相当于于1kg煤或煤或0.7

24、kg汽油。汽油。2.通过焚烧回收热量通过焚烧回收热量 干污泥具有较高热值，焚烧既可减容，又可利用热交换干污泥具有较高热值，焚烧既可减容，又可利用热交换装置回收热量，用来供热或发电。装置回收热量，用来供热或发电。 另外，污泥还可与煤混合，制成污泥煤球等混合燃料。另外，污泥还可与煤混合，制成污泥煤球等混合燃料。 干污泥热值干污泥热值未经消化的污泥未经消化的污泥 1490018190kJ/kg干污泥干污泥消化后的污泥消化后的污泥 6700 8120kJ/kg干污泥干污泥3.热解制取燃料油、气热解制取燃料油、气 在在400500常压和缺氧条件下，借助污泥中所含的硅常压和缺氧条件下，借助污泥中所含的硅酸铝和重金属的催化作用，将污泥中的有机物转变为碳酸铝和重金属的催化作用，将污泥中的有机物转变为碳氢化合物，最终产物是燃料油、气和碳黑。氢化合物，最终产物是燃料油、气和碳黑。（三）建材利用