厭氧消化工藝

1、厭氧消化工藝根據(jù)工藝參數(shù)不同分成不同的類型：1）發(fā)酵天數(shù)；2）發(fā)酵含固率;3）發(fā)酵溫度和4）級(jí)數(shù)（單級(jí)對(duì)多級(jí)）。工藝參數(shù)的決定最終取決于現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況和工程目標(biāo)，關(guān)鍵工藝參數(shù)分述如下：1.按照固含率可分為濕式、干式濕式：垃圾固含率10%15%。干式：垃圾固含率20%40%o濕式單級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)與在廢水處理中應(yīng)用了幾十年的污泥厭氧穩(wěn)定化處理技術(shù)相似，但是在實(shí)際設(shè)計(jì)中有很多問題需要考慮：特別是對(duì)于機(jī)械分選的城市生活垃圾，分選去除粗糙的硬垃圾、將垃圾調(diào)成充分連續(xù)的漿狀的預(yù)處理過程非常復(fù)雜，為達(dá)到既去除雜質(zhì)，又保證有機(jī)垃圾進(jìn)入正常地處理，需要采用過濾、粉碎、篩分等復(fù)雜的處理單元。這些預(yù)處理過程會(huì)導(dǎo)致15%

2、25%的揮發(fā)性固體損失。漿狀垃圾并不能保持均勻的連續(xù)性，因?yàn)樵谙^程中重物質(zhì)沉降，輕物質(zhì)形成浮渣層，導(dǎo)致在反應(yīng)器中形成了三種明顯不同密度的物質(zhì)層。重物質(zhì)在反應(yīng)器底部聚集可能破壞攪拌器，因此必須通過特殊設(shè)計(jì)的水力旋流分離器或者粉碎機(jī)去除。干式發(fā)酵系統(tǒng)的難點(diǎn)在于：其一，生物反應(yīng)在高固含率條件下進(jìn)行；其二，輸送、攪拌固體流。但是在法國、德國已經(jīng)證明對(duì)于機(jī)械分選的城市生活有機(jī)垃圾的發(fā)酵采用干式系統(tǒng)是可靠的。Dranco工藝中，消化的垃圾從反應(yīng)器底部回流至頂部。垃圾固含率范圍20%50%oKompogasI藝的工作方式相似，只是采用水平式圓柱形反應(yīng)器，內(nèi)部通過緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的槳板使垃圾均質(zhì)化，系統(tǒng)需要將垃圾

3、固含率調(diào)到大約23%。而ValorgaI藝顯著不同，同為在圓柱形反應(yīng)器中水平塞式流是循環(huán)的，垃圾攪拌是通過底部高壓生物氣的射流而實(shí)現(xiàn)的。ValorgI藝優(yōu)點(diǎn)是不需要用消化后的垃圾來稀釋新鮮垃圾，缺點(diǎn)是氣體噴嘴容易堵塞，維護(hù)比較困難。ValorgaI藝產(chǎn)生的水回流使反應(yīng)器內(nèi)保持30%的固含率，且藝能單獨(dú)處理濕垃圾，因?yàn)樵诠毯?0%以下時(shí)重物質(zhì)在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生沉降。1.2按照階段數(shù)可分為單級(jí)、多級(jí)。目前，工業(yè)上一般用單級(jí)系統(tǒng)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、一般不會(huì)發(fā)生技術(shù)故障。并且對(duì)于大部分有機(jī)垃圾而言，只要設(shè)計(jì)合理、操作適當(dāng)，單級(jí)系統(tǒng)具有與多級(jí)系統(tǒng)相同的效能。1.3按照進(jìn)料方式分為序批式、連續(xù)式。序批式：消化罐

4、進(jìn)料、接種后密閉直至完全降解。之后，消化罐清空，并進(jìn)行下一批進(jìn)料。連續(xù)式：消化罐連續(xù)進(jìn)料，完全分解的物質(zhì)連續(xù)從消化罐底部取出。1.4按反應(yīng)溫度分為咼溫和中溫：中溫厭氧反應(yīng)器反應(yīng)溫度較低，所以降解相同水平的有機(jī)物，一般停留時(shí)間要長(zhǎng)（15天至30天）.中溫厭氧反應(yīng)器產(chǎn)氣率低，盡管生物反應(yīng)過程比較穩(wěn)定，但長(zhǎng)停留時(shí)間需要更大的容積和更高的成本。高溫厭氧反應(yīng)器產(chǎn)氣率高，停留時(shí)間短（12至14天），反應(yīng)器容積小，但維修成本高。不同類型的厭氧反應(yīng)器在市場(chǎng)中占的份額也不同：中溫消化、高溫消化都是可行的技術(shù)，實(shí)際運(yùn)行的處理廠，中溫消化占62%；濕式、干式系統(tǒng)各占一半；而單級(jí)消化、兩相消化的比重相差大，其中兩相消

5、化占10.6%o厭氧消化技術(shù)在國外應(yīng)用已相當(dāng)廣泛，據(jù)統(tǒng)計(jì)，到目前為止，已有大約7個(gè)垃圾處理廠采用厭氧消化工藝，其中90個(gè)已在運(yùn)行，27個(gè)還在建設(shè)過程中，這些廠的處理能力都在2500Va以上。主要分布在澳大利亞、丹麥、德國等國家，采用此工藝的公司主要有澳大利亞的Entech公司，德國的BAT公司，瑞士的Kompogas公司、丹麥的Kruger公司等。目前國內(nèi)正在建設(shè)的北京市董村分類垃圾綜合處理廠（650噸/日）和上海市普陀區(qū)生活垃圾處理廠（800噸/日）主要工藝采用厭氧發(fā)酵技術(shù)。2厭氧消化技術(shù)的工程應(yīng)用2.1VALORGA干法厭氧消化工藝本工藝是由法國SteinmuellerValorgaSar

6、i公司開發(fā)，采用垂直的圓柱形消化器，是一項(xiàng)成熟工藝。反應(yīng)器內(nèi)垃圾固含率25%-35%,停留時(shí)間22-28天，產(chǎn)氣量80180Nm3/噸。消化后的固體穩(wěn)定化需要進(jìn)行1021天的好氧堆肥。針對(duì)城市生活垃圾厭氧消化中存在的攪拌難、固體含量高抑制反應(yīng)活性等特點(diǎn)，上世紀(jì)80年代后期Valorga工藝朝面向全部種類的垃圾發(fā)展。該工藝采用滲濾液部分回流與沼氣壓縮攪拌技術(shù)，具有比較好的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效應(yīng)。中溫（如Amien垃圾處理廠）或高溫消化（如Freiburg垃圾處理廠）在該工藝中均有采用，垃圾平均產(chǎn)氣量110Nm3/噸進(jìn)料垃圾。目前歐洲有十幾個(gè)采用該工藝的垃圾處理廠。廠址處理垃圾類型處理能力（噸/年）投產(chǎn)時(shí)

7、間AMIENS,法國60%固體垃圾-63%揮發(fā)性有機(jī)垃圾85,0001987TILBURG,荷蘭4創(chuàng)固體垃-45%揮發(fā)性有扎垃圾52,0001993ENGELSKIRCHEN,徳國36%固體垃圾70%揮發(fā)性有規(guī)垃圾35,0001997FREIBURG,德國有機(jī)垃圾36,0001999GENEVA,瑞士有機(jī)垃圾10,0002000M0NS,比利時(shí)分揀垃圾與有機(jī)垃圾58,7002000CADIZ.西班牙生活垃圾115,0002007VARENNES-JARCY.法國生活垃圾，分揀垃圾與有機(jī)垃圾100,0002002BASSANO,意大利50.8%固體垃圾623%揮發(fā)性有機(jī)垃圾52,4002007L

8、ACORUNA,西班牙混合生活垃圾182,5002001BARCELONA,西班牙42%固體垃圾-58%揮發(fā)性有機(jī)垃圾120,0002003上海寶山區(qū)垃圾處理廠混合生活垃圾216,0002009上海普陀區(qū)垃圾處理廠混合生活垃圾+集市垃圾288,000208城Ht活垃圾厭氧發(fā)酵系統(tǒng)示意圖S?JEW戲水Ml*2.2BRV干法厭氧消化工藝BRV厭氧消化工藝最早是由瑞士的一家環(huán)保公司研制開發(fā)的，并于1994年在瑞士的Baar成功建設(shè)了第一個(gè)利用該工藝的有機(jī)垃圾處理廠，年處理有機(jī)垃圾18,000噸。由于該工藝具有很高的生態(tài)環(huán)保性，其先進(jìn)的工藝技術(shù)具有較大的市場(chǎng)潛力，符合歐洲對(duì)有機(jī)垃圾處理日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)

9、準(zhǔn)。德國Linde公司根據(jù)市場(chǎng)的發(fā)展需要，收購了該公司并對(duì)該專利工藝進(jìn)行了整合。當(dāng)時(shí)的厭氧技術(shù)還不是很成熟，Linde公司對(duì)其采取了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐晟拼胧?，并?996年首先在德國的EurasburgQuarzbichl進(jìn)行了處理規(guī)模為4噸/天的小試，1997年在德國的Ravensburg進(jìn)行了處理規(guī)模為1,500噸/年的中試,以進(jìn)一步完善工藝并確保該技術(shù)的適用性。在該工藝的干式消化過程中，有機(jī)垃圾經(jīng)過分揀破碎等預(yù)處理后，與部分已經(jīng)消化的物料混合，通過進(jìn)料系統(tǒng)送入消化反應(yīng)器內(nèi)。消化物料的含固率在2035%之間，消化反應(yīng)器內(nèi)的物料可通過氣體或機(jī)械攪拌等方式進(jìn)行攪拌，物料經(jīng)過2530天的厭氧消化后，由出料

10、系統(tǒng)排出罐體，送入脫水系統(tǒng)進(jìn)行脫水。在消化期間大約有60%左右的有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為生物氣，可進(jìn)行能源利用。BRV臥式厭氧消化工藝成為德國目前最新的厭氧消化工藝，已經(jīng)在歐洲多個(gè)垃圾處理廠實(shí)施，并取得了良好的運(yùn)行效果。廠址處理垃圾類型規(guī)模（噸/年）投產(chǎn)時(shí)間Barr瑞士有機(jī)垃圾18,0001994Ravensburg，徳國城市生活垃圾，試驗(yàn)工廠1,5001997Heppenheim,德國分類收集的有機(jī)垃圾、園林垃圾和工業(yè)有機(jī)垃圾33,0001999Lemgo,德國有機(jī)垃圾和園林垃圾38,0002000Valladiud,西班牙生活垃圾分選岀的有機(jī)垃汲15,0002001Hoppstdten-Weierb

11、ach,德國有機(jī)垃圾和園林垃圾23,0002002Westen-Jsles,蘇格蘭有機(jī)垃圾和漁業(yè)垃圾8,5002006Zittau,德國玉米青貯料35,0002006Lille,法國有機(jī)垃圾、園林垃圾、餐廚垃圾108,6002006Malchin,德國玉米.黑麥和草料28,00020062.3LINDE濕法處理工藝Linde濕式厭氧消化技術(shù)屬于單級(jí)厭氧消化技術(shù)，是典型的完全混合消化反應(yīng)器。該工藝最早于1968年開發(fā)，好氧消化，好氧處理工業(yè)污水、糞便。自1975,開始進(jìn)行糞便的厭氧處理，食品工業(yè)廢水的好氧和厭氧處理，復(fù)雜的多級(jí)污水處理；自1991年對(duì)居民分類生物垃圾的濕法消化工藝，包括消化殘?jiān)?/p>

12、脫水和濾液的處理；從1993起應(yīng)用糞便與工農(nóng)業(yè)有機(jī)垃圾的聯(lián)合消化工藝:1996年應(yīng)用于剩余污泥與工業(yè)/市政有機(jī)垃圾的聯(lián)合消化:1999年開始形成最終廢棄物的機(jī)械生物處理工藝、有機(jī)殘?jiān)纳锓€(wěn)定化和熟化工藝。垃圾處理的配套工藝包括：機(jī)械預(yù)處理，堆肥，廢氣和廢水的處理。消化罐內(nèi)總固體濃度在8%15%,可以進(jìn)行高溫或中溫消化反應(yīng)。其特征是在反應(yīng)器中心設(shè)有一個(gè)用于氣體循環(huán)的管道；消化殘?jiān)奈廴疚镆延谇疤幚憝h(huán)節(jié)分離，因此殘?jiān)梢杂糜谏a(chǎn)高質(zhì)量的有機(jī)肥。主要適用于處理淚水、生活污水處理廠的污泥、園林綠化垃圾以及有機(jī)垃圾等。廠址處理垃圾類型處理能力(噸/年)投產(chǎn)時(shí)間Vippachedelhausen,德國糞

13、便16,0001985Berlstedt,徳國糞便140,0001986Vuiteboeuf,瑞士糞便，煉油廢料6,0001986Himmelgarten,德國糞便18.0001987Behringen,徳國工業(yè)垃圾，糞便23,0001995Weis,奧地利有機(jī)垃圾15,0001996Furstenwalde,德國有機(jī)垃圾，工業(yè)垃圾，農(nóng)業(yè)殘?jiān)?5,0001998Radeberg,德國有機(jī)垃圾，園藝?yán)?，下水道污?6,0001999Barcelona,西班牙生活垃圾篩下部分15,0002001Madrid,西班牙生活垃圾篩下部分73,0002002Lisbon,葡萄牙有機(jī)垃圾，餐飲和集市垃圾的

14、有機(jī)部分，工業(yè)垃圾40,0002002Weidensdorf,德國馬鈴薯漿37,5002002Camposampiero(Padua),意大利有機(jī)垃圾，下水逋污泥，糞便40,0002003Burgos,西班牙生活垃圾篩下部分40,00020042.5瑞士Kompogas(康保士)工藝本工藝是干式、高溫厭氧消化技術(shù)，由瑞士Kom-pogasAG公司開發(fā)，處于發(fā)展階段。目前，在瑞士、日本等國家建立大約18個(gè)垃圾處理廠，其中年處理量10,000t/a以上的有12個(gè)。有機(jī)垃圾首先經(jīng)過預(yù)處理達(dá)到以下要求：固含率(DS)30%-45%,揮發(fā)性固體含量(VS)55%-75%(ofDS)o粒徑40mm,pH4

15、.5-7,凱氏氮4g/kg,C/N18o然后進(jìn)入水平的厭氧反應(yīng)器進(jìn)行高溫消化。消化后的產(chǎn)物含水率高，首先進(jìn)行脫水，壓縮餅送到堆肥階段進(jìn)行好氧穩(wěn)定化，脫岀的水用于加濕進(jìn)料或作為液態(tài)肥料。產(chǎn)生的生物氣效益：10,000噸有機(jī)垃圾可產(chǎn)生118萬Nm3KOMPO-GAS氣體，其中蘊(yùn)含的總能量為684萬kwh,相當(dāng)于71萬升柴油，可供車輛行駛1000萬kmo一個(gè)完整的生態(tài)能源循環(huán)初8當(dāng)新的生命因堆肥而成長(zhǎng)時(shí)，找們已經(jīng)恰當(dāng)?shù)奶幚砹擞袡C(jī)垃圾申即禪區(qū)os骨天酪押機(jī)e円sanMA篤Nainas3北京地區(qū)的工程應(yīng)用北京市2002年開始實(shí)行垃圾分類，截至2007年底已有2255個(gè)小區(qū)、大廈實(shí)行垃圾分類，垃圾分類人口

16、覆蓋率已達(dá)到52%。目前北京市居民區(qū)垃圾分成三類：廚余垃圾，可回收物，其他垃圾；其中廚余垃圾是進(jìn)行厭氧發(fā)酵的很好原料。以2007年為例，北京市生活垃圾產(chǎn)量為619萬噸，按廚余垃圾平均含量為40%,那么廚余垃圾量為248萬噸，折合6795噸/日，具有很高利用潛力。由于垃圾分類是一個(gè)系統(tǒng)工程，目前實(shí)際分類效果不理想。今后北京市垃圾分類工作將以廚余垃圾分類為突破口，重點(diǎn)將廚余垃圾從其它垃圾中分離處來單獨(dú)進(jìn)行處理。北京市已有、在建綜合處理廠處理能力只有2100噸/日（表3）,與每日6795噸的廚余垃圾產(chǎn)量相差甚遠(yuǎn)，處理能力嚴(yán)重不足。2010年北京市規(guī)劃將新建綜合處理廠10座，處理能力達(dá)到8000噸/日（北京市環(huán)衛(wèi)十一五規(guī)劃）。這就為厭氧發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊空間。表