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能动学院
有机固体废物(高浓度有机废水)的厌氧消化技术
来源: 日期:2017年10月16日 14:24 点击数:

项目名称:有机固体废物(高浓度有机废水)的厌氧消化技术

负责人:梁继东

联系电话:13609128415

Email:jidongl@xjtu.edu.cn

所在学院:能动学院

一、 关键技术优势或创新性

所谓厌氧消化是指在无氧气条件下,利用厌氧微生物的作用,有控制地使废物中可生物降解的有机物分解,转化为二氧化碳、甲烷和许多稳定物质的生物化学过程。图1为有机肥厌氧消化原理。

该领域最常见的就是CSTR工艺,即连续搅拌反应器系统(Continuous stirred tank reactor),其原理是在一个密闭罐体内完成料液的发酵、沼气产生的过程。反应器内安装有搅拌装置,使发酵原料和微生物处于完全混合状态。投料方式采用恒温连续投料或半连续投料运行。新进入的原料由于搅拌作用很快与反应器内的全部发酵液菌种混合,使发酵底物浓度始终保持相对较低状态。图2为CSTR工艺流程图。

原料经过预处理与调节池单元是为厌氧微生物发酵提供最适宜的底物。CSTR反应罐是工艺的核心单元,需要控制一些参数,满足厌氧微生物的生存。具体的工艺控制参数有:

1. 氧化还原电位:厌氧微生物中关键的是产甲烷菌,其为专性厌氧菌,氧对产甲烷细菌有毒害作用,因此,必须一般控制Eh为-300mV左右。

2. 温度:沼气发酵与温度密切相关,微生物代谢速度在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发酵速度。前者称为中温发酵,后者称为高温发酵,而低于20℃的称为常温发酵,按理论上温度越高发酵效果越好。

3. 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的活性,因此控制pH值在6.5-7.5之间比较合适,最佳7.0-7.2。

4. 营养比:厌氧发酵原料的C/N比以20-30:1为宜,太高时,细胞氮量不足,系统的缓冲能力低,pH值易降低;太低时,氮量过多,pH值可能上升,铵盐容易积累,会抑制消化进程。

5. 添加物和抑制物:重金属离子等添加物或抑制物对甲烷消化的抑制使酶发生变性或者沉淀,从而影响微生物活性。

6. 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,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。在最开始发酵时,一般要求菌种量达到进液量的5%以上。

7. 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。

总体来讲,该工艺具有如下优势:

1.原料适应性广。适用于畜禽粪便和各种有机垃圾;

2.反应器内物料均匀分布,避免了分层状态,增加了底物和微生物接触的机会;

3.反应器内温度分布均匀;

4.进入反应器的抑制物质,能够迅速分散,保持较低浓度水平。

目前主要产品形式:沼气用作热电联产、车用燃气(CNG),沼渣沼液加工为绿色有机肥。

1.CNG

CNG(Compressed Natural Gas)汽车是指以压缩天然气替代常规汽油或柴油作为汽车燃料的汽车。目前,国内外有天然气管网条件的地区大力发展CNG汽车。将沼气提纯净化成CNG,其甲烷含量和热值在一定程度上优于传统的压缩天然气。CNG汽车使用CNG在25Mpa左右的压力下储存在车内类似于油箱的气瓶内,用作汽车燃料。目前市场售价3-5元不等。

2.热电联产

热电联产既是指生产电能,又利用发电机作过功的蒸汽对用户供热的生产方式。沼气经净化脱水,脱硫后输送至发电机组,采用热电联产机组进行发电,供热。热量用于发酵罐的增温加热和有机肥生产,余热可作为厂区内生活用。目前发电一律按照标准电价0.75元/度执行。

3.有机肥

沼渣是有机肥生产良好原料,在环境保护和生活品质要求的双重驱使下,有机肥料已经成为发展生态业的新肥源和新兴的肥料产业,也是项目重要收益之一。目前有机肥零售价在1500-2000元/吨左右。

 

二、 应用领域及市场前景

农业废弃物(农作物秸秆、畜禽粪便)、城市有机废弃物(餐厨垃圾、剩余污泥、园林废弃物)、工业废弃物(甘蔗渣、淀粉厂下脚料、高浓度有机废水)等的低耗、高效厌氧消化处理及沼气和沼渣综合利用产品开发。

厌氧消化技术可将低品位有机废弃物生物质能转化为可直接利用的高品位生物质能——沼气,且生物转化过程不需要氧气,能耗和运行成本低,是一项具有发展前景的生物质能可持续开发技术。

 

三、合作条件

通过合作研究进行以下技术攻关:新型高负荷厌氧消化器开发;针对不同原料的反应器启动和运行工艺参数(温度、pH值、营养、氧化还原电位、接种物、抑制物、搅拌等)设计与优化;沼气脱水脱硫技术;防腐蚀、抗老化沼气贮存设备开发;沼气提纯制备车用燃气(CNG)、工业天然气(LNG)等产品及燃气发电机热电联产技术;沼渣好氧堆肥制备有机肥工艺与设备研发。通过上述技术攻关,形成有机废弃物厌氧消化产沼气及沼气和沼渣综合利用成套化设备、技术和工艺。

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