城市生活垃圾厭氧消化處理工藝探討_計(jì)算機(jī)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用論文.doc

計(jì)算機(jī)在環(huán)境科學(xué)中 的應(yīng)用（論文）題 目：城市生活垃圾厭氧消化處理工藝探討學(xué) 院： 市政與環(huán)境工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 環(huán)境科學(xué) 計(jì)算機(jī)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用（論文） 摘要摘要隨著人民生活水平的提高，城市垃圾的產(chǎn)生量日益增大，成為影響人類(lèi)生存環(huán)境和社會(huì)發(fā)展的重大問(wèn)題之一，許多城市已經(jīng)陷入垃圾的包圍之中。在垃圾的處理方式中，作為一種可回收能源的有機(jī)廢物處理方法，厭氧消化在城市有機(jī)垃圾的處理方面越來(lái)越受到青睞。矚慫潤(rùn)厲釤瘞睞櫪廡賴(lài)。本文首先對(duì)我國(guó)城市生活垃圾的來(lái)源、組成、特性、危害及常用的垃圾處理技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要概括，指出垃圾焚燒、垃圾填埋和堆肥處理的都不是可持續(xù)發(fā)展的要求。著重討論了城市生活垃圾厭氧消化處理技術(shù):厭氧消化技術(shù)的原理、發(fā)展歷程、優(yōu)勢(shì)及工藝類(lèi)型。通過(guò)詳細(xì)分析垃圾成分、碳氮比、接種物、溫度、PH值、總固含率、有機(jī)負(fù)荷率以及攪拌對(duì)厭氧消化的影響，并通過(guò)探討典型的城市生活垃圾厭氧消化處理工藝，提出了適宜于我國(guó)城市生活垃圾厭氧消化處理技術(shù)-單相厭氧中溫消化工藝。聞創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛(ài)氌譴凈。關(guān)鍵詞：城市生活垃圾，垃圾處理，厭氧消化，沼氣I計(jì)算機(jī)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用（論文） 目錄目錄摘要I殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。目錄II釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。1城市生活垃圾的現(xiàn)狀以及常用處理方法1彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。1.1城市生活垃圾的現(xiàn)狀1謀蕎摶篋飆鐸懟類(lèi)蔣薔。 1.1.1城市生活垃圾的產(chǎn)生量1廈礴懇蹣駢時(shí)盡繼價(jià)騷。 1.1.2生活垃圾的分類(lèi)2煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。 1.1.3垃圾的危害3鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴(lài)。1.2城市生活垃圾的處理技術(shù)4籟叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)。 1.2.1填埋處理4預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。 1.2.2 堆肥處理5滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。 1.2.3 焚燒處理5鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。 1.2.4技術(shù)比較6擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。2城市生活垃圾的厭氧消化處理技術(shù)7贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。2.1厭氧消化處理技術(shù)概況7壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。 2.1.1厭氧消化處理原理7蠟變黲癟報(bào)倀鉉錨鈰贅。 2.1.2厭氧消化技術(shù)發(fā)展歷程9買(mǎi)鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。 2.1.3厭氧消化處理的優(yōu)勢(shì)10綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。2.2厭氧消化處理工藝流程11驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。 2.2.1厭氧消化處理工藝的類(lèi)型11貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。 2.2.2厭氧消化過(guò)程的影響因素13鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。 2.2.3典型工藝及流程15構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。3.厭氧消化處理城市垃圾的應(yīng)用趨勢(shì)19輒嶧陽(yáng)檉籪癤網(wǎng)儂號(hào)澩。3.1城市生活垃圾厭氧消化技術(shù)潛力分析19堯側(cè)閆繭絳闕絢勵(lì)蜆贅。 3.1.1垃圾成分的變化19識(shí)饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。 3.1.2厭氧消化處理方法的多樣性20凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴。 3.1.3國(guó)情下厭氧消化的實(shí)際效益21恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。3.2城市生活垃圾厭氧消化處理工藝選擇21鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫(kù)。 3.2.1參數(shù)的優(yōu)化21碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。 3.2.2發(fā)展趨勢(shì)25閿擻輳嬪諫遷擇楨秘騖。4總結(jié)26氬嚕躑竄貿(mào)懇彈瀘頷澩。參考文獻(xiàn)27釷鵒資贏車(chē)贖孫滅獅贅。II計(jì)算機(jī)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用（論文） 城市生活垃圾的現(xiàn)狀以及常用處理方法1城市生活垃圾的現(xiàn)狀以及常用處理方法進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，全世界每年平均新增垃圾（不包括工業(yè)廢渣）約17.85億萬(wàn)噸，平均每天新增垃圾486.04萬(wàn)噸。在全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢（年平均增長(zhǎng)速度在35%）的情況下，垃圾卻以年平均8.37%的速度增長(zhǎng)。據(jù)此速度計(jì)算，到2100年，地球陸地表面將被垃圾包圍，21世紀(jì)地球?qū)⒊蔀槔氖澜?。我國(guó)城市生活垃圾隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程越來(lái)越快，人口的急速增長(zhǎng)，城市生活垃圾問(wèn)題愈發(fā)的嚴(yán)重。城市垃圾的產(chǎn)生量以每年89%的速度迅速增長(zhǎng)，城市人均垃圾日產(chǎn)生量超過(guò)1kg/d，接近工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的水平2，不完全統(tǒng)計(jì)資料顯示，目前我國(guó)城市生活垃圾累積堆存量已達(dá)70億噸，占地約5.3萬(wàn)hm2且呈不斷增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。全國(guó)668個(gè)城市中有約2/3處于垃圾包圍之中。城市生活垃圾的產(chǎn)生及特點(diǎn)由于我國(guó)正處于發(fā)展之中，城市中除了常住居民外，還有大量的流動(dòng)人口涌入，導(dǎo)致城市生活垃圾倍增。慫闡譜鯪逕導(dǎo)嘯畫(huà)長(zhǎng)涼。1.1城市生活垃圾的現(xiàn)狀1.1.1城市生活垃圾的產(chǎn)生量城市生活垃圾，是指在城市日常生活中或者為城市日常生活提供服務(wù)的活動(dòng)中產(chǎn)生的固體廢物以及法律、行政法規(guī)規(guī)定視為城市生活垃圾的固體。它們是在一定時(shí)間和地點(diǎn)無(wú)法利用而被丟棄的污染環(huán)境的固體、半固體廢棄物質(zhì)。我國(guó)自1979年以來(lái)，我國(guó)城市生活垃圾的產(chǎn)生總量以每年8%10%的速度增長(zhǎng)，少數(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市如北京則達(dá)到15%20%。2000年我國(guó)城市生活垃圾清運(yùn)總量為1.18億噸。城市生活垃圾的快速激增主要由城市化進(jìn)程加快，導(dǎo)致城市人口、城市規(guī)模增加所至。研究表明，城市生活垃圾的產(chǎn)生量一般隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展而增長(zhǎng), 當(dāng)達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家水平后垃圾產(chǎn)生量會(huì)趨向平穩(wěn)增長(zhǎng)。諺辭調(diào)擔(dān)鈧諂動(dòng)禪瀉類(lèi)。表1.1 我國(guó)近年來(lái)人均垃圾產(chǎn)生量年份總產(chǎn)量（億噸）總產(chǎn)變化率%人均產(chǎn)生量（dun/年）人均產(chǎn)生量變化率%變化率%19961.080.0819981.130.0290.74-0.02520001.180.0350.71-0.01520021.360.0130.74-0.02920041.550.0440.740.007220061.48-0.050.7-0.0720082.20.04820103.520.60.52據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，目前我國(guó)城市垃圾人均年產(chǎn)生量達(dá)到440kg，2010年我國(guó)城市生活垃圾量達(dá)到了3.52億t，居世界第一，且每年以8%10%的速度增長(zhǎng)。中國(guó)近年來(lái)的“城中村改造”和“新農(nóng)村”的建設(shè)，城鎮(zhèn)化的加速發(fā)展，加上人民生活水平提高，人均消費(fèi)水平的提高，使生活垃圾產(chǎn)生量急劇上升。嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。1.1.2生活垃圾的分類(lèi)根據(jù)垃圾不同的來(lái)源，城市垃圾可分為居民生活垃圾，街道保潔垃圾和集團(tuán)垃圾三大類(lèi)3。不同規(guī)模的城市，其生活垃圾的組成成分也不盡相同。城市生活垃圾主要包括：居民的生活垃圾；清掃垃圾；社會(huì)團(tuán)體垃圾。居民的生活垃圾主要包括食品殘?jiān)⒓埿?、布料、木材、金屬、玻璃、塑料、橡膠、陶瓷、燃料灰渣、碎磚瓦、廢棄具、雜品等。清掃垃圾中主要是指公共場(chǎng)所所產(chǎn)生的廢棄物，包括泥沙、灰土、枯枝敗葉、商品的包裝等。而社會(huì)團(tuán)體垃圾主要指的是商業(yè)、工業(yè)、事業(yè)單位所產(chǎn)生的廢棄物，不同的單位產(chǎn)生的垃圾成分有較大的不同。三者比例大致為：60%、10%和30%。生活垃圾主要特點(diǎn)是含水率低、含有高熱值廢物、易燃物質(zhì)較多。如表1.2所示：隨著地域的變化，生活垃圾中各組分的比例也有較大的變化，城市垃圾的成分多以廚余垃圾為主。熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機(jī)庫(kù)。表1.2 中國(guó)部分城市垃圾的組成成分有機(jī)物（%）無(wú)機(jī)物（%）城市廚余廢紙纖維木材塑料橡膠玻璃陶瓷金屬煤灰泥磚其他北京39.00 18.20 3.56 -10.35 13.02 2.96 10.93 2.00 天津50.11 5.53 0.68 -4.81 -上海70.00 8.00 2.80 0.89 12.00 4.00 2.19 2.19 -重慶38.79 1.04 0.97 1.58 9.10 9.03 37.99 37.99 1.00 廣州63.00 4.80 3.60 2.80 14.10 4.00 3.80 3.80 -深圳58.00 7.90 2.80 5.19 13.70 3.20 8.00 8.00 -南京52.00 4.90 1.18 1.08 11.20 4.09 20.64 20.64 3.00 無(wú)錫41.00 2.90 4.98 3.05 9.83 9.47 25.29 25.29 2.58 合肥44.97 3.57 2.98 2.52 10.22 4.24 28.40 28.40 2.30 宜昌29.54 1.22 0.73 1.05 1.13 8.03 55.82 55.82 2.00 1.1.3垃圾的危害侵占土地城市生活垃圾（MSW）的惡性累計(jì)，已成為世界性的環(huán)境災(zāi)難。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)我國(guó)城市固體廢棄物堆放量已高達(dá)7.0109t，侵占土地面積約6.0108m2。城市生活垃圾大量堆放，不僅侵占了大量的農(nóng)田、灘涂、河道和山溝，甚至有的地區(qū)城鄉(xiāng)交界處的道路兩側(cè)和自然風(fēng)景區(qū)也隨處可見(jiàn)大量生活垃圾。全國(guó)668座城市中約有200座城市處于垃圾污染重圍之中4-6。長(zhǎng)期的堆放加上城市垃圾中有機(jī)物含量的提高，垃圾會(huì)因?yàn)樽匀话l(fā)酵產(chǎn)生大量甲烷引起爆炸事故和火災(zāi)。1994年1月8日湖南省岳陽(yáng)市羊角山垃圾填埋場(chǎng)發(fā)生了垃圾大爆炸。鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。污染大氣城市垃圾在城市和城市周?chē)罅慷逊e，會(huì)嚴(yán)重污染著空氣。生活垃圾中富含有機(jī)物，露天堆放時(shí)會(huì)自然發(fā)酵，產(chǎn)生大量的有害氣體，周邊臭氣襲人。正常大氣中二氧化碳濃度約為300ppm，即0.03%；當(dāng)濃度達(dá)到0.05%時(shí)，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害?？諝庵屑淄闈舛冗_(dá)25%30%時(shí)，會(huì)導(dǎo)致頭暈乏力，不及時(shí)撤離會(huì)使人窒息死亡。硫化氫遇空氣后氧化成二氧化硫，大氣中二氧化硫濃度達(dá)到（13）ppm時(shí)多數(shù)人開(kāi)始會(huì)感覺(jué)到刺激；在（400500）ppm時(shí)人會(huì)出現(xiàn)肺水腫等癥狀直至窒息死亡。紂憂蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖。污染水體城市生活垃圾中含有病原微生物，在堆放腐敗過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的酸性和堿性有機(jī)污染物，并會(huì)將垃圾中的重金屬溶解出來(lái)，形成有機(jī)物、重金屬和病原微生物三位一體的污染源。任意堆放的垃圾或簡(jiǎn)易填埋的垃圾，其所含水分和淋入垃圾中的降水產(chǎn)生的滲淋液流入其周?chē)牡孛嫠w和滲入土壤，會(huì)造成地面水體和地下水體的污染7-9。穎芻莖蛺餑億頓裊賠瀧。污染土壤危害農(nóng)業(yè)生態(tài)垃圾中的重金屬污染元素，會(huì)直接破壞土壤結(jié)構(gòu)和水質(zhì)，從而破壞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。金屬在自然界中衰減緩慢，通過(guò)在作物、水生物或飲用水中積聚并通過(guò)食物鏈最終危害人體健康。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。1.2城市生活垃圾的處理技術(shù)目前，我國(guó)現(xiàn)有的城市生活垃圾主要處理方式有填埋、堆肥、焚燒、厭氧發(fā)酵。1.2.1填埋處理填埋又稱(chēng)土地填埋，即采用適當(dāng)?shù)姆椒?，把垃圾掩埋到土地中去使之不再污染大氣、水體、威脅人類(lèi)健康。填埋用于最終處置，已有多年歷史。以前是簡(jiǎn)單填埋，20世紀(jì)20年代起發(fā)展成科學(xué)填埋，分為衛(wèi)生填埋與安全填埋兩種。長(zhǎng)期以來(lái)，大部分城市垃圾都是采用露天堆放、填坑和填溝等自然方式處理。隨著城市化進(jìn)程的加速、城市管理者環(huán)保理念的增強(qiáng)，近年來(lái)，許多大中型城市根據(jù)本地區(qū)垃圾成分特點(diǎn)，在考慮了環(huán)保因素的前提下，相繼建成了一批具有較高環(huán)保水平的衛(wèi)生填埋場(chǎng)。此種方式目前仍為我國(guó)最主要的垃圾處理方式。填埋方式具有處理量大，過(guò)程簡(jiǎn)單且成本較低的優(yōu)點(diǎn)。雖然考慮到了一些制約因素，但缺點(diǎn)明顯，容易造成二次污染，對(duì)垃圾填埋場(chǎng)周?chē)諝庠斐蓢?yán)重污染。同時(shí)，垃圾滲濾液對(duì)地下水的影響嚴(yán)重。垃圾滲濾液具有三氮、總硬度、鹽類(lèi)濃度高的特點(diǎn)，工業(yè)垃圾還可能含有濃度高的有毒有害有機(jī)污染物，一旦滲漏進(jìn)入地下水，將會(huì)對(duì)地下水造成嚴(yán)重污染。銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼。1.2.2 堆肥處理垃圾堆肥，將垃圾在在一定人工控制條件下，通過(guò)生物化學(xué)作用，是垃圾中的有機(jī)成分分解轉(zhuǎn)化為比較穩(wěn)定的腐殖質(zhì)肥料的過(guò)程，其實(shí)質(zhì)是一種發(fā)酵過(guò)程。根據(jù)發(fā)酵過(guò)程中微生物對(duì)氧的需求關(guān)系，又可分為好氧與厭氧。厭氧堆肥是將垃圾與空氣隔絕的條件下堆積發(fā)酵，其機(jī)制與污水處理廠污泥厭氧消化過(guò)程相似。由于厭氧堆肥所需要時(shí)間較長(zhǎng)，一般需要10個(gè)月，且環(huán)境惡劣，僅適用于小規(guī)模農(nóng)家堆肥。好氧堆肥通過(guò)好氧微生物的作用使垃圾中有機(jī)物發(fā)生一系列分解反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單而穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的過(guò)程，并利用垃圾或土壤中存在微生物，在溫度、水分和氧氣等一定條件作用下，使垃圾中的有機(jī)物發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)而降解（消化）,形成一種類(lèi)似腐蝕質(zhì)土壤的物質(zhì)，可改良土壤肥度。近年來(lái)，我國(guó)垃圾堆肥發(fā)展較快。許多城市建立適合本地特色的機(jī)械化垃圾堆肥處理生產(chǎn)線（如北京南宮堆肥廠），還有相當(dāng)一部分的簡(jiǎn)易垃圾堆肥廠。堆肥能夠把垃圾再次利用，減少了資源的浪費(fèi)，但是過(guò)程較長(zhǎng)，且工藝復(fù)雜。擠貼綬電麥結(jié)鈺贖嘵類(lèi)。1.2.3 焚燒處理焚燒是一種城市垃圾的高溫?zé)崽幚矸椒?，即?001000的高溫下，使垃圾燃燒分解以達(dá)到穩(wěn)定化、減量化，同時(shí)回收垃圾中的熱能。焚燒法多用于熱值較高的垃圾。焚燒法的主要優(yōu)點(diǎn)有：占地面積少，處理周期短（幾個(gè)小時(shí)即可）；效果好，減量率可達(dá)到90%；殘?jiān)再|(zhì)穩(wěn)定；處理不受天氣影響；而且可以回收熱能；對(duì)熱值高的垃圾，不但不需要補(bǔ)充輔助燃料，還可輸出熱能以供發(fā)電10。其中主要缺點(diǎn)是：投資大、處理費(fèi)用高、對(duì)垃圾熱值有一定的要求（800kcal/kg）、焚燒廢氣對(duì)大氣有嚴(yán)重污染，在焚燒過(guò)程中所排煙氣中存在一種二惡英的有毒有害氣體，是能夠引發(fā)癌癥、皮膚病和生殖障礙的環(huán)境激素。為此，預(yù)防垃圾焚燒產(chǎn)生二次污染，加強(qiáng)排煙監(jiān)測(cè)和控制二惡英產(chǎn)生量等，仍是制約此項(xiàng)技術(shù)廣泛推廣應(yīng)用的重要因素。賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈。1.2.4技術(shù)比較表1.3 我國(guó)生活垃圾幾種處理技術(shù)的比較指標(biāo)衛(wèi)生填埋焚燒好氧堆肥投資（104/d）20-3040-6525-35經(jīng)濟(jì)規(guī)模100050-150投資風(fēng)險(xiǎn)低中等較高對(duì)垃圾的要求無(wú)要求熱值有機(jī)物含量高二次污染滲透液煙氣滲透液環(huán)境效益低較好中 我國(guó)城市生活垃圾的處理方式主要有填埋、焚燒和堆肥。2005年底統(tǒng)計(jì)的城市生活垃圾處理設(shè)施中85.2%為填埋，5.6%為焚燒，9.2%為堆肥。這3種方式都具有各自的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，也具有技術(shù)本身的弊端。衛(wèi)生填埋占地面積大，而且對(duì)于土壤、地下水和大氣都會(huì)造成現(xiàn)實(shí)的影響和潛在的危害；焚燒對(duì)于熱值低的廢物來(lái)說(shuō)是對(duì)資源的極大浪費(fèi)，而且在焚燒的過(guò)程中易產(chǎn)生煙塵及劇毒二惡英(dioxin)污染物而形成二次污染；好氧堆肥是一個(gè)耗能過(guò)程，需要輸入能量去曝氣，最后又產(chǎn)生溫室氣體CO211。由于目前立法對(duì)環(huán)境的要求越來(lái)越嚴(yán)格，加上城市垃圾實(shí)現(xiàn)了分類(lèi)收集，這些都為垃圾的處理提供了條件。在各種處理方法中，生物方法是處理分類(lèi)收集有機(jī)部分的一種較好方式，它能最大程度地循環(huán)再用和富集廢物中的有用成分。采用厭氧消化技術(shù)處理城市生活垃圾，不僅可以解決環(huán)境問(wèn)題，減少溫室效應(yīng)氣體的排放，還可以產(chǎn)生潔凈能源、有機(jī)肥料和土壤改良劑，能真正實(shí)現(xiàn)垃圾處理的“無(wú)害化、減量化和資源化”。塤礙籟饈決穩(wěn)賽釙冊(cè)庫(kù)。30計(jì)算機(jī)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用（論文） 城市生活垃圾的厭氧消化處理技術(shù) 2城市生活垃圾的厭氧消化處理技術(shù)2.1厭氧消化處理技術(shù)概況 厭氧消化處理廢棄物已有多年歷史，但工業(yè)化的大規(guī)模運(yùn)用從二十世紀(jì)初才開(kāi)始，由于運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，操作較復(fù)雜，運(yùn)用一直不多，直道70年代，由于能源危機(jī)，許多國(guó)家開(kāi)始尋找新能源，從而把目光轉(zhuǎn)向了可產(chǎn)生沼氣的厭氧消化技術(shù)。裊樣祕(mì)廬廂顫諺鍘羋藺。特別是近二十年的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在德國(guó)大約有520座厭氧消化處理反應(yīng)器。在歐美,固體廢物的厭氧消化在研究和實(shí)際應(yīng)用中都得到了很好的發(fā)展, 現(xiàn)在已經(jīng)是一項(xiàng)很成熟的技術(shù)。根DeBaere的資料，在過(guò)去的10年中,歐洲固體垃圾總的厭氧處理量由1990的1.22105t/a發(fā)展2000年的1107t/a以上，即歐洲的有機(jī)垃圾量已有四分之一是經(jīng)厭氧處理的。我國(guó)在厭氧消化處理生活垃圾的發(fā)展較晚，目前也興建了一些生活垃圾綜合處理廠，如采用濕式厭氧中溫消化工藝技術(shù)的上海綜合垃圾處理廠。倉(cāng)嫗盤(pán)紲囑瓏詁鍬齊驁。2.1.1厭氧消化處理原理厭氧消化是生活垃圾的厭氧發(fā)酵是指微生物在無(wú)氧條件下分解有機(jī)物產(chǎn)生沼氣的過(guò)程。復(fù)雜的有機(jī)物首先通過(guò)快速增值和對(duì)pH 敏感的酸化菌將其水解和發(fā)酵轉(zhuǎn)化為揮發(fā)酸。揮發(fā)酸通過(guò)乙酸菌氧化為乙酸鹽、分子氫和二氧化碳, 甲烷菌再將這些物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷. 一般厭氧消化可分為水解酸化階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段12。厭氧消化是一種普遍存在與自然界的生物學(xué)過(guò)程，是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。綻萬(wàn)璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。工業(yè)化的厭氧消化工藝是指人工的控制厭氧消化所需要的環(huán)境條件和營(yíng)養(yǎng)條件，使整個(gè)發(fā)酵過(guò)程快速、高效、穩(wěn)態(tài)的進(jìn)行。這可使自然厭氧發(fā)酵的時(shí)間降低幾十倍。厭氧消化是在厭氧環(huán)境下（氧化還原電位為負(fù)值）有機(jī)質(zhì)自然降解的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，有機(jī)物不斷被幾種微生物分解，最后將其中的碳以甲烷和二氧化碳的形式釋放出來(lái)。決定甲烷生成的環(huán)境條件主要有溫度（介質(zhì)溫度或熱度）、pH 值（7.0 左右）、厭氧條件（氧化還原電位）、C/N（氨密度平衡）、微生物營(yíng)養(yǎng)（如 Ni、Co、Mo）、有毒物質(zhì)和抑制劑的多少、有機(jī)負(fù)荷率、含水率、攪拌裝置、破碎程度等13。驍顧燁鶚巰瀆蕪領(lǐng)鱺賻。厭氧發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)過(guò)程，在自然界內(nèi)厭氧發(fā)酵過(guò)程也廣泛存在著。有機(jī)物在有水的地方，在無(wú)氧條件下，很容易發(fā)生厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生厭氧發(fā)酵的代表產(chǎn)物 甲烷和硫化氫。厭氧微生物，即能在無(wú)氧條件下分解有機(jī)物的微生物，在地球上的分布是十分廣泛，其中包括人和動(dòng)物的腸胃、植物的木質(zhì)組織、江河湖海的沉積物，另外在各種污泥、糞便、沼澤、生活垃圾和稻田土壤中，都有不同數(shù)量的厭氧微生物存在。項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的生活垃圾厭氧發(fā)酵工藝，是用人工的方法創(chuàng)造厭氧微生物所需要的營(yíng)養(yǎng)條件和環(huán)境條件，使設(shè)備內(nèi)積累高濃度的厭氧微生物，以加速發(fā)酵過(guò)程，使生活垃圾迅速轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳。人工厭氧發(fā)酵的速度大大超過(guò)自然界中自發(fā)的厭氧發(fā)酵過(guò)程。與傳統(tǒng)的衛(wèi)生填埋相比，厭氧消化過(guò)程由幾年縮短到15天左右；與好氧堆肥相比改變了占地大、處理時(shí)間長(zhǎng)、管理復(fù)雜和有氣味的問(wèn)題，厭氧消化處理具有可控制、易操作、降解快、生產(chǎn)過(guò)程封閉，產(chǎn)量可計(jì)量和再利用等特點(diǎn)。瑣釙濺曖惲錕縞馭篩涼。以下四個(gè)階段14組成了厭氧消化的總過(guò)程,這四個(gè)階段是依次連續(xù)發(fā)生的。水解階段這個(gè)階段的水解包括對(duì)蛋白質(zhì)、脂類(lèi)、碳水化合物的水解，是簡(jiǎn)單的溶解性單體或二聚體轉(zhuǎn)化為復(fù)雜的非溶解性的聚合物的階段大分子有機(jī)物是不能夠被細(xì)菌直接利用的，這是因?yàn)樗鼈兊姆肿淤|(zhì)量大，細(xì)胞膜對(duì)其有阻擋作用，因此，對(duì)于大分子有機(jī)物，或者是懸浮物廢液，水解比較慢，這個(gè)階段是厭氧降解的限速階段。除此之外，影響水解速度的原因還有不少。鎦詩(shī)涇艷損樓紲鯗餳類(lèi)。發(fā)酵階段這個(gè)階段包括了糖、氨基酸、高級(jí)脂肪酸以及醇類(lèi)的厭氧氧化。有機(jī)化合物既接受電子，又提供電子的生物降解過(guò)程就是發(fā)酵。在此過(guò)程中，之前水解時(shí)生成的小分子化合物，通過(guò)發(fā)酵菌細(xì)胞內(nèi)的作用,成為簡(jiǎn)單的末端有機(jī)物，并且被排出細(xì)胞，因此，發(fā)酵階段又叫做酸化階段。發(fā)酵階段會(huì)產(chǎn)生很多末端產(chǎn)物，比如二氧化碳、氫氣、揮發(fā)性脂肪酸等等。除此之外，發(fā)酵菌會(huì)生成很多剩余污泥，為廢物的厭氧提供資料，這個(gè)過(guò)程要依賴(lài)發(fā)酵菌結(jié)合部分物質(zhì)，合成細(xì)胞質(zhì)。櫛緶歐鋤棗鈕種鵑瑤錟。產(chǎn)乙酸階段在這個(gè)階段，會(huì)產(chǎn)生為氫氣、碳酸、乙酸以及新的細(xì)胞物質(zhì)。這些都是由之前的發(fā)酵階段的末端產(chǎn)物轉(zhuǎn)化而來(lái)的，而高級(jí)脂肪酸的生物降解是依照氧化原理而來(lái)的。在這個(gè)過(guò)程中在此階段,乙酸、二氧化碳和氫氣是由發(fā)酵階段末端產(chǎn)物轉(zhuǎn)化而來(lái)。轉(zhuǎn)化細(xì)菌是產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌，這種菌能夠把揮發(fā)性脂肪酸降解為氫氣和乙酸產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌可能是絕對(duì)厭氧菌，或者兼性厭氧菌在乙酸濃度較低，液體中的氫分壓也低的情況下，這個(gè)過(guò)程就能順利完成。轡燁棟剛殮攬瑤麗鬮應(yīng)。產(chǎn)甲烷階段這個(gè)階段主要包括了，乙酸轉(zhuǎn)化為甲烷、氫氣和二氧化碳反應(yīng)生成甲烷。在此階段,產(chǎn)甲烷細(xì)菌有兩條路徑,使乙酸、碳酸、氫氣、甲酸等轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸?。第一條路徑是有二氧化碳的時(shí)候,將二氧化碳和氫氣反應(yīng)生成甲烷，第二條路徑是用乙酸來(lái)產(chǎn)生甲烷，而一般情況下，只有三分之一的甲烷是來(lái)自于氫氣和二氧化碳的作用，剩下三分之二來(lái)自于乙酸的分解。峴揚(yáng)斕滾澗輻灄興渙藺。除了這四個(gè)階段的分類(lèi)以外，還有一些資料中，將整個(gè)厭氧消化過(guò)程分為三個(gè)階段，即水解和發(fā)酵階段，產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸（酸化階段）和產(chǎn)甲烷三個(gè)階段。詩(shī)叁撻訥燼憂毀厲鋨驁。2.1.2厭氧消化技術(shù)發(fā)展歷程厭氧消化處理廢棄物在國(guó)外已經(jīng)已經(jīng)有很長(zhǎng)的發(fā)展歷史，最早產(chǎn)生于19世紀(jì)80年代。在過(guò)去10-15年，歐盟利用生物能發(fā)電和產(chǎn)熱技術(shù)每年以2-9%的速度增長(zhǎng)。特別是1990-2000年期間，生物能生產(chǎn)的增加量是同時(shí)期8倍，相比于堆肥廠的裝機(jī)容量。厭氧處理量還不算大。厭氧消化處理生活垃圾作為新生能源，在發(fā)達(dá)國(guó)家得以重視。在國(guó)外，厭氧消化法處理城市垃圾的比例不斷增加。固體廢物的厭氧消化技術(shù)已發(fā)展到相當(dāng)成熟的地步，厭氧消化處理已經(jīng)被證實(shí)具有廣闊的發(fā)展前景。隨著從源頭分類(lèi)收集的垃圾逐漸增加，收集的有機(jī)垃圾量也越來(lái)越大。這部分有機(jī)垃圾非常適合于進(jìn)行厭氧消化處理。有機(jī)垃圾厭氧處理所占比例將快速增加，丹麥2000年厭氧處理廢棄物量達(dá)111萬(wàn)噸；美國(guó)擁有世界上最大的垃圾甲烷工廠，日產(chǎn)氣量達(dá)28.3萬(wàn)m3；波特蘭市的沼氣工廠每天處理2000t以上的垃圾。近10年來(lái)歐洲生活垃圾的厭氧處理量不斷增長(zhǎng)，而且增長(zhǎng)的幅度也不斷上升，近5年的增長(zhǎng)速度是前5年增長(zhǎng)速度的5倍。2000年歐洲的有機(jī)垃圾量有10.37萬(wàn)t，其中1/4是用厭氧方法處理的。歐洲處理能力在500t/a-3107t/a的厭氧消化工廠在世界上站的比例達(dá)到91%，其中德國(guó)占35%亞洲由于經(jīng)濟(jì)與科技的原因，其比例只占7%。近幾年來(lái)，混合生活垃圾的處理量也有了一個(gè)比較大的增長(zhǎng)。歐洲的有機(jī)垃圾量已有四分之一是經(jīng)厭氧處理的。其中德國(guó)、瑞士、丹麥等西歐國(guó)家處于厭氧消化技術(shù)領(lǐng)先地位，并已經(jīng)將此項(xiàng)技術(shù)成功地市場(chǎng)化。例如，在德國(guó)大約有520座厭氧消化反應(yīng)器，其中用于城市垃圾處理的大約有49座。則鯤愜韋瘓賈暉園棟瀧。厭氧消化技術(shù)最早應(yīng)用于高濃度有機(jī)廢水的處理中，在城市垃圾的處理所占的比例還小。自1920年英國(guó)農(nóng)學(xué)家Albert Howard15在印度發(fā)明了厭氧堆肥法以來(lái)經(jīng)過(guò)了不斷地技術(shù)革新。近年來(lái)，逐步形成了以濕式完全混合厭氧消化、厭氧干發(fā)酵、兩相厭氧消化等為主的工藝形式。目前，全世界每年大約有100萬(wàn)噸的有機(jī)廢物經(jīng)過(guò)厭氧消化處理，一方面產(chǎn)生物氣，另一方面實(shí)現(xiàn)了廢物的穩(wěn)定化。尤其在歐洲和美洲，固體廢物的厭氧消化在研究和實(shí)際的應(yīng)用中都得到了很好的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)是一項(xiàng)很成熟的技術(shù)。厭氧技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)將其應(yīng)用于實(shí)踐并得到不斷地發(fā)展。脹鏝彈奧秘孫戶(hù)孿釔賻。我國(guó)農(nóng)村和小城鎮(zhèn)厭氧發(fā)酵處理有機(jī)垃圾已有100多年的歷史。19世紀(jì)末廣東沿海就出現(xiàn)了適合農(nóng)村應(yīng)用的制取沼氣的簡(jiǎn)易發(fā)酵池。20世紀(jì)70年代末到80年代初，我國(guó)農(nóng)村沼氣建設(shè)在政府的關(guān)心和支持下，得到了空前發(fā)展，各種技術(shù)規(guī)范已相繼出臺(tái)。我國(guó)第一次沼氣推廣高潮發(fā)展形成了具有中國(guó)特色的農(nóng)村水壓式沼氣池16。在2001年我國(guó)已有家用沼氣池800多萬(wàn)個(gè)，大中型沼氣池1000多個(gè)17。鰓躋峽禱紉誦幫廢掃減。雖然厭氧消化技術(shù)在我國(guó)已有悠久歷史，但應(yīng)用于垃圾處理仍處于研究階段，厭氧處理在城市垃圾處理方面的應(yīng)用，除少量廢水處理廠的污泥進(jìn)行厭氧處理外，真正城市垃圾進(jìn)行厭氧消化處理的很少。稟虛嬪賑維嚌妝擴(kuò)踴糶。2.1.3厭氧消化處理的優(yōu)勢(shì)厭氧消化后產(chǎn)生的沼氣是清潔能源，實(shí)現(xiàn)能量的回收利用；固體物質(zhì)被消化以后產(chǎn)品中氮保存較多，可以得到高質(zhì)量的有機(jī)肥料和土壤改良劑在有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成甲烷的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了垃圾的減量化厭氧消化過(guò)程不需要氧氣，動(dòng)力消耗小，因而運(yùn)行成本較低；厭氧消化減少了溫室效應(yīng)氣體的排放量。由此可見(jiàn)，厭氧消化技術(shù)可有效實(shí)現(xiàn)垃圾處理的無(wú)害化，減量化和資源化。陽(yáng)簍埡鮭罷規(guī)嗚舊巋錟。 環(huán)保效益厭氧消化技術(shù)能夠最大限度的循環(huán)和再利用垃圾的成分, 在處理過(guò)程中避免了造成二次污染的有害有毒氣體和液體的排放, Kuler（1999年)等報(bào)道, 每噸城市固體有機(jī)垃圾用分選+厭氧消化+填埋方式處理比用分選+堆肥+填埋的方式處理產(chǎn)生的二氧化碳的量要少0.2t。利用厭氧消化工藝可以有效改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，減少溫室氣體的排放，有效控制大氣污染源。因此，此運(yùn)用厭氧消化技術(shù)處理城市生活垃圾可以獲得較好的環(huán)保效益。溈氣嘮戇萇鑿鑿櫧諤應(yīng)。 經(jīng)濟(jì)效益厭氧消化技術(shù)處理生活垃圾對(duì)垃圾中的有用物質(zhì)及能量加以回收和利用, 使其無(wú)用部分達(dá)到無(wú)害化、減量化, 真正做到了物盡其用。以我國(guó)2000年的垃圾量來(lái)估算,大約可以獲得25億m3左右的沼氣, 其經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。另外, 城市生活垃圾進(jìn)行厭氧消化處理的殘留物無(wú)論是作肥料還是作飼料都可取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。鋇嵐縣緱虜榮產(chǎn)濤團(tuán)藺。2.2厭氧消化處理工藝流程2.2.1厭氧消化處理工藝的類(lèi)型厭氧反應(yīng)器一般由：密閉反應(yīng)器、攪拌系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和固液氣三相分離系統(tǒng)。厭氧消化的主要工藝按照厭氧反應(yīng)器的操作條件如進(jìn)料的固含率、運(yùn)行溫度進(jìn)料方式、反應(yīng)級(jí)數(shù)等分為以下幾類(lèi)18，19懨俠劑鈍觸樂(lè)鷴燼觶騮。按運(yùn)行溫度分類(lèi)按運(yùn)行溫度分為：常溫消化、中溫消化（35左右）和高溫消化（54左右）。按照固含率可分為濕式、干式 厭氧消化工藝根據(jù)廢物中有機(jī)固體濃度大小可以分為干式厭氧消化工藝和濕式厭氧消化工藝。濕式：垃圾固含率10%15。 干式：垃圾固含率20%40%。 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(wèn)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(guò)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(guò)濾、粉碎、篩分等復(fù)雜的處理單元。這些預(yù)處理過(guò)程會(huì)導(dǎo)致15%25%的揮發(fā)性固體損失。 并且濕式厭氧工藝中有機(jī)固體廢物通常要用水稀釋到進(jìn)料中TS低于15%20。漿狀垃圾并不能保持均勻的連續(xù)性，因?yàn)樵谙^(guò)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(guò)特殊設(shè)計(jì)的水力旋流分離器或者粉碎機(jī)去除。謾飽兗爭(zhēng)詣繚鮐癩別瀘。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(guó)、德國(guó)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%。Kompogas工藝的工作方式相似，只是采用水平式圓柱形反應(yīng)器，內(nèi)部通過(guò)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的槳板使垃圾均質(zhì)化，系統(tǒng)需要將垃圾固含率調(diào)到大約23%。而Valorga工藝顯著不同，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(guò)底部高壓生物氣的射流而實(shí)現(xiàn)的。Valorg工藝優(yōu)點(diǎn)是不需要用消化后的垃圾來(lái)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。Valorga工藝產(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。咼鉉們歟謙鴣餃競(jìng)蕩賺。表2.1、2.1是濕式、干式發(fā)酵系統(tǒng)各自的優(yōu)缺點(diǎn)。表2.1 濕式發(fā)酵系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)項(xiàng)目?jī)?yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)技術(shù)有已知的技術(shù)而來(lái)短流、有沉降和浮渣層、預(yù)處理復(fù)雜生物反應(yīng)反應(yīng)用新鮮水稀釋對(duì)沖擊負(fù)荷敏感、揮發(fā)性有機(jī)物與惰性物質(zhì)、塑料易損失經(jīng)濟(jì)與環(huán)境處理設(shè)施便宜（因?yàn)槔?jīng)過(guò)了預(yù)處理）水得消耗大、加熱量表2.2 干式發(fā)酵系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)項(xiàng)目?jī)?yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)技術(shù)反應(yīng)器內(nèi)部沒(méi)有移動(dòng)部分、系統(tǒng)穩(wěn)定、不會(huì)短流濕垃圾（ts20%不能單獨(dú)處理）生物反應(yīng)預(yù)處理中揮發(fā)性有機(jī)物損失較少、有機(jī)物負(fù)荷高、抗沖擊負(fù)荷很少用新鮮水經(jīng)濟(jì)與環(huán)境預(yù)處理便宜、反應(yīng)器小，安全衛(wèi)生、用水量小、加熱量小處理設(shè)備造價(jià)高根據(jù)1999年DeBaere的調(diào)查，20世紀(jì)80年代后建立的消化工藝過(guò)程多是干式發(fā)酵工藝。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。厭氧消化可以分為 單相厭氧消化工藝和兩相厭氧消化工藝。單相厭氧消化工藝是指消化過(guò)程在一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，多種菌群在同一環(huán)境中生存。兩相厭氧消化工藝過(guò)程的酸性發(fā)酵分別在兩個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)器中進(jìn)行，為產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌提供了各宗良好的生存環(huán)境，能夠降低在有機(jī)負(fù)荷過(guò)高的情況下?lián)]發(fā)有機(jī)酸積累對(duì)于后續(xù)加完產(chǎn)氣的抑制，降低反應(yīng)器中不穩(wěn)定因素的影響，提高反應(yīng)器的負(fù)荷和產(chǎn)氣的效率21?，撝C齷蘄賞組靄縐嚴(yán)減。在兩相厭氧消化工藝中，可以根據(jù)實(shí)際需要在產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相應(yīng)用高效的厭氧反應(yīng)器如UASB。但事實(shí)上，在實(shí)際的市場(chǎng)運(yùn)作中，兩相消化并沒(méi)有表現(xiàn)出優(yōu)越性，在歐洲固體垃圾厭氧消化中，兩相消化多占的比重比單項(xiàng)消化要小得多，普遍認(rèn)為，從運(yùn)行的穩(wěn)定性考慮，兩相厭氧生物處理工藝適合處理已酸化的可溶性有機(jī)廢水。Hobson認(rèn)為如果發(fā)酵的第一步是聚合物的水解如垃圾的水解，則兩項(xiàng)工藝不可行，因?yàn)閺?fù)雜有機(jī)物的發(fā)酵需要很長(zhǎng)時(shí)間，限速步驟往往是產(chǎn)酸階段。另外，兩相消化系統(tǒng) 需要更多的投資，以及運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)也更為復(fù)雜。目前，工業(yè)上一般用單相厭氧消化系統(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)具有與兩相厭氧消化系統(tǒng)相同的效能。麩肅鵬鏇轎騍鐐縛縟糶。按照進(jìn)料方式分為序批式、連續(xù)式。 序批式是消化罐進(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。 納疇鰻吶鄖禎銣膩鰲錟。不同類(lèi)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，其中兩相消化占10.6% 。風(fēng)攆鮪貓鐵頻鈣薊糾廟。2.2.2厭氧消化過(guò)程的影響因素預(yù)處理在城市生活垃圾的厭氧消化過(guò)程中, 發(fā)酵底物的理化性質(zhì)對(duì)發(fā)酵效率、發(fā)酵間、產(chǎn)氣質(zhì)量等有很大的影響。現(xiàn)有的預(yù)處理方法可分為物理預(yù)處理法、化學(xué)預(yù)處理法和生物預(yù)處理法。其中物理和化學(xué)預(yù)處理的應(yīng)用較為廣泛。物理預(yù)處理包括切碎、研磨、沖擊碰撞和蒸汽爆破等方法, 幾乎存在于所有厭氧消化工藝的預(yù)處理階段。化學(xué)預(yù)處理普遍運(yùn)用于難降解固體有機(jī)物的處理中, 針對(duì)不同的固體有機(jī)物, 通常采用酸、堿、碳酸氫鹽等浸泡的方式進(jìn)行處理, 熱處理和臭氧處理對(duì)厭氧消化過(guò)程具有顯著的優(yōu)化作用。滅噯駭諗鋅獵輛覯餿藹。PH值PH對(duì)厭氧消化的影響較大，尤其是在啟動(dòng)階段(酸化階段)，合適的pH有利于產(chǎn)甲烷微生物的生長(zhǎng)代謝，并建立產(chǎn)酸與產(chǎn)甲烷微生物群落之間的平衡。厭氧發(fā)酵微生物的正常生長(zhǎng)、代謝適宜pH值為6.5 以上都會(huì)對(duì)產(chǎn)氣產(chǎn)生抑制作用。如果厭氧環(huán)境中pH值發(fā)生變化，將會(huì)改變細(xì)胞膜電荷，影響微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，在代謝過(guò)程中酶的活性降低；以及有害物質(zhì)的毒性改變對(duì)pH值、微生物都有一個(gè)適應(yīng)范圍。一般而言,相比對(duì)溫度變化的適應(yīng)性,微生物對(duì)pH值變化的適應(yīng)性要差一些,特別是產(chǎn)甲烷菌對(duì)pH值的變化比較敏感產(chǎn)甲烷菌的適宜范圍是6.8到7.2之間。一般情況下，6.5到7.8是反應(yīng)器的基本pH范圍，如果超出這個(gè)范圍，產(chǎn)甲烷菌就會(huì)受到抑制作用，而產(chǎn)酸菌對(duì)環(huán)境PH值的適應(yīng)性就比較強(qiáng)，一些產(chǎn)酸菌在5.5到8.5內(nèi)，有的甚至在pH值5.0以下環(huán)境中。鐒鸝餉飾鐔閌貲諢癱騮。溫度溫度是影響厭氧消化工藝的重要參數(shù)，對(duì)消化程度、啟動(dòng)時(shí)間、產(chǎn)沼氣中甲烷體積分?jǐn)?shù)等均有重要影響。厭氧發(fā)酵中產(chǎn)甲烷菌最佳生長(zhǎng)溫度為中溫(30-35)和高溫(50-65)。國(guó)內(nèi)外也有許多研究探討溫度對(duì)發(fā)酵效率、產(chǎn)期質(zhì)量的影響。在高溫條件下, 微生物比生長(zhǎng)速率和有機(jī)質(zhì)降解速率都較高，能縮短發(fā)酵物的停留時(shí)間，提高生物氣產(chǎn)率和病原微生物去除率，提高了沼肥質(zhì)量和使用安全性。從工藝角度看，高溫條件下需要消耗較多能量，管理復(fù)雜。溫度的選擇需要根據(jù)原料特性、當(dāng)?shù)貧鉁?、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用、管理費(fèi)用等綜合研究決定。攙閿頻嶸陣澇諗譴隴瀘。垃圾的組分和粒度Saint-Joly等通過(guò)許多大型垃圾處理廠的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)證明了有機(jī)廢物的組分強(qiáng)烈地影響著厭氧消化過(guò)程的性能。Palmowski等研究了有機(jī)廢物粒度的減少對(duì)厭氧消化過(guò)程的影響：顆粒粒度減小能引起比表面積增大。一方面可以提高纖維素的可生化性，加大產(chǎn)氣量，使垃圾的減量化程度提高；另一方面可以減少有機(jī)廢物消化的時(shí)間。Kim等研究了廚房垃圾的顆粒粒度對(duì)基質(zhì)利用率的影響，研究結(jié)果表明：當(dāng)廚房垃圾顆粒尺寸由1.02mm增加到2.14mm的時(shí)候，基質(zhì)的最大利用率由0.0033h- 1降到了0.0015h-1。這證明了顆粒粒度在廚房垃圾的厭氧消化過(guò)程中是一個(gè)重要的影響因素。趕輾雛紈顆鋝討躍滿賺。接種物厭氧消化過(guò)程是由多種相互依存的細(xì)菌來(lái)完成的復(fù)雜基質(zhì)混合物最終轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳的過(guò)程。有機(jī)垃圾厭氧消化涉及液化、酸化和產(chǎn)氣等一系列的生化反應(yīng)，由多菌群、多層次的發(fā)酵過(guò)程構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)22。厭氧消化處理中菌種的多少和質(zhì)量的好壞直接影響沼氣的產(chǎn)生。當(dāng)接種物適量且適當(dāng)時(shí), 可以縮短發(fā)酵時(shí)間, 防止酸積累。垃圾發(fā)酵對(duì)接種物(活性污泥)要求的相關(guān)研究并不多，垃圾本身的成分極為復(fù)雜，含有對(duì)微生物有不同程度毒害作用的物質(zhì)。一些學(xué)者研究了不同來(lái)源的接種物對(duì)垃圾發(fā)酵產(chǎn)沼氣的影響, 分別取河底、垃圾填埋場(chǎng)、沼氣池的活性污泥，從生活垃圾的總固體和揮發(fā)性固體的降解率、池容產(chǎn)氣量、沼氣產(chǎn)氣潛力4項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行比較，結(jié)果表明：垃圾填埋場(chǎng)污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣具有產(chǎn)氣快、產(chǎn)氣潛力較大、甲烷含量較高的優(yōu)點(diǎn)，是理想的城市生活垃圾厭氧消化接種物。夾覡閭輇駁檔驀遷錟減。攪拌攪拌是沼氣發(fā)酵工藝中的重要操作單元，對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行攪拌，可使反應(yīng)器內(nèi)溫度均勻，使微生物與發(fā)酵原料充分接觸，加快厭氧消化速度，提高產(chǎn)氣量。攪拌裝置是整個(gè)沼氣發(fā)酵工藝中高能耗裝置。攪拌工藝設(shè)計(jì)恰當(dāng)與否，不僅關(guān)系到實(shí)際發(fā)酵效果，而且會(huì)影響整體工藝的經(jīng)濟(jì)性。視絀鏝鴯鱭鐘腦鈞欖糲。2.2.3典型工藝及流程濕式連續(xù)單級(jí)發(fā)醉系統(tǒng) JVVOY工藝德國(guó)Bottrop處理廠 Ecotech公司在德國(guó)柏林建造了處理量30 000t/a的有機(jī)垃圾處理廠。工藝流程圖2.1。氣運(yùn)行過(guò)程包括分類(lèi)收集的垃圾經(jīng)過(guò)預(yù)粉碎階段和磁選后，進(jìn)人滾筒篩篩分，分選出有機(jī)垃圾與可燃垃圾?？扇祭M(jìn)入流化床焚燒爐，剩余的有機(jī)垃圾進(jìn)入垃圾池，再加水調(diào)節(jié)固含率至15%。分離出惰性雜質(zhì)后，通過(guò)泵將垃圾輸送到厭氧消化器。偽澀錕攢鴛擋緬鐒鈞錠。圖2.1 濕式連續(xù)多級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)包含兩個(gè)平行生產(chǎn)線。厭氧消化溫度為35，固體停留時(shí)間15-20d。（此工藝也可以在55進(jìn)行高溫消化）。單個(gè)消化器容積可達(dá)5000m3。反應(yīng)物質(zhì)通過(guò)生物氣混和攪拌。有機(jī)物質(zhì)經(jīng)發(fā)醉后，再進(jìn)行巴斯德消毒（70，30min )就得到了標(biāo)準(zhǔn)的肥料23。緦徑銚膾齲轎級(jí)鏜撟廟。濕式連續(xù)多級(jí)發(fā)醉系統(tǒng) 在濕式連續(xù)多級(jí)厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中，分類(lèi)收集的垃圾運(yùn)到工廠后被倒入垃圾池中，再開(kāi)包后送到粉碎蹦打成漿狀物，且去除塑料與惰性物質(zhì)，可生化降解漿狀物在70下預(yù)處理1h消毒，并加入NaOH以提高下一階段的降解率。物料被分成輕液體和泥漿，液體被泵打入生物反應(yīng)器，而泥漿則進(jìn)入水解池轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸，經(jīng)水解后的液體部分被泵打入生物反應(yīng)器24，工廠裝有熱交換器，這樣從消化器中出來(lái)的熱產(chǎn)物能用于加熱預(yù)處理階段的物料。通常，生物反應(yīng)器排出的物料，在國(guó)外液體作為液體肥料直接出售，固體則通過(guò)一系列的制肥工藝，用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥。騅憑鈳銘僥張礫陣軫藹。多級(jí)工藝原理：有機(jī)垃圾分別在不同的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行酸化水解、產(chǎn)甲烷。首先將垃圾通過(guò)固液分離機(jī)分為固體和液體，液體部分直接進(jìn)人產(chǎn)甲烷階段反應(yīng)器進(jìn)行消化12d；固體部分進(jìn)人水解池，24d以后垃圾再經(jīng)過(guò)分離，再使液體進(jìn)入產(chǎn)甲烷階段反應(yīng)器。經(jīng)過(guò)消化，大約60%-70%的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物氣。癘騏鏨農(nóng)剎貯獄顥幗騮。圖2.2 濕式連續(xù)多級(jí)厭氧發(fā)酵系統(tǒng)干式單級(jí)發(fā)醉系統(tǒng) 1)Dranco工藝比利時(shí)Brecht處理廠 Dranco (Dry Anaerobic Composting）工藝是比利時(shí)有機(jī)垃圾系統(tǒng)公司（Organic Waste Systems）開(kāi)發(fā)的，是一項(xiàng)成熟工藝。工藝的主要單元是單級(jí)高溫反應(yīng)器，負(fù)荷l0kgCOD/ (m3d)，溫度50- 58，停留時(shí)間為20d(1530d)，生物氣產(chǎn)量100- 200m3/t垃圾，發(fā)電量170350kwh/t垃圾。進(jìn)料的固體濃度在15%40%范圍內(nèi)。有機(jī)垃圾系統(tǒng)公司已開(kāi)發(fā)出Dranco - Sep工藝，可在固含率5%20%范圍內(nèi)操作。 鏃鋝過(guò)潤(rùn)啟婭澗駱讕瀘。歐洲現(xiàn)在至少有4座Dranco工藝大型垃圾處理廠，處理能力為11 000t/a到35 000t/a。在比利時(shí)北部Brecht的處理廠采用的就是本工藝，處理能力12 000t/a。有機(jī)垃圾先經(jīng)過(guò)手工分選、切碎，篩分以去除大顆粒，用磁選分離金屬物質(zhì)，加水混和，接著送入808m3的消化器中。消化器的新鮮物料投配率為5%。消化液經(jīng)過(guò)好氧塘處理之后，排放到當(dāng)?shù)匚鬯幚韽S。消化后的垃圾利用脫水機(jī)脫水至固含率55%，而經(jīng)過(guò)好氧穩(wěn)定兩周，即可得到衛(wèi)生、穩(wěn)定化的肥料。 榿貳軻謄壟該檻鯔塏賽。圖2.3 有機(jī)垃圾處理系統(tǒng)Dranco工藝2)瑞士Kompogas工藝 本工藝是干式、高溫厭氧消化技術(shù)，由瑞士Kom-pogas AG公司開(kāi)發(fā)，處于發(fā)展階段。目前，在瑞士、日本等國(guó)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)。邁蔦賺陘賓唄擷鷦訟湊。有機(jī)垃圾首先經(jīng)過(guò)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%（of DS)。粒徑40mm，pH4.57，凱氏氮18。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，脫出的水用于加濕進(jìn)料或作為液態(tài)肥料。產(chǎn)生的生物氣效益：10000噸有機(jī)垃圾可產(chǎn)生118萬(wàn)Nm3 KOMPO-GAS氣體，其中蘊(yùn)含的總能量為684萬(wàn)kwh，相當(dāng)于71萬(wàn)升柴油，可供車(chē)輛行駛1000萬(wàn)km。 嶁硤貪塒廩袞憫倉(cāng)華糲。3)法國(guó)Valorga工藝 本工藝是由法國(guó)Steinmueller Valorga Sarl公司開(kāi)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14-28d，產(chǎn)氣量80-180Nm3/t。消化后的固體穩(wěn)定化需要進(jìn)行14d的好氧堆肥。 該櫟諼碼戇沖巋鳧薩錠。目前已建成的處理廠有：法國(guó)Amiens處理廠（處理能力：85 000t/a）；德國(guó)Engelskirchen處理廠（處理能力：35 000t/a)、Freiberg處理廠（處理能力：36，000t/a）；比利時(shí)Mons處理廠（處理能力：58 700t/a)；瑞士Geneva處理廠（處理能力：10 000t/a)；西班牙CadiZ處理廠（處理能力：210 000t/a)等。 劇妝諢貰攖蘋(píng)塒呂侖廟。綜上所述，厭氧消化技術(shù)在世界各地廣泛應(yīng)用，大部分處理城市生活有機(jī)垃圾的廠處理量在2500t/a以上。但目前在我國(guó)很少采用這樣技術(shù)的大型處理廠，可能是因?yàn)閰捬跸耐顿Y成本比好氧堆肥要高，一般多1.21.5倍。但考慮到有機(jī)垃圾厭氧消化處理的良好經(jīng)濟(jì)效益（生物氣用來(lái)發(fā)電或供熱以及優(yōu)質(zhì)衛(wèi)生的肥料），每噸垃圾的處理費(fèi)用與傳統(tǒng)的好氧堆肥相當(dāng)。并且厭氧消化具有良好的環(huán)境效益：與好氧堆肥相比占地少，大大減少了溫室氣體(CO2、CH4）、臭氣的排放等。從生命周期觀點(diǎn)看，厭氧消化比其他的處理方式更經(jīng)濟(jì)。因此，在我國(guó)厭氧消化工藝是一項(xiàng)具有很有前景的有機(jī)垃圾處理技術(shù)。臠龍訛驄椏業(yè)變墊羅蘄。計(jì)算機(jī)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用（論文） 厭氧消化處理城市垃圾實(shí)例分析 3.厭氧消化處理城市垃圾的應(yīng)用趨勢(shì)3.1城市生活垃圾厭氧消化技術(shù)潛力分析3.1.1垃圾成分的變化生活垃圾組成也發(fā)生著較大的變化，主要表現(xiàn)有機(jī)物含量增加、無(wú)機(jī)組分下降、可回收物含量增加、垃圾熱值增加等，2008年廚余垃圾已達(dá)到66.2%，灰土含量由1989年的52.2%下降到2008年的3.5%，垃圾中可回收物由1989年的14.2%上升到2008年的26.6%。其中塑料廢物的含量變化最大，1989年垃圾中的塑料廢物為1.88%，2008 年上升為13.1%。塑料廢物主要成分是商品包裝物。由表3.225可知2008年垃圾低位熱值已達(dá)到5083kJ/kg。鰻順褸悅漚縫囅屜鴨騫。表3.1 北京市垃圾成分變化年份200820062005200420021989紙張/%10.90 11.10 9.75 7.55 4.56 6.04 塑料/%13.10 12.70 11.76 11.26 7.30