8.4 厌氧消化工艺（二）在线视频

大家好 今天我们学习

厌氧消化工艺第二部分

前面我们讲了厌氧消化工艺

按温度

按含固率

以及进料方式来进行分类

如果按照消化段数来进行分类

厌氧消化

可以根据微生物相 分为

水解酸化相和甲烷化相

也可以根据物质的相态分为固相和液相

可以根据温度分为中温和高温

这样的方式来进行分段

最常用的还是根据微生物相来进行分段

以分别优化各段反应器的运行参数

使水解酸化微生物和产甲烷微生物

在各自最适宜的生境下来进行

高效降解有机物

一般来说分为

一阶段系统厌氧消化

和两阶段系统厌氧消化

在一阶段系统当中

所有的反应在一个反应器中完成

相对于两阶段

多段式以及批式处理系统而言

一阶段系统设计较为简单

投资比较小

对于大多数的有机垃圾来讲

如果反应器设计得比较好

严格地控制操作条件

一阶段系统的运行稳定性

并不逊色于两阶段系统

欧洲大约90%的处理厂

它是采用一阶段的系统

对城市固体废物当中

可生化降解的垃圾

来进行厌氧消化的处理

我们先来看一阶段系统消化反应器

一阶段系统消化反应器

又分为湿式和干式两类

也就是一阶段完全混合湿式处理系统和

一阶段干式系统

这是一个典型的一阶段

完全混合湿式处理系统

它的技术特点是 垃圾加水搅拌以后

形成含固率小于15%的浆状物质

具备了均一性

可以采用传统的湿式完全混合技术

在制浆池和反应器当中

各有一个带桨叶的搅拌器

用来帮助剪切和溶解 并混合垃圾

通过回流水和外加水

使含固率维持在10~15%

物料在反应器中消化时

可以采用多种方式进行混合

一般的圆柱体反应器是

通过其内部的中心传动轴来带动桨叶

做缓慢地绕轴心旋转运动来进行搅拌

但是在封闭的反应器当中

来安装动力设备

是比较困难的

所以有些设计采用从反应器的底部

引入回流的沼气等方式

或者是采用机械搅拌

与沼气回流相结合的方式

所以常用的混合方式包括三种

就是机械搅拌

沼气回流

以及机械搅拌与沼气回流

相结合的方式

对于一阶段完全混合湿式处理系统

它还需要解决许多细节的问题

比如说

一阶段完全混合湿式处理工艺

它设计比较简单

但是要达到比较满意的处理效果

必须要进行繁琐的前处理

比如为了将垃圾变成浆液

并除去比较粗大的杂物

既需要除去杂质

又要留下厨余

需要进行筛选

分离

压实

破碎

浮选等等操作

这些预处理步骤就会导致

15-25%的易降解垃圾的流失

再一个

在消化过程当中

部分杂质沉淀以及浮渣层的产生

按照不同的密度逐渐分成三层

部分杂质沉积在底部

可能会损坏反应器

浮渣层有几米厚

可能会影响到混合的效果

所以应设法定期地排出沉淀物和浮渣

再一个

就是容易发生短路

也就是反应器当中有些物料停留的时间

会小于整个物料流平均的停留时间

不仅减少了甲烷的产生量

还会影响对垃圾的消毒

我们可以在反应器当中建一个预留室

物料先在预留室停留几天

但是这种方式会影响进料接种

需要将反应器当中微生物回流到预留室

来加快消化的进程

同时需要提前进行高温消毒

将蒸汽通入搅拌池

浆状物料在70摄氏度停留1小时

再一个我们来看一下一阶段干式系统

湿式系统在由实验研究

转入实际应用的过程当中

人们的研究进一步表明

垃圾不加水稀释

也可以进行消化处理

而且产气量和产气率和湿式处理相当

直到20世纪80年代

多数的处理厂都还是采用湿式工艺

但是在20世纪90年代的10年当中

新建的处理厂中

既有干式系统

也有湿式系统

一阶段干式系统的技术特点是

反应器当中垃圾含固率20-40%

高固体这一特性使得对垃圾的处理

以及预处理与湿式处理系统截然不同

一 由于物料是高黏度的

要用有特殊传送带

螺旋桨叶的强力泵

来进行输送

第二是预处理比较简单

只需要去除直径大于40mm的粗颗粒杂质

可以通过剪切或者是旋转筛

来达到预处理的目的

另外 需要处理的垃圾含水率比较低

粘度比较高

在反应器当中

以柱塞流的形式来进行运动

而湿式处理系统是完全混合式

这种形式的物流运动

不需要另外配置机械设施

技术方面要简单得多

但是需要进料和接种物

进行充分的混合

以防止反应器局部有机负荷超高

以及消化物质的酸化

经过生产实践证明

至少有三种设计方案

能够保证固体废物的充分混合

一个是Dranco工艺

再一个是Kompogas 工艺

以及Valoga工艺

我们先来看Dranco工艺

一部分消化以后的有机物

从反应器的底部出来以后

再回流至反应器的顶部

与新加入的垃圾进行掺杂

起到混合的作用

对于含固率20-50%的垃圾很有效

Kompogas工艺的工作原理和它相似

只不过圆柱形反应器是水平放置的

通过反应器内叶轮的缓慢的旋转

来推动水平柱塞流前进

同时叶轮也起到搅拌

协助排气

将密度大的垃圾翻卷上来的作用

但是这个系统要求反应器当中

垃圾的含固率维持在23%

如果含固率太低

沙子玻璃等重物

易于在反应器中沉积

如果含固率太高

物流运动将会受阻

再一个是Valoga工艺

Valoga工艺与上面两种工艺差别比较大

它主要是采用气动混合的方式

产生的生物气每隔15分钟就通过管网

从反应器的底部以高压注入

从而起到搅拌混合垃圾的作用

降解后的垃圾不需要回流

来稀释进入反应器的垃圾

不过它的缺点是进气口容易被堵塞

与Kompogas 工艺一样

Valoga工艺也需要加水使物料的含固率

维持在30%左右

当含固率低于20%时

较重的颗粒容易在反应器底部沉积

因此该工艺不适合处理

含水量比较大的垃圾

再一个 我们来看一下

两阶段厌氧消化系统

两阶段厌氧消化系统

是把厌氧发酵的产酸阶段和产甲烷阶段

分别放在两个装置内进行

为产酸菌和产甲烷菌

提供各自最适宜的生存环境

能够降低在有机负荷过高的情况下

挥发有机酸积累对后续甲烷产气的抑制

降低反应器中不稳定因素的影响

提高反应器的负荷和产气的效率

在各段反应器当中

可以采取不同的操作策略

比如说在水解反应器当中

可以采取固相

微量曝气

超高温等操作方式

来提高木质纤维素等

难降解物质的水解效率

在产甲烷反应器当中

可以采取液相

高温

延长停留时间

添加填料

采用高效厌氧反应器的操作方式

以确保甲烷化效率

而且进料性质的波动

比如说有机负荷

抑制剂

氧气等的影响

可以在第一段反应器当中得到缓冲

以避免对第二段反应器造成剧烈的影响

两阶段系统比一阶段系统技术要复杂

但是它不一定能提高反应速率和甲烷产率

在实际的工业应用当中

由于一阶段系统相对比较简单

较两阶段系统更受青睐

实际投入运营的两阶段系统

大约占整个处理量的10%左右

固体废物由于含固率比较高

厌氧降解时很难将

固体废物与微生物进行分离

导致固体废物在厌氧反应器内的停留时间

与微生物的停留时间等同

当固体废物出料的时候

容易导致微生物的流失

不易在反应器内聚集高浓度的微生物

由于微生物停留时间

是决定厌氧消化系统生物稳定性的

一个重要参数

所以下面我们主要是分析

第二阶段采用有微生物滞留措施

和没有微生物滞留措施两种工艺的差异

我们先来看

无微生物滞留措施的两阶段处理工艺

它是将两个反应器串联起来

比较著名的有

Schwartin-Uhde工艺采用的

湿-湿串联系统

和BRV工艺采用的

干-干串联系统

Schwartin-Uhde工艺的

湿-湿串联系统

它是将源头分类的有机垃圾破碎

并稀释到含固率12%左右

通过反应器当中一系列的穿孔板

形成上升的物流

物流的运动是在泵的抽吸作用下产生的

并通过泵的作用形成周期性的脉动

确保物料局部混合均匀

这种脉动还使产生的沼气能够通过穿孔板

在高温条件下

这种特殊的设计使得无需内置动力设备

就能够保证充分的混合

确保完全灭菌

且不会产生浮渣层

但是穿孔板比较容易堵塞

Schwartin-Uhde工艺

只能处理含杂质比较少

降解性能比较好的有机垃圾

在干-干串联的BRV工艺当中

将源头分类的有机垃圾

调整至含固率34%左右

经过好氧升流反应以后

有机质部分水解

经过两天的预消化以后

物流以水平柱塞流的形式

进入产甲烷反应器

在TS含量22%

温度55摄氏度的条件下

连续消化25天

由于处理对象含水量比较低

所以减小了反应器的尺寸

由于物料水平运动

需要配备刮除沉淀的装置

还需要在反应器当中安装搅拌器

以避免产生浮渣层

再一个

我们来看一下有微生物

滞留的两阶段处理工艺

为了提高有机负荷率

增强对冲击负荷和抑制剂的抵抗力

我们可以在第二阶段

增加产甲烷菌的体积分布密度

目前我们常见的方法有两种

一是将水力停留时间

和固体停留时间分开

从而增加产甲烷反应器当中的固体含量

另一个方法

是在产甲烷阶段的反应器当中

设置能够实现接触生长

提高细胞浓度和延长污泥龄的载体

方法一又分为两种

一种是在接触反应器当中加设澄清池

污泥回流

另一种是采用膜过滤第二阶段的出流

并回流浓缩液以滞留消化细菌

后者需要将一部分生物气逆着物流的方向

高速回流反冲以避免滤膜堵塞

过量的微生物可以通过

一根单独的管道引出

这两种方法目前

仅处于小规模的试验阶段

进一步的应用还面临着技术上的挑战

有微生物滞留的两阶段处理工艺

方法二是在产甲烷阶段的反应器中

设置能够实现接触生长

提高细胞浓度和延长污泥龄的载体

但是这种方法的先决条件

是进入接触生长反应器的物料

几乎不受悬浮颗粒的干扰

也就是说应当先去除水解阶段的悬浮颗粒

BTA工艺和生物渗滤工艺

就是基于这些原理而来的

这是一个第二阶段有微生物滞留的

两阶段湿-湿处理工艺

在BTA工艺当中

含固率10%的浆液经过高温消毒以后脱水

其中液体直接进入产甲烷反应器

泥饼用水溶解以后

在完全混合式反应器当中

中温水解

产甲烷反应器里的水回流到水解反应器

维持pH值在6-7之间

从水解反应器出来的物料再次脱水

分离出来的水又进入产甲烷反应器

产甲烷反应器只接纳液体

是一个圆柱状的固定膜反应器

这种设计可以增加消化细菌的浓度

并延长泥龄

再一个我们看一下生物渗滤工艺

生物渗滤工艺与BTA工艺原理相同

只是它的第一阶段是

好氧条件下的干式反应

而且有回流液体不断渗透到物料当中

以促进液化反应的进行

渗出液以柱塞流的形式

经过装有载体介质的厌氧式过滤器

第一阶段的好氧反应

与第二阶段的生物膜接触生长

在各自最适宜的条件下进行

两阶段系统当中

接触式生长使微生物浓度增加

增强了对化学抑制剂的抵抗力

到此为止

按照温度

含固率

进料方式和消化段数

进行分类的厌氧消化工艺都介绍完了

这节课就到这里

谢谢大家