生活垃圾預(yù)處理后厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的研究

引言

厭氧發(fā)酵之后產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過(guò)凈化是一種無(wú)污染的氣體燃料而且具有很高的利用價(jià)值。因此進(jìn)行生活垃圾預(yù)處理之后生成的沼氣，不僅能夠最大程度地有效減少垃圾對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)還可以綜合利用垃圾和沼氣，實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)效益。這對(duì)緩解生活垃圾、能源緊缺等問(wèn)題具有重要的意義。

生活垃圾預(yù)處理技術(shù)

合理利用機(jī)械生物預(yù)處理技術(shù)

在應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的過(guò)程中，可以利用現(xiàn)代生物技術(shù)來(lái)處理城市生活垃圾。垃圾中的玻璃、金屬等材料屬于可循環(huán)利用的范疇，而諸如塑料等高熱性質(zhì)的材料則可以通過(guò)焚燒來(lái)為城市進(jìn)行供暖和發(fā)電。可以借助機(jī)械生物預(yù)處理技術(shù)將其進(jìn)行無(wú)害化、資源化、減量化處理。

生物質(zhì)垃圾均質(zhì)預(yù)處理技術(shù)

生物質(zhì)垃圾均勻處理設(shè)備常見的主要有平板給料及磁選、滾筒篩、振動(dòng)篩、生物質(zhì)分離器、風(fēng)選系統(tǒng)等。流程首先是將垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)到大型垃圾中轉(zhuǎn)站，將垃圾倒入制訂的垃圾斗中，將垃圾斗和有平板給料裝置相連接，最后進(jìn)行分選；其次，分離后的垃圾經(jīng)過(guò)平板給料輸送傳至破碎機(jī)進(jìn)行破碎，然后再進(jìn)行分離；最后，分離后的物質(zhì)為漿液，輸送到儲(chǔ)存罐后，再通過(guò)軟連接將分離的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行厭氧消化處理。

厭氧消化技術(shù)處理城市生活垃圾制沼氣

厭氧發(fā)酵是對(duì)生活垃圾采取有效利用、實(shí)現(xiàn)生活垃圾無(wú)害化的有效方法。采取人員進(jìn)行控制，加速對(duì)有機(jī)物無(wú)害化的分解。還可通過(guò)將有機(jī)物降解產(chǎn)生沼氣，有效利用資源。即在沒(méi)有溶解氧和硝酸鹽氮的環(huán)境，通過(guò)微生物有機(jī)物降解生成沼氣，并且結(jié)合成新物質(zhì)的化學(xué)過(guò)程。

厭氧消化的微生物學(xué)原理

有機(jī)物的厭氧發(fā)酵過(guò)程主要經(jīng)過(guò)以下階段：水解、酸化及甲烷化。其過(guò)程如圖1所示。

從圖1中看出，第一個(gè)階段是水解發(fā)酵的過(guò)程，將經(jīng)過(guò)處理后的垃圾水解和發(fā)酵后，生成脂肪酸和有機(jī)酸、H2、CO2。第二個(gè)階段就是酸化的過(guò)程，將第一階段中產(chǎn)生的有機(jī)酸通過(guò)脫氫產(chǎn)乙酸作用和氫化產(chǎn)乙酸作用，最后將有機(jī)酸、H2和CO2酸化反應(yīng)，最后分別生成乙酸和H2、CO2。最后階段就是通過(guò)甲烷化而生成甲烷的結(jié)構(gòu)，將第二階段產(chǎn)生的乙酸，再經(jīng)過(guò)乙酸脫作用最后生成甲烷和CO2，而另一部分產(chǎn)生的H2和CO2再經(jīng)過(guò)還原性甲烷形成作用，從而生成甲烷和CO2。

厭氧消化技術(shù)的工藝流程

厭氧消化的反應(yīng)工藝分為以下幾類：按照影響因素中的固含率分為濕式和干式；按影響因素的階段數(shù)分為單級(jí)和多級(jí)；按進(jìn)料方式的不同分為間歇式和連續(xù)式。

圖1 氣發(fā)酵的三個(gè)生化階段

（1）濕式完全混合厭氧消化。濕式完全混合厭氧消化工藝是最早利用的。這種工藝的固體濃度要保證在一定的濃度之下，其液化、酸化和產(chǎn)氣不同階段都是在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的，具有施工工藝簡(jiǎn)單、易于操作、管理方便的特點(diǎn)。

（2）一步厭氧干發(fā)酵。相比濕式工藝，干發(fā)酵工藝的可投資性要高得多，在系統(tǒng)中采用的固體濃度較大，因此，對(duì)發(fā)酵反應(yīng)器的設(shè)計(jì)要保證能夠?qū)Ωg、酸等免疫，保證其抵抗功能。同時(shí)還要保證將發(fā)酵物和進(jìn)料進(jìn)行充分的混合，這樣對(duì)局部可能出轄區(qū)內(nèi)的酸化問(wèn)題能有效的避免，保證進(jìn)料的新鮮接種，同時(shí)對(duì)其運(yùn)送的液體黏度比較大的問(wèn)題進(jìn)行解決，要采取進(jìn)行栓塞流輸送形式的設(shè)計(jì)，典型的厭氧干發(fā)酵工藝就是由這3種輸送形式組成的。

（3）兩步厭氧消化工藝。在其消化工藝中，酸化、水解、產(chǎn)甲烷都是在反應(yīng)器中進(jìn)行的，可以采用兩步厭氧工藝，濕式工藝、干發(fā)酵工藝可以自由選擇進(jìn)行，然后采取厭氧過(guò)濾。采用兩步工藝有效地增加了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，能夠有效提高工作效率，其中不穩(wěn)定的物質(zhì)能夠有效地保證穩(wěn)定，運(yùn)行和維護(hù)的過(guò)程較復(fù)雜，因此實(shí)際使用的并不多，目前為止，其處理能力還不足10%。

發(fā)酵的成分分析和結(jié)果

結(jié)果數(shù)據(jù)

表1列出幾個(gè)發(fā)酵罐產(chǎn)生氣體的主要成分及含量。

結(jié)果分析

由兩表中看出，以生活垃圾作為填埋池為主要的接種物，對(duì)其進(jìn)行厭氧發(fā)酵之后，沼氣的產(chǎn)量較高。表2中，在整個(gè)生產(chǎn)發(fā)酵的過(guò)程中，產(chǎn)生的沼氣量最多。由于生活垃圾中含有一些重金屬的化合物和有毒的物質(zhì)，因此，對(duì)微生物的生長(zhǎng)有抑制的作用。選自經(jīng)過(guò)預(yù)處理之后的生活垃圾作為原料進(jìn)行發(fā)酵，對(duì)于微生物的生長(zhǎng)環(huán)境提供了良好的條件。因此，在進(jìn)行發(fā)酵的過(guò)程中，對(duì)生活垃圾的降解效率較高。

表1 各物質(zhì)、垃圾和沼氣之間的配比情況

生活垃圾產(chǎn)沼氣優(yōu)勢(shì)以及亟待解決的問(wèn)題

生活垃圾在經(jīng)過(guò)預(yù)處理之后厭氧分解發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，一方面充分利用生活垃圾，減少垃圾對(duì)城容、城境的影響，另一方面也實(shí)現(xiàn)了生活垃圾的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。但在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的過(guò)程中，還存在著一些效率不高、不能得到綜合利用等問(wèn)題，從而造成大量的浪費(fèi)現(xiàn)象，這些都是目前需要解決的問(wèn)題。

表2 產(chǎn)氣指標(biāo)

結(jié)語(yǔ)

由本文可以看出，生活垃圾在經(jīng)過(guò)預(yù)處理之后有很多的有機(jī)物，在經(jīng)過(guò)厭氧消化發(fā)酵之后產(chǎn)生的沼氣具有很好的利用價(jià)值，在一定意義上實(shí)現(xiàn)了生活垃圾的再利用，但是在使用的過(guò)程中還必須注意相關(guān)的問(wèn)題，全面保證生活垃圾的充分利用。