技 术 大 纲

1) 厌 氧 消 化 的 基 本 知 识
2) 中 温 和 高 温 厌 氧 消 化
3) 厌 氧 消 化 产 物
4) 厌 氧 消 化 系 统 组 成
5) 厌 氧 消 化 系 统 种 类
6) 厌 氧 消 化 系 统 应 用

1) 厌 氧 消 化 的 基 本 知 识

厌 氧 消 化 〔 又 称 厌 氧 分 解 〕 指 的 是 有 机 物 在 缺 氧 的 情 况 下 被 微 生 物 分 解 为 生 物 沼 气 的 过 程 。 生 物 沼 气 的 主 要 成 份 为 二 氧 化 碳 和 甲 烷 。 而 生 产 生 物 沼 气 , 必 须 在 专 门 为 厌 氧 消 化 而 设 计 的 设 施 中 , 在 受 控 制 的 环 境 下 进 行 。 透 过 这 些 设 施 及 过 程 , 可 以 达 到 最 高 的 产 气 量 , 消 化 过 程 并 且 可 以 缩 短 到 几 天 之 内 , 而 不 是 像 堆 填 沼 气 那 样 需 要 几 年 的 时 间 。 另 外 , 厌 氧 消 化 残 留 物 还 可 以 作 为 农 肥 使 用 。

厌 氧 消 化 涉 及 以 下 几 个 过 程 ∶

  • 第 一 步 是 水 解 过 程 。 在 这 个 过 程 中 , 复 杂 的 有 机 分 子 被 分 解 为 简 单 的 糖 分 子 、 氨 基 酸 和 脂 肪 酸 分 子 〔 过 程 加 入 羟 基 〕 。
     
  • 第 二 步 是 酸 化 过 程 。 这 个 过 程 中 , 有 机 物 质 被 进 一 步 分 解 成 更 简 单 的 分 子 , 并 产 生 副 产 物 如 氨 、 二 氧 化 碳 和 硫 化 氢 。
     
  • 第 三 步 是 乙 酸 化 过 程 。 这 个 过 程 中 酸 化 产 物 被 进 一 步 消 化 , 产 生 二 氧 化 碳 、 氢 气 和 有 机 酸 ( 主 要 为 乙 酸 , 也 有 一 些 更 高 分 子 量 的 有 机 酸 ) 。
     
  • 第 四 步 是 甲 烷 化 过 程 。 这 个 过 程 中 产 生 甲 烷 、 二 氧 化 碳 和 水 。

2) 中 温 和 高 温 厌 氧 消 化

厌 氧 消 化 过 程 通 常 在 两 种 温 度 范 围 内 操 作 ; 中 温 (35 -40oC) 和 高 温 (50 -60oC) 。 操 作 温 度 通 常 会 影 响 降 解 的 速 度 、 固 液 分 离 速 度 、 杀 菌 能 力 、 热 能 消 耗 量 、 废 物 停 留 时 间 以 及 设 备 投 资 额 等 。

尽 管 高 温 作 业 系 统 需 要 维 持 更 高 的 温 度 , 增 加 运 行 成 本 , 但 是 它 也 有 相 应 优 点 , 如 ∶

  • 降 解 和 固 液 分 离 速 度 更 快 ;
     
  • 为 残 留 物 消 毒 ; 和
     
  • 更 高 甲 烷 为 量 。

3) 厌 氧 消 化 产 物

厌 氧 消 化 产 物 通 常 包 括 ∶

  • 生 物 沼 气 ∶ 主 要 含 有 甲 烷 ( 50 - 60 % ) 和 二 氧 化 碳 ( 40 - 50 % ) 。 可 以 用 来 产 生 热 能 或 电 力 , 或 者 在 热 电 联 产 系 统 中 同 时 产 生 热 能 和 电 力 。
     
  • 液 态 残 留 物 ∶ 含 有 大 量 液 体 的 短 链 有 机 物 , 可 以 用 作 土 壤 改 良 剂 。
     
  • 纤 维 残 留 物 ∶ 纤 维 残 留 物 可 以 用 於 生 产 堆 肥 。

4) 厌 氧 消 化 系 统 组 成

厌 氧 消 化 系 统 设 计 , 会 随 消 化 原 料 的 变 化 而 有 所 不 同 。 厌 氧 消 化 系 统 基 本 上 都 包 含 以 下 组 成 部 分 ∶

  • 预 处 理 系 统 ∶ 处 理 废 物 中 的 有 机 物 部 分 , 为 厌 氧 消 化 作 准 备 , 包 括 废 物 的 接 收 、 整 理 , 分 类 和 压 缩 等 等 。
     
  • 消 化 器 ∶ 有 机 物 在 这 个 设 施 内 被 分 解 并 产 生 生 物 沼 气 。 消 化 器 中 的 欠 氧 环 境 , 适 合 甲 烷 菌 进 行 分 解 活 动 。 另 外 , 消 化 器 内 的 温 度 亦 通 常 控 制 在 最 有 利 於 生 物 沼 气 产 生 的 温 度 。
     
  • 储 气 系 统 ∶ 生 物 沼 气 需 要 储 存 在 消 化 器 或 者 是 独 立 的 储 气 设 施 中 , 随 後 再 将 沼 气 输 送 到 发 电 设 施 。

5) 厌 氧 消 化 系 统 的 种 类

厌 氧 消 化 系 统 可 以 根 据 物 料 进 入 消 化 器 的 方 式 分 为 连 续 式 、 分 批 处 理 式 以 及 半 连 续 式 。

连 续 式
在 连 续 式 消 化 系 统 中 , 物 料 不 间 断 地 进 入 和 流 出 消 化 器 。 由 於 消 化 器 中 连 续 加 入 物 料 , 与 沼 气 产 生 相 关 的 所 有 反 应 都 以 几 乎 匀 速 进 行 。 因 此 , 沼 气 产 生 速 度 基 本 上 是 固 定 的 。 一 般 的 连 续 式 系 统 会 把 两 个 消 化 器 串 联 使 用 , 物 料 分 两 个 阶 段 消 化 。 这 种 系 统 的 优 点 是 消 化 器 同 时 也 可 以 用 作 储 气 设 施 。

分 批 处 理 式
分 批 处 理 式 系 统 中 , 物 料 装 满 消 化 器 後 , 便 封 存 在 消 化 器 中 直 到 分 解 过 程 接 近 尾 声 , 过 程 中 不 再 添 加 新 的 物 料 。 消 化 器 的 物 料 在 分 解 後 就 被 输 走 , 然 後 在 装 满 新 物 料 後 便 开 始 新 一 轮 消 化 过 程 。 在 分 批 处 理 式 系 统 中 , 沼 气 的 生 产 是 间 断 的 。 沼 气 产 生 的 速 度 在 分 解 过 程 中 间 阶 段 为 最 高 , 而 在 开 始 阶 段 和 结 束 阶 段 较 低 。 为 了 保 证 稳 定 的 沼 气 供 应 , 通 常 须 要 同 时 并 联 运 行 多 个 消 化 器 , 还 要 把 消 化 器 中 的 消 化 程 序 控 制 在 不 同 的 阶 段 。

半 连 续 式 系 统
半 连 续 式 系 统 之 中 ,消 化 器 初 期 以 分 批 处 理 方 式 开 始 消 化 过 程 。 之 后 , 部 分 被 消 化 物 会 被 释 放 出 来 。 释 放 过 程 完 成 后 , 再 次 注 入 新 物 料 作 补 充 , 然 后 消 化 过 程 会 维 持 一 段 时 间 , 及 后 再 次 释 放 及 注 入 。

6) 厌 氧 消 化 的 应 用

厌 氧 消 化 技 术 可 以 用 来 处 理 都 市 固 体 废 物 、 污 水 处 理 中 产 生 的 淤 渣 〔 污 泥 〕 、 以 及 农 业 、 工 业 或 商 业 有 机 废 物 等 。 在 香 港 , 厌 氧 消 化 技 术 主 要 应 用 在 污 水 处 理 厂 的 淤 渣 处 理 之 中 。 在 此 处 理 过 程 中 , 能 量 是 副 产 物 之 一 。 生 物 沼 气 通 常 用 於 发 电 以 供 厂 内 需 要 , 也 用 於 锅 炉 或 引 擎 驱 动 的 鼓 风 机 。

   
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