技 術 大 綱

1) 厭 氧 消 化 的 基 本 知 識
2) 中 溫 和 高 溫 厭 氧 消 化
3) 厭 氧 消 化 產 物
4) 厭 氧 消 化 系 統 組 成
5) 厭 氧 消 化 系 統 種 類
6) 厭 氧 消 化 系 統 應 用

1) 厭 氧 消 化 的 基 本 知 識

厭 氧 消 化 ﹝ 又 稱 厭 氧 分 解 ﹞ 指 的 是 有 機 物 在 缺 氧 的 情 況 下 被 微 生 物 分 解 為 生 物 沼 氣 的 過 程 。 生 物 沼 氣 的 主 要 成 份 為 二 氧 化 碳 和 甲 烷 。 而 生 產 生 物 沼 氣 , 必 須 在 專 門 為 厭 氧 消 化 而 設 計 的 設 施 中 , 在 受 控 制 的 環 境 下 進 行 。 透 過 這 些 設 施 及 過 程 , 可 以 達 到 最 高 的 產 氣 量 , 消 化 過 程 並 且 可 以 縮 短 到 幾 天 之 內 , 而 不 是 像 堆 填 沼 氣 那 樣 需 要 幾 年 的 時 間 。 另 外 , 厭 氧 消 化 殘 留 物 還 可 以 作 為 農 肥 使 用 。

厭 氧 消 化 涉 及 以 下 幾 個 過 程 :

  • 第 一 步 是 水 解 過 程 。 在 這 個 過 程 中 , 複 雜 的 有 機 分 子 被 分 解 為 簡 單 的 糖 分 子 、 氨 基 酸 和 脂 肪 酸 分 子 ﹝ 過 程 加 入 羥 基 ﹞ 。
     
  • 第 二 步 是 酸 化 過 程 。 這 個 過 程 中 , 有 機 物 質 被 進 一 步 分 解 成 更 簡 單 的 分 子 , 並 產 生 副 產 物 如 氨 、 二 氧 化 碳 和 硫 化 氫 。
     
  • 第 三 步 是 乙 酸 化 過 程 。 這 個 過 程 中 酸 化 產 物 被 進 一 步 消 化 , 產 生 二 氧 化 碳 、 氫 氣 和 有 機 酸 ( 主 要 為 乙 酸 , 也 有 一 些 更 高 分 子 量 的 有 機 酸 ) 。
     
  • 第 四 步 是 甲 烷 化 過 程 。 這 個 過 程 中 產 生 甲 烷 、 二 氧 化 碳 和 水 。

2) 中 溫 和 高 溫 厭 氧 消 化

厭 氧 消 化 過 程 通 常 在 兩 種 溫 度 範 圍 內 操 作 ; 中 溫 (35 -40oC) 和 高 溫 (50 -60oC) 。 操 作 溫 度 通 常 會 影 響 降 解 的 速 度 、 固 液 分 離 速 度 、 殺 菌 能 力 、 熱 能 消 耗 量 、 廢 物 停 留 時 間 以 及 設 備 投 資 額 等 。

儘 管 高 溫 作 業 系 統 需 要 維 持 更 高 的 溫 度 , 增 加 運 行 成 本 , 但 是 它 也 有 相 應 優 點 , 如 :

  • 降 解 和 固 液 分 離 速 度 更 快 ;
     
  • 為 殘 留 物 消 毒 ; 和
     
  • 更 高 甲 烷 為 量 。

3) 厭 氧 消 化 產 物

厭 氧 消 化 產 物 通 常 包 括 :

  • 生 物 沼 氣 : 主 要 含 有 甲 烷 ( 50 - 60 % ) 和 二 氧 化 碳 ( 40 - 50 % ) 。 可 以 用 來 產 生 熱 能 或 電 力 , 或 者 在 熱 電 聯 產 系 統 中 同 時 產 生 熱 能 和 電 力 。
     
  • 液 態 殘 留 物 : 含 有 大 量 液 體 的 短 鏈 有 機 物 , 可 以 用 作 土 壤 改 良 劑 。
     
  • 纖 維 殘 留 物 : 纖 維 殘 留 物 可 以 用 於 生 產 堆 肥 。

4) 厭 氧 消 化 系 統 組 成

厭 氧 消 化 系 統 設 計 , 會 隨 消 化 原 料 的 變 化 而 有 所 不 同 。 厭 氧 消 化 系 統 基 本 上 都 包 含 以 下 組 成 部 分 :

  • 預 處 理 系 統 : 處 理 廢 物 中 的 有 機 物 部 分 , 為 厭 氧 消 化 作 準 備 , 包 括 廢 物 的 接 收 、 整 理 , 分 類 和 壓 縮 等 等 。
     
  • 消 化 器 : 有 機 物 在 這 個 設 施 內 被 分 解 並 產 生 生 物 沼 氣 。 消 化 器 中 的 欠 氧 環 境 , 適 合 甲 烷 菌 進 行 分 解 活 動 。 另 外 , 消 化 器 內 的 溫 度 亦 通 常 控 制 在 最 有 利 於 生 物 沼 氣 產 生 的 溫 度 。
     
  • 儲 氣 系 統 : 生 物 沼 氣 需 要 儲 存 在 消 化 器 或 者 是 獨 立 的 儲 氣 設 施 中 , 隨 後 再 將 沼 氣 輸 送 到 發 電 設 施 。

5) 厭 氧 消 化 系 統 的 種 類

厭 氧 消 化 系 統 可 以 根 據 物 料 進 入 消 化 器 的 方 式 分 為 連 續 式 、 分 批 處 理 式 以 及 半 連 續 式 。

連 續 式
在 連 續 式 消 化 系 統 中 , 物 料 不 間 斷 地 進 入 和 流 出 消 化 器 。 由 於 消 化 器 中 連 續 加 入 物 料 , 與 沼 氣 產 生 相 關 的 所 有 反 應 都 以 幾 乎 勻 速 進 行 。 因 此 , 沼 氣 產 生 速 度 基 本 上 是 固 定 的 。 一 般 的 連 續 式 系 統 會 把 兩 個 消 化 器 串 聯 使 用 , 物 料 分 兩 個 階 段 消 化 。 這 種 系 統 的 優 點 是 消 化 器 同 時 也 可 以 用 作 儲 氣 設 施 。

分 批 處 理 式
分 批 處 理 式 系 統 中 , 物 料 裝 滿 消 化 器 後 , 便 封 存 在 消 化 器 中 直 到 分 解 過 程 接 近 尾 聲 , 過 程 中 不 再 添 加 新 的 物 料 。 消 化 器 的 物 料 在 分 解 後 就 被 輸 走 , 然 後 在 裝 滿 新 物 料 後 便 開 始 新 一 輪 消 化 過 程 。 在 分 批 處 理 式 系 統 中 , 沼 氣 的 生 產 是 間 斷 的 。 沼 氣 產 生 的 速 度 在 分 解 過 程 中 間 階 段 為 最 高 , 而 在 開 始 階 段 和 結 束 階 段 較 低 。 為 了 保 證 穩 定 的 沼 氣 供 應 , 通 常 須 要 同 時 並 聯 運 行 多 個 消 化 器 , 還 要 把 消 化 器 中 的 消 化 程 序 控 制 在 不 同 的 階 段 。

半 連 續 式 系 統
半 連 續 式 系 統 之 中 ,消 化 器 初 期 以 分 批 處 理 方 式 開 始 消 化 過 程 。 之 後 , 部 分 被 消 化 物 會 被 釋 放 出 來 。 釋 放 過 程 完 成 後 , 再 次 注 入 新 物 料 作 補 充 , 然 後 消 化 過 程 會 維 持 一 段 時 間 , 及 後 再 次 釋 放 及 注 入 。

6) 厭 氧 消 化 的 應 用

厭 氧 消 化 技 術 可 以 用 來 處 理 都 市 固 體 廢 物 、 污 水 處 理 中 產 生 的 淤 渣 ﹝ 污 泥 ﹞ 、 以 及 農 業 、 工 業 或 商 業 有 機 廢 物 等 。 在 香 港 , 厭 氧 消 化 技 術 主 要 應 用 在 污 水 處 理 廠 的 淤 渣 處 理 之 中 。 在 此 處 理 過 程 中 , 能 量 是 副 產 物 之 一 。 生 物 沼 氣 通 常 用 於 發 電 以 供 廠 內 需 要 , 也 用 於 鍋 爐 或 引 擎 驅 動 的 鼓 風 機 。

   
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