城市生活垃圾厌氧发酵沼渣制复混肥研究--《昆明理工大学》2005年硕士论文
城市生活垃圾厌氧发酵沼渣制复混肥研究
【摘要】：近年来,随着我国经济的发展和城市化进程的不断加快,我国城市生活垃圾的产生量呈逐年增加趋势。城市生活垃圾的科学处置已成为我国突出的资源、环境、经济和社会问题之一。沼气发酵是科学、合理地处理城市生活垃圾的好方法,发酵余物—沼渣可生产无害化全营养的复合肥料,既能为农林业等提供有效资源,又能解决垃圾造成环境污染,解决垃圾厌氧发酵余物消纳问题,是一项多功能和多附加值、跨学科的难题。
城市生活垃圾中富含作物生长所需的有机质和营养成分,这是沼渣制肥的物质基础。本文首先对厌氧发酵条件如有机质含量、水分、温度、C/N比、PH值、粒度等影响发酵的因素进行讨论,分析垃圾厌氧发酵过程中主要物化性质变化情况。经测定,全氮的含量在发酵前后总量保持在0.8%左右,速效氮由发酵前期的176mg/Kg上升至600mg/Kg,全磷含量略有增加,速效磷含量则升至300mg/Kg。最终沼渣养分粗有机物为52.1%,全氮为0.86%,全磷为0.53%,全钾为0.52%。沼渣的养分指标符合国家垃圾农用标准。
本文还确定了以厌氧发酵沼渣、粉煤灰、无机肥料联合制复混肥的生产工艺条件。根据有机复混肥的特点,结合沼渣成分及土壤养分需求,确定了有机—无机复混肥原料配比,制成的复混肥1号沼渣:粉煤灰:尿素:磷酸二铵:氯化钾的比例为48.0:10.0:14.0:13.9:14.1,养分含量有机质为25%,全N为9.49%,全P为6.69%,全K为7.91%。复混肥2号沼渣:粉煤灰:尿素:磷酸二铵:氯化钾的比例为38.4:10.0:17.21:17.18:17.21,养分含量有机质为20%,全N为11.42%,全P为8.11%,全K为9.48%。提出了有机—无机复混肥的生产工艺流程,并确定各工艺主要参数。
本文还进行了有机—无机复混肥施用花卉肥效研究,选取非洲菊、丹丽报春、金鱼草、大花马齿苋、香石竹5个品种的花卉作盆载试验,对花卉进行不同施肥处理,观察其生长情况。结果表明,制备的有机—无机复混肥对花卉具有较好的生长响应。
【学位授予单位】：昆明理工大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2005【分类号】：X799.3
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【 导读 】餐厨垃圾具有含水率高（80～90%）、含盐量高（0.5～2%）及油脂含量高（2～5%）的特点。此外，因餐厨垃圾中有机物含量很高，占干物质质量85%以上，同时带有各种病菌，处理不当，会严重威胁人们的身体健康。蓝德环保引进欧洲先进技术，开发了适合中国国情的Bioland湿法自动分选+厌氧发酵产沼气技术。
餐厨垃圾具有含水率高（80～90%）、含盐量高（0.5～2%）及油脂含量高（2～5%）的特点。此外，因餐厨垃圾中有机物含量很高，占干物质质量85%以上，同时带有各种病菌，处理不当，会严重威胁人们的身体健康。
蓝德环保引进欧洲先进技术，开发了适合中国国情的Bioland湿法自动分选+厌氧发酵产沼气技术。该技术彻底实现了餐厨垃圾的减量化、无害化和资源化，将餐厨垃圾转化为清洁能源的同时产生有机肥，避免地沟油、潲水油、垃圾猪等食品安全问题。
Bioland餐厨垃圾厌氧发酵系统
随着城市经济的发展和人口的增加，家庭厨余等有机质在生活垃圾中的比例越来越高，在发达城市中，有机质比例达到了60-70%以上。欧盟相关国家已经规定，从2005年开始，有机质进入填埋场的比例不得超过5%。有机垃圾的处理以迫在眉睫。有机垃圾的分选是垃圾处理的难题，传统机械分选技术侧重于粒径的筛分，难以实现有机质的有效分离。
蓝德公司的垃圾前分选系统，可以将餐厨垃圾的无机杂物如塑料、筷子、牙签甚至玻璃、砂石、碗碟等完全分离出来，剩余的生物质进入厌氧系统发酵产沼气，保证厌氧系统稳定运行的同时提高产气率。
生物质分离器&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&混合粉碎泵
u&餐厨垃圾可直接倾倒至接收池内完成破袋、制浆、分选过程，优势明显；
u&第一次实现了无机质与生物质的有效分离，分离效率达95%以上；
u&预处理工艺路线短，处理过程简洁流畅，占地面积小。
分离出来的杂质
Bioland餐厨垃圾厌氧发酵系统
餐厨垃圾厌氧发酵是指在无氧条件下，在兼性厌氧微生物和厌氧微生物的作用下，在密闭反应器中有控制地将复杂有机质中可生物降解的有机物转化为清洁能源――沼气，从而达到垃圾减量化、无害化和资源化的过程。餐厨垃圾中蕴含大量的生物质能源，有效利用这类生物质能源，对实现环境和经济的可持续发展具有重要意义。
蓝德环保与国外合作引进开发的Bioland高温两相厌氧发酵技术，可实现有机质的高效厌氧消化，具产气率高、系统运行效果稳定的优点。
餐厨垃圾厌氧发酵特点：
u&完全混合厌氧反应器，使有机质与微生物充分接触，消化完全，产气率高；
u&采用高温厌氧消化工艺，可提高产气率，同时有效杀死病原菌及病毒，便于沼渣土地利用。
Bioland沼气、沼渣、沼液利用
餐厨垃圾厌氧发酵后产生沼气、沼渣及沼液，沼气可用于发电或制天然气，脱水后的沼渣可进行堆肥处理，沼液可做液态肥或进入污水处理系统。
沼气是在厌氧条件下由有机物经多种微生物的分解与转化作用后产生的可燃气体，主要成分是甲烷和二氧化碳。从环保角度看，沼气中的甲烷是作用强烈的温室气体，其致温室效应的效果是二氧化碳的23倍，控制甲烷及沼气排放已成为保护大气的一个重要内容；从能源角度看，沼气又是性能良好的燃料，纯燃料热值约为22MJ/M3，属于中等热值燃料；沼气还是生物质可再生能源。高效利用沼气具有控制大气污染、开发新能源的双重意义。
沼渣是沼气发酵后剩余的半固体物质，富含多种有机质、腐殖酸、氨基酸、氮、磷、钾和微量元素，其主要用途是作土壤改良剂、农作物基肥和追肥、配制花卉和蔬菜育苗营养土。
沼液是有机质厌氧发酵后的产物，主要包括发酵过程中产生的有机、无机盐类，如铵盐、钾盐、磷酸盐等可溶性物质。与沼渣相比，沼液虽然养分含量不高，但主要为速溶性养分，国外有将沼液直接农用的做法。沼液的另外一种处理方式是作为稀释水回用，该处理方式可节约新鲜自来水用量，节省成本，其余部分进入污水处理站处理。&
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沼气发电技术不断进步 德国沼气案例介绍
沼气发电是一种新能源技术，也是未来能源的发展方向之一。今天要为大家介绍德国典型的沼气发电技术，其普遍采用&混合厌氧发酵、沼气发电上网、余热回收利用、沼渣沼液施肥、全程自动化控制&的技术模式，通过该模式的实施，最终实现发酵原料的全方位综合利用;并通过电、热以及沼渣沼液的外售给工程运行带来收益，最终实现市场化运行。通过对此次考察相关情况的介绍与总结，以期为我国大中型沼气工程的发展提供一些借鉴。
德国是目前世界上沼气工程发展最为成功的国家之一，在该国《可再生能源法》等相关法律、法规的引导和刺激下，沼气主要用于发电上网。截止至2008年，德国已建成沼气工程3900处，总装机容量达1400MW，其中装机容量在2MW的沼气厂有40家，最小装机容量为50kWt&。为了学习借鉴德国先进的沼气技术以及运行管理方式，在由可再生能源及能源效率伙伴关系计划(REEEP)资助的&大中型沼气工程市场化运营管理模式研究&项目支持下，北京能环公司等一行5人于～20日期间对德国相关沼气发电工程进行了参观考察。本文以5处沼气发电工程为例，介绍了德国典型的沼气发电技术，以期为我国大中型沼气工程的发展和应用提供一些借鉴。
1德国典型沼气发电工程
1.1 KleinSehweehlen沼气发电工程
KleinSchwechten沼气发电工程位于德国柏林郊区一农场，由农场主投资建设，于2006年建成并运行。该工程采用两步湿发酵工艺，发酵原料为玉米青储、谷物、干草、牛粪，实现热电联产.发电装机容量为350kW。
固体原料经进料机器搅拌均匀后进入水解酸化池，液体原料由泵泵入水解酸化池，池中设有潜水搅拌器将原料搅拌均匀，并有加热系统，使得池中料液温度保持25℃，水力停留时间(HRT)为2～3d.同时添加化学脱硫剂进行原位脱硫;水解酸化后料液经切割泵进入体化CSTR反应器进行厌氧发酵。发酵周期为30d，池内料液TS为6%，池内设有加热系统，使得料液温度保持40，产生的沼气经反应器顶部储气膜暂存后进入发电机组发电。其中发电量的6%～7%由农场自用.其余并入电网，多余的沼气通过火炬燃烧;产生的沼渣、沼液流入储存池，一定时期后外运作为肥料施用于附近农田。
1.2 Farm W iesenau沼气发电工程
Farm Wiesenau沼气发电工程位于德国柏林郊区一农场，由农场主投资建设，分为两期工程，其中一期工程2006年建成，发电装机容量为500kW.二期工程2007年建成，发电装机容量为1MW。两期工程均采用一步法湿发酵工艺，发酵原料包括玉米青储、谷物、草、牛粪。主要工艺流程如图2所示
固体原料经进料机器搅拌均匀后直接进入CSTR反应器，液体部分经储液池被泵人CSTR反应器.同时向储液池中添加化学脱硫剂进行原位脱硫;反应器中料液不断被泵入外部热交换器中进行热交换，使得反应器中的料液温度维持在40cI=;料液在CSTR反应器中厌氧发酵21d、发酵后料液进入一体化二次发酵反应器进行30～40d二次发酵，产生的沼气与CSTR反应器中产生的沼气在反应器顶部经生物脱硫后于储气膜中暂存，用于发电上网，产生的沼渣沼液进入沼渣沼液池储存，一定时间后外运作为肥料施用于附近田地。
1.3 Friedersdorf沼气发电工程
Friedersdorf沼气发电工程位于德国柏林郊区一农场，于2005年实现正常运转。该工程采用干发酵工艺，发酵原料为玉米青储、苜蓿、牛粪等，实现了热电联产，发电总装机容量500kW。
玉米青储与苜蓿堆放9d后与牛粪按比例混合.并调节TS至33%，之后用铲车将混合后的原料运送至干发酵仓进行厌氧发酵，发酵周期为24d，共有8个干发酵仓，交替式发酵，每隔3d对其中1个干发酵仓进行进出料;发酵时产生的渗滤液由发酵仓底流入地下水罐，水罐中的加热系统，使罐中液体保持43℃;水罐中的液体由干发酵仓顶部的喷头喷人仓内。保持发酵原料适宜的湿度，同时也可以维持干发酵仓内40℃左右的温度;发酵产生的沼气进入膜储气柜中储存，加压后用于发电上网：发酵残渣可堆肥，腐熟后的肥料施用于附近农田：发电产生的余热除用于水罐中液体的加热外.还用于农场附近学校等公共设施的取暖。
1.4 Schtillnitz沼气发电工程
Sch5llnitz沼气发电工程建成于2007年，是德国一家能源公司专利工艺的示范工程，该工艺将沼气发酵中的水解酸化阶段和产甲烷阶段分离开。从而实现高原料产气率及沼气中高甲烷含量。采用的发酵原料为玉米青储、草、牛粪，实现了热电联产，发电总装机量250kW。
混合后的发酵原料(TS为12%～14%)由铲车运送至发酵仓水解酸化，水解酸化过程中产生的气体经气体过滤器过滤，去除有害气体后外排.发酵残渣堆肥后用作农肥，水解液由发酵仓底部小洞流人水解缓冲罐，经外部热交换器加热后少部分水解液回流至发酵仓以保持原料湿度及仓内发酵温度，其余泵人产甲烷反应器厌氧发酵产沼气，生成的沼气进入膜储气柜储存.加压后用于发电：最终产甲烷反应器出水作为肥料施用于农田。
1.5 Radeburg垃圾及废水处理工程
Radeburg垃圾及废水处理工程于1999年建成，已经成功运行10年.该工程用于处理Rade.burg市10万居民的生活垃圾及生活污水，发电总装机容量1MW，实现了废物的减量化、资源化和能源化利用.其中生活垃圾采用厌氧湿发酵处理，生活污水采用好氧处理。
对Radeburg市经分类的生活垃圾依次粉碎、灭菌后进人预处理仓处理.预处理时产生的废气经过填料滤池过滤后排放：预处理后垃圾在CSTR反应器中进行混合发酵.产生的沼气进入膜式储气柜储存.一部分回流用于CSTR反应器中料液搅拌，其余沼气用于发电上网;发酵后料液进入缓冲罐暂存，之后进行固液分离，得到的沼渣进一步堆肥处理后作为农用肥，沼液与生活污水一同经好氧处理后达标排放。
2德国沼气发电技术特点
经过此次对德国沼气发电工程的参观考察，我们总结以下德国典型沼气发电技术的特点。
(1)德国沼气工程普遍采用&混合厌氧发酵、沼气发电上网、余热回收利用、沼渣沼液施肥、全程自动化控制&的技术模式，通过该模式的实施.实现发酵原料全方位综合利用，并通过电、热以及沼渣沼液外售给工程运行带来收益。
(2)沼气发酵原料多样化，多以玉米青储为主，同时生活垃圾的厌氧发酵处理也较普遍;沼气发酵通常采用CSTR湿发酵工艺。选用各种搅拌方式(如机械搅拌、沼气搅拌、料液回流搅拌等)对发酵料液进行搅拌，提高原料的产气率。干发酵工艺的应用亦趋于成熟，节约工程占地.降低运行能耗;所参观的每处沼气工程均根据发酵原料的不同对发酵工艺加以灵活改进。沼渣沼液最终作为有机肥被完全消纳利用;一方面能促进农作物优质生长;另一方面是避免沼渣沼液的二次污染。沼气脱硫普遍采用生物脱硫方法，降低脱硫成本;有些工程将化学原位脱硫与生物脱硫相结合，更有效地去除沼气中硫化氢成分.在实际运行中有些工程产生的沼气中硫化氢含量低于50。
(3)沼气工程配套设备与技术装备先进，如进料设备、搅拌设备、脱硫设备、沼气存储设备、热电联产成套设备等优良性均处于世界沼气行业的领先地位.并且沼气工程自动化程度高.此次考察的所有沼气工程无论规模大小全部只需一人管理即可稳定运行，节省人力资源，降低运行成本。
结合我国沼气工程发展现状.笔者提出几点借鉴之处供同行参考。
(1)适当引进德国先进的沼气技术，同时推崇国内技术创新，缩短新技术的工程应用时间.因地制宜，灵活运用各种发酵工艺，最终形成适合我国国情的高效沼气技术。
(2)加强沼气工程配套设备的研发，引进国外先进设备或将国内其他行业的先进设备引入到沼气行业中。使得沼气工程最优化运行，最终实现我国沼气行业的规范化、先进化发展。
(3)建议国家加快对沼气发电上网补贴价格的实施，制定具有可操作性的沼气发电配额细则;加快沼气其他形式的高品位利用，提高沼气工程收益，如发展沼气车用燃料、沼气电池、沼气制取二甲醚等：努力将沼气工程项目发展成CDM项目，尽快完善沼气工程市场化运行机制，降低工程运行成本。
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厌氧发酵沼渣液重金属元素分布规律研究
【摘要】：[目的]研究厌氧发酵沼渣液中重金属元素分布规律。[方法]测定养猪业厌氧发酵沼渣液原液和沼液离心上清液中重金属含量,分析研究重金属在沼液的水固两相中的分布规律。[结果]沼液中重金属含量很高,不能直接排放和作为农田灌溉水使用。经过简单的离心,上清液中重金属含量均有大幅下降,下降幅度分别为Zn 91.84%,As 73.18%,Cd 47.64%,Cr 94.53%,Cu 93.52%,Ni59.43%,Mn 95.77%,Pb 100.00%。[结论]去除沼液中悬浮物对去除重金属有很好的效果,可以作为沼液预处理步骤。
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【分类号】：S828
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