基于水热改性和厌氧消化的生物质废物处理技术

发布时间：2020-02-14 15:15

【摘要】：在分析生物质废物共有特性的基础上,探讨了生物质废物处理技术路线选择与设计思路,遵循减量化、无害化与资源化均衡考量原则,提出基于水热改性和厌氧消化的技术方案,并对这一技术的设计要点和水热改性工艺的系统构成及主要工艺参数进行阐述。最后简要介绍了一个将该技术用于市政污水厂剩余污泥处理的工程应用设计实例。根据该应用实例,厌氧消化所产沼气足够用来供给水热改性工艺所需的热量并有富余,采用180℃的水热反应温度可在显著提高厌氧消化效率的同时,通过压滤脱水即可获得含水率为45%左右的残渣。
【图文】：

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?求。除了现行法规之外，还应考虑到未来一段时间内法规、标准的可能升级。②减量化、无害化、资源化三个目标之间的平衡，或者哪个更具优势。这需要根据具体项目的具体情况，帮助项目业主理清关系，优化目标构成。③最终出路。是土地利用、建材、掺烧、填埋，还是其他?在具体项目中，以上对于生物质废物的处理工艺路线的选择与设计，又常常归结为对以下三个问题的回答:①如何提取并利用其中的有机质?②残渣固体有哪些最终出路可选?③如何花费最小的代价将残渣的含水率降到尽可能低?生物质废物处理目标与边界条件见图1。图1生物质废物处理目标与边界条件Fig．1Targetsandboundaryconditionsforbiomasswastetreatment处理目标和最终出路(包括残渣和资源化产品的出路)，以及可用场地、可用资金，共同决定了技术路线的选择范围。残渣的最终出路应因地制宜、多种途径可眩也就是说，处理技术设计应为尽可能多的处置途径创造条件，或者说所选择的处理技术路线对处置方式的限制越少越好。考虑到生物质废物的共有性质，厌氧消化工艺很自然地成为其处理技术路线中的常用工艺，笔者认为其应当是首选工艺。厌氧消化工艺虽然能够很好地解决生物质的资源化(能源化)问题，但其也存在处理效果不够彻底、传统厌氧工艺的处理效率偏低等问题。这就引出厌氧消化工艺的各种改进，它们都是着眼于厌氧消化过程(其中包括水解、酸化、产甲烷三个过程)的效率提高而对该过程的某个步骤进行强化的某种方法。另外就是残渣的脱水问题，这关系到后续处置方式的选择。是不是含水率越低越好呢?这个未必。除了焚烧，其他处置方式对含水率的要求不是很高，大致在30%～50%的范围就够了。其实，对于大多数处置途径来说，残渣的稳定化或者不再发臭可能更为?

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2生物质废物的解决之道相比较而言，基于水热改性和厌氧消化的工艺路线的综合优势更为明显。这种被称为高级厌氧消化的工艺组合最先在欧洲得到应用，近年来在我国也得到越来越多的认可，这与跟该工艺所具有的一系列优点是分不开的。该工艺基本流程见图2，主要包括缓冲/预处理单元(这里的预处理主要是针对餐厨垃圾等非均质生物质废物的分拣/破碎处理)、水热单元、冷却－除砂单元(处理对象为餐厨垃圾时还可包括除油)、厌氧消化单元以及压滤脱水单元，在没有蒸汽来源的情形下还包括蒸汽发生单元，沼气剩余量多的场合还可包括沼气利用单元。图2基于水热改性和厌氧消化的生物质废物处理技术的基本流程Fig．2Fundamentalsforbiomasswastetreatmentwithhydrothermalprocessandanaerobicdigestion水热改性工艺主要是利用了生物质废物的一个共性，即在水中被加热到一定程度后生物质就会转移到水中(液相)。简单说就是大分子物质变为小分子物质，生物质从而由固体状态转变为液体状态或溶解状态。厌氧消化过程的产甲烷菌只能够利用溶解在水中的生物质分子才能生产沼气，而固体形态的生物质在自然条件下的生物水解过程进行得很缓慢，这也正是为何传统的厌氧消化工艺需要二十多天反应时间的原因。正因如此，水热改性(也称之为“热水解”)越来越普遍被用作生物质厌氧消化的预处理手段(此时的厌氧消化又被称作高级厌氧消化)，从而大幅度提高厌氧消化的效率。除了发生有机质大分子的水解，，水热改性过程中还伴随胶体结构被破坏的过程。具体来说，水热改性工艺通常设计为在饱和蒸汽压下的化工单元过程，反应温度一般为160～180℃，压力为618～1002kPa(实际上压力通常会因物料中夹带少量的不凝气而略高)，反应时间(也即保温保压时间)为30min。对

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