理论教育 易降解生物质废物的厌氧消化技术:酸和氨胁迫的响应机制研究

易降解生物质废物的厌氧消化技术:酸和氨胁迫的响应机制研究

时间:2023-11-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:近20年来,BMSW的厌氧消化处理技术在欧洲得到了快速发展。生物质废物厌氧消化产沼气作为《生物质能发展“十二五”规划》的重要组成部分和我国政府重点提倡的清洁能源技术,将在废物减量和能源开发领域面临重要的发展机遇。对于BMSW和其他易降解生物质废物,目前尚无商业化大规模稳定运行的厌氧消化处理工程[4]。其中,甲烷化抑制造成的工艺过程不稳定和甲烷产率低是阻碍易降解生物质废物厌氧消化大规模商业化应用的主要技术障碍。

易降解生物质废物的厌氧消化技术:酸和氨胁迫的响应机制研究

厌氧消化是指在缺氧或无氧的环境下,微生物分解代谢有机物,形成各种代谢产物,获得能量和合成代谢前体,并实现自身生长和繁殖的代谢过程。生物质废物的厌氧消化处理技术则是采用各种方式优化的厌氧消化过程,以尽可能提高可资源化/能源化的产品量(如H2、CH4和其他生物燃料),提高生物质废物的转化率,并尽可能减少厌氧消化后的残余废物量(减量化)[5]

作为有效的有机废物和废水处理技术之一,厌氧消化已被广泛应用于有机工业废水城市污水处理厂污泥和禽畜粪便的处理,并且被小范围地应用于有机工业废物(如蔬菜水果加工废物、食品加工废物)和农业废物(如农作物秸秆农产品加工废弃物)等的处理[8]。近20年来,BMSW的厌氧消化处理技术在欧洲得到了快速发展。预计到2014年,欧洲用于处理BMSW的厌氧消化厂将会达到244座,处理能力达到775万t/a,占欧洲BMSW产生总量的5%(以人均BMSW产生量为300 kg/a,居民总数5.5亿计)[9]。所产生的沼气可用于发电供热,也可经提纯压缩后进入天然气管道,还可作为车用燃料。

我国的易降解生物质废物和废水产生量巨大。目前,规模化畜禽养殖场粪便年产生量约8.4亿t,生产沼气的潜力约400亿m3;酒精、制糖、酿酒等20多个行业每年排放有机废水43.5亿t、废渣9.5亿t,可转化为沼气约300亿m3;BMSW年清运量约0.75亿t,作为产沼气发电的原料,可替代1 200万t标准煤;城镇污水处理厂污泥年产生量约0.3亿t,其中约50%可能源化利用[4]。生物质废物厌氧消化产沼气作为《生物质能发展“十二五规划》的重要组成部分和我国政府重点提倡的清洁能源技术,将在废物减量和能源开发领域面临重要的发展机遇。(www.daowen.com)

然而,尽管以生物质废物为原料的厌氧消化工艺在欧美等发达国家得到了快速发展,但从其总处理量来看所占的比例仍然较低。而在我国,沼气利用还多以农村户用沼气池形式存在,缺少大中型沼气集中供气工程。虽然目前在政策引导和扶持下已建成一些畜禽养殖场沼气工程,但禽畜粪便的厌氧消化处理率仅达到2.5%。对于BMSW和其他易降解生物质废物(如餐厨垃圾、污泥和食品工业废水废渣),目前尚无商业化大规模稳定运行的厌氧消化处理工程[4]

目前,有诸多阻碍易降解生物质废物厌氧消化处理技术发展的因素,如:厌氧消化厂建设投资费用高[10]城市生活垃圾混合收集降低了处理效率和产品质量[6];高浓度酸和氨对产甲烷微生态的胁迫,易导致工艺过程运行不稳定或失败[7,8,11-14]等。其中,甲烷化抑制造成的工艺过程不稳定和甲烷产率低是阻碍易降解生物质废物厌氧消化大规模商业化应用的主要技术障碍

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