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厌氧消化的三种主要产物:沼气、消化物和水

沼气

沼气是以输入的可生物降解原料为食的细菌的最终废物(厌氧消化的产甲烷阶段是由古菌完成的,古菌是一种微生物,在细菌的生命进化树上属于明显不同的分支),主要是甲烷和二氧化碳,含少量氢气和微量硫化氢(沼气生产时还含有水蒸气,水蒸气体积分数是沼气温度的函数。大部分沼气是在消化过程中,即细菌数量增长后产生的,随着腐烂物质的耗尽,沼气逐渐减少。这些气体通常储存在蒸煮器顶部的一个充气气泡中,或者在气柜中提取并储存在设施旁边。

沼气中的甲烷可以燃烧产生热量和电力,通常使用往复式发动机或微型涡轮机,通常采用热电联产的方式,其中产生的电力和废热用于加热沼气池或加热建筑物。多余的电力可以卖给供应商,也可以接入当地电网。厌氧消化池产生的电力被认为是可再生能源,可能会吸引补贴。沼气不会增加大气中的二氧化碳浓度,因为沼气不会直接释放到大气中,而二氧化碳来自于碳循环较短的有机来源。

沼气可能需要经过处理才能提炼出来用作燃料。硫化氢是一种有毒的产品,由原料中的硫酸盐形成,作为沼气的微量成分释放出来。国外的一些环境执法机构,如美国环境保护署或英国和威尔士环境署,对含有硫化氢的气体的含量进行了严格限制,如果气体中的硫化氢含量很高,需要气体洗涤和清洁设备(如胺气处理)将沼气处理至区域可接受的水平。或者,向消化罐中添加氯化亚铁FeCl2会抑制硫化氢的产生。

挥发性硅氧烷也会污染沼气;这类化合物经常出现在生活垃圾和废水中。在消化设施接受这些材料作为原料的组成部分,低分子量的硅氧烷挥发成沼气。当这种气体在燃气发动机、涡轮或锅炉中燃烧时,硅氧烷被转化为二氧化硅(SiO2),二氧化硅在机器内部沉积,增加磨损。目前可采用实用且成本效益高的技术去除硅氧烷和其他沼气污染物。在某些应用中,现场处理可用于通过降低废气二氧化碳含量来提高甲烷纯度,在二级反应器中净化大部分废气二氧化碳。

在瑞士、德国和瑞典等国,沼气中的甲烷可能被压缩,用作汽车运输燃料或直接输入天然气总管。在厌氧消化的驱动因素是可再生电力补贴的国家,这种处理方式的可能性较小,因为在这个处理阶段需要能源,并降低了可供出售的总水平。

消化物

消化物是微生物不能使用的最初输入消化器的物质的固体残余物。它还包括消化池中死细菌的矿化残留物。消化物有三种形式:纤维状、液体或两种组分的污泥基混合物。在两级系统中,不同形式的消化液来自不同的消化槽。在单级消化系统中,这两种组分将被合并,如果需要,通过进一步加工分离。

第二个副产品(产酸消化物)是一种稳定的有机物质,主要由木质素和纤维素组成,但也包括死细菌细胞基质中的多种矿物成分;可能存在一些塑料。这种材料类似于家庭堆肥,可以用作堆肥或制造低档建筑产品,如纤维板。固体消化液也可用作乙醇生产的原料。

第三种副产品是富含营养物质的液体(产甲烷的消化物),可以用作肥料,这取决于被消化物质的质量。潜在毒性元素(PTE)的水平应进行化学评估。这将取决于原始原料的质量。在大多数清洁和源分离的可生物降解废物流的情况下,PTE的水平将很低。如果废物来源于工业,则PTE的水平可能更高,在确定材料的合适最终用途时需要加以考虑。

消化液通常含有不能被厌氧微生物分解的元素,如木质素。此外,消化液中可能含有植物毒性的氨,如果用作土壤改良材料,可能会阻碍植物的生长。出于这两个原因,消化后可采用成熟或堆肥阶段。木质素和其他材料可被好氧微生物(如真菌)降解,有助于减少运输材料的总体积。在这种成熟过程中,氨会被氧化成硝酸盐,提高了材料的肥力,使其更适合作为土壤改良剂。大型堆肥阶段通常采用干法厌氧消化技术。

废水

厌氧消化系统的最终产物是水,它来源于经过处理的原始废物的含水量和消化系统中微生物反应过程中产生的水。这些水可以从消化物脱水中释放出来,也可以隐式地从消化物中分离出来。

从厌氧消化设施排出的废水通常具有较高的生化需氧量(BOD)和化学需氧量(COD)。这些污水反应性的测量表明了污染的能力。其中一些物质被称为“硬COD”,这意味着厌氧菌无法将其转化为沼气。如果这些废水被直接排放到河道中,就会引起富营养化,对河道产生负面影响。因此,通常需要对废水进行进一步处理。该处理通常为氧化阶段,其中空气通过序批式反应器或反渗透装置中的水。

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