1、厌氧发酵工艺分析一、沼气池(厌氧消化器)采用技术分析和评价 在我国已建成的沼气工程中，所采用的厌氧消化工艺，主要有以下四类，即塞流式消化器，升流式固体反应器，升流式厌氧污泥床和污泥床滤器。 1 塞流式反应器(Plug Flow Reactor，简称 PFR) 塞流式反应器也称推流式反应器，是一种长方形的非完全混合式反应器。高浓度悬浮固体发酵原料从一端进入，从另一端排出。 优点：1 不需要搅拌，池形结构简单，能耗低；2 适用于高 SS 废水的处理，尤其适用于牛粪的厌氧消化，用于农场有较好的经济效益；3 运行方便，故障少，稳定性高。 缺点：1 固体物容易沉淀于池底，影响反应器的有效体积，使 HRT
2、 和 SRT 降低，效率较低；2 需要固体和微生物的回流作为接种物；3 因该反应器面积/体积比较大，反应器内难以保持一致的温度；4 易产生厚的结壳。 北京市大兴区留民营的鸡粪高温沼气工程采用了该反应器。实践表明，该反应器耐粗放管理，采用高温(55)发酵，产气率较高，并且可以杀灭有害生物。但因鸡粪沉渣较多，易生成沉淀而影响反应器的效率。 2 升流式固体反应器(Upflow Solids Reactor，简称 USR) 升流式固体反应器是一种结构简单、适用于高悬浮固体原料的反应器。原料从底部进入消化器内，与消化器里的活性污泥接触，使原料得到快速消化。未消化的生物质固体颗粒和沼气发酵微生物靠自然沉降
3、滞留于消化器内，上清液从消化器上部溢出，这样可以得到比水力滞留期高得多的固体滞留期(SRT)和微生物滞留期(MRT)，从而提高了固体有机物的分解率和消化器的效率。 首都师范大学利用 USR 进行了鸡粪沼气发酵研究，其进料浓度为TS=56， COD=4255g/l ，悬浮固体为 4555g/l，在 35条件下，USR 的负荷可达10kgCOD/m3d，产气率 4 88m3/m3d，CH4 含量 60左右，COD 去除率 85左右，SS去除率为 66 16。据计算当 HRT 为 5 天时 SRT 为 25 天。 留民营鸡粪污水中温沼气发酵工程、房山区琉璃河猪粪废水沼气发酵工程、房山区南韩继和平谷县
4、南独乐河猪粪废水沼气工程的厌氧消化器均采用 USR 工艺，运行稳定，效果较好。 3 升流式厌氧污泥床(Upflow Anaerobic Sludge Bed，简称 UASB) UASB 是由 Lettinga 等于 19741978 年研究成功的一项新工艺，是世界上发展最快的消化器。由于该消化器结构简单，运行费用低，处理效率高而引起人们的普遍兴趣。该消化器适用于处理可溶性废水，要求较低的悬浮固体含量。北京环境科学院于 1983 年首先开展了利用 UASB 处理丙酮丁醇生产废水的工艺研究，至今我国已对 COD 为 300500mg/l的生活污水，10002000mg/l 啤酒废水，3000500
5、0mg/l 的屠宰废水，800010000mg/l的豆制品废水及 3000040000mg/l 的酒醪滤液等进行了研究工作，并且多数已投产应用。该工艺将污泥的沉降与回流置于一个装置内，降低了造价。 该工艺的优点为：1 除三相分离器外，消化器结构简单，没有搅拌装置及供微生物附着的填料；2 长的 SRT 和 MRT 使其达到了很高的负荷率；3 颗粒污泥的形成，使微生物天然固定化，改善了微生物的环境条件，增加了工艺的稳定性；4 出水的悬浮固体含量低。 缺点：1 需要安装三相分离器；2 进水中只能含有低浓度的悬浮固体；3 需要有效的布水器使其进料能均匀分布于消化器的底部；4 当冲击负荷或进料中悬浮固体
6、含量升高，以及遇到过量有毒物质时，会引起污泥流失，要求较高的管理水平。 UASB 是近年来在沼气发酵工程中应用最多的工艺，多用于工业废水和生活污水的厌氧消化。经过固液分离后的畜禽粪便污水也可以采用 UASB 进行厌氧消化处理。UASB 工艺在工厂废水处理中已得到广泛应用。北京啤酒厂采用 UASB 工艺的厌氧消化工程已被国家环保局定为重点推广项目。 4 污泥床滤器(UBF) 它是将 UASB 和厌氧滤器结合为一体的厌氧消化器。其下部为污泥床，上部设置纤维填料。由于附着于纤维填料上的生物膜补充了污泥床上部微生物的不足，所以效益较高。但每立方米填料价值 300500 元，使工程造价上升。 顺义肉联厂
7、的屠宰废水处理采用 UBF 工艺。它对低浓度低悬浮固体污水的厌氧消化效果较好。用于高浓度高悬浮固体废水处理易产生堵塞。 二、沼气发酵工程工艺流程分析 厌氧消化器(即沼气池)是沼气工程的主体，要使畜禽粪便处理实现资源化、减量化、无害化、生态化的目标，并使沼气工程稳定运行，还必须有一系列辅助项目与沼气池配套。由于这一系统工程已远远超出了生产沼气的唯一目的，因此称该系统工程为能源环境工程，简称“能环工程” 。 一个完整的能环工程，应当包括以下主要内容：一是粪便污水的前处理，二是厌氧消化器，三是沼气的净化、储存和利用，四是利用沼渣和沼液生产固体或液体有机肥料及生物活性肥料，五是多余污水的达标排放处理。
8、 由于养殖场所处地区不同，对能环工程具体内容的要求也有所不同。基本上可分为两种模式，一种为“能源生态模式” ，一种为“能源环保模式” 。 所谓能源生态模式适合于一些周边有适当的农田、鱼塘或水生植物塘的畜禽场，它是以生态农业的观点统一筹划系统安排，使周边的农田、鱼塘或水生植物塘完全消纳经厌氧消化处理后的废水。在一个生态园区内沼气池起着生态系统中“分解者”的作用。畜禽粪便废水在经厌氧消化处理和沉淀或固液分离后，沼渣用来生产有机肥料，沼液则排灌到农田、鱼塘或水生植物塘，使粪便得到能源、肥料等多层次的资源化利用，生态农业得以持续发展，并最终达到园区内粪污的“零排放” 。这种模式遵循了生态农业原则，具有
9、良好的经济效益和环境效益。留民营、南独乐河果园沼气工程均采用此模式，其必备的先决条件是养殖业和种植业的合理配置。 所谓能源环保模式主要是针对一些周边既无一定规模的农田，又无闲暇空地可供建造鱼塘和水生植物塘的畜禽养殖场，因此该畜禽场在建设“能环工程”时，其末端的出水必需达到规定的相应环保标准要求。畜禽废水在经厌氧消化处理和沉淀后，必需再经过适当的好氧处理和物化处理等。这种模式多用于大、中城市的近郊区，最终出水水质较好，但工程造价和运行费用均较高。顺义肉联厂采用此模式。 厌氧堆肥法 在不通气的条件下，将有机废弃物（包括城市垃圾、人畜粪便、植物秸杆、污水处理厂的剩余污泥等）进行厌氧发酵，制成有机肥料
10、，使固体废弃物无害化的过程。堆肥方式与好氧堆肥法相同，但堆内不设通气系统，堆温低，腐熟及无害化所需时间较长。然而，厌氧堆肥法简便、省工，在不急需用肥或劳力紧张的情况下可以采用。一般厌氧堆肥要求封堆后一个月左右翻堆一次，以利于微生物活动使堆料腐熟。 厌氧生化处理工艺 厌氧生化处理工艺是在缺氧情况下，利用自然界固有的微生物厌氧菌（特别是甲烷菌） ，将垃圾中有机物作为它的营养源，经过甲烷菌的新陈代谢生理功能，将垃圾中有机物转化为沼气和沼肥的整个生产工艺过程，通称“有机物垃圾厌氧消化作用” 。 近年来，欧洲各国如德国的林德公司、法国的瓦洛嘎公司都是采用厌氧消化技术处理生活垃圾。2004 年 8 月至
11、10 月，上海市先后在上海宝山区和普陀区正式动工两座日处理量 600 吨和 800 吨的生活垃圾处理厂，都是采用国际先进的干式或湿式厌氧生化技术，经分拣后的有机垃圾经过厌氧罐内 2025 天的厌氧消化工艺，可将有机垃圾进行资源化、能源化处理，转化为生活燃气（沼气）和有机肥（沼液和沼渣经过生物菌的再次生化反应，可以产生肥效较高的复合有机肥或活性有机肥） 。 垃圾中有机物经过微生物厌氧菌分解发酵过程分为液化、酸化、产甲烷三个阶段。在液化阶段，厌氧菌种利用胞外酶对垃圾有机物进行酶解，使固态物变成可溶于水的物质；在产酸阶段，则依靠产酸菌将上述可溶物生成酸性中间物；产甲烷阶段，最后由甲烷菌利用酸性中间物
12、、以及物料中的其他碳类化合物转化为甲烷，即我们经常所说的沼气。其固态物-沼渣经过再次微生物发酵后，便是价值较高的有机肥。 垃圾处理采用这种工艺路线的有利之处，有以下几个方面： 其经济价值较为可观：产出物有沼气每吨有机垃圾经过发酵后，产沼气 5080M3(其中甲烷 CH4 含量 50%) ，可供生活用燃气，或用此燃气发电上网。每吨有机垃圾经过发酵后，又同时能产生 0.6 吨沼肥它符合国家有机肥和绿色食品用肥标准：GB8172-87。其中：有机质 30%；全氮1.0%；其它肥效均超过标准 1 倍以上。并有杀菌杀虫和刺激动植物生长和发育的“生物活性物质” 、 “土壤营养液”等特殊功能。 无害化：生产过程中不产生二次污染。无灰渣生成，不需要填埋。 采用本工艺时，其系统设备投资仅为同样规模（指同样的垃圾日处理量）的热解工艺设备投资 50左右，故经济效果显著，其投资利润率约为 1015%，投资回收期约为810 年。
