大中型沼气工程技(2)

产酸菌
产氢产乙酸菌甲烷八叠球菌甲烷螺菌乙酸裂解菌

颗粒污泥图片

颗粒污泥

细菌分裂照片

电镜扫描图片

3.膨胀颗粒污泥床（EGSB）

改进的UASB; 高度达20~30m的反应器，具有高速回水流，可低温条件下运行；COD去除率高；运行条件和控制技术要求高，不适合用于处理固体物含量高的废水。

1-配水系统；2-反应区； 3-定相分离器；4-沉淀区； 5-出水系统；6-出水循环系统

4.内循环厌氧反应器
? 内循环（internal circulation)厌氧反应器
? 1986年由荷兰某公司研究成功并用于生产内循环厌氧反应器，是目前世界上效能最高的厌氧反应器。该反应器是集UASB反应器和流化床反应器的优点于一身，利用反应器内所产沼气的提升力实现发酵料液内循环的一种新型反应器。
1进水；2第一反应室集气罩；3沼气提升管； 4气液分离器；5沼气导管；6回流管；7第二反应室集气罩；8集气管；9沉淀区；10出水管；11气封；

IC反应器结构与原理

? 两个UASB反应器叠加 ? 16-25m，高径比4-8； ? 优点：1）具有很高的容积负荷率；2）节省基建投资和占地面积； 3）沼气提升实现内循环，不必外加动力；4）抗冲击负荷能力强；5）具有缓冲pH的能力。

5.升流式固体反应器（USR）
? USR是一种结构简单、适用于高悬浮固体原料的反应器。 ? 未消化的固体颗粒和沼气发酵微生物靠自然沉降滞留于消化器内，提高了固体有机物的分解率和消化器的效率。 ? 该反应器效率接近UASB 功能，但适用于高SS原料，应用前景广阔。

6.折流式反应器
? 每个单元相当于一个反应器； ? 适用于低浓度的生活污水处理； ? 效果不理想原因：
1是进

料负荷集中于第一个小室，超负荷运行易酸化；2是酸化的料液会影响后面的料液。

附着膜型消化器
? 附着膜型消化器的特征是在反应器内安装有惰性支持物（又称填料）供微生物附着，并形成生物膜。这就使进料中的液体和固体在穿流而过的情况下，滞留微生物于生物膜内，并且在HRT相当短的情况下，可阻止微生物冲出。 ? 这类反应器SRT较短，影响固体物的转化，因此只适用于处理低浓度、低SS有机废水。 ? 这类消化器有：厌氧滤器、流化床和膨胀床。后两种反应器多处于实验室研究阶段。

1.厌氧滤器（AF）
? 填料：（1）为厌氧微生物提供附着生长的表面积；（2）高空隙率； ? 焦炭、煤渣、塑料制品、合成纤维 ? 厌氧滤器AF在实用上多用纤维或硬塑料作为支持物，使细菌附着于表面形成生物膜。 ? 不适用于高SS含量的进料，因为它们能很快堵塞该体系，生产上应用较少。可以考虑用做两阶段厌氧消化的甲烷化阶段。

为了防止堵塞可采用部分充填载体型结构方式。此外采用平流式厌氧滤池也有利于改善容易发生堵塞的不足。厌氧滤池的清洗缺少简便易行的工艺方法。
沼气出水

薄层填料

污泥排放

部分充填载体型结构的平流式厌氧滤池示意图

AF
? AF优点： ①运行费用低，不需要搅拌； ②因效率较高，可缩小消化器体积； ③微生物固着在惰性介质上，MRT相当长，微生物浓度高，运转稳定； ④更能承受负荷的变化。

? AF缺点： ①填料的费用较多（可达总造价的60%）； ②由于微生物的积累，增加了运转期间料液的阻力； ③易生堵塞和短路；只能处理低SS含量的废水； ④通常需要较长的启动期。

2．厌氧流化床（AFB）
填有比表面积很大的惰性载体颗粒的反应器，载体颗粒在整个反应器内均匀分布。分为膨胀床和流化床。

沼气

出水

膨胀床运行流速控制在略高于初
始流化速度，相应的膨胀率为 15 ％～30％。
循环泵进水颗粒带出速度

流化床一般按 40％～ 200％的膨胀
率运行。
临界流态化速度

厌氧流化床反应器示意图

厌氧流化床（FBR）和膨胀床反应器（EBR）
? 优点：①有大的比表面积供微生物附着；②可以达到更高的负荷；③因为有高浓度的微生物使运行更稳定；④ 能承受负荷的变化；⑤在长时间停运后可更快地启动；⑥消化器内混合状态较好。 ? 缺点： ①使颗粒膨胀或流态化需要高的能耗和维持费；②支持介质可能被冲出，损坏泵或其他设备；③在出水中回收介质颗粒势必要花更多的经费； ④不能接受高固体含量的原料；⑤需要长的启动期；⑥可能需要脱气装置从出水中有

效地分开介质颗粒和悬浮固体。

固态发酵（干发酵）国外 ?
20世纪90年代起，以德国为代表的发达国家开始进行沼气间歇固态发酵（干法发酵）技术及工业级装备研发。

? 目前欧洲干法发酵的工程设施主要有以下五种类型：车库型、气袋型、渗出液存贮桶型、干湿结合型和贮罐型。 2002年，德国BIOFERM公司、BEKON公司等厂家生产的车库型工业级装备已进入生产性验证，在控制、安全等方面较完备，但投资较高。

中国
? 覆膜干式厌氧发酵槽反应器（MCT） ? 该技术是以粪便、秸秆、有机垃圾等为原料，通过堆沤或好氧升温后，批量投入厌氧消化器进行发酵生产沼气的厌氧消化技术。该技术是在没有或几乎没有自由流动水的状态下进行的沼气发酵过程，适合处理固体浓度在20% 以上的发酵物料，可同时生产沼气及固体有机肥料。

技术特点：
? 覆膜干式厌氧发酵槽反应器一般需要设计多个发酵槽。本示意图是采用8个发酵槽的情况，其中4个处于厌氧产气阶段，1个处于好氧预处理升温阶段，3个处于脱水制肥阶段。
好氧升温－厌氧消化－好氧堆肥 ? 利用好氧发酵的生物能使固体原料升温，辅以高效的保温措施，不用外加热源，可使物料在厌氧产气期内保持“中温” （35～42℃）状态，且每天的温降小于0.15℃，有效地提高了沼气产气率，减少了系统的能耗，降低了运行成本。

固态物料两相沼气发酵系统
? 国外 ? 2006年美国加州大学DAVIS分校成功研制了APS技术，可以用于含有干物质成分高的废弃物的处理。由于此技术可以实现高速发酵，因此所需要占地面积小。经发酵后的物料可以用作于高效的有机肥。

国内固相产酸、液相产甲烷串联沼气发酵系统（SAPS）
? 该技术采取固态产酸与液态产甲烷相结合工艺，该系统由多个固体床（水解酸化反应器）串联一个产甲烷反应器组成。固态有机物首先在固体床中进行水解和酸化反应，渗滤液通过底部筛板进入渗滤液收集箱，该中间产物作为底物进入高效液相湿式厌氧反应器中进行甲烷化处理，出水回流到固体床中加速对底物的水解酸化。整个工艺过程中，系统没有液体排出，产生的固体残渣可以通过后续处理生产有机肥。通过渗滤液集中收集、沼液喷淋和搅拌等方式，提高系统的消化速率和稳定性，解决传统固体废弃物厌氧发酵中出现的易酸化、难搅拌、产气不稳定等难题。

工程的核心内容

发酵原料的收集系统
预处理系统

沼气发生系统

沼气净化与储存系统沼渣、沼液综合利用系统沼气利用系统

设计要求

?
?

? ? ? ?

Why do you want to build a bio

gas plant? 工程目标：一是以生产沼气和利用沼气为目标；二是以达到环境保护要求，排水负荷国家规定的标准为目标；三是前两个目标的结合，对沼气、沼渣和沼液进行综合利用实现生态环境建设。 Consider input and output 考虑输入和输出情况 Try to fix long lasting contracts where/how to get substrate and how to use the substrate 争取达成长期持续性的合同，如何获得底物，以及如何使用这些底物

设计内容
? 设计依据：工程建设的批复文件、国家对资源综合利用方面的优惠政策、国家对工程建设项目的相关规定、工程设计的技术依托单位；

? 共性的设计内容：工程选址和总体布置设计、工艺流程设计、前处理工艺段设备选型与构筑物的设计、厌氧消化器结构形式的设计、后处理工艺段设备选型与构筑物设计、储气罐设计、沼气输气管网设计及安全防火篇章等。

工程实例设计
工程建设单位：云南省楚雄市东华镇楚雄市明宏生态科技有限责任公司
? 项目背景：楚雄市东华镇养猪场2.8万头猪每天产生的 500m3粪便废水处理工程； ? 设计依据：云南省大中型沼气工程项目(国家发改委、云南省发改委共同立项），技术依托：教育部可再生能源重点研究中心； ? 目标：利用养殖场废弃物产沼气，集中供气和发电；利用沼液沼渣生产有机肥项目。

工艺流程
粪便废水排放收集系统太阳能集热器

脱硫塔

沼气

厌氧消化

贮气柜

固液分离系统集中供气分离的液体

固体部分

加工有机复合肥

气水分离器

沼液

有机液肥加工

沼气发电

用

户农田供肥

商品肥料

沼电并网农田灌溉

村民用电排放池好氧折流池沉淀调节池

厌氧消化器的设计

? 设计总体要求：
（1）应最大限度地满足沼气微生物的生活条件，要求消化器内能保留大量的微生物。（2）应具有最小表面积，有利于保温，使其散热损失量最少。（3）要使用很少的搅拌动力，即可使新进的料液与消化器内的污泥混合均匀。（4）易于破除浮渣，方便去除器底沉积污泥。（5）要实现标准化、系列化生产。（6）能适应多种原料发酵，且滞留期短。（7）应设有超正压和超负压的安全措施。

消化器设计主要参考内容
? 设计消化器要根据所处理原料的物理特点，以竭尽全力为沼气微生物创造良好的活动条件为目的。 ? 消化器结构形式是有该工程所处理原料的水质条件和最终要达到的处理目标要求来决定的，也与设计者的技术水平和实践经验密切相关。 ? 要明确工程最终处理目标是达标排放的环保项目，还是对沼气、沼渣、沼液综合利用的生态工程项目。