揭開厭氧發(fā)酵罐神秘面紗

1、揭開厭氧發(fā)酵罐的神密面紗 濟(jì)寧市弘景環(huán)保設(shè)備有限公司前言l厭氧發(fā)酵罐最早最簡便的方法是制作一個幾十到幾百個立方的發(fā)酵池。畜禽類糞便是中國環(huán)境發(fā)展的主要問題之一，在這個泱泱大國內(nèi)養(yǎng)殖業(yè)蓬勃發(fā)展。糞便的主要成分為有機(jī)質(zhì)，氮，磷，鉀為主要成分是一種能被種植業(yè)用作土壤肥料來源的有價值資源。如農(nóng)業(yè)部估計2000年中國畜禽糞便產(chǎn)生量為36.40億噸;而國家環(huán)境保護(hù)總局 通過對規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場調(diào)查而估計的1999年中國畜禽糞便產(chǎn)生量為19億噸。環(huán)境污染，厭氧發(fā)酵回收能源l畜禽類糞便以及城市生活垃圾有機(jī)物含量高、含水量大等特點是厭氧生物發(fā)酵的基礎(chǔ)。厭氧發(fā)酵法處理畜禽類糞便和城市生活垃圾的方法不但可以回收能源，

2、而且不帶來二次污染或二次污染容易控制，發(fā)酵產(chǎn)物還可以作為土壤改良劑，有機(jī)肥，化肥。近年來，畜禽類糞便和城市垃圾厭氧發(fā)酵處理越來越受到各國研究人員與工業(yè)界的重視。l由于厭氧消化技術(shù)低能耗，且回收沼氣作為能源等優(yōu)點，此項技術(shù)成為環(huán)境工程界研究的熱點。厭氧反應(yīng)器按照工藝特點分為三代第一代厭氧反應(yīng)器厭氧消化最早應(yīng)用于廢水處理的初級階段。1881年法國Mouras的自動凈化器；1891年英國Moncriff的裝有填料的升流式反應(yīng)器。1905年，德國的Imhoff池(又稱隱化池、雙層沉淀池)。隨著活性污泥法、生物濾池等好氧生物處理工藝的開發(fā)和推廣應(yīng)用，厭氧生物處理被認(rèn)為是效率低、HRT長、受溫度等環(huán)境條件

3、的影響大，因此處于一種被遺棄的狀態(tài)；但另一方面，由于好氧生物處理工藝的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生大量的剩余污泥，其穩(wěn)定化處理的主要手段是厭氧消化，這是第二階段的主要特征；1927年，首次在反應(yīng)器中加上了加熱裝置，使產(chǎn)氣速率顯著提高；隨后，又增加了機(jī)械攪拌器，反應(yīng)速率進(jìn)一步提高；50年代初又開發(fā)了利用沼氣循環(huán)的攪拌裝置；帶加熱和攪拌裝置的反應(yīng)器被稱為高速反應(yīng)器。第二代厭氧反應(yīng)器l必須具備：體系內(nèi)能夠保持大量的活性厭氧污泥；微生物和有機(jī)質(zhì)良好傳質(zhì)。20世紀(jì)70年代人們成功用生物膜固定化技術(shù)確保體系在高有機(jī)和水力負(fù)荷時仍能保持較高濃度的厭氧污泥。如厭氧濾池(Anaerobic Filter,AF)、厭氧流化床(

4、Anaerobic Fluidized Bed，AFB)反應(yīng)器、上流式厭氧污泥床(Up-flow Anaerobic Sludge Bed，UASB)等。此階段共同特點是可實現(xiàn)泥水分離，固體停留時間可以長達(dá)上百天，而水力停留時間縮短到幾天。容積負(fù)荷可達(dá)到810 kg COD(m3d）。 第三代厭氧反應(yīng)器 l第二代厭氧反應(yīng)器大大提高了處理負(fù)荷，但在運行中仍然存在短流、死角和堵塞等一些問題。為促進(jìn)厭氧微生物與有機(jī)質(zhì)的混合與接觸，提高處理負(fù)荷和效率，近年來人們繼續(xù)研發(fā)了第三代反應(yīng)器15。為了在厭氧反應(yīng)器內(nèi)獲得進(jìn)水和被保持污泥之間的良好接觸，獲得高的攪拌強(qiáng)度，第三代厭氧反應(yīng)器采用高的反應(yīng)器或采用出水回

5、流，獲得高的上升流速。代表為厭氧顆粒污泥膨脹床(EGSB)、厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器(IC)，其容積負(fù)荷超過10 kgCOD(m3d)目前尚處于開發(fā)階段，工程化應(yīng)用較少。厭氧發(fā)酵的基本原理l兩段理論將厭氧消化過程分成兩個階段，即酸性發(fā)酵階段和堿性發(fā)酵階段。在分解初期，產(chǎn)酸菌的活動占主導(dǎo)地位，有機(jī)物被分解成有機(jī)酸、醇、二氧化碳、氨、硫化氫等，由于有機(jī)酸大量積累，pH隨之下降，故把這一階段稱作酸性發(fā)酵階段。在分解后期，產(chǎn)甲烷細(xì)菌占主導(dǎo)作用，在酸化發(fā)酵階段產(chǎn)生的有機(jī)酸和醇等被產(chǎn)甲烷細(xì)菌進(jìn)一步分解產(chǎn)生4CH和2CO等。由于有機(jī)酸的分解和所產(chǎn)生的氨的中和作用，使得pH迅速上升，發(fā)酵從而進(jìn)入第二個階段堿化發(fā)酵階段

6、。到堿性發(fā)酵后期，可降解有機(jī)物大都已經(jīng)被分解，消化過程也就趨于完成。厭氧消化利用的是厭氧微生物的活動，可產(chǎn)生生物氣體，生產(chǎn)可再生能源，且無需氧氣的供給，動力消耗低；但缺點是發(fā)酵效率低、消化速率低、穩(wěn)定化時間長發(fā)酵兩階段l 發(fā)酵罐產(chǎn)生沼氣的幾大要素1 1、溫度 溫度是影響厭氧微生物生命活動過程的重要因素。溫度主要通過對厭氧微生物細(xì)胞內(nèi)某些酶的活性的影響，進(jìn)而影響微生物的生長速率和微生物對基質(zhì)的代謝速率，所以溫度與有機(jī)物的處理效率和污泥的產(chǎn)生有關(guān)。溫度通過影響有機(jī)物在生化反應(yīng)中的流向和某些中間產(chǎn)物的形成以及各種物質(zhì)在水中的溶解度進(jìn)而影響到沼氣的產(chǎn)量和成分等；溫度還可能會影響剩余污泥的成分與形狀；在

7、有機(jī)固廢厭氧生物處理裝置和設(shè)備的運行中要維持一定的反應(yīng)溫度又與能耗和運行成本有關(guān)。 厭氧處理工藝一般分為常溫（1034）、中溫（3540）、高溫（5055）三種。由于中溫菌（特別是產(chǎn)甲烷菌）種類多，易于培養(yǎng)馴化、活性高，因此厭氧處理常采用中溫消化。而中溫或高溫厭氧消化允許的溫度變動范圍為（1.52.0）。當(dāng)有3的變化時，就會抑制消化速率，有5的急劇變化時，就會突然停止產(chǎn)氣，有機(jī)酸大量積累而破壞厭氧消化。發(fā)酵罐溫度的控制依靠夾套或蛇管，通過向夾套或蛇管通入熱水或冷水控制發(fā)酵溫度。一般情況下，大型發(fā)酵罐在發(fā)酵過程中不需要加熱，因為發(fā)酵過程中會產(chǎn)生了大量的熱，需要冷卻的情況較多。通過手動調(diào)節(jié)或自動控

8、制，將冷卻水通入發(fā)酵罐的夾層或蛇管中，經(jīng)過熱交換降低溫度。但在夏天，外界氣溫較高，冷卻水的溫度也高，導(dǎo)致冷卻效果不好，此時可采用冷凍鹽水進(jìn)行降溫2 2 、pHpH值 l控制微生物生長都有其適宜的pH范圍。大多數(shù)細(xì)菌生長適宜的pH是6.07.5，真菌生長適宜的pH是46，放線菌生長適宜的pH是78。發(fā)酵過程中的pH是微生物在一定環(huán)境條件下代謝活動的綜合性指標(biāo)，是一個重要的發(fā)酵參數(shù)。 pH對發(fā)酵的影響如下。pH影響酶的活性，當(dāng)pH抑制或激活菌體中某些酶的活性時，可使菌體的代謝途徑發(fā)生某些改變。pH影響微生物細(xì)胞膜的帶電狀況，從而使膜的透性發(fā)生改變，影響微生物對營養(yǎng)物吸收及代謝產(chǎn)物的分泌。pH可影響

9、培養(yǎng)基中某些營養(yǎng)物質(zhì)的可給性，從而影響微生物對這些物質(zhì)的利用。pH可改變培養(yǎng)基的氧化還原條件。pH影響產(chǎn)物的穩(wěn)定性。pH也會影響某些微生物的形態(tài)。 l pH值大約在78之間，45天左右降至最低值4左右，然后開始震蕩回升pHpH值線性曲線圖 3 3、厭氧環(huán)境 l 厭氧消化最顯著的一個特點是有機(jī)物在無氧的條件下被某些微生物分解，最終轉(zhuǎn)化成4CH和2CO。產(chǎn)酸階段微生物大多數(shù)是厭氧菌，需要在厭氧的條件下才能把復(fù)雜的有機(jī)物分解成簡單的有機(jī)酸等。而產(chǎn)氣階段的細(xì)菌是專性厭氧菌，氧對產(chǎn)甲烷細(xì)菌有毒害作用，因而需要嚴(yán)格的厭氧環(huán)境。判斷厭氧程度可用氧化還原電位（Eh）表示。當(dāng)厭氧消化正常進(jìn)行時，Eh應(yīng)維持在-3

10、00mV左右。發(fā)酵罐的設(shè)計方案 l1、調(diào)節(jié)池l 打漿后的秸稈自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池與回流沼液進(jìn)行混合，同時補充一定量生活水，攪拌均勻，進(jìn)行增溫后利用自動耦合泵泵入高效厭氧消化罐。池體為鋼混結(jié)構(gòu)，內(nèi)部作防水處理，池內(nèi)設(shè)槳式立軸攪拌器，使原料混合均勻，避免秸稈上浮 發(fā)酵罐的設(shè)計方案 l2、厭氧消化罐 l 反應(yīng)器設(shè)置混料循環(huán)泵，使反應(yīng)器底部的菌種回流至反應(yīng)器頂部，利用噴淋技術(shù)使得發(fā)酵菌種同新進(jìn)的物料充分接觸混合，提高發(fā)酵啟動效率；利用沼氣回流泵將沼氣回流至反應(yīng)器中下部分布器中，使得反應(yīng)器內(nèi)物料混合均勻，并使反應(yīng)器內(nèi)料液溫度均勻，保證高效穩(wěn)定產(chǎn)氣發(fā)酵罐的設(shè)計方案 l3、 采用中溫發(fā)酵，利用市政地暖供熱系統(tǒng)進(jìn)行原料預(yù)熱和增溫，以維持中溫厭氧消化的條件，并使晝夜溫差不超過1。罐內(nèi)有換熱系統(tǒng)，罐體采用聚氨酯發(fā)泡加彩鋼板進(jìn)行保溫，最大可能的減少厭氧消化溫度的降低。罐體為搪瓷鋼板結(jié)構(gòu)發(fā)酵